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数字无线移动通信标准及演进–1G

到目前为止,移动通信经历5代。自从第二代移动通信开始,每隔10年移动通信的标准、设备、应用以及用户体验都会发生重大改变。在介绍数字移动通信前,首先将第一代移动通信的基本内容做一下简单回顾。

1. 第一代移动通信系统

  • 频分复用(FDMA)

在大哥大时代,并没有1G这个名称,直到2G标准制定后才将2G之前的模拟移动通信称为1G,即第一代移动通信系统(First Generation Mobile Communication System)  。第一代移动移动通信采用频分复用的方式,即FDMA(Frequency-division multiple access),频域经过划分可以分给不同的用户, 第一代移动通信系统多数国家都采用800M/900M频段,如图1所示。由于第一代移动通信采用模拟制式,因此不是数字移动通信。

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图1  频分复用

从图1可以看出将频域空间划分不同的字段分配给不同的用户,实现方式非常简单,这就是我们学习通信系统最常见的频分复用。但与之后的数字移动通信相比,缺点也很明显。

    1. 由于频率资源有限,因此在有限的频率资源下所支持的用户数量非常有限,不能进行移动通信的长途漫游,只能是一种区域性的移动通信系统。
    2. 由于采用模拟调制方式,因此只能支持语音通信,不能支持数据通信,甚至不能进行语音存储,更不说短消息,图片传输等丰富多彩的内容。
    3. 没有加密、解密措施,因此安全不能保证,因此可会出现隐私泄露和商业机密被窃听的可能性。
    4. 没有统一的国际标准,只要国家标准,因此早期的移动通信很难做到国际漫游。
    5. 1G系统的先天不足,使得它无法真正大规模普及和应用,价格更是非常昂贵,成为当时的一种奢侈品和财富的象征。

虽然1G有诸多的缺点,但1G时代蜂窝同的概念却不能不提。正是蜂窝移动通信的使用才使得移动通信得到快速发展。

  • 蜂窝移动通信

如图2所示,在蜂窝移动通信中采用小区划分的方式,避免了多用户之间的频率干扰,以实现频率复用。假设在小区(CELL) C1使用频带F1(带宽为5Mhz),在C1内安排多个用户使用该频带内的频率。但在C2,C3的小区内可以安排F2,F3频段,F1,F2,F3的频率范围相互隔离,因此避开了不同区域频率相互干扰。但在距离上达到一定的范围后,即达到F1的干扰范围之外,可以继续使用F1, 如C7可以继续使用F1频段内的频率,C8可以继续使用F2频段内的频率。采用小区划分的方式有效利用空间换取频带的重复使用,极大扩展了整个移动通讯的频率使用范围。

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图 2 小区划分

采用蜂窝式移动通信后,不仅实现了频率复用,还有效的实现移动中继。如图2所示,当用户在C1逐渐移动边界并接近C2时,手机会同时接收到F1,F2的信号,比较二者的信号质量(SNR),决定是否切换F2频段。当然小区跨界,频率切换涉及到复杂的技术以及系统的管理及收费系统,在后续章节会进行介绍

由于蜂窝系统的出色表现,小区的使用一直延续到当前5G系统。可以预测,将来的移动通信系统将会继续延续使用小区划分的概念,只是小区的功能也更强大,更复杂。

更多关于移动通信的概念与技术陆续推出,敬请期待。

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