第1章 概述

1.1 移动通信技术发展

在过去的30多年时间里，移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，不仅深刻地改变了人们的生活方式，也极大地促进了社会和经济的飞速发展。

20世纪70年代末，美国AT&T公司研制出了第一套蜂窝移动电话系统。第一代无线网络技术的一大突破就在于它去掉了将电话连接到网络的用户线，用户第一次能够在移动的状态下拨打电话。第一代移动通信的各种蜂窝网系统有很多相似之处，但是也有很大的差异，它们只能提供基本的语音会话业务，不能提供非语音业务，并且保密性差，容易被窃听，而且它们之间还互不兼容，显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。

第一代移动通信系统是模拟蜂窝移动通信系统，时间是20世纪70年代中期至80年代中期。1978年，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统（AMPS，Advanced Mobile Phone System），建成了蜂窝状移动通信系统。而其他工业化国家也相继开发出蜂窝式移动通信系统。第一代移动通信系统相比以前的通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在20世纪70年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网，即小区制，由于实现了频率复用，因而大大提高了系统容量。

第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS和后来的改进型总接入通信系统（TACS，Total Access Communications System），以及NMT和NTT等。AMPS使用800MHz频带，在北美、南美和部分环太平洋国家被广泛采用；TACS使用900MHz频带，分为ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两种版本，英国、日本和部分亚洲国家广泛采用此标准。

第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，每隔30/25k Hz一个模拟用户信道。第一代系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来：

①频谱利用率低；

②业务种类有限；

③无高速数据业务；

④保密性差，易被窃听；

⑤设备成本高；

⑥体积大，重量大。

为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，并迅速发展起来，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统。

第二代移动通信系统主要有GSM、D-AMPS、PDC和IS-95 CDMA等。在我国运营的第二代移动通信系统主要以GSM和CDMA为主。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后，不仅改善了语音通话质量，提高了保密性，防止了并机盗打，而且也为移动用户提供了无缝的国际漫游。

① GSM发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的DMA标准而设计的，支持64kbit/s的数据速率，可与ISDN互联。GSM使用900MHz和1800MHz频段。GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式，每载频支持8个信道，信号带宽200k Hz。GSM标准体制较为完善，技术相对成熟，不足之处是相比模拟系统容量增加不多，仅仅为模拟系统的两倍左右。

② DAMPS（先进的数字移动电话系统）也称为IS-54（北美数字蜂窝），使用800MHz频段，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，使用TDMA多址方式。

③ IS-95是北美的另一种数字蜂窝标准，使用800MHz或1900MHz频段，采用CDMA多址方式，已成为美国PCS（个人通信系统）网的首选技术。

由于第二代移动通信系统以传输语音和低速数据业务为目的，从1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2.5代的移动通信系统，如GPRS和IS-95B，主要提供的服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。网络的发展促进了数据和多媒体通信业务的快速发展，所以第三代移动通信的目标就是移动宽带多媒体通信。从发展前景来看，由于自有的技术优势，CDMA技术已经成为第三代移动通信的核心技术。为实现上述目标，对3G无线传输技术（RTT，Radio Transmission Technology）提出了以下要求：

①高速传输以支持多媒体业务：室内环境至少2Mbit/s；室内外步行环境至少384kbit/s；室外车辆运动中至少144kbit/s；卫星移动环境至少9.6kbit/s。

②传输速率能够按需分配。

③上下行链路能适应不对称需求。

第三代移动通信技术简称3G，它是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并且实现了全球无缝覆盖、全球漫游。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）于1985年提出，当时被称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS，Future Public Land Mobile Telecommunication System）， 1996年更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000），意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kbit/s，其容量是第二代移动通信技术的2～5倍，目前最具代表性的有美国提出的MC-CDMA（cdma2000）、欧洲和日本提出的WCDMA以及中国提出的TD-SCDMA。1999年11月5日，国际电联ITU-R TG8/1第18次会议通过了“IMT-2000无线接口技术规范”建议，其中我国提出的TD-SCDMA技术写在了第三代无线接口规范建议的IMT-2000 CDMA TDD部分中。

第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准拥有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集和远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。4G能够以100Mbit/s以上的速率下载，能够满足几乎所有用户对无线服务的要求。通信制式的演进趋势如图1-1所示。

移动互联网和物联网作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为5G提供了广阔的应用前景。面向2020年及未来，数据流量的千倍增长、千亿设备连接和多样化的业务需求都将对5G系统设计提出严峻挑战。与4G相比，5G将支持更加多样化的场景，融合多种无线接入方式，并充分利用低频和高频等频谱资源。同时，5G还将满足网络灵活部署和高效运营维护的需求，能大幅提升频谱效率、能源效率和成本效率，实现移动通信网络的可持续发展。