十年三代技術，為什么移動通信發展這么快？

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

先看看移動通信的百年發展歷程是怎樣的？

自從19世紀末馬可尼發現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，開創了航空新領域，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，解決了頻率復用、覆蓋擴展兩個問題，為廣大百姓應用奠定了技術基礎。

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（Advanced Mobile Phone Service，AMPS），1G得以面市。

到1985年美、日、英、法、北歐相繼生產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，各個國家的實踐表明將無線電從為小數人服務擴展到為廣大公眾服務是可行的。

移動通信近30年間從1G到4G所歷經的4代構成：

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

2G：第二代的DAMPS、GSM、JDC等3種標準基于時分多址（TDMA）技術，主要解決了公眾數字話音通信與低速數據通信。隨后又出現CDMA第4種標準。

3G：第三代的WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA等3種主流標準也就基于碼分多址（CDMA）技術，主要解決公眾高速數據通信。臨末了又擠進了WiMAX第4種標準。

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

當初沒有誰料到1996年后互聯網會發展如此迅猛，因此，歐美標準根本就沒有考慮適應互聯網的要求，這樣3G便處于一種高不成低不就的尷尬狀態。而且WCDMA和cdma2000都存在不適應互聯網非對稱業務的致命弱點，以致到2005年日本、歐洲運營商都發展緩慢、經營困難、甚至巨額虧損，歐美的3G商用一再延期。

這就迫使WCDMA標準不得不修改升級，于是產生了3.5G的高速下行分組數據接入HSPA標準，這才獲得發展。

中國TD-SCDMA嚴格說是為移動互聯網需求而誕生。TD-SCDMA標準是采用時分雙工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項關鍵專利技術綜合開發成的CDMA移動通信系統。

通過實踐證實TD-S具有適于移動互聯網需求的下列技術優勢：

第一，采用TDD技術，它利用了語音通信的特點，當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;還有互聯網非對稱業務的特點，從網上下載的遠遠多于發給網上的，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有它節約頻譜的天然優勢，符合移動互聯網發展方向。

第二，采用智能天線，可降低發射功率，減少多址干擾，提高系統容量;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，系統設備和手機成本較低。

第三采用軟件無線電，更易實現多制式基站和多模終端，系統易于升級換代，通過TD/GSM雙模終端可適應二網一體化的要求。

TD-S不但能夠大范圍覆蓋、高速移動和高速數據，適于獨立組網，而且具有頻譜效率高、適合非對稱業務、性價比高、適于2G網絡過渡和技術升級等突出優勢。從而在公眾移動通信領域邁入移動互聯網探尋了一條新路。從而TDD體制為后續4G/5G的TD-LTE奠定了技術基礎與產業基礎。

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

軟件無線電為后續5G的SDN（Software Defined Network軟件定義網絡）、NFV（Network Function Virtual網絡功能虛擬化）技術開了先河。

3G雖以滿足多媒體數據業務需求為主，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務還是顯得力不從心，因此移動互聯網業務的發展迫切需要網絡向大容量、高帶寬演進。

同時，數據業務流量的激增也為運營商帶來建設和運營方面的巨大挑戰，由于業務收入不能隨著業務量線性增長，承載成本和業務收入之間的差距隨著數據業務量的指數增長也將越來越大，因此運營商勢必要尋求更為高速率、低成本的技術體制。

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

2006年9月，LTE標準正式開始起草，制定了基于WCDMA的LTE-FDD與基于TD-SCDMA的LTE;它們和WiMAX的重要底層技術都是基于OFDM和MIMO;作為3G技術的長期演進，代表了移動通信產業發展的一個重要方向，受到多數傳統移動通信運營商的高度重視，發展異常迅速。

TD-LTE技術順應移動通信網絡寬帶化、IP化、智能化的發展趨勢，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日益緊張的情況下，TDD方式的頻譜效率較高;

（3）網絡結構扁平化，整體架構基于分組交換;可靈活地支持非對稱業務，更適應移動互聯網的需求;

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

（5）降低無線網絡時延，具有完善和嚴格的QoS機制，保證實時業務的服務質量;

（6）自組織網絡，降低網絡建設、優化、維護成本;

（7）強調向下兼容，支持已有的3G系統和非3GPP規范系統的協同運作;

（8）可利用信道對稱性易于實現MIMO等新技術來改進系統性能。

可見與3G相比，TD-LTE具有明顯的技術優勢，可很好解決業務帶寬需求以及承載成本的問題，因而得以高速發展與LTE-FDD并駕齊驅，平分天下。

移動通信深刻改變了人們的生活，但已經規模應用的4G，應對未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現的各類新業務和應用場景捉襟見肘，促使人們對更高性能移動通信的追求，第五代移動通信（5G）系統也就應運而生。

5G將滲透到未來社會的各個領域， 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，便捷地實現人與萬物的智能互聯。

5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設備的連接能力，超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等多場景的一致服務，業務及用戶感知的智能優化，同時將為網絡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“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）——真實網絡環境下用戶可獲得的最低傳輸速率，支持100～1000Mbps，4G僅10 Mbps;

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

（3）端到端時延（ms）——數據包從源節點開始傳輸到被目的節點正確接收的時間，1毫秒，4G達10毫秒;

（4）流量密度（Mbps/m2）——單位面積區域內的總流量，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、連接數密度和時延為5G最基本的三個性能指標。

從1G到4G系統，依次以FDMA→TDMA→CDMA→OFDMA等不同多址接入技術革新為換代標志，頻譜效率與數據速率也依次提高，1G/2G是基于有線電信網技術亦即基于CT技術，導致了電信網的移動化。從2G數字化之后，提供了運用計算機技術與微電子技術的可行性，又恰逢互聯網亦即基于IT技術的大發展，產生了互聯網移動化的需求。從3G開始促使CT技術與IT技術融合，于是4G向移動互聯網邁進。這4代都是解決人與人的連接通信問題。

現階段，全球新一輪科技革命和產業變革正孕育興起，如人工智能、大數據、云計算等等的興起，跨行業、跨領域的融合創新不斷深入，對移動通信技術也提出了更高的要求。已經不滿足于人與人通信的移動互聯網的4G，日益期望擴展物與物、人與物智能互聯即物聯網，使移動通信技術滲透至更加廣闊的行業和領域。

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

1G計8種標準，傳輸移動電話;2G計4種，傳輸數字電話與文字短信;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信息;

經歷50年的漫長時期，才形成一種全球統一的5G標準，可以傳輸立體多媒體動態信息，達到一機在手，通遍全球的理想，實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。這就是5G的最大優勢。說到底，技術創新是重要的內生動力，同時社會經濟發展需要更是剛需。移動通信的大發展能深刻改變人類社會的方方面面，未來還會加速6G等的進程。
? ? ? ?責任編輯:pj