一、概述

所謂移動(dòng)通信，是指通信的雙方或至少一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換的一種通信方式。依據(jù)此定義使得移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的范疇很廣，從應(yīng)用領(lǐng)域方面，它可分為公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。而我們這里所指的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是特指公用蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，早期是相對(duì)于固定電話通信網(wǎng)絡(luò)。所謂蜂窩式是指移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的基站的設(shè)置類似于蜜蜂蜂房式的形狀分布，以提高無線信號(hào)的有效覆蓋。

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公用蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)只是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的一種形式，但在實(shí)際中人們將其簡(jiǎn)化了，成為了移動(dòng)通信的代名詞。而公用蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)伊始是模擬系統(tǒng)，而后一直是數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)。公用蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于終端用戶具有移動(dòng)性、自由性，以及不受時(shí)間、地點(diǎn)限制等特征，是當(dāng)今發(fā)展最快、應(yīng)用最廣和技術(shù)最前沿的通信技術(shù)領(lǐng)域之一，而且與人們的日常工作和生活息息相關(guān)，且正在極大地影響和改變著我們的工作和生活方式。

二、技術(shù)體制的發(fā)展演進(jìn)

公用蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)不斷發(fā)展演進(jìn)的過程，它是隨著通信技術(shù)特別是無線通信技術(shù)的發(fā)展，從技術(shù)體制上目前已經(jīng)歷了五代。這些代際的演進(jìn)，重點(diǎn)是無線接入網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，不斷的采用先進(jìn)的無線技術(shù)，以不斷的提高其數(shù)據(jù)傳輸速率，從而不斷地滿足著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，從開始的僅有話音業(yè)務(wù)，逐步包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)及多媒體業(yè)務(wù)等。隨著第五代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，不僅能滿足人們之間的通信需求，還能提供人與物、物與物間的通信需求。下圖2給出了蜂窩式移動(dòng)通信技術(shù)體制演進(jìn)過程簡(jiǎn)圖。

圖2：蜂窩式移動(dòng)通信技術(shù)體制演進(jìn)過程簡(jiǎn)圖

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1、第一代（1G）：模擬技術(shù)體制，僅提供話音業(yè)務(wù)

20世紀(jì)70年代末至80年代，由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首先推出蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的概念和理論，美、英、日等國(guó)紛紛研制出相應(yīng)的通信系統(tǒng)，具有代表性的有美國(guó)的AMPS、英國(guó)的TACS、北歐的NMT、日本的NAMTS等系統(tǒng)，這一代各系統(tǒng)的主要技術(shù)是模擬調(diào)制、頻分多址，使用頻段為800/900MHz，只能提供話音業(yè)務(wù)，故稱之為蜂窩式模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，也稱之為第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱1G，The first generation）。這一代主要是人們想解決固定電話線纜的束縛，以實(shí)現(xiàn)免受區(qū)域限制的移動(dòng)性電話通信。模擬移動(dòng)通信主要的缺陷是：頻譜利用率低，容量受限；制式互不兼容，不利于用戶漫游；業(yè)務(wù)種類受限，不利于開展ISDN；等等。

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2、第二代（2G）：窄帶數(shù)字技術(shù)體制，可提供話音業(yè)務(wù)與窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

90年代起，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際上又紛紛推出蜂窩式數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，最具代表的是歐洲的GSM系統(tǒng)（TDMA技術(shù)）、美國(guó)的CDMA系統(tǒng)（IS-95標(biāo)準(zhǔn)），另有日本的PDC系統(tǒng)等，這一代蜂窩式移動(dòng)通信以數(shù)字傳輸、時(shí)分多址、碼分多址為主要技術(shù)，最初這些系統(tǒng)也只能提供話音業(yè)務(wù)，把這一代稱之為第二代蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱2G）。在90年代末，國(guó)際上推出了GPRS/WAP技術(shù)，使第二代蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)也可以提供窄代數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，故也有人把它稱之為第二代半蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱2.5G）。2G系統(tǒng)同時(shí)可為人們提供消息業(yè)務(wù)，包括短信息業(yè)務(wù)（SMS，也稱短信業(yè)務(wù)）和多媒體消息業(yè)務(wù)（MMS，也稱彩信業(yè)務(wù)）。

欲詳細(xì)了解2G相關(guān)系統(tǒng)、技術(shù)及業(yè)務(wù)介紹的請(qǐng)進(jìn)入：GSM系統(tǒng)；CDMA系統(tǒng)；GPRS技術(shù)；WAP技術(shù)；SMS業(yè)務(wù)；MMS業(yè)務(wù)

3、第三代（3G）：窄帶數(shù)字技術(shù)體制，可提供話音、數(shù)據(jù)及圖像業(yè)務(wù)

從1985年ITU提出第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）的概念（被命名為IMT-2000）后，國(guó)際上就開始予以研究。這一代可以提供話音、可變速率的數(shù)據(jù)和高分辨率的圖像業(yè)務(wù)（并非真正的B-ISDN），而且可以實(shí)現(xiàn)真正的全球漫游，系統(tǒng)容量可以滿足全球人口需要，理論上可以達(dá)到5W（who、where、when、whom、what）的通信。可采用微蜂窩（1kM半徑范圍）和微微蜂窩（百米以內(nèi)）結(jié)構(gòu)，主要采用碼分多址技術(shù)。直到1999年底，ITU方推薦了5種3G的技術(shù)體制的建議標(biāo)準(zhǔn)，其中三種主流技術(shù)體制為WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。其中，WCDMA系統(tǒng)實(shí)在原GSM系統(tǒng)的演進(jìn)；CDMA2000系統(tǒng)是在原CDMA系統(tǒng)的演進(jìn)；值得一提的是，TD-SCDMA技術(shù)是由我國(guó)研制提出的，是我國(guó)通信人有史以來為世界通信事業(yè)做出的最大貢獻(xiàn)。3G網(wǎng)絡(luò)除提供2G網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)、消息業(yè)務(wù)外，其提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)得到了極大的提高，其理論上上行數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)2Mbit/s以上。

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4、第四代（4G）：寬帶數(shù)字技術(shù)體制，可提供話音、數(shù)據(jù)及視頻通信業(yè)務(wù)和窄帶物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為4G）被ITU命名為“IMT-Advanced”，以引導(dǎo)人們向更新一代技術(shù)的演進(jìn)，尤其是無線接入網(wǎng)絡(luò)（ITU稱之為無線接口技術(shù)（RIT））。在2012年1月ITU推薦了4G的兩種地面無線接口技術(shù)（RIT）：LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced。但在全球得到了普及應(yīng)用的是3GPP 推出的LTE技術(shù)。

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LTE技術(shù)是3GPP在3G系統(tǒng)上稱之為長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE，Long Term Evolution）項(xiàng)目。它采用全IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（包括核心網(wǎng)EPC），采用分布式基站系統(tǒng)（eNB）。無線接入網(wǎng)絡(luò)由于采用了正交頻分復(fù)用（OFDM）、多輸入多輸出天線（MIMO）等技術(shù)，使得提供的接入能力更強(qiáng)，理論上峰值速率（20MHz帶寬）下行可達(dá)100Mbit/s，上行可達(dá)50Mbit/s。提供了話音（采用VoIP）、寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速接入，促進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)快速發(fā)展。它主要分為TD-LTE（是對(duì)TD-SCDMA體制的演進(jìn)）和FD-LTE兩種技術(shù)體制（是對(duì)WCDMA體制的演進(jìn)）。

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5、第五代（5G）：寬帶數(shù)字技術(shù)體制，可提供各類通信業(yè)務(wù)和垂直行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

第五代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為5G）被ITU命名為“IMT-2020”，在2012年ITU為IMT-2020制定提出了其應(yīng)用的三大類場(chǎng)景，包括：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信（mMTC）和超可靠低時(shí)延通信（eMTC）。目前ITU正在制定IMT-2020的正式標(biāo)準(zhǔn)，將與前幾代不同，它將會(huì)是全球統(tǒng)一的一個(gè)技術(shù)體制。然而3GPP已響應(yīng)了IMT-2020的相關(guān)需求要求，并已制定了5G的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（從R15版本開始）。我國(guó)已在2020年開始大規(guī)模的5G組網(wǎng)建設(shè)，其部署采用獨(dú)立組網(wǎng)（SA）和非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）兩種模式。5G的目標(biāo)峰值數(shù)據(jù)傳輸速率下行可達(dá)20Gbit/s、上行可達(dá)10Gbit/s，不僅滿足人們的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，同時(shí)還能為垂直行業(yè)（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、VR/AR、醫(yī)療等）提供服務(wù)。

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6、第六代（6G）：空天地海全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，邁入萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代

6G技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、連接數(shù)量、時(shí)延等一系列指標(biāo)有著更高要求，6G時(shí)代將會(huì)在現(xiàn)有5G的場(chǎng)景上擴(kuò)展到更廣泛的層面和空間，真正實(shí)現(xiàn)空天地海全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備之間的信息傳輸，即真正進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代。目前第六代移動(dòng)通信系統(tǒng)（6G）的相關(guān)需求、技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)正在研制制定當(dāng)中。敬請(qǐng)期待。

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三、網(wǎng)絡(luò)組成

常說的移動(dòng)通信技術(shù)中的“移動(dòng)”是特指通信終端的移動(dòng)性。為此，對(duì)于公用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，除移動(dòng)式通信終端外，其網(wǎng)絡(luò)組成還應(yīng)包括核心網(wǎng)絡(luò)（CN）和無線接入網(wǎng)絡(luò)（WAN）兩部分，其框圖如下圖3-1所示，三者間應(yīng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口連接。通常，核心網(wǎng)絡(luò)（CN）也被稱為網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）；無線接入網(wǎng)絡(luò)（WAN）也被稱為基站子系統(tǒng)（BSS）。核心網(wǎng)絡(luò)（CN）部分主要是指交換機(jī)設(shè)備，另外，為了保證用戶終端的可移動(dòng)性，它還包括了相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元設(shè)備，如：本地用戶位置寄存器（HLR）、訪問用戶位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備識(shí)別寄存器（EI）等。它們的作用詳見下表3中。

圖3-1：公用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成框圖

表3：公用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元設(shè)備的用途

核心網(wǎng)的作用主要是提供話音呼叫、數(shù)據(jù)連接等的控制和交換，以及與外部其它網(wǎng)絡(luò)的連接和路由選擇等。為此，它還可分為電路交換域、分組交換域等，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)種類的提供。無線接入網(wǎng)絡(luò)部分主要是指與無線傳輸技術(shù)相關(guān)的設(shè)備，主要包括基站（BS）、基站控制器（BSC）等。主要實(shí)現(xiàn)無線傳輸功能，提供移動(dòng)終端的接入，即核心網(wǎng)與移動(dòng)終端的連接。下圖3-2為公用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)示意圖。

圖3-2：公用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)示意圖

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公用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)式當(dāng)今現(xiàn)代通信領(lǐng)域發(fā)展演進(jìn)最快、且為最熱門的通信技術(shù)，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)越來越復(fù)雜，其應(yīng)用場(chǎng)景要求與精度越來越高，其提供的業(yè)務(wù)與應(yīng)用越來越廣泛。關(guān)鍵是該技術(shù)的發(fā)展，在不斷的影響和改變著人類的工作、生活，乃至社會(huì)。

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