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移动通信技术发展及展望
Mobile communication technology development and
prospects
电子通信与物理学院 专业、班级：通信14-1
报告人：杜超 论文结题时间：2014.1
摘要：在过去的10年中，世界电信发生了巨大的变化，移动通信特别是蜂窝小区的迅速发展，使用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式。进入21世纪，移动通信将逐渐演变成社会发展和进步的必不可少的工具。移动通信技术日新月异,先后经历了第一代、第二代移动通信技术的兴起与淘汰,完成了第三代移动通信技术的快速覆盖与普及,目前正在进行第四代移动通信技术的尝试与推广,以及第五代移动通信技术的研究与探索。相信在越来越先进的科学技术的强有力支持下,以及未来移动数据通信与多媒体业务需求发展的需求下,第四代移动通信技术会给人们带来更加美好的未来。
关键词：移动通信;发展历程;发展趋势
Abstract: In the past ten years, great changes have taken place in the world telecom, mobile communications, especially the rapid development of the cell, the user completely get rid of the bondage of terminal equipment, to achieve a complete personal mobility, reliable transmiion means and ways.Entering the 21st century, mobile communication will gradually evolve into the tools of social development and progre.Mobile communication technology, has experienced the rise of the first generation and second generation of mobile communication technology and eliminated, completed the rapid coverage and popularity of the third generation mobile communication technology, is currently in the fourth generation mobile communication technology to try and promotion, as well as the fifth generation of mobile communication technology research and exploration.Believe that there are more and more advanced under the strong support of science and technology, and the future development of mobile data communication and multimedia busine requirements, under the requirements of the fourth generation mobile communication technology will bring people a better future.Key words: Mobile communication;The development course;The development trend
目 录
摘要 关键词
一、第一代移动通信技术......................................................................1二、第二代移动通信技术.....................................................................1
三、第三代移动通信技术......................................................................2四、第四代移动通信技术......................................................................3 1.简介......................................................................................3 2.核心技术................................................................................4 3.网络结构................................................................................7 4.4G特点..................................................................................7 5.4G标准..................................................................................9
五、未来展望——第五代移动通信技术..................................................16
1.发展现状..............................................................................16 2.最新研究成果........................................................................17
六、结束语......................................................................................19 参考文献
一、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。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。
二、第二代移动通信技术
第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于扩展和改进GSMPhase1及Phase2中原定的业务和性能。它主要包括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，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，分别是美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA。原中国联通的CDMA卖给中国电信，中国电信已经将CDMA升级到3G网络，3G主要特征是可提供移动宽带多媒体业务。
已有538个WCDMA运营商在246个国家和地区开通了WCDMA网络，3G商用市场份额超过80%，而WCDMA向下兼容的GSM网络已覆盖184个国家，遍布全球，WCDMA用户数已超过6亿。
四、第四代移动通信技术
1、简介
第四代移动通信技术（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-Advanced，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。
可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。
2.4智能天线技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。
2.5MIMO技术
（多输入多输出）技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。例如：当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42bps/Hz，这是单天线系统所能达到容量的40多倍。因此，在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏的今天，MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。
2.6软件无线电技术
软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬
存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
3、网络结构
4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。
物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。4、4G特点 4.1通信速度快
座位情况显示得清清楚楚，大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类的各种现场直播。LG G3支持双卡，支持2014年的主流4G，并内置可拆卸式3000毫安时电池。
4.4兼容性好
要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑的它的功能强大外，还应该考虑到现有通信的基础，以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。
因此，从这个角度来看，未来的第四代移动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第二代平稳过渡等特点。
4.5频率效率高
相比第三代移动通信技术来说，第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，例如一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度，引入了交换层级技术，这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口，也就是说第四代主要是运用路由技术(Routing)为主的网络架构。
由于利用了几项不同的技术，所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。
5、4G标准 5.1 LTE LTE(Long Term Evolution，长期演进)项目是3G的演进，它改进
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。LTE-Advanced的相关特性如下： 带宽：100MHz 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps 峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz 针对室内环境进行优化 有效支持新频段和大带宽应用
峰值速率大幅提高，频谱效率有限的改进
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。
5.3WiMax WiMax：WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Acce)，即全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是IEEE 802.16。WiMAX的技术起点较高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。
对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。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1
其实是最早的4G通信标准，大约出现于2000年。
5.4Wirele MAN WireleMAN-Advanced：WireleMAN-Advanced事实上就是WiMax的升级版，即IEEE 802.16m标准，802.16系列标准在IEEE正式称为WireleMAN，而WireleMAN-Advanced即为IEEE 802.16m。其中，802.16m最高可以提供1Gbps无线传输速率，还将兼容未来的4G无线网络。802.16m可在“漫游”模式或高效率/强信号模式下提供1Gbps的下行速率。该标准还支持“高移动”模式，能够提供1Gbps速率。
WireleMAN-Advanced有5种网络数据规格，其中极低速率为16kbps，低数率数据及低速多媒体为144kbps，中速多媒 体为2Mbps，高速多媒体为30Mbps超高速多媒体则达到了30Mbps--1Gbps。
但是该标准可能会被率先被军方所采用，IEEE方面表示军方 的介入将能够促使WireleMAN-Advanced更快的成熟和完善，而且军方的今天就是民用的明天。不论怎样，WireleMAN-Advanced得到ITU的认可并成为4G标准的可能性极大。
5.5国际标准
2012年1月18日下午5时，国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上，正式审议通过将LTE-Advanced和WireleMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准，中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际标准。
度Augere预计2012年2月开始预商用。审议通过后，将有利于TD-LTE技术进一步在全球推广。同时，国际主流的电信设备制造商基本全部支持TD-LTE，而在芯片领域，TD-LTE已吸引17家厂商加入，其中不乏高通等国际芯片市场的领导者。
5.6速率对比
无线蜂窝技术：CDMA2000 1x/EVDo;GSM EDGE;TD-SCDMA HSPA;WCDMA HSPA;TD-LTE;FDD-LTE
4G网络的下行速率能达到100Mbps～150Mbps，比3G快20倍～30倍，上传的速度也能达到20Mbps～40Mbps。这种速率能满足几乎所有用户对于无线服务的要求。有人曾这样比较3G和4G的网速，3G的网速相当于“高速公路”，4G的网速相当于“磁悬浮”。
多模多频芯片
支持LTE/3G多模多频是LTE终端的明确发展方向，也是国内运营商的发展思路。目前国内某些运营商已经公开表示将建设TDD/FDD融合组网，这对多模多频也提出了很高要求。[14] 中国移动也多次强调，TDD/FDD混合组网、支持5模10频、5模12频及Band 41是中国移动发展LTE智能终端的重点。[15]
关于多模多频，业界普遍认为频段不统一是当今全球LTE终端设计的最大障碍——当前，全球2G、3G 和4G LTE网络频段的多样性对移动终端开发构成了挑战。全球2G和3G技术各采用4到5个不同的频段，加上4G LTE，网络频段的总量将近40个。要支持多模多频，首先就需要终端集成能同时支持多种制式和频段的芯片。
第五代移动通信技术（5G）。也是4G之后的延伸，目前正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织（像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R）的公开规格或官方文件有提到5G。
第五代移动通信技术，2014年还没有一个具体标准。不过在有消息报道韩国成功研发第五代移动通信技术，手机在利用该技术后无线下载速度可以达到每秒10G。这一新的通信技术名为“流浪本地无线接入”（外语：NOmadic Local Area wirele acce、外语缩写：NOLA）。
而作为全球最大的电信设备商华为日前已正式宣布，其目前已经在包括加拿大、英国等地为5G投入200多位研发人员，并将在未来5年内为此继续投资6亿美元。
2.最新研究进展 2.1三星
三星电子计划以2020年实现该技术的商用化为目标，全面研发5G移动通信核心技术。随着三星电子研发出这一技术，世界各国的第五代移动通信技术的研究将更加活跃，其国际标准的出台和商用化也将提速。
据悉，韩国电子通信研究院的专家称，NoLA可作为铺设5G网络的基础技术。使用NoLA技术下载一部DVD格式标准电影只需要几秒时间。目前世界上最快的无线通讯技术是由三星公司研发的，使用三星的这一技术可实现每秒1G的下载速度。韩国电子通信研究院院长称：“我们一直在同其他国家争夺第一个4G标准，现在我们成功研
中国移动表示启动5G研发，分析人士指出，三大运营商均在参与5G研发，一是为了技术跟上时代变化，二是需求快于技术发展。
2.2华为
全球4G建设部署方兴未艾，5G研究开发却悄然开启大幕。在2014年，全球最大的电信设备商华为称，已经在包括加拿大、英国等地为5G投入200多位研发人员，并将在未来5年内为此继续投资6亿美元。
英国Surrey大学5G创新中心主任Rahim Tafazolli表示，到2010年，全球已经有140亿终端连接起来，但当今世界还有90%的东西未被连接，互联网将是未来真正的杀手级应用，而不是大家讨论的音乐、视频等。
按照华为的设想，5G基站网络能力要达到4G的1千倍，移动数据传输率达到10Gbps的级别，并且传输延迟不超过1毫秒。
据介绍, 华为公司为5G设定的目标至少是，一个基站的容量要达到4G的1000倍，消费者端可以获得的速率将是10G。
六、结束语
移动通信在20多年的时间里得到了飞速的发展，给人们的生活方式、工作方式以及社会的政治、经济等各方面都带来了巨大的影响。人类社会进入了高效率的信息化时代，各个方面的业务应用需求呈现爆发式增长，给未来无线移动宽带系统在频率、技术以及运营等各方面都带来了巨大的挑战。
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