引言篇

第1章 概述

1.1 移动通信简史

在过去的40多年里，移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，不仅深刻地改变了人们的生活方式，也极大地促进了社会和经济的飞速发展。

从第一代模拟蜂窝移动通信系统发展至今，移动通信已经历经了四代系统的演进，如图1-1所示。

1.1.1 第一代移动通信系统

20世纪70年代末，美国AT&T公司研制了第一套蜂窝移动电话系统，它的重要突破在于它去掉了把电话连接到网络的用户线，用户第一次能够在移动的状态下拨打电话。

第一代移动通信系统简称1G，是模拟蜂窝移动通信系统，时间是20世纪70年代中期至80年代中期。典型代表是美国的先进移动电话系统（Advanced Mobile Phone System，AMPS）和后来的改进型全接入通信系统（Total Access Communications System，TACS），以及北欧移动电话（Nordic Mobile Telephony，NMT）和日本电报电话（Nippon Telegraph and Telephone，NTT）等。AMPS使用模拟蜂窝传输的800MHz频段，在北美、南美和部分环太平洋国家被广泛采用；TACS使用900MHz频段，分为ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两个版本，英国、日本和部分亚洲国家广泛采用此标准。

第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，每隔30kHz/25kHz一个模拟用户信道。它提出了蜂窝网（即小区）的概念，实现了频率复用。

第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来：频谱利用率低；业务种类有限；无高速数据业务；保密性差，易被窃听；设备成本高；体积大，重量大；各种系统之间不兼容，无法实现用户系统间的漫游。

1.1.2 第二代移动通信系统

为了解决模拟系统中存在的根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，并且发展起来，这就是以全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication，GSM）和IS-95为代表的第二代移动通信系统。

第二代移动通信系统简称2G，主要有GSM、IS-95码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、先进的数字移动电话系统（Digital Advanced Mobile Phone System，D-AMPS）和个人数字蜂窝电话（Personal Digital Cellular，PDC）等。在我国运营的第二代移动通信系统主要以GSM和CDMA为主。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后，不仅改善了语音通话质量，提高了保密性，防止并机盗打，而且也为移动用户提供了无缝的国际漫游。

（1）GSM发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的标准而设计的，支持64kbit/s的数据速率，可与综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）互联。GSM使用900MHz和1800MHz频段。GSM采用频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）双工方式和时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）多址方式，每载频支持8个信道，信号带宽200kHz。GSM标准体制较为完善，技术相对成熟，不足之处是相比模拟系统容量增加不多，仅仅为模拟系统的两倍左右。

（2）IS-95 CDMA是北美的另一种数字蜂窝系统，使用800MHz或1900MHz频段，采用CDMA多址方式，已成为美国PCS（个人通信系统）网的首选技术。

（3）D-AMPS也称IS-54（北美数字蜂窝），使用800MHz频段，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，采用TDMA多址方式。

由于第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，从1996年开始，为解决中速数据传输问题，又出现了2.5代移动通信系统，如通用分组无线服务（General Packet Radio Service，GPRS）和IS-95B，主要提供的服务仍然是语音业务以及低速数据业务。

1.1.3 第三代移动通信系统

由于网络的发展促进了数据和多媒体通信业务的快速发展，所以第三代移动通信的目标就是发展移动宽带多媒体通信。

第三代移动通信系统简称3G，是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并且实现了全球无缝覆盖、全球漫游。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（International Telecommunications Union，ITU）于1985年提出，当时被称为未来公众陆地移动通信系统（Future Public Land Mobile Telecommunication System，FPLMTS），1996年更名为国际移动通信—2000推进组（International Mobile Telecommunication-2000，IMT-2000），其容量是第二代移动通信技术的2倍～5倍，最具代表性的有美国提出的CDMA 2000、欧洲提出的宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）和中国提出的时分—同步码分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）。

1.1.4 第四代移动通信系统

第四代移动通信系统简称4G，包括时分长期演进（Time Division-Long Term Evolution，TD-LTE）和频分双工长期演进（Frequency Division Duplexing-Long Term Evolution，FDD-LTE）两种制式。从严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G标准，还未达到4G标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求。第四代移动通信系统能够灵活利用频谱，可以在不同的带宽、不同的频段下工作；支持第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）和非3GPP多种无线接入方式，上下行速率甚至和固网不相上下，同时拥有固网所缺乏的移动性优势；支持高带宽、低时延、灵活漫游，能够以100Mbit/s以上的速率进行下载；可以在任何地方宽带接入互联网，能够提供定位定时、数据采集、远程控制、高清视频等丰富的综合应用，是集成多功能的宽带移动通信系统。

从1G到4G，经历了从模拟向数字的转变，其中1G是模拟移动通信系统，而2G到4G都是数字移动通信系统。数字移动通信系统（从2G到4G）的演进历程如图1-2所示。

移动互联网和物联网作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为第五代移动通信（以下简称“5G”）提供了广阔的应用前景。面向2020年及未来，数据流量的千倍增长、千亿设备连接和多样化的业务需求都将对5G系统设计提出严峻的挑战。与4G相比，5G将支持更加多样化的场景，融合多种无线接入方式，充分利用低频和高频等频谱资源。同时，5G还将满足网络灵活部署和高效运营维护的需求，大幅提升频谱效率、能源效率和成本效率，实现移动通信网络的可持续发展。