移動通信系統的演變

2019-11-03 09:12:18

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供稿：網友

芮曉波，顏彪，薛波，徐中華

揚州大學信息工程學院

　　摘　要：介紹了移動通信系統的發展歷程以及各個階段移動通信系統的特點，就系統參數、體系結構、應用范圍等進行了分析，并對未來移動通信的發展方向做了展望。

關鍵詞：移動通信系統；無線通信；第三代移動通信；演變

　　現代無線通信起源于19世紀赫茲的電磁波輻射實驗，使人們認識到電磁波和電磁波能量是可以控制發射的。1928年，一名Purdue大學的學生發明了工作于2 MHz的超外差無線電接收機，開始應用于底特律警察局。20世紀30年代全世界的移動通信系統都還采用幅度調制，30年代晚期，出現了第一個調頻移動通信系統。二次大戰極大地促進了移動通信的發展，1949年，美國聯邦通信委員會（FCC，FederalCommunications Commission）正式確認移動通信是一種新的電信業務。在調頻移動通信發展的初期，FM系統占有120 kHz的射頻帶寬，用于發射具有3 kHz的語音信號。為了提高頻譜效率，1950年FCC把射頻帶寬降為60 kHz，1956年，FCC又在UHF波段上將信道帶寬降為50kHz。20世紀60年代，由于FM技術的發展，信道帶寬降為30 kHz，同時，可以在一個通信區域使用2個相鄰信道。到了中期，模擬FM系統的頻譜效率已提高到了第二次世界大戰末期的4倍。

1　第一代移動通信系統

　　1971年2月，FCC接收Bell公司建立蜂窩移動通信系統HCMTS的建議，在850 MHz頻段提供了40 MHz頻譜資源。HCMTS在1978年安裝，1983年開始商業服務。HCMTS的建立在多個方面發展了蜂窩移動通信技術，并在20世紀80年代演變成了美國模擬　　系統的國家標準此同時，基于不同標準的其他模擬蜂窩移動通信系統也得到了很大的發展，具有代表性的是英國的TACS、日本的NAMTS、北歐的NMT。第一代移動通信系統的主要技術是模擬調頻、頻分多址，以模擬方式工作，使用頻段為800／900 MHz。各系統參數如表1所示。

2　第二代移動通信系統

　　90年代起，隨著數字技術的發展，加上模擬系統在擴充信道容量時所遇到的系統精確控制、昂貴的系統投資以及抗干擾等問題，一些世界性的標準委員會選擇了將數字系統作為第二代移動通信系統的基準。數字技術的引進最大的優點是他的抗干擾能力和潛在的大容量，DSP的發展使一些新的無線應用開始出現，如電子郵件、移動商務、金融管理等。

國際上進入商用的數字蜂窩系統主要有歐洲的GSM、美國的DAMPS(IS-54，現在的IS-136)和CDMA(IS-95)、日本的PDC(個人數字蜂窩系統)。各系統參數如表2所示。

2．1　GSM

　　為了發展一種在整個歐洲使用的數字蜂窩系統，CEPT在1982年提出了GSM。1989年，ETSI（現在的3GPP）制定出GSM的規范，GSM在1991年7月投入商用。在數據傳輸方面，GSM一開始就能提供SMS，也可以使用CSD進行數據傳輸，但最大速率只有14．4 kb／s，因此，出現了高速電路交換數據ASCSD和通用分組無線業務GPRS。HSCSD是基于電路交換的，其速率可達57．6 kb／s。GPRS采用GSM的無線調制技術、頻段和幀結構，實際上擁有和有線調制解調器相同的帶寬，同時可以幾個用戶共享同一個無線信道。另外還有一種EGDG（增強型數據速率改進），是在GPRS基礎上將信道調制方式由GMSK改為8 PSK。

2．2　CDMA

　　20世紀80年代中期，美國軍方將擴頻通信技術解密，隨即這項技術在移動通信領域中得到應用和發展，1993年，ITU通過了基于擴頻的碼分多址接入標準。1995年，CDMA投入商用。

　　CDMA系統中，許多用戶（多達64個）共享1．25 MHz的信道，每個用戶分配一個偽隨機碼，在端點，解碼器可以區分業務流，所有的基站傳輸同樣有時間偏移的偽隨機碼，因此，必須保持同步。與GSM一樣，CDMA的第一個版本IS-95A提供速率為14．4 kb／s。1997年6月，IS-95BCDMA標準制定，他在基本碼之外分配7個補碼，數據傳輸速率可達64 kb／s。

2．3　D-AMPS

在模擬蜂窩系統中，如AMPS，一個用戶分配一個30 kHz的信道,D-AMPS是設計來與AMPS共存的TDMA系統。他將30 kHz的信道分為3個，允許3個用戶共享一個無線信道，并為每個用戶分配一個惟一的時隙。目前，TDMA正向GSM轉移，這些新的　　5GSM網絡將綜合GPRS和EDGE技術。

2．4　PDC

　　PDC是日本基于TDMA的標準，工作頻段為800 MHz和1 500 MHz。

3　第三代移動通信系統

　　由于第二代移動通信系統仍存在業務單一、無法實現全球互聯，90年代中后期，人們開始了第三代移動通信系統的研究，欲使其實現：全球統一的標準、具有多媒體傳輸能力、增加分組交換業務、增加非對稱傳輸模式、加強數據處理能力、更好的傳輸質量、提高終端電池使用壽命、更高的頻譜效率、更大的信道容量。1998年，ITU綜合各國際標準化組織提出的建議開始制定和完善第三代移動通信系統標準IMT2000。系統構成如圖1所示，其主要分為2個系統：UMTS和CDMA 2000(CDMA MC)，其中，UMTS又包括2種模式，一種是CDMA-DS，寬帶CDMA，也稱頻分復用（FDD）。另一種是CDMA-TDD。

3．1　UMTS

　　TDD和FDD標準的制定由3GPP完成，到目前為止已有3GPPRelease 3（即Release′99），R5，R6三個版本。　　FDD模式被認為是UMTS的主要技術。FDD模式來自于CDMA，他也使用偽隨機碼，上下行鏈路使用單獨的5 MHz載頻，單個用戶的數據傳輸速率可達384 kb／s，FDD允許基站之間的異步操作。TDD模式的主要技術是TD〖CD*2〗SCDMA，他的載頻間隔是1.6 MHz，而不是其他寬帶標準的5 MHz，端用戶的最高數據傳輸速率可達5 Mb/s。

3．2　CDMA 2000

CDMA 2000技術規范是由3GPP2制定，由CDMA 2000 1X過渡到CDMA 2000 1XEV-DO，再到CDMA 2000 1XEV-DV，其數據傳輸速率可達3 Mb/s，但CDMA 2000 1X的運營商很少。

4　第三代移動通信系統以后

第三代移動通信系統最初的目標之一是形成統一的標準，從而實現全球漫游，遺憾的是，最終3G還是形成了多種制式并存的局面，并且，隨著人們生活、工作空間的日益擴大，不能充分滿足人們各方面的需要，于是，在3G尚未大規模商用之時，4G已經出現了。

　　4G采用全數字技術，支持分組交換，將WLAN，Bluetooth等局域網技術融入廣域網中，將提供更高的傳輸速率和更大的容量，同時，因為采用高度分散的ip網絡結構，使得終端具有智能和可擴展性。ITU在2000年10月成立了IMT-2000and beyond工作組。網絡結構如圖2所示。

5　結　語

　　移動通信發展到今天，盡管還沒有實現全球兼容的標準以及理想的傳輸速率和容量，但是，隨著相關技術的發展，如全IP、蜂窩、衛星、WLAN，Bluetooth，Adhoc，OFDM，UWB，智能天線、軟件無線電、BLAST，Turbo碼，DVB，WAP等，未來的移動通信系統定能實現“任何人（Whoever）在任何地點（Wherever）、任何時間（Whenever）可以同任何對方（Whomever）進行任何形式（Whatever）的通信”這一目標。

參考文獻

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摘自　現代電子技術

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