1.2 移动通信的发展概况

移动通信产生的历史较早，可以追溯到 20世纪初，自 1896年 G.马可尼成功地发明了无线电报后，莫尔斯电报就用于船舶通信。随着电子管、晶体管的发明和应用，实现了把微弱的电信号进行放大，把电报、电话传送到更为遥远的地方。1921年，美国底特律和密执安警察厅开始使用工作在2MHz频段的采用调幅方式的车载无线电。从20世纪40年代中期到 60年代中期，美国、加拿大、荷兰、联邦德国、法国等国家陆续开设了公用汽车电话业务。但是，此时的通话接续主要是通过话务员人工完成的，采用大区制，可用频道很少，设备使用电子管，较为笨重，使用不方便，不保密，发展缓慢，用户总数也只有几百人。

现代移动通信技术始于20世纪20年代，发展到现在大约经历了6个发展阶段。

第一阶段的标志是早期专用移动通信系统的应用，20世纪 20年代至 40年代是移动通信的早期发展阶段。

从20世纪40年代中期到60年代初期，早期的公用移动通信系统开始应用，这是现代移动通信技术的第二阶段。这个阶段移动通信技术逐渐应用到大众通信中，系统采用人工接续方式，网络容量较小。

第三阶段从20世纪60年代中期到70年代中期。在此期间，美国推出了改进型移动电话系统（IMTS），德国推出了 B 网。这个阶段的系统采用大区制，容量有了较大提高。由于出现了自动交换式的三级结构及频率合成技术，可用频道数目增加，又使用了大、中区制，使频谱利用率有了较大增加，用户使用更加方便，保密性也有所增强，因此，用户日益增多。但由于这种系统的频谱利用率仍不高，许多用户的装机申请难以得到满足。

第四阶段从20世纪70年代中期到80年代中期。这个阶段小区制的蜂窝移动通信系统得到了大规模应用，采用的是模拟技术，其代表技术是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统。

第五阶段从20世纪80年代中期到21世纪初。这个阶段的特点是数字移动通信系统得到了大规模应用，其代表技术是欧洲的GSM和美国的CDMA，也就是通常所说的第二代移动通信技术（2G）。数字蜂窝网络相对于模拟蜂窝网，其频谱利用率和系统容量得到了很大提高。这个阶段的移动通信系统已经可以提供数据业务，业务类型大大丰富。

第六个阶段从 20世纪 90年代末开始，其标志是第三代移动通信系统技术的发展和应用。1999年 11 月5日在芬兰赫尔辛基召开的ITUTG8/1 第18次会议上，最终确定了3 类（TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD）共 5种技术作为第三代移动通信的基础，其中WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA是3G的3个主流标准。这个阶段的特征是系统容量和载频利用率得到了较大提高。第三代移动通信系统可以提供高速数据业务，承载的业务类型得到了极大的丰富。

1.2.1 GSM发展历程

自20世纪70年代中期开始到现在，人们主要研究解决在频道有限的情况下，如何进一步提高频谱利用率以增大系统容量。由此而提出了小区制大容量系统，这种系统是美国贝尔实验室最早提出来的。它是一种蜂窝状移动通信系统，是一种全新的更有效的信道频率复用系统。其结构特点是：减少基站的覆盖区，同时用大量的无线基站小区来覆盖原来一个基站所覆盖的区域。在蜂窝移动电话系统中，每一个无线基站小区称为小区。不同的小区使用不同的信道组。例如，A、B、C、D、E、F、G 7个小区为一簇的频率复用结构，每一个这样的7个小区使用全部可用信道。这样，频率的复用与单基站系统相比，容量可以大大增加。频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖，是蜂窝移动通信系统的核心概念，可以极大地提高频谱效率。

从 20世纪 70年代后期第一代蜂窝网（1G）在美国、日本和欧洲国家为公众开放使用以来，其他工业化国家也相继开发出蜂窝状公用移动通信网。其中以美国开发的先进移动电话系统（AMPS）和英国开发的地址通信系统（TACS）两个系统为主要代表，这些系统都是属于模拟移动通信系统。

在20世纪80年代初期，针对当时欧洲模拟移动制式四分五裂的状态，欧洲邮电主管部门大会（CEPT）于1982年成立了一个被称为移动特别小组（Group Special Mobile，GSM）的专题小组，开始制定适用于欧洲各国的一种数字移动通信系统的技术规范。经过几年的研究、实验和比较，于 1988年确定了包括 TDMA 技术在内的主要技术规范并制定了实施计划。1989年，GSM 工作组被接纳为欧洲电信标准学会组织成员。在欧洲电信标准学会的领导下，GSM改为用于指称全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications），相应的工作小组也从GSM更名为SMG（Special Mobile Group）。于1990年完成了GSM900的规范，并开始在欧洲投入试运行。1991年，移动特别小组还制定了 1 800MHz 频段的规范，命名为DCS 1800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DCS 1800 之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，这两个系统都泛称为GSM系统。

我国的移动通信发展迅速。自20世纪80年代中期开始，随着国家对外开放、对内搞活的经济政策的实施，移动通信事业有了蓬勃发展。1987年 11 月，广州开通了第一个模拟蜂窝移动通信系统，紧接着，深圳、珠海、上海、北京、沈阳、天津等地陆续建成了移动通信网。1994年初，GSM 数字蜂窝移动通信系统在广州开通运营，随后深圳、上海、北京等大城市也相继开通了GSM数字移动通信系统。1995年9月，邮电部决定在全国范围内迅速扩大GSM系统的建设。至此，我国的移动电话网已基本覆盖了全国。

在模拟移动通信方面，我国引进的是 900MHz 频段的TACS 制。当时共引进了两种TACS 制式的移动电话系统：一种是美国的摩托罗拉公司生产的TACS 制式的移动电话系统（称作A网），其交换机使用的是EMX-250交换机；另一种是爱立信公司生产的TACS制式的移动电话系统（称作B网），其交换机使用的是AXE-10数字程控交换机。1995年元旦实现了A网和B网两系统内的分别联网自动漫游。1996年1月1日又实现了A网、B网两系统的互联自动漫游，从而真正实现了“一机在手，信步神州”。随着数字移动通信系统的发展与普及，模拟蜂窝移动通信系统于 2000年起开始封网，并逐步退出中国电信发展的历史舞台，将频段让给数字蜂窝移动通信系统。目前，我国移动用户数总规模已接近 13 亿，成为世界第一手机大国。

1.2.2 CDMA的发展

CDMA（Code Division Multiple Access）是码分多址的英文缩写，它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。所谓扩频，就是把需要传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端也使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号做相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。

CDMA 技术的出现源于人们对更高质量无线通信的需求。“第二次世界大战”期间，因战争的需要而研究开发出 CDMA 技术，在战争时期广泛用于军事抗干扰通信。1989年 11月，美国 Qualcomm（高通）公司在美国的现场试验证明 CDMA 用于蜂窝移动通信的容量大。CDMA 技术理论上的许多优势在实践中得到了证实，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。1995年，中国香港和美国的CDMA公用网开始投入商用。1996年，韩国从美国购买了 Q-CDMA 生产许可证，开始生产 CDMA 系统设备，组建商用网络。1998年，全球CDMA用户已达500多万，CDMA的研究和商用进入高潮，有人说1997年是 CDMA年。1999年，CDMA 在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增长率高达250%，用户已达 2 000 万。在美国，有 70%的移动通信营运公司选用 CDMA；在韩国，有60%的人口成为 CDMA 用户。2003年年底，中国大陆的CDMA 用户数量已经超过 5 000万。CDMA技术已成为第三代蜂窝移动通信标准的无线接入技术。

在我国，CDMA 技术也有长期军用研究的经验积累。1993年，国家 863 计划已经开展商业领域CDMA蜂窝技术研究。1994年，美国高通公司首先在天津建立技术试验网。1998年，具有 14 万户容量的800MHz 长城 CDMA 商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始商用。1999年4月，国务院批准中国联通统一负责中国CDMA网络的建设、经营和管理。2001年年底，CDMA 网络一期工程容量达 1 515 万用户，覆盖面包括西藏在内的全国 31个省、自治区、直辖市的300个以上地级市。2002年，中国联通“新时空”CDMA网络正式开通。