移动通信系统的演进与发展

移动通信系统的演进与发展

摘要：移动通信从80年代初开始商用，发展迅速.经历了第一代模拟移动通信技术后，90年代初开

始商用的，作为目前移动通信主体技术的第二代数字移动通信技术，主要为GSM和窄带CDMA技术.随着通信技术水平日新月异的发展，人们对于通信也提出了越来越多的服务和质量要求.第二代移动通讯技术在多媒体处理上的已不能胜任人们使用移动终端进行网页浏览、电子商务、电话会议等信息服务.目前以支持移动多媒体业务为特征的第三代移动通信已开始商用.本文将就第二代、第三代移动通信的应用和技术特点，以及第三代移动通信的现状和发展等问题进行分析和探讨.

关键词：2G，3G, 系统容量，服务，多媒体处理

Evolution and Development of Mobile Communication System

Abstract：Mobile communication came into use since 80s, and developed fast. After the first analog mobile communication technology, the 2nd digital mobile communication technology which mainly formed up with GSM and narrowband CDMA as the body was put into commerce since 90s. As the fast development of communication technology, the requirement of more and more service and high quality of communication are proposed. On multi-media processing, the 2nd mobile communication technology is not enough that can not satisfy the demand that people want to use termial to surf on the internet,

e-commerce, telephone conference and so on. Nowadays the 3rd mobile commucation system which supports mobile multi-media has begun commercial. This paper gives an concise analysis on the application and properties of the 2nd and 3rd mobile communication, and discusses the current situation and future of mobile communication.

Keywords: 2G, 3G, capacity, service，multi-media processing

1. 引言

自从移动通信诞生，随着科学技术的发展和人们对于通信质量要求的不断提高，移动通信经过了迅

猛的发展.从最初的单向通信系统——无线寻呼系统到双向通信系统，即模拟通信系统——第一代移动通信系统，模拟通信的缺点使得人们追求更好的通信技术，从模拟化向数字化发展，第二代移动通信系统应运

而生.由于Internet的发展，浏览网页，电子商务和电话会议等服务提供了极大的便利，从而使得人们对于移动通信，提出了更高的要求.1998年开始制定和正在不断完善第三代移动通信标准IMT-2000.到目前，3G 在中国已正式开始商用，B3G和4G的研究已如火如荼，NGN也成为了一个时髦的词.

第一代移动通信系统是模拟系统，大致可以分为两个阶段.第一个阶段是20世纪40年代中期到70

年代中期，开始公用汽车电话业务，采用大区制，可以实现人工交换与公众电话网的接续.到60年代中期

进行自动交换与公众电话网的接续，并且由于频率合成器的出现，信道间隔缩小，信道数目增加不得不提

的是，Bell实验室与1947年提出了蜂窝网的概念.第二个阶段是80年代问世的占用频段为

800/900MHz(450MHz)的蜂窝式模拟移动通信系统，它以FDMA技术为基础的模拟移动通信系统.它的主

要功能是进行语音通话.与现在的系统相比，第一代移动通信系统存在诸多缺点：存在频谱利用率低，容量有限；制式太多，各个系统间没有公共接口，导致互不兼容，不能漫游，从而限制了用户覆盖面；提供的

业务种类也受到极大的限制，不能传送数据信息；信息容易被窃听；不能与综合业务数字网（ISDN）兼容，无法与固定网向数字化推进相适应等等.

由于第一代模拟移动通信系统存在的巨大缺陷和市场对于移动通信容量的巨大需求，80年代初期，欧洲电信管理部门成立了一个被称为移动特别小组（GSM）的专题小组，研究和发展欧洲各国统一的数字移动通信系统技术规范.1988年确定了采用以TDMA为多址技术的建议，1990年开始试运行，到1993年中期取得巨大成功，目前成为了世界上最大的移动通信网.目前国际上已进入商用的数字蜂窝系统有欧洲的GSM(全球移动通信系统)、美国的D-AMPS（IS-54/136，目前使用的IS-136）、日本的PDC(个人数字蜂窝系统)及美国的CDMA（IS-95）等.其中基于CDMA为多址技术的IS-95数字移动通信系统，不仅数模兼容，而且系统容量是模拟系统的20倍，是数字TDMA系统的4倍.相对第一代移动通信系统，它的频谱利用率提高,保密性能好,标准化程度提高，系统容量增大,让普通人享受到移动通信的方便和益处.

不过第二代移动通信系统还是延续了第一代移动通信系统的不少旧问题，还随着社会的发展面临着新的挑战，表现为：没有统一的国际标准；频谱利用率较低；不能满足移动通信容量的巨大要求；不能经济的提供高速数据和多媒体业务；不能有效的支持Internet业务等.

随着人们的物质和文化生活水平的进一步提高，对移动通信业务的需求还越来越大，目前的第二代移动通信系统在容量和业务能力方面均不能满足社会的巨大需求，第三代移动通信系统应运而生.

第三代移动通信系统和个人通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率,多速率数据的传输,除了语音和数据传输外,还能传送高达2Mbit/s的高质量的活动图像.

而所谓下一代网络(NGN)，实质上是一个具有极其松散定义的术语，即泛指一个不同于当代或前一代的网络体系结构，通常是指以数据为中心的融合网体系结构.NGN的出现和发展是演进，而不是革命.

随着3G的商业化，各大运营商在推广3G的同时，B3G和4G等技术已经成为了研究的重点.3G的历史、现状和发展趋势如何，是本文研究的重点.本文剩下部分将从以下几个方面给予比较阐述：第二部分是2G的诞生与发展；第三部分是3G的诞生与发展；3G的现状分析在第四部分；3G的未来发展在第五部分讨论；最后第六章做总结.

2. 第二代移动通信系统

模拟移动通信系统容量小，覆盖面低，业务种类少，制式太多又不兼容……已不能满足广大人们的使用需求，第一代数字通信系统即第二代移动通信系统在大量科学家的研究下诞生了.

2G技术基本可被分为两种，一种是基于TDMA的技术以GSM为代表，另一种则是CDMA复用形式的一种.主要的第二代手机通讯技术规格标准有：

GSM：基于TDMA所发展、源于欧洲、目前已全球化.

IDEN：基于TDMA所发展、美国独有的系统.被美国电信系统商Nextell使用.

IS-136﹙也叫做D-AMPS﹚：基于TDMA所发展，是美国最简单的TDMA系统，用于美洲.

IS-95﹙也叫做cdmaOne﹚：基于CDMA所发展、是美国最简单的CDMA系统、用于美洲和亚洲一些国家.

PDC﹙Personal Digital Cellular﹚：基于TDMA所发展，仅在日本普及.

第二代移动通信的主要特点是：微蜂窝小区结构；数字化技术；新的调制方式；频谱利用率高；便于实现通信安全保密.它使得大规模的商用移动通信成为了现实，得到了飞速的发展，很快的替代了第一代移动通信系统成为了移动通信的主流.

3. 第三代移动通信系统

现有系统的容量在信息爆炸的今天也显得不足，速率难以提供新业务和高速数据服务，全球覆盖和国际漫游等无法实现[1]……针对这些问题，提出了发展第三代移动通信系统的要求.

第三代移动通信系统是指能够满足国际电联提出的IMT-2000/FPLMTS系统要求的新一代移动通信系统.ITU R.1225提出了第三代移动通信的最低要求，为：

l 四种工作环境下提供数据业务的要求

l 全球无缝覆盖

l 主要业务要求

l 和第二代移动通信系统高度兼容

使用的频谱为：885 MHz～2025 MHz，2110 MHz～2200 MHz（共230 MHz）；1980 MHz～2010 MHz，2170 MHz～2200 MHz（限于卫星使用），其中中国的3G频率规划为

TDD：1880-1920 MHz，2110-2125MHz；FDD：1920-1980MHz.

从上面的信息可以看出3G要求具有良好的网络兼容性；全球漫游；低速数据业务与高速广泛的多媒体业务相结合等高要求.

根据ITU的要求，各大电信公司联盟给出了自己的第三代移动通信系统方案，主要是主要以日本DoCoMo公司为首提出的W-CDMA；美国Lucent、Motorola等公司提出的CdmaOne；欧洲西门子、阿尔卡特等公司提出的TD-CDMA.总的来说，由于CDMA的高容量，在第三代移动通信系统中采用CDMA 技术已成为共识.

国际电信联盟确定3G通信的三大主流无线接口标准分别为：宽频分码多重存取（W-CDMA），多载波分复用扩频调制（CDMA2000）和时分同步码分多址接入（TD-SCDMA）.

1. W-CDMA系统

WCDMA只需软件升级整个网络架构及整个核心网络都保持不变即可平滑演进到HSDPA技术，对于WCDMA的发展起到了决定性的作用.CDMA2000EV-DO有三个版本：A、B、C.版本A利用CDMA的IP功能，有效支持对延迟敏感并需要高带宽的应用，使得运营商能以更低的成本跨网络提供集成的语音、数据和视频服务.版本B采用了多载波技术，上下行链路吞吐量分别达到27Mbps和73.5Mbps.版本C支持1.25MHz到20MHz的灵活的动态的信道带宽延展，并后向兼容版本A和B，它不仅可以将下行链路的峰值数据传输速率提高到200Mbps，还能大大提高扇区吞吐量.

2. CDMA2000系统

也称为CDMA Multi-Carrier.它是从窄带CDMA One数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA One 结构直接升级到3G，建设成本低廉.不过目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美.

3. TD-SCDMA系统

TD-SCDMA是一种TDD模式技术，比起FDD来说更适用于上下行不对称的业务环境，是多时隙的TDMA与直扩CDMA、同步CDMA技术合成的新技术，同时采用了先进的智能天线技术，充分利用了TDD 上下行链路在同一频率上工作的优势，这样可大大增加系统容量、降低发射功率、更好地克服无线传播中遇到的多径衰落问题；另外在TD-SCDMA中还用到了联合检测、软件无线电、接力切换等技术，这使得系统在性能上有了较大程度的提高，在硬件制造方面则降低了成本.

4. 3G的现状分析

与前两代系统相比[5]，第三代的主要特征是可提供移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144kb/s，步行慢速移动环境支持384kb/s，是室内支持2Mb/s的数据传输.其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好的兼容性.但是要较全面的看待3G在国内的发展状况.

一方面，中国市场存在巨大的潜力，3G所代表的高科技带来了更多的服务，如：

l 从中国移动通信市场的发展来看[2]，

（1）市场增长迅速，用户基数大，市场潜力巨大；

（2）高新技术层出不穷，资费日趋下降；

（3）用户结构发生巨变；从贵族身份的象征快速成为平民百姓的通信必备品；

（4）移动通信业务极具活力；新业务层出不穷；

（5）用户消费意识日渐成熟，对新业务需求日趋旺盛.

综合以上各点不难得出，国内市场潜力巨大，为3G的推广提高了良好的环境.

l 娱乐化，多媒体化，个性化，人性化[7]

高速的数据使得3G能够提供综合业务，话音业务在将来的核心业务只是其中微乎其微的业务，不同于2G将短消息作为杀手锏，未来3G移动通信的产品必须功能更多，业务更多，更加娱乐化，多媒体化，个性化和人性化；除了提供基本的话音业务外，3G要为用户提供更多的业务选择，还要包括接入网业务和计算机业务，其中前者能作为无线接入用，可作为计算机等设备的外设使用；后者能作为移动数据终端使用.

另一方面，3G也面临着很多的挑战：

l 成本问题

作为用户：首先目前使用3G要使用专门的3G手机，对于已经使用2G业务的人意味着要更新换代，重新投资.其次在使用3G数据业务后，手机音乐、电影视频下载、网页浏览、电子商务等业务日趋丰富，数据业务流量大幅度增长，包月费用、流量资费等也会随之增长.另外，要使用不同的3G网络，必须定制不同制式的3G手机，使用3G需要专门的3G手机，对于国内的三种3G技术，如果要更改网络，代价也很大.

作为运营商：中国移动和中国电信相继公布的今年前三季度财报显示，尽管中国整体的电信营业收入同比增长１５．３％，３Ｇ发展渐成规模，但中移动的３Ｇ用户发展仍步履蹒跚，且代价高昂；中电信前三季度营收增长，净利却锐减，也与３Ｇ手机补贴的高支出不无关系.运营商还肩负更为沉重的移动网络扩建任务，３Ｇ时代的移动市场还是渐入饱和，固网和移动语音业务的价值滑落也在加速，融合与数据业务的增长点却不甚明确.

l 质量问题

3G系统相对于2G系统在通信速度和质量上都有了很大的提高，并可以支持多媒体和IP类型的业务，然而3G仍然存在一些这样那样的问题：

（1）主流3G标准均采用CDMA技术，由于CDMA的干扰、功率和频谱扩展限制，很难达到预想的频谱效率：

（2）3G所采用的语音交换架构仍承袭了第二代(2G)的电路交换，而不是纯IP方式，传输效率不理想；

（3）3G的数据传输速率不够高，多媒体(如视频)的应用不满意：

（4）没有达到人们预先对3G的期望效果等.

l 2G、3G、4G的兼容性问题

3G缺乏全球统一标准由于在第二代移动通信中，中国移动通信运营商运行着不同的网络制式，因而，在3G运营中，中国移动通信运营商采用了不同的通信系统.但是目前国内推广使用的3G似乎陷入了一种窘境.目前国内三大家运营商推出了不同的3G服务，分别是：电信和联通的CDMA和移动的TD.

正如GSM等第二代移动通信系统正式投入市场的同时，业界就开始第三代移动通信的研究一样，在3G系统还没有在全球全面铺开的现在，4G的研究已经开始好几年了.3G在大家看来，仅仅是一个过渡期，而2G也能满足日常的一些基本服务需求.3G从而处在一个比较不利的地位.

l 营销

目前3G刚刚开始在国内商用，随处可见3G的营销点.打出的旗号一般是便宜的资费，尤其是长途漫游，充话费送3G移动终端等.促销是如火如荼，但是经过调查发现：周围的同学，基本没有转出2G改投入3G的怀抱中的，处于观望状态.

Vodafone的3G发展以数据卡和手机终端并重，全方位销售；H3G则以非常优惠的资费套餐吸引用户；SKT推广业务融合，推动固网移动融合，电信广电和IT之间的ICT内跨行业业务融合以及跨ICT外领域金融家庭应用等领域无所不在的服务融合；NTT DoCoMo利用低价和新业务吸引客户.总的来讲，这些运营商针对细分市场制定发展计划，尝试着深层次的参与终端产业，并注重增值业务的规划和创新.

国内的3G市场要得到快速充分的发展，必须结合自身特点和先进营销经验，因地制宜的发展.

5. 3G的发展分析

本节分析和比较了三种主要系统，探讨第三代移动通信系统的发展趋势.

目前的三种主流分别为CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，分别为美国标准、欧洲标准和我国自主知识产权的3G标准.

CDMA2000最先投入市场，一度占据3G市场主流，它与基于CDMA为核心的技术有相似的基本技术和关键技术，使得CDMA系统性能提升至极限.但是WCDMA的发展后来居上，有较高的扩频增益，存在明显的后发优势.TD-SCDMA是我国拥有自主知识产权的3G技术，要求严格的同步，技术在日趋成熟中，略显底气不足.

要使用3G的网络必须使用3G的手机才能支持.但是3G的手机同样可以兼容使用2G的网络，而目前的2G网络能满足基本的需求，给3G的推广带来了一定的阻力.再者要使用不同的3G网络，必须定制不同制式的3G手机，这样3G的关键就在于网络覆盖和终端，终端是决定产业成熟度的关键因素.WCDMA 与CDMA2000进行比较可知：WCDMA的终端新增数量已达到CDMA2000的2倍.而国内的TD终端推出较晚[6]，经验和气势都较弱.WCDMA的势头锐不可当.

国内的3G运营情况十分复杂，三大运营商各采用了三大主流3G技术的一种，进入“三雄争霸”[8]. 中国电信将“两条腿走路”，一是推动千元３Ｇ手机的普及，二是打造中高端明星旗舰机型；中国联通优势明显：拥有成熟的WCDMA网络、GSM网络基础以及双网运营经验，并将陆续推出包括苹果iPhone 、三星GooglePhone等80多款成熟的WCDMA手机定制终端；中国移动[3]则在８月底推出了其自主研发的Ophone平台和Ophone手机，并将于众多企业联手推销，蓄势待发.

分析其他国家的3G发展，可知启动时间不同直接导致各市场处于不同的3G发展进程.市场定位和营销策略直接影响阶段进程的时间周期.运营商充分借鉴先进市场的发展经验，各阶段的发展历程较先期进入的运营商更快[4].对于国内的3G发展应该抱着比较乐观的态度.

6. 总结

本文简要叙述了第一代、第二代和第三代移动通信系统的特点，进行了简单的对比.然后探讨了第三代移动通信系统的现状和亟待解决的问题，并讨论分析了它的主要的三种系统在国内的发展及其前景.

参考文献

[1] 曹淑敏、王志勤、徐京皓，《第二代、第三代移动通信及其演进》，无线通信标准研究组

[2] 陈育平《中国3G移动通信市场透析》，《移动通信》2004年第28卷第12期

[3] 云晴《浅析中国移动战略转型问题》，硕士毕业论文

[4] 张琦《国外运营商的业务发展经验及对我国的启示》《通信世界B》

[5] 庾志成《移动互联网的发展现状和发展趋势》，《移动通信》2008年第32卷第9期

[6] 刘瀚林《浅谈3G-TD网络建设发展瓶颈》，《中国科技文献》

[7] 陈育平《3G时代，我们关注什么》，《电信软科学研究》2009年6期

[8] 柏松，《3G时代的移动通信市场有效竞争分析》，《电信软科学研究》2009年6期