移动通信的发展

摘要

移动通信技术的发展过程，从最初的第一代蜂窝通信技术逐渐发展与演进形成较为普遍使用的GSM技术。GSM讲述了它的系统组成及广泛的应用。继而第三代移动通信的产生，包括三种制式:WCDMA,CDMA2000，TD-SCDMA.这些技术分别有多种关键技术，Rake接收，功率控制，联合检测，软切换等等。这些技术的应用为3G的发展铺下基础。最新的研究与应用来满足当代需求，目前所研究的LTE还不为大家所使用的又一代新技术，俗称3.9G这一新技术采用扁平化的结构构建出一个新的通信系统。

一 第一代移动蜂窝通信系统

第二次世界大战中无线电台的广泛应用开创了移动通信的第一步。当时最

为著名的系统为AMPS（Advanced Mobile Phone Service）系统，AMPS有力的刺激了通信的研究与发展，随后各国也展开了研究，其中欧洲的TACS，北欧的NMT，日本的NNT等，这些都是基于频分多址（FDMA）模拟制式系统，称之为第一代蜂窝移动通信系统。

二 GSM移动通信系统

GSM是依欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的。GSM系统是由子系统组成的，可以与各种通信网互联互通。例如(PSTN PDN ISDN)。它是建立在蜂窝系统的

基础上，.随着大规模集成电路器件和微处理器技术以及表面贴装工艺的广泛应用。我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段： 905～915MHZ（移动台发、基站收） 950～960,后来研究扩展到1.8GHz频段的DCSI800, 1710～1785（移动台发、基站收） 1805～1880MHZ.

GSM由四个子系统组成，移动台（MS），基站子系统（BSS），网络子系统(NSS)，操作维护子系统(OSS)。基站子系统是由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成；网络子系统由移动业务交换中心(MSC)，归属位置寄存器(HLR)，访问位置寄存器(VLR)，授权中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)。如图1.1

图1.1 GSM系统的基本结构图 三 第三代移动通信（3G）

第三代移动通信，即国际电联（ITU）定义的IMT—2000，简称3G。第三代移动通信提供更大的通信容量和覆盖范围。具有可变的高速数据率，还能提供高速的电路交换和分组交换业务，具有更高的频谱利用率等优点，支持多种语音编码方案，提供给用户更灵活的接入服务，还可以使用软件无线电实现，语音质量高，手机功耗小。第三代移动通信的三种制式：WCDMA, CDMA2000， TD-SCDMA.

（一）WCDMA技术

WCDMA的关键技术

（1）多径无限信道和Rake接收 （2）功率控制 (3)软切换 (4)多用户检测 WCDMA的特点

(1)调制方式：上行HSPK,下行为QPSK; (2)解调方式：导频辅助的相关解调； (3)接入方式：DS-CDMA方式；

(4)三种编码方式：在语音信道使用卷积码进行内部编码和Viterbi译码；在数据信道上采用Reed Solmon编码；在控制信道使用卷积码进行内部编码和Viterbi译码； (5)支持软切换和更软切换

WCDMA 优势：有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术成熟性最佳。

（二）CDMA2000

(1)支持高速补充业务信道，单个信道的峰值速率可达307.2kbps。 (2)采用了前向快速功控，提高了前向信道的容量。

(3)可采用发射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力。

(4)提供反向导频信道，使反向相干解调成为可能，反向增益较IS95提高3dB，反向容量提高1倍。

(5)业务信道可采用比卷积码更高效的Tubro码，使容量进一步提高。 (6)引入了快速寻呼信道，减少了移动台功耗，提高了移动台的待机时间。此外，新的接入方式减少了移动台接入过程中的干扰。

(7)仿真结果表明，cdma2000 1x系统的话音业务容量是IS95系统的2倍，而数据业务容量是IS95的3.2倍。

cdma2000 1x的无线IP网络接口采用已应用成熟的、开放的IETF协议，支持Simple IP 和Mobile IP的Internet/Intranet接入方式，实现了真正的Internet接入的移动性。 （三）TD--SCDMA

TD-SCDMA的关键技术主要集中在基带部分，如智能天线技术、联合检测技术、时分双工、同步技术、动态信道分配技术、软切换技术、无线网络技术、功率控制技术、软件无线电技术、信道估计与补偿技术等一系列高新技术，从而大大增加了系统容量，提高了系统抗干扰性能，大大降低了发射功率，节约了制造成本。 (1)智能天线技术

智能天线（Smart Antenna，SA）利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行波束形成和赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。

在第三代移动通信系统中，TD-SCDMA是应用智能天线技术的典型范例。TD-SCDMA系统采用TDD方式，使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能，可实现接力切换，减少信道资源浪费。

(2)联合检测技术

联合检测（Joint Detection，JD）技术是在多用户检测（Multi-User Detection，MUD）技术基础上提出的。该技术是减弱或消除多址干扰、多径干扰和远近效应的有效手段，能够简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码相关性不理想所带来的消极影响，从而改善系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖范围。TD-SCDMA采用联合检测技术，实现了智能天线和联合检测技术的有机结合。 (3) 时分双工

时分双工模式是TD-SCDMA与FDD系统的根本区别。工作在TDD模式下的 TD-SCDMA系统在同一载波上进行上、下行链路传输，而不需要像FDD系统所必须的上、下行对称频谱。除了充分利用频率资源， 极大地提高了频谱利用率以外，TDD模式的优势还在于系统可以根据不同的业务类型来灵活调整上、下行转换点，从而提供最佳的业务容量和频谱利用率。 (4) 上行同步

上行同步是指在上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，它通过软件及物理层设计来实现，这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问题，提高了 TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率，还可以简化硬件电路，降低成本。 (6) 动态信道分配

TD-SCDMA所采用的动态信道分配技术可以实现在时域、空域和码域对无线的灵活配置。采用动态信道分配技术使得TD-SCDMA系统能够较好地避免干扰，使信道重用距离最小化，从而高效率地利用有限地无线资源，提高系统容量。此外，通过使用时域地动态信道分配，可以灵活分配时隙资源，动态地调整上、下行时隙的个数，从而灵活地支持对称和非对称的业务。

四 LTE(3.9G)

LTE发展的驱动力：语音收入的下降，网络成本高。所以需要开源节流，开源：提升带宽，发掘新业务。节流：引入新架构，降低业务成本。 LTE的关键技术与特性

空中速率提升技术之一：高阶调制和AMC（自适应调制编码） 空中速率提升技术之二：MIMO和Beam Forming（波束赋形） 频谱效率提升技术：OFDM（正交频分复用） 真正的分组化无线信道：TD-LTE无线帧结构

核心网 LTE的扁平化结构：S1接口是LTE eNB（基站）与 EPC（分组核心网）之间的通讯接口 。 X2接口是eNB与eNB之间的接口。 Uu接口是空中无线接口，连接eNB与UE。