移動通信技術的發展與趨勢

郁磊 何方

【摘要】 移動通信網絡已經歷模擬技術向數字技術、電路交換向IP交換的發展過程，進一步提高頻譜效率和實現新一代的全球通是未來移動通信領域的發展趨勢。

【關鍵詞】 移動通信技術 發展趨勢

近幾年來，移動通信技術與產業發展速度明顯加快。從最初的語音通信，已逐步向全數據通信技術發展。技術發展總的趨勢是無線頻譜利用效率越來越高，通信速率越來越高，而單位通話或者數據成本越來越低。

最初的移動通信技術為模擬技術，那時極少數人拿著像磚頭一般的所謂“大哥大”，是那個時代的時髦。雖然技術落后，但開啟了移動通信的商業運營的潮頭。模擬移動通信采用的是頻分多址（FDMA）和模擬調制（FM）方式，頻譜的利用效率非常低下，系統與終端成本都非常高，抗干擾能力差，用戶容量也受到很大的限制。這就是所謂1G，移動通信的第一代技術。

使用數字技術取代模擬技術是移動通信技術的一次偉大的革命，它大大地提高了頻譜利用效率，降低組網成本，大大地提高了服務質量。通過數字技術解決語音的移動通話，這就是所謂2G，移動通信的第二代技術。它采用時分多址（TDMA）和語音低比特編碼技術，抗干擾能力大為加強，用戶容量也得到很大提升。其中最成功的應用成果是全球移動通信系統，即眾所周知的GSM，它是移動通信發展歷史中國際標準化程度最好的一個系統，我國習慣稱為全球通。迄今為止它依然頑強存在作為各國交流時移動通信的基本平臺，可以實現全球漫游。2G主要解決的是語音通話問題，采用獨享信道的電路交換技術，但也可以進行部分數據業務，如短消息和數字傳真業務等，并在2G基礎上提出一些解決方案，如分組無線數據業務（GPRS），它是在原GSM電路交換網絡上增加了一個基于分組的無線接口，其資源可供話音與數據業務共享，GPRS技術有時也稱為2.5G移動通信技術；后來又發展了增強型的數據業務（EDGE），使系統的無線數據處理能力有更大增強，有時稱之為2.75G的技術。

第三代移動通信技術（3G）主要是對移動數據業務的更大需求而發展起來的，其最大的技術特征是采用了基于擴頻通信的碼分多址技術（CDMA），3G技術實現了移動數據傳輸速率的大幅度提升，為移動通信的多媒體業務應用打下了基礎。理論上，3G系統必須滿足：快速移動環境下，最高速率要達到144bps；在步行環境下，最高速率達到384bps；在固定環境下，最高速率要達到2Mbps。3G的商業運營極大地刺激了數據業務的繁榮，如微信、實時視頻、語音識別等移動云服務技術都是在3G時代萌芽并逐步發展起來的。在數據業務方面3G對2G而言雖然是一個巨大的進步，但其注定是一個過渡性的技術產物。首先由于對2G特別是傳統語音通信的兼容，3G的核心網絡結構及協議尚不能按照全IP化進行設計，對數據業務的開展仍不夠充分；另一方面由于利益的紛爭，即便通過各方面的努力，依然提出了互不相關的三個制式（WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000）的通信技術，完全不符合標準化的技術方向，導致了全球3G網絡的事實上的割裂，全球的漫游的方便程度遠不如GSM。而且，3G的商業運營后，其數據速率以及數據處理的實際效果依然遠遠不能滿足人們對數據業務的需求和期望。 特別是由于TDSCDMA實際運行情況的差強人意，直接刺激了4G時代的加速到來。

第四代移動通信4G網絡是一個基于數據業務的網絡，最大的優點是數據速率方面的提高。其核心技術是以OFDM/ FDMA為核心的技術，基于所謂3GPP長期演進（LTE）項目。與3G相比，LTE更具技術優勢，具有高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等特點，其頻譜利用效率有了極大的提高。無線通信實時視頻應用雖然開始于3G，但只有在4G才真正獲得良好的用戶體驗。在核心網方面4G網絡并不象2G/3G網絡有單獨的語音通路，而是全IP化的網絡架構。通過采用VoLTE技術，語音業務成為數據業務的一部分，由于語音業務的數據量相對于整個數據業務非常小，可以認為4G網絡的語音業務容量是巨大的。4G網絡的不足依然在于標準化，目前全球頻段眾多，現在3GPP劃分的4G頻段共有44個，頻率從700MHz到3.6GHz，導致設計真正的全網通終端幾乎是不可能的。

目前4G技術的商業運營如火如荼，取得了非常好的效果。2013年10月，我國又啟動了國家863計劃“第五代移動通信系統研究開發”項目，系統地研究5G移動通信體系架構、無線組網、無線傳輸、新型天線與射頻以及新頻譜開發與利用等關鍵技術，期望實現業務總速率10Gbps、將目前4G系統的頻譜和效率提升10倍等目標，并希望在2020年左右投入實際運營。應該說，5G對于4G而言，仍然是長期演進的一個階段，重點在于各種新型無線接入技術和現有無線接入技術（WLAN，4G、3G、2G等）的融合，從而給各種更豐富更深入的移動互聯網應用奠定平臺化基礎。

無論2G數字通信對模擬通信的取代，還是4G的全IP化網絡，都是移動通信技術上革命性的跳躍。但從3G以來3種基本制式的確立，開啟了移動通信技術領域的戰國年代。這種競爭性的結構或許有利于新技術的出現或發展，也事實上也給世界的實際交流和生產過程帶來了不便。從目前態勢依然看不見制式統一的趨勢，但顯然這一定會是移動通信技術和市場領域今后終將要面臨的任務。