2G3G4G移动通信技术发展概论.docx

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2G3G4G移动通信技术发展概论

一、2G通信

2G，是第二代移动通信技术规格的简称，它替代第一代移动通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变，主要特性是为移动用户提供数字化的语音业务以及低速数据业务，一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。

第二代移动通信系统主要有欧洲的GSM和北美的DAMPS和CDMA技术等，目前我国广泛应用的是GSM系统。

2G技术基本可被分为两种，一种是基于TDMA所发展出来的以GSM为代表，另一种则是CDMA规格，复用﹙Multiplexing﹚形式的一种。

主要的第二代手机通讯技术规格标准有：

GSM：

基于TDMA所发展、源于欧洲、目前已全球化。

IDEN：

基于TDMA所发展、美国独有的系统。

被美国电信系统商Nextell使用。

D-AMPS﹙也叫做IS-136﹚：

基于TDMA所发展，是美国最简单的TDMA系统，用于美洲。

IS-95﹙也叫做cdmaOne﹚：

基于CDMA所发展、是美国最简单的CDMA系统、用GSN处理器，用于美洲和亚洲一些国家。

PDC﹙PersonalDigitalCellular﹚：

基于TDMA所发展，仅在日本普及。

GSM系统

GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。

1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（GlobalSystemforMobileCommunications）。

从此移动通信的发展跨入了第二代数字移动通信系统。

GSM系统有几项重要特点：

防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。

其主要技术特点如下：

1.频谱效率。

由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

2.容量。

由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

3.话音质量。

鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

4.开放的接口。

GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

5.安全性。

通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。

鉴权用来验证用户的入网权利。

加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。

TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

6.与ISDN、PSTN等的互连。

与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。

7.在SIM卡基础上实现漫游。

漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。

GPRS为GSM系统的延伸，为2.5G。

IDEN系统

iDEN（集成数字增强型网络）是美国摩托罗拉公司研制和生产的一种数字集群移动通信系统.iDEN具有以下一些特点：

首先，在功能方面，iDEN在传统的调度通信基础上，大量吸收了数字蜂窝通信系统的优点，增强了电话互联功能，其无线电话功能与个人移动通信系统同在一个水平上，同时将数字蜂窝通信系统的增值业务如短信息服务、语音信箱及基于IWF上的电路数据应用于iDEN系统中；第二，iDEN可以较高效率地使用传统的频谱，iDEN采纳传统的800MHz频谱（806MHz～825MHz，85lMHz～870MHz），该段频谱在全球被广泛应用于集群通信，iDEN可以使用不连续频点，频率利用率较高；第三，iDEN采纳独特的MI6QAM的调制技术，使每一个25kHz的物理信道（含6个通信时隙）的速率达到64Kbps，同时使邻道抑制达到60dB以上，这一高效的调制技术保证了集群通信数字化进程中数字与模拟系统的共存；第四，蜂窝式的小区结构提高了网络的覆盖能力，同时，还可以采取全向基站的方式；第五，可以实现跨系统调度通信。

目前iDEN技术体制主要用于数字集群共网系统应用，美洲和亚洲为其主要市场。

D-AMPS（IS-136）系统

D-AMPS也被称为时分多址联接方式IS-136。

D-AMPS（数字先进移动电话服务），也可以拼写为DAMPS，是AMPS（先进移动电话服务）的数字版本，是美国cellulartelephone（移动电话）服务的最开始的类似标准。

D-AMPS是使用了TDMA的三大无线数字技术之一。

两外两大技术分别是GSM和PDC。

每个人技术对TDMA的解释都不同，所以是不兼容的。

D-AMPS的一个优势就在于他从现有的类似AMPS网络更容易升级。

还有一种D-AMPS的替代技术以及另外两种TDMA技术都是直接的顺序码分多址联接方式（CDMA）。

IS-95系统

IS-95是由高通公司发起的第一个基于CDMA数字蜂窝标准。

基于IS-95的第一个品牌是cdmaOne。

IS-95也叫TIA-EIA-95。

它是一个使用CDMA的2G移动通信标准，一个数据无线电多接入方案，其用来发送声音，数据和在无线电话和蜂窝站点间发信号数据（如被拨电话号码）。

IS-95是TIA为最主要基于CDMA技术2G移动通信的空中接口标准分配的编号，IS全称为InterimStandard，即暂时标准。

它也常作为整系列名称使用。

CDG为该技术申请了cdmaOne的商标。

IS-95及其相关标准是最早商用的基于CDMA技术的移动通信标准，IS-95B也就是大众所熟知的CDMA。

PDC系统　

PDC（PersonalDigitalCellular）是一种由日本开发及使用的2G移动电话通讯标准。

　　与D-AMPS及GSM相似，PDC采用TDMA技术。

标准由RCR（其后变成ARIB）在1991年4月制定。

提供的服务包括话音（全速及本速），增值服务包括来电等候、留言信箱、三人会议、来电转驳等，数据服务（最高为9.6kbit/sCSD），及封包转换无线数据（packet-switchedwirelessdata，最高为28.8kbit/sPDC-P）。

与GSM相比，PDC的较弱广播强度让生产商造出较细小的手机及使用较轻的电池，但话音质素则低于标准，而维持网络连接能力亦较为逊色，特别是在密闭环境如电梯内。

故其逐渐被3G淘汰。

总结

第二代移动通信技术主要包括CMAEL（客户化应用移动网络增强逻辑），S0（支持最佳路由）、立即计费，GSM900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改进；半速率编解码器可使GSM系统的容量提近一倍。

在GSMPhase2+阶段中，采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术，引入智能天线技术、双频段等技术，有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM系统容量不足的缺陷；自适应语音编码（AMR）技术的应用，极大提高了系统通话质量；GPRs/EDGE技术的引入，使GSM与计算机通信/Internet有机相结合，数据传送速率可达115/384kbit/s，从而使GSM功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力。

尽管2G技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。

所以，3G登上了通信技术的舞台。

二、3G通信

3G是什么？

3G就是出租车里的视频会议；3G就是你坐火车也不会错过的肥皂剧；3G就是从现场发回总部供分析用的图像；3G就是与朋友共享你在摩洛哥的美妙假期。

3G定义“3G”（英语3rd-generation）或“三代”是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。

3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等）。

代表特征是提供高速数据业务。

速度更快、选择更个性化、网络覆盖更宽广、业务更丰富是3G的几个特点。

相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、CDMA等数字手机（2G），第三代手机（3G），是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps（千比特/每秒）的传输速度。

目前国内不支持除GSM和CDMA以外的网络，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电联确定三个无线接口标准，分别是WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA，也就是说国内CDMA可以平滑过渡到3G网络，3G主要特征是可提供移动宽带多媒体业务。

国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定了W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和WIMAX四大主流无线接口标准。

W-CDMA

也称为WCDMA，全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。

该标准提出了GSM（2G）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演进策略。

这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。

预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高。

因此W-CDMA具有先天的市场优势。

CDMA2000

CDMA2000是由窄带CDMA（CDMAIS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出。

这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。

但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。

该标准提出了从CDMAIS95（2G）-CDMA20001x-CDMA20003x（3G）的演进策略。

CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。

CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。

目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。

TD-SCDMA

全称为TimeDivision-SynchronousCDMA（时分同步CDMA），该标准是由中国大陆独自制定的3G标准。

该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。

该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。

军用通信网也是TD-SCDMA的核心任务。

WIMAX

WiMax（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），即全球微波互联接入是一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。

WiMAX也叫802·16无线城域网或802.16。

WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。

WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。

WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，随着技术标准的发展，WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。

3G的核心应用包括：

1.宽带上网

宽带上网是3G手机的一项很重要的功能，我们能在手机上收发语音邮件、写博客、聊天、搜索、下载图铃等。

3G时代来了，手机变成小电脑就再也不是梦想了。

2.视频通话

3G时代,传统的语音通话已经是个很弱的功能了，到时候视频通话和语音信箱等新业务才是主流，传统的语音通话资费会降低，而视觉冲击力强，快速直接的视频通话会更加普及和飞速发展。

3.手机电视

　从运营商层面来说，3G牌照的发放解决了一个很大的技术障碍，TD和CMMB等标准的建设也推动了整个行业的发展。

手机流媒体软件会成为3G时代最多使用的手机电视软件，在视频影像的流畅和画面质量上不断提升，突破技术瓶颈，真正大规模被应用。

4.无线搜索

对用户来说，这是比较实用型的移动网络服务，也能让人快速接受。

随时随地用手机搜索将会变成更多手机用户一种平常的生活习惯。

5.手机音乐

3G时代，只要在手机上安装一款手机音乐软件，就能通过手机网络，随时随地让手机变身音乐魔盒，轻松收纳无数首歌曲，下载速度更快，耗费流量几乎可以忽略不计。

6.手机购物

不少人都有在淘宝上购物的经历，但手机商城对不少人来说还是个新鲜事。

事实上，移动电子商务是3G时代手机上网用户的最爱。

专家预计，中国未来手机购物会有一个高速增长期，用户只要开通手机上网服务，就可以通过手机查询商品信息，并在线支付购买产品。

高速3G可以让手机购物变得更实在，高质量的图片与视频会话能使商家与消费者的距离拉近，提高购物体验，让手机购物变为新潮流。

7.手机网游

与电脑的网游相比，手机网游的体验并不好，但方便携带，随时可以玩。

3G时代到来之后，游戏平台会更加稳定和快速，兼容性更高，即“更好玩了”，像是升级的版本一样，让用户在游戏的视觉和效果方面感觉更有体验。

3G业务在不同行业应用方面的简介：

一、政务应急通——基于3G/WCDMA的政府应急通信网.

政务应急通业务是基于WCDMA网络，通过建设政务应急通平台，实现政府应急指挥调度、视讯会议、实时监控、移动办公等功能的一项3G业务。

业务的优势在于WCDMA网络的高速数据传输性能，使用户可以随时随地的通过3G手机召开视讯会议、传送视频，满足政府应急通信需求。

相对于2G时代，基于WCDMA网络的政府应急通业务除了实现指挥调度、电话会议、移动办公等功能外，还可以扩展到M2M视频传输、点对点视讯通话等，极大的提升了政府处理应急事件的能力及工作效率。

二、金融无线——基于3G/WCDMA网络的金融信息化方案.

金融无线业务是基于WCDMA网络，通过与银行内部系统的安全连接，实现无线网点步放、实时监控、移动办公等功能的一项3G业务。

业务的优势在于WCDMA网络的安全、高速数据传输性能，使银行可以无限扩展服务空间，完善安全监控网络，提高服务质量。

　相对于2G时代，基于WCDMA网络的金融无线业务可以充分利用带宽扩展所带来的空间，实现无线ATM（含视频监控）、移动办公、营业前移等功能，提高银行工作效率及服务质量，从而极大的提升银行形象。

三、3G警务通——基于3G/WCDMA的警务移动执法网.

3G警务通业务是基于WCDMA网络，通过WCDMA网络与警务平台的直连，实现各种警务移动执法功能的一种3G行业应用平台，可以满足公安部门实时查询、事故处理上报、事故现场监控、警务指挥调度、现场执法、视讯会议、移动办公等需求。

业务的优势在于WCDMA网络的高速数据传输性能，能够满足数据、视频无线高速传输需求。

相对于2G时代，基于WCDMA网络的3G警务通业务除了实现指挥调度、电话会议、移动执法等功能外，还可以扩展到M2M视频传输、点对点视讯通话等，极大的扩展了警务执法的能力，提升了工作效率。

四、无线技监——基于3G/WCDMA的特种设备技监网.

无线技监业务是基于WCDMA网络，通过WCDMA系统与特种设备技监平台的安全直连，实现技监信息、视频图像等大容量数据的实时上传功能的一项3G业务。

业务的优势在于WCDMA网络的高速数据传输性能，使执法人员可以随时随地的通过3G手机采集、上报、查询特种设备信息。

相对于2G时代，基于WCDMA网络的无线技监业务可以借助3G强大的无线数据传输能力，传送大容量数据，并可以扩展到M2M视频传输、点对点视讯通话、移动办公等，极大的提升了技监工作信息化水平及工作效率。

五、海防无线岗——基于3G/WCDMA的海防视频监控系统.

海防无线岗业务是基于WCDMA网络，通过建设3G无线海防视频监控平台，实现对沿海关键位置的实时监控功能的一项3G业务。

业务的优势在于WCDMA网络的高速数据传输性能，能够满足联通3G网络覆盖下的任何地点的实时视频采集需求，解决政府海防部门实时监控选点难等问题。

相对于2G时代，基于WCDMA网络的海防无线岗业务除了实现监控中心对各监控点的实时监控外，还可以扩展到手机端，通过3G手机实现对各视频采集点的实时视频监控等功能，极大的提升了的办公效率和监控能力。

六、3G路路通——基于3G/WCDMA的公路移动执法系统.

3G路路通业务是基于WCDMA网络，通过WCDMA网络与公路局数据中心的安全直连，实现公路移动执法、移动办公、路政监查等功能的一项3G业务。

业务的优势在于WCDMA网络的高速数据传输性能，使用户可以随时随地的通过3G手机查询上报执法信息、传送视频等，满足公路无线数据传输需求。

相对于2G时代，基于WCDMA网络的3G路路通业务除了实现车辆信息查询、养路费缴纳信息查询、移动办公等功能外，还可以利用3G的高速数据传输能力，扩展到无线视频监控、M2M视频传输、视讯通话等，拓展了公路。

总结

三代移动通信系统（3G），也称IMT2000，是正在全力开发的系统，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。

如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps，在用户高速移动是最大支持144Kbps，说占频带宽度5MHz左右。

但是，第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同组成一个IMT2000家庭，成员间存在相互兼容的问题，因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信；再者，3G的频谱利用率还比较低，不能充分地利用宝贵的频谱资源；第三，3G支持的速率还不够高，如单载波只支持最大2~fDps的业务，等等。

这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要，因此寻求一种既能解决现有问题，又能适应未来移动通信的需求的新技术（即新一代移动通信：

nextgenerationmobilecommunication）是必要的。

4G技术由此产生。

三、4G通信

4G，即第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。

2012.1.20ITU（国际电信联盟）正式审议通过的的4G（IMT-Advanced）标准：

LTE-Advanced：

LTE（LongTermEvolution,长期演进）的后续研究标准;WirelessMAN-Advanced（802.16m）：

WiMAX的后续研究标准.而TD-LTE作为LTE-Advanced标准分支之一入选；这是由我国主要提出的。

LTE　　

LTE（LongTermEvolution,长期演进）项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。

相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低。

并且这一标准也是3GPP长期演进（LTE）项目，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下：

　　GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->FDD-LTE。

这一4G标准获得了最大的支持，也将是未来4G标准的主流。

该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度，网络浏览速度大大提升。

LTE终端设备当前有耗电太大和价格昂贵的缺点，按照摩尔定律测算，估计至少还要6年后，才能达到当前3G终端的量产成本。

LTE-Advanced

LTE-Advanced的正式名称为FurtherAdvancementsforE-UTRA，它满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。

LTE-Advanced是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命，相当于HSPA和WCDMA这样的关系。

如果严格的讲，LTE作为3.9G移动互联网技术，那么LTE-Advanced作为4G标准更加确切一些。

LTE-Advanced的入围，包含TDD和FDD两种制式，其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式，而WCDMA网络能够进化到FDD制式。

移动主导的TD-SCDMA网络期望能够直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。

WirelessMAN

WirelessMAN-Advanced：

WirelessMAN-Advanced事实上就是WiMax的升级版，即IEEE802.16m标准，802.16系列标准在IEEE正式称为WirelessMAN，而WirelessMAN-Advanced极为IEEE802.16m。

其优势如下：

1.提高网络覆盖，改建链路预算；2.提高频谱效率；　　3．提高数据和VOIP容量；4.低时延&QoS增强；5.功耗节省。

WirelessMAN-Advanced得到ITU的认可并成为4G标准的可能性极大。

目前正在开发和研制中的4G通信将具有以下特征：

（一）通信速度更快 

由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。

专家预估，第四代移动通信系统的速度可达到10-20Mbit/s，最高可以达到100Mbit/s。

（二）网络频谱更宽 

要想使4G通信达到100Mbit/s的传输速度，通信运营商必须在3G通信网络的基础上对其进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。

据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于WCDMA3G网络的20倍。

（三）多种业务的完整融合 

个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求。

4G应能集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。

各种业务应用、各种系统平台间的互联更便捷、安全，面向不同用户要求，更富有个性化。

（四）智能性能更高 

第四代移动通信的智能性更高，表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化。

（五）兼容性能更平滑 　　

要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。

因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G、3G平稳过渡等特点。

（六）实现更高质量的多媒体通信 

4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“