馬文文　霍英杰

摘要：隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)信息量的需求越來(lái)越大，對(duì)通信信號(hào)傳輸質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，未來(lái)移動(dòng)通信也勢(shì)必將向設(shè)備智能化及小型化、頻譜的高效利用、高移動(dòng)互聯(lián)性等方向發(fā)展。文章將對(duì)現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行回顧，對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹和分析。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1引言

科技的發(fā)展尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為移動(dòng)通信技術(shù)的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。在社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，人們對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，從第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)到目前已經(jīng)相對(duì)普及的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，信號(hào)傳輸?shù)乃俣仍絹?lái)越快，質(zhì)量也越來(lái)越高。但是必須要意識(shí)到，目前的移動(dòng)通信技術(shù)仍然存在不足，比如通信系統(tǒng)容量較小、頻率選擇性衰落得不到完全消除等，因此在未來(lái)移動(dòng)通信系認(rèn)的發(fā)展過(guò)程中，勢(shì)必要對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行革新，解決上述問(wèn)題。

2現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程

現(xiàn)代移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，最早可以追溯到20世紀(jì)20年代，主要可以分為5大發(fā)展階段。

第1階段：20世紀(jì)20年代至40年代。這二十年是現(xiàn)代通信技術(shù)的早期發(fā)展階段，在此期間，專用移動(dòng)通信系統(tǒng)誕生并逐漸得到應(yīng)用，標(biāo)志著現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的誕生和起步。該階段的顯著特點(diǎn)是對(duì)專用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并且在現(xiàn)代通信技術(shù)誕生初期，工作頻率相對(duì)較低。

第2階段：20世紀(jì)40年代至60年代。隨著公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的誕生和推廣標(biāo)志著現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，最主要的標(biāo)志即公用移動(dòng)電話系統(tǒng)的誕生。該階段的主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)由專用網(wǎng)向公用網(wǎng)的過(guò)渡，但是由于運(yùn)營(yíng)過(guò)程中主要靠人工來(lái)完成接線工作，因此效率較低，網(wǎng)絡(luò)容量較小。

第3階段：20世紀(jì)60年代至70年代。隨著高新科技在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，移動(dòng)電話系統(tǒng)也在不斷進(jìn)行改進(jìn)。在60年代，美國(guó)和德國(guó)分別對(duì)國(guó)內(nèi)的移動(dòng)電話系統(tǒng)進(jìn)行了改革，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線頻道與公用電話網(wǎng)之間的自動(dòng)接續(xù)。在這十年的發(fā)展過(guò)程中，移動(dòng)電話系統(tǒng)的特點(diǎn)呈現(xiàn)出大區(qū)制，且容量相較于之前有了明顯的擴(kuò)展。

第4階段：20世紀(jì)70年代中期至80年代。在這十年中，移動(dòng)通信迎來(lái)了飛速發(fā)展期。很多高新科技不斷為移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展提供了動(dòng)力，比如微電子技術(shù)的誕生和發(fā)展，為通信設(shè)備的小型化奠定了基礎(chǔ)；大規(guī)模集成電路、微處理器技術(shù)的誕生以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為超大型通信網(wǎng)的管理與控制提供了可能；為解決傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)容量小的問(wèn)題，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了蜂窩網(wǎng)，極大提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)容量1983年，美國(guó)芝加哥建成了世界上首個(gè)商用蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，標(biāo)志著蜂窩式公用移動(dòng)通信網(wǎng)的誕生。

第5階段：20世紀(jì)80年代至現(xiàn)在。第一代蜂窩移動(dòng)網(wǎng)（1G）以AMPS和TACS為代表，雖然比前4個(gè)階段取得了極大進(jìn)步，但也存在不足，比如只能進(jìn)行語(yǔ)音通話、設(shè)備復(fù)雜、應(yīng)用成本較高、通話安全性得不到保障、容量不滿足時(shí)代發(fā)展需要。80年代中期，西方國(guó)家先后推出了以GSM為代表的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G），性能有了極大提高，在保證語(yǔ)音通話的基礎(chǔ)上也支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，但越區(qū)切換性能不完善，為了解決這一問(wèn)題，高通公司于1985年推出了以CDMA為技術(shù)基礎(chǔ)的3G技術(shù)，3G技術(shù)極大的擴(kuò)充了通信系統(tǒng)的容量、實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋、一定程度上消除了地域限制、能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和聲音的高速傳輸，從而為用戶提供更好的通信服務(wù)。隨著人們對(duì)信息量和信息傳輸速度的要求越來(lái)越高，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）應(yīng)運(yùn)而生，相較于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸速度更高，理論可達(dá)100Mbps，在聲音、視頻和圖像的傳輸方面優(yōu)勢(shì)十分明顯。

3未來(lái)移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

3.1多入多出技術(shù)（MIMO）

在目前的無(wú)線通信領(lǐng)域，多入多出技術(shù)（MIMO）已經(jīng)逐漸成為核心技術(shù)。眾所周知，在無(wú)線通信過(guò)程中，無(wú)線信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到各類因素的影響從而出現(xiàn)無(wú)線信道的衰落，從而使得通信質(zhì)量降低。而多入多出技術(shù)（MIMO）則在很大程度上緩解了無(wú)線信道的衰落，其主要原理是在信號(hào)的發(fā)送端和信號(hào)接收端之間設(shè)置多個(gè)天線作為信號(hào)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，盡可能地減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的無(wú)線信道衰落。MIMO技術(shù)的最大特點(diǎn)在于在保證原有系統(tǒng)帶寬和天線發(fā)射功率不增加的前提下極大提高通信系統(tǒng)的容量。MIMO技術(shù)的本質(zhì)是通過(guò)時(shí)間域和空間域的聯(lián)合分集來(lái)對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行處理。通過(guò)理論分析及已有的相關(guān)仿真數(shù)據(jù)不難看出，在信道狀態(tài)已知時(shí)，應(yīng)用了MIMO技術(shù)的通信系統(tǒng)其信道容量會(huì)隨著傳輸天線個(gè)數(shù)的增加而線性增大，也就是說(shuō)MIMO技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠有效解決通信系統(tǒng)容量小的問(wèn)題，因而具有很高的應(yīng)有價(jià)值及廣闊的市場(chǎng)前景。MIMO技術(shù)發(fā)展至今，目前最主要的研究方向集中于空時(shí)編碼。所謂空時(shí)編碼，其本質(zhì)是綜合利用空間和時(shí)間來(lái)對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行二維處理，是時(shí)間傳輸信號(hào)和空間傳輸信號(hào)的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)空時(shí)編碼技術(shù)，能夠極大提高通信信號(hào)及數(shù)據(jù)的傳輸效率，目前已有的空時(shí)編碼主要可以分為3類：BLAST碼、孔氏格碼和空時(shí)分組碼。總的來(lái)說(shuō)，MIMO技術(shù)極大提高了無(wú)線通信系統(tǒng)的信道容量、降低了通信信號(hào)傳輸過(guò)程中的碼間干擾、提高了空間和時(shí)間的分集增益以及頻譜的利用率，英雌具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

3.2正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)（0FDM）

正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)（OFDM）也是基于無(wú)線通信環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)表明，在無(wú)線通信過(guò)程中，高速的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生數(shù)值較大的多普勒位移，當(dāng)多普勒位移達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致頻率出現(xiàn)嚴(yán)重的選擇性衰落。為了解決頻率選擇性衰落這一問(wèn)題，相關(guān)科研工作者研發(fā)了正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)（OFDM）。眾所周知，在無(wú)線通信過(guò)程中，絕大多數(shù)的通信信道并不平坦，這就會(huì)導(dǎo)致無(wú)線信道的頻率響應(yīng)曲線出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，從而導(dǎo)致頻率的選擇性衰落，影響通信質(zhì)量。而正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)在很大程度降低了頻率的選擇性衰落，其主要原理是當(dāng)無(wú)線信道給定時(shí)，將給定信道劃分成若干子信道，子信道之間相互正交，并為每一個(gè)正交子信道加載一個(gè)子載波對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)一定的技術(shù)手段使子載波并行傳輸。盡管無(wú)線信道存在不平坦的客觀情況，但是在利用正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)將信道劃分成很多子信道時(shí)，可以在一定程度上認(rèn)為每一個(gè)子信道是平坦的，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)了頻率選擇性。同時(shí)需要指出的是，利用正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)劃分的子信道在傳輸通信信號(hào)時(shí)為窄帶傳輸，其帶寬小于信道帶寬，這也就在很大程度上消除了信號(hào)在傳輸過(guò)程中在波形上的相互干擾，提高了通信質(zhì)量。總的來(lái)說(shuō)，正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提高頻譜利用率；（2）抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸質(zhì)量好；（3）能夠提高高信噪比子信道的利用率，解決了頻率選擇性衰落這一問(wèn)題。

3.3軟件無(wú)線電技術(shù)（SDR）

軟件無(wú)線電技術(shù)以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)，以可編程控制的硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線電的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載的技術(shù)。其功能模塊主要包括高頻模塊、中頻模塊、基帶處理模塊等，這些模塊的運(yùn)作全部通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)對(duì)系統(tǒng)輸入不同的程序，能夠分別驅(qū)動(dòng)不同的模塊運(yùn)作實(shí)現(xiàn)不同的功能。軟件無(wú)線電技術(shù)的核心思想是利用軟件編程來(lái)定義各類無(wú)線功能，在通信移動(dòng)終端在不同系統(tǒng)工作時(shí)，可以利用軟件編程來(lái)改變移動(dòng)終端的工作性能?？梢哉f(shuō)軟件無(wú)線電技術(shù)的誕生，極大簡(jiǎn)化了無(wú)線指令的處理流程，提高了通信信號(hào)的處理效率。

3.4智能天線技術(shù)（SA）

智能天線技術(shù)的主要理論基礎(chǔ)是自適應(yīng)天線技術(shù)，其主要原理是信號(hào)傳輸過(guò)程中的無(wú)線基站使用天線陣和相干無(wú)線收發(fā)信機(jī)來(lái)對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行接收和發(fā)射，同時(shí)，利用數(shù)字信號(hào)處理器按照一定的算法對(duì)天線陣中的各個(gè)天線鏈上接收的信號(hào)進(jìn)行合并和處理。應(yīng)用了智能天線技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)在無(wú)線信號(hào)的傳輸過(guò)程中能夠在空間域內(nèi)對(duì)交互干擾現(xiàn)象形成明顯抑制，對(duì)理想信號(hào)進(jìn)行反復(fù)加強(qiáng)，也就是說(shuō)智能天線技術(shù)相當(dāng)于是一種空時(shí)濾波器，能夠形成對(duì)信號(hào)的有效篩選，不僅提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，還增加了無(wú)線通信系統(tǒng)的容量，降低了無(wú)線通信系統(tǒng)的建設(shè)成本。

3.5網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展中，最主要的是側(cè)重于建立一個(gè)基于全I(xiàn)P的交換系統(tǒng)，也就是說(shuō)，IP分組交換網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)勢(shì)必將替代傳統(tǒng)的電路交換以及現(xiàn)在普遍常用的分組交換。為了實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P交換系統(tǒng)的構(gòu)建，就必須加強(qiáng)對(duì)線性放大器和射頻等設(shè)備的控制，3G所采用的基礎(chǔ)架構(gòu)是交換層架構(gòu)，而在未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展中，不僅要考慮交換層的架構(gòu)，更要加強(qiáng)對(duì)各種不同類型的通信接口的控制，也就是說(shuō)未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是基于路由技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

4結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)信息量和信息傳輸質(zhì)量及效率的要求越來(lái)越高，同時(shí)人類科技水平的不斷提高也在推動(dòng)著無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行著快速的變革和創(chuàng)新，從第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）到目前已經(jīng)相當(dāng)普及的第四代移動(dòng)技術(shù)（4G），信息傳輸?shù)乃俣雀臁①|(zhì)量更高，但是如何提高信號(hào)傳輸過(guò)程中的抗干擾能力和頻譜的利用率，仍然需要相關(guān)科研人員不斷探索和創(chuàng)新，對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的探討對(duì)于通信領(lǐng)域的快速發(fā)展具有十分重要的意義。