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        淺析蜂窩移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢

        2018-11-29 17:29:09李浩澤
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年17期

        李浩澤

        (山東省萊蕪市第一中學(xué),山東 萊蕪 271100)

        0 引言

        無線通信是通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的分支,廣泛應(yīng)用在金融、醫(yī)學(xué)、教育等行業(yè)。無線通信的出現(xiàn)可以追溯到兩千七百年前的中國周朝,當(dāng)時就有利用烽火傳遞信息的方法。1985年,意大利工程師伽利爾摩·馬可尼使用感應(yīng)線圈和負荷天線實現(xiàn)了距離1.5mi的莫爾斯電報試驗,開創(chuàng)了人類進行無線通信的時代。這種無線電報以及后來發(fā)明的雷達技術(shù)滿足了極少部分人的通信需求,但是真正惠及大眾的則是蜂窩移動通信技術(shù)的出現(xiàn),這也是本文敘述的重點。

        1 第一代蜂窩移動通信技術(shù)

        蜂窩移動通信的概念是在1947年由美國的貝爾實驗室率先提出,并在1979年研制成功,1983年正式商業(yè)運行。第一代移動通信技術(shù),即1G,主要采用模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù),后者簡稱為FDMA技術(shù),主要用于將不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上。第一代移動通信技術(shù)系統(tǒng)容量小、帶寬低,因此只能經(jīng)營語音通話業(yè)務(wù),并且不能進行長距離的移動通信。

        盡管1G技術(shù)有著數(shù)據(jù)帶寬低、通話質(zhì)量低、容量小等缺點,但它是蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)的首次使用,對于后續(xù)移動通信技術(shù)的發(fā)展有著重要的奠基作用。

        2 第二代蜂窩移動通信技術(shù)

        1G技術(shù)并不能滿足大眾日益增長的移動通信業(yè)務(wù)的需要,因此在20世紀90年代,很多國家推出了第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)(2G),主要采用TDMA和FDMA的數(shù)字蜂窩技術(shù)。與1G相比,2G通信系統(tǒng)的容量和功能有了很大改進,開始在原有語音業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。并且,隨著數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,歐洲各國在移動通信的業(yè)務(wù)上形成了統(tǒng)一標準,大大促進了國際漫游業(yè)務(wù)的發(fā)展。

        但是,此時的世界正面臨互聯(lián)網(wǎng)革命,公眾對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求大大增加。而2G通信技術(shù)的數(shù)據(jù)帶寬低于9.6Kbps,完全無法滿足公眾需求,這促使了蜂窩移動通信技術(shù)的再次革新。

        3 第三代蜂窩移動通信技術(shù)

        在第三代蜂窩移動通信技術(shù)(3G)出現(xiàn)之前,還有過2.5G通信技術(shù)。2.5G使用了GPRS技術(shù),能夠利用時分多址信道實現(xiàn)一般速率的數(shù)據(jù)傳送。

        3G移動通信系統(tǒng)主要采用CDMA技術(shù)。與2G的主要區(qū)別在于它的數(shù)據(jù)通信能力顯著提升,傳輸速率在幾百kbps以上,可以同時傳輸語音和數(shù)據(jù)信息,處理圖像、音樂、視頻等媒體形式。并且,國際電信聯(lián)盟首次就移動通信技術(shù)達成全球標準,分別為日本無線工業(yè)廣播協(xié)會的WCDMA、基于窄帶CDMA技術(shù)的CDMA2000、我國提出的TD-SCDMA以及美國電氣和電子工程師協(xié)會推出的WiMAX。在該階段,智能手機快速發(fā)展,涵蓋了游戲、工作、辦公、生活等諸多領(lǐng)域,使得3G技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈日漸成熟。

        4 第四代蜂窩移動通信技術(shù)

        第四代蜂窩移動通信技術(shù)(4G)就是我們大多數(shù)人正在使用的通信技術(shù)。它以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ),使用了一些新的手段提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。4G技術(shù)分為TDLTE和FDD-LTE兩大類別。所謂LTE,是指對3G技術(shù)的長時演進,改進并增強3G空中接入技術(shù),采用正交頻分復(fù)用和多入多出的技術(shù)標準。

        4G網(wǎng)絡(luò)擁有非常高的數(shù)據(jù)傳輸速度,是3G網(wǎng)絡(luò)的50倍,其視頻圖像的傳輸效果與高清電視相當(dāng)。雖然4G技術(shù)已廣泛應(yīng)用,但還是存在一些問題,比如:缺少統(tǒng)一的國際標準,各移動通信系統(tǒng)彼此不兼容;4G信號容易被樓宇等障礙物遮擋;通信傳輸速度對硬件接收設(shè)備要求較高等。因此,科學(xué)家們也在致力于發(fā)展新一代通信技術(shù)。

        5 蜂窩移動通信在中國的發(fā)展

        1987年,蜂窩移動通信技術(shù)走進中國。當(dāng)時,我國從瑞典引入了第一代蜂窩移動通信系統(tǒng),并在廣東省建成投入使用。鑒于對1G技術(shù)局限性的認識,我國在搭建1G網(wǎng)絡(luò)之后就投入專項資金研發(fā)2G通信技術(shù)。

        1993年9月,我國第一個數(shù)字移動通信網(wǎng)在嘉興向公眾開放使用。之后,中國聯(lián)通和中國移動在全國進行組網(wǎng)建設(shè)。2001年,中國移動啟動了由1G向2G的轉(zhuǎn)網(wǎng)工作,并在年底關(guān)閉了原有的1G電話網(wǎng)。

        我國移動通信從1G到2G的技術(shù)轉(zhuǎn)變?nèi)〉昧伺e世矚目的成就,但1G網(wǎng)絡(luò)和2G網(wǎng)絡(luò)均為國外引進。因此,在政府的引導(dǎo)下,我國科學(xué)家開始致力于3G網(wǎng)絡(luò)的研究與發(fā)展。2000年,我國的TD-SCDMA通信技術(shù)成為國際標準之一,開創(chuàng)了我國在國際標準化工作中的先河。此后,我國的3G用戶激增。

        2014年12月,我國開始發(fā)放4G牌照,標志著我國移動通信產(chǎn)業(yè)進入4G時代。2017年9月,工信部發(fā)布《2017年9月份通信業(yè)經(jīng)濟運行情況》,數(shù)據(jù)顯示我國4G用戶總數(shù)已經(jīng)高達9.47億戶,占移動電話用戶的67.9%,遠超過發(fā)達國家的平均水平。

        6 蜂窩移動通信的發(fā)展趨勢

        盡管4G網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)相比前三代有著質(zhì)的飛躍,但隨著社會的不斷發(fā)展,人們對通信技術(shù)的要求也越來越高。2017年,中國移動宣布,5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)處于技術(shù)試驗階段,2018年會進行規(guī)模試驗,2019年預(yù)商用,2020年規(guī)模商用。這里所說的5G技術(shù),官方名稱為IMT-2020。與4G網(wǎng)絡(luò)相比,5G不是簡單的升級,而是在現(xiàn)有平臺上提出的新技術(shù)轉(zhuǎn)型,它具有如下特點:(1)網(wǎng)絡(luò)的峰值速率可達10Gbps,是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍;(2)網(wǎng)絡(luò)具有低延遲和高可靠性的特點;(3)更為環(huán)保節(jié)能,能耗是4G網(wǎng)絡(luò)的1/10;(4)可以支持大規(guī)模人群運用。

        可以看出,5G蜂窩移動通信技術(shù)能夠為通信行業(yè)帶來質(zhì)的飛躍,幫助人們建設(shè)更美好的家園。

        結(jié)論

        蜂窩移動通信是一項革命性技術(shù),在短短幾十年間,就歷經(jīng)了第一代的興起與消亡、第二代的研發(fā)與普及、第三代的嘗試與探索、第四代的應(yīng)用與推廣以及正在進行的第五代的研發(fā)。蜂窩移動通信實現(xiàn)了人們生產(chǎn)、生活的信息化,帶來了諸多便利。相信在越來越先進的科技支撐下,第五代蜂窩移動通信技術(shù)能夠給我們帶來前所未有的體驗,讓我們的生活更加豐富多彩。

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