蜂窩移動(dòng)通信

蜂窩移動(dòng)通信通信方式01概念介紹主要分類發(fā)展歷史發(fā)展趨勢目錄030204基本信息蜂窩移動(dòng)通信（CellularMobileCommunication）是采用蜂窩無線組網(wǎng)方式，在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過無線通道連接起來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶在活動(dòng)中可相互通信。其主要特征是終端的移動(dòng)性，并具有越區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動(dòng)漫游功能。蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)是指經(jīng)過由基站子系統(tǒng)和移動(dòng)交換子系統(tǒng)等設(shè)備組成蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)提供的話音、數(shù)據(jù)、視頻圖像等業(yè)務(wù)。概念介紹改進(jìn)提出概念介紹提出蜂窩移動(dòng)通信移動(dòng)通信的發(fā)展歷史可以追溯到19世紀(jì)。1864年麥克斯韋從理論上證明了電磁波的存在；1876年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在；1900年馬可尼等人利用電磁波進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電通信取得了成功，從此世界進(jìn)入了無線電通信的新時(shí)代?，F(xiàn)代意義上的移動(dòng)通信開始于20世紀(jì)20年代初期。1928年，美國Purdue大學(xué)學(xué)生發(fā)明了工作于2MHz的超外差式無線電接收機(jī)，并很快在底特律的警察局投入使用，這是世界上第一種可以有效工作的移動(dòng)通信系統(tǒng)；20世紀(jì)30年代初，第一部調(diào)幅制式的雙向移動(dòng)通信系統(tǒng)在美國新澤西的警察局投入使用；20世紀(jì)30年代末，第一部調(diào)頻制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)誕生，試驗(yàn)表明調(diào)頻制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)比調(diào)幅制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)更加有效。在20世紀(jì)40年代，調(diào)頻制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)逐漸占據(jù)主流地位，這個(gè)時(shí)期主要完成通信實(shí)驗(yàn)和電磁波傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)工作，在短波波段上實(shí)現(xiàn)了小容量專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。這種移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作頻率較低、話音質(zhì)量差、自動(dòng)化程度低，難以與公眾網(wǎng)絡(luò)互通。在第二次世界大戰(zhàn)期間，軍事上的需求促使技術(shù)快速進(jìn)步，同時(shí)導(dǎo)致移動(dòng)通信的巨大發(fā)展。戰(zhàn)后，軍事移動(dòng)通信技術(shù)逐漸被應(yīng)用于民用領(lǐng)域，到20世紀(jì)50年代，美國和歐洲部分國家相繼成功研制了公用移動(dòng)**系統(tǒng)，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)**系統(tǒng)與公眾**網(wǎng)絡(luò)的互通，并得到了廣泛的使用。遺憾的是這種公用移動(dòng)**系統(tǒng)仍然采用人工接入方式，系統(tǒng)容量小。改進(jìn)從20世紀(jì)60年代中期至70年代中期，美國推出了改進(jìn)型移動(dòng)**系統(tǒng)，它使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動(dòng)選擇及自動(dòng)接入公用**網(wǎng)。20世紀(jì)70年代中期，隨著民用移動(dòng)通信用戶數(shù)量的增加，業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)大，有限的頻譜供給與可用頻道數(shù)要求遞增之間的矛盾日益尖銳。為了更有效地利用有限的頻譜資源，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了在移動(dòng)通信發(fā)展史上具有里程碑意義的小區(qū)制、蜂窩組網(wǎng)的理論，它為移動(dòng)通信系統(tǒng)在全球的廣泛應(yīng)用開辟了道路。發(fā)展歷史1G2G3G4G5G12345發(fā)展歷史1G1978年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了先進(jìn)移動(dòng)**業(yè)務(wù)（AMPS）系統(tǒng)，這是第一種真正意義上的具有隨時(shí)隨地通信能力的大容量的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。AMPS采用頻率復(fù)用技術(shù)，可以保證移動(dòng)終端在整個(gè)服務(wù)覆蓋區(qū)域內(nèi)自動(dòng)接入公用**網(wǎng)，具有更大的容量和更好的語音質(zhì)量，很好地解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)所面臨的大容量要求與頻譜資源限制的矛盾。20世紀(jì)70年代末，美國開始大規(guī)模部署AMPS系統(tǒng)。AMPS以優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量獲得了廣大用戶的好評。AMPS在美國的迅速發(fā)展促進(jìn)了在全球范圍內(nèi)對蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的研究。到20世紀(jì)80年代中期，歐洲和日本也紛紛建立了自己的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，主要包括英國的ETACS系統(tǒng)、北歐的NMT-450系統(tǒng)、日本的NTT/JTACS/NTACS系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)都是模擬制式的頻分雙工（FrequencyDivisionDuplex，F(xiàn)DD）系統(tǒng)，亦被稱為第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)或1G系統(tǒng)。2G1.900/1800MHzGSM移動(dòng)通信900/1800MHzGSM第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信(簡稱GSM移動(dòng)通信)業(yè)務(wù)是指利用工作在900/1800MHz頻段的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議。900/1800MHzGSM第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)包括以下主要業(yè)務(wù)類型：-端到端的雙向話音業(yè)務(wù)。-移動(dòng)消息業(yè)務(wù)，利用GSM網(wǎng)絡(luò)和消息平臺提供的移動(dòng)臺發(fā)起、移動(dòng)臺接收的消息業(yè)務(wù)。-移動(dòng)承載業(yè)務(wù)及其上移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。-移動(dòng)補(bǔ)充業(yè)務(wù)，如主叫號碼顯示、呼叫前轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)等。-經(jīng)過GSM網(wǎng)絡(luò)與智能網(wǎng)共同提供的移動(dòng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)，如預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)等。-國內(nèi)漫游和國際漫游業(yè)務(wù)。3G第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信(簡稱3G移動(dòng)通信)業(yè)務(wù)是指利用第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的話音、數(shù)據(jù)、視頻圖像等業(yè)務(wù)。第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)主要特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)，其中高速移動(dòng)環(huán)境下支持144kb/s速率，步行和慢速移動(dòng)環(huán)境下支持384kb/s速率，室內(nèi)環(huán)境支持2Mb/s速率數(shù)據(jù)傳輸，并保證高可靠服務(wù)質(zhì)量(QoS)。第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)包括第二代蜂窩移動(dòng)通信可提供的所有的業(yè)務(wù)類型和移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的經(jīng)營者必須自己組建3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，所提供的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)類型可以是端到端業(yè)務(wù)的一部分或全部。提供一次移動(dòng)通信業(yè)務(wù)經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)，可以是同一個(gè)運(yùn)營者網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，也可以由不同運(yùn)營者的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施共同完成。提供國際通信業(yè)務(wù)必須經(jīng)過國家批準(zhǔn)并設(shè)立的國際通信出入口。4G雖然3G系統(tǒng)解決了1G、2G系統(tǒng)的弊端，但其實(shí)際速度遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期值，隨后國際組織3GPP和3GPP2又開始了新一輪的3G演進(jìn)計(jì)劃，在眾多候選標(biāo)準(zhǔn)中LTE脫穎而出，于2004年底,3GPP組織啟動(dòng)了“LTE計(jì)劃”,該計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了3G向4G的平滑過渡，所以LTE又被稱為準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)。該計(jì)劃的最終目標(biāo)是：提供一個(gè)低時(shí)延、高吞吐量、大規(guī)模覆蓋的無線通信網(wǎng)絡(luò)。LTE有FDD和TDD兩種工作方式，其中LTE-TDD具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)，2013年年底在我國實(shí)現(xiàn)了商用，其高速的帶寬能力為用戶帶來了全新的體驗(yàn)。全球已經(jīng)部署了超過400萬個(gè)LTE基站，預(yù)計(jì)此數(shù)目還將隨著未來的發(fā)展不斷增長。

5G圖1面向5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

蜂窩網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的建設(shè)，已經(jīng)成為移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，覆蓋范圍廣泛，通信安全可靠。根據(jù)高通公司預(yù)測，截至2025年全球物聯(lián)網(wǎng)連接將超過50億。從智能穿戴設(shè)備到智能水表、電表，從智能井蓋到車載終端，將涵蓋智慧城市、智慧交通、環(huán)境監(jiān)測及醫(yī)療保健等各個(gè)方面。大量的智能終端會接入網(wǎng)絡(luò)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)將成為物聯(lián)網(wǎng)的主要承載網(wǎng)絡(luò)。隨著物聯(lián)網(wǎng)接入方式的多樣化，及霧計(jì)算、邊緣計(jì)算和云計(jì)算的發(fā)展，面向5G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)也逐漸清晰，架構(gòu)圖如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中分離了傳輸層與邊緣資源層，解耦了應(yīng)用層與服務(wù)管理層。感知層是信息的入口，通過各種傳感器和嵌入式控制器，將采集的各種參數(shù)通過各種通信方式，如ZigBee，藍(lán)牙，WiFi，LoRa等匯入感知層。感知層是整個(gè)架構(gòu)的最前端，所有數(shù)據(jù)信息通過該層產(chǎn)生，是架構(gòu)中的基礎(chǔ)架構(gòu)。傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，5G終端、NB?IOT終端及eMTC終端都被劃分在該層。傳輸層的另一重要組成部分就是5G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)協(xié)議轉(zhuǎn)換并傳輸，把感知層各種通信方式（ZigBee，藍(lán)牙，WiFi，LoRa等）轉(zhuǎn)換為5G通信兼容數(shù)據(jù)格式。邊緣計(jì)算層的主要功能是設(shè)備接入及數(shù)據(jù)處理。邊緣計(jì)算終端多采用嵌入式終端，通過邊緣計(jì)算可以有效分擔(dān)并降低核心網(wǎng)絡(luò)開銷，核心網(wǎng)絡(luò)只需處理邊緣計(jì)算后的數(shù)據(jù)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)性能。該層還涉及安全、認(rèn)證及身份識別等功能。主要分類宏蜂窩智能蜂窩微蜂窩主要分類宏蜂窩蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營初期，運(yùn)營商的主要目標(biāo)是建設(shè)大型的宏蜂窩小區(qū)，取得盡可能大的地域覆蓋率，宏蜂窩每小區(qū)的覆蓋半徑大多為1km～25km，基站天線盡可能做得很高。在實(shí)際的宏蜂窩小內(nèi)，通常存在著兩種特殊的微小區(qū)域。一是“盲點(diǎn)”，由于電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區(qū)域，該區(qū)域通信質(zhì)量嚴(yán)重低劣；二是“熱點(diǎn)”，由于空間業(yè)務(wù)負(fù)荷的不均勻分布而形成的業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，它支持宏蜂窩中的大部分業(yè)務(wù)。以上兩“點(diǎn)”問題的解決，往往依靠設(shè)置直放站、分裂小區(qū)等辦法。除了經(jīng)濟(jì)方面的原因外，從原理上講，這兩種方法也不能無限制地使用，因?yàn)閿U(kuò)大了系統(tǒng)覆蓋，通信質(zhì)量要下降；提高了通信質(zhì)量，往往又要犧牲容量。隨著用戶的增加，宏蜂窩小區(qū)進(jìn)行小區(qū)分裂，變得越來越小。當(dāng)小區(qū)小到一定程度時(shí)，建站成本就會急劇增加，小區(qū)半徑的縮小也會帶來嚴(yán)重的干擾，另一方面，盲區(qū)仍然存在，熱點(diǎn)地區(qū)的高話務(wù)量也無法得到很好的吸收，微蜂窩技術(shù)就是為了解決以上難題而產(chǎn)生的。微蜂窩與宏蜂窩技術(shù)相比，微蜂窩技術(shù)具有覆蓋范圍小、傳輸功率低以及安裝方便靈活等，該小區(qū)的覆蓋半徑為30m～300m，基站天線低于屋頂高度，傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤缎?。微蜂窩可以作為宏蜂窩的補(bǔ)充和延伸，微蜂窩的應(yīng)用主要有兩方面：一是提高覆蓋率，應(yīng)用于一些宏蜂窩很難覆蓋到的盲點(diǎn)地區(qū)，如地鐵、地下室；二是提高容量，主要應(yīng)用在高話務(wù)量地區(qū)，如繁華的商業(yè)街、購物中心、體育場等。微蜂窩在作為提高網(wǎng)絡(luò)容量的應(yīng)用時(shí)一般與宏蜂窩構(gòu)成多層網(wǎng)。宏蜂窩進(jìn)行大面積的覆蓋，作為多層網(wǎng)的底層，微蜂窩則小面積連續(xù)覆蓋疊加在宏蜂窩上，構(gòu)成多層網(wǎng)的上層，微蜂窩和宏蜂窩在系統(tǒng)配置上是不同的小區(qū)，有獨(dú)立的廣播信道。智能蜂窩智能蜂窩是指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動(dòng)臺所處的位置，并以一定的方式將確定的信號功率傳遞給移動(dòng)臺的蜂窩小區(qū)。對于上行鏈路而言，采用自適應(yīng)天線陣接收技術(shù)，可以極大地降低多址干擾，增加系統(tǒng)容量；對于下行鏈路而言，則可以將信號的有效區(qū)域控制在移動(dòng)臺附近半徑為10-20波長的范圍內(nèi)，使同道干擾大小為減小。智能蜂窩小區(qū)既可以是macrocell，也可以是而microcell。利用智能蜂窩小區(qū)的概念進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計(jì)，能夠顯著地提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)性能。

發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢移動(dòng)通信下一個(gè)時(shí)代將屬于5G，在此之前，各國通信組織都為推進(jìn)5G技術(shù)的研發(fā)積極準(zhǔn)備著。2013年中旬，韓國三星公司成功開發(fā)出5G的核心技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)2km的遠(yuǎn)程傳輸，以及1Gbps及以上的傳輸速率。2015年中旬，國際電信聯(lián)盟ITU將5G技術(shù)正式命名為IMT-2020，并公布了5G標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間安排。5G移動(dòng)通信2016年年初，我國工信部召開了“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會，標(biāo)志著我國5G技術(shù)進(jìn)入到了發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)刻。2017年年初，3GPP組織公布了5G的官方標(biāo)識，并制定了標(biāo)識的使用規(guī)范和權(quán)限。盡管5G技術(shù)還未完全成熟，但業(yè)界對移動(dòng)通信未來的發(fā)展基本達(dá)成共識，由IMT-2020推進(jìn)組負(fù)責(zé)發(fā)布的5G愿景與需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)白皮書，明確了5G的8大關(guān)鍵能力指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并對5G應(yīng)用需求也有了明確定義，包括更寬的帶寬接入，更密集的連接需求和更快的移動(dòng)性需求，除此之外，5G在時(shí)延及功耗上將進(jìn)一步降低，可靠性能將