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厦门大学（XMU）09级通信工程（本科）特别制作版权所有仅供学习参考1第1章移动通信现状问题与基本解决方法1.1移动通信1G—4G简述现在，人们普遍认为1897年是人类移动通信的元年。这一年意大利人M.G.马可尼在相距18海里的固定站与拖船之间完成了一项无线电通信实验，实现了在英吉利海峡行驶的船只之间保持持续的通信，从而标志着移动通信的诞生，也由此揭开了世界移动通信辉煌发展的序幕错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。现代意义上的移动通信系统起源于20世纪20年代，距今已有90余年的历史。本文主要简述移动通信技术从1G到4G的发展。移动通信大发展的原因，除了用户需求的迅猛增加这一主要推动力外，还有技术进展所提供的条件，如微电子技术的发展、移动通信小区制的形成、大规模集成电路的发展、计算机技术的发展、通信网络技术的发展、通信调制编码技术的发展等。1.1.1第一代移动通信系统（1G）20世纪70年代中期至80年代中期是第一代蜂窝网络移动通信系统发展阶段。第一代蜂窝网络移动通信系统（1G）是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、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2.4kbit/s错误!未找到引用源。。1978年底，美国贝尔实验室成功研制了先进移动电话系统（AdvancedMobilePhoneSystem,AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，这是第一种真正意义上的具有随时随地通信的大容量的蜂窝状移动通信系统。蜂窝状移动通信系统是基于带宽或干扰受限，它通过小区分裂，有效地控制干扰，在相隔一定距离的基站，重复使用相同的频率，从而实现频率复用，大大提高了频谱的利用率，有效地提高了系统的容量错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。1983年，AMPS首次在芝加哥投入商用，1985年，已经扩展到47个地区。其他国家也相继开发出各自的蜂窝状移动通信网。日本于1979年推出800MHz汽车移动电话系统（HAMTS），在东京、大阪等地投入商用，成为全球首个商用蜂窝移动通信系统。前联邦德国于1984年完成C网，频段450MHz。英国在1985年开发出全球接入通信系统（TotalAccessCommunicationsSystem,TACS），频段900MHz。法国开发出450系统。加拿大推出450MHz移动电话系统（MobileTelephoneSystem，MTS）。瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT-450（NordicMobileTelephone,NMT）移动通信网，频段450MHz。这些系统都是双工的基于频分多址（FrequencyDivision厦门大学（XMU）09级通信工程（本科）特别制作版权所有仅供学习参考2MultipleAccess,FDMA）的模拟制式系统，被称为第一代蜂窝网络移动通信系统错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。第一代蜂窝网络移动通信系统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，我国于1987年11月引入，主要采用的是英国的TACS系统，在广东省建成并投入商用。第一代移动通信有很多不足之处，比如容量有限、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、不能提供自动漫游等。1.1.2第二代移动通信系统（2G）20世纪80年代中期至20世纪末，是2G这样的数字蜂窝移动通信系统逐渐成熟和发展的时期。由于第一代移动通信系统（1G）——模拟蜂窝移动通信系统存在频谱利用率低、费用高、通话易被窃听（不保密）、业务种类受限、系统容量低等问题，主要还是系统容量已不能满足日益增长的移动用户需求。为了解决这些问题，推出了新一代数字蜂窝移动通信系统（2G）。数字蜂窝移动通信系统（2G）主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。全球主要有GSM和CDMA两种体制。CDMA标准是美国提出的。GSM技术标准是欧洲提出的，目前全球绝大多数国家使用这一标准。1982年，欧洲成立泛欧移动通信组织（GroupSpecialMobile,GSM，之后改称为全球移动通信系统，GlobalStandardforMobileCommunications,GSM），于1983年开始开发GSM。欧洲1992年提出了第一个数字蜂窝网络标准GSM（GlobalStandardforMobileCommunications），它基于时分多址（TimeDivisionMultipleAccess,TDMA）方式。1991年7月，GSM系统在德国首次部署，它是世界上第一个数字蜂窝移动通信系统错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。美国提出了两个数字标准，IS-54与IS-95标准。1988年，美国提出的基于TDMA的IS-54（也称为DAMPS，数字AMPS）在美国作为数字标准得到表决通过。1989年，美国高通（Qualcomm）公司开始开发窄带CDMA（DS-CDMA）。1995年美国电信产业协会（TIA）正式颁布了基于窄带DS-CDMA的IS-95标准。CDMA原本是为军事通信而开发的抗干扰通信技术，后来美国高通公司进一步设计出商用数字蜂窝移动通信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到体现，从而在北美、南美和亚洲等地得到迅速推广和应用。在美国和日本，CDMA成为主要的移动通信技术。日本第一个数字蜂窝系统是个人数字蜂窝（PDC）系统，于1994年投入运行错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。厦门大学（XMU）09级通信工程（本科）特别制作版权所有仅供学习参考3我国移动通信也主要是GSM体制，比如中国移动的135到139手机，中国联通的130到132都是GSM手机。2001年，中国联通开始在中国部署CDMA网络（简称C网）。2008年5月中国电信收购中国联通CDMA网络，并将C网规划为中国电信未来主要发展方向。第二代移动通信主要业务是语音，其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游，由于第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务，如移动的多媒体业务。2G与1G相比较主要的特点是提高了标准化程度及频谱利用率、不再是数模结合而是数字化、保密性增加、容量增大，干扰减小，能传输低速的数据业务。在增加了分组网络部分后可以加入窄带分组数据业务，2G移动网络的突出弱点就是业务范围有限，无法实现移动的多媒体业务，各国标准不统一，无法实现全球漫游。GPRS1/EDGE2技术的引入，2G网络就改造升级成为了所谓的2.5G（GPRS）、2.75G（EDGE）网络，使GSM与计算机通信/Internet有机相结合，数据传送速率可达115/384kbit/s，从而使GSM功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力，实际应用基本可以达到拨号上网的速度，因此可以发送图片、收发电子邮件等。尽管2G技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求错误!未找到引用源。。1.1.3第三代移动通信系统（3G）20世纪90年代末开始是第三代移动通信技术（3G）发展和应用阶段，同时4G移动通信也进入了研究阶段错误!未找到引用源。。自2000年左右开始，伴随着对第三代移动通信的大量论述，以及2.5G（B2G）产品GPRS（通用无线分组业务）系统的过渡，3G走上了通信舞台的前沿错误!未找到引用源。。1GPRS：1997年欧洲提出GSM系统的演进版——2.5G的通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService,GPRS）技术。2EDGE：1999年提出2.75G的GSM演进的增强数据速率（EnhancedDatarateforGSMEvolution,EDGE）技术，让使用900MHz、1800MHz、1900MHz频段的网络提供第三代移动通信网络的部分功能。厦门大学（XMU）09级通信工程（本科）特别制作版权所有仅供学习参考43G也称为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication2000）。早在1985年，国际电信联盟3（InternationalTelecommunicationsUnion,ITU）就提出了第三代移动通信系统的概念，当时称为“未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）”。1996年ITU将3G命名为IMT-2000，其含义为该系统将在2000年左右投入使用，工作于2000MHz频段，最高传输速率为2000Kbps错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。1999年11月5日，在芬兰赫尔辛基召开的ITUTG8/1第18次会议上最终通过了IMT-2000无线接口技术规范建议，基本确立了第三代移动通信的3种主流标准，即欧洲和日本提出的宽带码分多址（WCDMA），美国提出的多载波码分复用扩频调制（CDMA2000），中国提出的时分同步码分多址接入（TD-SCDMA）错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。2000年5月国际电信联盟正式确立了针对3G网络的IMT-2000无线接口的5种技术标准。对比以模拟技术为代表的1G和目前正在使用的2G、2.5G，3G将有更宽的带宽，更高的传输速率。如WCDMA其传输速率在室外车载环境下最大支持144Kbps，在室内环境下最大支持2Mbps，所占频带宽度可达5MHz左右。在技术上，3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，而不是2G系统通常采用的TDMA技术和电路交换技术。在业务和性能方面，3G不仅能传输话音，还能传输数据，提供高质量的多媒体业务，如可变速率数据、移动视频和高清晰图像等多种业务，实现多种信息一体化，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。3G的目标是在全球采用统一的标准、统一频段、统一大市场。各国的3G系统在设计上具有良好的通用性，3G用户能在全球实现无缝漫游[5]。3G还具有低成本、优质服务质量、高保密性及良好的安全性能等特点。但是，第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同组成一个IMT-2000家庭，成员间存在相互兼容的问题，因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信；再者，3G的频谱利用率还比较低，不能充分地利用宝贵的频谱资源；第三，3G支持的速率还不够高，如单载波只支持最大2Mbps的业务，等等。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要，因此寻求一种既能解决现有问题，又能适应未来移动通信的需求的新技术（即新一代移动通信:nextgenerationmobilecommunication）是必要的错误!未找到引用源。。1.1.4第四代移动通信系统（4G）3国际电信联盟：联合国于1865年成立的制定国际电信标准的专门机构。简称“国际电联”，“电联”或“ITU”。厦门大学（XMU）09级通信工程（本科）特别制作版权所有仅供学习参考520世纪90年代末，4G的研究就已经开始了，到现在已过去十几年。现在的4G在之前被称为B3G（Beyond3G，超3G）技术。2000年确定了3G国际标准之后，ITU就启动了4G的相关工作。2003年ITU对4G的关键性指标进行定义，确定了4G的传输速率为1Gbit/s。在2005年10月18日结束的ITU-RWP8F第17次会议上，ITU给B3G技术一个正式的