移动通信技术的发展与趋势

郁磊 何方

【摘要】 移动通信网络已经历模拟技术向数字技术、电路交换向IP交换的发展过程，进一步提高频谱效率和实现新一代的全球通是未来移动通信领域的发展趋势。

【关键词】 移动通信技术 发展趋势

近几年来，移动通信技术与产业发展速度明显加快。从最初的语音通信，已逐步向全数据通信技术发展。技术发展总的趋势是无线频谱利用效率越来越高，通信速率越来越高，而单位通话或者数据成本越来越低。

最初的移动通信技术为模拟技术，那时极少数人拿着像砖头一般的所谓“大哥大”，是那个时代的时髦。虽然技术落后，但开启了移动通信的商业运营的潮头。模拟移动通信采用的是频分多址（FDMA）和模拟调制（FM）方式，频谱的利用效率非常低下，系统与终端成本都非常高，抗干扰能力差，用户容量也受到很大的限制。这就是所谓1G，移动通信的第一代技术。

使用数字技术取代模拟技术是移动通信技术的一次伟大的革命，它大大地提高了频谱利用效率，降低组网成本，大大地提高了服务质量。通过数字技术解决语音的移动通话，这就是所谓2G，移动通信的第二代技术。它采用时分多址（TDMA）和语音低比特编码技术，抗干扰能力大为加强，用户容量也得到很大提升。其中最成功的应用成果是全球移动通信系统，即众所周知的GSM，它是移动通信发展历史中国际标准化程度最好的一个系统，我国习惯称为全球通。迄今为止它依然顽强存在作为各国交流时移动通信的基本平台，可以实现全球漫游。2G主要解决的是语音通话问题，采用独享信道的电路交换技术，但也可以进行部分数据业务，如短消息和数字传真业务等，并在2G基础上提出一些解决方案，如分组无线数据业务（GPRS），它是在原GSM电路交换网络上增加了一个基于分组的无线接口，其资源可供话音与数据业务共享，GPRS技术有时也称为2.5G移动通信技术；后来又发展了增强型的数据业务（EDGE），使系统的无线数据处理能力有更大增强，有时称之为2.75G的技术。

第三代移动通信技术（3G）主要是对移动数据业务的更大需求而发展起来的，其最大的技术特征是采用了基于扩频通信的码分多址技术（CDMA），3G技术实现了移动数据传输速率的大幅度提升，为移动通信的多媒体业务应用打下了基础。理论上，3G系统必须满足：快速移动环境下，最高速率要达到144bps；在步行环境下，最高速率达到384bps；在固定环境下，最高速率要达到2Mbps。3G的商业运营极大地刺激了数据业务的繁荣，如微信、实时视频、语音识别等移动云服务技术都是在3G时代萌芽并逐步发展起来的。在数据业务方面3G对2G而言虽然是一个巨大的进步，但其注定是一个过渡性的技术产物。首先由于对2G特别是传统语音通信的兼容，3G的核心网络结构及协议尚不能按照全IP化进行设计，对数据业务的开展仍不够充分；另一方面由于利益的纷争，即便通过各方面的努力，依然提出了互不相关的三个制式（WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000）的通信技术，完全不符合标准化的技术方向，导致了全球3G网络的事实上的割裂，全球的漫游的方便程度远不如GSM。而且，3G的商业运营后，其数据速率以及数据处理的实际效果依然远远不能满足人们对数据业务的需求和期望。 特别是由于TDSCDMA实际运行情况的差强人意，直接刺激了4G时代的加速到来。

第四代移动通信4G网络是一个基于数据业务的网络，最大的优点是数据速率方面的提高。其核心技术是以OFDM/ FDMA为核心的技术，基于所谓3GPP长期演进（LTE）项目。与3G相比，LTE更具技术优势，具有高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等特点，其频谱利用效率有了极大的提高。无线通信实时视频应用虽然开始于3G，但只有在4G才真正获得良好的用户体验。在核心网方面4G网络并不象2G/3G网络有单独的语音通路，而是全IP化的网络架构。通过采用VoLTE技术，语音业务成为数据业务的一部分，由于语音业务的数据量相对于整个数据业务非常小，可以认为4G网络的语音业务容量是巨大的。4G网络的不足依然在于标准化，目前全球频段众多，现在3GPP划分的4G频段共有44个，频率从700MHz到3.6GHz，导致设计真正的全网通终端几乎是不可能的。

目前4G技术的商业运营如火如荼，取得了非常好的效果。2013年10月，我国又启动了国家863计划“第五代移动通信系统研究开发”项目，系统地研究5G移动通信体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术，期望实现业务总速率10Gbps、将目前4G系统的频谱和效率提升10倍等目标，并希望在2020年左右投入实际运营。应该说，5G对于4G而言，仍然是长期演进的一个阶段，重点在于各种新型无线接入技术和现有无线接入技术（WLAN，4G、3G、2G等）的融合，从而给各种更丰富更深入的移动互联网应用奠定平台化基础。

无论2G数字通信对模拟通信的取代，还是4G的全IP化网络，都是移动通信技术上革命性的跳跃。但从3G以来3种基本制式的确立，开启了移动通信技术领域的战国年代。这种竞争性的结构或许有利于新技术的出现或发展，也事实上也给世界的实际交流和生产过程带来了不便。从目前态势依然看不见制式统一的趋势，但显然这一定会是移动通信技术和市场领域今后终将要面临的任务。