第一代到第五代移动通信的演进

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1、技术 应用TechnolAgp/Kication第一代到第五代 移动通信的演进.him血 niic Joun 仙 Klfi .中国新通信 90 china new TELEtQMMUNICATI0NShitn/ywwxnlci net技术 应用TechnolAgp/Kication.him血 niic Joun 仙 Klfi .中国新通信 90 china new TELEtQMMUNICATI0NShitn/ywwxnlci net技术 应用TechnolAgp/Kication彭小平.him血 niic Joun 仙 Klfi .中国新通信 90 china new TELEtQMMUNI

2、CATI0NShitn/ywwxnlci net技术 应用TechnolAgp/Kication.him血 niic Joun 仙 Klfi .中国新通信 90 china new TELEtQMMUNICATI0NShitn/ywwxnlci net技术 应用TechnolAgp/Kication随着移动用户的增多，以及人们对移动通信业务的追求已从单纯的语 音业务 扩展到多媒体业务，因此，移动通信技术 变得越来越重要，为了满足人们不断增加的需求，这使得人们努力改进和发展一些 新的技术。现在移动通信技术的热点是 3G 4G和5G技术，然而，人们可能产生 疑问，3G还没有完全实现，为什么又急于研

3、究4G甚至5G 4G不仅是对3G的困 难和局限的突破和演进，而且增强了服务质量、增加了带宽和降低了成本，而5G是一种完美的无线通信系统。本文主要讨论第一代到第五代移动通信技术的演进和 4G的工作原理。第一代到第五代移动通信的概述第一代移动通信系统（1G是在 2 0世纪8 0年代初提出的，它完成于2 0世纪9 0年代初，如NMT和AMPS其中，NMT 于19 8年投入运营。第一代移动通信系 统是基于模拟传输的，其特点是业务量 小、质量差、安全性差、没有加密和速度 低。1G主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约 2.4kb,不同国家采用不同的工作系统。第二代移动通信系统（2G开

4、始于 2 0世纪8 0年代末并完成于2 0世纪9 0年代 末，199年第一个GSM网络开始商用。2G是基于数字传输的，并且有多种不同的标准 （女口 GSM, CT2CT3DECT DCS18）,0其传输速率可达 64kbit/s GSM（全球移动 系统）通信是 目前使用 的 最普遍的一种标准，GSM使用9 0 0 MHz 和1 8 0 0 MHZ个频带 GSM通信系统采 用数字传输技术并利用用户识别模块 （SIM技术鉴别用户，通过对数据加密来防止偷听。GSM传输使用时分多址（TD MA）和码分多址（CDMA1）技术来增加 网络中信息的传输量。GSM不能实现全 球无缝漫游。其他的 2G系统是 I

5、S 5CDMAPDC和 IS36TDM。第2.代移动通信系统（2.5）是 2G向3G发展过程中的中 间过渡，它是2G 的扩展和加强，2.5是2G的增强版。通 用无线分组业务（GPRS可以看作在2G 和3G之间移动通信技术发展的过渡时 期，它是 GSM的扩展，GPR肝 200年 开始运行。GPR燙一种数据 业务，它能 够使移动设备发送和接收电子邮件及图 片信息。GPRS勺常用速度为115kb,it/s 通过使用增强数据率的GSM （EDGE最大速率可达 3 8 4 kb ,i而典型的GSM数据传输速率为9.6kbit/s第三代移动通信系统（3G开始于 2 0.him血 niic Joun 仙 K

6、lfi .中国新通信 90 china new TELEtQMMUNICATI0NShitn/ywwxnlci net技术 应用TechnolAgp/Kication.him血 niic Joun 仙 Klfi .中国新通信 90 china new TELEtQMMUNICATI0NShitn/ywwxnlci net技术 应用TechnolAgp/Kication世纪 90年代末，3G是目前正在全力开发和实施的移动通信系统，已经在部分国家运营，2 0 0年在英国投入运营。3G统一不同的移动技术标准，使用高的频带和TDMA技术传 输数据来 支持多媒 体业务3G不仅 提供从 12 5kb到t

7、2/M bit的传输速率，而且能够提供多种宽带业务 。其主要特点是无缝全球漫游、高速率、高频谱利用率、高服务质量、低成本和高保密性等。3G的欧洲标准是通用移动通信系统（UMT$UMTS通信系统仍然采用数字传输技术并利用 SIM鉴别对 数据加密 。信息传输使用宽带码分多址 （WCDMA并能得到 3 8 4 kb到t KOs 48kb的传输速率 o第四代移动通信系统（4G是一个基本概念，仍然处在研究阶段，目前不存在实际的第四代移动通信系 统。4G提供高速率 、高容量、低成本和基于I业务。4G是基于 Ad ho网络模型的 ，它的操作运行不需要 固定的基础结构，Ad ho（网络需要全球移动性能（即移动

8、I）P和全球 IPv网络的连通性以支持每个移动设3G和4G的比较由于3G是正在研究和实施的技术，而4G是研究的热点并取得了一定的成果，因此，将它们作以比较。3G和4G的主 要区别是数据速率，业务类型，传输方式，因特网接入技术，与有线骨干网接口的兼容性，服务质量和安全性。在快速运动的大区域范围内，4G应该支持至少 lOOMbi的最大速率 ，在低速运动的局 部区域范围内应该达到lGbi的速率。相比4G的传输速率而言 ，3G的速率低得多 ，仅有 2Mbi。就业务 而言，3G是很难实现全球漫游和接入网络的互操作 性，然而，4G是一个全球标准 ，它能够提供全球移动性 和业务的便携性 ，所以，业务提供商不

9、局限在单个系 统，也就是说 ，4G应该能够提供低成本的非常平滑的 全球漫游 。另外，3G是基于广阔范围的概念，它是以有限的接入技术 （如 wcdma,cdmatd-sdma利用 电路交换和分组交换传输的。然而，4G是基于宽带 IP 994-2HJ7 China Aa demic J nuna打中国（裁通嗨肝9 2 CHINANEW TELECOMMUNICATIONS技术 应用TechnolAgp/Kication备的 IB地址。在不同的 I!网络（8 0 2.llWI.ARRS 和UMT S中，4G能够在更高的数据传输速率下实的，以无缝接入融合方式，完全利用分组交换方式传输，即4G综合所有的

10、接入技术，业务和应用能够毫无 994-2HJ7 China Aa demic J nuna打中国（裁通嗨肝9 2 CHINANEW TELECOMMUNICATIONS技术 应用TechnolAgp/Kication,通过I地址运行在有线骨现无缝漫游,其数据传输速率从2MbitK SGbi,t/S艮制地运行在无线骨干网 994-2HJ7 China Aa demic J nuna打中国（裁通嗨肝9 2 CHINANEW TELECOMMUNICATIONS技术 应用TechnolAgp/Kication还能够提供低时延的新业务。虽然移动设备不依赖固定的基础结构，但是在 Adho （网络中仍需要

11、自组织的增强的智能并具有在分组交换网络中的路由能力。第五代移动通信系统（5G还没有清楚的定义，但肯定比 4G更先进，性能更好，5G接入和服务区域没 有限制，其传输速率高得令人难以置信。5G被认为是一种完美的无线通信,人们称它为真正地无线世界。5G的概念起源于4G技术,随后的演进也是基于4G的。因此，相比4G而言，5G应该 有重大的 突破，有更 多的业务和更多的智能技术。图l 1G到4G的演进图干网，也就是说，4G将带给我们几乎完美的真实无线 世界。现在的问题是4G应该如何发展，怎样才能使4G变成现实。4G的工作原理在4G无线网络中，每个结点分配一个基于IPv6的4GT!地址,于是,一个永久的本

12、地IB地址和一个代表实际位置的动态转交地址将形成。当因特网中的设备（如计算机）与无线网络中的另一个设备（如蜂窝电话）通信时,计算机送一个包到蜂窝电话的4GTP地址（目标当然是本地 I地址），然后，蜂窝电话 所在 网络中的地址目录服务器送这个包到蜂窝电话的转交 地址（移动 I ）P；此外，地址目录服务器将蜂窝电话的 转交地址 （实际位置）告诉计算机，下一个包同样直接送到蜂窝电话。4GT 地址（IP V 6现在使用的I地址（IPV能运送更多的信息，IP（因特网协议版本 6）包括 l28b ,它是s I地址（IPV 的 4倍。IPv包括 4套I Pv地址,每套IPv地址分别定义为不同的功 能和用法。

13、同时，在4G无线网络中 ,不仅有 IPv传输 协议，而且还要受OFDMMCCDMA LAS GDMA,UWB和Net rkLMDS等的支持 。OFDM正交频分复用）通过无线电波发射大量的数字数据。OFDM的工作原理是通过将无线电信 号分成许多小的子信号，然后用不同的频率将这些子信号同时发送到接受器，也就是说 ，OFDM是一种数字调制技术，许多正交子波复用是为了增加信号强度，对于高频带数字信号的发射来 说，这是很好的方法。在正交频分复用系统中，在开始通信之前，两个无线设备建立连接通道，所以，在某一目标链路连接之前，无线电信号分成 许多小的子信号以准确的方向达到目标多载波一码分多址（MS-CDMA

14、）实际上是 码分多址覆盖的正交频分复用。用户用正交码的复用是为了辨别它们是处在多载波码分多 址还是处在单载波码分多址系统。它允许在蜂窝系统和信号小区系统之间灵活的系统设计 然而，在 MS-CDMA中，每个用户分配几个 码，这些数据在时间或频率上分开大区域同步码分多址（LAC-DMA）通 过空中连接通信发展的。LAS - DMA能够使数据速率更高并增加语音的容量，码分双工 （CD融）合高频谱效益的LAS DMA技术和时分双工（TD的）高数据传输的性质。这种结 合使 CDD成为现在最有效的、高容量的双工域上。因为IPv是基本地址的协议，它在所有的区域运行，LAS CDMA设计在全球范围 世界 区）

15、，OFDM和 MC-CDMA运行在宏小区，Net worklMDS安排在微小区，而 UWE在微微小区。虽然它们作用互补，分工协作，但是基于上述发射协议，在某些方面 ，它们中任何一个多都有不 足之处，在实现 4G的宏伟目标时还很不完美。在未来的十几年内，必须加大对4G的研究和实验，使之早日变成现实Eurof：1EurooeEh at 994-2HJ7 China Aa demic J nuna打中国（裁通嗨肝9 2 CHINANEW TELECOMMUNICATIONS技术 应用TechnolAgp/Kication在第四代无线移动通信技术中，UWB用在建筑 物中距离非常短的微微小区网络一局部多

16、点分布系统1G到么样的业务一般的概念和思想，4G是基于 进，它能够实现无线环球网的思想 本提供更多的业务和平滑的全球漫游系统o在第四代移动通信中，LAS DMA是作为一个全球传输协议世界小区），即当两个无线设备的距离太远时，它们之间只有通过基于 IPv昵LASCDMA建立连接 。在第四代移动通信技术中，超宽带（UW砸线通信通过使用非常短的电脉冲一次扫描所有 的频率，它能够解决多径衰落问题，然而，由于 UWB的低功率的要求，UWE只能用在室内或地下，于是，UWB必须结合 OFDM使用，再通过使 用多径算法后能够发射大量的数字数据；OFDM运行在室外，而UWB运行在室内保证信号强度（Ne towk

17、lMDS） 是一种宽带无线技术，它用在 2 5GH和更高频带下运送语音、数据、因特网和视频业务。它的同时包括语音、数据、因特网和视频业务的广播是局 部范围的信号衰落问题的解决方案。所以，在第 四代移动通信技术中，能够用在微小区和宏小区Netw rkL-MDS是无线设备的主要传输协IP vCODMMCCDMALASCDMAUWENetorkL-MDS分别安排在不同的大小的区图2小区大小的分布图结论现在，无线技术在网络和因特网领域中变得 越来越来普遍和重要，本文简单地介绍了5G的历史背景，比较了3G和4G的不同点 ，描述了 4G在未来工作中 的方便和功能强大性能。4G的研究工作起步于2 0 0年，现在已有许多标准和技术 ，并仍处在发展的过程中，因此，人们很难预料未来的4G是个什么样子，它能够提供什o然而，从研究的结果能够得到4G的3G的局限性演 ，它能够以低成 未来的通信系统向何处发展，怎样发展，能够提供什么样的业务等等，这些问题都有待于进一步的研究作者简介：彭小平，湖北襄樊学院物理系讲师，主要研究方向为移动通信新技术、信号处理。 994-2HJ7 China Aa demic J nuna打中国（裁通嗨肝9 2 CHINANEW TELECOMMUNICATIONS