鲍 航

(武汉纺织大学 电子与电气工程学院，湖北 武汉 430073)

无线移动通信技术发展现状与趋势*

鲍 航

(武汉纺织大学 电子与电气工程学院，湖北 武汉 430073)

首先详细介绍了无线移动通信的发展历程，其次，分析了第二、三代无线移动通信系统技术的研究情况和标准的发展，最后着重讨论了后3G时代人们对无线移动通信系统的需求和移动通信技术的发展趋势及特点.

移动通信;3G;4G;发展历程

近年来，随着全球通信技术的飞速发展，移动通信在人们日常生活中的地位越来越重要，移动用户的数量也呈爆炸式增长的趋势，市场前景一片大好，移动通信技术的发展速度与应用领域更是呈现出如火如荼的发展态势.在计算机网络支撑技术、市场竞争和用户需求的共同作用下，无线移动通信技术经历了近百年的发展，特别是在近二三十年间呈跨越式发展.［1］

2010年7月，Ericsson(爱立信)发布综合调查数据，指出在印度和中国等新兴市场的主要带动下，全球移动又迎来一个新的里程碑.2010年7月8日全球第50亿个移动用户诞生，3G用户总数超过5亿.根据联合国的统计，全球人口总数已经突破70亿，移动电话用户已经覆盖全球73.5%的人口.2009年12月，移动网络的数据流量首次超过语音呼叫的数据流量，这是移动互联网领域的又一个里程碑事件.同时，根据 UMTS(UMTS，Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)论坛有关报告预测，2010年全球移动通信运营商的业务收入将达到3 200亿美元，其中有2 330亿美元是由3G新业务产生.而在未来十年内累计的移动业务收入将超过10 000亿美元.巨大的市场潜力，吸引着全球的设备开发商、网络运营商、业务开发商等积极推动着3G的发展.

无线移动通信的发展经历了5个阶段，正在向第四代无线移动通信系统技术快速迈进.从最开始的无线对讲系统、传统的单基站大功率系统到蜂窝移动系统、卫星移动系统;从本地覆盖到全国覆盖，并实现了国内、国际漫游;从提供语音业务到提供包括数据的综合业务;从模拟移动通信系统到数字移动通信系统等，目前已经历了四代，目前业界正在积极推进第五代移动通信技术的应用.

无线移动通信发展的最终目标是实现任何人(Whoever)可以在任何地点(Wherever)、任何时间(Whenever)与其他任何人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信(即W5的个人通信)［2］.下面就简单的介绍一下无线移动通信系统发展的前4个阶段.

1 无线移动通信发展历程

从1897年，Marconi(马可尼，意大利科学家，无线电先驱)在赫兹实验的基础上完成了一个固定站与一艘拖船之间的无线通信实验［3］，证明了在移动体之间以无线方式进行通信的可行性，至今，移动通信的发展大致经历了5个阶段，如图1所示.在这里首先简单介绍一下前面4个阶段的发展历程及各自的技术特点.［4］

图1 全球无线移动通信标准发展历程［4］

1.1 前一代移动通信系统

20世纪20～30年代，采用AM调幅技术的警车无线电度电话系统开始使用，其工作频率为2MHz;40～50年代，采用FM调频技术的人工续接移动电话开始使用，采用单工工作方式，使用工作频段为150 MHz及450 MHz，特别是在1947年Bell实验室首先提出的蜂窝网的概念，为后来移动通信的快速发展奠定了基础，20世纪60年使用150MHz和450MHz频段的自动拨号移动电话开始使用;1964年美国开始研究更先进的移动电话系统(IMTS，Improved Mobile Telephone System).在这里我们称之为前一代无线移动通信系统.

1.2 第一代移动通信系统(1G)

20世纪70～80年代，第一代模拟蜂窝移动电话系统AMPS(AMPS，AdvancedMobilePhoneService)、TACS(TACS，Total Access Communications System)、NMT(NMT，Nordic Mobile Telephone)分别在美国、英国和欧洲正式投入使用，主要采用模拟调频、FDMA方式，主要工作频段是800 MHz和900 MHz.其中美国的AMPS最早是1971年研制并在军方投入使用，1973年由Motorola公司向美国联邦通信委员会提出的移动通信系统申请，并在1983年正式投入商业运行.第一代模拟蜂窝移动通信系统由于系统容量小，不能满足飞速发展的移动通信业务的需要.

1.3 第二代移动通信系统(2G)

20世纪90年代，各国相继推出了第二代数字蜂窝移动通信系统，主要有 DAMPS系统、GSM系统(GSM900/DCS1800)、IS－95A的窄带CDMA系统和日本的PDC系统(PDC，Personal Data Cellular)，第二代移动通信系统是采用TDMA和FDMA的数字蜂窝系统，其容量和功能相比第一代模拟蜂窝移动通信系统有了很大改进，但是，其业务还主要是话音和低于9.6kb/s的数据通信.第二代移动通信系统采用了数字化，具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位.国内目前应用的第二代蜂窝系统为欧洲的GSM系统以及北美的窄带CDMA系统.

1.4 第三代移动通信系统(3G)［5，6］

早在1985年国际电信联盟ITU－T就提出发展第三代移动通信的战略目标，并在1996年正式更名为IMT－2000(IMT－2000，International Mobile Telecommunication－2000，即3G，3rd－generation)，3G是指支持高速数据传输的数字蜂窝移动通信系统，与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的大幅提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务、视频交互等多种信息服务.为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的传输速度.到21世纪初，基于窄带 CDMA技术(IS－95A)的宽带CDMA技术CDMA2000、基于日本无线工业广播协会ARIB支持的纯WCDMA、欧洲电信标准协会ETSI制定的UTRA的WCDMA、我国提出的TD－SCDMA成为目前第三代移动通信系统的三大标准，并正在全球范围内广泛使用.2007年10月，IEEE推出的WiMAX(WiMAX，Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通，又称为IEEE802.16无线城域网标准)成功获得ITU的批准，跻身3G标准之列 .至此形成了以 WCDMA、CDMA2000、TD－SCDMA和WiMAX为主的四大3G标准.

2 无线移动通信发展趋势

2.1 第四代移动通信系统(4G)［7，8］

在3G技术标准化工作完成后，国际电信联盟ITU并没有停止移动通信技术的标准化工作，而是立即启动了B3G(B3G，Back 3G，后3G)技术标准的制定工作，并于2006年正式将B3G技术命名为IMT－Advanced技术(又称4G技术).IMT－Advanced是国际电信联盟为满足未来10～15年全球移动通信需求而启动的，根据国际电信联盟规划要求，在2008年2月完成4G技术方案征集通函的制订，2008年开始4G候选方案的征集工作，2009年结束候选方案的征集，2010年完成候选方案的技术评估和融合，2012年前后发布4G技术标准方案.

2009年10月，国际电信联盟ITU在德国德累斯顿举行ITU－R WP5D工作组第6次会议，征集遴选新一代移动通信4G候选技术.国际电信联盟收到来自中国、日本、韩国、欧洲标准化组织3GPP和北美标准化组织IEEE的提交的共6项4G候选技术标准.这些提案涵盖了LTE－Advanced和IEEE 802.16m两种技术，并且都包含了TDD和FDD两种制式.国际电信联盟ITU确定3GPP LTE－Advanced和IEEE 802.16m为4G国际标准候选技术.2010年10月底，国际电信联盟ITU－R小组选定3GPP LTE－Advanced和IEEE 802.16m作为未来4G的标准.为了加强我国下一代宽带无线通信技术的研发，提高我国自主知识产权在国际标准化中的比例，从2006年起，国家就设立了“新一代宽带无线移动通信网”科技重大专项.根据我国通信中长期规划，到2020年，应使我国在国际通信标准化和产业化中占据重要的地位.我国提出的4G标准提案TD－LTE－Advanced(LTE－Advanced的TDD制式)是继TD－SCDMA之后，又一具有自主知识产权的新一代移动通信技术标准(4G 标准)［1］.

IMT－Advanced将基于OFDM技术，并在LTE技术的基础上，作进一步增强.IMT－Advanced要求在保持成本效率的条件下，在支持灵活广泛的服务和应用的基础上，达到世界范围内的高度通用性、支持IMT业务和固定网络业务的能力、高质量的移动服务、用户终端适合全球使用、友好的应用、服务和设备、世界范围内的漫游能力、增强的峰值速率以支持新的业务和应用，实现更高的数据率和更大的系统容量，在低速移动、热点覆盖场景下峰值速率为1Gbit/s以上，高速移动、广域覆盖场景下峰值速率为100Mbit/s.

2.2 未来移动通信系统(Future Generation)［9］

未来无线移动通信系统将朝着全球化、多媒体化、综合化、智能化和个人化的方向快速发展［1］.移动通信已经成为无线通信的主要应用形式，商业运营也非常成功，有着广泛的应用前景.在未来移动通信系统时代，需要多种多样的接入和组网能力、系统需要新的射频技术、高效的无线接入技术、新的自适应多址和信道编码技术、基于软件无线电的多模终端与基站技术、系统兼容和演进技术与策略、“天－地”一体化技术、网络智能化技术;系统容量必须至少10倍于3G系统，为了按用户需求提供多种多媒体业务，未来无线移动通信系统必须引入各种QoS水平;在IP网中还必须支持IPv6，好给移动终端提供巨量的IP地址，尤其在人－机通信和机－机通信中使用.具体的主要技术要求如下:

(1)平均速率可达200Mbit/s，高峰时下降至50～100 Mbit/s;

(2)约10倍于3G系统的容量;

(3)支持IPv6和QoS;

(4)无缝服务;

(5)灵活的网络结构;

(6)使用3～6 GHz频段;

(7)成本是3G系统的1/10～1/100.

21世纪是信息时代，信息社会将更加人们的精神生活，因此人性、环境和信息将连为一体，成为这个社会的不可或缺的组成部分.因此，21世纪的信息通信系统将是以“以人为本”为基础，中充分考虑人的信息体验的基础上进行研究开发.可能的研究方向主要包括:

(1)如何满足人性的需求及充分利用听、看、闻、触、尝等感官感受信息;

(2)如何通过智能化来补充人的能力;

(3)如何通过机器人和相关设备来实现新的通信方式;

(4)如何克服通信质量的限制来扩大人的空间.

3 结语

随着2G、3G移动通信技术在人们日常生活中的应用越来越普及，已经成成为人们生活的一部分，未来移动通信将给人们带来更好的信息交流体验，实现真正的沟通自由，并将彻底改变人们的生活方式甚至社会形态，具有当前移动通信技术无法比拟的优越性.随着无线移动通信技术的进一步发展，未来移动世界将发生革命性的变化，因此，我们有理由相信，未来无线移动通信技术将让人们生活更便捷、世界更美好.

［1］柴远波，戚建平.移动通信技术的发展现状分析［J］.山东大学学报，2009，(12).

［2］章坚武.移动通信(第二版)［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2007.

［3］蔡涛等译.无线通信原理与应用［M］.北京:电子工业出版社，1999.

［4］阮若林.基于视觉感知特性的无线视频容错编码技术研究［D］.武汉:武汉大学博士学位论文，2011.

［5］李飞鹏.3G移动通信技术及其应用［J］.信息通信，2011，(4).

［6］刘志远.浅析移动通信技术应用与发展［J］.电脑知识技术，2011，(5).

［7］李学斌.新一代移动通信技术的发展与展望［J］.中国科技信息，2007，(10).

［8］张怡.移动通信技术的发展趋势［J］.科技创新与应用，2012，(5).

［9］雷震洲.移动通信的未来发展趋势讨论［J］.世界电信，2005，(1).

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