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带你读《6G需求与愿景》第一章信息技术及移动通信发展历史1.2 移动通信发展历史(二)

简介: 带你读《6G需求与愿景》第一章信息技术及移动通信发展历史1.2 移动通信发展历史
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1.2移动通信发展历史

1.2.1  第一代移动通信

 

1978年,美国贝尔实验室成功研制出了高级移动电话系统(AdvancedMobilePhoneSystem,AMPS),标志着第一代(1G)移动通信系统正式登上历史舞台。1G是模拟通信系统,采用模拟式的 FM调制,将 300~3400Hz的语音转换到高频的载波频率(兆赫兹级)上进行无线传输。1G通信系统时代没有形成统一的国际标准,20世纪 80年代很多国家都推出了各自的 1G 通信系统。

由于采用模拟蜂窝和频分多址(FDMA)技术,1G的容量十分有限,且通话质量不高,不能提供数据业务和漫游服务,安全性和抗干扰性也存在较大的问题。此外,1G时代的终端价格十分昂贵,使得它无法真正大规模普及和应用。

 

1.2.2第二代移动通信

 

随着对业务容量、通信质量和保密性要求的不断提高,在20世纪 90年代,移动通信逐步演进到数字调制的 2G时代。2G时代出现的两大主流标准体系分别为欧洲 ETSI提出的全球移动通信系统(Global System forMobileCommunication,GSM)和美国高通公司提出的窄带码分多址(CodeDivisionMultipleAccess,CDMA)技术。

其中,GSM于 1992年开始在欧洲商用,随着在全球的广泛应用,成为全球移动通信系统。GSM具有接口开放、标准化程度高等特点,其强大的联网能力可实现国际漫游业务,并支持用户识别卡,真正实现了个人移动性和终端移动性。GSM的网络架构如图 1-1所示。

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图 1-1GSM的网络架构

 

GSM网络架构分为移动台(MobileStation,MS)、基站子系统(BaseStationSubsystem,BSS)、网络交换子系统(NetworkandSwitchingSubsystem,NSS)等部分。其中 MS 负责无线信号的收发及处理;BSS 属于接入网部分,由基站收发信台(BaseTransceiverStation,BTS)和基站控制器(Base Station Controller,BSC)两部分构成。NSS是核心网部分,主要由移动业务交换中心(Mobile Service SwitchingCenter,MSC)、拜访位置寄存器(VisitLocationRegister,VLR)、本地位置寄存器(HomeLocationRegister,HLR)、鉴权中心(AuthenticationCenter,AUC)、设备识别寄存器(EquipmentIdentityRegister,EIR)以及网关移动交换中心(GMSC)等功能实体组成。

此外,还有主要负责网络监视、状态报告及故障诊断等功能的操作管理系统

(OperationsManagementSystem,OMS)。

窄带 CDMA,也称为cdmaOne、IS-95等,其网络架构和 GSM类似。CDMA技术具有覆盖好、容量大、语音质量好、辐射小等优点,但由于窄带 CDMA技术成熟较晚、标准化程度较低,在全球的市场规模不如 GSM。

2G时代里还有一个比较独特的标准:个人便携式电话系统(PersonalHandyPhoneSystem,PHS),由日本研制。PHS后来被引入中国部署,称为小灵通。

最初 2G系统主要采用电路交换方式,并不支持数据业务。为此,在GSM原有系统上,引入了支持分组业务的分组域功能实体,形成了支持分组交换业务的通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService,GPRS)网络,又称为 2.5G,其网络架构如图 1-2所示。

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图 1-2GPRS网络架构

 

具体地,GPRS的BSS在BSC基础上增加了分组控制单元(Packet ControlUnit, PCU),用以提供分组交换通道,在 NSS中增加了服务型 GPRS支持节点(ServiceGPRSSupportedNode,SGSN)和网关型 GPRS支持节点(Gateway GPRS SupportedNode,GGSN),其功能与 MSC和GMSC一致,只不过处理的是分组业务。GPRS的理论峰值速率为 171.2kbit/s。

与 1G相比,2G具有通话质量高、频谱利用率高和系统容量大等优点,并改善了系统的保密性,可以实现国际漫游等功能。但由于 2G采用不同的制式,用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游,且对定时和同步精度的要求较高,系统带宽有限,无法承载较高数据速率的移动多媒体业务[3]

1.2.3 第三代移动通信

 

为了提供更高速的多媒体业务,基于 CDMA技术,2008年 5月,国际电信联盟(ITU)正式公布第三代移动通信标准,中国提交的 TD-SCDMA正式成为国际标准,与欧洲的 WCDMA、美国的cdma2000成为 3G时代主流的三大技术,这 3种技术在区域切换、工作模式等方面又有各自不同的特点。

3G技术可以支持图像、音乐等多媒体传输,也可以支持电话会议等商务功能。为了实现以上所述功能,要求 3G无线网络可以提供不同速率的数据传输能力,即在室内、室外和行车的环境下,需要至少提供 2Mbit/s、384kbit/s和 144kbit/s的数据传输速率。

相对于 2G和 2.5G 系统,3G网络的系统架构也发生了变化,如图 1-3 所示。

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图 1-33G网络的系统架构

 

在接入网方面,由基站 NodeB与无线网络控制器(RadioNetworkController,RNC)取代了 2G时代的 BTS和 BSC。具体地,NodeB主要完成射频处理和基带处理功能;RNC主要负责控制和协调基站间的配合工作,并完成系统接入控制、承载控制、移动性管理、无线资源管理等控制功能。核心网部分基本与2.5G网络共用。

与 1G和 2G移动通信系统相比,基于 Turbo码和 CDMA技术的 3G系统具有更大的系统容量、更好的通话质量和保密性,并且能够支持较高数据速率的多媒体业务。然而,3G系统仍是标准不一的区域性通信系统,仍无法满足高清视频等多媒体通信的更高速率要求,同时对动态范围的多速率业务的支持能力也不足。此外,三大标准所支持的核心网功能不统一,不能真正实现不同频段的不同业务间的无缝漫游,这些局限性也推动着移动通信向着4G发展。

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