淺析蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢(shì)

李浩澤

（山東省萊蕪市第一中學(xué)，山東 萊蕪 271100）

0 引言

無(wú)線通信是通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的分支，廣泛應(yīng)用在金融、醫(yī)學(xué)、教育等行業(yè)。無(wú)線通信的出現(xiàn)可以追溯到兩千七百年前的中國(guó)周朝，當(dāng)時(shí)就有利用烽火傳遞信息的方法。1985年，意大利工程師伽利爾摩·馬可尼使用感應(yīng)線圈和負(fù)荷天線實(shí)現(xiàn)了距離1.5mi的莫爾斯電報(bào)試驗(yàn)，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)進(jìn)行無(wú)線通信的時(shí)代。這種無(wú)線電報(bào)以及后來(lái)發(fā)明的雷達(dá)技術(shù)滿足了極少部分人的通信需求，但是真正惠及大眾的則是蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)，這也是本文敘述的重點(diǎn)。

1 第一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)

蜂窩移動(dòng)通信的概念是在1947年由美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室率先提出，并在1979年研制成功，1983年正式商業(yè)運(yùn)行。第一代移動(dòng)通信技術(shù)，即1G，主要采用模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù)，后者簡(jiǎn)稱為FDMA技術(shù)，主要用于將不同的用戶分配在時(shí)隙相同而頻率不同的信道上。第一代移動(dòng)通信技術(shù)系統(tǒng)容量小、帶寬低，因此只能經(jīng)營(yíng)語(yǔ)音通話業(yè)務(wù)，并且不能進(jìn)行長(zhǎng)距離的移動(dòng)通信。

盡管1G技術(shù)有著數(shù)據(jù)帶寬低、通話質(zhì)量低、容量小等缺點(diǎn)，但它是蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的首次使用，對(duì)于后續(xù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展有著重要的奠基作用。

2 第二代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)

1G技術(shù)并不能滿足大眾日益增長(zhǎng)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需要，因此在20世紀(jì)90年代，很多國(guó)家推出了第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G），主要采用TDMA和FDMA的數(shù)字蜂窩技術(shù)。與1G相比，2G通信系統(tǒng)的容量和功能有了很大改進(jìn)，開(kāi)始在原有語(yǔ)音業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。并且，隨著數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，歐洲各國(guó)在移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)上形成了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大大促進(jìn)了國(guó)際漫游業(yè)務(wù)的發(fā)展。

但是，此時(shí)的世界正面臨互聯(lián)網(wǎng)革命，公眾對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求大大增加。而2G通信技術(shù)的數(shù)據(jù)帶寬低于9.6Kbps，完全無(wú)法滿足公眾需求，這促使了蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的再次革新。

3 第三代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)

在第三代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)（3G）出現(xiàn)之前，還有過(guò)2.5G通信技術(shù)。2.5G使用了GPRS技術(shù)，能夠利用時(shí)分多址信道實(shí)現(xiàn)一般速率的數(shù)據(jù)傳送。

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用CDMA技術(shù)。與2G的主要區(qū)別在于它的數(shù)據(jù)通信能力顯著提升，傳輸速率在幾百kbps以上，可以同時(shí)傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信息，處理圖像、音樂(lè)、視頻等媒體形式。并且，國(guó)際電信聯(lián)盟首次就移動(dòng)通信技術(shù)達(dá)成全球標(biāo)準(zhǔn)，分別為日本無(wú)線工業(yè)廣播協(xié)會(huì)的WCDMA、基于窄帶CDMA技術(shù)的CDMA2000、我國(guó)提出的TD-SCDMA以及美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)推出的WiMAX。在該階段，智能手機(jī)快速發(fā)展，涵蓋了游戲、工作、辦公、生活等諸多領(lǐng)域，使得3G技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈日漸成熟。

4 第四代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)

第四代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)（4G）就是我們大多數(shù)人正在使用的通信技術(shù)。它以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，使用了一些新的手段提高無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。4G技術(shù)分為T(mén)DLTE和FDD-LTE兩大類(lèi)別。所謂LTE，是指對(duì)3G技術(shù)的長(zhǎng)時(shí)演進(jìn)，改進(jìn)并增強(qiáng)3G空中接入技術(shù)，采用正交頻分復(fù)用和多入多出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4G網(wǎng)絡(luò)擁有非常高的數(shù)據(jù)傳輸速度，是3G網(wǎng)絡(luò)的50倍，其視頻圖像的傳輸效果與高清電視相當(dāng)。雖然4G技術(shù)已廣泛應(yīng)用，但還是存在一些問(wèn)題，比如：缺少統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各移動(dòng)通信系統(tǒng)彼此不兼容；4G信號(hào)容易被樓宇等障礙物遮擋；通信傳輸速度對(duì)硬件接收設(shè)備要求較高等。因此，科學(xué)家們也在致力于發(fā)展新一代通信技術(shù)。

5 蜂窩移動(dòng)通信在中國(guó)的發(fā)展

1987年，蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)走進(jìn)中國(guó)。當(dāng)時(shí)，我國(guó)從瑞典引入了第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，并在廣東省建成投入使用。鑒于對(duì)1G技術(shù)局限性的認(rèn)識(shí)，我國(guó)在搭建1G網(wǎng)絡(luò)之后就投入專(zhuān)項(xiàng)資金研發(fā)2G通信技術(shù)。

1993年9月，我國(guó)第一個(gè)數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)在嘉興向公眾開(kāi)放使用。之后，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)在全國(guó)進(jìn)行組網(wǎng)建設(shè)。2001年，中國(guó)移動(dòng)啟動(dòng)了由1G向2G的轉(zhuǎn)網(wǎng)工作，并在年底關(guān)閉了原有的1G電話網(wǎng)。

我國(guó)移動(dòng)通信從1G到2G的技術(shù)轉(zhuǎn)變?nèi)〉昧伺e世矚目的成就，但1G網(wǎng)絡(luò)和2G網(wǎng)絡(luò)均為國(guó)外引進(jìn)。因此，在政府的引導(dǎo)下，我國(guó)科學(xué)家開(kāi)始致力于3G網(wǎng)絡(luò)的研究與發(fā)展。2000年，我國(guó)的TD-SCDMA通信技術(shù)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作中的先河。此后，我國(guó)的3G用戶激增。

2014年12月，我國(guó)開(kāi)始發(fā)放4G牌照，標(biāo)志著我國(guó)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入4G時(shí)代。2017年9月，工信部發(fā)布《2017年9月份通信業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況》，數(shù)據(jù)顯示我國(guó)4G用戶總數(shù)已經(jīng)高達(dá)9.47億戶，占移動(dòng)電話用戶的67.9%，遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平。

6 蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)

盡管4G網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)相比前三代有著質(zhì)的飛躍，但隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)通信技術(shù)的要求也越來(lái)越高。2017年，中國(guó)移動(dòng)宣布，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)處于技術(shù)試驗(yàn)階段，2018年會(huì)進(jìn)行規(guī)模試驗(yàn)，2019年預(yù)商用，2020年規(guī)模商用。這里所說(shuō)的5G技術(shù)，官方名稱為IMT-2020。與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G不是簡(jiǎn)單的升級(jí)，而是在現(xiàn)有平臺(tái)上提出的新技術(shù)轉(zhuǎn)型，它具有如下特點(diǎn)：（1）網(wǎng)絡(luò)的峰值速率可達(dá)10Gbps，是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍；（2）網(wǎng)絡(luò)具有低延遲和高可靠性的特點(diǎn)；（3）更為環(huán)保節(jié)能，能耗是4G網(wǎng)絡(luò)的1/10；（4）可以支持大規(guī)模人群運(yùn)用。

可以看出，5G蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)能夠?yàn)橥ㄐ判袠I(yè)帶來(lái)質(zhì)的飛躍，幫助人們建設(shè)更美好的家園。

結(jié)論

蜂窩移動(dòng)通信是一項(xiàng)革命性技術(shù)，在短短幾十年間，就歷經(jīng)了第一代的興起與消亡、第二代的研發(fā)與普及、第三代的嘗試與探索、第四代的應(yīng)用與推廣以及正在進(jìn)行的第五代的研發(fā)。蜂窩移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)了人們生產(chǎn)、生活的信息化，帶來(lái)了諸多便利。相信在越來(lái)越先進(jìn)的科技支撐下，第五代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)能夠給我們帶來(lái)前所未有的體驗(yàn)，讓我們的生活更加豐富多彩。