摘 要：无线通信技术是信息通信领域中发展最快且广泛应用的技术，其中蜂窝通信技术已在世界范围内广泛使用，其发展速度及业务需求远远超过了初始预测。蜂窝移动通信从20世纪80年代出现以来，获得了快速的发展，目前已经发展到了第四代，其他具有代表性的还有宽带无线接入、卫星通信以及手机视频技术等。未来的无线通信技术将会向超宽带、高速、泛在化的方向发展，窄带、低速的网络会逐渐被宽带网络所取代，用户可以在任何时间、任何地点实现网络连接，同时数据的传输速率会越来越高，无论上传还是下载，都不需要用户过多等待，尽情享受无所不在的网络资源。

关键词：蜂窝技术； GSM；CDMA；4G； 泛在化

无线通信指利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的通信方式。在信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术，在移动中实现的无线通信又统称为移动通信，把二者合称为无线移动通信。

无线通信技术最初主要用于舰船及军事领域，它采用短波频及电子管技术,至20世纪40年代末期才出现150 MHz 甚高频VHF(Very High Frequency)单工汽车公用移动电话系统MTS(Mobile Telephone Service)。发展到50~60年代,频段扩展至特高频UHF(Ultra High Frequency)450 MHz，器件技术己向开云棋牌官网在线客服过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话网的连接问题。不久网络频段扩展至800 MHz，美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并进行了试验[1]。

　 蜂窝通信技术已成为世界范围内应用最广泛的技术，从20世纪80年代出现到现在，已经发展到了第四代移动通信技术，下面对这四代技术做简要介绍。

　　 (1)第一代移动通信。最早的移动通信电话采用的是模拟蜂窝通信技术和频分多址(FDMA)技术，是最初模拟通信、仅限语音功能的蜂窝电话标准。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，是一种区域性的移动通信系统。

　 (2)第二代移动通信(2G)。2G主要包括GSM通信和GPRS通信等技术，采用了数字化，自此无线通信步入了纯数字时代。数字通信具有保密性强、频谱利用率高、业务丰富以及标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居至主导地位。

(3)第三代移动通信(3G)。目前的3G技术有4个标准，分别是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMax。各个技术标准都已经非常成熟，并且在全球范围内迅速展开，产业规模不断扩大。

　 (4)第四代移动通信(4G)。随着国际电信联盟有关4G标准的确定，LTE-Advanced和802.16 m获得胜利，至此4G标准之争基本落下帷幕。国际电信联盟已在2012年初正式批准发布4G国际标准,目前在国际和我国的多数大城市，中国移动和联通等运营商均已实现4G业务[2]。

1 无线通信技术与业务的发展趋势

无线通信技术的发展速度与应用领域已经超过了固定通信技术，未来无线通信技术与业务将会呈现以下趋势。

　　 (1)网络覆盖的无缝化，即用户在任何时间、任何地点都能实现网络的接入，也有人称之为网络的泛在化。

　　 (2)宽带、高速是未来通信发展的一个必然趋势，窄带、低速的网络会逐渐被宽带网络所取代。

　　 (3)融合趋势明显加快，包括技术融合、网络融合、业务融合、接入融合。从IP网络兼容性来看，3G系统不是基于IP的，而4G则支持下一代Internet(IPv6)和所有的信息设备，将能在IPv6网络上实现语音和多媒体业务[3]。

　 (4)传输速率越来越高，无论是上行还是下行速度都在不断提高，频谱带宽越来越大，频段也越来越高，数据传输能力已从早期的kb/s 逐步发展到如今的Gb/s。

(5)业务内容更加多样化，伴随网络速度和带宽的不断提高，无线通信经历了从仅支持单一语音业务逐渐发展到支持语音、数据、图像等多种媒体流业务的历程，其技术发展如图1所示。

　 图1中有两条主线，第一条是蜂窝通信的发展主线，蜂窝通信技术从1G、2G向WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等3G技术再经过LTE并向4G发展；第二条线涵盖了WLAN、WiFi、WiMax等技术的发展。这些技术都是朝向宽带化、移动化、高速率的方向发展[4]。

2 主要通信技术介绍

(1) 2G技术

　 2G技术可以分为两种。一种是基于TDMA所发展出来的，以GSM为代表；另一种则是CDMA规格。

第二代手机通信技术主要包括以下几个标准。

①GSM：基于TDMA而发展，源于欧洲，目前已全球化。

②IDEN：基于TDMA而发展，是美国独有的系统。被美国电信系统商Nextell使用。

③IS-136：也叫做D-AMPS，基于TDMA而发展，是美国最简单的TDMA系统，用于美洲。

④IS-95：也叫做DdmaOne，基于CDMA而发展，是美国最简单的CDMA系统，用于美洲和亚洲一些国家。

⑤PDC(Personal Digital Cellular)：基于TDMA发展起来，仅在日本普及。

(2)3G技术

3G(3rd-generation)是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，它的代表特征表现在能提供高速的数据业务，速率一般在几百kb/s以上。目前3G存在4种标准，有TD-SCDMA、CDMA、WCDMA以及WiMax。

在2009年，我国工信部就为移动、电信和联通三家运营商发放了3G牌照，这就意味着从此我国进入3G时代。下面对主要3G标准作简要介绍。

①TD-SCDMA。TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CDMA)，意为时分同步CDMA，该标准是由中国研究制定的3G标准，由我国向国际电信联盟在1999年6月29日提出，不过，这项技术的发明者是西门子公司。由于TD-SCDMA具有辐射低的特点，得到业界的赞誉，被称为是绿色的3G标准。在该标准中，融合了CDMA和智能无线等国际领先的通信技术，有着极好的频谱利用率，频率灵活性比其他标准更突出。另外，由于我国人口众多，其市场空间和潜力都很大，从它发布之日起，就得到各大电信运营商及设备厂商的重视，在全球几乎超过一半的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。

②W-CDMA。通常也称作WCDMA，它的全称是Wideband CDMA，含义为宽频分码多重存取，它是根据GSM网发展而来的3G通信标准，最先由欧洲提出。W-CDMA的支持者很多，主要包括以GSM系统为主的欧洲厂商和某些日本公司，著名的有爱立信、诺基亚、朗讯以及日本的富士通、夏普等。

③CDMA2000。CDMA2000标准由窄带CDMAIS95 技术发展而来，属于一种宽带CDMA技术。它最初是由美国提出，随后相继有摩托罗拉、三星等积极加入其中，并且韩国已成为这个技术标准的主要倡导者，还因为建设成本低廉，使得推广和应用范围不断扩大。

(3)4G技术

　 第四代移动通信技术4G(4th generation)是第四代移动通信标准，是根据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800 MHz之间的数字移动电话系统。4G集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像。4G通信系统至少能够以100 Mb/s的速度下载，上传速度也能达到20 Mb/s，是3G移动电话速率的50倍。此外，4G可以接收高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。4G的优势体现在以下几个方面[5]。

　 ①通信速度快。第一代无线通信是模拟通信系统，只能够提供语音功能；发展到第二代时成为数字式系统，这时的数据传输速度可以介于9.6 kb/s~32 kb/s的范围；发展到普遍使用的第三代时，通信系统的数据传输能够达到2 Mb/s；对于刚刚开始使用的第四代通信系统，数据的传输速度最高可以达到100 Mb/s，这种速度相当于2009年最新手机传输速度的1万倍左右,是第三代手机传输速度的50倍。

②网络频谱宽。比较前几代通信系统，高速传输是4G系统的主要特性之一。为实现这样的快速传输，需要在现有3G通信系统的基础上，在技术、安全性等各方面进行研究和改进，在众多的技术改进项目中，通信网络的频谱有很大提升，可以达到3G网络的20倍。

　 ③通信灵活。从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划至移动电话的范畴，可以称得上是一个小型电脑，4G通信使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向传递资料、图片、影像等各个资料，而对于年青一族喜欢的网上联线对打游戏更是不在话下。

　 ④智能性能高。第四代移动通信的智能性不仅表现在4G通信终端设备的设计和操作具有智能化，例如对菜单和滚动操作的依赖程度会大大降低，更重要的是4G手机可以担任小型电脑的角色，具有更高的智慧和功能。

　 ⑤兼容性好。4G通信系统不但功能强大，还具备全球漫游、接口开放、与多种网络互联、终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。因此使得现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。

　 ⑥通信质量高。第四代移动通信系统可以被称为多媒体移动通信，相比3G技术，4G技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，例如一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度，引入了交换层级技术，即第四代主要是运用路由技术为主的网络架构，这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口。由于利用了几项不同的技术，所以无线频率的使用相比3G系统有很大的提高,充分保证了通信的质量。

　 2013年12月4日，工业和信息化部向中国联通、中国电信、中国移动正式发放了第四代移动通信业务牌照，中国移动、中国电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照，此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。

　 以中国移动通信系统为例，2013年以来，中国移动启动了20万个基站的建设和100万部终端的采购，体验用户接近4万人。2013年10月，中国移动获准在全国326个城市开展TD-LTE扩大规模试验。中国移动称，该公司已在全国范围内启动了TD-LTE的商用部署工作，将建成全球规模最大的4G网络，并将努力推动4G的融合发展。按照中国移动的计划，在2013年底前，该公司已向北京、杭州、广州、深圳、青岛、南昌、南京、温州、厦门、上海、天津、沈阳、成都等城市的用户提供4G服务。

　 下面对4G的主要标准作简要介绍。

　 ①LTE-Advanced。LTE(Long Term Evolution)是在3G系统的基础上发展而来。主要是对原来的空中接入技术进行了改进,改进后在20 MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mb/s与上行50 Mb/s的传输速度。可以看出，相对于3G网络系统，大大地提高了网络系统运行容量，同时将网络延迟大大降低,内部单向传输时延低于5 ms，控制从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50 ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100 ms，使网络浏览速度得到极大提升。

　 　简单地说，LTE-Advanced就是LTE技术的升级版，它的正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，它满足国际电信联盟无线通信部IMT-Advanced技术需求，是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，具有超带宽、传输速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能性能高、兼容性好等特性。

　 ②TD-LTE-Advanced。TD-LTE-Advanced即LTE-Advanced TDD制式，是我国具有自主知识产权的新一代移动通信技术。它吸纳了TD-SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。2004年，中国在标准化组织3GPP提出了第三代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE，主导完成了相关技术标准。TD-LTE-Advanced技术是我国具有自主知识产权的国际4G标准之一，由TD-SCDMA技术演进而来，采用了OFDM和MIMO作为基本技术，还大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念。相比于3G技术，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，频谱效率和服务质量也同时得到了提高，且降低了无线网络时延，并能向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。它吸纳了3G标准TD-SCDMA的主要技术元素,体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果[6]。

与3G相比，4G技术在网络容量、覆盖范围、移动性能以及通信质量等方面都有很大提高，可以说发生了质的改变，单从数据传输的速度就可以得到证明。未来的无线通信技术将会向超宽带、高速、泛在化的方向发展，窄带、低速的网络会逐渐被宽带网络所取代，用户可以在任何时间、任何地点实现网络连接，同时数据的传输速率会越来越高，无论上传还是下载，都不需要用户过多等待，尽情享受无所不在的网络资源。

参考文献

[1] 汪涛.无线网络技术导论(第二版)[M]. 北京：清华大学出版社，2012.

[2] 袁津生. 计算机网络与应用技术[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3] 陈政然.浅谈移动IPv6技术的应用与发展[J].大众科技，2011(3):44-46.

[4] 叶剑春.一种基于改进遗传算法的无线网络覆盖研究[J]. 微型机与应用，2011，30(22):59-61,64.

[5] 张少军，谭志.计算机网络与通信技术[M].北京：清华大学出版社，2012.

[6] 金光,江先亮.无线网络技术教程——原理、应用与仿真实验[M]. 北京：人民邮电出版社，2012.