蜂窝移动通信技术的发展历程及趋势

朱国祥

【摘要】随着时代的进步，人们对科技的研究越发深入，同时科技的发展也让人们的生产生活发生了翻天覆地的变化。其中与人们密切相关的就是蜂窝移动通信技术的产生和发展，它的出现让人们能够与千里之外的人随时保持联系，也是维持人们现在生活、工作的基础。本文将详细阐述蜂窝移动通信技术的发展历程，以及未来通信技术的发展趋势，希望能能够为相关的研究人员提供思路。

【关键词 】蜂窝通信;移动通信;发展历程;发展趋势

通信产业中发展最快的要数无线通信，它的应用范围广泛，其中涉及的领域包括金融行业、教育行业等。早在2000多年前的周朝时期无线通信就已经出现了萌芽，比如军事战争中采用烽火传递消息。1958年，意大利工程师伽利尔摩·马可尼进行的莫尔斯电报实验中，他利用感应线圈和负荷天线实现了距离1.5米之内的通信。此项实验的成功为人们日后研究无线通信奠定了基础。但是这种无线电报以及后来发明的雷达技术应用范围较小，在当时仅能满足一小部分人的通信需求，而蜂窝移动通信技术的出现则成为广大人民群众的福音。

一、蜂窝移动通信的发展历程

（一）第一代蜂窝移动通信技术（1G）

20世纪70年代，移动电话业务系统也就是AMPS系统被美国贝尔实验室率先研发成功，这是第一次人们能够真正使用的具有随时通信能力的较大容量的蜂窝移动通信。此系统利用的是频率复用技术。这种技术能够保障移动终端在通信网络所覆盖的区域内自由通信，具有容量大、通话质量高的特点，此系统的研发成功有效解决了通信容量小以及频谱资源受限的问题。70年代末美国在国内全面推广AMPS系统，此系统一经推出立即以优良的服务和性能受到了广大人们的热爱和好评。AMPS系统在美国的发展对全球范围内蜂窝移动技术的研究起到了促进作用。80年代中期，欧洲和日本也紧随美国之后，在国内建立了自己的移动通信网络，如欧洲建立的是NMT-450系统，日本建立的是NTT/JTACS/NTACS系统。这些国家在本国建立的移动通信系统模拟制式的频双分工系统，也叫做第一代蜂窝移动通信系统，简称为1G系统。FDMA是数据通信中主要的技术之一，也就是将移动用户放置在时间间隔相同而频率不同的信道中。利用FDMA技术就能将频分多路传输系统中处于集中控制的频道按照有关要求分配给不同的通信用户。频分多址与固定分配相比较，在运行的过程中能将通道容量按照相应的要求进行调换。在FDMA系统中会将一个信道分配给通信用户，也就是一对频谱，其中一个频谱用作前向信道，另外一个频谱则用作反向通道。其中前向通道指的是基站通向移动方向台的信道，而反向信道则是指移动方向台通往基站的信道。这种通信系统的基站在用户通信的过程中必须同时向外发射或者是接收不同频率的信号，而且用户之间的通信必须先到达基站然后才能进行中转，所以用户双方之间要想实现通信必须同时占用2个信道。以前进行的模拟通信系统采用的都FDMA，而FDMA系统使用的则是调频的多址技术。FDMA就是将通信的整个系统划分成无数个同等间隔的信道，并将这些信道分配给不同的通信用户进行通话交流。这些频道之间彼此独立，互不干扰。

（二）第二代蜂窝移动通信技术（2G）

第二代数字蜂窝移动通信业务也被人们称为GSM移动通信，指的就是通过工作在900/1800MHz频段之间的GSM移动通信网络为移动用户提供相应的语音服务以及数据业务。研发人员研发GSM移动通信系统时，在系统的无线接口处选择的是TDMA技术，并将MAP 协议作为此系统核心网的移动管理协议。目前全球已经有200多个国家和地区使用GSM电话进行沟通和交流。移动运营商签署“移动漫游”协议后，用户可以在他们之间自由进行通话。GSM移动通信与之前的标准相比较其具有优越性体现在数字式的信令和语音信道，所以GSM移动通信也被人们称作第二代移动电话系统。这表明数字通讯在系统中早已存在。GSM是一个蜂窝网络，通俗来讲移动电话在使用时要连接到它能搜索到的距离最短的蜂窝单元区域。不同的无线电频率都是GSM网络运行的通道。GSM网络的蜂窝单元尺寸有4种，第一种是巨蜂窝，第二种是微蜂窝，第三种是微微蜂窝，最后一种是伞蜂窝，四种蜂窝的覆盖区域因环境的不同而略有差别。巨蜂窝类似基站天线可以安装在天线杆、建筑顶端;微蜂窝的天线高度处于建筑之下;微微蜂窝的覆盖区域仅有几十米，且主要应用于室内;而伞蜂窝是则具有填补蜂窝网漏洞区域的作用。蜂窝半径范围主要由以下三个条件决定，一是天線高度，二是增益，三是传播条件，可以从百米延伸到数十里，在实际的使用过程中，GSM最长距离为35公里。另外还有个扩展蜂窝的概念，其半径可以在原有的基础上扩展一倍以上。

（三）第三代蜂窝移动通信技术（3G）

第三代移动通信技术实质上指的就是能够支持高速数据传输的蜂窝移动技术。3G服务能够同时支持声音以及数据的传输，传输速度更快，约为几百kb。第三代移动通信系统采用宽带CDMA技术，并为移动用户同时提供语音以及数据服务的移动通信系统也被称作未来移动通信系统，此系统能够有效解决前两代系统的主要弊端，是目前最先进的移动通信系统。3G系统与前两代系统相比能够使用户在全世界范围内不受时间、地点、方式的影响高质量的进行数据传输、语音通话业务。由此可见，第三代移动通信重视用户的自主因素，将用户放在首要位置，所以第三代移动通信也被称为未来个人通信系统。第三代移动通信在技术上选择的是宽带CDMA系统，也就是分址技术。多址技术其实就是让基站附近的移动台利用何种方法抢夺并占领信道进入基站，并从基站中接收移动信号的技术，只有移动台占据了某一条信道，移动通信才有可能顺利进行。现阶段已经使用的多址技术应用了前两代通信中的频分多址（FDMA） 、时分多址（TDMA）以及窄带码分多址（CDMA）三种。三种技术各有不同，FDMA指的是不同的移动台占据不同的频率;TDMA指的是不同的移动台占据相同的频率;但占据的时间段略有不同;CDMA指的是不同的移动台占据相同的频率，但是各个移动台带有不同的随机码序，所以同一个频率所服务的移动台数目则是由随机码的数量来确定的。宽带CDMA性能更优越，其运行宽带较广，抵抗信号干扰的能力也更强，信号的传递功能也有所提高。

（四）第四代蜂窝移动通信技术（4G）

第四代蜂窝移动通信技术就是目前人们正在使用的通信技术。4G在前三代通信技术的基础上进行创新增强无线通信的业务功能以及上网速率。4G技术分为两大类别，一个是TD-LTE，另外一个是FDD-LTE。其中TD-LTE指的就是3G技术改进并提高了空中接入技术，使用正交频分复技术标准以及多入多出技术标准。

4G网络与3G网络相比传输速度提高了约50倍，视频图像的传输效果可比拟高清电视。现阶段虽然4G技术已经在全球范围内广泛应用，但是仍存在一些问题，举例来说，缺乏统一的国际标准，各个移动通信系统彼此干扰，互不相融;信号容易被较大的建筑物所遮挡等等。科学家们也在致力于研发更为先进的通信技术。

二、蜂窝移动通信技术在中国的发展

20世纪80年代末蜂窝移动就已经正式走向中国，并在广东地区率先投入使用。在认识到1G网络的局限性后，我国在搭建1G网络后立即召集相关技术人员进入2G通信技术的研发当中。1993年我国首个移动通信网络在嘉兴地区正式投入使用，随后中国移动和中国联通两大运营商在全网建立移动网络2001年中国移动由原本的1G网络正式向2G网络转变，并在年底关闭1G网络，我国移动通信从此迈入崭新的时代。但是这两代通信技术均来自于国外，所以在政府的支持和引导下，我国科研人员加大了对3G技术的研究。2000年我国研发的TD-SDMA通信技术得到国际认可并成为国际标准之一，为我国国际标准化工作奠定了基础。目前我国3G用户人数进入快速增长的状态。2014年年末，我国正式进入4G时代。2017年9月，工信部统计我国4G使用人数接近9.5亿人，在移动电话用户中所占比例超过了67%，超过了国外发达国家的平均水平。

三、蜂窝移动通信的发展趋势

4G移动通信技术与前三代相比具有非常明显的优势，但是随着时代的发展人们的需求越来越多，对通信技术的要求也越发严格。2017年中国移动在5G技术的研究方面已经小有成就，2018年将会进入小规模的模拟试验阶段，2019年到2010年则会正式投入使用。5G网络是一次崭新的技术转型，在网络传输、资源利用方面将会达到更高的水平，用户的体验也会大幅度升级。从目前研究的状态来看，5G在日后的发展中将会在以下几个方面进行提升与创新：（1）5G网络将改变原来的点到点传输、信道编码以及译码等方式，将通信区域扩展成为小区协作网，采取多用户、多点以及多天线的传输方法;（2）各移动运营商将用户体验作为他们的核心理念，同时也是他们吸引客户的重要措施，因此5G移动通信技术在对技术进行创新的同时也更加注重数据传输、虚拟现实以及交换业务;（3）4G网络目前使用的是低频段频谱资源，而5G移动通信技术将在此方面进行改进和创新，充分结合有线技术与无线技术，有效解决高频无线电穿透力不强的现象，有效增强高频资源的使用效率;（4）移动通信网络主要应用于室内场所，5G在研发过程中将扩大室内无线覆盖区域，不断增强用户体验;（5）软配置方式的使用可以让运营商加强监测用户的流量使用情况从而对资源进行有效调整，避免资源浪费。

四、结束语

蜂窝移动通信技术的出现加强了人与人之间的沟通和交流，这项技术性革命在短短幾十年间经历了四代，第一代的出现与消亡，第二代的研发与普及，第三代的探索，第四代的普及，以及即将出现的第五代。蜂窝移动通信技术开创了一个新的时代，彻底改变了人们的生产生活方式，让人们进入信息化时代。相信在不久的未来，通过人们的创新与探索，通信技术会带给人们更多的新奇与惊喜，让人们的生活变得更加多姿多彩。

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