1.3.1 蜂窝通信系统

迄今为止，蜂窝通信系统是全球最为成功的商用无线通信系统。严格意义上，蜂窝系统这个称呼本身并不特指任何一种具体的无线通信技术，而是强调这类系统采用频率复用技术，不同于在AMPS及广播系统中使用的大区制系统，因而又被称作小区制系统。

在蜂窝通信系统中，主要通过频率复用增大系统的容量，即小区之间在间隔足够远的情况下使用相同的频率，一般情况下把可用的N个频道分成F组，依次把F组频道分配给相邻小区使用，如图1-2所示。如果采用全向型天线，通常在每个小区的中心位置设立一个基站，称为O型站点；如果采用定向扇型天线，则通常在三个小区的交叉点上设立一个基站，称为S型站点，该站点覆盖相邻的三个小区。

图1-2 蜂窝系统中的频率复用

典型的蜂窝系统包括第一代（1G）、第二代（2G）、第三代（3G）和第四代（4G）移动通信系统。第一代移动通信系统包括美国的AMPS，该系统采用7小区复用模式，并可在需要时采用扇区化和小区分裂等技术提高容量。AMPS在无线传输中采用了频率调制，每个无线信道实际上由一对单工信道组成，彼此有45MHz分隔。每个基站通常有一个控制信道发射器（用来在前向控制信道上进行广播），一个控制信道接收器（用来在反向控制信道上监听蜂窝电话呼叫建立请求），以及8个或更多频分复用双工语音信道。AMPS虽获成功商用，但系统容量较小，因而又催生了第二代蜂窝系统。

欧洲的第一代蜂窝系统中多数是互不兼容的，四分五裂的教训使得欧洲人很快在统一第二代蜂窝系统上达成共识，由此诞生了GSM，其全称为全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication,GSM），该系统依照ETSI制定的GSM规范开发而成。GSM数字蜂窝通信系统的主要组成可分为网络系统、基站子系统及移动台。基站子系统（BS）由基站收发台（BST）和基站控制器（BSC）组成。网络系统由移动交换中心（MSC）、操作中心（OMC）和本地位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（ERI）等组成。GSM在欧洲和中国获得了空前的成功。

第二代蜂窝系统还包括美国的IS-95，该系统率先商用了窄带CDMA多址技术，容量大于GSM。IS-95在美国、韩国、中国都获得了较大规模的应用。

人们对于高速数据业务的需求进一步催生了第三代移动通信系统，3G是宽带数字通信系统，其目标是提供移动宽带多媒体通信，多址基本都采用CDMA方式。第三代移动通信系统能提供多种类型的高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力并与固定网络相兼容。目前，在世界范围内应用最为广泛的第三代移动通信系统体制为WCDMA、TD-SCDMA和cdma2000系统。

由于高速数据业务的迅猛发展，3GPP在2004年启动了LTE研究。2009年世界上第一个LTE商用网络在瑞典首都斯德哥尔摩开通，标志着移动通信进入了4G时代。LTE包括FDD和TDD两种模式，已在世界上广泛部署和商用。