现代手机通讯技术初探

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1、现代移动通讯技术初探所谓通信，最简单的理解，也是最基本的理解，就是人与人沟通的方法。无论是电话，还是网络，解决的最基本的问题，实际还是人与人的沟通。现代通信技术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式，让人与人的沟通变得更为便捷，有效。纵观通信的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段，通信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。1837年，莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进程。1895年，马可尼发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展

2、的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施，而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。而现代的主要通信技术有数字通信技术，程控交换技术，信息传输技术，通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN与ATM技术，宽带IP技术，接入网与接入技术。今天主要探讨一下现在移动通讯技术的发展。第一代移动通信技术第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系

3、统（AMPS），英国的总访问通信系统(TACS)以及日本的JTAGS，西德的 C-Netz，法国的Radiocom 2000和意大利的RTMI。模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。美国摩托罗拉公司的工程师马丁库珀于1976年首先将无线电应用于移动电话。同年，国际无线电大会批准了800/900 MHz频段用于移动电话的频率分配方案。在此之后一直到20世纪80年代中期，许多国家都开始建设基于频分复用技术

4、（FDMA，Frequency Division Multiple Access）和模拟调制技术的第一代移动通信系统（1G，1st Generation）。1978年底，美国贝尔试验室研制成功了全球第一个移动蜂窝电话系统先进移动电话系统（AMPS，Advanced Mobile Phone System）。5年后，这套系统在芝加哥正式投入商用并迅速在全美推广，获得了巨大成功。瑞典等北欧4国在1980年研制成功了NMT-450移动通信网并投入使用；联邦德国在1984年完成了C网络（C-Netz）；英国则于1985年开发出频段在900MHz的全接入通信系统（TACS，Total Access Co

5、mmunications System）。中国的第一代模拟移动通信系统于1987年11月18日在广东第六届全运会上开通并正式商用，采用的是英国TACS制式。从中国电信1987年11月开始运营模拟移动电话业务到2001年12月底中国移动关闭模拟移动通信网，1G系统在中国的应用长达14年，用户数最高曾达到了660万。频分多址(frequency division multiple access, FDMA)，是把总带宽被分隔成多个正交的频道，每个用户占用一个频道。例如，把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。在FDMA系统中，分配给用户一个信

6、道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。第二代手机通信技术2G，第二代手机通信技术规格，以数字语音传输技术为核心。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。2G技术基本可被切为两种，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。时分多址TDMA(Tim

7、e Division Multiple Access) 是把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。时分多址TDMA是以不同的时隙区分不同用户的信道的。在一个频率信道上，可划分为多个时隙。一个时隙又称为一个物理信道。每个物理信道在同一时刻只能供一个用户的业务传送使用。典型的例子如第二代蜂窝系统中的GSM制式和IS-136(或称D-AM

8、PS或ADC)制式中所用的多址技术。码分多址(CDMA)是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA是指一种扩频多址数字式通信技术，通过独特的代码序列建立信道，可用于二代和三代无线通信中的任何一种协议。CDMA是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率，应用于

9、800MHz和1.9GHz的超高频(UHF)移动电话系统。GSM是Global System For Mobile Communications的缩写，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的简称。它的空中接口采用时分多址技术。2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术，由于3G是个相当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从目前的2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因此出现了介于2G和3G之间的2.5G。较2G服务，2.5G无线技术可以提供更高的速率和更多的功能。HS

10、CSD、WAP、EDGE、蓝牙（Bluetooth）、EPOC等技术都是2.5G技术。通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。EDGE是英文Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写，即增强型数据速率GSM演进技术。EDGE是一种从G

11、SM到3G的过渡技术(GPRS俗称2.5G，EDGE俗称2.75G)，它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，即最先进的多时隙操 作和8PSK调制技术。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的符号携带信息空间从1扩展到3，从而使每个符号所包含的信息是原来的3倍。CdmaOne是一个2G移动通信标准，根本的信令标准是IS-95，是高通与TIA基于CDMA技术发展出来的2G移动通信标准。 CDG为该技术申请了cdmaOne的商标，cdmaOne及其相关标准是最早商用的基于CDMA技术的移动通信标准。由2G cdmaOne标准延伸的3G标准为CDMA2000（IS-2000）。“

12、小灵通”无线市话（Personal access System）简称PAS。个人手持式电话系统，PHS(Personal Handy-phone System是固定网络的补充和延伸，也被称为无线市话，俗称“小灵通”。PHS 技术实际上是数字移动通信技术，属于第二代的通信技术。PHS基站覆盖范围有限，通信基站与终端间距离较短。因此，所采用通信功率较小，而覆盖较大面积时需要更多的基站。这使得PHS较适合在都市使用，在野外等地使用效果欠佳。在手机的通讯速度世代上，PHS属于2G的范围。日本小灵通运营商Willcom是产业链上名副其实的领头羊，拥有450万用户。Willcom在2012年12月获得了日

13、本高速无线通信(BWA)牌照，并引入OFDM等4G技术继续发展小灵通，新一代小灵通技术的正式名称为XGP(eXtended Global Platform)，这也是日本在4G时代的“自主技术”；当时同样获得牌照的是KDDI旗下的UQ公司，将使用WiMAX技术建设无线宽带。正交频分复用，英文原称Orthogonal Frequency Division Multiplexing，缩写为OFDM，实际上是MCM Multi-CarrierModulation多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通

14、过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。第三代移动通信技术3G是第三代移动通信技术，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及数据信息，速率一般在几百kbps以上。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，目前3G存在3种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。3G下行速度峰值理论可达3.6Mbit/s，上行速度峰值也可达3

15、84kbit/s。CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000） 是一个3G移动通讯标准，国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口，也是2G CDMAOne标准的延伸。 根本的信令标准是IS-2000。 CDMA2000与另一个3G标准WCDMA不兼容。WCDMA宽带码分多址（英语：Wideband Code Division Multiple Access，常简写为W-CDMA）是一种3G蜂窝网络，使用的部分协议与2GGSM标准一致。具体一点来说，W-CDMA是一种利用码分多址复用（或者CDMA通用 复用技术，不是指CDMA标准）方法

16、的宽带扩频3G移动通信空中接口。TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址） 的简称，中国提出的第三代移动通信标准，也是ITU批准的三个3G标准中的一个，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。是我国电信史上重要的里程碑。HSPA(HSPA High-Speed Packet Access)：HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入，是一种移动通信协议，亦称为3.5G(3G)。该协议在WCDMA下行链路中提供

17、分组数据业务，在一个5MHz载波上的传输速率可达8-10 Mbit/s（如采用MIMO技术，则可达20 Mbit/s）。在具体实现中，采用了自适应调制和编码（AMC）、多输入多输出（MIMO）、混合自动重传请求（HARQ）、快速调度、快速小区选择等技术；HSUPA (high speed uplink packet access)高速上行链路分组接入。HSUPA通过采用多码传输、HARQ、基于Node B的快速调度等关键技术，使得单小区最大上行数据吞吐；HSPA+（High-Speed Packet Access+），增强型高速分组接入技术，是HSPA的强化版本，HSPA+比HSPA的速度更快

18、，性能更好，技术更先进，同时网络也更稳定，是目前LTE技术运用之前的最快的网络，率达到5.76Mbit/s，大大增强了WCDMA上行链路的数据业务承载能力和频谱利用率。TD-HSDPA是TD-SCDMA的下一步演进技术，采用TDD方式。作为后3G的HSDPA技术可以同时适用于WCDMA和TD-SCDMA两种不同制式。第四代移动通信技术第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advan

19、ced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求）。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。LTE与WiMAX，以及3GPP2的超行动宽带(Ultra Mobile Broadband，UMB) 技术常一起被称为4G，过去的3G技术是指同一无线网络提供语音

20、和数据通讯，但到了4G时代则变成为全数据网络，LTE估计最高下载速率150Mbps与上传50Mbps以上，比3G时代已投入使用的部分WiMax更快。3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。 其职能： 3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA(FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-CDMA技术)为无线接口的第三代技术规范。LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱。LTE-TDD，国内亦称TD-LTE，即 Time Division Long

21、TermEvolution（分时长期演进），由3GPP组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定，LTE标准中的FDD和TDD两个模式实质上是相同的，两个模式间只存在较小的差异，相似度达90%。1TDD即时分双工(Time Division Duplexing)，是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD频分双工相对应。TD-LTE是TDD版本的LTE的技术，FDD-LTE的技术是FDD版本的LTE技术。TD-SCDMA是CDMA（码分多址）技术，TD-LTE是OFDM（正交频分复用）技术。两者从编解码、帧格式、空口、信令，到网络架构，都不一样。FDD（频分双工）是该技术支持的两种双工模式之一，应

22、用FDD（频分双工）式的LTE即为FDD-LTE。作为LTE的需求，TD系统的演进与FDD系统的演进是同步进行的。绝大多数企业对LTE标准的贡献可等同用于FDD和TD模式。由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的利益等因素，FDD-LTE的标准化与产业发展都领先于TD-LTE。FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入。WiMAX也叫80216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

23、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。超行动宽带（UltraMobileBroadband；UMB）是CDMA技术的下一代演进标准，原本被称为CDMA20001xEV-DO修正版C，后来改称UMB，与GSM/GPRS/EDGE/ WCDMA/HSPA技术的下一代标准长程演进(LongTermEvolut

24、ion；LTE)及WiMAX都是4G高速行动宽带的重要技术之一。UMB承诺在行动通讯环境下可以让下行与上行最高速率各可达到288Mbps及75Mbps；相较于LTE的下行及上行各达100Mbps及50Mbps，以及WiMAX的最高75Mbps，UMB暂居上风。第五代移动通信技术第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中。中国、韩国（三星电子）、日本、欧盟都在投入相当的资源研发5G网络。东芝及NTT公司正讨论在2020年东京奥运会旗舰施行8K电视信号直播的可能性，现在又有一项新技术可能在2020年成为日本国家通讯技术的里程碑。根据来自日本经

25、济新闻的报道称，日本政府正在计划于2020年领先于其他国家推出5G网络。欧洲、韩国与其他地区在5G技术方面也与日本处于类似的阶段，但是仍未有具体的技术标准诞生以及运用新一代移动通信技术的时间表。2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信（5G）的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。相比之下，当前的第四代长期演进（4GLTE）服务的传输速率仅为75Mbps。注：GPRS的访问速度171.2kbpsEDGE传输速率在峰值可以达到384kbpsHSDPA或TD- HSDPA（高速下行分组接入）数据通信速率理论上可超过3.6Mbps6