朱國祥

【摘要】隨著時代的進步，人們對科技的研究越發(fā)深入，同時科技的發(fā)展也讓人們的生產(chǎn)生活發(fā)生了翻天覆地的變化。其中與人們密切相關(guān)的就是蜂窩移動通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，它的出現(xiàn)讓人們能夠與千里之外的人隨時保持聯(lián)系，也是維持人們現(xiàn)在生活、工作的基礎(chǔ)。本文將詳細闡述蜂窩移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程，以及未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，希望能能夠為相關(guān)的研究人員提供思路。

【關(guān)鍵詞 】蜂窩通信;移動通信;發(fā)展歷程;發(fā)展趨勢

通信產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快的要數(shù)無線通信，它的應(yīng)用范圍廣泛，其中涉及的領(lǐng)域包括金融行業(yè)、教育行業(yè)等。早在2000多年前的周朝時期無線通信就已經(jīng)出現(xiàn)了萌芽，比如軍事戰(zhàn)爭中采用烽火傳遞消息。1958年，意大利工程師伽利爾摩·馬可尼進行的莫爾斯電報實驗中，他利用感應(yīng)線圈和負荷天線實現(xiàn)了距離1.5米之內(nèi)的通信。此項實驗的成功為人們?nèi)蘸笱芯繜o線通信奠定了基礎(chǔ)。但是這種無線電報以及后來發(fā)明的雷達技術(shù)應(yīng)用范圍較小，在當時僅能滿足一小部分人的通信需求，而蜂窩移動通信技術(shù)的出現(xiàn)則成為廣大人民群眾的福音。

一、蜂窩移動通信的發(fā)展歷程

（一）第一代蜂窩移動通信技術(shù)（1G）

20世紀70年代，移動電話業(yè)務(wù)系統(tǒng)也就是AMPS系統(tǒng)被美國貝爾實驗室率先研發(fā)成功，這是第一次人們能夠真正使用的具有隨時通信能力的較大容量的蜂窩移動通信。此系統(tǒng)利用的是頻率復用技術(shù)。這種技術(shù)能夠保障移動終端在通信網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)自由通信，具有容量大、通話質(zhì)量高的特點，此系統(tǒng)的研發(fā)成功有效解決了通信容量小以及頻譜資源受限的問題。70年代末美國在國內(nèi)全面推廣AMPS系統(tǒng)，此系統(tǒng)一經(jīng)推出立即以優(yōu)良的服務(wù)和性能受到了廣大人們的熱愛和好評。AMPS系統(tǒng)在美國的發(fā)展對全球范圍內(nèi)蜂窩移動技術(shù)的研究起到了促進作用。80年代中期，歐洲和日本也緊隨美國之后，在國內(nèi)建立了自己的移動通信網(wǎng)絡(luò)，如歐洲建立的是NMT-450系統(tǒng)，日本建立的是NTT/JTACS/NTACS系統(tǒng)。這些國家在本國建立的移動通信系統(tǒng)模擬制式的頻雙分工系統(tǒng)，也叫做第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)，簡稱為1G系統(tǒng)。FDMA是數(shù)據(jù)通信中主要的技術(shù)之一，也就是將移動用戶放置在時間間隔相同而頻率不同的信道中。利用FDMA技術(shù)就能將頻分多路傳輸系統(tǒng)中處于集中控制的頻道按照有關(guān)要求分配給不同的通信用戶。頻分多址與固定分配相比較，在運行的過程中能將通道容量按照相應(yīng)的要求進行調(diào)換。在FDMA系統(tǒng)中會將一個信道分配給通信用戶，也就是一對頻譜，其中一個頻譜用作前向信道，另外一個頻譜則用作反向通道。其中前向通道指的是基站通向移動方向臺的信道，而反向信道則是指移動方向臺通往基站的信道。這種通信系統(tǒng)的基站在用戶通信的過程中必須同時向外發(fā)射或者是接收不同頻率的信號，而且用戶之間的通信必須先到達基站然后才能進行中轉(zhuǎn)，所以用戶雙方之間要想實現(xiàn)通信必須同時占用2個信道。以前進行的模擬通信系統(tǒng)采用的都FDMA，而FDMA系統(tǒng)使用的則是調(diào)頻的多址技術(shù)。FDMA就是將通信的整個系統(tǒng)劃分成無數(shù)個同等間隔的信道，并將這些信道分配給不同的通信用戶進行通話交流。這些頻道之間彼此獨立，互不干擾。

（二）第二代蜂窩移動通信技術(shù)（2G）

第二代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)也被人們稱為GSM移動通信，指的就是通過工作在900/1800MHz頻段之間的GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)為移動用戶提供相應(yīng)的語音服務(wù)以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。研發(fā)人員研發(fā)GSM移動通信系統(tǒng)時，在系統(tǒng)的無線接口處選擇的是TDMA技術(shù)，并將MAP 協(xié)議作為此系統(tǒng)核心網(wǎng)的移動管理協(xié)議。目前全球已經(jīng)有200多個國家和地區(qū)使用GSM電話進行溝通和交流。移動運營商簽署“移動漫游”協(xié)議后，用戶可以在他們之間自由進行通話。GSM移動通信與之前的標準相比較其具有優(yōu)越性體現(xiàn)在數(shù)字式的信令和語音信道，所以GSM移動通信也被人們稱作第二代移動電話系統(tǒng)。這表明數(shù)字通訊在系統(tǒng)中早已存在。GSM是一個蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通俗來講移動電話在使用時要連接到它能搜索到的距離最短的蜂窩單元區(qū)域。不同的無線電頻率都是GSM網(wǎng)絡(luò)運行的通道。GSM網(wǎng)絡(luò)的蜂窩單元尺寸有4種，第一種是巨蜂窩，第二種是微蜂窩，第三種是微微蜂窩，最后一種是傘蜂窩，四種蜂窩的覆蓋區(qū)域因環(huán)境的不同而略有差別。巨蜂窩類似基站天線可以安裝在天線桿、建筑頂端;微蜂窩的天線高度處于建筑之下;微微蜂窩的覆蓋區(qū)域僅有幾十米，且主要應(yīng)用于室內(nèi);而傘蜂窩是則具有填補蜂窩網(wǎng)漏洞區(qū)域的作用。蜂窩半徑范圍主要由以下三個條件決定，一是天線高度，二是增益，三是傳播條件，可以從百米延伸到數(shù)十里，在實際的使用過程中，GSM最長距離為35公里。另外還有個擴展蜂窩的概念，其半徑可以在原有的基礎(chǔ)上擴展一倍以上。

（三）第三代蜂窩移動通信技術(shù)（3G）

第三代移動通信技術(shù)實質(zhì)上指的就是能夠支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時支持聲音以及數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸速度更快，約為幾百kb。第三代移動通信系統(tǒng)采用寬帶CDMA技術(shù)，并為移動用戶同時提供語音以及數(shù)據(jù)服務(wù)的移動通信系統(tǒng)也被稱作未來移動通信系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠有效解決前兩代系統(tǒng)的主要弊端，是目前最先進的移動通信系統(tǒng)。3G系統(tǒng)與前兩代系統(tǒng)相比能夠使用戶在全世界范圍內(nèi)不受時間、地點、方式的影響高質(zhì)量的進行數(shù)據(jù)傳輸、語音通話業(yè)務(wù)。由此可見，第三代移動通信重視用戶的自主因素，將用戶放在首要位置，所以第三代移動通信也被稱為未來個人通信系統(tǒng)。第三代移動通信在技術(shù)上選擇的是寬帶CDMA系統(tǒng)，也就是分址技術(shù)。多址技術(shù)其實就是讓基站附近的移動臺利用何種方法搶奪并占領(lǐng)信道進入基站，并從基站中接收移動信號的技術(shù)，只有移動臺占據(jù)了某一條信道，移動通信才有可能順利進行?，F(xiàn)階段已經(jīng)使用的多址技術(shù)應(yīng)用了前兩代通信中的頻分多址（FDMA） 、時分多址（TDMA）以及窄帶碼分多址（CDMA）三種。三種技術(shù)各有不同，F(xiàn)DMA指的是不同的移動臺占據(jù)不同的頻率;TDMA指的是不同的移動臺占據(jù)相同的頻率;但占據(jù)的時間段略有不同;CDMA指的是不同的移動臺占據(jù)相同的頻率，但是各個移動臺帶有不同的隨機碼序，所以同一個頻率所服務(wù)的移動臺數(shù)目則是由隨機碼的數(shù)量來確定的。寬帶CDMA性能更優(yōu)越，其運行寬帶較廣，抵抗信號干擾的能力也更強，信號的傳遞功能也有所提高。

（四）第四代蜂窩移動通信技術(shù)（4G）

第四代蜂窩移動通信技術(shù)就是目前人們正在使用的通信技術(shù)。4G在前三代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新增強無線通信的業(yè)務(wù)功能以及上網(wǎng)速率。4G技術(shù)分為兩大類別，一個是TD-LTE，另外一個是FDD-LTE。其中TD-LTE指的就是3G技術(shù)改進并提高了空中接入技術(shù)，使用正交頻分復技術(shù)標準以及多入多出技術(shù)標準。

4G網(wǎng)絡(luò)與3G網(wǎng)絡(luò)相比傳輸速度提高了約50倍，視頻圖像的傳輸效果可比擬高清電視?，F(xiàn)階段雖然4G技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，但是仍存在一些問題，舉例來說，缺乏統(tǒng)一的國際標準，各個移動通信系統(tǒng)彼此干擾，互不相融;信號容易被較大的建筑物所遮擋等等?？茖W家們也在致力于研發(fā)更為先進的通信技術(shù)。

二、蜂窩移動通信技術(shù)在中國的發(fā)展

20世紀80年代末蜂窩移動就已經(jīng)正式走向中國，并在廣東地區(qū)率先投入使用。在認識到1G網(wǎng)絡(luò)的局限性后，我國在搭建1G網(wǎng)絡(luò)后立即召集相關(guān)技術(shù)人員進入2G通信技術(shù)的研發(fā)當中。1993年我國首個移動通信網(wǎng)絡(luò)在嘉興地區(qū)正式投入使用，隨后中國移動和中國聯(lián)通兩大運營商在全網(wǎng)建立移動網(wǎng)絡(luò)2001年中國移動由原本的1G網(wǎng)絡(luò)正式向2G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，并在年底關(guān)閉1G網(wǎng)絡(luò)，我國移動通信從此邁入嶄新的時代。但是這兩代通信技術(shù)均來自于國外，所以在政府的支持和引導下，我國科研人員加大了對3G技術(shù)的研究。2000年我國研發(fā)的TD-SDMA通信技術(shù)得到國際認可并成為國際標準之一，為我國國際標準化工作奠定了基礎(chǔ)。目前我國3G用戶人數(shù)進入快速增長的狀態(tài)。2014年年末，我國正式進入4G時代。2017年9月，工信部統(tǒng)計我國4G使用人數(shù)接近9.5億人，在移動電話用戶中所占比例超過了67%，超過了國外發(fā)達國家的平均水平。

三、蜂窩移動通信的發(fā)展趨勢

4G移動通信技術(shù)與前三代相比具有非常明顯的優(yōu)勢，但是隨著時代的發(fā)展人們的需求越來越多，對通信技術(shù)的要求也越發(fā)嚴格。2017年中國移動在5G技術(shù)的研究方面已經(jīng)小有成就，2018年將會進入小規(guī)模的模擬試驗階段，2019年到2010年則會正式投入使用。5G網(wǎng)絡(luò)是一次嶄新的技術(shù)轉(zhuǎn)型，在網(wǎng)絡(luò)傳輸、資源利用方面將會達到更高的水平，用戶的體驗也會大幅度升級。從目前研究的狀態(tài)來看，5G在日后的發(fā)展中將會在以下幾個方面進行提升與創(chuàng)新：（1）5G網(wǎng)絡(luò)將改變原來的點到點傳輸、信道編碼以及譯碼等方式，將通信區(qū)域擴展成為小區(qū)協(xié)作網(wǎng)，采取多用戶、多點以及多天線的傳輸方法;（2）各移動運營商將用戶體驗作為他們的核心理念，同時也是他們吸引客戶的重要措施，因此5G移動通信技術(shù)在對技術(shù)進行創(chuàng)新的同時也更加注重數(shù)據(jù)傳輸、虛擬現(xiàn)實以及交換業(yè)務(wù);（3）4G網(wǎng)絡(luò)目前使用的是低頻段頻譜資源，而5G移動通信技術(shù)將在此方面進行改進和創(chuàng)新，充分結(jié)合有線技術(shù)與無線技術(shù)，有效解決高頻無線電穿透力不強的現(xiàn)象，有效增強高頻資源的使用效率;（4）移動通信網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于室內(nèi)場所，5G在研發(fā)過程中將擴大室內(nèi)無線覆蓋區(qū)域，不斷增強用戶體驗;（5）軟配置方式的使用可以讓運營商加強監(jiān)測用戶的流量使用情況從而對資源進行有效調(diào)整，避免資源浪費。

四、結(jié)束語

蜂窩移動通信技術(shù)的出現(xiàn)加強了人與人之間的溝通和交流，這項技術(shù)性革命在短短幾十年間經(jīng)歷了四代，第一代的出現(xiàn)與消亡，第二代的研發(fā)與普及，第三代的探索，第四代的普及，以及即將出現(xiàn)的第五代。蜂窩移動通信技術(shù)開創(chuàng)了一個新的時代，徹底改變了人們的生產(chǎn)生活方式，讓人們進入信息化時代。相信在不久的未來，通過人們的創(chuàng)新與探索，通信技術(shù)會帶給人們更多的新奇與驚喜，讓人們的生活變得更加多姿多彩。

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