移动通信概念:
移动通信(Mobile communication)是移动体之间的通信,或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人,也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。
移动通信是进行无线通信的现代化技术,这种技术是电子计算机与移动互联网发展的重要成果之一。移动通信技术经过第一代、第二代、第三代、第四代技术的发展,目前,已经迈入了第五代 发展的时代(5G移动通信技术),这也是目前改变世界的几种主要技术之一。
现代移动通信技术重要可以分为低频、中频、高频、甚高频和特高频几个频段,在这几个频段之中,技术人员可以利用移动台技术、基站技术、移动交换技术,对移动通信网络内的终端设备进行连接,满足人们的移动通信需求。从模拟制 式的移动通信系统、数字蜂窝通信系统、移动多媒体通信系统,到目前的高速移动通信系统,移动通信技术的速度不断提升,延时与误码现象减少,技术的稳定性与可靠性不断提升,为人们的生产生活提供了多种灵活的通信方式。
移动通信原理:
作为移动通信设备,在通信时需要先与附近基站建立起连接,然后再接入核心网,从而找到通信目的地。
在上述过程中,所有信息都是通过电磁波承载和传递的。所用的电磁波频段,与所用制 式及所在运营商有关。但总的来说,三家运营商所用的电磁波频段分布在850-4900MHz范围。
移动通信特点:主要有以下这些
特点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。
特点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、多普勒效应等现象,产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。
特点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。
特点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,整个网络结构是很复杂的。
特点5:要求频带利用率高、设备性能好。
移动通信技术的发展历程:
移动通信技术的演进
一、第一代移动通信
第一代移动通信系统是在20世纪80年代初提出的,它完成于20世纪90年代初。第一代移动通信技术是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准,制定于上世纪80年代。
第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。由于受到传输带宽的限制,不能进行移动通信的长途漫游,只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制 式,我国主要采用的是TACS。第一代移动通信有很多不足之处,如容量有限、制 式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。
二、第二代移动通信
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(客户化应用移动网络增强逻辑),SO(支持最佳路由)、立即计费,GSM 900/1800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系统的容量提高近一倍。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;GPRS/EDGE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115/384kbit/s,从而使GSM功能得到不断增强,初步具备了支持多媒体业务的能力。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。
三、第三代移动通信
第三代移动通信系统(3G),也称IMT2000。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,在用户高速移动时最大支持144Kbps,所占频带宽度5MHz左右。但是,第三代移动通信系统的通信标准共有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;3G支持的速率还不够高,如单载波只支持最大2Mbps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是必要的。
第三代移动通信业务主要是话音和中低速数据,码率为384 kb/s(局域网可达2 Mb/s),因而可传送比目前GSM(第二代移动通信)更高码率的信息。随着多媒体业务的发展,2 Mb/s的码率将越来越不能满足用户各种新的宽带业务的需要,因此国际上已开始研究第四代移动通信系统,第一步目标是10 Mb/s以上。我们国内则尚未启动。因此需尽早开始研究其关键技术。需要解决的关键技术有宽带多媒体移动通信系统的体系结构,包括频段、多址方法、无线接入技术、软件无线电的硬件和软件、多载波调制和OFDM技术、自适应天线阵、高效信道编码技术等。
第三代移动通信技术的基本特点:
(1)具有全球范围设计的,与固定网络业务及用户互连,无线接口的类型尽可能少和高度兼容性;
(2)具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性;
(3)具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用384kb/s接入速率的数据率分段使用功能;
(4)具有在2GHz左右的高效频谱利用率,且能最大程度地利用有限带宽;
(5)移动终端可连接地面网和卫星网,可移动使用和固定使用,可与卫星业务共存和互连;
(6)能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务;
(7)支持分层小区结构,也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接;
(8)语音只占移动通信业务的一部分,大部分业务是非话数据和视频信息;
(9)一个共用的基础设施,可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司;
(10)具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数,而不是以距离为收费参数的新收费机制。
四、第四代移动通信
第四代移动通信系统(4G)的概念可称为宽带接入和分布网络,具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务,可以在任何地方用宽带接入互联网,能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外,第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统,是宽带接入IP系统。
4G系统中有两个基本目标:一是实现无线通信全球覆盖;二是提供无缝的高质量无线业务。目前正在构思中的4G通信具有以下特征:
(1)网络频谱更宽。要想使4G通信达到100Mbps的传输速率,通信运营商必须在3G网络的基础上进行大幅度的改造,以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究,每个4G信道将占有100MHz的频谱,相当于W-CDMA 3G网络的20倍;
(2)通信速度更快。人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率,因此,4G通信最显着的特征就是它有更快的无线传输速率。据专家估计,第四代移动通信系统的传输速率速率可以达到10M~20Mbps,最高可以达到100Mbps;
(3)通信更加灵活。从严格意义上说,4G的功能已不能简单划归“电话机”的范畴,因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已。而且4G从外观和式样上看将有更惊人的突破,可以想象的是,眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端;
(4)智能性更高。第四代移动通信的智能性更高,不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化,更重要的是4G可以实现许多目前还难以想象的功能;
(5)兼容性更平滑。要使4G通信尽快地被人们接收,还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下较为容易地过渡到4G通信。因此,从这个角度来看,4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从3G平稳过渡等特点。
五、第五代移动通信
第五代移动通信技术(英语:5th Generation Mobile Communication Technology简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,是实现人机物互联的网络基础设施。
移动通信延续着每十年一代技术的发展规律,已历经1G、2G、3G、4G的发展。每一次代际跃迁,每一次技术进步,都极大地促进了产业升级和经济社会发展。从1G到2G,实现了模拟通信到数字通信的过渡,移动通信走进了千家万户;从2G到3G、4G,实现了语音业务到数据业务的转变,传输速率成百倍提升,促进了移动互联网应用的普及和繁荣。当前,移动网络已融入社会生活的方方面面,深刻改变了人们的沟通、交流乃至整个生活方式。4G网络造就了非常辉煌的互联网经济,解决了人与人随时随地通信的问题,随着移动互联网快速发展,新服务、新业务不断涌现,移动数据业务流量爆 炸式增长,4G移动通信系统难以满足未来移动数据流量暴涨的需求,急需研发下一代移动通信(5G)系统。
5G作为一种新型移动通信网络,不仅要解决人与人通信,为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频等更加身临其境的极致业务体验,更要解决人与物、物与物通信问题,满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求。最终,5G将渗透到经济社会的各行业各领域,成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。
5G通信的性能指标:
1.峰值速率需要达到10-20Gbit/s,以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。
2.空中接口时延低至1ms,满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。
3.具备百万连接/平方公里的设备连接能力,满足物联网通信。
4.频谱效率要比LTE提升3倍以上。
5.连续广域覆盖和高移动性下,用户体验速率达到100Mbit/s。
6.流量密度达到10Mbps/m2以上。
7.移动性支持500km/h的高速移动。