4G移动通信系统发展简介
20世纪70年代,贝尔实验室发明了小区和频率复用的概念,现代移动通信开始发展。1978年,开发了第一个真正的大容量蜂窝移动通信系统——高级移动电话系统(AMPS)。1979年,日本推出了800MHz车载电话系统(HAMTS)。西德在1984完成了C网,频段为450MHz。1985年,英国开发了900MHz频段的全接入系统(TACS)。法国开发了450系统。加拿大推出450MHz移动电话系统(MTS)。瑞典等北欧四国开发了NMT-450移动通信网并于1980投入使用,频段为450MHz。这些系统是基于频分多址(FDMA)的双工模拟系统,被称为第一代蜂窝移动通信系统。
所有技术的发展都不可能一蹴而就。从2G、3G、E3G到B3G(4G),需要不断演进,这些技术可以共存。众所周知,最早的模拟蜂窝通信技术只能提供区域性的语音服务,而且通话效果差,安全性能不好,用户的接听范围非常有限。随着手机的快速发展和用户的快速增长,传统的通信方式已经不能满足人们的通信需求,在这种情况下,数字移动通信系统应运而生。
第一个数字蜂窝标准GSM基于TDMA,由欧洲在1992年提出。美国提出了两个数字移动通信标准,即基于TDMA的IS-54和基于窄带DS-CDMA的IS-95。日本第一个数字蜂窝系统是PDC系统,于1994投入运营。目前GSM中采用时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)作为接入方式,工作频段为900-1900 MHz。在中国,900 MHz和1800MHz主要用于地面GSM网络。GSM于1991进入商用服务,已在100多个国家运营,成为欧洲和亚洲实际的蜂窝移动通信标准。GSM数字网还具有保密性和抗干扰性强、音质清晰、通话稳定、容量大、频率资源利用率高、接口开放、功能强大等优点。但它能提供的数据传输速率只有9.6kbit/s,相当于五六年前固定电话拨号的4G移动通信系统的热门技术和动态发展速度。当时互联网提供的几乎都是纯文本信息。现在流行的数字移动通信手机是第二代(2G),一般采用GSM或CDMA技术。第二代手机可以提供所谓的“全球通”语音服务,已经可以提供低速数据服务,即收发短信之类的。虽然理论上2G手机的用户可以在全球范围内进行移动通信,但是由于没有统一的国际标准,各种移动通信系统互不兼容,给手机用户带来了很多不便。
针对GSM通信的缺陷,GSM97提出了2.5G通用分组无线业务技术,即GPRS,是GSM Phase 2.1规范的内容之一。GPRS的引入标志着GSM发展史上的重要一步。GPRS用于承载IP或X.25等数据业务,可以像局域网一样实现现有的TCP/IP应用,提供对互联网和其他分组网络的全球接入。
1997年,爱立信首次向欧洲电信标准组织提出EDGE规范。该通信技术是现有的第二代移动网络和第三代移动网络之间的过渡技术,第三代移动网络是公知的2.75G移动系统之一,在GSM99中实现。有效地提高了GPRS信道的编码效率,EGPRS系统的最大吞吐量可达473.6kbit/s,可以满足近期无线多媒体应用的带宽需求。EDGE提供了从GPRS到3G移动通信的过渡方案,使得现有网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备,在3G移动网络商用之前提前为用户提供个人多媒体通信服务。
随着新兴通信技术的不断推广,作为3G通信标志的WCDMA也有可能成为未来通信技术的主流。这项技术可以为用户带来最高2 Mbit/s的数据传输速率,在这样的条件下,计算机中使用的任何介质都可以通过无线网络轻松传输。WCDMA不仅可以流畅地处理声音和图像数据,还可以通过有效利用宽带快速连接互联网。此外,将WCDMA与MPEG-4技术相结合,还可以处理真实的动态图像。人与人之间交流的瓶颈将从网络传输速率转变为各种新应用的提供:如何让无线网络更好地服务于人们而不是对人们造成骚扰,如何让每个人从信息的海洋中快速获取自己需要的信息,如何方便地携带和使用各种终端设备,如何在各种终端设备之间自动协同工作等等。在上述通信技术的基础上,无线通信技术最终可能走向4G通信技术时代。
从无线通信系统的发展来看,第一代移动通信系统的任务已经完成,现阶段是第二代移动通信系统的时代。未来十年,3G移动通信系统将如火如荼,或许十年后第四代移动通信将是天下。但不难发现,每一个不同的移动通信系统都会有一个重复的时间点,每十年都会有一次技术更新。但是,随着通信技术的快速发展,这种转变可能会更快、更短。对于移动通信服务提供商、系统设备供应商或其他相关行业而言,我们必须时刻关注移动通信技术的变化,以满足市场需求。