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1 引言
众所周知，移动通信是在20世纪80年代开始发展起来的，移动通信发展速度远超过固定网络，已得到相当的普及。全球移动通信用户已经超过4亿。人们对移动通信的需求推动了移动通信发展，至今移动通信走过了二代的经历，即80年代的第一代模拟技术和90年代的第二代窄带数字技术。近些年来，随着无线通信宽带化技术的突破，移动通信正在向以CDMA为基础，以宽带化通信为特征的第三代3G技术发展。本文介绍了移动通信相关的技术，并探讨了这些技术的发展。
2 GSM与CDMA
第一代模拟系统对应的接入技术是频分多址技术FDMA，它仅能提供9.6kbit／s通信带宽。其典型系统，如美国的模拟电话系统AMPS、北欧的移动电话系统NMT、英国的全接入通信系统TACS等。第二代窄带数字系统的接入技术主要有时分多址技术TDMA和码分多址技术CDMA两种，它可以提供9.6～28.8kbit／s的传输速率。其典型系统，如欧洲的全球移动通信系统GSM、北美的数字增强型系统IS-136、CDMAOneIS-95A、IS-95B、日本的个人数字蜂窝系统PDC等。与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点。无论是第一代还是第二代，主要针对话音通信设计的，话音仍是当前和未来一段时间内移动通信市场的基石和主阵地。数字话音移动通信仍是移动通信的主流市场。特别对发展中国家而言，人们对通信的需求还主要集中在话音领域，所以，在未来几年中，第二代数字话音通信仍然是这些国家移动通信市场的重点和支柱。
3 移动智能网技术
随着移动通信的发展，运营商和用户对业务拓展的需求不断增强，从通信技术发展的角度看，未来的通信网络必将是一个宽带化、智能化、个性化的网络。作为第二代移动通信技术的GSM和CDMA系统，网络体系结构逐步由移动网向智能化方向发展，在移动网络中引入智能网概念，增加智能网相关功能模块，使得移动网络能够很容易地提供更多新业务来进一步满足客户不断增长、变化的需求。对应于GSM和CDMA两种移动网络的智能网功能模块分别是移动智能网--移动网增强逻辑的客户化应用CAMEL（Customised Applications for Mobile Network Enhanced Logic）和无线智能网WIN（Wireless Intelligent Network）。北美CDMA移动通信系统采用的是ANSI-41D协议，为了支持智能业务，在ANSI41D协议的信令结构和信令流程的基础上又定义了一系列无线智能网（WIN）协议，分别是IS-771、IS-826和IS-848，这些协议最终将整合到ANSI-41E协议中，从而使ANSI-41E成为一个完全基于智能网的核心网络协议。在北美CDMA无线智能网发展的同时，ETSI标准化组织也在推动着GSM移动网络智能化的发展，研究和制定了为GSM移动用户提供CAMEL业务的移动智能网系列协议。CAMEL是一种业务，它采用智能网业务控制功能，提供一种机制，使GSM网络能够提供独立于服务网络的业务。智能化、个性化、宽带化则是整个通信发展的必然方向，这必将推动移动智能网技术不断完善与发展。
4 GPRS与CDMA2000 1x
随着全球范围的Internet用户数爆炸式的增长，目前移动数据业务的上升势头也非常迅猛，这使得我们充分相信：在移动通信中，数据通信量也将在某一天超过话音通信。但要完成专门针对未来多媒体通信的第三代系统建设还需时日，所以如何利用现有的第二代数字系统实现数据通信，是填补市场需求空间的必然选择。分析家们认为，实际3G技术所具备的功能绝大部分其实完全就可以在目前第二代无线技术的基础上实现，特别是随着移动通信和因特网服务快速发展而随之产生的移动数据通信要求。其方法有两种：一是在以电话为主的蜂窝移动通信系统中增加传送数据的能力；二是移动通信与因特网的结合。由此产生了几种相关技术，如通用分组无线服务GPRS技术；增强数据速率改进EDGE技术；IS-95B利用码聚集技术；CDMA20001x技术、无线应用协议WAP技术；蓝牙Bluetooth技术等。其中，GPRS和CDMA2000
1x，特别是GPRS作为基于GSM的分组交换技术，格外引人注目，对我国来说也具有特别重要的现实意义。
GPRS是迎合GSM移动通信市场和全球因特网的迅猛发展和日益融合而推出的，它为GSM运营商由仅提供话音业务向提供综合信息服务业务领域拓展提供了重要的网络平台，并为GSM向第三代移动通信的过渡打下基础，被喻为"未来3G市场的助推器"。它有如下特点：一是从无线部分到有线部分提供端到端的分组数据传输，无线部分可按需动态分配话音和分组信道，更为有效地利用频率资源；二是向用户提供更高的接入速率115kbit／s和更短的接入时间；三是可更为有效地提供短消息、WAP等原有数据业务；四是底层基于TCP／IP协议，可与因特网进行无缝连接；五是可提供按时间、流量、内容等更加灵活的计费方式；六是依靠GSM的广阔覆盖，可提供随时随地的数据接入；七是对原有GSM设备无需进行大的改动。专家普遍认为，GPRS是GSM向第三代系统过渡，同时又兼顾现有第二代系统的2.5G系统。在GPRS后，如果GSM运营商没有第三代的频谱，则可以通过EDGE技术把速率提到384kbit／s，接近第三代移动通信系统的水平。如果运营商拥有第三代的频谱，则可以从GPRS直接过渡到第三代。
与GPRS作为GSM向第三代过渡的作用相似，CDMA2000 1x则是窄带IS-95系统向第三代系统平滑过渡的标准，它可以提供144kbit／s速率以上的数据业务，而且增加了辅助信道等，可以对一个用户同时承载多个数据流和多种业务，为支持未来的各种多媒体分组业务打下了基础。
5 3G
近些年来，第三代技术的发展动力主要来自三个方面：一是原有第二代系统使用的频率资源较少，不到100MHz，且其频谱利用率相对较低，加上新的数据业务的不断推出，使得目前在一些国家和城市的中心地带容量严重不足；而第三代移动通信系统的频谱资源至少在230MHz以上，且频谱利用率较高，覆盖范围更广，性能更好，从而可以很好地解决现有业务的开展问题。二是随着社会信息化进程的加快，人们对移动数据业务的需求越来越高，尽管目前第二代系统也可以开展一些数据业务，但由于受带宽的限制，无法适应开展诸如Internet、电子商务、高速数据、活动视像和VOD等数据多媒体业务的需要；而第三代系统可以针对不同的业务应用，提供从9.6kbit／s直至2Mbit／s的接入速率，从而很好地满足这种需要。三是全球一体化的进程迫切需要一个全球统一的移动通信设备，以实现全球漫游的需要，但第二代移动通信系统的多制式的空中接口和网络设备，难以实现这个要求，因此新的有望实现全球统一的移动通信系统被寄予厚望。
目前，国际电联接受的第三代移动通信系统标准主要有三个，即美国提出的CDMA2000，欧洲和日本提出的WCDMA和我国提出的TD-SCDMA。它们除了频谱利用率高、覆盖范围广、性能好、可以适应宽带多媒体通信要求等共同特点外，还有自身的技术特点。
WCDMA系统的核心网是基于GSM-MAP，同时通过网络扩展方式提供在基于ANSI-41的核心网上运行的能力，可以从第二代GSM系统逐步演进；支持一条连线上传输多条并行业务，支持高速率的分组接入；采用更加灵活的系统操作，包括支持基站间的异步操作、支持自适应天线阵技术与多用户检测的技术、支持非平衡频带下采用时分双工的模式，采用单信元频率复用等。
CDMA2000的核心网是基于ANSI-41，采用直接扩频码分多址技术的无线接口，符合甚至超过了ITU的全部规范要求。具备先进的媒体接入控制，从而有效地支持高速分组数据业务；具有先进的多媒体业务质量控制能力，支持不同业务相应不同质量要求的控制，处理竞争业务间的优先权问题等；可以根据环境和需要灵活地选择语音、语音／数据和数据模式，支持分布式和集中式的分组数据业务，可选择采用独立的分组控制与信令传送话音；支持频分数字双工FDD和时分数字双工TDD；支持前向多载波结构和正交直接扩频。具有较好的灵活性与可伸缩性，可非常容易地从现有的CDMAOne平滑过渡，还可采用辅助导频、正交分集、多载波分集等技术来提高系统的性能。
TD-SCDMA基于GSM系统，采用智能天线和低码速率技术，频谱利用率很高，能够解决人口密度地区频率资源紧张的问题，并在互联网浏览等非对称移动数据和视频点播等多媒体业务方面具有突出优势。系统的基站天线是一个智能化的天线阵，能够自动确定并跟踪手机的方位，发射波束始终对准手机方向，可降低基站的发射功率。上行同步CDMA技术可使上行信号与基站解调器完全同步，降低了码首间的干扰，使硬件得到简化，成本降低。TD-SCDMA技术采用软件无线电技术，使运营商在增加业务时，可在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件就可实现不同的业务。同时，系统基站采用高集成度、低成本设计。此外，TD-SCDMA系统可与第二代移动通信系统GSM兼容。
由此可见，经过多年的研究，第三代系统的研究特别是前两个目标的达成方面业已取得了重大的进展，但是从总体上来说，第三代系统目前还主要处于试验阶段，个别系统则刚刚开始试商用阶段。
3 G标准的一个重要特点就是强调演化。为了保证移动运营商的利益，源于欧洲的 G SM先是从二代的窄带话音，演化到数据通信，就是现在正在推广的2．5代GPRS；再演化到宽带数据通信。在这一演化过程中电信技术在飞速进步。五年前几乎所有的书一讲宽带就是宽带
I SDN，基于ATM协议，现在的宽带网已经是全 I P协议了，而3 G还是基于 A TM协议，走的路线不对。所以，欧洲3G－WCDMA的标准化组织3GPP又制订进一步的演化标准，向全
I P网演化。现在的标准是 Release99（1999年版），不基于 IP协议；演化到 Release2000（2000年版）；后来发现
Release2000太复杂，又分两步走，先是 R elease4 （版本4），再到Release5 （版本5），然后再往下走，才能演化为全
I P网。这样的标准演化过程，可能需要3－5年时间。由于标准制订有问题，电信运营商都谨慎把3 G移动通信投入商业化运营。即使3G的上述技术问题获得解决，在普及应用方面也还存在一些必须逾越的障碍。一是消费者使用手机的最主要目的是通话方便，尽管3G系统能提供各种业务能力，但消费者对这些业务的需求程度、兴趣和习惯如何还是一个很大的未知数；二是3G系统投资非常巨大，这些投资必然转加到消费者的服务收费上，再加上集众多功能于一身的3G手机价格不会便宜，因而能否被消费者接受也是一个未知数；三是虽然从理论上说，3G手机的传输速度能达到384kb／s或更高，但手机的速度将受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。据有关专家分析，3G手机将很难达到其理论速度。因此，据估计，3G系统估计仍要2～3年的时间才能推出成熟的商用系统。第三代移动通信有如下关键技术：一是高效信道编译码技术；二是智能天线技术；三是初始同步与Rake多径分集接收技术；四是多用户检测技术；五是功率控制技术。第三代移动通信系统的出现将使人类的通信方式出现革命性的改变，在任何地方以任何方式进行通信将成为现实。
6 4G
未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大挑战。此外，系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。有人认为，4G技术指标、应用范围各方面如果没有"革命性"的变革，不能够叫"4G"。4G移动通信的数据传输应该比3G高一个数量级。4G应该包含以下四个主要特点：一是自适应的资源分配，能够处理变化的业务流、信道条件不同的环境，有很强的自组织性和灵活性；二是能综合固定移动广播网络或其他的一些规则，实现对这些功能体积分布的控制；三是这个协议应该能根据网络的动态和自行变化的信道条件，使低码与高码的用户能够共存。这些方面都要比2G、3G先进；四是主要发展数字广带（Broad
band）为基础的概念。在"毫米"过程中，传播条件相对困难，蜂窝小区也会相应小很多，这会引起一系列技术上的难题。相比4G，5G移动通信系统也将在未来实现。
表1为 移动通信系统的发展历程（4G、5G系统的年代为粗略估计）
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年代
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系统
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技术
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业务
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80年代
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1G
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模拟
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模拟蜂窝电话模拟无绳电话
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90年代
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2G
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数字个人
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数字蜂窝：GSM、IS-54、PDC
数字无绳：DECT、PHS 移动卫星
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2000年
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3G
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全球标准
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IMT-2000（3G蜂窝）最大数据率：2Mbps
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2010年
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4G
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高数据率、高机动性、基于IP
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4G蜂窝、宽带接入、ITS、HAPS
最低数据率：2~20Mbps；最大数据率：156Mbps
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2020年
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5G
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高数据率、高机动性、基于IP
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5G蜂窝、宽带接入、ITS、HAPS
最低数据率：2~20Mbps；最大数据率：600Mbps
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7 结束语
随着新世纪的到来和中国加入WTO步伐的加快，中国移动通信产业将面临更大的发展机遇和更强有力的挑战。分析了解移动通信技术的发展，有利于我们总结经验，把握方向，抓住机遇，早日建成满足未来业务需求的移动通信网。
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作者简介
张光海，1991年哈尔滨工业大学获得工学硕士学位，1998年在华南理工大学获得工学博士学位，2000年从清华大学博士后出站，现在中国移动通信集团公司工作。
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