2G

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(The 2nd Generation,簡稱2G)

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2G的概述

  由於第一代模擬移動通信系統存在著許多的不足和缺陷,因此,人們開始探索更新的移動通信技術。進入80年代後期,大規模集成電路、微型電腦、微處理器和數字信號處理技術的大量應用,為開發數字移動通信系統提供了技術保障,從此,移動通信技術進入了其發展的第二個時期——2G時代。

  2G全稱第二代無線通信技術,一般定義為無法直接傳送如電子郵件、軟體等信息;只具有通話、和一些如時間日期等傳送的手機通信技術規格手機簡訊SMS(Short message service)在2G的某些規格中能夠被執行。2G在美國通常稱為PCS(Personal Communications Service)。

2G的主要採用技術[1]

  第二代移動通信系統是引入數字無線電技術組成的數字蜂窩移動通信系統,它主要採用窄帶碼分多址技術制式(CDMA)和時分多址技術制式(TDMA)。採用CDMA制式的為美國的IS-95CDMA,而採用TDMA制式的主要有歐洲的GSM、美國的D—AMPS和日本的PDC三種。行動電話已由模擬轉向數字發展,包括GSM和CDMA制式的數字行動電話正在世界範圍內高速發展。

  美國的D-AMPS是在原有的AMPS基礎上發展起來的一種數字動通信技術。1989年美國電信產業協會TIA(Telecommunication Industry Association)完成了技術標準的制定工作,1993年開始投入商業應用。日本的個人數字蜂窩系統PDC(Personal Digital Cellular)T1990年由日本的電波產業協會ARIB(Association Radio Industriesand Businesses)確定技術標準,1993年3月投入商業運用。

  1982年,歐洲成立了GSM(移動通信特別組),任務是制訂泛歐移動通信漫游的標準。GSM本來是歐洲成立的一個移動通信小組的簡稱,這個小組在歐洲的蜂窩移動通信方面做了大量的工作,他們對八個不同的實驗方案進行了論證,最後制定了泛歐洲的數字蜂窩移動通信系統,並用該研究小組名字的縮寫“GSM”命名。GSM被分成三個子系統:網路交換子系統NSS(Network Switching Subsystem)、基站子系統BSS(BaseStation Subsystem)和網路管理子系統NMS(Network Management Subsystem)。其中網路管理子系統(NMS)又叫操作與維護中心,OMC(Operation& Maintenance Center)。

  網路子系統NSS是整個GSM系統的核心。它對GSM移動用戶之間及移動用戶與其他通信網用戶之間通信起著交換連接與管理的功能。基站子系統BSS是GSM系統中與無線蜂窩方面關係最直接的基本組成部分,它通過無線介面直接與移動台相連負責無線信息的發送接收,無線資源管理及功率控制等,同時它與NSS相連實現移動用戶間或移動用戶與固定網路用戶之間的通信連接,傳送系統信息和用戶信息等。

  網路管理子系統NMS負責NSS和BSS系統的維護管理工作。GSM行動電話系統對頻譜利用率高、容量大,同時可以自動漫游和自動切換,採用EFR(增強全速率編碼)後通信質量好,並且還具有業務種類多、易於加密、抗干擾能力強、用戶設備小、成本低等優點,自1990年開始投入商業運營到如今,GSM使移動通信進入了一個新的里程。經過十幾年的發展,GSM現在占有全球移動用戶的市場份額已經超過了60%。因此可以毫不誇張地說,GSM現已經成為了第二代移動通信系統的代名詞。

  1993年9月18日,浙江嘉興首先開通了我國第一個數字移動通信網。1994年10月,第一個省級數字移動通信網在廣東省開通,容量為5萬門,從此GSM手機在中國迅速成長起來。目前我國移動用戶已經超過1億人,並且繼續呈現飛速增長之勢。當GSM技術推出不久,一種更先進的CDMA(Code Division Multiple Access)技術也推出了。CDMA最初應用於軍事抗干擾,是由美國高通(Qualcomm)公司將其推廣到商用。1995年美國電信產業協會正式頒佈的窄帶CDMA(N-CDMA)標準為IS一95A,在其基礎上,於1998年制定IS-95B標準。主要目的是能滿足更高的比特速率業務的需求,Is-95B可提供的理論最大比特速率為115kbps,實際只能實現64kbps。CDMA即碼分多址,其原理基於擴頻技術,即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數據,用一個帶寬遠大於信號帶寬的高速偽隨機碼進行調製,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調製併發送出去,接收端由使用完全相同的偽隨機碼與接收的帶寬信號作相關處理,以實現信息通信。

  CDMA有著突出的優點:首先,其系統容量大。在CDMA系統中所有用戶共用一個無線通道,當用戶不講話時,該通道內的所有其他用戶會由於干擾減小而得益。因此利用人類話音特點的CDMA系統可大幅降低相互干擾,增大其實際容量近3倍。CDMA數字移動通信網的系統容量理論上比模擬網大20倍,實際上比模擬網大10倍,比GSM大4到5倍。

  其次,接通率高。CDMA源於軍用抗干擾系統,其中“處理增益”的參數遠遠高於其他系統;再加上CDMA的信號占用整個頻段,幾乎是普通窄帶調製效率的7倍,因此綜合來看,對於相同的帶寬,CDMA系統是GSM系統容量的4。5倍。

  第三,打電話時沒有雜音。CDMA採用了先進的數字話音編碼技術,並使用多個接收機同時接收不同方向的信號。

  第四,頻帶利用率高。CDMA是一種擴頻通信技術,CDMA允許單一頻率在整個系統區域內可重覆使用,使許多用戶共用這一頻帶同時進行通話,大大提高了頻帶利用率。這種擴頻CDMA方式,雖然要占用較寬的頻帶,但按每個用戶占用的平均頻帶來計算,其頻帶利用率是很高的。

  第五,適用於多媒體通信系統。CDMA系統能方便地使用多CDMA通道方式和多CDMA幀方式,傳送不同速率要求的多媒體業務信息,處理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式靈活、簡便、有利於多媒體通信系統的應用,比如可以在提供話音服務的同時提供數據服務,使得用戶在通話時也可以接收尋呼信息,支持WAP高速上網、點播電視節目、播放MP3、下載立體聲音樂、照片式屏保圖像和進行可視動態影像通話等。

  除此之外,CDMA網路同時還具有建造運行費用低,基站設備費用低的特點,因而用戶的費用也較低。並且CDMA手機因為與GSM手機相比,CDMA手機的發射功率相當低,所以其輻射作用可以忽略不計。基站和手機發射功率的降低,將大大延長手機的通話時間,意味著電池、話機的壽命長了,因此用戶可以長時間地使用手機接收電話,也可以在不掛機的情況下接收短消息

  正是因為CDMA具有這樣許多的優點,所以CDMA技術剛剛推出時,占有蜂窩式行動電話的絕大部分市場的摩托羅拉認為CDMA比GSM先進得多,而GSM技術只能是從模擬到純數字的過渡,一直沒有重視GSM手機的商業開發。所以到1996年,諾基亞愛立信的GSM手機已占據了手機市場的大部分。

  由於CDMA理論上的諸多技術優勢在實踐中得到了檢驗,從而使CDMA技術在國際上得到了推廣和應用。在美國和日本,CDMA技術成為其國內的主要移動通信技術。

2G技術標準

  2G技術基本可被切為兩種,一種是基於TDMA所發展出來的以GSM為代表,另一種則是CDMA規格,復用(Multiplexing)形式的一種。

  主要的第二代手機通訊技術規格標準有:

  GSM:基於TDMA所發展、源於歐洲、目前已全球化

  IDEN:基於TDMA所發展、美國獨有的系統。被美國電信系統商Nextell使用。

  IS-136﹙也叫做D-AMPS﹚:基於TDMA所發展,是美國最簡單的TDMA系統,用於美洲。

  IS-95﹙也叫做cdmaOne﹚:基於CDMA所發展、是美國最簡單的CDMA系統、用GSN處理器於美洲和亞洲一些國家。

  PDC﹙Personal Digital Cellular﹚:基於TDMA所發展,僅在日本普及。

1G、2G和3G的關係[2]

  第三代無線通信技術,正如它的名字所隱含的,是緊隨著第一代無線通信技術(1G)和第二代無線通信技術(2G)發展而來的。第一代無線通信技術始於20世紀70年代,並一直持續到20世紀80年代。第一代無線通信技術的特點是行動電話網路的首次出現,起初被稱為“蜂窩移動無線電話”。該網路使用模擬語音信令,其複雜度與業餘無線電操作員使用的中繼網路差不太多。第二代無線通信技術的特點是數字化語音編碼。像CDMA、TDMA和GSM都是屬於第二代無線通信技術。自從2G誕生以來,其性能在不斷地提高,包括改進的帶寬、分組路由和多媒體技術的引入。當前使用的無線通信技術被稱為2.5G。

Image:移动无线通信系统的演进.jpg

參考文獻

  1. 冷冶夫.民間影像的革命 DV與新媒體 四[M].中國廣播電視出版社,2007.9
  2. 陶亞雄.通信工程專業實用英語[M].電子工業出版社,2009.04.
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