中國通訊發(fā)展史（六）1G到5G

中國通訊發(fā)展史（六）1G到5GG是指Generation，1G、2G、3G、4G、5G網(wǎng)絡(luò)分別指:第一、二、三、四、五代移動通信系統(tǒng)。中國1G--5G發(fā)展時間表1.第一代移動通訊系統(tǒng)(1G)“大哥大”使用的就是1G，第一代通信技術(shù)，即模擬通信技術(shù)，是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標準，表示和傳遞信息所使用的電信號或電磁波信號往往是對信息本身的直接模擬，例如語音(電話)、靜態(tài)圖像(傳真)、動態(tài)圖像(電視、可視電話)等信息的傳遞，用戶的語音信息的傳輸以模擬語音方式出現(xiàn)的。刷贊平臺美國摩托羅拉公司的工程師馬丁·庫珀于1976年首先將無線電應(yīng)用于移動電話。同年，國際無線電大會批準了800/900MHz頻段用于移動電話的頻率分配方案。1978年底，美國貝爾試驗室研制成功了全球第一個移動蜂窩電話系統(tǒng)-先進移動電話系統(tǒng)(AMPS，AdvancedMobilePhoneSystem)。5年后，這套系統(tǒng)在芝加哥正式投入商用。1G的缺點是:容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和不能提供自動漫游等，也就是只能打電話，發(fā)短信這種數(shù)據(jù)信息無法支持。1G標準制定于上世紀80年代，全球1G標準有:NMT:北歐國家、東歐以及俄羅斯AMPS:美國，72多個國家地區(qū)采用TACS:英國，30個國家地區(qū)采用(包括中國)JTAGS:日本移動電話系統(tǒng)C-Netz:西德移動電話系統(tǒng)Radiocom2000:法國移動電話系統(tǒng)RTMI:意大利移動電話系統(tǒng)中國的第一代模擬移動通信系統(tǒng)于1987年11月18日在廣東第六屆全運會上開通并正式商用，2001年12月底中國移動關(guān)閉模擬移動通信網(wǎng)，1G系統(tǒng)在中國的應(yīng)用長達14年，用戶數(shù)最高達到了660萬。2.第二代移動通訊系統(tǒng)(2G)1G除了上述缺點之外，1G的技術(shù)標準各不相同，只有“國家標準”，沒有“國際標準”，國際漫游是個大問題，第二代移動通信系統(tǒng)(2G)就是要解決這些問題。2G以數(shù)字語音傳輸技術(shù)為核心，用戶體驗速率為10kbps，峰值速率為100kbps。2G主要以語音通訊和短信為主，2G技術(shù)基本分為兩種，一種是基于TDMA，一種是基于CDMA。2G通訊系統(tǒng)有:GSM:基于TDMA，源于歐洲、已全球化IDEN:基于TDMA，美國電信系統(tǒng)商Nextell使用IS-136(D-AMPS):基于TDMA，源于美國IS-95(CDMAOne):基于CDMA、源于美國PDC:基于TDMA，僅在日本普及GSM移動通信系統(tǒng)開發(fā)始于1982年，歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)的前身歐洲郵政電信管理會議(CEPT)成立了移動特別行動小組(GroupeSpecialeMobile)也簡稱GSM，后來為了推廣改成GlobalSystemforMobileCommunications(全球移動通信系統(tǒng))，GSM最早在1982年由GSM小組負責(zé)開發(fā)，后來先后經(jīng)手CEPT、ETSI，最終被移交給3GPP。2G技術(shù)研發(fā)制定過程中嘗試了很多技術(shù)方式，如:時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)。2004年已擁有了超過十億的2G用戶，當然有個別的例外，日本和韓國就從未采用過GSM。世界上第一款支持GSM的手機，諾基亞7110國內(nèi)從1996年引進GSM商用，中國主要使用GSM-800,GSM-900,GSM-1800頻段，139號段，號碼10位，后升為11位，一直到今天。第一部進入國內(nèi)的2G手機--愛立信GH3373.第二代到第三代的過渡--2.5G2.5G移動通信技術(shù)是從2G邁向3G的銜接性技術(shù)，由于3G是個相當浩大的工程，多且復(fù)雜，從2G到3G不可能一步到位，因此出現(xiàn)了2.5G技術(shù)。GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、藍牙(Bluetooth)、EPOC等技術(shù)都是2.5G技術(shù)。2.5G的系統(tǒng)大致有:GPRS、EDGE、CDMA1X。2.5G俗稱GPRS，EDGE俗稱2.75G，在中國的話，2.5G指的就是GPRS，也就是移動的GPRS服務(wù)。2.5G能夠?qū)崿F(xiàn)圖片、鈴聲、短小的視頻傳輸、也可以無線上網(wǎng)，大家可能更熟悉他在中國的另一個名字:移動夢網(wǎng)，英文叫做Monternet，意思是Mobile+Internet，也就是移動互聯(lián)網(wǎng)，是不是覺得很厲害，移動的這個夢網(wǎng)服務(wù)，在當時的歷史階段引領(lǐng)了一陣子的發(fā)展，包括很多行業(yè)，如手機、互聯(lián)網(wǎng)、游戲、音樂、視頻。2000年12月，中國移動正式推出了移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)品牌--移動夢網(wǎng)Monternet80、90后的同學(xué)們應(yīng)該十分清楚，小時候偷偷拿著家里的手機，愉快了點了幾下手機夢網(wǎng)，看了看新聞、圖片、小說，下載訂閱了幾個搞笑彩鈴，然后手機欠費幾十元，還可能伴隨著爹媽的一頓臭罵和毒打，那是在北京奧運之前的一段時光，也就是2G向3G過渡的時間。來幾個關(guān)鍵詞幫大家回憶回憶:手機閱讀、多媒體彩鈴、手機游戲、139郵箱、手機報、飛信、12580、音樂隨身聽、再來兩張圖片，大家就更明了了。很多人也在在這個時候最早的接觸"流量"這個詞，也是在這個時候知道手機可以上網(wǎng)，上網(wǎng)需要流量，手機沒流量是要扣話費的。4.第三代移動通訊系統(tǒng)(3G)3G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的一代移動通信系統(tǒng)。1940年，美國女演員海蒂·拉瑪和她的作曲家丈夫喬治·安塞爾提出一個Spectrum頻譜的技術(shù)概念，這個被稱為“展布頻譜技術(shù)”(也稱碼分擴頻技術(shù))的技術(shù)理論給以后的移動通訊技術(shù)提供了非常大的幫助。1942年8月11日，這項技術(shù)在美國通過專利申請，美國國家專利局網(wǎng)站上的存檔顯示這個技術(shù)專利最初是用于軍事用途的，二戰(zhàn)結(jié)束后暫時失去了價值，美國軍方封存了這項技術(shù)，但它的概念已經(jīng)讓很多國家產(chǎn)生了興趣。1985年，在美國的圣迭戈成立了一個名為“高通”的小公司，這個公司利用美國軍方解禁的“展布頻譜技術(shù)”開發(fā)出一個被名為“CDMA”的新技術(shù)，CDMA技術(shù)直接導(dǎo)致了3G的誕生，CDMA就是3G的根本基礎(chǔ)原理，而展布頻譜技術(shù)就是CDMA的基礎(chǔ)，三大3G標準都是基于高通的CDMA。3G的標準有:美國CDMA2000:高通為主導(dǎo)提出應(yīng)用日韓北美歐洲WCDMA:主要以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠商中國TD-SCDMA:中國移動一家采用中國聯(lián)通采用的是:WCDMA中國移動采用的是:TD-SCDMA中國電信采用的是:CDMA2000結(jié)合起來一看，在3G時代，不管是那個國家的標準和技術(shù)都是基于高通CDMA，高通擁有高達4000+的CDMA專利，其中核心專利是CDMA原理、雷克接收機、功率控制，以及軟切換，這就意味著高通掌握了3G核心科技，成為了一個壓制全通信業(yè)的絕對霸主，換成白話，就是可以收專利費，夸張點說你只要說用3G網(wǎng)絡(luò)，就一定會給高通交錢，不管你用什么品牌手機、什么運營商網(wǎng)絡(luò)，都要交錢，只是這個錢運營商、芯片廠商、手機廠商等已經(jīng)幫你交過了，有人會說:我手機用的是聯(lián)發(fā)科芯片，不是高通的，是不是不用交錢?不，照樣要交，因為不管是華為、聯(lián)發(fā)科、三星，手機芯片里都有通訊基帶模塊，高通的CDMA是核心專利，通信方面一定繞不過去，就像修樓房一定離不開鋼筋水泥沙子一樣，這就是行業(yè)人稱的"高通"稅。好在國際上專利最常見的保護期是20年，從時間上來算，高通的3G的技術(shù)大部分已經(jīng)過期，只有部分涉及到EVDORevA相關(guān)沒有過期，RevA是CDMA2000后續(xù)演進版本，現(xiàn)在中國電信的3G網(wǎng)絡(luò)就是RevA版本。5.中國TD-SCDMA之殤各位已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了端倪，中國的TD-SCDMA有且僅有中國移動一家采用，是什么情況?關(guān)于中國的TD-SCDMA這里還有一段塵封的往事，也是一段大家不愿意提起的往事。在1994年，電信科學(xué)院院長李世鶴了解到之前一起工作過的，在美國讀博士的陳衛(wèi)及美國大學(xué)執(zhí)教的徐廣涵在合作研究智能天線，還成立了Cwill公司，三人經(jīng)過技術(shù)溝通，認為SCDMA在無線傳輸上極具潛力，將SCDMA技術(shù)介紹到郵電部，并帶領(lǐng)郵電部專家到美國考察和演示，得到郵電部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的高度認可，決定將相關(guān)技術(shù)進入國內(nèi)。1995年11月，電信科學(xué)技術(shù)研究院和Cwill公司合資成立了信威公司，緊接著SCDMA被列入“九五”科技攻關(guān)計劃，得到1500萬元的資助，還得到國家計委的1000萬元資助，被李世鶴和周寰看好的SCDMA技術(shù)，成了后來中國TD-SCDMA的雛形。ITU(國際電信聯(lián)盟)在1997年發(fā)文征集3G提案，并在1998年6月30日截止，中國當時接到征集函后，就有了好幾次關(guān)于“中國要不要做、究竟怎么做”的集中討論，當時中國在移動通信領(lǐng)域經(jīng)驗是一片空白，華為、中興當時主要生產(chǎn)程控交換機設(shè)備，GSM設(shè)備還在研制開發(fā)過程中，對3G和標準一片空白。在1998年1月開了一個關(guān)于標準決策的至關(guān)重要的會議，討論關(guān)于候選技術(shù)提交和中國確定3G候選技術(shù)策略的香山會議，在此次會議上有很多來自全國高校的教授和研究院所，爭論得非常厲害，大多數(shù)人都持懷疑態(tài)度，郵電部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)最后拍板:“中國發(fā)展移動通信事業(yè)不能永遠靠國外的技術(shù)，總得有個第一次，第一次可能不會成功，但會留下寶貴的經(jīng)驗，我支持他們把TD-SCDMA提到國際上去，如果真失敗了，我們也看作是一次勝利，一次中國人敢于創(chuàng)新的嘗試，也為國家作出了貢獻?！敝袊腡D-SCDMA其實是分為兩部分的，是中國的SCDMA加上西門子的TD-CDMA技術(shù)，西門子在3G研究的初期是聚焦于TDD研究的，但是在歐洲初步技術(shù)篩選中，敗給了以愛立信和Nokia為代表的WCDMA陣營，并且西門子作為歐洲公司，還要聯(lián)名和投資支持歐洲陣營的UMTS，因此之前的TDD投資基本上就打了水漂，后來在西門子研究部參與3G研發(fā)的李萬林的推薦下，西門子決定用這一技術(shù)與中國人合作，恰好中國申請TD-SCDMA技術(shù)專利數(shù)量不夠，正好買下來了西門子的TD-CDMA，這才有了現(xiàn)在我們說的TD-SCDMA。但是這么短時間做出來的通訊標準難免存在一些小問題，技術(shù)也不是特別成熟。曾主管中國移動技術(shù)部的高層經(jīng)理稱:相較于WCDMA、CDMA2000，TD-SCDMA的技術(shù)本源決定了它的低速率，再怎么優(yōu)化也趕不上其他的3G標準?！?000年5月，在中國的強硬表態(tài)支持下，所謂強硬表態(tài)就是:你們不用我自己用，并罷會表示抗議，無奈之下ITU(國際電信聯(lián)盟)宣布將中國提交的TD-SCDMA，與歐洲主導(dǎo)的WCDMA，美國主導(dǎo)的CDMA2000并列為三大3G國際標準。其中很多國家和廠商表示不會支持和采用，廠商表示:你自己用這個標準可以，但我不會給你生產(chǎn)支持這個標準的芯片和手機，代表就是蘋果和高通，但技術(shù)不成熟，加上巨頭有實力，我們也無能為力。2008年4月，相關(guān)人員上書，明確建議由中國移動來做TD-SCDMA，理由是中國移動有用戶優(yōu)勢、有充足的資金且是國際品牌，說白了就是誰肥宰誰，這一建議很快得到批示，最終中國移動硬上TD-SCDMA，2008年以“迎奧運”為名宣布:TD-SCDMA自4月1日起由中國移動“試運行”。2009年1月7日，工信部為中國移動、中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放3G牌照，中國進入了3G時代2009年中國移動的用戶數(shù)為5.22億，在全國7.25億移動用戶中比達72%，中國聯(lián)通20%，中國電信8%。2013年4G商用之前，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信的移動戶占比分別為62.2%、22.7%、15.1%。中國移動份額下降，可以說TD-SCDMA“功不可沒”。三大標準已定，但故事并沒有結(jié)束，Intel為首的一批廠商又推出了極具競爭力的WiMAX技術(shù)WiMAX，就是WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波互聯(lián)接入，即802.16。從802.16這個名字就能看出它和802.11(無線局域網(wǎng)Wi-Fi)之間的關(guān)系。Wi-Fi是局域網(wǎng)技術(shù)，WiMAX是城域網(wǎng)技術(shù)，也就是說一個是覆蓋100米的無線網(wǎng)，一個是覆蓋20公里的無線網(wǎng)。WiMAX技術(shù)主導(dǎo)者是Intel、IBM、摩托羅拉、北電(加拿大)，以及北美一些運營商，Intel與摩托羅拉向WiMAX項目注資9億美元支持WiMAX，當時已經(jīng)是2007年了，2000年的時候，三大3G標準已經(jīng)敲定，但美國就是美國，WiMAX最終以“補錄”的形式成為第四個3G國際電信標準，并如愿地分配到了全球頻率。除中國大陸之外，幾乎都成了WiMAX的試驗田。日本、韓國、馬來西亞、菲律賓等都部署了WiMAX，臺灣省的全球一動、威邁思電信、遠傳電信、大眾電信、大同電信、威達超舜電訊等六家運營商，都搶到了WiMAX牌照。由于中國和歐洲的通訊生產(chǎn)商都一起對付美國WiMAX，連美國高通都不想生產(chǎn)WiMAX的支持設(shè)備和芯片，2010年，WiMAX標準的最大支柱Intel先撐不住了，宣布解散WiMAX部門。6.第四代移動通訊系統(tǒng)(4G)4G是將WLAN技術(shù)和3G通信技術(shù)進行了很好的結(jié)合，使圖像的傳輸速度更快，讓傳輸圖像的質(zhì)量和圖像看起來更加清晰，4G通信技術(shù)讓用戶的上網(wǎng)可以高達理論100M，3G通信技術(shù)相比，是其20倍，4G帶來了高清、視頻直播、云計算、手機網(wǎng)游等。4G有多個叫法，國際電信聯(lián)盟稱其為IMT-Advanced技術(shù)，其它的還有B3G、BeyondIMT-2000等叫法。4G有兩大技術(shù)根基:LTE和IEEE802.16m(WiMax2)，LTE是LongTermEvolution長期演進，就是在3G基礎(chǔ)上通過技術(shù)迭代慢慢達到4G。前面我們講了，在3G時代，歐洲為了推廣自己的UMTS，建立了3GPP組織，在向4G演進時，3GPP明確的"去高通化"，在路線上規(guī)避了高通的專利技術(shù)。與此同時，高通又整了一個3GPP2，開始搞自己的4G演進技術(shù)，也就是UMB，由于高通在3G時代全行業(yè)收取"高通稅"，使得大部分的設(shè)備廠家都去支持LTE而不支持UMB，同時部署了高通的CDMA的運營商也宣布了對LTE的支持，外加上UMB盟友轉(zhuǎn)投當時Intel領(lǐng)頭的Wimax。UMB自身不能同頻干擾，全球性經(jīng)濟危機，種種不利條件的疊加下，高通宣布了放棄UMB而轉(zhuǎn)投LTE。不過家底厚，高通還是有有一部分專利被寫入4G標準，只不過不是核心專利，而是部分必要專利，按照LTE標準的的最早期的版本3GPPR8來看，確立于2008年，也就是高通的4G專利要在2028年左右才會陸陸續(xù)續(xù)的開始過期。2009年10月，ITU共計征集到了六個候選技術(shù)，六個技術(shù)可以分為兩大類，一是基于3GPP的LTE-Advanced的技術(shù);另外一類是基于IEEE802.16m(WiMax2)的技術(shù)，中國提交的候選技術(shù)作為LTE-Advanced的一個組成部分。六個候選技術(shù)分別是:北美標準化組織IEEE的802.16m(WiMax2)日本3GPP的FDD-LTE-Advance韓國(基于802.16m)中國(TD-LTE-Advanced)(LTE-TDD)歐洲標準化組織3GPP(FDD-LTE-Advance)4G的確定下來國際標準有兩項:LTE-Advance和IEEE，TD-LTE只有一條道，通過信號燈控制器來決定什么時候可以上，什么下。LTEFDD有兩條道，往上走和往下走可以同時進行，相互獨立的。兩者各具優(yōu)勢:TD-LTE占用資源少，LTE-FDD性能更強勁。2013年12月4日，4G牌照發(fā)放，我國進入4G時代。中國聯(lián)通:TD-LTE、FDD-LTE中國電信:TD-LTE、FDD-LTE中國移動:TD-LTE可能各位想問，為什么中國移動沒有選擇FDD-LTE?中國電信、中國聯(lián)通在3G網(wǎng)絡(luò)為FDD制式，所以采取LTE混合組網(wǎng)模式，至于中國移動為什么只采用TD-LTE我想，大家琢磨琢磨也知道的差不多了。7.第五代移動通訊系統(tǒng)(5G)5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢數(shù)據(jù)傳輸速率高，最高可達10Gbit/s，比有線互聯(lián)網(wǎng)要快，比先前的4GLTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。另一個優(yōu)點是較低的網(wǎng)絡(luò)延遲，低于1毫秒，而4G的延遲為30-70毫秒。5G的準備工作從2013年開始，2017年2月，國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo。2017年12月21日，在國際電信標準組織3GPPRAN第78次全體會議上，5GNR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。5GNR是“5GNewRadio”的縮寫，中文學(xué)名“5G新空口”，而“空口”則是空中接口，比如手機到基站的接口。在5G階段，3GPP組織把接入網(wǎng)(5GNR)和核心網(wǎng)(5GCore)拆開了，要各自獨立演進到5G時代，這是因為5G不僅是為移動寬帶設(shè)計，它要面向eMBB(增強型移動寬帶)、URLLC(超可靠低時延通信)、mMTC(大規(guī)模機器通信)三大場景。簡單說就是5G不只是把速度搞上去就行，還得解決延遲、承受大規(guī)模機器同時通信，如圖:現(xiàn)今時間段，提到5G，有一個詞匯是你一定會聽到的，那就是:雙模雙載波,雙模和雙載波，包含了目前5G最為大家討論關(guān)心的兩個方面:(1)雙模指5G網(wǎng)絡(luò)的兩種部署方式NSA(非獨立組網(wǎng))、SA(獨立組網(wǎng))用最簡單的話說就是:SA需要新建5G基站和5G核心網(wǎng)，NSA就是利用4G基站或核心網(wǎng)(2)雙載波這個術(shù)語說的是5G的兩個頻段區(qū)間一種是6GHz以下，又稱Sub-6GHz，跟目前2、3、4G差不多在一個頻段一種是在24GHz以上，高頻毫米波(mmWave)理論:頻率越高，電磁波的波長越短，能量越高，衰減越快，穿透性越差，散射越少，對人體傷害越大，中學(xué)物理告訴我們，波長越長，越容易繞過障礙物根據(jù)上述理論可知:毫米波頻率在24GHz以上，所以他波長很短，攜帶的信息多，傳遞的也快，也就意味著，延遲很低，相應(yīng)的問題就是覆蓋小，建筑遮擋穿透性差，覆蓋同一區(qū)域，Sub-6GHz的基站1個就行，但毫米波基站可能需要5個，但是這個頻率還遠沒到傷害你身體的階段不必擔(dān)心。但由于目前還在4G到5G過渡階段，現(xiàn)有4G基礎(chǔ)好，而且Sub-6GHz傳輸距離長、蜂巢覆蓋范圍較廣，對基站的需求數(shù)量較少，相對配套設(shè)置也發(fā)展成熟，我國國土遼闊，全面覆蓋成本大時間長，為了及時享受5G，所以目前國內(nèi)5G的初期建設(shè)主要使用Sub-6GHz頻段。以后隨著各技術(shù)環(huán)節(jié)成熟，加上慢慢修建新5G基站，毫米波肯定會發(fā)展起來。5G發(fā)展時間線:2018年2月23日，在世界移動通信大會召開前夕，沃達豐和華為宣布，兩公司在西班牙合作采用非獨立的3GPP5G新無線標準和Sub6GHz頻段完成了全球首個5G通話測試。2018年2月27日，華為在MWC2018大展上發(fā)布了首款3GPP標準5G商用芯片巴龍5G01和5G商用終端，支持全球主流5G頻段，包括Sub6GHz(低頻)、mmWave(高頻)。2