1.6 移动通信技术的发展趋势

移动通信的快速发展出现在 20世纪 80年代，到目前为止，总体发展过程可以分为 4代。第一代（1G）移动通信系统是模拟制式，从 1980年开始经历了大约 10年时间，是无绳电话和汽车电话独立问世及独立发展的时期。1979年12月，汽车电话在日本东京开始运营，使用频段为 800MHz。1980年采用 FDMA（频分多址）方式的无绳电话也开始在日本运营。汽车电话系统在世界上有6种以上。由于各国的规格不同，因此，系统比较混乱，不同系统之间不能互相连接，典型的系统有 TACS、AMPS。无绳电话的运行方式只能在同一厂家的产品间进行通信，即所谓独立操作型，主要用于家庭或办公室，最远通信距离为200 m。然而，这种开始在公众通信中使用的移动通信方式，终究脱离了只在限定范围内通信的约束。显然，采用无线自由移动方式给通信提供了很大方便。

第二代（2G）移动通信系统是 1990～2000年的10年间，这时期引入了数字通信系统并实现了地区标准化。汽车电话是在很宽范围内的一种移动通信，没有统一的规格是很不方便的。特别是欧洲各国相邻接壤，使得统一规格尤其重要。欧洲统一的系统是 GSM。1989年美国提出采用TDMA技术标准，其后修订发布并制定了模拟/数字兼容的数字蜂窝标准。

2G是以数字窄带系统为主的，主要制式为GSM和IS-95A（CDMA）。

目前，移动通信正处于过渡时期，出现三代同堂局面。被称为 2.5G 时代（主要制式有GPRS和IS-95B）或2.75G（主要制式有EDGE和cdma2000 1x）时代。

第三代（3G）是 21世纪的移动通信方式，主要是向个人通信方向发展。个人通信网是一个要求能在任何时间、任何地点与任何人进行各种业务通信的通信网。这里指的个人通信网是既能提供终端移动性，又能提供个人移动性的通信方式。终端移动性是指用户携带终端连续移动时也能进行通信。个人移动性是指用户能在网中任何地理位置上，根据其通信要求选择或配置任一移动的或固定的终端进行通信。个人通信具有以下特点：可以利用个人通信号码 UPT 在任何时间、任何地方建立至另一地方、任何人的呼叫连接；个人通信网是由采用各种技术手段的多个网综合而成的一个无缝的网，不管用户在哪里都能找到；用户可以在任何地方用有线方式或无线方式进网，获得双向通信；向用户提供的业务仅受接入网或终端网及用户终端能力的限制；网络能够按照个人的意愿和要求来提供必要的服务功能。

第三代移动通信系统的大致目标是：全球化、综合化和个人化。全球化就是提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖，支持全球漫游业务；综合化就是提供多种话音和非话音业务，特别是多媒体业务；个人化就是有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。

为了实现上述目标，对其无线传输技术提出了以下要求。

（1）高速传输，以支持多媒体业务。

（2）室内环境：至少2Mbit/s。

（3）室内、室外步行环境：至少384kbit/s。

（4）室外车辆运行中：至少144kbit/s。

（5）卫星移动环境：至少9.6kbit/s。

（6）满足高质量业务的需求。

（7）传输速率能够按需分配。

（8）上下行链路能适应不对称需求。

（9）进一步改善安全性和易操作性。

我国于 1997年成立了 IMT-2000 无线传输技术（RTT）评估协调组（CHEG），并在国际电联注册。该评估协调组提出的TD-SCDMA（时分-同步码分多址）作为 IMT-2000 无线传输候选技术之一，在1999年3月ITU-TG8/1第16次巴西会议上获得通过。

TD-SCDMA 方案是在无线本地环路基础上提出，基于 TDD 模式，以智能天线技术为核心的系统。系统中包含的关键技术有同步CDMA、智能天线和无线电技术。

第四代移动通信技术（4G）是集 3G 与 WLAN 于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。

4G系统能够以100Mbit/s的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到 20Mbit/s，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G 与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。

移动通信的演进过程见表1-1。

目前，通信技术和计算机技术日趋融合，语音业务和数据业务日趋融合，无线互联网、移动多媒体已初露端倪。在我国，移动电话用户和Internet 用户都在飞速增长，越来越多的移动电话用户得到了Internet及多媒体业务服务。

未来移动通信网络将向 IP 化的大方向演进。在此过程中，移动网络上的业务将逐步呈现分组化特征，而网络结构将逐步实现以IP方式为核心的模式。

1.移动业务走向数据化和分组化

在固定通信领域，语音业务正在受到数据业务的强有力挑战。据预计，在最近一两年中，全球数据通信量将超过语音通信量。与固定通信相比，移动通信目前的语音通信显然占绝对优势。随着新技术的引入，移动数据业务已开始呈现蓬勃发展的景象，WAP 在现有窄带移动网络上的实现已经使移动通信能提供低速率的信息访问。目前，通过GPRS等技术对现有移动网络的改造可使它能提供更高带宽的数据业务，提供更快速地上网游览和开放其他信息服务。第三代移动通信系统更是以能够提供宽带的多媒体数据业务为一个主要出发点。

2.未来移动通信网络将是全IP网络

未来的移动通信网络将向IP化方向演进，未来的移动通信网络将是一个全IP的分组网络。对此，两个主要的第三代移动通信标准化组织 3GPP和3GPP2 都将第三代移动通信发展的目标认定为全 IP 网。国际电联也认为，可以将 IMT-2000 重新定义为 IMT-Internet Mobile/Multimedia Telecommunications，即“互联网移动/多媒体通信”。可以想象，未来的移动通信核心网络将采用宽带 IP 网络，在此 IP 网上，承载从实时语音、视频到 Web 游览、电子商务等多种业务，它将是一个电信级的多业务统一网络，在无线部分使用宽带无线接入技术。未来的移动通信网络将真正实现移动和IP的融合。

值得注意的是，尽管未来的移动通信网将使用移动 IP 技术支持未来的移动数据业务，但是，这并不意味着都将 IP 化。这是因为，语音业务和数据业务的服务质量要求是不一样的，因此可以使用不同的技术手段保障用户满意的服务质量要求。

3.三大主体结构为未来移动通信系统提供良好的发展空间

未来的移动通信系统的三大主体结构是：

① 设备制造商负责制造向用户提供服务的移动通信系统设备和终端；

② 服务运营商负责向用户提供移动通信业务服务；

③ 业务设计商负责向运营商提供用户喜闻乐见的业务形式和业务内容。

这种分为三大主体结构的移动通信系统体系，是为了适应移动通信的业务内容在未来将从单纯提供语音业务向提供包括语音在内的多媒体业务发展的这样一个趋势。在移动通信系统需要提供多媒体业务的条件下，很多业务是不可能在设备制造阶段预见到的。因此，设备的制造就应该尽可能与业务的设置相独立。

从这个意义上讲，未来移动通信的发展不仅将为设备制造商和业务运营商提供更大的市场空间，也将造就一个庞大的业务服务群体，并为其提供良好的市场空间。

4.4G新时代

就在 3G 通信技术正处于酝酿之中时，更高的技术应用已经在实验室进行研发。因此在人们期待第三代移动通信系统所带来的优质服务的同时，第四代移动通信系统的最新技术也在实验室悄然进行当中。那么到底什么是4G通信呢？

人们对 4G 通信期望较高，众说纷纭，有人说 4G 通信的概念来自其他无线服务的技术，从无线应用协定、全球袖珍型无线服务到3G；有人说4G通信是一个研究主题，4G通信是系统中的系统，可利用各种不同的无线技术。但不管人们对 4G 通信怎样进行定义，有一点人们能够肯定的是，4G通信可能是一个比3G通信更完美的新无线世界，它可创造出许多消费者难以想象的应用。4G 最大的数据传输速率超过 100Mbit/s，这个速率是移动电话数据传输速率的1 万倍，也是3G移动电话速率的50倍。4G手机可以提供高性能的汇流媒体内容，并通过ID应用程序成为个人身份鉴定设备。它也可以接受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。此外，4G的无线即时连接等某些服务费用会比3G 便宜。还有，4G 有望集成不同模式的无线通信————从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。

2012年1月18日，国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上，正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced（802.16m）技术规范确立为 IMT-Advanced（俗称“4G”）国际标准，中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance 同时并列成为4G国际标准。

4G 国际标准工作历时 3年。2009年 10 月，ITU 共计征集到了6个候选技术，分别来自北美标准化组织 IEEE的802.16m、日本（两项分别基于 LTE-A和802.16 m）、3GPP的LTE-A、韩国（基于 802.16 m）和中国（TD-LTE-Advanced）、欧洲标准化组织 3GPP（LTE-A）。这 6个技术基本上可以分为两大类，一是基于 3GPP的LTE的技术，中国提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分；另外一类是基于IEEE 802.16 m的技术。

ITU在收到候选技术以后，组织世界各国和国际组织进行了技术评估。2010年10月，在中国重庆，ITU-R 下属的WP5D 工作组最终确定了 IMT-Advanced的两大关键技术，即LTE-Advanced和802.16 m。中国提交的候选技术作为 LTE-Advanced的一个组成部分，也包含在其中。在确定了关键技术以后，WP5D工作组继续完成了电联建议的编写工作，以及各个标准化组织的确认工作。此后，WP5D 将文件提交上一级机构审核，SG5 审核通过以后，再提交给全会讨论通过。

在此次会议上，TD-LTE 正式被确定为 4G 国际标准，也标志着中国在移动通信标准制定领域再次走到了世界前列，为TD-LTE产业的后续发展及国际化提供了重要基础。

4G 通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。如果说 3G 能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么 4G 通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

与传统的通信技术相比，4G 通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。然而，在通话品质方面，移动电话消费者还是能接受的。随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。数据通信速度的高速化的确是一个很大优点，它的最大数据传输速率达到 100Mbit/s，简直是不可思议的事情。另外，由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少，未来的4G通信费用将越来越低。

4G 通信技术是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度。据 3G 市场分 3个阶段走的发展计划，3G的多媒体服务在 10年后进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G 网络已经基本建成，全球25%以上人口使用第三代移动通信系统。在发达国家，3G 服务的普及率更超过 60%，那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。

归纳起来，4G 是一个可称为宽带接入和分布式的网络，在车速环境下，其传输速率可大于 2Mbit/s，在室内或静止状况下可提供 20Mbit/s的比特速率，下载速率可达 100～150Mbit/s。在这样的传输速率下，4G所能提供的业务包括了高质量的影像多媒体业务在内的各种数据业务、语音业务。4G的网络结构将是一个采用全 IP的网络结构。4G 网络要采用许多新的技术和新的方法来支撑，包括自适应调制和编码（AMC）技术、自适应混合（ARO）技术、MIMO（多输入多输出）和正交频分复用（OFDM）技术、智能天线技术和软件无线电技术等。另外，为使4G与各种通信网融合，4G网络必须支持多种协议。

通过不懈研究，人们已经对4G网络有了一个初步勾画。4G网络结构的概念如图1-6所示。

（1）IP核心网（Core Network，CN）：它不仅仅服务于移动通信，还作为一种统一的网络支持有线和无线接入。其主要功能是完成位置管理和控制、呼叫控制和业务控制。

（2）4G 无线接入网（4G RAN）：主要完成无线传输和无线资源控制，移动性管理则是通过CN和RAN共同完成的。

（3）移动网络（Movable Network，MN）：当一个处于移动的LAN 需要接入 4G 网络时，就需要通过MN进行接入。因此，MN就像一个为小型网络提供接入的网关。

在 4G 系统中，网元间的协议是基于 IP的，每一个MT（移动终端）都有各自的IP 地址。当4G网与其他网连接时，如PSTN/ISDN则需要网关进行连接。另外，与传统的2G、3G接入网连接时也需要相应的网关。

由上述结构可以看出，4G 网络是一个无缝连接（Seamless Connection）的网络，也就是说各种无线和有线网都能以IP协议为基础连接到IP核心网。当然，为了与传统的网络互联，则需要用网关建立网络的互联，所以4G网络是一个复杂的多协议的网络。

5.5G初露端倪

目前全世界手机用户已过 45 亿，移动通信已经基本实现了人与人的互联，并正在实现人与互联网的互联。3G技术的普及正使越来越多的人通过手机上网，4G技术的推广将使手机上网用户数量产生飞跃。

在实现人与互联网的互联之后，人类将迎来人与物、物与物之间互联的物联网时代。据全球移动通信系统协会预测，15年后将有 500 亿件物品被移动互联。届时，手机的用途将大大增加，“随时、随地、无所不在”将成为移动通信的基本特征。关于移动宽带的大会主论坛达成一致意见认为，手机的应用将取代手机的技术成为移动通信领域的主角，开发手机新用途将是未来竞争的焦点。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化是世界移动通信发展的新趋势。

随着物联网、智能家居等产业的发展，消费者对网络速率要求越来越高，而各种高清视频的需求也越来越大。据统计，目前网络内容50%为视频，到2015年，视频将占91% 。并且随着 Wi-Fi 设备不断增加，消费者互通互联和用移动设备观看视频的需求不断增加，而 2.4GHz频段与家用电器频段冲突，带来了Wi-Fi在信号稳定性、抗干扰性、安全性等方面的挑战。

在物联网时代，医疗设备将被大量嵌入 SIM 卡，手机将能广泛地用于医疗保健领域。全球移动通信系统协会宣布将进军医疗保健领域，在该领域应用嵌入式移动通信技术，进行远程疾病诊断、健康监测和报警。据该协会预测，这一功能普及后，仅在经合组织和金砖四国范围内的慢性病防治领域就会每年节省1 750亿～2 000亿美元。

“手机电子货币”将会越来越普及，它不仅可以使支付系统实现无纸化，而且还可以代替银行卡，迎来“无卡化”时代，不仅方便了用户，而且减少了交易系统的成本。人们通过移动通信和互联网进行电子货币交易，因此手机支付系统也将意味着巨大商机。

此外，手机用途还将涉及教育、新闻、娱乐、广告等领域。很多专家都认为手机已经不仅仅是一个通信工具，它已经深入到日常工作和生活中，并改变着人们的工作和生活方式。

当人们还在为 3G 喝彩时，中国移动第四代移动通信（4G）时代已悄然开启网络，5G也呼之欲出。

为了满足日益增长的市场需求，博通推出了第一款 5G Wi-Fi 芯片，可以在不那么拥挤的5GHz 频段上运行。5G Wi-Fi 能大大改善家庭传输距离和覆盖范围，同时实现 3 倍于802.11n的传输速率，使高清视频播放变得快速轻松，还能实现设备间的同步和内容分享，最值得一提的是，其功耗仅为之前产品的1/6，满足更可靠、更高性能的无线网络需求。

5G Wi-Fi技术借助802.11n技术培育的市场和免费特性，将拥有较大的市场接受度，并且其分流特性将与 NFC 技术一起补充 4G 网络不足，其高速、高容量、高覆盖、低功耗的特性，在企业级市场将有很大的发挥空间，对家庭网络而言，其分享特性也将让更多设备观看高清视频成为可能。

无论从技术还是市场前景，5G Wi-Fi 都有引领无线网络新时代的优势。目前，博通的5G Wi-Fi 技术已陆续与国内外的多家设备制造商展开了合作，例如，在路由器领域与巴法络、腾达等厂商合作，未来还将在计算机、手机、平板电脑等领域与相关厂商合作推出产品。