第3代和第4代移动通信技术

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杨 林

  移动通信的发展日新月异。据统计,截止到2001年底,全球移动用户达95亿;我国移动电话用户数达145亿户,新增5955万户,普及率达11%,且以每月500万户的速度增长。移动通信业已成为最具发展潜力和市场机会的行业,移动通信发展到今天,走的是一条典型的技术创新之路。



一、第三代移动通信系统(多媒体式)



  第三代移动通信(3G)的概念于1985年正式提出。但真正付诸实施,则是随着近年来互联网业务的蓬勃发展,人们迫切地期望在移动的环境下,能方便地实现互联网的宽带接入和高速数据传输。因此,3G逐渐成为人们关注的焦点,终于闪亮登场。



  ——3G的目标



  (1)全球化:全球性的系统,在设计上具有高度的通用性,能提供全球漫游。



  (2)多媒体化:提供高质量的多媒体(如话音、可变速率数据、活动视频、高清晰度图像等)传输,实现多种信息一体化。



  (3)综合化:能把现存的寻呼、无绳、蜂窝、卫星移动等移动通信系统综合在一起,以提供多种服务。



  (4)智能化:主要表现在优化网络结构方面(引入智能网概念)和收发信机的软件无线电化。



  (5)个人化:用户可用惟一的个人电信号码(PTN)在任何终端上获取所需要的电信业务,超越传统的终端移动性,真正实现个人化移动通信。



  ——3G的主要特性



  (1)有多频 /多模通用的手机,可以提供全球无缝覆盖和漫游。



  (2)提供远比2G先进的话音和数据业务,包括分组数据和宽带多媒体业务。如高速互联网访问、交互式游戏、远程教育等。



  (3)高速无线数据传输:高速移动(如乘车)时的数据速率要达到144Kbps,慢速移动(如步行)时速率达到384Kbps,室内静止环境下达到2Mbps。



  (4)适应多种业务环境:蜂窝(宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝)、无绳、卫星移动、PSTN、数据网、IP等。



  (5)具有单一个人通信号码,按需分配带宽,频谱利用率高,容量大。



  (6)网络结构能适用无线、有线多种业务要求,系统初始配置能充分利用2G设备,随后可平滑升级。



  ——3G的关键技术



  3G的关键技术都属于重要的创新。主要有:



  (1)多载波调制:在信号调制方面,系统可采用自适应多进制调制方法。



  (2)多址技术:3G主要采用CDMA,具有频率规划简单、频谱利用率高、软切换、软容量等优点。



  (3)软件无线电:利用现代数字信号处理技术、微电子及软件技术,基于同样的硬件平台,通过加载不同的软件,获得不同的业务特性,有利于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行。



  (4)智能天线:通过基带数字信号处理器,为每个信道提供一条赋形天线的发射波束,并始终跟踪用户,这样可以降低发射功率,减少干扰,增加系统容量,同时波束赋形可以克服多径传播问题。



  (5)异步转移模式(ATM):其原理是把话音、数据、图像等业务信息分解成信元,通过网络传到目的地,可以动态地向移动用户分配带宽。能提供从无线网到固定网端到端的宽带连接,便于与固定宽带网的融合。



  (6)智能网:3G从概念上可以分为终端、无线接入网、骨干传输网、应用业务等4部分。智能网技术能使呼叫处理与业务种类无关,且能在网上开发新业务,便于修改业务特性。



  ——2G到3G升级的过渡



  由于3G与2G差异过大,建置3G系统所需花费十分惊人,人们又发展出2.5G或2.7G等过渡系统。在升级规划上,两大移动通信系统——GSM与cdmaOne,皆已完成完整的升级路径。



  (1)GSM升级路线为:GSM→GPRS→EDGE→W-CDMA。



  (2)Qualcomm早已准备好cdmaOne的升级路线:IS-95A→IS-95B→cdma2000-1X(IS-95C) →cdma2000-3X。IS-95C数据传输速度最高可达144Kbps,平均速率为70K~80Kbps。虽有人将其称为3G,但严格来说,应为2.5G。同为2.5G,相比而言,IS-95C技术较GPRS要成熟。



  (3)被称为2.5G的GPRS,建置较为容易,全球大部分的GSM皆选择其作为升级至3G的过渡系统。GPRS具有5大独特优势。一是永远在线:用户随时可与网络保持链接。二是快速登录:GPRS手机一打开,就已与GPRS网络建立了链接。三是高速传输:GPRS手机采用先进的分组交换方式,数据传输理论值可达171.2Kbps,平均速率达20K~40Kbps。四是按量收费:即按照用户收发数据包的数量来收取费用。五是自由切换:GPRS手机用户可以一边打电话,一边上网冲浪。目前全球已有50多个GPRS网络投入了商业运行。



  (4)EDGE也是以GSM为基础采用分组交换来传输数据的无线传输技术,可作为GPRS的升级方案。通过调变技术,EDGE可将数据传输速度再提高到384Kbps,已达W-CDMA的初期水准,故被称为2.7G,以和2.5G的GPRS有所区别。EDGE提供接近3G的传输速度,却使用GSM的频谱,这一点可让想提升速度又暂时无法取得3G频段的企业,选择EDGE作为3G的替代方案。



  (5)2.5G、2.7G、3G与2G最大的差别,除了无线数据传输速度外,资料交换方式也有不同。2G采用电路交换,2.5G采用分组交换。前者用户常会处于“闲置”状态,形成资源浪费;后者则把资料分成一个个“封包”,再将这些封包独立传送。



二、第四代移动通信系统(4G)



  可是3G还是有其局限性:由于受到多用户干扰,CDMA难以达到很高的通信速率。由于空中接口标准对核心网的限制,3G所能提供服务速率的动态范围不大,不能满足各种业务类型要求;分配给3G的频率资源已经趋于饱和。因此,4G应当具备以下几种特征:



  1.完全集中的服务:个人通信、信息系统、广播和娱乐等各项业务将结合成整体,服务和应用将更加广泛、安全、方便和个性化。



  2.无所不在的移动接入:人们可以随时随地通过移动接入的方式获取话音、高速信息系统、广播和娱乐等业务。



  3.各式各样的用户设备:接入终端设备多样化,设备与人之间的交流除了听、说、看外,还会有其他途径。



  4.自治的网络结构:可以自动管理、动态改变自己的结构,以满足系统变化和发展的要求,具备高度的智能化特征。



  4G的研发已在多个跨国公司间展开。据悉,NTT DoCoMo在2002年下半年开始进行4G无线服务测试,并在2010年推出4G商用服务。其4G会比其现有的3G服务快260倍,提供20Mbps的上行链路和100Mbps的下行链路速率,能直接向无线设备提供高清晰度电视服务。



三、移动通信技术发展趋势



  1.移动通信设备正朝着数字化、宽带化、小型化的方向发展。



  2.移动通信网络正朝着综合化、智能化、全球化、个人化方向发展。



  3.移动通信技术正朝着高、精、尖方向发展,分工和合作愈显紧密和复杂。



  4.移动通信方式正朝着细分化、个性化方向发展,受新技术的影响越来越大,特别是与互联网的融合成为主流趋势。



  

参考文献





1 孙青卉.移动通信技术.机械工业出版社



2 曹淑敏.第三代移动通信的发展现状及分析.电信网技术,2001(4)


摘自 北极星电技术网
   

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