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包括各代际公用数字蜂窝移动通信网络(1G2G3G4G5G6G等)的系统、技术、业务与组网等方面的内容。

蜂窝移动通信网络简介

所谓移动通信,是指通信的双方或至少一方处于运动中进行信息交换的通信方式。依据此定义使得移动通信网络的范畴很广,从应用领域方面,它可分为公用移动通信网络和专用移动通信网络。而我们这里所指的移动通信网络是特指公用蜂窝式移动通信网络,早期是相对于固定电话通信网络。公用蜂窝式移动通信网络只是移动通信网络的一种形式,但在实际中人们将其口语化了,成为了移动通信的代名词。而公用蜂窝式移动通信网络伊始是模拟系统,而后一直是数字蜂窝移动通信网络的发展演进。公用蜂窝式移动通信网络具有移动性、自由性,以及不受时间、地点限制等特征,是当今发展最快、应用最广和技术最前沿的通信技术领域之一,而且与人们的日常工作和生活息息相关,且正在极大地影响和改变着我们的工作和生活方式。

常说的移动通信技术中的“移动”是特指通信终端的移动性。为此,对于公用数字蜂窝移动通信网络,除移动式通信终端外,其网络应包括核心网络(CN)和无线接入网络(WAN)两大部分。核心网络(CN)部分主要是指交换机设备,另外,为了保证用户终端的可移动性,它还包括了相关数据库网元设备,如:本地用户位置寄存器(HLR)、访问用户位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)和设备识别寄存器(EI)等。核心网的作用主要是提供话音呼叫、数据连接等的控制和交换,以及与外部其它网络的连接和路由选择等。为此,它还可分为电路交换域、分组交换域,实现不同业务的提供。无线接入网络部分主要是指与无线传输技术相关的设备,主要包括基站(BS)、基站控制器(BSC)等。主要实现无线传输功能,提供移动终端的接入,即核心网与移动终端的连接。

公用蜂窝式移动通信网络是一个不断发展演进的过程,它是随着通信技术特别是无线通信技术的发展,从技术上目前已经历了五代。这些代际的演进,重点是无线接入网络的演进,不断的采用先进的无线技术,以不断的提高其数据传输速率,不断的满足着人们夫人业务需求,从开始的仅有话音业务,逐步包括数据业务、视频业务及多媒体业务等。目前第五代数字蜂窝移动通信网络正在我国大规模地部署,已在大中城市提供服务;第六代已在开始研制之中。

20世纪70年代末至80年代,由美国贝尔实验室首先推出蜂窝移动系统的概念和理论,美、英、日等国纷纷研制出相应的通信系统,具有代表性的有美国的AMPS、英国的TACS、北欧的NMT、日本的NAMTS等系统,这一代系统的主要技术是模拟调制、频分多址,使用频段为800/900MHz,只能提供话音业务,故称之为蜂窝式模拟移动通信系统,也称之为第一代蜂窝移动通信系统(简称1G)。这一代主要是人们想解决固定电话线缆的束缚,以实现免受区域限制的移动性电话通信。模拟移动通信主要的缺陷是:频谱利用率低,容量受限;制式互不兼容,不利于用户漫游;业务种类受限,不利于开展ISDN;等等。

90年代起随着数字通信技术的发展,国际上又纷纷推出蜂窝式数字移动通信系统,最具代表的是欧洲的GSM系统(TDMA技术)、美国的CDMA系统(IS-95标准),另有日本的PDC系统等,这一代蜂窝式移动通信以数字传输、时分多址、码分多址为主要技术,最初这些系统也只能提供话音业务,把这一代称之为第二代蜂窝式移动通信系统(简称2G)。在90年代末,国际上推出了GPRS/WAP技术,使第二代蜂窝式移动通信系统也可以提供窄代数据业务,故也有人把它称之为第二代半蜂窝式移动通信系统(简称2.5G)。2G系统同时可为人们提供短信息业务(SMS,也称短信业务)或多媒体消息业务(MMS,也称彩信业务)。

1985ITU提出第三代数字蜂窝移动通信系统(3G)的概念(被命名为IMT-2000)后,国际上就开始予以研究。这一代可以提供话音、可变速率的数据和高分辨率的图像业务(并非真正的B-ISDN),而且是一个全球统一的移动通信网络(真正的全球漫游),系统容量可以满足全球人口需要,理论上可以达到5Wwhowherewhenwhomwhat)的通信。可采用微蜂窝(1kM半径范围)和微微蜂窝(百米以内)结构,主要采用码分多址技术。直到1999年底,ITU方推荐了53G的技术体制的建议标准,其中三种主流技术体制为WCDMACDMA2000TD-SCDMA。值得一提的是,其中TD-SCDMA技术是由我国提出的,是我国通信人有史以来为世界通信事业做出的最大贡献。3G网络除提供2G网络的话音业务、消息业务外,其提供的数据业务得到了极大的提高,其理论上上行数据传输速率可达2Mbit/s以上。

第四代数字蜂窝移动通信系统(简称为4G)被ITU命名为IMT-Advanced”,以引导人们向新一代技术的演进,尤其是无线接入网络(ITU称之为无线接口技术(RIT))。在20121月推荐了4G的两种地面无线接口技术(RIT):LTE-AdvancedWirelessMAN-Advanced。但在全球得到了普及应用的是3GPP 推出的LTE技术。

LTE技术3GPP3G系统称之为长期演进(LTELong Term Evolution)项目。它采用全IP网络架构(包括核心网EPC),采用分布式基站系统(eNB)。无线接入网络由于采用了正交频分复用(OFDM)、多输入多输出天线(MIMO)等技术,使得提供的接入能力更强,理论上峰值速率(20MHz带宽)下行可达100Mbit/s,上行可达50Mbit/s。提供了话音(采用VoIP)、宽带数据业务的快速接入,促进了移动互联网的业务快速发展。它主要分为TD-LTEFD-LTE两种技术体制,TD-LTE体制是DTD-SCDMA体制的演进;FD-LTE体制是对WCDMA体制的演进。

第五代数字蜂窝移动通信系统(简称为5G)被ITU命名为“IMT-2020”,在2012ITUIMT-2020制定提出了5G应用的三大类场景,包括:增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(eMTC)。目前ITU正在制定IMT-2020的正式标准,但3GPP已响应了ITU的相关要求,已制定了5G的相关标准(从R15版本开始)。我国已在2020年开始大规模的组网建设,其部署采用独立组网(SA)和非独立组网(NSA)两种模式。5G的目标峰值数据传输速率下行可达20Gbit/s、上行可达10Gbit/s,不仅满足人们的高速数据业务需求,同时还能为垂直行业(工业互联网、自动驾驶、VR/AR、医疗等)提供服务。

然而,公用蜂窝式移动通信网络代制的发展似乎无止境,目前第六代移动通信系统(6G)的相关技术及标准正在制定当中。敬请期待。

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