1.1.2 无线通信关键技术发展史

1.第一代移动通信系统（1G）

第一代蜂窝移动电话系统是模拟蜂窝移动电话系统，主要特征是用无线信道传输模拟信号，美国、英国和日本都先后开发了各自的系统。

随着对电磁波研究的深入和大规模集成电路的问世，移动电话首先被制造出来，移动终端设备的研制成功带动了人们对于网络结构的探索。20世纪70年代初，贝尔实验室提出了蜂窝系统覆盖小区的概念和相关理论，随即该系统得到了迅速的发展，很快进入了实用阶段，移动通信跨入了第一代模拟蜂窝移动电话系统的时代。

1978年年底，贝尔实验室又成功研制出先进移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。1983年，该系统首次在芝加哥投入商用。同年12月，在华盛顿也开始启用。之后，服务区域在美国逐渐扩大。到1985年3月已扩展到47个地区，约10万移动用户。其他工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于1979年推出800MHz汽车电话系统（HAMTS），在东京、大阪、神户等地投入商用。西德于1984年完成C网，频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统（TACS），首先在伦敦投入使用，以后瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT-450移动通信网并投入使用，频段为450MHz。

2.第二代移动通信系统（2G）

第一代模拟通信系统解决了移动通信系统的有无问题，但它们的各种缺点在应用中也不断显露出来，包括系统间没有公共接口、难以互通，频谱利用率低、系统容量小，安全性差、容易被窃听等。

为克服模拟通信的上述缺点，引入了数字技术的数字蜂窝移动通信系统在20世纪八九十年代得到了长足的发展，该系统被称为第二代移动通信系统。2G提供了更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用户提供无缝的国际漫游。2G的制式主要有GSM、CDMA（IS-95）、D-AMPS等，其中GSM与CDMA系统应用广泛。

(1)GSM/GPRS/EDGE

GSM（数字移动通信系统）源于欧洲。1982年，北欧国家提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。随后，欧洲电信标准化学会（ETSI）技术委员会成立了“移动特别小组”（GSM，Group Special Mobile）来制定有关的标准和建议书。1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场试验。1990年该小组完成了GSM900的规范，共产生了大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套，其中共包含12个系列。

1991年欧洲开通了第一个GSM，并将GSM更名为“全球移动通信系统”（Global System for Mobile Communications），从此移动通信跨入了第二代数字移动通信时代。同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。该系统与GSM900具有同样的基本功能特性，因而该规范只占GSM建议的很小一部分，仅将GSM900和DCS1800之间的差别加以描述，二者绝大部分是通用的，两系统均可通称为GSM。

在这之后，为了实现对数据业务的支持，GSM体制制定了GPRS与EDGE两种标准。

GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）由GSM Phase 2.1版本定义，是为适应移动数据接入需求的增长而产生的。由于GPRS支持中低速的数据传输，常被称作一种2.5G的技术，支持9.05～171.2kbit/s的接入速率。

EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，增强型数据速率GSM演进技术）介于GPRS与3G之间，也常被称作2.75G的技术。它在GSM中采用了多时隙操作和8PSK调制，能够支持300kbit/s的数据速率接入，匹敌CDMA 1x。

(2)IS-95/cdma2000 1x

在2G时代，CDMA技术和GSM技术几乎是同时发展起来的。cdma2000标准是一个体系结构，称为cdma2000 family，它包含一系列子标准。由CDMA One向3G演进的途径为：CDMA One（IS-95A/B）→cdma2000 1x→cdma2000 1x EV。其中cdma2000 1x属于准3G技术，cdma2000 1x EV之后均属于标准的三代技术。

1993年，高通公司提出了CDMA第一个商用标准，被美国TIA/EIA定为IS-95A（TIA/EIA INTERIM STANDARD/95A）标准。1994年，第一个CDMA商用网络在中国香港地区（香港和记电讯）开通。1995年，CDMA（IS-95A）在韩国、美国、澳大利亚等国开始得到大规模应用。

从技术角度来说，IS-95A技术完全是一种第二代移动通信技术，它主要支持语音业务。IS-95A商用几年以后，市场对数据业务的需求逐渐显现。在这种情况下，美国电信工业协会（TIA）制定了IS-95B标准。IS-95B通过将多个低速信道捆绑在一起来提供中高速的数据业务，可提供的理论最大比特速率为115kbit/s，实际只能实现64kbit/s。但是，从技术角度来说，IS-95B并没有引入新技术，所以通常将IS-95B看作第二代移动通信技术。

cdma2000 1x是由IS-95A/B标准演进而来的，由3GPP2负责具体标准化工作。cdma2000 1x在IS-95的基础上升级空中接口，可在1.25MHz带宽内提供307.2kbit/s高速分组数据速率。cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期，提出了1x和3x的发展策略，但随后的发展表明，1x和1x增强型技术（1x EV）代表了未来发展方向。

cdma2000 1x仅能提供准3G的数据业务，发布的版本有以下两个。

Release0：1999年10月发布，Release0的主要特点是沿用基于ANSI-41D的核心网，在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体，单载波最高上下行速率可以达到153.6kbit/s。

Release A：2000年7月发布，与Release0相比没有网络结构上的变化，增加了对业务特征的信令支持，如新的公共信道、QoS协商、增强鉴权、加密、话音业务和分组业务并发业务。Release A单载波最高速率可以达到307.2kbit/s。

3.第三代移动通信系统

第三代移动通信系统（3G）的技术发展和商用进程是近年来全球移动通信产业领域关注的热点问题之一。

3G在ITU的正式名称是IMT-2000，其前身为1985年提出的FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统）。ITU在1996年年底确定了第三代移动通信系统的基本框架，包括业务需求、工作频带、网络过渡要求和无线传输技术的评估方法等，并将FPLMTS更名为IMT-2000，其用意在于在2000年左右商用、最高速率达2000kbit/s、工作在2000MHz频段。IMT-2000的目标如下。

•全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖；

•高频谱效率、高服务质量和高保密性能；

•提供多媒体业务，速率最高达到2Mbit/s；

•车速环境达144kbit/s；

•步行环境达384kbit/s；

•室内环境达2Mbit/s；

•易于从第二代系统过渡和演进。

1999年10月ITU在赫尔辛基举行的会议确定了以下5种3G方案。

•IMT-2000 CDMA DS（Direct Spread），即欧洲和日本的UTRA FDD（WCDMA）；

•IMT-2000 CDMA MC（Multi-Carrier），即美国的cdma2000；

•IMT-2000 CDMA TC（Time-Code），即欧洲的UTRA TDD和中国的TD-SCDMA；

•IMT-2000 TDMA SC（Single Carrier），即美国的UWC-136；

•IMT-2000 FDMA/TDMA FT（Frequency Time），即欧洲的DECT。

经过融合和发展，形成了3种最具代表性的3G技术标准，分别是TD-SCDMA、WCDMA和cdma2000。其中TD-SCDMA属于时分双工（TDD）模式，是中国提出的3G技术标准；而WCDMA和cdma2000则属于频分双工（FDD）模式。

在3G的商用发展过程中，又发展出两大标准化论坛：一个是推广WCDMA和TD-SCDMA标准的3GPP标准化论坛，另一个是推广cdma2000标准的3GPP2论坛。

(1)WCDMA

WCDMA是由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统，先后发布了Release 99（简称R99）、R4、R5、R6、R7等多个版本。

WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工方式，码片速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz。先期提出的R99/R4版本，在5MHz的带宽内可提供最高为384kbit/s的用户数据传输速率。

R5版本引入了下行链路增强技术，即HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）技术，在5MHz的带宽内可提供最高14.4Mbit/s的下行数据传输速率。在R6版本引入了上行链路增强技术，即HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入）技术，在5MHz的带宽内可提供最高为5.76Mbit/s的上行数据传输速率。

除上述标准版本之外，3GPP从2004年即开始了LTE（Long Term Evolution，长期演进）的研究，基于OFDM、MIMO等技术，致力于无线接入技术向“高数据速率、低延迟和优化分组数据应用”方向演进。

(2)cdma2000

cdma2000 1x提供高速分组数据业务的能力还是有限的。因此，在向着更高的目标迈进的道路上，又出现了cdma2000 1x EV技术。EV代表“Evolution”，有两方面含义，一方面是比原有的技术容量更大而且性能更好，另一方面是和原有技术后向兼容。

韩国、日本是cdma2000 1x EV商用网络的领军者。2002年1月韩国SKT开通了全球首个EV-DO商用网，紧随其后的是韩国KTF与日本KDDI。

在技术发展上，cdma2000 1x EV-DO逐步成熟并投入商用，cdma2000 1x EV-DV以及与cdma2000 1x同时提出的cdma2000 3x技术基本被市场所抛弃，大部分cdma2000 1x网络通过升级到EV-DO而跨入3G时代。

EV-DO的演进又可以进一步细分为Rel.0、Rev.A、Rev.B以及Rev.C/D等不同阶段，上下行最高分别支持1.8/3.1Mbit/s速率的EV-DO Rev.A网络已广泛部署。

(3)TD-SCDMA

TD-SCDMA（Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access）的中文含义为时分同步码分多址接入。从2001年3月开始，TD-SCDMA被正式融入3GPP的R4版本。

TD-SCDMA采用不需成对频率的TDD双工模式以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式，使用1.28Mchip/s的低码片速率，扩频带宽为1.6MHz，同时采用了智能天线、联合检测、上行同步、接力切换、动态信道分配等先进技术。基于R4版本，TD-SCDMA可在1.6MHz的带宽内提供最高384kbit/s的用户数据传输速率。

TD-SCDMA在R5版本引入了HSDPA技术，在1.6MHz带宽上理论峰值速率可达到2.8Mbit/s。通过多载波捆绑的方式可进一步提高HSDPA系统中单用户峰值速率。