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移动通信系统的演变

2/14/2005来源:移动通信人气:15044

芮晓波,颜彪,薛波,徐中华

扬州大学信息工程学院


  摘 要:介绍了移动通信系统的发展历程以及各个阶段移动通信系统的特点,就系统参数、体系结构、应用范围等进行了分析,并对未来移动通信的发展方向做了展望。

关键词:移动通信系统;无线通信;第三代移动通信;演变

  现代无线通信起源于19世纪赫兹的电磁波辐射实验,使人们认识到电磁波和电磁波能量是可以控制发射的。1928年,一名Purdue大学的学生发明了工作于2 MHz的超外差无线电接收机,开始应用于底特律警察局。20世纪30年代全世界的移动通信系统都还采用幅度调制,30年代晚期,出现了第一个调频移动通信系统。二次大战极大地促进了移动通信的发展,1949年,美国联邦通信委员会(FCC,FederalCommunications Commission)正式确认移动通信是一种新的电信业务。在调频移动通信发展的初期,FM系统占有120 kHz的射频带宽,用于发射具有3 kHz的语音信号。为了提高频谱效率,1950年FCC把射频带宽降为60 kHz,1956年,FCC又在UHF波段上将信道带宽降为50kHz。20世纪60年代,由于FM技术的发展,信道带宽降为30 kHz,同时,可以在一个通信区域使用2个相邻信道。到了中期,模拟FM系统的频谱效率已提高到了第二次世界大战末期的4倍。

1 第一代移动通信系统

  1971年2月,FCC接收Bell公司建立蜂窝移动通信系统HCMTS的建议,在850 MHz频段提供了 40 MHz频谱资源。HCMTS在1978年安装,1983年开始商业服务。HCMTS的建立在多个方面发展了蜂窝移动通信技术,并在20世纪80年代演变成了美国模拟  系统的国家标准此同时,基于不同标准的其他模拟蜂窝移动通信系统也得到了很大的发展,具有代表性的是英国的TACS、日本的NAMTS、北欧的NMT。第一代移动通信系统的主要技术是模拟调频、频分多址,以模拟方式工作,使用频段为800/900 MHz。各系统参数如表1所示。

2 第二代移动通信系统

  90年代起,随着数字技术的发展,加上模拟系统在扩充信道容量时所遇到的系统精确控制、昂贵的系统投资以及抗干扰等问题,一些世界性的标准委员会选择了将数字系统作为第二代移动通信系统的基准。数字技术的引进最大的优点是他的抗干扰能力和潜在的大容量,DSP的发展使一些新的无线应用开始出现,如电子邮件、移动商务、金融管理等。

国际上进入商用的数字蜂窝系统主要有欧洲的GSM、美国的DAMPS(IS-54,现在的IS-136)和CDMA(IS-95)、日本的PDC(个人数字蜂窝系统)。各系统参数如表2所示。





2.1 GSM

  为了发展一种在整个欧洲使用的数字蜂窝系统,CEPT在1982年提出了GSM。1989年,ETSI(现在的3GPP)制定出GSM的规范,GSM在1991年7月投入商用。在数据传输方面,GSM一开始就能提供SMS,也可以使用CSD进行数据传输,但最大速率只有14.4 kb/s,因此,出现了高速电路交换数据ASCSD和通用分组无线业务GPRS。HSCSD是基于电路交换的,其速率可达57.6 kb/s。GPRS采用GSM的无线调制技术、频段和帧结构,实际上拥有和有线调制解调器相同的带宽,同时可以几个用户共享同一个无线信道。另外还有一种EGDG(增强型数据速率改进),是在GPRS基础上将信道调制方式由GMSK改为8 PSK。

2.2 CDMA

  20世纪80年代中期,美国军方将扩频通信技术解密,随即这项技术在移动通信领域中得到应用和发展,1993年,ITU通过了基于扩频的码分多址接入标准。1995年,CDMA投入商用。

  CDMA系统中,许多用户(多达64个)共享1.25 MHz的信道,每个用户分配一个伪随机码,在端点,解码器可以区分业务流,所有的基站传输同样有时间偏移的伪随机码,因此,必须保持同步。与GSM一样,CDMA的第一个版本IS-95A提供速率为14.4 kb/s。1997年6月,IS-95BCDMA标准制定,他在基本码之外分配7个补码,数据传输速率可达64 kb/s。

2.3 D-AMPS

在模拟蜂窝系统中,如AMPS,一个用户分配一个30 kHz的信道,D-AMPS是设计来与AMPS共存的TDMA系统。他将30 kHz的信道分为3个,允许3个用户共享一个无线信道,并为每个用户分配一个惟一的时隙。目前,TDMA正向GSM转移,这些新的  5GSM网络将综合GPRS和EDGE技术。

2.4 PDC

  PDC是日本基于TDMA的标准,工作频段为800 MHz和1 500 MHz。

3 第三代移动通信系统

  由于第二代移动通信系统仍存在业务单一、无法实现全球互联,90年代中后期,人们开始了第三代移动通信系统的研究,欲使其实现:全球统一的标准、具有多媒体传输能力、增加分组交换业务、增加非对称传输模式、加强数据处理能力、更好的传输质量、提高终端电池使用寿命、更高的频谱效率、更大的信道容量。1998年,ITU综合各国际标准化组织提出的建议开始制定和完善第三代移动通信系统标准IMT2000。系统构成如图1所示,其主要分为2个系统:UMTS和CDMA 2000(CDMA MC),其中,UMTS又包括2种模式,一种是CDMA-DS, 宽带CDMA,也称频分复用(FDD)。另一种是CDMA-TDD。



3.1 UMTS

  TDD和FDD标准的制定由3GPP完成,到目前为止已有3GPPRelease 3(即Release′99),R5,R6三个版本。   FDD模式被认为是UMTS的主要技术。FDD模式来自于CDMA,他也使用伪随机码,上下行链路使用单独的5 MHz载频,单个用户的数据传输速率可达384 kb/s,FDD允许基站之间的异步操作。TDD模式的主要技术是TD〖CD*2〗SCDMA,他的载频间隔是1.6 MHz,而不是其他宽带标准的5 MHz,端用户的最高数据传输速率可达5 Mb/s。

3.2 CDMA 2000

CDMA 2000技术规范是由3GPP2制定,由CDMA 2000 1X过渡到CDMA 2000 1XEV-DO,再到CDMA 2000 1XEV-DV,其数据传输速率可达3 Mb/s,但CDMA 2000 1X的运营商很少。

4 第三代移动通信系统以后

第三代移动通信系统最初的目标之一是形成统一的标准,从而实现全球漫游,遗憾的是,最终3G还是形成了多种制式并存的局面,并且,随着人们生活、工作空间的日益扩大,不能充分满足人们各方面的需要,于是,在3G尚未大规模商用之时,4G已经出现了。

  4G采用全数字技术,支持分组交换,将WLAN,Bluetooth等局域网技术融入广域网中,将提供更高的传输速率和更大的容量,同时,因为采用高度分散的ip网络结构,使得终端具有智能和可扩展性。ITU在2000年10月成立了IMT-2000and beyond工作组。网络结构如图2所示。



5 结 语

  移动通信发展到今天,尽管还没有实现全球兼容的标准以及理想的传输速率和容量,但是,随着相关技术的发展,如全IP、蜂窝、卫星、WLAN,Bluetooth,Adhoc,OFDM,UWB,智能天线、软件无线电、BLAST,Turbo码,DVB,WAP等,未来的移动通信系统定能实现“任何人(Whoever)在任何地点(Wherever)、任何时间(Whenever)可以同任何对方(Whomever)进行任何形式(Whatever)的通信”这一目标。

参考文献

[1] 刘元安.未来移动通信系统概论[M].北京:北京邮电大学出版社,1999.

[2] 王文博,等.移动通信原理与应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2002.

[3] 李爽.向第四代移动通信系统演进[J].电信快报,2001,(4)34-35.

[4] 大唐移动通信设备有限公司市场部.第三代移动通信系统概述,2003.

[5] 常永宏.第三代移动通信系统与技术[M].北京:人民邮电出版社,2002.


摘自 现代电子技术