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基于宽带接入技术的未来几代移动通信

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一、概述
第一代移动通信（1G）始于20世纪70年代 ， 基于模拟技术；第二代（2G）蜂窝通信系统出现在80年代 ， 基于 数字技术 ， 主要用于话音传输和支持电路交换 。如GSM、IS54、PDC IS95、DAMPS等 ， 用户室内数据限于几十Kbps 。IMT2000是在21世纪一开始引入的3G系统 ， 可以提供室内2Mbps和室外144Kbps用户数据速率 ， 但是多媒体的高速接入速度是无限制的 ， 因此3G系统对于多媒体应用还存在局限性 。
本文将讨论第四代和第五代移动通信系统要求 。从广义上讲 ， 4G及4G以后将包括若干个系统 ， 不仅仅限于蜂窝电话系统 ， 还包括许多新的通信系统如宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能运输系统及高空同温层平台基站系统（HAPS） ， 4G用于狭义的蜂窝电话时就是4G蜂窝系统 。
未来几代移动通信必须满足高数据数率、高移动性和无缝覆盖（实现系统间如HDR与CELLAR、HAPS、ITS（智能运输系统）之间的切换 ， 才能达到真正无缝覆盖） ， 各代之间确实难以分清楚界限 。从原理上讲要实现宽带高速数据率和高移动性比较困难 ， 且系统性能（如小区的大小、传输数据率等）极大地取决于频带 。考虑到这些技术因素 ， 未来系统将包括若干个不同的系统 ， 其中一些是专门为提供高速数据率业务的系统 ， 其它则是解决覆盖和移动性问题 。假如能把几个系统集成在另一个系统内 ， 则可能同时提供高速数据和移动性业务 。作为未来的系统有4G蜂窝、宽带无线接入系统、ITS和HAPS系统 ， 这些已经在移动通信界引起了极大的爱好 。未来系统之间的无缝漫游乃是一个极为重要的概念 。这里的无缝漫游将兼有高速数据、高速移动性和宽带固定接续 。
二、未来移动通信系统的业务猜测
一个新的无线系统的开发 ， 其中最重要的是得到必需的频谱 ， 以满足猜测的业务要求 。根据ITU-R TG 8/1对未来业务的猜测和IM2000的需求 ， 针对REGION-3亚洲地区的频谱做了计算 ， 结果见图2 。
从1999至2010年定向话音业务在1G、2G时代是主要业务 ， 而在这期间增长仅1.5倍的用户数和2倍的业务量 。但这并不是在2010年以后就放弃定向话音业务 ， 而是广泛引入多媒体业务话音和多媒体业务 ， 在2010年话音业务和多媒体业务之比将为1：2 （上下行链路） 。假如多媒体业务每年的增长为40% ， 到2015年则是当前水平的23倍 ， 多媒体与话音业务之比10：1 。40%的增长率是以存储器容量、硬盘容量（个人计算机）及CCD数增长为基础测出的 。同时WEBSITE的增长每年也在40% 。
因此ITU-R TG8/1得出的结论是对3G要分配另外的频率才能满足增长的需求 。增加的带宽 ， 2010年初定为160MHz ， 但是所增加的带宽主要取决于每个用户的业务增长比以及2010年后的继续增长 ， 所以对大容量的4G蜂窝系统的研究必须适应2010年后发展的需求 。
三、未来移动通信系统的系统要求
高数据速率传输
3G系统提供室内2Mbps和室外144Kbps数据率 ， 5GHz无线LAN和无线宽带接入在日本（MMAC）、欧洲（HYPERLAN2）、美国（IEEE802.11）兴起 ， 其传输速率将达到2-600Mbps 。4G蜂窝最低目标速度为10-20Mbps ， 对移动车辆至少为2Mbps 。
高移动性
4G蜂窝对移动目标至少提供2Mbps数据速率 ， 尽管实现起来难度较大 ， 但可通过智能运输系统（ITS）实现 。ITS第一阶段将工作在5.8GHz ， 第二阶段将采用毫米波段 ， 提供更高数据速率：50-200Mbps 。
大区域覆盖及各系统之间无缝漫游
由于将来目标数据速率比当前的系统高出2个数量级 ， 因此小区的半径可以缩小 ， 从而使覆盖区域减小 。有人提出采用高空平台站 ， 在离开地面20公里处的同温层用大型空间飞船作为通信平台（HAPS） 。为了提高建筑物穿透性 ， 采用大范围的可变传输速率 。未来的移动通信系统包括室内的无线LAN、室外的宽带接入、ITS系统和HAPS系统 ， 因此至关重要的是不同系统之间的无缝漫游 。

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