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通信技术发展综述刘雨生

发表时间：2020/5/21 来源：《基层建设》2019年第34期作者：刘雨生

[导读] 摘要：无人超市、智慧城市、无人驾驶技术、智慧医院等等都是通信与垂直行业的有机结合为我们创造了一个美好的科技世界。

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        摘要：无人超市、智慧城市、无人驾驶技术、智慧医院等等都是通信与垂直行业的有机结合为我们创造了一个美好的科技世界。本文将阐述通信技术的发展历程，带领大家一起回顾一下世界通信技术从无到有，从简单到复杂的这一历程。
        关键字：通信、智能、科技、发展、历程
        一、通信技术发展历程
        1.1蜂窝式移动电话的诞生（1G时代）
        1978年，贝尔实验室研究了移动电话系统并成功建成了蜂窝状移动通信网络[3]。蜂窝状移动通信系统存在带宽或干扰受限等问题， 1G通信系统使用模拟传输，采用调频，通话质量非常差，传输速率极低更没有通话安全可言，电话语音的交流内容甚至用收音机都可以听到。第一代移动通信有多种制式，我国于1987年11月引入，主要采用的是英国的TACS系统，在广东省建成并投入商用。
        1.2第二代移动通信（2G时代）
        时代的步伐总在不断地前进，科学家们为了克服1G通讯频率不够用、易遭窃听、容易受到雷击等等缺点，发明了数字移动通信系统即实现了传输信号的A-D转换，从数模结合的信号传输变成了纯数字信号的传输，这又是科技的一大进步。加快了移动通行技术的发展。美国提出IS-54和IS-95两个数字标准，第一个CDMA商用系统在实践中的诸多优势使得其在世界各地得到迅速发展。
        2G通信相比1G通信的各个方面都得到了加强，2G通话质量得到提高通话内容具有一定的保密性同时容量增大，干扰减小还可以实现省内的自动漫游。
        1.3第三代移动通信（3G时代）
        3G是通信事业发展的一个分水岭，在其之前的2G与其之后的4G两者有着天壤之别。3G以全球通用为出发点，统一通信标准和制式以实现真正意义上的全球覆盖和全球漫游，并提供更宽带宽、更为灵活的业务。
        3G的演进路线主要有两种：欧洲倡导的UMTS演进路线和美国倡导的cdma2000演进路线。我们这里主要讨论美国倡导的cdma2000演进路线，对于cdna2000演进路线，其1G/2G/2.5G都有商用网络。在中国、韩国和北美等国家和地区，有很多运营商都开通了cdna2000的商用网络，例如，中国联通和SK电信等。但是采用的都是cdna2000 1X方式，其速率并没有达到3G目标。因此，也有人把这一时期的cdna2000系统称做第2.5代移动通信系统。有很多的不足之处，比如分支之间的相互兼容性、频谱利用率过低，支持的传输速率不够高等等。
        1.4第四代移动通信系统（4G时代）
        4G是第四代移动通信技术的英文缩写[1]。4G是基于IP、具有超过2Mbps的非对称数据传输能力、在移动环境下速率将达到100Mbps、在静止环境下速率将达到1Gbps以上、能够支持下一代网络的各种应用（如移动高清电视），并且能在固定和移动之间方便切换的技术[2]。它是继第三代移动通信技术以后的又一次无线通信技术演进，主要包括LTE和LTE-Advance两个阶段。那么4G通信是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路[3]。与传统的通信技术相比，4G通信技术具有更高的传输速率、更低的传输延时，且频谱使用效率更高，系统部署更加灵活，并向下兼容多种模式。
        4G通信将是一个比3G通信更加完美的新无线世界，它将创造出许多消费者难以想象的应用。

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4G手机可以提供高性能的流媒体内容，也可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个桥梁[6]。4G能够集成不同模式的无线通信—能够与其他多种无线接入网络进行互操作，移动用户可以自由地从一个无线接入网络，有着不可比拟的优越性。当然，4G在技术上并不是颠覆性的革命，4G是继第三代移动通信技术以后的又一次无线通信技术演进，它并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的技术来不断提高无线通信的频谱效率和丰富无线通信功能。智能终端在4G时代有了质的改变，具有超强的生命力。
        1.5第五代移动通信系统（5G时代）
        5G是现有技术演进与补充性新技术的融合。5G采用以用户体验为中心的方式，而非以往以技术为中心的方式，通过集成多种无线接入方式，提供好的用户体验，满足用户的不同需求”。显然，5G将以用户体验为中心，架构新一代移动通信网络。
        全新的应用场景和商业模式：5G不单单是一次技术上的演进，更将受益于通信、计算机及垂直行业相互融合带来的乘法效应，彻底革新无人驾驶、数字医疗、VR、智能家居等众多行业，引爆全新的应用场景和商业模式。这种5G为行业带来的基因突变式的进化，英特尔称之为“5G”进化论。在此之前，通信和计算机是相互独立存在的，无线网络主要以连接“人”为核心进行设计。5G时代无线网络连接的对象变成了机器人、无人驾驶汽车、，城市、无人超市等等智能化的物。英特尔院士、通信与设备事业部的技术专家吴耕谈到，“只有当通信与计算机的关系发生质的改变，全球通信平台才能从端到端实现跨越式的提升。5G是无线通信与计算机开始深度融合的第一代，一切才刚刚开始”。
        5G通信与以往技术的差别：一直以来，我们主要是用中频~超高频进行手机通信的，随着1G、2G、3G、4G的发展使用的频率是越来越高的。因为频率越高，速度越快，频段就越宽。而5G通信的第一个特点—毫米波，频率越高那么5G的覆盖能力会大幅减弱。覆盖同一片区域，需要的基站数量将大大超过4G。5G通信的第二个特点—微基站。基站有两种，微信基站和宏基站。前者小后者很大，以前建一个大基站覆盖一个区域，以后会是一个区域建立无数个小基站。基站越小，数量越多，覆盖就越好，速度就越快。5G通信的第三个特点—天线。天线长度与波长成正比，大约在十分之一左右。频率越高，波长越短，天线也就跟着变短了！毫米波，天线也就变成毫米级。这就意味着天线完全可以塞进手机的里面，甚至可以塞很多个。Massive MIMO(多进多出)，多个天线发送，多个天线接收。以前的基站，天线的数量有限，5G时代天线的数量将会大幅度增加，以“天线阵列”来计算。不过天线之间的距离也不能太近，因为天线的特性要求，多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。在基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能根据手机的移动而转变方向这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空间中提供更多的通信链路，极大的提高了基站的服务容量。
        二、结束语
        科技总是在不断进步，我们有幸见证了这一切的发生，我们享受科技给我们带来的便利。1G到4G的发展之路，是众多科学家共同努力的结果。展望未来的5G通信技术，我们看到的是一个全新的运营模式，将颠覆传统行业的观念与垂直行业融合，形成一个有机整体。
        参考文献
        [1]现代移动通信技术（刘肖强、邓宪法）国防工业出版社.
        [2]移动通信基础第二版（杨家伟、盛名、刘强编著）电子工业出版社.
        [3]5G科技的革命（刘强、曹丽娜主编）国防工业出版社.