1、移動通信技術(shù)演進綜述(華中科技大學電子與信息工程系通信1002班丁秋林 )【摘要】本文介紹了移動通信的發(fā)展概況，對3G與4G進行了比較，分析了第三 代移動通信系統(tǒng)(3G )向第四代移動通信系統(tǒng)(4G)演化的原因和主要體現(xiàn)方面，并 詳細介紹了第四代移動通信系統(tǒng)(4G)向第五代移動通信系統(tǒng)(5G)演進中主 要要完成的技術(shù)突破。論述75G的概念和新技術(shù)，同時對5G的發(fā)展趨勢進行了 簡單的的分析。【關(guān)鍵詞】3G ； 4G ； 5G;移動通信；弓1言隨著移動用戶的增多，以及人們對移動通信業(yè)務(wù)的追求已從單純的語音業(yè)務(wù) 擴展到多媒體業(yè)務(wù)，因此，移動通信技術(shù)變得越來越重要，為了滿足人們不

2、斷增 加的需求，這使得人們努力改進和發(fā)展一些新的技術(shù)。現(xiàn)在移動通信技術(shù)的熱點 是3G、4G和5G技術(shù)。4G不僅是對3G的困難和局限的突破和演進，而且增強了 服務(wù)質(zhì)量、增加了帶寬和降低了成本，而5G是一種完美的無線通信系統(tǒng)。基本術(shù)語第三代移動通信系統(tǒng)(3G)：第三代移動通信系統(tǒng)(3rd Mobile System，3G)，最早由國 際電信聯(lián)盟( union，ITU)于 1985年提出的。 1996年，ITU將其更名為全球移動通信系統(tǒng)( Mobile ，I

3、MT-2000)，后綴指其工作在2000MHZ頻段，且預(yù)計于2000 年商用。2 .第四代移動通信系統(tǒng)(4G):4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖 像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G的概念可稱為廣帶 (Broad-band)接入和分布網(wǎng)絡(luò).具有超過2Mbps的非對稱數(shù)據(jù)傳輸能力。對全速 移動用戶能提供150Mbp s的高質(zhì)量的影像服務(wù)，并首次實現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量 傳輸，無線用戶之間可以進行三維虛擬現(xiàn)實通信。它包括廣帶無線固定接人、 W-LAN、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)。在不同的固定無線平臺和跨越不 同頻帶的網(wǎng)絡(luò)中，4G可提供無線服務(wù)，并在任何

4、地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星 通信和平流層通信)，提供信息通信以外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜 合功能。同時，4G系統(tǒng)還是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系 統(tǒng)。三.3G向4G的演進1.3 G向4G演化的原因經(jīng)ITU認可的3G標準有WCDMA、和TD-SCDMA。雖然3G和2G 相比，有很多優(yōu)點，但是3G還是存在著很多不盡人意的地方，如：3G缺乏全球 統(tǒng)的標準；3G所采用的語音交換架構(gòu)仍承襲了2G系統(tǒng)的電路交換，而不是純IP 的方式；3G的業(yè)務(wù)提供和業(yè)務(wù)管理不夠靈活；流媒體(視頻)的應(yīng)用不盡如人意； 3G的高速數(shù)據(jù)傳輸不成熟，接入速率有限；安全方面存在算法過多

5、、認證協(xié)議 容易被攻擊等安全缺陷。伴隨著無線技術(shù)的種類越來越多，迫切需要將這些無線技術(shù)整合到一個統(tǒng)一 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去，這就是正在形成的超三代移動通信系統(tǒng)(B3G)通信系統(tǒng)和未來 的4G通信系統(tǒng)。B3G和4G通信系統(tǒng)將是未來提供寬帶接入，全球無縫漫游和無 處不在的數(shù)據(jù)，語音業(yè)務(wù)等方面的最合適和最好的技術(shù)。2.3G與4G的比較(1 )核心技術(shù)：3G系統(tǒng)以碼分多址(CDMA)為技術(shù)基礎(chǔ)。碼分多址是將相互正交的不同的碼 分配給不同用戶調(diào)制信號，實現(xiàn)多用戶同時使用同一頻率接入系統(tǒng)。由于利用相 互正交(或盡可能正交)的碼去調(diào)制信號，會將原用戶信號頻譜帶寬擴展，因此CDMA通信系統(tǒng)足一種典型的擴頻通信技術(shù)的

6、應(yīng)用。4G系統(tǒng)的核心技術(shù)正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)屬于多載波調(diào)制(MCM)，它將 指配的信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調(diào)制和傳輸，間時要 求信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬。(2)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3G采用的主要是蜂窩組網(wǎng)，它的核心網(wǎng)是在GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)GSM-MAP 和AMPS，IS-95的核心網(wǎng)ANSI-41的基礎(chǔ)發(fā)展而來的，其空中接口與相應(yīng)的2G 系統(tǒng)后向兼容。它的3種工作模式為：單載波頻分雙工、多載波頻分雙工和時分 雙工方式。4G發(fā)展為數(shù)字廣帶(broad band)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)。4G系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基 于全IP的網(wǎng)絡(luò)，因此核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的

7、IP 業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN共存。3. 3G向4G演化的路徑3G向4G的演進路徑主要有3條：一是WCDMA和TD-SCDMA，均從HSPA演進至HSPA+，進而到LTE。 全世界大多數(shù)電信運營商，以及愛立信、諾基亞西門子、華為等主要電信設(shè)備生 產(chǎn)商均堅定支持這一路線。二是 沿著 EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B，最終到 UMB。近年來， 全球CDMA投資趨于萎縮，主要的CDMA運營商美國Verizon+Alltel、Sprint、 中國電信、日本KDDI、韓國SK電訊等均已明確表示將選擇LTE建設(shè)后3G網(wǎng) 絡(luò) 世界最大的CDMA設(shè)備商阿爾卡特朗訊和北電

8、網(wǎng)絡(luò)均已裁減了 CDMA部門， 且UMB技術(shù)至今沒有一家運營商宣布采用或測試，因此產(chǎn)業(yè)鏈主要只有高通一 家。(現(xiàn)高通已宣布放棄)三是802.16m的WiMAX路線。以英特爾、三星電子、阿爾卡特朗訊、奧 維通等為代表的WiMAX廠商，和一些新興運營商仍然在這一路線堅持探索。四.5G技術(shù)的發(fā)展1. 5G的提出僅管4G相對于3G具有更高的數(shù)據(jù)率和頻譜利用率，更高的安全性、智慧 性和靈活性，更高的傳輸質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量（QoS ），但是4G高速移動時網(wǎng)絡(luò)速 度問題等方面還存在問題，有待研究解決。在4G問題的基礎(chǔ)上，人們開始考慮5G來解決。如美國紐約理工大學的科學 家們近日正投入5G網(wǎng)絡(luò)的研發(fā),希望在202

9、0年能夠投人使用。在針對4G網(wǎng)絡(luò) 速度問題方面，科研人員將利用頻譜技術(shù)研發(fā)比4G快1000倍的網(wǎng)絡(luò)，將來利用 5G網(wǎng)絡(luò)處理的信息量將提升50-100倍。近來報道韓國成功研發(fā)的第五代移動 通信技術(shù)，手機利用該技術(shù)無線下載速度可以達到3.6G/S。這一新的通信技術(shù)名 為 Nomadic Local Area Aeeess,簡稱 NoLA0 NoLA 可作為鋪設(shè) 5G 網(wǎng) 絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)，使用NoLA技術(shù)下載一部DVD格式標準電影只需要幾秒時間。目 前世界上最快的無線通訊技術(shù)是由三星公司研發(fā)的，使用三星的這一技術(shù)可實現(xiàn) 每秒1G的下載速度。韓國電子通信研究院代表稱，他們投入1960萬

10、美元開始研 發(fā)這一技術(shù),通過同三星、LG等大公司的合作成功研發(fā)NoLA技術(shù)。2 .第五代移動通信特點第五代移動通信會滿足高移動性、無縫漫游和無縫覆蓋（實現(xiàn)系統(tǒng)間如 HAPS、HDR與ITS之間的切換，可以達到真正的無縫覆蓋）。從原理上講,實現(xiàn)寬 帶高速數(shù)據(jù)率和高移動性是比較困難的。還有系統(tǒng)性能（如小區(qū)的大小、傳輸數(shù) 據(jù)率等）很大部分要都要取決于頻帶。考慮到這些因素，第五代移動通信系統(tǒng)將會 包括很多個不同的系統(tǒng)，其中將會有專門為提供高速數(shù)據(jù)率的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也會研究 出專門解決覆蓋和移動性問題的其他系統(tǒng)。把幾個系統(tǒng)集成在另一個系統(tǒng)內(nèi)，就 可能同時提供高速數(shù)據(jù)和移動性業(yè)務(wù)。作為未來系統(tǒng)之間的無縫漫游乃

11、是一個極 為重要的概念。這里的無縫漫游將兼有高速數(shù)據(jù)、高速移動性和寬帶固定接續(xù)等。5G技術(shù)包括幾乎所有以前幾代移動通信的先進功能。用戶可以把5G技術(shù) 用于手機和其他移動通信設(shè)備上網(wǎng)，就好像筆記本電腦寬帶上網(wǎng)一樣。通過5G技 術(shù)，相機拍照、MP3錄音、視頻播放器、手機內(nèi)存、撥號速度、音頻播放器的高 質(zhì)量更好。5G網(wǎng)絡(luò)中使用的路由器和交換機技術(shù)將會提供高連通性。5G技術(shù) 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接建筑物內(nèi)的節(jié)點,可以部署各種有線或無線網(wǎng)絡(luò)連接。它將會擁有 一個全球統(tǒng)一的標準，用戶可以同時連接到多個無線接人技術(shù)之間,實現(xiàn)無縫地移 動。5G網(wǎng)絡(luò)將是以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)。對用戶的服務(wù)質(zhì)量將會成為其考慮的一 個重方向，用

12、戶能同時連接多個無線接入技術(shù)并可以在它們之間切換。3. 5G中可能涉及的核心技術(shù)在第四代移動通信還沒有在全球全面展開的時候，已經(jīng)有不少國家和組織已 經(jīng)開始了對第五代移動通信系統(tǒng)的研究。5G接人和服務(wù)區(qū)域沒有限制，其傳輸速 率不會有太大的提高。但是5G被認為是一種更加完美的無線通信，它將成為真 正的無線世界。5G會有重大的突破,有更多的業(yè)務(wù)和更多的智能技術(shù)被應(yīng)用。5G 中可能涉及的核心技術(shù)有認知無線電技術(shù)和高空平流層平臺站系統(tǒng)技術(shù)等。(1 )認知無線電技術(shù)認知無線電( Radio,CR)是一種新型無線電，它能夠在寬頻帶上可 靠地感知頻譜環(huán)境,探測合法的授權(quán)用戶的出現(xiàn)，能自適應(yīng)地

13、占用即時可用的本地 頻譜,同時在整個通信過程中不給用戶帶來有害干擾。認知無線電具備頻率感知、 頻譜分析和頻譜判決選擇的認知功能。CR設(shè)備對周圍環(huán)境感知、探測、分析。 這種探測和感知是全方位的，對地形、氣象等綜合信息也有所了解。CR是智能設(shè)備，應(yīng)包含一個智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取 過去的經(jīng)驗對實際情況響應(yīng)，過去的經(jīng)驗包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。 認知無線電又被稱為智能無線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征,通過感 知外界環(huán)境,并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學習，有目的地實時改變某些操作參數(shù) (比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號的 統(tǒng)計變

14、化，從而實現(xiàn)任何時間、任何地點的高可靠通信以及對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有限 的無線頻譜資源進行高效地利用。有效的發(fā)現(xiàn)未使用的頻譜和自適應(yīng)調(diào)整傳輸方 案和共享頻率。它適用于未來移動通信所要求的非常高的頻帶。估計5G能達到 千兆位，有效的解決了頻譜資源饋乏的問題。(2)高空平流層平臺站系統(tǒng)技術(shù)高空平流層平臺(High ，HAPS)系統(tǒng),為陸地無線通 信和衛(wèi)星通信之后的第三個通信系統(tǒng)。平臺站建在離開地面20Km的同溫層，若 干個HAPS通過光互聯(lián)鏈路可以在空中組成網(wǎng)狀網(wǎng)。寬帶接人鏈路為平臺站與 用戶站之間的鏈路,接入頻率擬采用毫米波。可提供超視距、大容量、機

15、動靈活 的通信服務(wù)。信道損耗方面,HAPS距離地面的距離相當于同步衛(wèi)星的1/1800; 和蜂窩通信的信道損耗比較,HAPS到地面通常可以近似為自由空間，損耗約為 20dB/10倍里程，蜂窩通信信道損耗能達50dB/10倍里程，所以HAPS的信道損耗 只有蜂窩通信的2/5。低損耗對獲得高的通信容量以及終端設(shè)備的小型化很有利。 延時部分來說,HAPS大約為0.5ms左右,比同步衛(wèi)星的27Oms小的多，足以能夠 滿足語音通信要求;覆蓋范圍方面，一個HAPS的通信距離能達到l000Km,幾乎能 覆蓋整個城市，比蜂窩通信距離大約提高了 20倍。成本方面，一個HAPS的造價 約為通信衛(wèi)星的1/10,并且每個平臺可以獨立運行，不像中低軌衛(wèi)星需要數(shù)十顆衛(wèi) 星組成星座才可以工作。而且建設(shè)以及發(fā)射周期都很短，空中滯留工作時間很長。 HAPS可以支持各種用戶終端:固定終端、便攜終端、移動終端。改善接人平臺 的HAPS技術(shù)很有可能在第五代無線通信中能夠被廣泛應(yīng)用。【參考文獻】：廖曉濱，趙熙.第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)、應(yīng)用及演進M.北京：人民郵電出版社,2008.18第 五 代 移 動 通 信 技 術(shù) 的 簡 稱 EB/OL.(2012-10-10) /view/1050589.html /view/1050589.html.董利、陳金鷹.第五代移動通信初探.