十年三代技術(shù)，為什么移動通信發(fā)展這么快？

我國決定發(fā)放三張3G牌照。2014年，我國又發(fā)放了4G牌照。2019年將發(fā)放5G牌照。為什么十年間就從3G迅速跨越到5G通信技術(shù)？這其中的內(nèi)在動力是什么呢？

先看看移動通信的百年發(fā)展歷程是怎樣的？

自從19世紀(jì)末馬可尼發(fā)現(xiàn)無線電波遠距傳輸信息的作用后，人類才能擺脫有線固定通信電線的束縛，1899年11月美國“圣保羅”號郵船在向東行駛時，收到了從150公里外的懷特島發(fā)來的無線電報，莫爾斯電碼的嘀嘀嗒嗒聲象嬰兒呱呱落地的第一聲啼聲，向世人宣告一個新生事物——“移動通信”誕生了。

1900年1月23日在波羅的海霍格蘭島附近的一群遇難漁民，通過無線電呼叫而得救，移動通信第一次在海上證明了它對人類的價值。

緊接著1901年英國蒸汽機車裝載了第一部陸地移動電臺。

1903年底萊特駕駛自己的飛行器，開創(chuàng)了航空新領(lǐng)域，飛機更需要通信來保證飛行，于是移動通信這個二十世紀(jì)的同齡人便相繼在海、陸、空起步了。

在1947年，貝爾實驗室的科學(xué)家利用超短波只能視距傳播的制約，逆向思維提出了蜂窩通信的概念，解決了頻率復(fù)用、覆蓋擴展兩個問題，為廣大百姓應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

又過了30年貝爾實驗室才于1978年研制出先進移動電話系統(tǒng)（Advanced Mobile Phone Service，AMPS），1G得以面市。

到1985年美、日、英、法、北歐相繼生產(chǎn)了基于蜂窩通信概念的8種大同小異的FDMA模擬移動電話1G系統(tǒng)，各個國家的實踐表明將無線電從為小數(shù)人服務(wù)擴展到為廣大公眾服務(wù)是可行的。

移動通信近30年間從1G到4G所歷經(jīng)的4代構(gòu)成：

1G：第一代的AMPS、TACS、NMT等8種標(biāo)準(zhǔn)都是基于頻分多址（FDMA）技術(shù)，主要解決了公眾模擬話音通信。

2G：第二代的DAMPS、GSM、JDC等3種標(biāo)準(zhǔn)基于時分多址（TDMA）技術(shù)，主要解決了公眾數(shù)字話音通信與低速數(shù)據(jù)通信。隨后又出現(xiàn)CDMA第4種標(biāo)準(zhǔn)。

3G：第三代的WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA等3種主流標(biāo)準(zhǔn)也就基于碼分多址（CDMA）技術(shù)，主要解決公眾高速數(shù)據(jù)通信。臨末了又?jǐn)D進了WiMAX第4種標(biāo)準(zhǔn)。

4G：第四代的LTE-FDD和TD-LTE及WiMAX等3種標(biāo)準(zhǔn);都是基于正交頻分多址（OFDMA）技術(shù)，由于WiMAX無人采用實際只有2種。

當(dāng)初沒有誰料到1996年后互聯(lián)網(wǎng)會發(fā)展如此迅猛，因此，歐美標(biāo)準(zhǔn)根本就沒有考慮適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的要求，這樣3G便處于一種高不成低不就的尷尬狀態(tài)。而且WCDMA和cdma2000都存在不適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)非對稱業(yè)務(wù)的致命弱點，以致到2005年日本、歐洲運營商都發(fā)展緩慢、經(jīng)營困難、甚至巨額虧損，歐美的3G商用一再延期。

這就迫使WCDMA標(biāo)準(zhǔn)不得不修改升級，于是產(chǎn)生了3.5G的高速下行分組數(shù)據(jù)接入HSPA標(biāo)準(zhǔn)，這才獲得發(fā)展。

中國TD-SCDMA嚴(yán)格說是為移動互聯(lián)網(wǎng)需求而誕生。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)是采用時分雙工TDD，以S開頭的智能天線（smart antenna）、軟件無線電（softradio） 和上行鏈路同步（synchronisation）3項關(guān)鍵專利技術(shù)綜合開發(fā)成的CDMA移動通信系統(tǒng)。

通過實踐證實TD-S具有適于移動互聯(lián)網(wǎng)需求的下列技術(shù)優(yōu)勢：

第一，采用TDD技術(shù)，它利用了語音通信的特點，當(dāng)一方講話時對方都是在聽，因此只用一個下行的路，上行的路是空閑的;還有互聯(lián)網(wǎng)非對稱業(yè)務(wù)的特點，從網(wǎng)上下載的遠遠多于發(fā)給網(wǎng)上的，因此也是下行路忙，上行路閑;只要一個頻段，按需分配上行或下行的時間。所以TD有它節(jié)約頻譜的天然優(yōu)勢，符合移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向。

第二，采用智能天線，可降低發(fā)射功率，減少多址干擾，提高系統(tǒng)容量;采用接力切換，可克服軟切換大量占用資源的缺點;采用TDD，不要雙工器，可簡化射頻電路，系統(tǒng)設(shè)備和手機成本較低。

第三采用軟件無線電，更易實現(xiàn)多制式基站和多模終端，系統(tǒng)易于升級換代，通過TD/GSM雙模終端可適應(yīng)二網(wǎng)一體化的要求。

TD-S不但能夠大范圍覆蓋、高速移動和高速數(shù)據(jù)，適于獨立組網(wǎng)，而且具有頻譜效率高、適合非對稱業(yè)務(wù)、性價比高、適于2G網(wǎng)絡(luò)過渡和技術(shù)升級等突出優(yōu)勢。從而在公眾移動通信領(lǐng)域邁入移動互聯(lián)網(wǎng)探尋了一條新路。從而TDD體制為后續(xù)4G/5G的TD-LTE奠定了技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

智能天線使用光纖拉遠技術(shù)解決了9根天線陣與27條饋送電纜的工程困擾，為后續(xù)4G/5G采用MIMO（Multi-In Multi-Out 多輸入-多輸出）天線技術(shù)創(chuàng)造了條件。

軟件無線電為后續(xù)5G的SDN（Software Defined Network軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（Network Function Virtual網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）技術(shù)開了先河。

3G雖以滿足多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求為主，但是由于其容量和承載能力所限，對高清電視這樣的視頻流媒體業(yè)務(wù)還是顯得力不從心，因此移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展迫切需要網(wǎng)絡(luò)向大容量、高帶寬演進。

同時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的激增也為運營商帶來建設(shè)和運營方面的巨大挑戰(zhàn)，由于業(yè)務(wù)收入不能隨著業(yè)務(wù)量線性增長，承載成本和業(yè)務(wù)收入之間的差距隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的指數(shù)增長也將越來越大，因此運營商勢必要尋求更為高速率、低成本的技術(shù)體制。

正交頻分多址（OFDM）技術(shù)適合在多徑傳播和多普勒頻移的無線信道中傳輸高速數(shù)據(jù)，因而被無線局域網(wǎng)（WLAN）、無線城域網(wǎng)（WMAN）采用，后又移植到移動通信領(lǐng)域WirelessMAN。隨著WiMAX的挑戰(zhàn)，促使高速蜂窩移動網(wǎng)加快向3G長期演進技術(shù)（LTE）發(fā)展，4G也就應(yīng)運而生了。

2006年9月，LTE標(biāo)準(zhǔn)正式開始起草，制定了基于WCDMA的LTE-FDD與基于TD-SCDMA的LTE;它們和WiMAX的重要底層技術(shù)都是基于OFDM和MIMO;作為3G技術(shù)的長期演進，代表了移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向，受到多數(shù)傳統(tǒng)移動通信運營商的高度重視，發(fā)展異常迅速。

TD-LTE技術(shù)順應(yīng)移動通信網(wǎng)絡(luò)寬帶化、IP化、智能化的發(fā)展趨勢，具有如下顯著特征：

（1）高速率，下行峰值速率至少100Mbps，上行至少50Mbps;

（2）高頻譜效率，為HSPA的2-4倍;在帶寬需求日益增加而頻譜供應(yīng)日益緊張的情況下，TDD方式的頻譜效率較高;

（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，整體架構(gòu)基于分組交換;可靈活地支持非對稱業(yè)務(wù)，更適應(yīng)移動互聯(lián)網(wǎng)的需求;

（4）系統(tǒng)部署靈活，能支持1.4MHz-20MHz的多種系統(tǒng)帶寬，以及成對和非成對的頻譜分配;

（5）降低無線網(wǎng)絡(luò)時延，具有完善和嚴(yán)格的QoS機制，保證實時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量;

（6）自組織網(wǎng)絡(luò)，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、優(yōu)化、維護成本;

（7）強調(diào)向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運作;

（8）可利用信道對稱性易于實現(xiàn)MIMO等新技術(shù)來改進系統(tǒng)性能。

可見與3G相比，TD-LTE具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，可很好解決業(yè)務(wù)帶寬需求以及承載成本的問題，因而得以高速發(fā)展與LTE-FDD并駕齊驅(qū)，平分天下。

移動通信深刻改變了人們的生活，但已經(jīng)規(guī)模應(yīng)用的4G，應(yīng)對未來爆炸性的移動數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景捉襟見肘，促使人們對更高性能移動通信的追求，第五代移動通信（5G）系統(tǒng)也就應(yīng)運而生。

5G將滲透到未來社會的各個領(lǐng)域， 5G將使信息突破時空限制，提供極佳的交互體驗，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴;5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。

5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最終實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

為此5G需要追求比4G更高的性能：

（1）用戶體驗速率（bps）——真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶可獲得的最低傳輸速率，支持100～1000Mbps，4G僅10 Mbps;

（2）連接數(shù)密度（/km2）——單位面積上支持的在線設(shè)備總和，每平方公里100萬，4G僅10萬;

（3）端到端時延（ms）——數(shù)據(jù)包從源節(jié)點開始傳輸?shù)奖荒康墓?jié)點正確接收的時間，1毫秒，4G達10毫秒;

（4）流量密度（Mbps/m2）——單位面積區(qū)域內(nèi)的總流量，10 Mbps/m2，4G僅0.1 Mbps/m2;

（5）移動性（km/h）——滿足性能要求下收發(fā)雙方間的最大相對移動速度，每小時500km以上，4G僅350km;

（6）單用戶峰值速率（bps）——單用戶可獲得的最高傳輸速率，20 Gbps，4G僅1Gbps。

其中，用戶體驗速率、連接數(shù)密度和時延為5G最基本的三個性能指標(biāo)。

從1G到4G系統(tǒng)，依次以FDMA→TDMA→CDMA→OFDMA等不同多址接入技術(shù)革新為換代標(biāo)志，頻譜效率與數(shù)據(jù)速率也依次提高，1G/2G是基于有線電信網(wǎng)技術(shù)亦即基于CT技術(shù)，導(dǎo)致了電信網(wǎng)的移動化。從2G數(shù)字化之后，提供了運用計算機技術(shù)與微電子技術(shù)的可行性，又恰逢互聯(lián)網(wǎng)亦即基于IT技術(shù)的大發(fā)展，產(chǎn)生了互聯(lián)網(wǎng)移動化的需求。從3G開始促使CT技術(shù)與IT技術(shù)融合，于是4G向移動互聯(lián)網(wǎng)邁進。這4代都是解決人與人的連接通信問題。

現(xiàn)階段，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正孕育興起，如人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等等的興起，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的融合創(chuàng)新不斷深入，對移動通信技術(shù)也提出了更高的要求。已經(jīng)不滿足于人與人通信的移動互聯(lián)網(wǎng)的4G，日益期望擴展物與物、人與物智能互聯(lián)即物聯(lián)網(wǎng)，使移動通信技術(shù)滲透至更加廣闊的行業(yè)和領(lǐng)域。

要預(yù)測一代移動通信的發(fā)展應(yīng)從總體上按信息經(jīng)濟定律即麥特卡爾夫定律和摩爾定律來分析。從1G到5G的整個發(fā)展歷程來看：

1G計8種標(biāo)準(zhǔn)，傳輸移動電話;2G計4種，傳輸數(shù)字電話與文字短信;3G計4種，傳輸電話與圖片多媒體信息;4G計2種，傳輸平面多媒體動態(tài)信息;

經(jīng)歷50年的漫長時期，才形成一種全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)，可以傳輸立體多媒體動態(tài)信息，達到一機在手，通遍全球的理想，實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。這就是5G的最大優(yōu)勢。說到底，技術(shù)創(chuàng)新是重要的內(nèi)生動力，同時社會經(jīng)濟發(fā)展需要更是剛需。移動通信的大發(fā)展能深刻改變?nèi)祟惿鐣姆椒矫婷?，未來還會加速6G等的進程。
? ? ? ?責(zé)任編輯:pj