在行動通訊領域,常聽到「3G」、「4G」的術語。「G」是「Generation」的簡寫,每一個「G」, 都代表了行動通訊的一個發展階段,也是一個時代。 行動通訊技術從 20 世紀 80 年代誕生 開始,歷經這 30 多年的發展,大約每 10 年曆經一個發展階段。下面介紹一下,行動通訊 從「1G」到「5G」的發展歷程。
第一代行動通訊技術誕生於美國貝爾實驗室。1978 年,美國貝爾實驗使研製成功高階 行動電話系統(AMPS,Advanced Mobile PhoneAccess),建成蜂窩狀行動通訊系統。蜂窩網的概念也由貝爾實驗室首次提出,並沿用至今。一代行動通訊主要採用的是模擬技術和分頻多重進接(FDMA)技術。原理相對簡單,是將 模擬訊號進行調變/解調,然後通過分配的無線頻率資源進行傳送。 1G 時代的技術引領者,是美國的摩托羅拉公司,他的無線通訊代表產品,就是人們俗 稱的「大哥大」。在 1G 模擬通訊時代,摩托羅拉擁有絕對的霸主地位,佔全球市場份額一度 高達 70%,擁有多項無線通訊技術專利。第一代行動通訊主要代表系統,包括:AMPS、NMT、TACS 等。 中國主要採用的是 TACS(TotalAccess Communications System,改進型總接入通訊 系統)。 中國第一代行動通訊系統於 1987 年 11 月 18 日,在廣東第六屆全運會上正式開通並商 用。這也代表著中國行動通訊行業,「1G」時代的到來。採用模擬訊號傳輸的第一代行動通訊系統有著很多缺陷,比如:通話品質差、訊號不穩定,容易被竊聽等。沒有國際標準,無法實現國際漫遊。
2G 技術的引領者屬於歐洲。1982 年,歐洲郵電管委會提出了 GSM(全球行動通訊系 統)標準。1990 年之後,GSM 成為歐洲乃至世界的第二代行動通訊標準。GSM 採用分時多重進接(TDMA)方式傳輸資料,具有標準化程度、介面開放的特點。GSM 是行動通訊信系統的里程碑,巔峰時期佔據了全世界 85%的市場份額,是 2G 時代的名副 其實的霸主。GSM 資料傳輸速率為上行 9.6kbit/s,下行為 14.4kbit/s。IS-95 IS-95 是北美的數位蜂窩通訊標準,採用分碼多重進接(CDMA)方式傳輸資料,具有容量 大、語音品質好等優點,但由於標準化程度低,市場規模遠不如 GSM 系統。 2G 時代還有個過渡版本——2.5G。為了實現更大的資料傳輸能力,自 1996 年開始, 陸續出現了 GPRS、EDGE 和 IS-95B(後演進為 CDMA1X)等升級技術,被稱作 2.5G。 2.5G 技術是 2G 時代的有力補充,GPRS 資料傳輸速率上行為 9.6kbit/s,下行為 116kbit/s;EDGE 資料傳輸速率上下行均為 384Kbit/s,有力的擔當起了當時的一些多媒體等 應用需求,延長了 GSM 系統的生命週期。
3G 時代到來,行動通訊開始由窄頻走向寬頻。3G 系統與以往系統不同,它是第一個 由 ITU(國際電信聯盟)釋出的國際標準。能夠同時傳送語音、資料、圖文、視訊等多媒體 應用。上行資料傳輸速率 5.76Mbit/s,下行資料傳輸速率可達到 7.2Mbit/s。 3G 系統存在三種標準,分別是 CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。 WCDMA全稱為Wideband CDMA, 是由GSM發展而來,也是由歐洲提出的寬頻CDMA 技術,可以實現在現有 GSM 網路上平滑升級。因此,也成全球應用最廣泛的 3G 標準,曾 佔據全球 3G 系統 80%的市場份額。 CDMA2000 也稱為 CDMA1X,是由美國高通北美公司提出的,這套系統建設成本低廉。 但使用 CDMA 的地區只有日本、北美、韓國等少數國家地區,所以全球應用並不廣泛。 TD-SCDMA 是由中國提出的 3G 標準,1999 年 6 月 29 日,由大唐電信(原郵電部電 信科學技術研究院)向 ITU 提出,具有輻射低的特點,在頻譜利用率、頻率靈活性及成本等方面,具有優勢。 自 3G 開始,中國在世界行動通訊技術領域中,佔據了一席之地。
4G 是當下正在使用的行動通訊技術。 4G 時代被 ITU 承認的 4G 標準有兩個:LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced。 2012 年 1 月 18 日,ITU(國際電信聯盟)在 2012 年無線電通訊全會全體會議上,正 式審議通過將 LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced 確立為 4G 國際標準。由中國主 導制定的 TD-LTE-Advanced 成為 4G 國際標準。後與 FDD-LTE-Advanced 標準,統一為LTE-Advanced。 採用 LTE-Advanced 的 4G 技術,峰值速率可以達到上行 500Mbit/s,下行 1Gbit/s,有力的支援大頻寬應用。 4G 的高速率傳輸,催生了直播和短視訊等行動端應用的爆發式增長,行動端的應用變得更加豐富多彩,高清視訊、智慧家居、物聯網,日益走進大眾生活。
從 1G 到 4G 發展過程中, 技術的升級主要體現在在速率的提升,以及穩定性、安全 性等指標的提升方面。那麼 5G 會給我們帶來哪些改變呢?當下有一個觀點——「4G 改變生 活,5G 改變社會」。5G 最大的改變就是實現從人與人之間的通訊走向人與物、物與物之間的通訊,實現萬物互聯,推動社會發展。
5G 的意義不只是單純地在手機上,萬物互聯也不僅僅只是一個口號,人工智慧,無人 駕駛等方面都離不開 5G 的高速連線。如果沒有 5G,相關聯的其他產業的發展也會受到制 約,落後於別人。這也是各國重視 5G,爭奪 5G 話語權的主要原因。
2015 年 6 月 ITU 定義的 5G 未來移動應用包括以下三大領域:
增強型移動寬頻 (eMBB):人的通訊是行動通訊需要優 先滿足的基礎需求。未來 eMBB將通過更高的頻寬和更短的時延繼續提升人類的視覺體驗;
大規模機器類通訊(mMTC):針對萬物互聯的垂直行業,IoT 產業發展迅速,未來將出
現大量的行動通訊感測器網路,對接入數量和能效有很高要求; 高可靠低時延通訊(uRLLC):針對特殊垂直行業,例如工業自動化、遠端醫療、智慧電 網等需要高可靠性+低時延的業務需求。