现代移动通信技术的发展趋势.doc
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1、题目:现代移动通信技术的发展趋势摘要移动通信技术在现代人们的生活中起到了越来越重要的作用,改变了人们的生活方式,在通信技术和计算机技术的融合,使通信技术的发展日新月异。本文介绍了现代移动通信领域涵盖人各种技术包括对GSM数字移动通信系统、CDMA数字移动通信系统、第三代移动通信系统(3G)等进行了阐述。而刚出来的4G技术还不够成熟,但是它是不可忽视的,有可能在未来它会给我们的生浩带来又一次的革新。移动通信的最新发展趋势:网络业务的数据化、分组化,网络技术的宽带化,网络技术的智能化,更高的频段,更有效利用频率,网络趋于融合、走向统一。不管怎样,事实是这些技术在正以惊人人速度发展,特别是第四代移动
2、通信系统将会给人们带来很大的方便和无穷的利益。关键字:GSM通信系统 CDMA通信技术 3G通信技术 移动通信 Internet 无线数据 IMT-2000 智能网 网络融合目录第一章 前 言1第二章 移动通信的概述及发展历程22.1移动通信的概念22.2 移动通信的工作方式3第三章 现代移动通信技术73.1 GSM数字移动通信技术73.2 CDMA移动通信技术93.3 第三代移动通信技术113.4 4G的通信技术13第四章 移动通信的未来发展趋势154.1 3G未来的发展趋势15第五章 总 结18参考文献19致谢20第一章 前 言在过去发展的30年中,移动通信技术得到迅猛的发展和广泛的应用,
3、随着21世纪的新技术和市场需求的共同作用下,未来移动通信技术的发展势不可当。移动通信技术的高速发展正在不断地改变人们的生活和工作方式,人们也正为移动通信这门博大精深的技术而研究。我们每天手里拿的手机就有GSM通信系统,或是CDMA通信系统,而CDMA通信系统通信系统中所提供的语音编码技术,其通话品质比目前的GSM好,而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低,使通话更为清晰。近年来3G技术已经发展越来越成熟,并已经在我国商业运行,3G网络为各种业务提供了更多的资源,也越来越被人们所接受和喜爱。本文主要介绍的通信技术有GSM数字移动通信技术、CDMA数字移动通信技术、第三代移动通信技术(3G)和第四
4、代移动通信技术,以及这些技术对我们未来的作用。第二章 移动通信的概述及发展历程2.1移动通信的概念移动通信系统从20世纪80年代诞生以来,到2020年将大体经过5代的发展历程,而且到2010年,将从第3代过渡到第4代(4G)。到4G,除蜂窝电话系统外,宽带wireless access(无法接入)系统、毫米波LAN、智能传输系统(ITS)和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外,系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题,有的系统将侧重提供高
5、数据速率,有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。移动通信技术具有以下几点:(1)移动性。就是要保持物体在移动状态中的通信,因而它必须是无线通信,或无线通信与有线通信的结合。 (2)电波传播条件复杂。因移动体可能在各种环境中运动,电磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多卜勒效应等现象,产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。 (3)噪声和干扰严重。在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声,移动用户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。 (4)系统和网络结构复杂。它是一个多用户通信系统和网络,必须使用户之间互不干扰,能协调一致地工作。此外,移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连,整个
6、网络结构是很复杂的。 (5)要求频带利用率高、设备性能好。2.2 移动通信的工作方式1) 单工制2) 半双工制3) 全双工制 图1单工制单工制:单工就是指A只能发信号,而B只能接收信号,通信是单向的。 图2半双工制双半工制:半双工就是指A能发信号给B,B也能发信号给A,但这两个过程不能同时进行。 图3全双工制全双工制:全双工比半双工又进了一步,在A给B发信号的同时,B也可以给A发信号。2.3移动通信的发展历程在过去的10年中,世界电信发生了巨大的变化,移动通信特别是蜂窝小区的迅速发展,使用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式。进入21世纪,移动通信将逐渐演变
7、成社会发展和进步的必不可少的工具。第一代 第一代 移动通信系统(1G)是在20世纪80年代初提出的,它完成于20世纪90年代初,如NMT和AMPS,NMT于1981年投入运营。第一代移动通信系统是基于模拟传输的,其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网,直接使用模拟语音调制技术,传输速率约24kbits。不同国家采用不同的工作系统。第二代 第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996年提出了GSM Phase 2+,目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。它主要包括CMAEL(客户化应用移动网
8、络增强逻辑),S0(支持最佳路由)、立即计费,GSM 9001800双频段工作等内容,也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术,使得话音质量得到了质的改进;半速率编解码器可使GSM系统的容量提近一倍。在GSM Phase2+阶段中,采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术,引入智能天线技术、双频段等技术,有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM系统容量不足的缺陷;自适应语音编码(AMR)技术的应用,极大提高了系统通话质量;GPRSEDGE技术的引入,使GSM与计算机通信Internet有机相结合,数据传送速率可达115384kbits,从而使GSM功能得到不断增强,初步具备了支持多
9、媒体业务的能力。尽管2G技术在发展中不断得到完善,但随着用户规模和网络规模的不断扩大,频率资源己接近枯竭,语音质量不能达到用户满意的标准,数据通信速率太低,无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。 第三代移动通信系统(3G),也称IMT 2000,是正在全力开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术,智能信号处理单元将成为基本功能模块,支持话音和多媒体数据通信,它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务,例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps,在用户高速移动是最大支持144Kbps,说占频带宽度5MHz左右 但是,第三代移动通信系统的通信
10、标准共有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三大分支,共同组成一个IMT 2000家庭,成员间存在相互兼容的问题,因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信;再者,3G的频谱利用率还比较低,不能充分地利用宝贵的频谱资源;第三,3G支持的速率还不够高,如单载波只支持最大2fDps的业务,等等。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要,因此寻求一种既能解决现有问题,又能适应未来移动通信的需求的新技术(即新一代移动通信:next generation mobile communication)是必要的。第四代4G,是指第4代移动通信系统,是在第2代(2G)、第3代(3G)
11、移动通信系统基础上发展而来的新一代、引领未来的移动通信技术系统。它将在通信速度、带宽,在通信技术与互联网技术的交融覆盖、无缝衔接、拓展应用等多个方面都将有重大的突破,是真正意义上的宽带无线移动通信,是真正的“信息高速公路”。人们形象把它比喻为高速、宽带的移动通信系统与现代高速互联网络系统的叠加, 它将给社会、生活、经济等各个方面带来革命性的变化。但就目前为止,现在的4G还没发展成熟,是不可能在短期内取代3G的。第三章 现代移动通信技术3.1 GSM数字移动通信技术我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准,此前一直是采用蜂窝模拟移动技术,即第一代GSM技术(2001年12月31日我国关闭了模
12、拟移动网络)。GSM(全球移动通信系统)是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体,并且它是目前三种数字无线电话技术(TDMA、GSM和CDMA)中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化,并将数据进行压缩,然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去,另外的两个用户数据流都有各自的时隙。GSM实际上是欧洲的无线电话标准,据GSM MoU联合委员会报道,GSM在全球有15亿的用户,并且用户遍布140多个国家。因为许多GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议,因此当用户到其他国家之后,仍然可以继续使用他们的移动电话。20世纪80年代中期,当模拟蜂窝移动通信
13、系统刚投放市场时,世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM ,美国的ADC(D-AMPS)和日本的JDC(现在改名为PDC)等数字移动通信系统。在这些数字系统中,GSM的发展最引人注目。1991年GSM系统正式在欧洲问世,网络开通运行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三部分,三者之间的主要区别是工作频段的差异。蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量,网络的智能化实现了越区转接和漫游功能,扩大了客户的服务范围,但上述模拟系统有四大缺点:各系统间没有公共接口;很难开展数据承
14、载业务;频谱利用率低无法适应大容量的需求;安全保密性差,易被窃听,易做“假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口,相互之间不能漫游,对客户造成很大的不便。GSM数字移动通信系统源于欧洲。早在1982年,欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营,例如北欧多国的NMT(北欧移动电话)和英国的TACS(全接入通信系统),西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统,不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话,需要一种公共的系统,1982年,北欧国家向CEPT(欧洲邮电行政大会)提交了一份建议书,要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会(ETSI)
15、技术委员会下的“移动特别小组(Group Special Mobile)”,简称“GSM”,来制定有关的标准和建议书。 我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统,并于1993年9月正式开放业务以来,全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统,使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。截至2002年11月,中国手机用户2亿,比2001年年底新增5509.2万。 GSM系统有几项重要特点:防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。目前我国主要的两大GSM系统为GSM 900及GSM1800,
16、由于采用了不同频率,因此适用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机,可以自由在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除GSM900和GSM1800另外加入了GSM1900,手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展,现也已出现了三频手机,即可在GSM900GSM1800GSM1900三种频段内自由切换的手机,真正做到了一部手机可以畅游全世界。 早期来看,GSM900发展的时间较早,使用的较多,反之GSM1800发展的时间较晚。物理特性方面,前者频谱较低,波长较长,穿透力较差,但传送的距离较远,而手机发射功率较强,耗电量较大,因此待机时间较短;而后者的频谱较高,波长较短,穿透力
17、佳,但传送的距离短,其手机的发射功率较小,待机时间则相应地较长。 紧急呼叫是GSM系统特有的一种话音业务功能。即使在GSM手机设置了限制呼出和没有插入用户识别卡(SIM)的情况下,只要在GSM网覆盖的区域内,用户仅需按一个键,便可将预先设定的特殊号码(如110、119、120等)发至相应的单位(警察局、消防队、急救中心等)。这一简化的拨号方式是为在紧急时刻来不及进行复杂操作而专门设计的。3.2 CDMA移动通信技术(1)CDMA蜂窝移动通信网的特点与FDMA和TDMA相比,CDMA具有许多独特的优点,其中一部分是扩频通信系统所固有的,另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通
18、信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成,含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作,因此它具有抗干扰性好,抗多径衰落,保密安全性高,同频率可在多个小区内重复使用,所要求的载干比(CI)小于l,容量和质量之间可做权衡取舍等属性。这些属性使 CDMA比其它系统有非常重要的优势。1系统容量大 理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。2系统容量的灵活配置 在CDMA系统中,用户数的增加相当于背景噪声的增加,造成话音质量的下降。但对用户数并无限制,操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外,多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。3系统性能质量更佳 这里指的是CDMA系统具有较高的
19、话音质量,声码器可以动态地调整数据传输速率,并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变,这样即使在背景噪声较大的情况下,也可以得到较好的通话质量。CDMA系统采用软切换技术,这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。4频率规划简单 用户按不同的序列码区分,所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用,网络规划灵活,扩展简单。5延长手机电池寿命 采用功率控制和可变速率声码器,手机电池使用寿命延长。6建网成本下降。(2)CDMA移动通信网的关键技术1功率控制技术功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统,所有移动用户都占用相同带宽和频率,互相干扰问题特别
20、突出。CDMA功率控制的目的就是克服干扰,使系统既能维护高质量通信,又不对其他用户产生干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制,反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。(l)反向开环功率控制。它是移动台根据在小区中接受功率的变化,调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应,所以它有一个很大的动态范围,根据IS-95标准,它至少应该达到正负32dB的动态范围。(2)反向闭环功率控制。闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正,以使移动台保持最理想的发射功率。(3)前向
21、功率控制。在前向功率控制中,基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率,其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率,而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。2PN码技术PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的,因而要求PN码自相关性要好,互相关性要弱,实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列-m序列作为地址码,利用它的不同相位来区分不同用户。3RAKE接收技术移动通信信道是一种多径衰落信道,RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调,然后叠加输出达到增强接收效果的目
22、的,这里多径信号不仅不是一个不利因素,而且在 CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。4软切换技术先连接,再断开称之为软切换。CDMA系统工作在相同的频率和带宽上,因而软切换技术实现起来比TDMA系统要方便容易得多;5话音编码技术目前CDMA系统的话音编码主要有两种,即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13bit/s的话音水平甚至更好。13bit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理,只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。3.3 第三代移动通信技术第三代移动通信技术,简称3G,全称
23、为3rd Generation,中文含义就是指第三代数字通信。1995年问世的第一代模拟制式手机(1G)只能进行语音通话;1996到1997年出现的第二代GSM、TDMA等数字制式手机(2G)便增加了接收数据的功能,如接受电子邮件或网页;第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升,它能够要能在全球范围内更好地实现无缝漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务,同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。 第三代移动通信系统将会以宽带CDMA系统为主,所谓CDMA,即码分多址技术。移动通信的特点要求采用多址技术,多址技术实际上就是
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