移动通信系统的发展.docx

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移动通信系统的发展

滨江学院

课程论文

题目移动通信系统的发展

院系计算机系

专业网络工程

学生姓名XXX

学号

指导教师朱节中

职称副教授

二Ｏ一二年五月十四日

移动通信系统的发展

XXX

南京信息工程大学滨江学院网络工程专业，南京210044

摘要：

随着科学技术发展，通信技术也得到迅猛的发展和应用，在推动社会经济的同时改变了人们的生活方式.移动通信特别是蜂窝小区的发展，使用户实现完全的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式，逐渐演变成社会进步必不可少的工具。

近年来，移动通信业务的迅猛增加使移动通信技术受到来自容量和带宽两方面的巨大挑战，频谱资源匮乏的矛盾十分突出。

同时，移动计算、高速互联网和图像等多样化需求要求移动通信网能够综合语音、数据等不同业务进行动态带宽分配，并有提供宽带无线信道的能力。

目前在中国，移动通信技术经历了第一代模拟移动通信技术以及第二代数字的、以语音为主的窄带移动通信技术后，第三代以高速互联网业务和多媒体业务为目的的宽带移动通信技术已经投入商用，同时，LTE、UWB（超宽带无线通信）、WiMax等下一代移动通信技术正在大力的研究和试验中。

关键词：

通信技术；移动通信；通信系统的发展；3G；GSM

1引言

移动通信诞生于20世纪初，20世纪在40年代以前，初步进行一些传播性测试并在短波的几个频段上进行通信应用，如20年代初的2MHz频段的警车无线调度系统。

其工作于单工或半双工方式。

40年代至60年代后期，发展了一些具有拨号、半双工功能的移动通信系统，但这些停留在专用系统的水平上。

这些系统基于噪声受限原理，采用与无线广播和广播电视相同的方式。

这种系统实现较容易，但同频系统必须距离足够远，使同频干扰电平远低于接收机的接收门限。

而且整个系统没有频率复用，支持的同时工作的用户数量有限，因此，系统存在容量受限、系统功能薄弱、频率利用率低和质量差等局限性。

1971年贝尔实验室论证了蜂窝系统的可行性后，各国对蜂窝移动通信系统进行了深入研究，从而进入蜂窝移动通信系统的发展阶段。

2移动系统的发展

2.1蜂窝前:

-1921年，底特律警察局开始试验使用“移动”无线通信。

单工，用于通知。

-30年代，警察局用的双向系统开通，40年代，以行业应用为主的双向系统在各个行业兴起。

但是没有同固定电话网互联。

双工，用于专业网

-40年代末，AT&T开始真正的商用公用移动通信系统。

公众系统􀂄60年代中期到70年代中期，美国推出改进的移动电话系统（IMTS）,使用450MHz，大区制，中小容量，实现了自动选频并能够自动接续到公用电话网。

比较成熟的公众系统.

2.2蜂窝后（小区制）：

70年代末80年代初有商用系统，在20年内经历了两代目前正在向第三代系统迅速演进。

2.3第一代蜂窝移动通信系统

-模拟蜂窝移动通信系统（语音）

-典型系统：

TACS、AMPS

2.4第二代蜂窝移动通信系统（语音和数据）

-数字蜂窝移动通信系统

-典型系统：

GSM、IS-95CDMA

2.5第三代蜂窝移动通信系统（3G，多媒体）

-正在发展的蜂窝移动通信系统

-典型系统：

WCDMA、CDMA-2000、UWC136

3移动通信技术性能及关键技术

3.1第一代蜂窝移动通信系统

3.1.1特点：

–模拟移动通信系统（语音信号是模拟信号）

–采用小区制、蜂窝组网

–多址接入技术：

频分多址（FDMA）

3.1.2发展简况：

-美国AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem），第一个蜂窝系统，1983年投入商用。

-英国TACS（TotalAccessCommunicationSystem），1985年投入商业。

我国采用这种制式。

-北欧NMT（NordiMobileTelephone），丹麦、芬兰、挪威瑞典使用，1981年投入使用，是世界上第一个具有漫游功能的蜂窝电话。

-日本HCMTS（HighCapacityTelephoneSystem），1980年开通。

-德国C网系统，由西门子公司于1983年开发出样机，1985年投入使用。

-中国采用TACS制式，于1987年开始使用

3.1.3模拟系统的缺点

-不同的标准之间不兼容。

-无法与固定网向数字化推进相适应，主要是无法承载数据业务。

-频谱利用率低；FM占用的带宽很大。

-安全保密性差。

3.2第二代蜂窝移动通信系统

3.2.1特点：

-数字移动通信系统（语音信号是数字信号）；

-采用小区制、蜂窝组网；

-能够承载低速的数据业务；

-多址接入技术：

时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）。

3.2.2主流标准的发展

-美国：

有统一的制式和大量的用户，一开始就着眼于增加容量和数/模兼容上，即尽可能地利用模拟网的覆盖。

其技术规范（TDMA）1991年才得到最终确认。

IS136

-80年代，美国高通公司验证了直接扩频CDMA空中接口的概念，1989年11首次进行了现场实验。

1993年3月，成立了TR5.5负责发展IS-95标准。

同年完成15-95标准。

-日本：

数字移动系统自成体系，于1993年1月才完成了其技术规范。

PDC

-欧洲：

5∼6种模拟制式将这个欧洲分割得四分五裂，无法互通与漫游。

欧洲电信管理部门（CEPT）于1982年成立GSM（移动特别小组），制定规范。

GSM的目标是：

不与任何一种现行的模拟制式兼容；统一全欧洲的制式，实现全欧洲漫游。

从1990年开始GSM制式在许多国家开始运行。

3.2.3标准的发展

提高低数据传输能力，增强数据功能的网络方案，2.5G

GSM--------GPRS（171Kbps）---------------EDGE（384Kbps）

IS95---------IS95B（64/144Kbps）-----------CDMA20001X（156/307Kbps）

增加支持分组交换的网络节点

增强无线接口的能力，实现反向信道复用

进一步增加支持无线接口的能力，采用能够进一步提高频谱效率和传输速率的方法

3.2.4第二代系统空中接口-GSM

-微蜂窝小区结构

-工作频段：

800/1900或900M/1800M

-数字化技术---语音信号数字化

-新的调制方式---GMSK、QPSK等

-FDMA/TDMA

-频谱利用率高，系统容量大

-便于实现通信安全保密

-信道宽度：

200khz

-每个载波的用户数8个

3.2.5第二代系统空中接口-CDMA

-用户的接入方式采用码分多址（CDMA）

-软容量、软切换，系统容量大

-抗多径衰落

-可运用话音激活、分集接收等先进技术

-频率800/1900

-信号带宽1.25MHz

-每个信道的用户数约为20个

-频道划分方式：

FDMA+CDMA

3.3第三代蜂窝移动通信系统

3.3.13G的概念：

-80年代末ITU给出了FPLMTS的概念，这是最早的3G框架。

-90年代ITU将其更名为IMT2000,定义了3G的概念，需求和服务要求，是3G网络的标准框架。

-98年ITU征集RTT技术方案，后来出现了3个主流的3G标准：

DMA2000,WCDMA,TD-SCDMA。

-总的来说3G系统要求具备支持多媒体传输能力的要求，必须满足在以下三个环境的三种要求。

即：

1.快速移动环境，最高速率达144kbit/s。

2.室内环境，最高速率达2Mbit/s。

3.室外到室内或步行环境，最高速率达384kbit/s。

3.3.23G的主要特点：

1.支持移动多媒体业务

2.宽带CDMA技术

3.高频谱效率

4.FDMA/TDMA/CDMA

5.从电路交换到分组交换

6.从媒体（media）到多媒体（Multi-media）

7.高保密性

8.全球范围无缝漫游系统

9.微蜂窝结构

3.3.3主流技术：

1、WCDMA

2、CDMA2000

3、TD-SCDMA

3.4第四代蜂窝移动通信系统

3.4.1第四代移动通信的提出

一个是对现存无线网的集成和融合

-在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无缝的无线服务与应用。

-开发新的高速无线接口技术。

新的空中接口

-蜂窝移动通信接口

-慢速／本地无线接入接口

接口速率

-蜂窝移动通信接口：

upto100Mbps

-慢速／本地无线接入接口：

upto1000Mbps

移动性的定义

-低速：

步行，3km/h以内

-中速：

市内车辆，50km/h--60km/h

-高速：

高速公路、火车，60km/h--250km/h及以上

3.4.2第四代移动通信的主要特征

-核心网络基于IPv6

-更好地支持移动业务，安全性和无限制的地址空间

-支持多种异构的相互竞争的宽带无线网络之间的整合

-多种系统、多种服务的兼容

-以无线接入点（AP）为IP网关

-不同的无线接入技术在同一个域中共存

-无线资源的优化设计

设计目标

Issues

Target

频段

2GHz

3~5GHz

带宽

5/10/20MHz（DL）AsymmetricBand/Carrier

复用技术

FDD/FDMA:

Macro/MicroCell

FDD/DistributedFreq-HoppingOFDMA（Macro/Micro）

交换方式

PacketData

小区划分

Macro/Micro&HotSpots

数据速率

100Mbpsat60Km/h

QPSK/16QAM/64QAM/256QAM/TurboCode

3.4.3第四代移动通信面临的技术挑战

满足QoS要求的宽带无线链路（PHY/MAC）：

HSPRT

–100Kbps-10Mbps自适应速率，可靠的无线链路，QoS要求弹性的系统容量

–高端应用带宽可能突破1Gbps

将多种无线技术整合为单一的IP网络

–统一的移动协议结构，开放的网络应用接口

新的组网模式

–低成本的结构

实用的移动信息服务

–网络浏览、增值服务（如金融、保险、教育等）

3.4.44G的前沿技术与当前研究热点

–宽带无线链路：

HSPRT，OFDM+CDMA

–端到端的QoS控制：

多级ARQ

–软件无线电技术：

宽带/多通道/多模式

–智能天线技术：

自适应天线阵/MIMO

–空时传输编码分集

–IP网空中接口的优化设计，分层切换:

PDMA

–动态非对称上下行链路：

TC，动态频谱分配DSA

3.4.5未来移动业务前景

4G移动数据业务应具有

–高数据速率：

100Mbps–低开销：

3G的十分之一

–高质量多媒体业务

–提供多种业务的移动终端

–移动终端可接入多种网络

–频谱的灵活分配和高效利用

ITU-R定义BeyondIMT-2000

–新的空中接口

•高速移动环境下支持100Mbps传输

•低速移动环境下支持1Gbps传输

–游牧、局域网支持家庭、办公室、学校等热点区域下的高速数据传输

–IMT-2000系统与其他网络的互联互通

4第三代移动通信商用化进程

移动通信的第三代标准是全世界关注的热点，国际电联已经最后确定了第三代标准由六种不同的标准组成，其中WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA最受关注。

4.1三种标准的技术比较

  CDMA20001X从IS-95平滑升级，技术成熟性最高，有明确的提高频谱利用率的演进路线，在国外有预商用试验网，但CDMA2000全球漫游能力一般。

WCDMA来源于IS-95CDMA技术，有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力也最强。

而TD-SCDMA已成为国际电联和3GPP标准，目前处于与欧洲TDD标准的融合阶段，技术成熟性一般，有较高的频谱利用率。

4.2建网经济性的比较

  建网经济性由四个因素决定：

首先，在技术发展的过程中，尤其是运营商在衡量各种标准的过程中，考虑较多的是网络能否平滑演进，这样才能有效的利用现有的资源，节约成本，具体看：

由GSM发展到WCDMA，GSM可作为WCDMA的依托网，而由GSM发展到UCDMA2000，CDMA2000则不能依托GSM网络。

其次，要看技术实现的难易程度，三种技术标准各有特色，但TD-SCDMA因为不需要双工器，在经济性方面会有优势。

第三，建网经济性还与世界范围内采用的程度及多厂家供货环境有关，绝大多数GSM运营商采用WCDMA标准。

之所以考虑多厂家供货环境，是因为历史经验证明，设备成本不单取决于技术实现难度，在很大程度上取决于规模化程度。

在网络规模和多厂家供贷方面WCDMA占优势。

最后，是有关技术产权IPR方面，IPR不是单纯的技术问题，也是法律问题。

任何进行CDMA产品开发的厂家都需从Qualcomm购买专利，在产品生产和销售方面还需生产许可证费和相应的生产提成费。

WCDMA的IPR较分散，回旋的余地较大。

TD-SCDMA是由中国研制开发的技术，在技术实现、IPR方面可能占优势。

4.3中国的选择

  中国移动通信集团公司总工程师李默芳明确表示：

如果运营者可以自己选择，对于FDD方式，中国移动通信将选择WCDMA进行全国覆盖，对于TDD方式，在TD-SCDMA技术成熟，多厂家供货环境形成，TD-SCDMA／WCDMA甚至TD-SCDMA／WCDMA／GSM多模终端出现后，高业务地区可根据业务需求采用TD-SCDMA系统进行热点覆盖和室内覆盖。

4.4TD-SCDMA的优势

  从技术的角度看，TD-SCDMA是一个TDD模式的标准，这就是与其他的种标准的不同之处，也就带来独特的优势。

首先，TD-SCDMA可在非成对的频谱上实现所有业务，其特点是收发在相同的频率上。

而FDD模式的标准，需要两段对称的频率，分别用于收发。

同时，由于TD-SCDMA采用了CDMA和TDMA的多址技术，使TD-SCDMA在传输中很容易设置一个上行和下行链路的转换点，来针对不同类型的业务，类似于可根据交通的流量来控制红绿灯转换的时间间隔。

对于像互联网这样的“不对称”传输业务，可使其转换为“不对称”，而对于像语音这样的“对称”传输业务，可以使其转换为“对称”，这样总的频谱效率更高。

而FDD模式却不能做到这一点。

因为其上行链路和下行链路是相互独立的，资源不能相互利用。

对于对称业务，FDD有很好的频谱利用率，而对于不对称业务其频谱利用率将有所降低。

 从市场的角度看，能够接入现有第二代的GSM核心网，是TD-SCDMA的又一个突出特点。

这样可以使TD-SCDMA提前提供3G服务，率先走向市场。

 在开发方面，中国电信科学技术研究院和西门子公司进行合作，特别是西门子公司最近宣布，将所有TDD业务都集中到TD-SCDMA上来，实现了UMTSTDD标准的历史性融合。

这对TD-SCDMA在全球推广具有重要意义。

这将吸引全球，特别是欧洲更多的制造商和运营商关注TD-SCDMA技术。

4.53G在国内的发展动态

中国移动通信的国情特点：

现在移动电话的人口普及率还不高，仍然处于高速增长的阶段，且是以话音为主的用户需求，因此，要求3G网必须与GSM网兼容。

充分利用现有的GSM网，选择频谱利用率高的制式，是我国3G怎么走的关键一步。

  就中国移动电话市场而言，也有不同的声音，分析起来不无道理。

8月下旬，香港上市的中移动股票狂跌了28％，创1999年10月以来的最低点，这与中国移动的中报较去年下降35％有关，但更深层次的原因是，投资者对贫富分化的中国市场的基本认识。

他们认为，中国市场目前面临这样的尴尬：

最先富起来的一批人早已有了手机，而新增的那些用户囊中还稍嫌羞涩，他们不会在手机上耗费过多的时间和金钱。

他们不再相信移动市场的增长神话。

  中国移动电话市场是这样，那么移动多媒体通信市场就更不用着急，我们从下面的分析中也可看出，3G的路还长，就世界而言也是如此。

4.63G的市场定位   

   大肆炒作许可证的结果，必然带来泡沫。

冷静下来考虑，3G许可证值不值这么炒，且不去深究，其实买这些许可证的公司和制造商也未必清楚许可证值俏不值这么高价，盲目认为好东西就不能错过机会，加之财大气粗，就使3G许可证的价值“哄抬”起来。

其实3G的价值是与其在市场定位有关。

第三代移动通信系统的市场定位是决定第三代有无长期生命力的一个策略问题。

第三代移动通信系统的市场定位应该是移动多媒体业务。

但是移动多媒体业务是否就迫在眉睫，就像当年建GSM网一样，一点也不能等呢？

其实今天和当年建GSM大不一样，在中国移动电话市场发展空间还很大，国外也同样存在着巨大的市场，移动多媒体市场不是眼前的主要市场，而是未来的市场，据估计2004年以前3G不可能有明显的发展。

况且一个市场的产生、成长到成熟都一段过渡时间，1G向2G，移动电话经过1G的培育市场，2G一上马就像海绵吸水那样吸收了大量用户；同理，移动多媒体（3G）市场也需经过2.5G（EDGE提供了一个从GPRS技术到第三代移动通信的过渡方案，称2.5G）的过渡。

5总结和展望

回顾1G到3G的发展，移动通信系统在每个十年内都会发生革命性的变化。

在2012年2月的世界移动通信大会上，移动宽带化、融合化、智能化和绿色节能成为产业界的战略方向。

移动宽带化的发展趋势使通信网络正在发生根本性的变化，通信的主体也将由人与人扩展到人与物或物与物。

信息通信技术已渗透到城市管理和人民生活各领域，影响和改变着城市的发展方式和生活方式。

随着未来无线网络的变化，移动通信网络正向着网络技术智能化，网络融合，网络技术宽带化，承载IP化等发展。

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