GSM数字移动通信发展史.docx
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GSM数字移动通信发展史
第一章通信系统概述
教学目标：
学员在学完本章以后，应该掌握以下内容：
✧了解到移动通信发展的过去和现状
✧掌握第三代移动通信发展状况
✧了解目前通信运营商的基本情况
✧清楚了工程操作规范和施工安全守则
一、GSM的发展历程及下一代通信的发展趋势
1、GSM系统历史背景
GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。
蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛使用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。
直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS（先进的移动电话业务）模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT（Nordic移动电话）系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。
见表1-1。
表1-11991年欧洲主要蜂窝系统
国家
系统
频带
建立日期
用户数（千）
英国
TACS
900
1985
1200
瑞典、挪威
芬兰、丹麦
NMT
450
900
1981
1986
1300
法国
Radiocom2000
NMT
450,900
450
1985
1989
300
90
意大利
RTMS
TACS
450
900
1985
1990
60
560
德国
C-450
450
1985
600
瑞士
NMT
900
1987
180
荷兰
NMT
450
900
1985
1989
130
奥地利
NMT
TACS
450
900
1984
1990
60
60
西班牙
NMT
TACS
450
900
1982
1990
60
60
蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。
其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：
1. 各系统间没有公共接口；-----系统标准化
2. 很难开展数据承载业务；------
3. 频谱利用率低无法适应大容量的需求；
4. 安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。
尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游，对客户之间造成很大的不便。
GSM数字移动通信系统史源于欧洲。
早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。
当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。
为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。
在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组＼GroupSpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。
1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。
1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。
同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。
和此同时还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。
1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。
1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1systemforMobilecommunications）。
从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。
同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCSI800系统。
该系统和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DCSI800之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为GSM系统。
1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。
到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50％。
1993年欧洲第一个DCS1800系统投入运营。
到1994年已有6个运营者采用了该系统。
2、移动通信的发展状况及未来
移动通信是当代通信领域内发展最快，市场前景最好的部分。
从８０年代以来，移动通信技术已经从第一代（模拟系统）和第二代（GSM）的发展，达到通信领域市场容量的４０％至５０％，成了国际上最受重视的领域，从1995年到2000年，中国移动通信用户年平均增长率接近100％，中国移动电话用户增至1.37亿户，（截止到2001年10月）飞速发展的市场，不仅引来了世界上最新的通信产品，而且也使中国成为通信技术创新最活跃的国家之一。
信息产业部副部长说，根据“十五”规划，中国移动通信产业将保持百分之二十以上的年平均增长速度，到二００五年末，中国内地移动电话用户数将超过二点六亿。
通信网络规模和用户数均居世界第二位。
我们都已目睹了近几年来技术领域的快速发展以及由此而带来的种种益处。
这些发展必将继续下去。
２０世纪９０年代，无线技术以一种堪称“难以置信”的方式得到发展。
如果说过去几年的发展是振奋人心的，未来的发展也将更加如此。
随着技术的进步，移动通信正朝着能提供语音、数据、多媒体信息通信为一体的第三代（3G）网络演进。
第三代移动通信的发展已成为全球通信设备制造商和电信营运商所关心的热点。
它将影响到今后十年通信网和通信服务的发展。
对设备制造商，则是数以万亿美元计的巨大市场。
对我国来说，则是我国民族科技和民族产业在移动通信领域突起的一个极好的机遇。
如3G这样的发展正是这一深刻转变的要素。
在这种转变中，令人眩目的机遇接踵而至。
3、3G的发展趋势
●何为第三代移动通信系统（3G）
所谓第三代移动通信系统，是泛称能够将语音通信和多媒体通信相结合的新一代移动通信系统，其可能的增值服务将包括图像、音乐、网页浏览、电话会议以及其他一些信息服务。
第三代移动通信系统完全是通信业和计算机业相融合的产物，和此前的移动通信系统相比差别实在是太大了，因此越来越多的人开始称呼这类新的移动通信产品为“个人通信器”：
●第三代移动通信系统（3G）的发展历史
ITUTG8/1早在1985年就提出了第三代移动通信系统的概念，最初命名为FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统），后在1996年更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunications2000）。
第三代移动通信系统的目标是：
世界范围内设计上的高度一致性；和固定网络各种业务的相互兼容；高服务质量；全球范围内使用的小终端；具有全球漫游能力；支持多媒体功能及广泛业务的终端。
为了实现上述目标，对第三代无线传输技术（RTT）提出了支持高速多媒体业务（高速移动环境：
144Kbps，室外步行环境：
384Kbps，室内环境：
2Mbps）、比现有系统有更高的频谱效率等基本要求。
第三代移动通信标准发展大事记
1985年，未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）概念被提出。
1991年，国际电联正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制订工作。
1992年，国际电联召开世界无线通信系统会议（WARC），对FPLMTS的频率进行了划分，这次会议成为第三代移动通信标准制订进程中的重要里程碑。
1994年，ITU-T和ITU-R正式携手研究FPLMTS。
1997年初，ITU发出通函，要求各国在1998年6月前，提交候选的IMT-2000无线接口技术方案。
1998年6月，ITU共收到了15个有关第三代移动通信无线接口的候选技术方案。
1999年3月，ITU-RTG8/1第16次会议在巴西召开，此次会议确定了第三代移动通信技术的大格局。
IMT-2000地面无线接口被分为两大组，即CDMA和TDMA。
ITU-RTG8/1巴西会议结束不久，爱立信和高通达成了专利相互许可使用协议。
1999年5月，国际运营者组织多伦多会议上30多家世界主要无线运营商以及十多家设备厂商针对CDMAFDD技术达成了融合协议。
1999年6月，ITU-RTG8/1第17次会议在北京召开，这次会议不仅全面确定了第三代移动通信无线接口最终规范的详细框架，而且在进一步推进CDMA技术融合方面取得了重大成果。
1999年10月，ITU-RTG8/1最后一次会议将最终完成第三代移动通信无线接口标准的制订工作。
2000年，ITU将完成第三代移动通信网络部分标准的制订。
●我国在3G的发展情况
我国移动通信从80年代后期以来，已成为拥有千万用户的世界第三大网，并以每年30％以上的速度发展。
但在过去的第一代和第二代移动通信技术和设备生产方面，落后于国际上大公司。
我国在第二代移动通信领域仅有市场优势，而无技术优势，造成我国市场几乎被外国产品占领的被动局面，而且国外在我国提走上百亿美元的技术提成费。
在面对第三代移动通信的挑战时，我们再不能容忍这种现象的重演，必须要下决心研究并生产出具有自己知识产权的第三代移动通信系统。
世界移动通信领域的现状为我们发展第三代移动通信提供了大好机会。
目前国际上各大公司均致力于从事第二代系统的完善和推广使用，对于第三代系统只是进行方案论证和初步试验。
ITU从1999年开始才真正着手进行通信协会标准的制定，这就为我国提供了创新机会，以形成自己的知识产权。
中国第三代移动通信的研究始于1997年。
1997年7月，中国第三代移动通信评估协调组（ChEG）成立。
1999年1月，由信息产业部、国家计委、巨龙、大唐电信、中兴通讯、华为等8家企业联合投资组建的第三代移动通信系统总体组的研发工作正式启动，初期投资近3亿元人民币。
目前的主要任务应当是：
一是努力抓紧抓好第三代移动通信系统的标准化工作，根据ITU建议的IMT－2000功能和物理模型，力争使我国未来的第三代移动通信有创新性，并适应未来国际新技术的发展。
二是尽早对第三代移动通信系统中有关终端设备、接入和互通设备、交换和传输设备以及网络管理设备进行研究和开发。
完成必要的技术人才储备，力争使我国未来开发的第三代移动通信产品拥有国内甚至国外市场。
需尽早研究的项目：
第三代移动通信标准化研究、第三代移动通信手机研究、第二代到第三代过渡系统的开发、第三代移动通信核心网络安全技术研究、适配和互通设备研究、定位技术及业务提供方法研究。
●第三代无线移动通信系统方案及关键技术
第一、二代蜂窝移动通信系统是针对传统的话音和低速率数据业务的系统。
而在未来的
“信息社会”，图象、话音；数据相结合的多媒体业务和高速率数据业务的业务量将超过传
统的业务量。
因此现在的蜂窝移动通信系统不仅远远不能满足未来用户的业务需求，而且随
着用户数量的猛增，也将远远不能满足用户容量的发展需要。
另外，随着‘信息高速公路”
的建成，公共陆地网传输的许多业务，也将和移动通信系统接口。
所以对于新一代的移动和
个人通信系统即第三代和个人通信系统的研究和发展日益成为电信领域的一个新热点。
第三代移动通信系统的技术方案
第三代移动通信系统是指能够满足国际电联（ITU）提出的IMT－2000系统要求的新一代
移动通信系统。
IMT－2000系统的基本特征是：
·全球范围设计的高度兼容性；
·IMT－2000中的业务和固定网络的业务兼容；
·高质量；
·手机体积小，具有全球漫游能力；
·使用的频段为1.9GHz;
·移动终端可以连接地面网和卫星网，可移动使用也可固定使用；
·无线接口的类型应尽可能的少，而且具有高度的兼容性。
根据ITU的要求，目前世界上各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代移动通信系统方案。
将这些方案归纳起来，主要有三种：
1、以日本DoCoMo公司、瑞典Ericsson和芬兰Nokia等为首提出的W－CDMA2、以美国Lucent、Motorola等公司提出的cdma2000;3、以欧洲西门子、阿尔卡特等公司等提出的TD－CDMA。
1．W－CDMA系统的无线接口基本参数为：
·扩频方式：
可变扩频比4～256的直扩；
·载波扩频速率：
4.096MChip／s；
·每载波带宽:
5MHZ；
·载波速率:
16Kbit／S～256Kbi/s;
·帧长度：
10ms；
·时隙长度:
O.625ms；
·调制方式：
QPSK
·功率控制：
开环十自适应闭环
2．Cdma2000系统的无线接口参数为：
·载波带宽：
5MHZ；
·扩频方式：
采用直接扩频或多载波扩频；
·扩频速率：
3.6864Mchip/S；
·扩频码长度：
可根据无线环境和数据速率而变化；
·帧长度:
20ms和5ms；
·时隙长度:
125ms；
·调制方式下行QPSK，上行BPSK
·功率控制：
开环十闭环
3．TD－CDMA系统的无线接口参数为：
·每载波带宽：
L6MHZ；
·每载波时隙数：
8个；
·帧长度:
4.615ms；
·时隙长度：
577；
·单位时隙信道数：
8个；
·单位时隙传信率:
8／16Kbit／S；
·特征码扩频码长度:
16bit；
·单位载波信道数：
64个
由这三种技术方案的无线接口参数可以看出，它们之间的差别还是很大的。
尽管如此
，总体说来，在第三代移动通信系统中采用CDMA技术已达成共识。
因此，世界各大电信公司在提出自己的第三代移动通信系统方案的同时，在系统研制上也进行了大量的工作。
目
前，美国的Lucent、Motolora和Qualcomm公司、加拿大的北方电讯、韩国的三星和现代
以及日本的松下电器等公司均已研制出了符合W－CDMA或cdma2000标准的部分或全部CDMA系统设备。
第三代CDMA技术已经成为世界移动通信领域的前沿。
第三代移动通信系统的关键技术很多，现主要介绍以下几种：
1多载波技术
多载波MC－CDMA是第三代移动通信系统中使用的一种新技术。
多载波CDMA技术最早是在1993年的PIMRC会议上由Berkeley的J.P.Llnnartz，N.Yee,G.Fett和德国的K.Fazel，L.Papke分别提出来的。
目前，多载波CDMA作为一种有着良好使用前景的技术，已吸引了越来越多的人员对此进行研究，并且在cdma2000标准和IMT－2000的研究计划中，都已经有了一些对基于MC－CDMA的第三代移动通信系统方案的探讨。
2．智能天线技术
智能天线技术是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术。
它
利用天线阵列的波束会成和指向，而产牛多个独立的波束，以自适应地调整其方向图以跟
踪信号的变化；同时对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，以提高接收信号的载于比，
增加系统的容量和频谱效率。
智能无线的特点是能够以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻
塞和掉后等性能的提高。
3．软件无线电技术
软件无线电技术是AMPS、TACS、GSM、CDMA等新技术和标准不断出现、DSP处理速度不断提高和价格不断下降的产物。
软件无线电将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将AD转换器尽量靠近RF前端，利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等，从而为2G系统向3G系统过渡，提供了一个无缝隙的解决方案。
4．多用户检测技术
在CDMA系统中，由于码间不正交，会引起多址干扰（MAI）。
多批干扰限制了系统的容量。
为消除多址干扰的影响，人们提出了利用其它用户的已知信息去消除多址干扰的多用户检测技术。
多用户检测技术分为两大类：
线性多用户检测和相减去干扰检测。
在线性多
用户检测中，对传统的解相关器软输出的信号进行一种线性的映射（变换）以产生新的一
组有希望提供更好性能的输出。
在相减去干扰检测中，产生对干扰的预测并减去。
●第三代移动通信系统的无线接口标准
10月25日到11月5日在芬兰赫尔辛基召开的ITUTG8/1第18次会议最终通过了IMT-2000无线接口技术规范建议（IMT.RSPC）。
最终确立了IMT-2000所包含的无线接口技术标准。
这次会议的最主要的结论是，通过了IMT-2000无线接口技术规范建议（IMT.RSPC）。
将无线接口的标准明确为以下5个标准：
CDMA技术：
IMT-2000CDMADS对应WCDMA
IMT-2000CDMAMC对应cdma2000
IMT-2000CDMATDD对应TD-SCDMA和UTRATDD
TDMA技术：
IMT-2000TDMASC对应UWC-136
IMT-2000FDMA/TDMA对应DECT
上述5个名称，ITU又进一步简化为IMT-DS、IMT-MC、IMT-TD、IMT-SC和IMT-FT。
见下图，可以说IMT-2000的地面无线接口标准有5个标准构成。
图1IMT-2000地面无线接口标准
下面对三个CDMA技术做简要说明：
IMT-2000CDMADS（IMT-DS）:
IMT-2000CDMADS，是3GPP的WCDMA技术和3GPP2的cdma2000技术的直接扩频部分（DS）融合后的技术，仍称为WCDMA。
此标准将同时支持GSMMAP和ANSI-41两个核心网络。
IMT-2000CDMAMC（IMT-MC）:
IMT-2000CDMAMC，即cdma2000。
在融合后，只含多载波方式。
即1X、3X、6X、9X等。
此标准也将同时支持ANSI-41和GSMMAP两大核心网。
IMT-2000CDMATDD（IMT-TD）:
IMT-2000CDMATDD目前实际上包括了低码片速率TD-SCDMA和高码片速率UTRATDD（TD-CDMA）两个技术。
目前两个技术的物理层完全分开，分别采用我国CWTS和3GPP的两套技术规范。
2层和3层基本相同。
目前这两个技术虽然已经进行了部分关键内容的融合，包括：
（1）码片速率3.84Mcps和1.28Mcps（3.84Mcps的1/3）；
（2）层2、层3基本一致，采用3GPP的技术规范，定义了部分兼容互可（hooks），以便制定兼容TD-SCDMA的相应扩展协议（extension）
应该说，目前的两个CDMATDD技术既没有融合为一个标准，也不是两个完全不同的标准。
已经具备了进一步融合的基础，需经过技术上的协调之后，使二者最大程度地融合之后，才可称为融合的CDMATDD标准。
所以说CDMATDD的融合工作正进入关键时期，估计在2000年全部完成。
●第三代移动通信系统的基本特征及演进策略
第三代移动通信的特点和基本特征
第三代移动通信区别于现有的第一代和第二代移动通信系统，其主要特点概括为：
·全球普及和全球无缝漫游的系统：
第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。
它将使用共同的频段（尽管WRC分配给IMT-2000使用的1885-2025MHz,2110-2200MHz，但在美国部分频段已用于PCS。
目前的230MHz频段只是IMT-2000计划频谱的一部分，ITU即将完成扩展频谱的规划），全球统一标准。
·具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务：
现有的移动通信系统主要以提供话音业务为主，随着发展一般也仅能提供100kb/s-200kb/s的数据业务，GSM演进到最高阶段的速率能力为384kb/s。
而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。
它应能支持从话音到分组数据到多媒体业务；应能根据需要，提供带宽。
ITU规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足在以下三个环境的三种要求。
即:
快速移动环境，最高速率达144kb/s
室外到室内或步行环境，最高速率达384kb/s
室内环境，最高速率达2Mb/s
·便于过渡、演进：
由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应和固定网兼容。
·高频谱效率。
·高服务质量。
·低成本。
·高保密性。
面对当前移动通信网络的升级换代，运营者需要对已有的网络进行“平滑过渡”，通信标准的制订者为此设计出一条尽可能平滑的演进路线，以满足运营商的需求。
随着网络技术的不断发展和用户对新业务的需求，移动通信网络目前正处于从2G经2.5G升级到3G的演进阶段。
具体到在中国GSM网络，它将首先引进GPRS技术以支持有限分组数据业务（2.5G），下一步将演进到以WCDMA为接入手段的UMTS网络（3G），以满足移动用户对多种业务（语音、数据、多媒体等）的随时、随地的消费需求。
面对这种情况，运营者既要进行网络技术升级以开拓新的市场，又要保护已有投资，也就是人们通常所说的“平滑过渡”。
通信标准的制订者为此设计出一条尽可能平滑的演进路线：
在不触及已有GSM语音网络基本结构的基础上，GPRS只另加了一个分组交换域，而在无线接入端则直接把分组数据放进GSM的时隙结构里，从而避免了现有接入网络的硬件变动。
二、通信运营商的介绍
●中国移动通信集团公司
中国移动通信集团公司（简称"中国移动"），于2000年4月20日成立，中国移动通信集团公司注册资本为518亿元人民币，资产规模超过3200亿元，员工11万多人。
中国移动通信集团公司在国内18个省（自治区、直辖市）设有全资子公司，全资拥有中国移动（香港）集团有限公司，由其控股的中国移动（香港）有限公司在国内13个省（自治区、直辖市）设立全资子公司，并在香港和纽约上市。
中国移动主要经营移动话音、数据、IP电话和多媒体业务，并具有计算机互联网国际联网单位经营权和国际出入口局业务经营权。
除提供基本话音业务外，还提供传真、数据、IP电话、信息点播、手机银行、全球通WAP等多种增值业务，拥有"全球通"、"神州行"、"移动梦网"等著名服务品牌，网号"139、138、137、136、135"已家喻户晓。
中国移动在我国移动通信大发展的进程中，始终发挥着主导作用，并在国际移动通信领域占有重要地位。
经过十多年的建设和发展，中国移动已建成一个覆盖范围广、通信质量高、业务品种丰富、服务水平一流的综合通信网络。
网络已经覆盖全国绝大多数县（市），主要交通干线实现连续覆盖，城市内重点地区基本实现室内覆盖，GSM移动电话交换容量达到1.37亿户，客户总数超过9900万户（截止到2001年10月），和70多个国家的130多家移动通信网开通了国际漫游业务，网络规模和客户规模列全球第一。
●中国电
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