从“1G”到“5G”：蜂窝通信系统简史

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各位朋友最近在关注什么呢？根据最新的消息，国内三大运营商目前均已制定了2020年启动5G网络商用的计划，最快将于明年展开试验网络的建设和相关测试。也就是说，如果进展顺利，国内将在2020年正式迎来5G通信技术的商用。

说到5G，那可不是只比4G多了一个G啊！

移动互联网近年来真是改变了大家的日常生活，不光青年人，中老年朋友玩起微信来也是不亦乐乎，不知手机前的你是否还记得在现在手机屏幕上边的“3G”和“4G”字样之前，那显示着“Edge”和“GPRS”的岁月？是否也遇到过父母拿着电信的手机跑来问你说刚办了一个移动4G的卡怎么没信号的情况？手机的制式和眼花缭乱的网络格式让你晕头转向了吗？今天小编就来带你梳理一下。

第一代蜂窝通信系统（1G）：1G是基于模拟技术，且基本面向模拟电话的通信系统。它诞生于80年代初，是移动通信的第一个基本框架——包含了基本蜂窝小区架构、频分复用，和漫游的理念。高级移动电话服务（AMPS）就是一种主流1G技术。

第二代蜂窝通信系统（2G）：2G网络标志这移动通信技术从模拟走向了数字时代。这个引入了数字信号处理技术的通信系统诞生于1992年。2G系统第一次引入了流行的用户身份模块（SIM）卡。主流2G接入技术是CDMA和TDMA。GSM是一种非常成功的TDMA网络，它从2G的时代到现在都在被广泛使用。2.5G网络出现与1995年后，它引入了合并包交换技术，对2G系统进行了扩展。

相信大家很多人都是从这个时代接触手机的吧？2G时代的网络，在手机上都是显示“G”或“GPRS”，后来有了一次小升级，出现了“E”或“Edge”，也就是2.5G，那个时候广告里就开始出现CDMA这个名词了

第三代蜂窝通信系统（3G）：3G的基本思想是在支撑更高带宽和数据速率的同时，提供多媒体服务。3G同时采用了电路交换和包交换策略。主流3G接入技术是TDMA、CDMA、宽频带CDMA（WCDMA）、CDMA2000，和时分同步CDMA（TS-CDMA）。

到了3G时代，大家最熟悉的就是联通的WCDMA了吧！都说“北联通南电信”，电信使用的CDMA2000也是占了巨大的市场份额，各位读者有谁用的是移动3G吗？

第四代蜂窝通信系统（4G）：广泛普及的4G包含了若干种宽带无线接入通信系统。4G的特点可以用MAGIC描述，即移动多媒体、任何时间任何地点、全球漫游支撑、集成无线方案，和定制化个人服务。4G系统不仅支撑升级移动服务，也支撑很多既存无线网络。

时间走到了本世代，大家都开始使用“飞”一般的4G网络了，各位的流量费是不是也“飞”起来了呢？开个玩笑。

第五代蜂窝通信系统（5G）：对于5G和超4G无线网络通信，有一系列的设想。一些人认为它将是高密度网络，有着分布式MIMO以提供小型绿色柔性小区。先进的串扰和移动率管理也伴随着不同传输点和重叠的覆盖区之间的协作而实现。对每个小区的上行链路和下行链路传输，资源的使用也将更加灵活。用户连接支撑多种无线接入技术，并且在它们之间切换时真正做到无缝兼容。人们普遍期待的认知无线技术，即智能无线技术，将会在主用户离开时，通过自适应查找并使用未占用的频谱，支撑不同的无线技术高效共享同一个频谱。这一动态无线资源管理将基于App无线电技术实现。

实际上，世界上主要有两个不同的组织分别沿着两条道路，进行着3G到4G的技术推进。它们分别是：

-全球范围互通性微波接入(WiMAX)：WiMAX主要由Sprint，Clearwire，和Intel主导。

-长期演进（LTE）：LTE主要由Ericsson、Nokia，和其他几家企业组织主导。

（1）全球范围互通性微波接入

WiMAX得名于IEEE802.16协议。该协议支撑一公里内无线宽带空载传输或网络接入应用。在Sprint于2006年发布它时，WiMAX是第一个自称4G的技术。有趣的一点是，虽然WiMAX的很多细节，如OFDM，与LTE暗合，但它源自于Wi-Fi（IEEE802.11）而不是蜂窝通信技术。

WiMAX实际上一开始是解决家用和商用固定无线宽带接入的方案，它如同升级版的Wi-Fi。WiMAX成功实现了家用网络无线缆连接互联网，速度一般可以达到5到10Mbps之间，或者与数字用户环路连接速度相当。

Sprint于2006年首先提出了‘移动WiMAX’的概念，并于2008年九月正式面世。WiMAX同时也得到了Intel的支撑，Intel承诺将在笔记本电脑设备上支撑WiMAX，并协助将WiMAX协议国际化。Nokia，当时作为世界上第一大移动电话生产商，也对WiMAX密切关注。

但很不幸，WiMAX的发展非常缓慢。在2010年一月，全美只有3千万用户使用WiMAX。在美国以外地区，WiMAX在俄罗斯、蒙古和巴基斯坦取得一些成功，但在西欧同样陷入停滞。

同时，移动电话产业开始转向LTE，它的背后是曾经推出GSM，并承诺为既存移动电话设备提供更好兼容性的组织。LTE协议与2008年十一月面世。

现在，Sprint和Clearwire都在建设LTE网络，Sprint已经声明它们将不会再继续支撑新的WiMAX建设，既存网络将维持工作到2015年。

WiMAX现在作为一种发展中国家农村网络覆盖的实现方式。例如，BSNL（印度移动）和印度国家电信集团已经推出一个宏大的计划，将用WiMAX覆盖全印度，以提供宽带无线接入。

（2）长期演进

LTE是一种全IP无线宽带技术，支撑手机和手提设备的漫游互联网接入。因为LTE对以往的蜂窝小区通信协议进行了大幅提升，所以可以说它是与WiMAX并列的4G技术。LTE的显著特点包括提高上载和下载速率，提升频谱效率和服务质量，对既存通信标准更好的兼容性，以及内嵌安全性的提高等。LTE支撑VoIP和其他IP服务。LTE理论上可以实现300Mbps的下载速率，实验显示其可以实现更高的速率。但是，实际网络中，LTE的独立子载波可共享网络带宽很少。

用一个词可以很好的描述LTE，这个词就是“集成”。LTE无缝集成了不同的技术和网络以满足日益增长的用户需求。LTE技术组合了不同的既存和未来无线网络技术，如互联网通信协议第6版（IPv6）、OFDM、多载波CDMA（MC-CDMA）、大区域同步CDMA（LAS-CDMA），以及本地多点分布式系统（LMDS），以保证自由移动和不同技术网络间的无缝漫游。LTE可以提供连续稳定的链接，通过多种技术支撑多媒体应用。

LTE同时支撑多媒体消息服务（MMS）、视频聊天、移动TV，和高清电视（HDTV）。它可以在无线局域网内漫游。实际上第一个LTE网络在瑞士投入运营，LTE在世界绝大部分地区支撑智能手机。

选自《ROF光载无线通信：从理论到前沿》

来源 微信订阅号 通信情报科