移动通信已有有1G发展到4G。第一代移动通信系统,也就是1G,在20世纪80年代初提出的,它完成于20世纪90年代初,典型代表是美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS,以及NMT和NTT等。AMPS(先进的移动电话系统)使用模拟蜂窝传输的800MHz频带,在北美,南美和部分环太平洋国家广泛使用;TACS(总接入通信系统)使用900MHz频带,分ETACS(欧洲)和NTACS(日本)两种版本,英国,日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。第一代移动通信系统是基于模拟传输的,基于蜂窝结构组网,直接使用模拟语音调制技术,传输速率约2.4kbit/s,采用频分多址技术FDMA(Frequency Division Multiple Access),这种技术是最古老也是最简单的。但是,由于模拟系统的系统容量小,还有FDMA技术在信道之间必须有警界波段来使站点之间相互分开,这样在警界波段就会成很大的带宽浪费。而且,模拟系统的安全性能很差,任何有全波段无线电接收机的人都可以收听到一个单元里的所有通话。另外,此技术对天线和基站的破坏也很严重。因此模拟系统主要以语音业务为主,基本上很难开展数据业务。
从八十年代中期,通过数字移动通信技术发展起来的,以GSM和IS-95为代表。欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网 (GSM) 的体系。随后,美国和日本也制订了各自的数字移动通信体制。数字移动通网相对于模拟移动通信,提高了频谱利用率,支持多种业务服务,并与ISDN等兼容。第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的,因此又称为窄带数字通信系统。第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统,IS-95和欧洲的GSM系统。
GSM(全球移动通信系统)发源于欧洲,它是作为全球数字蜂窝通信的DMA标准而设计的,支持64Kbps的数据速率,可与ISDN互连。GSM使用900MHz频带,使用1800MHz频带的称为DCS1800。GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式,每载频支持8个信道,信号带宽200KHz。GSM标准体制较为完善,技术相对成熟,不足之处是相对于模拟系统容量增加不多,仅仅为模拟系统的两倍左右,无法和模拟系统兼容。GSM技术用的是窄带TDMA,允许在一个射频(即?蜂窝?)同时进行8组通话。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900~1800MHz之间的数字移动电话系统,频率为1800MHz的系统也被美国采纳。GSM是1991年开始投入使用的。到1997年底,已经在100多个国家运营,成为欧洲和亚洲实际上的标准。GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性,音质清晰,通话稳定,并具备容量大,频率资源利用率高,接口开放,功能强大等优点。不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s。
由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的,为了解决中速数据传输问题, 在2000年又推出了一种新的通信技术GPRS,该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。GpRS是一种数据业务,它能够使移动设备发送和接收电子邮件及图片信息。GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步,GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。
在这之后,通信运营商们又推出EDGE技术,这种通信技术是一种介于2G和3G之间的过渡技术,因此也有人称它为“2.5G”技术,它有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准,它允许高达384KbPs的数据传输速率,可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案,从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备,传输速率虽然没有3G快,但理论上也有100多K,实际应用基本可以达到拨号上网的速度,因此可以发送图片、收发电子邮件等,同时,还可以广泛应用于生产领域,在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。
第三代移动通信系统最早由国际电信联盟(ITU)于1985年提出,当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS,Future Public Land Mobile Telecommunication System),1996年更名为IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000),意即该系统工作在2000MHz频段,最高业务速率可达2000kbps,预期在2000年左右得到商用。3G的目标是移动宽带多媒体通信。
3G的主要体制有WCDMA,cdma2000和TD-SCDMA。
WCDMA是基于GSM发展而来的3G技术规范,欧洲提出的,基于GSM-GPRS-EDGE-WCDMA演进而来。
CDMA2000是由IS-95发展而来的,由美国主推,3GPP2制定的。
TD-SCMDA是大唐提出的,由3GPP制定,在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备,部分接口与GSM完全相同,只需要对GSM的基站控制其进行升级。
这三种体质都属于宽带CDMA,关键技术上差别很大,性能上也有所不同。WCDMA和CDMA2000使用FDD,TD-SCDMA使用TDD。FDD中上行和下行使用不同的频率,适用于语音业务,但是对于非对称的分组数据交换业务,比如下载视频,由于上行负载低,频谱利用率则大大降低。TDD中,上行和下行使用同一频率,根据时间来区分上下行并且切
换信道,物理层的时隙被分为上下行两部分,不需要成对的频率,频谱利用率高。
TD-SCDMA采用智能天线技术,另两种体制没有采用这种技术。
WCDMA和CDMA2000都采用了越区软切换技术,TD-SCDMA则采用了越区接力切换技术,智能天线可以大致定位用户的方位和距离,基站和基站控制器可以根据用户的方位和距离信息,判断用户是否应该切换,如果用户进入了切换区,边由基站控制器通知另一基站做好切换准备,达到接力切换的目的
在进入3G时代以后,移动通信市场的研发机构和运营商已经由不同利益群体而形成了两大阵营:即3GPP和3GPP2,这两大阵营计划分别推出自己的4G标准,由于WIMAX的挑战,在各自4G标准还没有形成的情况下,提出了LTE这个中间过渡阶段的技术标准,而把LTE-Advanced定为4G标准。
TD-LTE的技术特点就是在同一个载频上划分一定的上下行时隙的比例,这个技术的优点是可以通过调整上下行时隙的比例来提高频谱利用效率。在2G3G时代,由于网络的主要业务仍然是语音业务,FD的频点上下行对称明显更适合语音业务的对称性,TD-LTE的优势不明显。到了LTE时代,信息业务将成为网络业务的主流,而信息业务的特点是下行业务量占主要流量,尤其是在人口密集的城区和热点区域。在城区,用户数量大而移动速度不高,而且主要使用数据业务,使用TD-LTE组网,增加基站数量既解决了覆盖问题同时又满足了接入终端数量,通过增加下行时隙的比例来满足数据业务而提高了频谱利用效率,TD-LTE优势凸显。在农村地区,则采用FD-LTE组网,既可以增加覆盖范围又可以解决在交通工具上终端高速移动中的速率问题。