周橋梁（長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北荊州434020）

蜂窩移動通信系統(tǒng)的發(fā)展史

周橋梁
（長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北荊州434020）

摘要:文章圍繞著蜂窩思想移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史來展開，對從第一代移動通信到第四代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了簡要概括。

關(guān)鍵詞:蜂窩思想;小區(qū);基站

1蜂窩思想的誕生

“蜂窩思想”實際起源于一種實現(xiàn)無限系統(tǒng)容量的異想天開的設(shè)想。以往將高功率發(fā)射機(jī)建立在某一地區(qū)的最高點(diǎn)而產(chǎn)生的頻道利用率有限的問題，在移動通信需求日益增長時顯得格外明顯，所以在40年代末期，蜂窩思想出現(xiàn)在貝爾系統(tǒng)的計劃中，以重新構(gòu)造移動無線通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)來解決頻率擁堵問題。將城市分成若干個小的類似等邊六邊形的覆蓋區(qū)域—“小區(qū)”，給每個小區(qū)中心建立較低功率的發(fā)射機(jī)—“基站”，而基站發(fā)射功率由小區(qū)半徑來決定，這樣構(gòu)成了一種形似蜂窩的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。隨之產(chǎn)生的例如相鄰小區(qū)間采用同一頻道時存在相互干擾，相同頻道在同一小區(qū)中不能重復(fù)使用等問題，給蜂窩體系奠定了幾個基本規(guī)則，直至今日依然沿用：（1）低功率發(fā)射機(jī)和小覆蓋區(qū)域或蜂窩；（2）頻率利用；（3）通過蜂窩分裂以提高容量；（4）切換和中央控制。

除此之外，要實現(xiàn)一個可運(yùn)行的蜂窩系統(tǒng)，還需要相當(dāng)寬的頻帶，對于當(dāng)時只有100kHz的FM頻道和幾乎沒有可調(diào)的晶體管收音機(jī)的時代來說，建立起一個完整的蜂窩系統(tǒng)非常困難。

2蜂窩移動通信系統(tǒng)的建立

直至1968年的美國，電視業(yè)的蓬勃發(fā)展依然在抑制著蜂窩思想的實現(xiàn)，因為電視需要大量的頻帶，一個電視頻道基本就占用了當(dāng)時全部電話頻帶的三倍。針對移動電話通信只被分配到不足0.5%的有效頻帶這一決策，當(dāng)時最大的移動通信公司AT&T領(lǐng)導(dǎo)，遞交了重新分配70到83的UHF頻道的提案，用增加頻帶來解決擁塞問題。爾后經(jīng)過十五年的頻帶競爭、市場調(diào)整、政治糾纏、企業(yè)壟斷等環(huán)境影響下，蜂窩通信發(fā)展被延遲，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，模擬FM無線蜂窩技術(shù)也將被廢棄。

1983年10月13日，芝加哥蜂窩系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。1984年底，蜂窩業(yè)務(wù)在25個美國城市出現(xiàn)，標(biāo)志著蜂窩移動通信終于進(jìn)入了市場。

3蜂窩移動通信的發(fā)展

蜂窩移動通信的發(fā)展，可以說是從模擬無線蜂窩技術(shù)到數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化史，它與模擬通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)二者的發(fā)展演進(jìn)也是息息相關(guān)的。

數(shù)字通信技術(shù)實際上先于模擬電子技術(shù)，例如傳統(tǒng)的電報技術(shù)，但是因為模擬傳輸簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)，在當(dāng)時得到了廣泛使用。從1876年到1950年，模擬傳輸以絕對優(yōu)勢統(tǒng)治著整個通信媒介，首先在無線頻譜的頻帶受到無線電發(fā)射方面的嚴(yán)格限制的前提下，同模擬無線通信相比，數(shù)字無線通信傳統(tǒng)上是具有嚴(yán)重缺點(diǎn)的，因為數(shù)字調(diào)制擴(kuò)展了傳輸信號所需的頻帶，傳輸同樣數(shù)目的電路需要更多的帶寬，且在信號轉(zhuǎn)換、抽樣、發(fā)送和接收端的處理等方面比模擬系統(tǒng)要更為復(fù)雜。但是，在晶體管和計算機(jī)的電子技術(shù)革命的推動下，數(shù)字通信技術(shù)也展現(xiàn)了其特有的優(yōu)勢。在第一個T－載波系統(tǒng)的傳輸中，話音的波形變?yōu)椤?”和“1”的數(shù)據(jù)流，電流處于“關(guān)”或“開”的狀態(tài)，通過二者切換來攜帶信息。而這種經(jīng)過編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流可以作為計算機(jī)數(shù)據(jù)來存儲、處理和傳輸以及還原。整個數(shù)字系統(tǒng)體現(xiàn)了巨大的容量。

迫使模擬通信系統(tǒng)屈服于數(shù)字通信系統(tǒng)之下的最關(guān)鍵因素，是噪聲的干擾和傳輸過程中保密性的問題，在長距離傳輸質(zhì)量的保障問題中，數(shù)字系統(tǒng)的抗噪聲能力、抗串音能力、糾錯能力、信號再生能力等均優(yōu)于模擬通信系統(tǒng)。

從60年代中期開始，數(shù)字系統(tǒng)在移動通信網(wǎng)絡(luò)中普遍起來，雖然直到70年代后期，貝爾系統(tǒng)依然在推出新的模擬技術(shù)，但是模擬系統(tǒng)的成本隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的其它部分進(jìn)入數(shù)字化而上升，在計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，系統(tǒng)兼容性問題讓模擬通信系統(tǒng)開始逐步退出歷史舞臺。

4移動通信系統(tǒng)發(fā)展概述

第一代移動通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采用頻分復(fù)用，語音信號為模擬調(diào)制。

第二代移動通信系統(tǒng)以GSM和IS-95為代表。從上世紀(jì)八十年代中期開始，開始逐步建立四個標(biāo)準(zhǔn)，分別是北美、英國、北歐和日本標(biāo)準(zhǔn)。歐洲首先推出了泛歐數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM)的體系，IS-95是北美的另一種數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。

第三代移動通信系統(tǒng)最早由國際電信聯(lián)盟(ITU)于1985年提出，當(dāng)時稱為未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)。國際電信聯(lián)盟提出了IMT-2000的概念，指的是工作在2000MHz頻段并在2000年左右投入商用的國際移動通信系統(tǒng)，它既包括地面通信系統(tǒng)也包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)。基于IMT-2000的寬帶移動通信系統(tǒng)稱為第三代移動通信系統(tǒng)，簡稱3G。我國目前使用的3G移動通信標(biāo)準(zhǔn)包括CDMA2000，WCDMA和TD-SCDMA。

第四代移動通信系統(tǒng)（IMT-Advanced）以兩個主要候選標(biāo)準(zhǔn)LTE-Advanced與IEEE802.16m的增強(qiáng)技術(shù)為主。LTE-Advanced的技術(shù)發(fā)展將集中在無線資源管理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層優(yōu)化方面。包括多頻段協(xié)同與頻譜整合問題、中斷技術(shù)的發(fā)展、協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)增強(qiáng)問題以及多天線增強(qiáng)技術(shù)。IEEE802.16m標(biāo)準(zhǔn)，是無線城域網(wǎng)IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，為了兼容802.16e標(biāo)準(zhǔn)，802.16m考慮在IEEE802.16WMANOFDMA的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改來實現(xiàn)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)吞吐量和傳輸速率，目前研究方向集中在多載波技術(shù)、定位業(yè)務(wù)技術(shù)、增強(qiáng)的多播和廣播技術(shù)以及Femtocell家庭基站等問題上。

參考文獻(xiàn)：

[1]CalhounGeorge.數(shù)字蜂窩移動通信[Z].人民郵電出版社,1997.

[2]啜鋼,孫卓.移動通信原理[Z].電子工業(yè)出版社,2011.