摘 要:本文值移动通信诞生100年之际,对移动通信的发展历程作了较详细的介绍,并对当代移动通信的发展趋势及其产品开发的特点作了分析,最后对未来移动通信的发展领域,以及对移动通信的理想目标——个人通信进行了阐述。
关键词:移动通信,模拟蜂窝系统,数字蜂窝系统,个人通信网,发展历程
1 移动通信100年的发展历程
1899年11月美国“圣保罗”号邮船在向东行驶时,收到了从150公里外的怀特岛发来的无线电报,莫尔斯电码的嘀嘀嗒嗒声象婴儿呱呱落地的第一声啼声,向世人宣告一个新生事物——“移动通信”诞生了。1900年1月23日在波罗的海霍格兰岛附近的一群遇难渔民,通过无线电呼叫而得救,移动通信第一次在海上证明了它对人类的价值。紧接着1901年英国蒸汽机车装载了第一部陆地移动电台。1903年底莱特驾驶自己的飞行器,开创了航空新领域,飞机更需要通信来保证飞行,于是移动通信这个20世纪的同龄人便相继在海、陆、空起步了。
现代社会有三大基础结构,即:
.运输——转移人和物
.能源——传递能量
.通信——传递信息
通信作为人类社会的“神经系统”,不论是对物质文明还是对精神文明的建设,都具有深远的影响。当代社会基础结构真正重大的变革不在运输与能源,而将发生在通信,使人类文明迈入知识经济的信息社会。可以说移动通信是20世纪运输与通信二者高度发展相互结合的产物。它与固定通信相辅相成,同为整个通信领域的重要组成部分。世界的本质是运动的,生命在于运动,凡是运动的事物无不需要信息。我们生活在一个“运动”的社会,移动体与移动体之间、移动体与固定体之间无不需要交流信息。随着交通工具特别是汽车的迅速发展,移动业务急剧增长,移动通信经过100年的开拓,相继在海、陆、空以至水下、地下和深空都发展起来了,使得它已成为门类繁多、用途广泛的一大新兴产业。
从使用环境来分:主要有陆地移动通信、水上移动通信和航空移动通信,作为特殊使用环境还有地下(如隧道矿井)、水下(如潜艇)和深空(如航天)移动通信。
从用户对象来分:主要有公众移动通信、专业移动通信和军事移动通信。
从交通工具来分:有汽车、坦克、火车、船舶、潜艇、飞机和航天飞行器等的移动通信,还有个人便携移动通信等等。
移动通信一百年的发展历程,大体经历了三个阶段:
.初期的军政机要移动通信阶段;
.进而发展至民用专业移动通信阶段;
.70年代末国际上出现的蜂窝汽车电话标志着发展到了公众移动通信的新阶段。
纵观移动通信的发展就象数据通信一样,都是从专业网开始,只有技术和规模都达到相当程度后,才发展公众网。初期出现的船舶电报、列车调度电话、汽车应急电话、航空电台以及战术电台等等,无一不是某一业务部门自成体系的专业移动通信网。而公众移动通信网是在第二次世界大战以后才逐步发展起来的,80年代才日益成熟,从此移动通信的制造业和运营业都以空前的速度增长。
近20年来移动通信在微电子技术基础上与计算机技术密切结合正在产生革命性的飞跃,各种新技术,如fdma、tdma、cdma层出不穷。一代又一代的新系统不断涌现,短短的20年间,第一代模拟移动通信系统已广泛应用,第二代数字移动通信系统正日益普及,第三代全球综合移动通信系统也已在母腹躁动,即将面世。预计到2010年,在所有通信设备销售额中移动通信设备将居于首位。值此世纪之交,我们有必要回顾昨天,总结历史;把握今天,迎接挑战;展望明天,规划未来。
2 移动通信不同侧面的发展过程和动向
回顾移动通信已经走过的百年历程,沿着历史的轨迹我们可以观察到移动通信的22个不同侧面有如下的发展过程和未来动向:
.频段——由hf、vhf到uhf以至毫米波;
.带宽——由窄带到宽带;
.调制方式——由调幅、调频、单边带到数字调制;
.通信方式——由单工单信道对讲到双工多信道共用;
.多址方式——由fdma、tdma到cdma;
.传输方式——由模拟到数字;
.传输速率——由低速到高速;
.通信业务——由通话为主增加数据、图像到多媒体业务;
.通信规模——由单机到系统,由专线到网络;
.网络结构——由单一网到多区网;
.网络制式——由大区制到蜂窝小区制;
.移动速度——由静止、步行、典型车速到高速、航空以至卫星;
.传播环境——由地面室外环境、室内环境、室外至室内环境到卫星环境;
.系统覆盖——由有限服务区、国内服务区、区域服务区至全球服务区;
.通信环境——由水上、陆地再空中到陆海空一体化以至地下、水下和深空;
.通信容量——由小容量、中容量、大容量到超大容量以至满足全球个人通信的需求;
.通信用户——由军政机要用户、业务用户到公众用户,亦即由专业网到公众网;
.移动终端——体积由人背马驮至便携、手持以至袖珍;重量由几十公斤、几公斤、几百克以至几十克;
.器件——由电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路至超大规模集成电路与微处理器;
.设备——由硬件为主到硬件+软件以至软件为主;
.制造——由单件、小批量、批量到大规模生产;
.运营——由一家专营到多家竞争。
总之,移动通信技术正在以前所未有的速度迅速向前迈进。尤其是第三代移动通信,将真正实现无线通信和宽带通信的激情碰撞,为未来的市场创造出巨大的空间。
3 移动通信的特点和要求
移动通信由于要保持行人、汽车、船舶和飞机等移动体不间断的通信联络;因此,只能使用无线通信这种传输手段。而固定通信则可使用有线和无线各种传输手段。
移动通信由于它是用于全球的表层和空间,会遇到各种恶劣的地形、环境和气候,因此,要求通信装备必须能适应严酷的使用条件。由于它是用于非通信专业的人员,如司机、士兵和普通老百姓,因此,要求移动终端必须便于使用,易于维护。
而固定通信则可以安装在具有良好条件的固定设施内,可以有技术水平较高的专业人员来保障通信的正常运行。
由于移动通信上述特点,移动通信设备必须满足如下一些使用技术要求:
(1)必须作到轻、小、省、牢、便;
(2)必须抗拒酷暑、严寒、狂风、暴雨等恶劣气候条件;
(3)必须适应山岳、丛林、沙漠、河海、高空等三维空间的不同环境条件;
(4)既可车载船装,又能背负手持,要经得起各种移动体的安装机械条件;
(5)要在移动通信特有的多普勒频移、瑞利衰落、阴影和点火噪声等变参传播条件下,确保“动中通”;
(6)要在工业密集、交通繁忙的市区,频率拥挤、干扰严重的电波环境下,达到电磁兼容;
(7)要在收、发、频合、微机、电源及天馈等部件密集的小空间,满足机内的电磁兼容;
(8)要有强大的系统开发能力,以适应科技进步的加速,促使电子信息产品更新换代的加快;
(9)要有强大的设备制造能力,以满足社会各方面对移动通信器材量大面广的要求。
移动通信的这些特点,以及需要满足的使用技术要求如此苛刻,使得要保证“动中通”的移动通信较“静中通”的固定通信难得多。因此,移动通信系统所能达到的水平,往往综合体现了整个通信技术已经发展的高度。例如单边带大型电台早在20年代即已应用于点对点的固定通信,而单边带移动电台却迟至60年代才在技术上发展到可以实用。又如卫星通信,60年代即已用于远距离地球站之间的固定通信,而海事移动卫星通信则迟至1976年,至于陆地车载卫星通信直到1983年才开始实现。由此可见移动通信技术的难度。
4 全球移动通信大发展的20年
70年代末移动通信发展到了以蜂窝汽车电话为标志的公众移动通信新阶段,从此全球移动通信市场获得了大发展。80年代随着各种模拟蜂窝系统在各国的扩展,欧洲感到制式五花八门,不能兼容互通,适应不了欧洲共同体的需求,于是组织开发了泛欧gsm数字蜂窝系统。美国则感到模拟amps制式的容量不能适应发展的需求,从扩容并兼容的观点开发了采用tdma技术的d-amps数字蜂窝系统;为进一步扩大容量,又推出了采用cdma技术的数字蜂窝系统。全球移动电话用户数据爱立信公司预测如表1:
表 1
年度 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2003
用户数(亿) 0.87 1.37 2.05 2.85 3.80 4.8 6.05 8.3
增长率(%) 57 50 39 33 26 59 19
近10年来各种低、中、高轨道卫星移动通信系统方案纷纷提出,借以解决全球覆盖、三维空间的个人移动性,为达到个人通信的理想奠定基础。全球卫星移动电话用户数根据预测2010年可达2300万户。
与此同时,无线寻呼从512bit/s、1200bit/s低速向6400bit/s的高速发展,并利用卫星进行广域寻呼、全球联网。全球无线寻呼用户数,1990年为2300万个,1994年猛增到7000万个,1996年已突破1亿。在过去5年间,世界无线寻呼用户增长率保持在33%,预计到2000年用户将达到3.38亿,其中亚太地区的用户将增至2亿。
无绳电话也由ct0、ct1等模拟制式进入dect、phs及pacs等全数字制式,并从单机发展到公众接入网。全球无绳电话用户数现已达到1亿,dect主要在欧洲获得了发展,phs前两年在日本以异乎寻常的高速度在普及,至1996年底竟达500万用户,到1997年中达顶峰700万户。pacs以其技术的先进性,正在美国兴起,台湾也在积极开发。
专业调度移动通信也制定了数字无中心通信系统与数字集群通信系统标准,apco25、iden、fhma和tetra等不同制式陆续投入运营。这一切构成了当前的第二代移动通信系统,近三年来获得了大发展。
国内企业在移动通信领域同交换机相似出现群体突破,与国外的差距也正在逐步缩小,而且其速度比交换机更快。1999年,大唐、华为、中兴、金鹏等自主开发的gsm系统先后步入产业化的发展阶段。现已广泛地应用于全国十多个省、市、自治区,并承担了全国移动骨干智能网和骨干信令网的建设任务。此外,普天等公司在cdma领域也取得了突破性进展。民族移动通信工业的崛起,不仅打破了国外设备垄断中国市场的局面,而且为技术持续创新提供了应用基础和投资保障,并能够根据运营业的实际不断推出更为全面、先进和贴近中国需求的产品和技术。这种创新和需求将使民族移动通信产业逐步进入良性循环的轨道。