移动通信技术

一、移动通信技术定义。 移动通信技术是指通信的双方至少有一方在运动中实现通信的方式,包括移动台与固定台之间、移动台与移动台之间、移动台与用户之间的通信技术。在移动通信中,常处于移动状态的电台称为移动台,常处于固定状态的电台称为基地台或基站。 二、移动通信系统组成。 典型的移动通信系统通常由移动台(MS)、基站子系统(BSS)、移动业务交换中心(MSC)等组成,如图3-17所示。

(1)移动台：移动台是移动通信系统的用户设备,它包括收发信机、天线、电源等,可以是手机、对讲机或车载台等。 (2)基站子系统：基站子系统建在覆盖区域的中央或边缘,包括收发信机、天线公用设备、天线、馈线和电源等部分。基站一般具有较大的发射功率,并且天线架设较高,同时开通多个射频频道,形成一个可靠的通信覆盖区域,称为无线小区。在这个区域内的所有移动用户之间的无线信号都由基站进行射频频道的实时分配和控制以实现信号的转发。 (3)移动业务交换中心：移动业务交换中心主要由交换和控制设备组成,其作用除了交换无线电信号外,还对整个移动通信系统进行控制管理,是协调呼叫路由的控制中心。移动业务交换中心还可以通过中继线与市话局连接,实现移动用户与市话用户的通信,从而构成有线、无线相结合的综合通信网。 第4代移动通信(4G)的网络结构如图3-18所示。在该网络结构中,核心网是一个全IP网络。全IP网络可以使不同的无线和有线接入技术实现互联、融合。全IP核心网的无线接入点有无线局域网(WLAN)、 AD Hoc网等。有线接入点有PSTN、ISDN等。移动通信的2G/2.5G和3G/B3G通过特定的网关接入IP核心网。 Internet通过路由器与IP核心网相连。
三、移动通信技术的发展历程。 移动通信技术发展历程如图3-19所示。 (1)第一代移动通信系统(1G)：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主要指蜂窝式模拟移动通信,技术特征是蜂窝网络结构,克服了大区制容量低、活动范围受限的问题。其特点是业务量小、质量差、交互性差、没有加密且速度低。1G主要基于蜂窝结构组网,直接使用模拟语音调制技术,传输速率约2.4kbit/s。不同国家采用不同的工作系统。1G的应用系统包括蜂窝、无绳、寻呼和集群等。 (2)第二代移动通信系统(2G)：第二代移动通信系统起源于20世纪90年代初期,其主要特征是蜂窝数字移动通信,使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等优点。2G仍是多种系统,但每种系统中的技术体制有所减少:数字蜂窝有GSM、 DAMPS、CDMA三种;数字无绳电话有DECT、PHS、PACS等;高速寻呼有FLEX、APCO、 ERMES三种;数字集群有iDEN、 TETRA、FHMA等。与第一代模拟移动通信系统相比,第二代数字移动通信系统的频谱利用率高,可以提供更大容量;抗干扰和抗衰落能力增强,能够保证较好的语言质量;可以提供更多业务;系统保密性较好。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不断扩大,频率资源已接近枯竭,语音质量不能达到用户满意标准,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需求。 (3)第三代移动通信系统(3G)：第三代移动通信系统是指以IMT2000(意指2000年左右开始商用并工作在200M4频段)为基础的移动通信系统。除了能提供2G所拥有的各种优点、克服了其缺点外,还能够提供宽带多媒体业务，能提供高质量视频宽带多媒体综合业务,并能实现全球漫游。它支持速率高达2Mbit/s的业务,业务种类涉及语音、数据、图像等多媒体业务。第三代移动通信系统的通信标准有欧洲的 WCDMA、美国的CDMA2000和中国的 TD-SCDMA三大分支,共同组成一个1MT2000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;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。这些不足点远远不能适应移动通信发展的需要。 (4)第四代移动通信系统(4G)：4G是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbt/s的速率下载,上传的速率也能达到20Mbit/s,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外,4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。很明显,4G有着不可比拟的优越性。
(5)第五代移动通信系统(5G)：5G是4G的延伸,是对现有无线接入技术(包括3G、4G和WiFi)的技术演进,以及一些新增的补充性无线接人技术集成后解决方案的总称,目前正在研究中。从某种程度上讲,5G将是一个真正意义上的融合网络。以融合和统一的标准,提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全和自由的连通。除了要满足超高速的传输需求外,5G还需满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地可接入性等要求。因此,通信界普遍认为,5G是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。在2020年后,5G移动通信技术将有望实现商用,能够满足未来移动互联网业务的发展需求,并带给移动互联网用户一种前所未有的全新体验。 综上所述,1G主要解决语音通信问题;2G可支持窄带的分组数据通信,最高理论速率为236kbit/s;3G在2G的基础上,发展了如图像、音乐、视频流的高宽带多媒体通信,并提高语音通话安全性,解决部分移动互联网相关网络及高速数据传输问题,最高理论速率为14.4Mbit/s;4G是专为移动互联网而设计的通信技术,从网速、容量、稳定性上相比之前的技术都有了跳跃式的提升，传输速率可达100Mbit/s甚至更高;5G目前还没有任何官方公布,还处于研究中。据资料介绍,5G与4G相比,在容量方面,5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长100倍;传输速率方面,典型用户数据传输速率提高10-100倍,峰值传输速率可达1it/s,端到端时延缩短5倍;5G有望全球共用一个标准;5G将多种新型无线接人技术和现有无线接人技术融合,成为一个真正意义的融合网络。 四、移动通信技术特点。 与固定通信相比,移动通信技术具有以下特点。 (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。移动通信的传输信道是无线信道,也称无线移动信道。 (2)电波传播环境复杂多变：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。另外,移动台相对于基地台距离远近变化会引起接收信号场强的变化,即存在远近效应。 (3)噪声和干扰严重：在城市环境中的汽车噪声、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。 (4)系统和网络结构复杂：移动通信是一个多用户通信系统网络,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、数据网等互联,整个网络结构很复杂。
(5)用户终端设备：(移动台)要求高用户终端设备除技术含量很高外,对于手持机还要求体积小、质量轻、防振动、省电、操作简单、携带方便:对于车载台还应保证在高低温变化等恶劣环境下也能正常工作。 (6)要求有效的管理和控制：由于系统中用户终端可移动,为了确保与指定的用户进行通信,移动通信系统必须具备很强的管理和控制功能,如用户的位置登记和定位、呼叫链路的建立和拆除、信道的分配和管理、越区切换和漫游的控制、鉴权和保密措施、计费管理等。 第四代移动通信(4G)技术具有以下特点。 (1)通信速度更快：研究4G通信的目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问 nternet的速率,因此4G通信最大特点就是具有更快的无线通信速度。 4G最大传输速率超过100Mbit/s,相当于3G的50倍。 (2)网络频谱更宽：要想使4G通信达到100Mbit/s的传输,每个4G信道将占有100MHz的频谱,相当于3G网路的20倍。 (3)通信更加灵活多样：4G通信不仅可以随时随地通信,还可以双向下载传递资料、图片、影像等。 (4)智能性能更高：4G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,例如对菜单和滚动操作的依赖程度将大大降低,更重要的是4G手机可以实现许多难以想象的功能。例如4G手机将能根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事,或者不该做什么事；4G手机可以与智能网联汽车连接,相互传递信息。 (5)兼容性能更平滑：4G应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化等特点。 (6)实现更高质量的多媒体通信4G通信能满足3G尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要,4G提供的无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等大量信息可透过宽频的信道传送出去。 (7)额率使用效率更高：相比3G,4G在开发研制过程中使用和引人许多功能强大的突破性技术,例如为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度,引人交换层级技术,这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口,也就是说4G主要是运用路由技术为主的网络架构。由于利用了几项不同的技术,所以无线频率的使用比3G系统有效得多。这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情,而且做这些事情的时候速度更快。 五、移动通信技术应用。 4G网络为智能网联汽车发展创造良好的技术条件,4G下智能网联汽车产品的创新应用主要表现在以下方面。 ①流媒体应用。智能网联汽车最理性的网络载体是LTE(即4G,包括TDD和FDD)或者未来更加高速的移动网络,利用4G,可以进行车载视频通话、车载视频会议、车载视频授课等。
②云服务。智能网联汽车、4G、云能够发生化学反应,就是因为终端实时的云服务,例如在线地图等,这种云服务未来会成为一种新的模式。 ③在线OTA(空中下载技术)应用。在短时间内,快速下载所需数据,未来将成为一种新的应用。 ④通过分析收集到的大量数据,可以得出用户在车内包括驾驶习惯、选择偏好等各种极有价值的信息,把这些信息和保险、养护、加油站、美食等增值点结合,也是未来智能网联汽车发展的方向。 目前,安吉星基于4G的车载应用就是一个应用案例,安吉星对驾驶员提供高速、稳定、安全的互联环境。应用4G的服务拥有比3G时代快10倍的传输速度,大大提升车内通信和娱乐功能,而且也能显著提高车辆远程诊断能力。同时,用户能在车内流畅地观看高精度网络视频、畅游购物网站、进行快捷支付等。