移动通信

 

第一代移动通信技术(1G)——模拟语音

基本原理:

典型代表:

主要标准:

缺点不足:

第二代移动通信技术(2G)——数字语音

主要制式:

主要代表:

GSM(全球通信系统)组成:

特点不足:

第三代移动通信技术(3G)——数字语音和数据

主要标准:

典型代表:

主要特点:

第四代移动通信技术(4G)——移动互联网

产生背景:

核心技术:

主要特点:

第五代移动通信技术(5G)——万物互联

优势:

基本技术:

未来应用:

 

第一代移动通信技术(1G)——模拟语音

基本原理:1986年,第一代移动通讯系统(1G)在美国芝加哥诞生,采用模拟信号传输,1G系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式,将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上(一般在150MHz或以上),载有信息的电磁波发布到空间后,由接收设备接收,并从载波电磁波上还原语音信息,完成一次通话。

典型代表:

       最能代表1G时代特征的,是美国摩托罗拉公司在上世纪90年代推出并风靡全球的大哥大,即移动手提式电话。大哥大的推出,依赖于第一代移动通讯系统(1G)技术的成熟和应用。

主要标准:

应用于东欧以及俄罗斯的ordic移动电话。

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。

缺点不足:

各个国家的1G通信标准并不一致,使得第一代移动通讯并不能“全球漫游”,这大大阻碍了1G的发展。

由于1G采用模拟讯号传输,所以其容量非常有限,频谱复用率低,一般只能传输语音信号

存在语音品质低、讯号不稳定、涵盖范围不够全面,安全性差和易受干扰等问题。

第二代移动通信技术(2G)——数字语音

第一代移动电话是模拟的,第二代移动电话是数字的。2G起源于90 年代初期,主要采用数字的时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术。第二代移动通信数字无线标准主要有:欧洲的GSM和美国高通公司推出的IS-95CDMA等,我国主要采用GSM,美国、韩国主要采用CDMA。

主要制式:

GSM:基于TDMA发展、源于欧洲、目前已全球化。

IDEN:基于TDMA所发展、美国独有的系统。被美国电信系统商Nextell使用。

IS-136﹙也叫做D-AMPS﹚:基于TDMA所发展,是美国最简单的TDMA系统,用于美洲。

IS-95﹙也叫做cdmaOne﹚:基于CDMA所发展、是美国最简单的CDMA系统、用于美洲和亚洲一些国家。

PDC﹙Personal Digital Cellular﹚:基于TDMA所发展,仅在日本普及

主要代表:

2G时代也是移动通信标准争夺的开始,主要通讯标准有以摩托罗拉为代表的CDMA美国标准和以诺基亚为代表的GSM欧洲标准。随着GSM标准在全球范围更加广泛的使用,诺基亚击败摩托罗拉成为了全球移动手机行业的霸主。

GSM(全球通信系统)组成:

•   移动台(MS)

•   基地台系统(BSS)

•   移动服务交换中心(MSC)

•   网络维护运营中心(OMC)

•   资料库(Database)-HLR、VLR、AUC、EIR等

 

 特点不足:

  • 标准不统一,只能在同一制式覆盖区域漫游,无法进行全球漫游;
  • 带宽有限,不能提供高速数据传输;

•   抗干扰抗衰落能力不强,系统容量不足;

•   频率利用率低;

 

第三代移动通信技术(3G)——数字语音和数据

第三代移动通信系统是在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主,并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统,是一代有能力彻底解决第一二代移动通信系统主要弊端的先进的移动通信系统。第三代移动通信系统的目标是提供包括语音、数据、视频等丰富内容的移动多媒体业务。

主要标准:

3G系统的三大主流标准分别是WCDMA(宽带CDMA),cdma2000TD-SCDMA(时分双工同步CDMA)。

WCDMA,全称为Wideband CDMA,也称为CDMA Direct Spread,意为宽频分码多重存取,这是基于GSM网发展出来的3G技术规范,是欧洲提出的宽带CDMA技术,它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同,目前正在进一步融合。WCDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商,日本公司也或多或少参与其中,包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电,以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商

CDMA2000是由窄带CDMACDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,也称为CDMA Multi-Carrier,它是由美国高通北美公司为主导提出,摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与,韩国成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的,可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G,建设成本低廉。

全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA),该标准是由中国大陆独自制定的3G标准,1999629日,中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向ITU提出,但技术发明始于西门子公司,TD-SCDMA具有辐射低的特点,被誉为绿色3G。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中,在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。

典型代表:

2007年,乔布斯发布iphone,智能手机的浪潮随即席卷全球。从某种意义上讲,终端功能的大幅提升也加快了移动通信系统的演进脚步。2008年,支持3G网络的iphone3G发布,人们可以在手机上直接浏览电脑网页,收发邮件,进行视频通话,收看直播等,人类正式步入移动多媒体时代。

 

主要特点:

(1)具有全球范围设计的、与固定网络业务及用户互连、无线接口的类型尽可能少和高度兼容性;
(2)具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性;
(3)具有在本地采用2Mbit/s高速率接入和在广域网采用384kbit/s接入速率的数据率分段使用功能;
(4)具有在2GHz左右的高效频谱利用率,且能最大程度地利用有限带宽;
(5)移动终端可连接地面网和卫星网,可移动使用和固定使用,可与卫星业务共存和互连;
(6)能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务;
(7)支持分层小区结构,也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接;
(8)语音只占移动通信业务的一部分,大部分业务是非话数据和视频信息;
(9)一个共用的基础设施,可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司;
(10)手机体积小、重量轻,具有真正的全球漫游能力;
(11)具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数,而不是以距离为收费参数的新收费机制。

 

第四代移动通信技术(4G)——移动互联网

第四代移动电话行动通信标准,指的是第四代移动通信技术外语缩写4G。该技术包括TD-LTEFDD-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)。

产生背景:

随着数据通信多媒体业务需求的发展,适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起,因此有理由期待这种第四代移动通信技术给人们带来更加美好的未来。另一方面,4G也因为其拥有的超高数据传输速度,被中国物联网校企联盟誉为机器之间当之无愧的“高速对话”。

核心技术:

接入方式和多址方案:其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,各子载波并行传输。

调制与编码技术:采用多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式,以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。

高性能的接收机:4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。

智能天线技术: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。

MIMO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。

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件平台,利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。

基于IP的核心网:IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

多用户检测技术: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。

主要特点:

通信速度快:四代移动通信系统传输速率可达到20Mbps,甚至最高可以达到高达100Mbps

网络频谱宽:每个4G信道会占有100MHz的频谱,相当于W-CDMA3G网络的20倍。

通信灵活:G通信使人们不仅可以随时随地通信,更可以双向下载传递资料、图画、影像,当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。

兼容性好:第四代移动通信系统具备全球漫游,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。

提供增值服务:4G移动通信系统技术以正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目,利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增值服务

高质量通信:可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良,以及达到高速数据传输的要求

费用便宜:4G通信的无线即时连接等某些服务费用比3G通信更加便宜

标准多:由于没有统一的国际标准,各种移动通信系统彼此互不兼容,给手机用户带来诸多不便

容量受限:手机的速度会受到通信系统容量的限制,如系统容量有限,手机用户越多,速度就越慢

第五代移动通信技术(5G)——万物互联

第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,外语缩写:5G。也是4G之后的延伸,正在研究中,5G网络的理论传输速度超过10Gbps(相当于下载速度1.25GB/s

优势:

极高的速率:下载速率理论值将达到每秒10GB,将是当前4G上网速率的10

极大的容量:5G的理论延时是1ms,是4G延时的几十分之一,基本达到了准实时的水平。

极低的延迟:5G单通信小区可以连接的物联网终端数量理论值将达到百万级别,是4G的十倍以上

基本技术:

上下行解耦技术:5G基站的信号传输距离比4G基站的近很多;同时由于5G终端的发射功率远比基站小,因此5G上行覆盖将非常受限。上下行解耦技术可有效解决这一问题,为电信运营商节约基站建设投资。

多址接入技术:为了支持海量终端的并发接入、提高频谱的利用效率,同时最大程度地减少系统的信令等开销,5G网络引入了多址接入技术,类似于3G时代的CDMA(码分多址)技术,在相同的时域、频域并行发送多个用户的经调制后的数据,接收侧对用户数据进行解调。

非独立组网技术:5G发展初期,非独立组网技术的应用,电信运营商只需要部署5G接入网,不需要建设完整的端到端的网络,即可实现超高速的上网业务,因而可节约大量的投资。

未来应用:

1、物联网——真正的万物互联:随着5G时代的到来,智慧制造,智慧家居,智慧城市和智慧物流将变得非常智能,实现真正的万物互联。
2、云技术——一切都将可以放在云上:5G极高的数据传输速度将是云技术的一大助力,大家可以把各种数据都放在云上,而不用担心加载速度的问题,可以实现随时随地获取云端信息。

3VRARMRVRARMR分别指的是虚拟现实、增强现实和混合现实,其需要大量的数据,需要依赖高速的网络传输速度。5G的到来会推动VR教育、全景视频、VR游戏、VR无人驾驶测试、VR办公、VR社交等领域快速的发展。

4、无人驾驶:无人驾驶实时大量地采集数据与云端进行交互,5G网络超低的网络延迟,将大大提高无人驾驶安全性。高精地图实时更新也依赖更高的传输速度。

5、超高清视频、3D视频:4K8K等超高清网络直播将成为主流,随时随地享受影院级别的视觉盛宴;在线3D视频通话也将快速发展。

6、新型终端:5G和云计算结合将会带来几乎无限的内存和计算能力,未来的手机可能不需要性能很好的处理器和容量大的内存,虚拟技术和基于网页的应用也将使得操作系统更加轻型(微信的小程序或许是未来操作系统的一个方向)。

 

 

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