移动通信技术发展史

原创 老徐的技术专栏 2023-10-16 23:06

随着移动通信技术的发展,手机很早就渗入了人们生活的各个维度,人们从利用手机打电话、发短信、拍照,到如今利用手机进行导航、玩游戏、看高清视频,手机已经占用了大多数人日常生活的绝大部分时间,也带动了移动互联网的蓬勃发展,如果说选择一件产品来作为人类21世纪的前30年科技消费品的代表,手机当之无愧,而追溯手机的发展历程,更是人类波澜壮阔的通信发展史。

                              20世纪最伟大的工程师——香农

从香农提出信息论开始,二十世纪六十年代由美国贝尔实验室等单位提出了蜂窝的概念和理论,但是由于受到硬件的限制,七十年代才开始正式向产业化发展,而在1978年贝尔实验室的科学家在芝加哥实验成功了AMPS系统(1G制式),正式拉开了人类通信变革轰轰烈烈的征程。

手机在1G时代实现了移动通话,2G时代实现了短信、数字语音和手机上网,3G时代带来了图文并茂的移动互联网,4G时代推动了移动视频的发展,5G时代支持虚拟现实、增强现实以及高清视频传输,有望实现真正的万物互联,而6G则将会把天地一体化通信网络推到民用市场。从1G到6G,通信技术更新换代越来越快,技术的快速发展有效的促进了通信产业的多元化发展,为通信设备商、芯片商、通信运营商、软件制造商、终端厂商等产业上下游带来的良好的发展机遇。

1、1G时代

第一代移动通信采用模拟调制的方式,它有个更加广为流传的名字,叫“大哥大”,该系统采用FDMA频分多址接入方式,每个信道25KHZ,我国在1987年引进该系统,不过模拟通信网络先天不足,通信容量小、多媒体业务少,在2001年被正式淘汰。

所谓的FDMA,即频分多址。我们知道无线电通信时划分频段的,不同的通信系统占用不同的频段,比如我国的FM调频广播,其频段为88MHZ~108MHZ,而不同的广播可以使用该频段内的不同频点,用户想要收听不同的广播电台,只需要把收音机调谐到该电台所对应的频点就可以了,这就是FDMA。

但是这种接入方式非常有限,我们知道,每个电台都有一定的带宽需求,而为了保证不同电台之间不会相互干扰,电台和电台之间的最小频率间隔必须大于电台的带宽,我国规定,FM广播电台的带宽是200KHZ,换言之,FM广播电台之间的最小频率间隔也必须大于200KHZ,那么对于一个城市或者地区而言,可以同时存在的最大电台数不能超过100个:

(108MHZ-88MHZ)÷200K=100

对FDMA的移动通信用户来说,存在同样的问题。

2、2G时代

第二代移动通信系统泛指各种数字通信系统,我国采用GSM制式,基于FDMA+TDMA的混合多址接入方式,俗称“全球通”,GSM系统在20世纪90年代在欧洲研制成功,并在1993年,我国正式引进。

此后,中国联通上马了CDMA网络,并从第一代的CDMA95系统快速演进到2.5G的CDMA2000,相比较于CDMA95,CDMA2000主要在数据业务上有所增强,需要说明一点,CDMA2000有时也被称为第三代移动通信系统,不过主流的看法还是认为其是介于2G和3G之间的系统,不过后来联通又停运了CDMA2000,全面专向WCDMA。

2G技术的主要代表是TDMA,前面我们已经知道FDMA所能容纳的用户数量是有限的,那么如何改进呢?假设一个小区有1000个注册用户,系统采用FDMA接入方式,最多可以支持100个用户同时通信,可以想象,一般情况下,1000个注册用户同时通信的可能性是很小的,平均下来,同时通信的用户数量可能也就20~30个。

但是,对于这1000个用户来说,他们随时可以通话,于是在他们看来,系统所能支持的最大用户数量就是1000,而不是100,于是大家选择在不同的时间通信,系统的等效容量就可以从100上升到1000。进一步演化这个概念,就产生了所谓的TDMA多址接入技术,即采用时分技术实现多址接入。假定现在有两个人在通信,并让他们占据同一个频点,我们可以把时间切片,划分为一个个短小的时隙片段,并设定第一个人在时间片slot1进行通信,而第二个人在slot2上进行通信,并让slot1和slot2反复切换,只要时间片足够短,同时通信的两个人就感觉不到时间片存在切换现象,好像自己独占了信道一样。

3、 3G时代

3G时代有多种制式,但是基本核心都是基于CDMA的多址接入技术,CDMA的技术基本都掌握在高通手中。

目前,我国的3G有三种制式,分别是中国移动的TD-SCDMA、中国联通的W-CDMA,以及中国电信的CDMA2000-EVDO,3G相比较于2G,主要区别是3G可以提供更多的数据业务、更高的小区容量等等。

CDMA(码分多址)是一种更加高级的接入方式,在CDMA系统中,不同用户传输信息靠的不是频率不同,也不是靠时隙,而是靠不同的编码序列,如果从频率域和时域同时观察,多个CDMA用户的信号是重叠的,用户所发射的载波既受到基带数字调制,也受到地址码调制,接收时,只有明确配置地址码的接收机,才能解调出相应的基带信号,而其他的接收机,因为地址码不同,无法解调出信号。

4、4G时代

和3G类似,4G时代也包含多个标准,包括LTE、wimax、HSPA+,以及在LTE和wimax基础上升级的LTE-Advanced和wirelessMAN-Advanced,实际上,获得广泛商用的是LTE标准,它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。

OFDM为正交频分复用,该技术是把一个总信道划分为若干个子信道,然后将高速数据信息分组在这些子信道上调制并进行低速并行传输,为了让接收端可以从这些子信道上正确解调出原始信号,要求各个子信道的载波频率相互正交,因此OFDM的本质是多载波传输,数学上可以用FFT(快速傅里叶变换)实现,相比于3G技术普遍使用的CDMA扩频通信方式,OFDM具有码间干扰小(子信道相干带宽大于信号带宽)、频带利用率高(子信道载波频率相互正交)、功率控制简单的优点,缺点是OFDM对发射机的线性度的要求更高。

MIMO即多输入多输出技术,该技术在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使得信号同时通过发射端和接收端的天线传送和接收。移动通信信道有两个显著的特点:一是衰落,即接收信号强度忽强忽弱,变化迅速;第二个是多径,即信号可能由建筑物、地面、山丘等物体多次反射,通过不同的路径到达接收端。而MIMO技术利用空间资源,在发送端通过多根天线发射、接收端通过多根天线接收,然后利用软件算法将接收到的信号进行合并,通信质量就大为改善。

进一步,LTE标准又分为FDD(频分双工)和TDD(时分双工)两种模式。

FDD的上下行链路分别占用不同的频率(上下行间隔190MHZ),用来保护频段来分离发送和接收信道,因此,FDD的带宽比较大,在支持对称业务时能够充分利用上下行的频谱资源;但是在支持非对称业务时,频谱利用率大为降低。

TDD上下行链路则工作在同一个载波上,用时间来分离发送和接收信道,因此,相对于FDD模式,TDD的带宽稍小,传输速率会慢一点,但是对于非堆成业务时(比如下载时下行数据量会远远大于上行),可以动态的分配信道资源,并且灵活的使用那些不适合FDD模式的零散信道,对于信道的利用率会更高。

目前,中国移动采用TDD模式,又称为TD-LTE,而联通和电信在3G时代采用的WCDMA和CDMA2000技术的基础上,演进到了LTE-FDD标准。在全球范围而言,FDD占据了90%的市场份额。

5、5G时代

在1G时代有FDMA,2G时代有TDMA,3G时代有CDMA,4G时代有OFDMA,而在5G时代,面对多样化的性能场景需求,很难还像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案,其技术创新主要来源于无线技术和网络技术两个方面:

在无线技术领域,大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点;在网络技术领域,基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的新型网络架构已取得广泛共识。

此外,基于滤波的正交频分复用(F-OFDM)、滤波器组多载波(FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通(D2D)、多元低密度奇偶检验(Q-ary LDPC)码、网络编码、极化码等也是5G重要的无线关键技术。

老徐的技术专栏 专注于手机、IOT等领域的高速PCB电路、基带、RF以及BSP领域的开发知识的分享。
评论
  • 概述 说明(三)探讨的是比较器一般带有滞回(Hysteresis)功能,为了解决输入信号转换速率不够的问题。前文还提到,即便使能滞回(Hysteresis)功能,还是无法解决SiPM读出测试系统需要解决的问题。本文在说明(三)的基础上,继续探讨为SiPM读出测试系统寻求合适的模拟脉冲检出方案。前四代SiPM使用的高速比较器指标缺陷 由于前端模拟信号属于典型的指数脉冲,所以下降沿转换速率(Slew Rate)过慢,导致比较器检出出现不必要的问题。尽管比较器可以使能滞回(Hysteresis)模块功
    coyoo 2024-12-03 12:20 70浏览
  • 11-29学习笔记11-29学习笔记习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-02 23:58 51浏览
  • 当前,智能汽车产业迎来重大变局,随着人工智能、5G、大数据等新一代信息技术的迅猛发展,智能网联汽车正呈现强劲发展势头。11月26日,在2024紫光展锐全球合作伙伴大会汽车电子生态论坛上,紫光展锐与上汽海外出行联合发布搭载紫光展锐A7870的上汽海外MG量产车型,并发布A7710系列UWB数字钥匙解决方案平台,可应用于数字钥匙、活体检测、脚踢雷达、自动泊车等多种智能汽车场景。 联合发布量产车型,推动汽车智能化出海紫光展锐与上汽海外出行达成战略合作,联合发布搭载紫光展锐A7870的量产车型
    紫光展锐 2024-12-03 11:38 65浏览
  • 最近几年,新能源汽车愈发受到消费者的青睐,其销量也是一路走高。据中汽协公布的数据显示,2024年10月,新能源汽车产销分别完成146.3万辆和143万辆,同比分别增长48%和49.6%。而结合各家新能源车企所公布的销量数据来看,比亚迪再度夺得了销冠宝座,其10月新能源汽车销量达到了502657辆,同比增长66.53%。众所周知,比亚迪是新能源汽车领域的重要参与者,其一举一动向来为外界所关注。日前,比亚迪汽车旗下品牌方程豹汽车推出了新车方程豹豹8,该款车型一上市就迅速吸引了消费者的目光,成为SUV
    刘旷 2024-12-02 09:32 98浏览
  •         温度传感器的精度受哪些因素影响,要先看所用的温度传感器输出哪种信号,不同信号输出的温度传感器影响精度的因素也不同。        现在常用的温度传感器输出信号有以下几种:电阻信号、电流信号、电压信号、数字信号等。以输出电阻信号的温度传感器为例,还细分为正温度系数温度传感器和负温度系数温度传感器,常用的铂电阻PT100/1000温度传感器就是正温度系数,就是说随着温度的升高,输出的电阻值会增大。对于输出
    锦正茂科技 2024-12-03 11:50 66浏览
  • 遇到部分串口工具不支持1500000波特率,这时候就需要进行修改,本文以触觉智能RK3562开发板修改系统波特率为115200为例,介绍瑞芯微方案主板Linux修改系统串口波特率教程。温馨提示:瑞芯微方案主板/开发板串口波特率只支持115200或1500000。修改Loader打印波特率查看对应芯片的MINIALL.ini确定要修改的bin文件#查看对应芯片的MINIALL.ini cat rkbin/RKBOOT/RK3562MINIALL.ini修改uart baudrate参数修改以下目
    Industio_触觉智能 2024-12-03 11:28 41浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2024-12-02 10:40 102浏览
  • 戴上XR眼镜去“追龙”是种什么体验?2024年11月30日,由上海自然博物馆(上海科技馆分馆)与三湘印象联合出品、三湘印象旗下观印象艺术发展有限公司(下简称“观印象”)承制的《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕。该体验项目将于12月1日正式对公众开放,持续至2025年3月30日。双向奔赴,恐龙IP撞上元宇宙不久前,上海市经济和信息化委员会等部门联合印发了《上海市超高清视听产业发展行动方案》,特别提到“支持博物馆、主题乐园等场所推动超高清视听技术应用,丰富线下文旅消费体验”。作为上海自然
    电子与消费 2024-11-30 22:03 86浏览
  • RDDI-DAP错误通常与调试接口相关,特别是在使用CMSIS-DAP协议进行嵌入式系统开发时。以下是一些可能的原因和解决方法: 1. 硬件连接问题:     检查调试器(如ST-Link)与目标板之间的连接是否牢固。     确保所有必要的引脚都已正确连接,没有松动或短路。 2. 电源问题:     确保目标板和调试器都有足够的电源供应。     检查电源电压是否符合目标板的规格要求。 3. 固件问题: &n
    丙丁先生 2024-12-01 17:37 83浏览
  • 作为优秀工程师的你,已身经百战、阅板无数!请先醒醒,新的项目来了,这是一个既要、又要、还要的产品需求,ARM核心板中一个处理器怎么能实现这么丰富的外围接口?踌躇之际,你偶阅此文。于是,“潘多拉”的魔盒打开了!没错,USB资源就是你打开新世界得钥匙,它能做哪些扩展呢?1.1  USB扩网口通用ARM处理器大多带两路网口,如果项目中有多路网路接口的需求,一般会选择在主板外部加交换机/路由器。当然,出于成本考虑,也可以将Switch芯片集成到ARM核心板或底板上,如KSZ9897、
    万象奥科 2024-12-03 10:24 37浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦