我们把 20 世纪 80 年代至今称为当代通信。1973 年，美国摩托罗拉工程师马丁 · 库帕发明了世界上第一部商业化手机；1986 年，第一代移动通信技术（1G）在美国芝加哥诞生，高速发展的当代通信阶段的序幕正式拉开。这也就是我们熟知的从 1G 到 5G 的技术快速更新迭代时期。

1．“大哥大”的时代—1G

我们知道，贝尔试验室在 20 世纪 70 年代就提出了蜂窝网的概念，但直到 20 世纪 80年代，基于“蜂窝”概念的模拟移动通信系统才实现大规模商用，这被认为是真正意义上的第一代（1G，The First Generation）移动通信系统。

1G 由多个独立开发的系统组成，典型代表有美国的高级移动电话系统（AMPS，Advanced Mobile Phone System）和后来应用于欧洲部分地区的全接入通信系统（TACS，Total Access Communication System）以及 Nordic 移动电话（NMT）等。这些系统的共同特点是采用了频分多址（FDMA，Frequency Division Multiple Access）技术，并且模拟调制语音信号。

第一代蜂窝移动通信网是模拟系统，虽然模拟蜂窝网取得了很大成功，但也暴露出了很多问题。例如，频谱利用率低、移动设备复杂、费用较高、业务种类受限制、通话易被窃听等，其中最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。

2．迈入数字移动通信—2G

到 20 世纪 80 年代中期，新一代数字蜂窝移动通信系统问世，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体系。GSM 已于1991 年 7 月开始投入商用。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量；并且，数字网能提供语音、短信、数据多种业务服务，与 ISDN 等兼容。通信至此正式迈入了数字时代。

第二代（2G，The 2nd Generation）移动通信系统主要采用数字的时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）技术和码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）技术。以语音通信为主，主要提供数字化的语音业务及低速数据业务，又被称为窄带数字通信系统。

2G 克服了模拟移动通信系统的弱点，具有更高的频谱利用率、更高的网络容量、更好的语音质量和更强的保密性，并可进行省内、省际自动漫游。

2G 完成了从模拟通信向数字通信的历史使命。但是由于 2G 初期的通信世界还是“群雄割据”的状况，不同的国家和地区采取不同的制式，移动通信标准不统一，所以用户只能在同一制式覆盖的范围内漫游，不能实现全球漫游。并且，2G 带宽仍然有限，大大限制了数据业务的应用，从而无法实现移动多媒体等高速率的业务。

3．支持多媒体通信—3G

我们说，追求永不止步，而人们对于移动通信系统的需求也是如此。能语音通话了，还得能短信交流；能短信交流了，能不能发图片，听音乐，看视频？随着移动多媒体的发展，人们对于数据业务的使用率和依赖程度更高了，于是，以更高带宽、支持移动多媒体通信为目标的第三代移动通信系统呼之欲出，渐渐走上历史舞台。移动通信发展路线如图1 所示。

图 1移动通信发展路线

第三代（3G，The 3rd Generation）移动通信系统是在第二代移动通信系统的基础上进一步演进的。3G 以宽带 CDMA 技术为主，并能同时提供更高质量的语音和数据业务，较为彻底地解决了第一代和第二代移动通信系统的主要弊端，目标是提供包括语音、数据、视频等丰富内容的移动多媒体业务。

4．更极致的网络体验——4G

第四代（4G，The 4th Generation）移动通信技术主要指 LTE/LTEA（Long Term Evaluation/

Long Term Evaluation-Advanced）系统。如果说 3G 满足了人们对于多媒体数字通信的基本需求，

那么 4G 就代表了人们对更极致的移动网络体验的追求。

长期演进（LTE，Long Term Evolution）是由 3GPP 组织制定的通用移动通信系统（UMTS，

Universal Mobile Telecommunications System），于 2004 年 12 月在 3GPP 多伦多会议上正式立项并启动。

LTE 系统引入了正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和多输入多输出（MIMO，Multi-Input & Multi-Output）等关键技术，显著地提高了频谱效率和数据传输速率。下行和上行峰值速率分别可达到 100Mbit/s、50Mbit/s。因为 LTE 支持多种带宽分配（1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz 和 20MHz 等），并且支持全球主流2G/3G 频段和一些新增频段，所以频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也都显著提升。此外，LTE 系统网络架构更加扁平化、简单化，极大限度地减少了网络节点，降低了系统复杂度，从而减小了系统时延和网络部署、维护成本。LTE 系统还具有很高的兼容性，支持与其他3GPP 系统互操作。LTE 当前的目标是借助新技术和新的调制方法，尽可能提升无线网络的数据传输能力和数据传输速率，如新的数字信号处理（DSP）技术等。

根据双工方式的不同，LTE 系统分为 FDD-LTE 和 TDD-LTE，二者技术的主要区别在 于空口的物理层上（例如，帧结构、时分设计、同步等）。FDD 空口上下行采用成对的、不同的频段接收、发送数据，而 TDD 系统上下行使用相同的频段在不同的时隙上传输， TDD 比 FDD 有着更高的频谱利用率。

LTE 网络有能力提供 300Mbit/s 的下行速率和 75Mbit/s 的上行速率，并且在 E-UTRA环境下可借助服务质量（QoS）技术实现低于 5ms 的时延。此外，LTE 还支持多播和广播流，可提供高速移动中的通信需求。LTE 频段扩展度也很好，1.4MHz 至 20MHz 的时分多址和码分多址频段都能支持。

LTE 的远期目标是简化和重新设计网络体系结构，使其成为 IP 化网络（见图 2）。全 IP 基础网络结构（核心分组网演进）将替代原先的 GPRS 核心分组网，可向 UMTS 和 cdma2000 提供语音数据的无缝切换，简化的基础网络结构可为运营商节约网路运营开支。

图 2 LTE 整体结构

早在 4G 标准制定之前，ITU 给 4G 的定义是实现静止状态下能实现下行 1Gbit/s/ 上行500Mbit/s 的网络速率。尽管被宣传为 4G 无线标准，但 LTE 其实并未被 3GPP 认可为 ITU所描述的下一代无线通信标准，严格意义上还未达到 4G 标准。所以 LTE 一般被描述为 3.9G或者准 4G。只有升级版的 LTE Advanced 才真正符合 ITU 对 4G 的要求。LTE-Advanced（LTE-A） 从 2008 年 3 月 开 始，2008 年 5 月 确 定 需 求， 它 是 LTE 的演进而不是技术革命，它可以完全后向兼容 LTE。LTE-Advanced 满足 ITU-R 的 IMT Advanced 技术征集的需求。

LTE-A 采用了载波聚合（CA，Carrier Aggregation）、上 / 下行多天线增强、多点协作传输、

中继、异构网干扰协调增强等关键技术，能大大提高无线通信系统的峰值数据速率、峰值频谱效率、小区平均频谱效率以及小区边界用户性能，同时也能提高整个网络的组网效率，这使得 LTE 和 LTE-A 系统成为现在乃至未来几年内无线通信发展的主流。

LTE-A 为了实现更快的网络速率，除了提高网络的频谱利用率，还引入多载波聚合技术。所谓的多载波聚合，就是将多个频段的网络信号聚合起来，相当于公路从“单车道”扩展成了“多车道”，单位时间内通车数量随着载波数的增加成倍增加，使得整体速率大幅增加。可以将 2 ～ 5 个 LTE 成员载波（CC ，Component Carrier）聚合在一起，实现最大 100MHz 的传输带宽（见图3）。目前全球范围内不少运营商已经推出了双载波乃至三载波 LTE 技术，理论峰值速率从原来的 150Mbit/s 大幅提升到 300Mbit/s 乃至 450Mbit/s。

图 3载波聚合实现100MHz 带宽

5．突破想象力的极限——5G

第五代（The 5th Generation）移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继 4G（LTE-A、WiMAX）、3G（UMTS、LTE）和 2G（GSM）系统之后的延伸。随着移动互联网的发展，越来越多的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，人们对于移动数据传输需求的爆炸式增长，预计移动通信网络的容量需要在当前的网络容量上增长 1000 倍。

移动数据流量的暴涨将给现有移动网络带来全方位的冲击和严峻的挑战。第一，若按照当前移动通信网络发展，网络容量是难以支持千倍流量的增长的，就算能支持，网络能耗和比特成本也难以承受。第二，流量增长会使得对频谱的需求提升，但移动通信频谱资源极度稀缺，可用频谱呈大跨度和碎片化分布，频谱资源利用率不高。第三，未来网络将会是多网并存的异构移动网络，要能做到高效管理各个网络，简化互操作，对不同的业务和用户进行个性化优化，增强用户体验，2G 到 5G 的应用场景变化如图 4所示。

图 4 1G 到 5G 的应用场景变化

需要注意的是，虽然 5G 是万人瞩目、赋予重望的，但 5G 的登场并不意味着 4G 的谢幕，4G LTE 仍然是全球最为主流、最广泛使用的通信技术。如贝尔实验室所预测，5G 并不会完全替代 4G、Wi-Fi，而是将 4G、Wi-Fi 等网络融入其中，为用户带来更为丰富的体验，实现无缝切换。

5G 移动网络与早期的 2G、3G 和 4G 移动网络一样，5G 网络是数字蜂窝网络，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为蜂窝的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。蜂窝中的所有 5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵列和低功率自动收发器（发射机和接收机）进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的蜂窝中可以重复使用。本地天线阵列通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个蜂窝穿越到另一个蜂窝时，他们的移动设备将自动“切换”到新蜂窝中的天线。

根据 3GPP 的定义，5G 的三大应用场景为 eMBB、mMTC、URLLC。eMBB 即为增强移动宽带，超高的传输数据速率（峰值可达 10Gbit/s）为超高清视频、VR/AR 等大流量移动宽带业务提供支持；mMTC 指海量机器类通信，物联网连接起海量传感器和终端，使我们真正能感受“云上”智能生活；URLLC 指超高可靠低时延通信，低至1ms 级别的时延，为 5G 在车联网、工业控制、远程医疗等特殊行业的应用提供了可能性。

----摘自《大话移动通信（第 2 版）》

来源: 《大话移动通信（第 2 版）》

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