在移动通信领域,常听到“3G”、“4G”的术语。“G”是“Generation”的简写,每一个“G”, 都代表了移动通信的一个发展阶段,也是一个时代。 移动通信技术从 20 世纪 80 年代诞生 开始,历经这 30 多年的发展,大约每 10 年历经一个发展阶段。下面介绍一下,移动通信 从“1G”到“5G”的发展历程。
第一代移动通信技术诞生于美国贝尔实验室。1978 年,美国贝尔实验使研制成功高级 移动电话系统(AMPS,Advanced Mobile PhoneAccess),建成蜂窝状移动通信系统。蜂窝网的概念也由贝尔实验室首次提出,并沿用至今。一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。原理相对简单,是将 模拟信号进行调制/解调,然后通过分配的无线频率资源进行传送。 1G 时代的技术引领者,是美国的摩托罗拉公司,他的无线通信代表产品,就是人们俗 称的“大哥大”。在 1G 模拟通信时代,摩托罗拉拥有绝对的霸主地位,占全球市场份额一度 高达 70%,拥有多项无线通信技术专利。第一代移动通信主要代表系统,包括:AMPS、NMT、TACS 等。 中国主要采用的是 TACS(TotalAccess Communications System,改进型总接入通信 系统)。 中国第一代移动通信系统于 1987 年 11 月 18 日,在广东第六届全运会上正式开通并商 用。这也代表着中国移动通信行业,“1G”时代的到来。采用模拟信号传输的第一代移动通信系统有着很多缺陷,比如:通话质量差、信号不稳定,容易被窃听等。没有国际标准,无法实现国际漫游。
2G 技术的引领者属于欧洲。1982 年,欧洲邮电管委会提出了 GSM(全球移动通信系 统)标准。1990 年之后,GSM 成为欧洲乃至世界的第二代移动通信标准。GSM 采用时分多址(TDMA)方式传输数据,具有标准化程度、接口开放的特点。GSM 是移动通信信系统的里程碑,巅峰时期占据了全世界 85%的市场份额,是 2G 时代的名副 其实的霸主。GSM 数据传输速率为上行 9.6kbit/s,下行为 14.4kbit/s。IS-95 IS-95 是北美的数字蜂窝通信标准,采用码分多址(CDMA)方式传输数据,具有容量 大、语音质量好等优点,但由于标准化程度低,市场规模远不如 GSM 系统。 2G 时代还有个过渡版本——2.5G。为了实现更大的数据传输能力,自 1996 年开始, 陆续出现了 GPRS、EDGE 和 IS-95B(后演进为 CDMA1X)等升级技术,被称作 2.5G。 2.5G 技术是 2G 时代的有力补充,GPRS 数据传输速率上行为 9.6kbit/s,下行为 116kbit/s;EDGE 数据传输速率上下行均为 384Kbit/s,有力的担当起了当时的一些多媒体等 应用需求,延长了 GSM 系统的生命周期。
3G 时代到来,移动通信开始由窄带走向宽带。3G 系统与以往系统不同,它是第一个 由 ITU(国际电信联盟)发布的国际标准。能够同时传送语音、数据、图文、视频等多媒体 应用。上行数据传输速率 5.76Mbit/s,下行数据传输速率可达到 7.2Mbit/s。 3G 系统存在三种标准,分别是 CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。 WCDMA全称为Wideband CDMA, 是由GSM发展而来,也是由欧洲提出的宽带CDMA 技术,可以实现在现有 GSM 网络上平滑升级。因此,也成全球应用最广泛的 3G 标准,曾 占据全球 3G 系统 80%的市场份额。 CDMA2000 也称为 CDMA1X,是由美国高通北美公司提出的,这套系统建设成本低廉。 但使用 CDMA 的地区只有日本、北美、韩国等少数国家地区,所以全球应用并不广泛。 TD-SCDMA 是由中国提出的 3G 标准,1999 年 6 月 29 日,由大唐电信(原邮电部电 信科学技术研究院)向 ITU 提出,具有辐射低的特点,在频谱利用率、频率灵活性及成本等方面,具有优势。 自 3G 开始,中国在世界移动通信技术领域中,占据了一席之地。
4G 是当下正在使用的移动通信技术。 4G 时代被 ITU 承认的 4G 标准有两个:LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced。 2012 年 1 月 18 日,ITU(国际电信联盟)在 2012 年无线电通信全会全体会议上,正 式审议通过将 LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced 确立为 4G 国际标准。由中国主 导制定的 TD-LTE-Advanced 成为 4G 国际标准。后与 FDD-LTE-Advanced 标准,统一为LTE-Advanced。 采用 LTE-Advanced 的 4G 技术,峰值速率可以达到上行 500Mbit/s,下行 1Gbit/s,有力的支持大带宽应用。 4G 的高速率传输,催生了直播和短视频等移动端应用的爆发式增长,移动端的应用变得更加丰富多彩,高清视频、智能家居、物联网,日益走进大众生活。
从 1G 到 4G 发展过程中, 技术的升级主要体现在在速率的提升,以及稳定性、安全 性等指标的提升方面。那么 5G 会给我们带来哪些改变呢?当下有一个观点——“4G 改变生 活,5G 改变社会”。5G 最大的改变就是实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信,实现万物互联,推动社会发展。 5G 的意义不只是单纯地在手机上,万物互联也不仅仅只是一个口号,人工智能,无人 驾驶等方面都离不开 5G 的高速连接。如果没有 5G,相关联的其他产业的发展也会受到制 约,落后于别人。这也是各国重视 5G,争夺 5G 话语权的主要原因。
2015 年 6 月 ITU 定义的 5G 未来移动应用包括以下三大领域:
增强型移动宽带 (eMBB):人的通信是移动通信需要优 先满足的基础需求。未来 eMBB将通过更高的带宽和更短的时延继续提升人类的视觉体验; 大规模机器类通信(mMTC):针对万物互联的垂直行业,IoT 产业发展迅速,未来将出现大量的移动通信传感器网络,对接入数量和能效有很高要求; 高可靠低时延通信(uRLLC):针对特殊垂直行业,例如工业自动化、远程医疗、智能电 网等需要高可靠性+低时延的业务需求。
