移动通信的发展历程以及未来趋势（移动通信的发展历程以及未来趋势）

移动通信的发展历程以及未来趋势（移动通信的发展历程以及未来趋势）除此之外，在古代人们也会利用鸽子的“归巢”能力，来传递书信。即利用鸽子飞的比较快、能够辨认方向等优点来驯化鸽子。虽然这种通信方式方便快捷，携带信息量可以比较大，在拥有一定经济实力的人群中也能够使用。但是在传递的过程中由于鸽子天敌或人为攻击等的存在并不能确保书信能够送到目的地，另外飞鸽传书只能够单向使用，即把它带到其他地方再放飞，让它往家里送信，再者是驯养成本高，不易普及。烽火是我国古代用以传递边疆军事情报的一种通信方法，始于商周，延至明清，相习几千年之久。在边防军事要塞或交通要冲的高处，每隔一定距离建筑一烽火台，利用火与烟传递信息。烽火台是万里长城防御工程中最为重要的组成部分之一。这种通信方式的优点是传播范围大，比较迅速。但是传播的信息量极为有限，只能用于军事，且成本巨大。第一章 古代通信概述通信是人们进行社会交往的重要手段。从古至今，不论是在人们的工作生活中还是在军事领域，通信都发挥着至

前 言

在科学发展突飞猛进，技术创新日新月异的今天，移动通信技术作为信息产业的核心科技得到了空前的发展。它加快了社会信息化环境建设的进程，极大地影响并改变了人们日常生活和工作的方方面面。本文将阐述移动通信的发展历程以及未来的发展趋势。

本文收集整理写作于2018年3月27日，是当初太疯狂，为某人写的论文。在5G技术逐渐成熟的今天，拿出来在这里分享。

目 录

第一章 古代通信概述

通信是人们进行社会交往的重要手段。从古至今，不论是在人们的工作生活中还是在军事领域，通信都发挥着至关重要的作用。

驿传是我国早期有组织的通信方式之一。下图是嘉峪关魏晋壁画墓中的《驿使图》。这幅驿使图再现了当时西北边疆驿使驰送文书的情景，被认为是我国发现最早的古代邮驿的形象资料。驿传在当时的优点是使用范围广，信息携带量大。但是需要无数的人力物力，而且使用者限于朝廷。

烽火是我国古代用以传递边疆军事情报的一种通信方法，始于商周，延至明清，相习几千年之久。在边防军事要塞或交通要冲的高处，每隔一定距离建筑一烽火台，利用火与烟传递信息。烽火台是万里长城防御工程中最为重要的组成部分之一。这种通信方式的优点是传播范围大，比较迅速。但是传播的信息量极为有限，只能用于军事，且成本巨大。

除此之外，在古代人们也会利用鸽子的“归巢”能力，来传递书信。即利用鸽子飞的比较快、能够辨认方向等优点来驯化鸽子。虽然这种通信方式方便快捷，携带信息量可以比较大，在拥有一定经济实力的人群中也能够使用。但是在传递的过程中由于鸽子天敌或人为攻击等的存在并不能确保书信能够送到目的地，另外飞鸽传书只能够单向使用，即把它带到其他地方再放飞，让它往家里送信，再者是驯养成本高，不易普及。

第二章 近现代通信

近现代通信主要是基于电磁感应来实现通信目的。

2.1 电报和电话的诞生

1835年，美国人莫尔斯成功研制出世界上第一台有线电磁电报机。并且能够利用他发明的莫尔斯电码，将信息转换成一串电脉冲传向目的地，再转换为原来的信息。初期的电报只能通过使用架在陆地上的单线式电线通讯，需要通过地面完成回路，传送距离有限，更不能越过海洋。

1895年，意大利人马可尼首次成功收发无线电电报，之后成功进行了英国到法国之间的电报传送。在1902年又首次横越大西洋成功进行无线电通讯。

无线电报的发明使移动通讯成为可能。但由于电报的传送速率十分有限，而且最初只能传送文字，于是电话机便快速发展起来。

世界上第一台电话机是在1875年，由苏格兰青年亚历山大·贝尔发明的。他使用两根导线连接两个在结构上完全相同、在电磁铁上装有振动膜片的送话器和受话器，首先实现两端通话。但通话距离短、效率低。此后，爱迪生也投入到电话机的改良工作中，并于1878年研制出碳精送话器，获得了专利。他的这项发明使电话的性能大大提高。

最初的磁石式电话机需要自备电池和手摇发电机才能发出呼叫信号。于是在1880年到1890年间出现了一种“共电式电话机”，即通话用电源统一由交换机集中提供，属于第一代电话机。这项技术改进大大简化了电话结构，而且使用方便。

自动电话机是在共电式电话机的基础上增加了一只小小的拨号盘和一副脉冲接点，也叫拨号盘式电话机，属于第二代电话机。利用机械旋转拨号盘来完成信号发送，当拨号时号盘自动回转，通过脉冲接点形成脉冲信号而发出脉冲串，脉冲串中的脉冲个数就是对应的拨号数字。但是由于其拨号动作多，脉冲接点易烧坏，导致脉冲参数易发生变化，故其渐渐被按键式电话机所取代。

脉冲按键式电话机是一种以电子电路加导电橡胶按键号盘代替机械旋转号盘的自动电话机，属于第三代电话机。这种电话机的按键号盘发出脉冲比较方便，还附着重拨键“#”和暂停键“*”，它以电子开关形式取代机械脉冲接点来发号。

随着通信技术的发展与更新换代，还出现了音频按键式电话机、无绳电话机、可视电话机、智能手机等等功能更加集成，使用更加方便的通信电话。

2.2 第一代移动通信技术（1G）

从二十世纪20年代至40年代初，移动通信有了初步的发展。

在这期间，主要涉及的技术是频分多址技术（FDMA），即业务信道在不同频段分配给不同的用户。首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的工作频率为2MHz的车载无线电系统。到40年代提高到30至40MHz。

这时的移动通信使用范围非常小，且有着专用系统开发、工作频率较低的特点。主要使用对象是船舶、飞机、汽车等专用移动通信以及运用在军事通信中。由于当时的技术限制，移动通信的设备只是采用又大又笨重且工作效果很差的电子管，只能采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式，接通时间和接通效率非常低。

1G主要系统为美国AMPS制式（高级移动电话系统）和英国TACS制式（全入网通信系统），它们都是典型的模拟蜂窝电话系统。

国内在80年代初期移动通信产业还属于一片空白，直到1987年的广东第六届全运会上，我国邮电部确定以TACS制式作为我国模拟制式蜂窝移动电话的标准，蜂窝移动通信系统正式启动。当第一代移动通信系统在国内刚刚建立的时候，很多人手中拿的还是只能进行语音通话的大块头的摩托罗拉8000X，俗称大哥大。

模拟通信系统缺陷很多，经常出现串号、盗号等现象，另外保密性差，通话质量也不高。与此同时，由于不同国家的各自为政也使得1G的技术标准各不相同，没有“国际标准”，国际漫游成为一个突出的问题。

2.3 第二代移动通信技术（2G）

自20世纪90年代以来，以数字语音传输技术为核心的第二代移动通信系统得到了极大的发展。

2G时代的通信主要采用的是数字的时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术。时分多址，即业务信道在不同的时间分配给不同的用户。码分多址，即所有用户在同一时间、同一频段上根据不同的编码获得业务信道。这时可以传输品质较佳的声音，而且实现了某些其他简单的数字服务，如接收和发送短信等。虽然数据传输速度为每秒9.6到14.4Kbit左右，但是最早的文字简讯也从此开始。

2G时代也是移动通信标准争夺的开始。

GSM（全球移动通信系统）在1990年由欧洲发展出来，但早在1989年欧洲就以GSM为通信系统的统一标准并正式商业化，同时在欧洲起家的诺基亚和爱立信开始攻占美国和日本市场，仅仅10年功夫诺基亚就成为全球最大的移动电话商。

我国从1995年开始建设GSM网络，到1999年底已覆盖全国31个省会城市和300多个地市，到2000年3月全国GSM用户数已突破5000万，并实现了与近60个国家的国际漫游业务。

与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统提高了网络容量，改善了话音质量和保密性，为用户提供数字化的话音业务及低速数据业务，并可以进行无缝的国际漫游。具有保密性强、频谱利用率高、业务丰富、标准化程度高等特点。

但是GSM系统只能进行电路域的数据交换，且传输速率低，难以满足数据业务的需求。因此，推出了GPRS（通用分组无线业务）技术。GPRS是介于2G和3G之间的技术，也被称为2.5G。

从技术上来说，由于使用了“分组”的技术，声音的传送（即通话）继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，下载资料和通话是可以同时进行的，用户上网可以免受断线的痛苦。

GPRS提供端到端的、广域的无线IP连接，实现了从传统语音业务到新兴数据业务的支持，它在原GSM网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网络，向用户提供了网页浏览、收发电子邮件等功能，推动了移动数据业务的初次飞跃发展，实现了移动通信技术和数据通信技术的完美结合。

另外，2G时代对移动通信发展有着重大贡献意义的技术是使用SIM卡作为移动通信用户个人身份和通信记录的载体，也为移动通信管理、运营和服务带来便利。

随着2G用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源已接近枯竭，语音质量还是不能达到用户满意的标准。由于第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，而数据通信速率又太低，无法在真正意义上满足移动多媒体等高速率的业务，于是3G时代开始。

2.4 第三代移动通信技术（3G）

2.4.1 概述

它是在第二代移动通信技术的基础上发展起来的以宽带CDMA技术为主，并能同时提供语音和数据业务的移动通信系统，是一代能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率的先进移动通信系统，因此3G技术有能力提供包括语音、数据、视频、定位等内容丰富的移动多媒体业务。

由于第二代移动通信系统全球标准不统一的弊端，在发展第三代移动通信系统时，ITU（国际电信联盟）从1997年左右开始向全球征集第三代移动通信技术标准的备选提案。我国的大唐电信科技产业集团拥有一项领先世界的无线接入技术SCDMA（同步码分多址），大唐电信的科学家在这一技术的基础上，经国家主管部门批准，向ITU提交了我国的第三代移动通信标准提案：TD-SCDMA。

在2000年5月，ITU确认了三大无线接口标准：欧洲和日本支持的WCDMA标准，美国支持的CDMA2000标准，和由我国大唐集团提出的TD-SCDMA标准。之后，TD-SCDMA又被3GPP（第三代合作伙伴）组织正式接纳，成为全球第三代移动通信网络建设的选择方案之一。

2.4.2 WCDMA技术

WCDMA，全称为Wideband CDMA，即宽带码分多址技术。它是一种3G蜂窝网络，其核心网基于演进的GSM/GPRS网络技术，空中接口则是采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA），大幅度提高了数据传输速率，理论上最高可达2Mbps/s（室内）及384Kbps/s（移动空间），是无线的宽带通讯系统，并且该网络与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。

WCDMA技术采用最新的异步传输模式（ATM），在一条线路上能够允许传送更多的语音呼叫，并且WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。

WCDMA这套系统能够基于现有的GSM网络上，可以较轻易地过渡到3G，因此WCDMA技术具有先天的市场优势。

中国联通使用的3G制式就是WCDMA制式；

2.4.3 CDMA2000

CDMA2000，是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、朗讯、北电和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。

CDMA2000技术是从CDMA One数字标准衍生出来的，沿用了IS-95的主要技术和基本技术思路，如软切换、功率控制技术和GPS同步等。

为了灵活支持移动通信的多种业务，提供可靠的服务质量和更高的系统容量，CDMA2000系统采用了许多新技术和性能更优异的信号处理方式。例如，为解决“远近效应”问题，CDMA2000系统上行链路采用开环、闭环和外环功率控制相结合的技术，能够保证所有信号到达基站时都具有相同的平均功率；为解决同频干扰问题，该系统下行链路则采用闭环和外环功率控制相结合的技术，可以使处于严重干扰区域的移动台保持较好的通信质量，减小对其它移动台的干扰。除此之外，还有FDD（频分数字双工）、多载波技术、同步技术等；

CDMA2000技术可以从原有的CDMA One结构直接升级到3G，建设成本低。

中国电信使用的3G制式就是CDMA2000制式；

2.4.4 TD-SCDMA

TD-SCDMA，全称为Time Division-Synchronous CDMA（时分同步码分多址接入），是我国提出的具有自主知识产权的技术。它是集FDMA、TDMA和CDMA技术优势于一体的移动通信技术，其具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强，辐射低等特点，也被誉为绿色3G。

TD-SCDMA标准采用了TDD（时分双工）技术。上下行使用相同频率，方便地实现了上/下行链路间的灵活切换，实现了所有3G对称和非对称业务，以满足不同的业务要求。

TD-SCDMA标准采用了智能天线（SDMA）技术。在该系统中，基站系统通过数字信号处理技术与自适应算法，使智能天线动态地在覆盖空间中形成针对特定用户的定向波束，充分利用下行信号能量并最大程度地抑制了干扰信号。基站通过智能天线可在整个小区内跟踪终端的移动，这样终端得到的信噪比得到了极大的改善，提高了业务质量。

同时TD-SCDMA标准还将同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，提高了频谱利用率，增加了对业务支持的灵活性、频率的灵活性以及降低了成本等。

2006年1月20日，TD-SCDMA标准已经被宣布为中国的国家通信标准。

中国移动使用的3G制式就是TD-SCDMA制式；

2.5 第四代移动通信技术（4G）

2.5.1 概述

第四代移动通信技术是集3G与WLAN于一体的4G网络技术，能够快速传输高质量的音频、视频和图像等数据。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式的移动通信技术。

2.5.2 发展历程

2001年12月至2003年12月，移动通信运营商展开对Beyond 3G/4G蜂窝通信空中接口技术的研究，完成了该技术无线传输系统的核心硬、软件研制工作，并进行了相关传输实验，向ITU提交有关建议；

2004年1月至2005年12月，研究人员对Beyond 3G/4G空中接口技术研究已达到相对成熟的水平，已进行与之相关的系统总体技术研究（包括与无线自组织网络、游牧无线接入网络的互联互通技术研究等），完成联网试验和演示业务的开发，建成具有Beyond 3G/4G技术特征的演示系统，向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准；

2006年1月至2010年12月，研究人员完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场试验。

2010年，海外主流运营商开始规模建设并运用4G技术；

2013年，“谷歌光纤概念”开始在全球发酵，给全球4G网络建设再次添柴加火。同年12月4日，我国正式向三大运营商发布4G牌照，中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照，

2014年1月，京津城际高铁成为全国首条实现了移动4G网络全覆盖的铁路，在300公里时速的高铁场景下实现数据业务的高速下载。原有的3G信号也得到增强。

截至2015年12月底，全国电话用户总数达到15.37亿户，其中移动电话用户总数13.06亿户，4G用户总数达3.86225亿户，4G用户在移动电话用户中的占有率为29.6%。

2.5.3 特点

数据传输速度快，通信质量高。第三代移动通信系统数据传输速率可以达到2Mbps，而第四代移动通信系统传输速率可达到20Mbps，甚至可高达100Mbps，这种传输速度相当于2009年最新手机传输速度的1万倍左右，是第三代手机传输速度的50倍。此外4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。

智能程度高、增值服务多。智能不仅表现在采用的智能信号处理技术，能够针对各种不同条件的复杂环境进行数据收发，提升系统适应性和灵活性，还表现在手机上面。我们现在使用的4G手机不仅能够传输语音，随时随地进行高质量的通信，而且更能够像一位贴身管家一样根据环境、时间、位置以及其他设定的因素适时提醒手机的主人应该要做什么事情，或者不该做什么事情。我们可以在手机上通过使用不同的应用程序来进行观看电视节目、收听广播、浏览新闻、网上购物、娱乐以及管理财富等过去根本无法想象的服务。

此外第四代移动通信技术还有系统容量大、费用便宜等特点。

2.5.4 关键技术

● 正交频分复用技术（OFDM）。

这是一种无线环境下的高速传输技术。该技术的工作原理是：在高速串行数据流经串/并转换后，分割成大量的低速数据流，每路数据采用独立载波调制并叠加并行发送，接收端依据正交载波特性分离多路信号。

如下图，传统的频分复用技术（FDM）需要在载波间保留一定的保护间来减少不同载波间频谱的重叠，从而避免各载波间的相互干扰；而OFDM技术的不同载波间的频谱是重叠在一起的，各子载波间通过正交特性来避免干扰，有效地减少了载波间的保护间隔，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。但OFDM的主要缺点是功率效率不高。

● 发射分集技术。

该技术是多天线技术之一。通常用于对抗衰落、提高链路可靠性。

无线通信技术面临的最主要问题是时变的信道衰落。为减少信号的衰落效应，使用一副以上的天线上发射携带同样信息的信号，并将发射信号设计成在不同的信道中保持独立的衰落，在接收端再对各路径信号进行合并，从而减少衰落的严重性。

由于基站的复杂度较移动台端限制少，且天线有足够空间，因此通常在基站端采用多副天线进行发射分集提高下行性能，在接收端采用一副天线进行接收。而且发射分集能够实现同一发射信号使多个移动台获得发射增益（支持点对多点发射），而传统的接收分集的发射增益只是针对一个移动台。

发射分集技术有三种，分别是延迟发射分集、循环延迟发射分集和切换发射分集技术。

延迟发射分集，即系统中的发送端使用多个天线进行传输，人为地在不同的天线上为发射信号引入不同延迟，使各个延迟路径的信号在统计意义上相互独立。该发射分集技术将空间分集转化为频率分集，利用频率分集增益，降低系统的差错概率。但是延迟发射分集会造成码间干扰，因此接收机端必须采用能够抑制码间干扰的均衡算法。

循环延迟发射分集，即系统中各个天线支路的信号经过循环移位后并行发送。该发射分集技术适用于分块传输的系统，如OFDM等。由于各天线支路的信号间不存在真正的延迟，因而不会产生码间干扰的问题，循环偏移量也不会受到循环前缀长度的限制。对于接收端而言，循环移位仅相当于等效信道的变化，因此不增加接收机的复杂度。

切换发射分集，即按照时间或者频率模式进行发射天线的切换。

● 多输入多输出技术（MIMO）。

该技术是多天线技术之一。利用多发射、多接收天线进行空间分集。它采用分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高了容量。

在MIMO系统中，基站会采用相同时频域资源与多个用户同时通信。MIMO技术利用多天线提供的空间自由度分离用户，各个用户可以占用相同的时频资源，同时发射端的信号处理算法也会抑制多用户之间的信号干扰，通过时频资源复用方式有效地提高了系统的抗衰落和噪声性能，提高小区平均吞吐量。

因此，在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏的今天， MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。

● 链路自适应技术。

链路自适应技术，一方面准确有效地获得当前信道环境参数，以及判断出采用什么样的信道指示参数能够更为有效和准确地反映信道的状况；另一方面自适应地对传输参数进行调整，其中包含对调制方式、编码方式、冗余信息、发射功率以及时频资源等参数的调整，用以克服或者适应当前信道变化带来的影响。

传统的链路自适应技术主要针对时域而言。随着移动通信的不断发展，无线网络系统的宽带化、OFDM技术以及多天线技术的应用，链路自适应技术也从一维扩展到二维甚至多维，动态调整包括时域、频域和空间域在内的各种传输参数以适应信道的变化。

● 基于IP的核心网

移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，同已有的移动网络相比，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN（公共交换电话网络）兼容。

核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络（CN）协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

第三章 移动通信的未来趋势

3.1第五代移动通信技术（5G）

3.1.1 概述

第五代移动通信技术是未来移动通信技术的下一个发展方向之一，也是4G之后的延伸。

5G网络具有更高的速率、更宽的带宽，其理论下载速度将达到GB/s的水平，这对于物联网尤其是互联网汽车等对网络速度有着更高要求的产业来说，无疑是非常合适的，同时这些产业的蓬勃发展也将成为推动5G网络发展的重要因素。

5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G技术将来不仅能够支持智能手机这样的设备，还能够支持智能手表、智能家庭电器等设备。作为比4G更为先进的技术，5G技术的数据传输速度更快、能够支持更丰富的多媒体业务，例如3D电影、VR技术以及超高画质节目等，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。

从行业应用看，5G具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。

3.1.2 发展历程

2013年2月，欧盟宣布将拨款5000万欧元，加快5G移动技术的发展，计划到2020年推出成熟的标准。

2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布已成功开发第5代移动通信（5G）的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。

2013年11月6日，中国华为技术有限公司宣布将在2018年前投资6亿美元对5G技术进行研发与创新，并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。

2014年5月8日，日本电信运营商NTT DoCoMo 正式宣布将与爱立信、诺基亚、三星等六家厂商共同合作，开始测试凌驾现有 4G 网络 1000 倍网络承载能力的高速 5G 网络，预计在2015年展开户外测试，并期望于 2020 年开始运作。

2015年3月1日，英国《每日邮报》报道，英国已成功研制5G网络，并进行100米内的传送数据测试，数据传输高达125GB/s，并称于2018年投入公众测试，2020年正式投入商用。

2015年9月7日，美国移动运营商Verizon无线公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。

2016年3月，工信部副部长陈肇雄表示：5G是新一代移动通信技术发展的主要方向，是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比，不仅将进一步提升用户的网络体验，同时还将满足未来万物互联的应用需求。

2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。

2017年11月15日，工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》，确定5G中频频谱，能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求。

2017年11月下旬中国工信部发布通知，正式启动5G技术研发试验第三阶段工作，并力争于2018年年底前实现第三阶段试验基本目标。

2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。

2017年12月，发改委发布《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，要求2018年将在不少于5个城市开展5G规模组网试点，每个城市5G基站数量不少50个、全网5G终端不少于500个。

2018年2月23日，在世界移动通信大会召开前夕，沃达丰和华为宣布，将在西班牙合作采用非独立的3GPP 5G新无线标准和Sub6GHz频段完成了全球首个5G通话测试。

2018年2月27日，华为在MWC2018大展上发布了首款3GPP标准5G商用芯片巴龙5G01和5G商用终端，支持全球主流5G频段，包括Sub6GHz（低频）、mmWave（高频），理论上可实现最高2.3Gbps的数据下载速率。

3.1.3 关键技术

● 超密集异构网络

超密集无线异构网络被公认为是大幅提升无线网络容量、解决蜂窝网所面临的1000倍数据量挑战最富有前景的一种5G组网技术。

该网络是由负责基础覆盖的宏基站和承担热点覆盖的低功率小基站，并融合多种无线接入技术（如5G、4G、UMTS、Wi-Fi等），在空间中以极度密集部署的方式组合而成的一种全新的网络形态。

稀缺的频谱资源和宝贵的能量资源是每一代无线通信技术向前演进的最大桎梏。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。

超密集组网技术虽然能有效地解决大幅度提升蜂窝网络频谱效率的需求，但令人遗憾的是，网络的超密集部署也带来了前所未有的能量开销。随着节点间距的减少，越发密集的网络部署将会使得网络拓扑更加复杂，从而更容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。另外由于小基站较小的覆盖范围会导致高速移动用户频繁切换，降低用户体验。

因此，成熟的超密集组网技术必须要解决不同业务在网络中的实现、各种节点间的协调方案、网络的选择、抗干扰以及节能配置方法等问题。

● 大规模MIMO技术

智能终端的迅速普及将移动数据业务需求推至前所未有的水平，从而导致频谱资源的严重短缺以及频谱效率亟待提升等问题。

MIMO技术提高了无线信号传输的空间自由度，从而提高了无线接入网络的频谱效率与信道容量。但是传统的MIMO技术并不能满足当代呈指数上涨的无线数据及通信需求，而且还面临着计算复杂度高，回程链路建设成本高、延时高等令人头疼的问题。于是提出了大规模MIMO技术。

传统TDD（时分双工）网络的天线基本就是2、4或8天线，而在大规模MIMO技术中，将极大提高基站天线的数目，达到了64、128甚至256天线，但用户终端采用单天线通信的方式。该技术不必大面积更新用户的终端设备，只需要对基站进行改造，就能够大幅度提高网络容量、提高系统的频谱利用率。

传统的MIMO可以称之为2D-MIMO，实际信号在做覆盖时，只能在水平方向移动，信号类似一个平面发射出去，而大规模MIMO是在信号水平维度空间基础上引入垂直的空域进行利用，信号的辐射状也是电磁波束，使得波束能量可以聚焦对准到很小的空间区域，极大提升了空间分辨率。

因为天线数量众多，因此由波束成形形成的信号叠加增益将使得每根天线只需要以小功率发射信号，从而避免使用昂贵的大动态范围功率放大器，使得射频前端可以采用低线性度、低成本和低功耗的功放，大大降低了系统部署成本。同时大量天线的使用，使得阵列增益大大增加，从而有效地降低发射端的功率消耗，显著改善无线系统的能耗效率。

在基站天线数量趋近于无穷时，通常严重影响通信系统性能的热噪声和不相干的小区间干扰将可以被忽略不计，而且得益于大数定理，信号产生的快衰落将会被有效地平均，产生信道硬化作用，从而以极大概率避免了用户陷于深衰落，大大缩短了空中接口的等待延迟，简化了调度策略；

值得一提的是，与大规模天线形成完美匹配的是5G的另一项关键技术：毫米波。毫米波拥有丰富的带宽，可是衰减强烈，而大规模天线的波束成形正好弥补了其短板。

● 毫米波通信

随着基站天线规模的增加，能够在有限的空间内部署更多的天线也要求通信的波长不能太长。

毫米波的频段一般是30GHz到300GHz，属于高频段，波长范围10到1毫米。它以直射波的方式在空间进行传播，波束很窄，具有良好的方向性。由于足够量的可用带宽，较高的天线增益，毫米波技术可以支持超高速的传输率，且波束窄，灵活可控，可以连接大量设备，尤其在短距离通信中有着广泛的应用前景。

毫米波容易被大气吸收且降雨时衰减严重，所以通信距离较短，但是由于频段高，干扰源很少，所以传播稳定可靠。另外毫米波的波束窄，具有很强的抗干扰能力，空气对毫米波的吸收作用，也会减小对相邻基站间的干扰。因此毫米波通信是一种典型的具有高质量、恒定参数的无线传输信道的通信技术。

毫米波对沙尘、烟雾和等离子等的穿透能力比大气激光和红外强得多。使得毫米波通信具有较好的全天候通信能力，保证持续可靠工作。

毫米波通信即使在考虑各种损耗与吸收的情况下，在大气窗口的这些会使毫米波传播受到衰减较小的特殊频段附近，也能提供135GHz的带宽，因此在频谱资源紧缺的情况下，采用毫米波通信能够很有效的提升通信容量。

目前对毫米波的应用主要有地面上的点对点通信和卫星的通信。地面通信一般用于对保密要求较高的接力（中继）通信中。毫米波本身就具有很强的隐蔽性和抗干扰性，同时由于在大气中的衰减和使用小口径天线就可以获得极窄的波束和很小的旁瓣，所以对毫米波通信的截获和干扰变得非常困难。卫星通信一般使用大气损耗极大的5mm（60GHz）波段，使得地面无法对卫星通信内容进行监听，星际空间由于大气极为稀薄而不会造成信号的衰落。

● FBMC（滤波组多载波技术）

在OFDM（正交频分复用技术）系统中，各个子载波在时域相互正交，它们的频谱相互重叠，因而具有较高的频谱利用率。但是无线信道的多径效应使得符号间产生干扰。为了消除符号间干扰，在符号间插入保护间隔：一般是符号间置零，即发送第一个符号后停留一段时间，不发送任何信息，接下来再发送第二个符号。这样虽然减弱或消除了符号间干扰，但由于破坏了子载波间的正交性，从而导致了子载波之间的干扰。因此，OFDM系统不能采用这种方法，而通常是由CP（循环前缀）充当保护间隔。CP是系统开销，不传输有效数据，从而降低了频谱效率。

FBMC采用一组并行的子带滤波器对多载波信号进行滤波。这一组滤波器由同一个原型低通滤波器调制而来。该滤波器要满足奈奎斯特无码间干扰定理，而且把旁瓣压得很小，因此这个滤波过程造成了相对OFDM额外的计算复杂度。

FBMC不采用CP对抗符号间干扰和载波间干扰，而是依赖于OQAM（偏移正交调制）。不过，使用OQAM会由于在信道估计的时候造成污染，就使得FBMC与多天线技术结合困难，需要进一步研究。

3.2量子通信

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式，属于量子论和信息论相结合的研究领域。

在量子力学里，两个粒子在经过短暂时间彼此耦合之后，单独影响其中任意一个粒子，会不可避免地影响到另外一个粒子的性质，尽管两个粒子之间可能相隔很长一段距离，这种关联现象称为量子纠缠。

但是如何制造量子纠缠？纠缠态的制备和操控一直是量子信息领域的研究重点。世界上普遍利用晶体中的非线性过程来产生多光子纠缠态，其难度会随着光子数目的增加而指数增大。这个制造过程可以简单的描述为：“一束紫外激光被发射到一种特殊的晶体。接着，该晶体会释放一对偏振方向相反的纠缠光子。”

2000年，美国国家标准局在离子阱系统上实现了四离子的纠缠态。

2004年，合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部的研究人员打破了这一纪录，在国际上首次成功实现五光子纠缠的操纵。

2005年底，美国国家标准局和奥地利因斯布鲁克小组分别宣布实现了六个和八个离子的纠缠态，并且一直保持着这个纪录。

中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究组在郭光灿院士的领导下成功制备出八光子纠缠态——GHZ态，并进一步利用产生出的纠缠态完成了八端口量子通信复杂性实验。实验结果超越了以往界限，展示了量子通信抗干扰能力强、传播速度快的优越性。研究工作于2011年11月22日在线发表在《自然·通讯》上。

获取到具有纠缠态的量子，就需要将这“同一个系统”中的两个粒子分发到两个不同的地方，即量子分发。然后进行量子状态操纵。

1997年，奥地利塞林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证。

2004年，奥地利该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功地将量子“超时空穿越”距离提高到600米。但由于光纤信道中的损耗和环境的干扰，量子态隐形传输的距离难以大幅度提高。

2005年，中国科学技术大学潘建伟、彭承志等研究人员的小组在合肥创造了13公里的自由空间双向量子纠缠“拆分”、发送的世界纪录，同时验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。

2007年，由奥地利、英国、德国等国研究人员组成的小组，创造了量子通信领域中通信距离达144公里的最远记录。

2017年6月15日，《科学》杂志以封面论文形式报道了中国“墨子号”量子卫星首次实现上千公里量子纠缠的消息，相较于此前144公里的最高量子传输距离纪录，这次跨越意味着绝对安全的量子通信离实用又近了一步。

2018年2月，中国实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态，荣获科技部2017年度中国科学十大进展。

之所以说量子通信可以有效解决信息安全问题，是因能收到量子密码的接收机的量子信号一定是与发送量子密码的发送机的量子是“同一系统中”的量子，其它接收机是不可能接收到这一编码的。当有人试图去接收量子密码，则根椐量子纠缠的原理，这一密码系统马上就“崩溃”了，所以“破译”量子密码也无从谈起。

因此在常规的电子通讯信号前加上量子密码，就可实现量子保密通讯了。

第四章 结论

移动通信技术的发展不仅拉近了人与人之间的距离，也极大促进了社会的发展与进步，提高了人们的生活水平和生活质量。

在我们前面，有太多的科研人员对移动通信技术的方方面面进行了详尽的研究和论述。而自己由于知识面比较窄，对专业知识和先进技术的了解还不够深入，并不可能像专业人员那样进行比较细致的论述，我所能做的也只是最大限度的查阅更多的资料文献，搜集分析并总结前辈们留下来的宝贵的知识和精神财富。

这篇论文的题目是《移动通信的发展历程以及未来趋势》，该论文通过讲述移动通信技术从古至今的发展历程以及未来的发展趋势，向读者展现了一幅源远流长、不断进步和生生不息的移动通信发展之路。

通过这篇论文的写作，我也更加认识到移动通信技术发展之路的艰辛。没有前辈们千千万万次的失败和教训，怎么能够换来我们现在生活的惬意和舒适呢？时代的一次次发展，就是建立在技术的一次次更新换代之上。科学技术永远是推动社会进步的第一生产力。

在今后的生活与工作中，我会更加关注移动通信的技术变革与应用，更多的阅读相关技术书籍，深化知识体系，以期望达到更深层次的理解，能够在所从事的领域有着自己的思考，并可以得出自己的见解。

参考文献

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[2] 顾琰 孙俊岭 沈连丰 《第三代移动通信系统及其关键技术》 通讯世界1998-11

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[4] 田飞 《4G移动通信关键技术》 中国新通信 2012-11

[5] 张昌勇 《4G到5G--浅析移动通信技术的发展前景》 现代营销 2016-5

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[7] 王军选 《未来移动通信系统及其关键技术》 通信技术 2009

[8] 张平 《未来移动通信中的关键技术》 中国无线通信 2002-12

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