趣科技 | 1G到5G，通信標(biāo)準(zhǔn)為何從百家爭(zhēng)鳴變成一枝獨(dú)秀

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中國(guó)移動(dòng)研究院副院長(zhǎng)黃宇紅近日表示：“計(jì)劃推出的 5G 標(biāo)準(zhǔn)將不再具有多個(gè)技術(shù)版本，而是形成統(tǒng)一融合的唯一標(biāo)準(zhǔn)。”眾所周知，1G、2G、3G、4G 時(shí)代，都是有多個(gè)版本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為什么 5G 將形成統(tǒng)一融合的單一標(biāo)準(zhǔn)?

答案似乎只有一個(gè)，就是產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)決定。

首個(gè)版本的 5G 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)在 2018 年完成并推出，5G 的各位前輩是怎樣的，本期《趣科技》我們就來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下通信標(biāo)準(zhǔn)那些事。

1G 時(shí)代，傻白甜時(shí)代只能語(yǔ)音不能上網(wǎng)
1G 作為移動(dòng)通信的鼻祖，為類比式系統(tǒng)，是以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的蜂窩無(wú)線電話系統(tǒng)。1G 系統(tǒng)采用頻分多址（FDMA）的模擬調(diào)制方式，將介于 300Hz 到 3400Hz 的語(yǔ)音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率 MHz 上（一般在 150MHz 或以上）。

歷史：
二十世紀(jì)六十年代由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室等單位提出蜂窩系統(tǒng)的概念和理論，但是受到硬件的限制，七十年才在正式向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。移動(dòng)通信的變革在北美、歐洲、和日本幾乎同時(shí)進(jìn)行，但在這些區(qū)域采用的標(biāo)準(zhǔn)是不同的。

1971 年 12 月，AT&T 向 FCC 提交了蜂窩移動(dòng)服務(wù)提案；1978 年，美國(guó)貝爾試驗(yàn)室研制成功全球首個(gè)移動(dòng)蜂窩電話系統(tǒng) AMPS；1982 年，AMPS 被 FCC 批準(zhǔn)，分配了 824-894MHz 頻譜，投入正式商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

1979 年，由 NET 在日本東京開(kāi)通了第一個(gè)商業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是日本電報(bào)電話（NTT），后來(lái)發(fā)展了高系統(tǒng)容量版本 Hicap。

北歐于 1981 年 9 月在瑞典開(kāi)通了 NMT(Nordic 移動(dòng)電話)系統(tǒng)，接著歐洲先后在英國(guó)開(kāi)通 TACS 系統(tǒng)，德國(guó)開(kāi)通 C－450 系統(tǒng)等。

1G 通信存在眾多弊端，保密性差、系統(tǒng)容量有限、頻率利用率低、只能進(jìn)行進(jìn)行通信無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備成本高、體積重量大等。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長(zhǎng)途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

1G 標(biāo)準(zhǔn)：

• AMPS：高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)，運(yùn)行于 800MHz 頻帶，在北美，南美和部分環(huán)太平洋國(guó)家廣泛使用

• TACS：總接入通信系統(tǒng)，由摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)，是 AMPS 系統(tǒng)的修改版本，運(yùn)行于 900MHz 頻帶，分為 ETACS(歐洲)和 JTACS(日本)兩種版本。英國(guó)、日本和部分亞洲國(guó)家廣泛使用此標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)郵電部于 1987 年確定以 TACS 制式作為我國(guó)模擬制式蜂窩移動(dòng)電話的標(biāo)準(zhǔn)

• NMT：北歐移動(dòng)電話，運(yùn)行于 450、900MHz 頻帶，應(yīng)用于曾在北歐國(guó)家、瑞士、荷蘭、東歐及俄羅斯等國(guó)。NMT450?由愛(ài)立信和諾基亞公司開(kāi)發(fā)，服務(wù)于北歐國(guó)家。是世界上第一個(gè)多國(guó)使用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行于 450 MHz 頻段；NMT900 為升級(jí)版本有更高的系統(tǒng)容量，并能使用手持的終端產(chǎn)品

• C-Netz：運(yùn)行于 450MHz 頻帶，應(yīng)用于西德、葡萄牙及奧地利

• C-450：與 C-Netz 基本相同，運(yùn)行于 450MHz 頻帶，二十世紀(jì)八十年代部署在非洲南部

• Radiocom 2000：RC2000，運(yùn)行于 450、900MHz 頻帶，應(yīng)用于法國(guó)

• RTMS：運(yùn)行于 450MHz 頻帶，應(yīng)用于意大利

• NTT：分為 TZ-801、TZ-802 和 TZ-803 三種制式，高容量版本稱為 HICAP

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1G 時(shí)代就是一個(gè)傻白甜的時(shí)代，以 AMPS 為代表，只能語(yǔ)音通信不能上網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)容量也嚴(yán)重受限，除此之外還有眾多弊端，比如保密性差、系統(tǒng)容量有限、頻率利用率低、設(shè)備成本高、體積重量大等。

由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長(zhǎng)途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)，只有"國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"沒(méi)有"國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)"，系統(tǒng)制式混雜不能國(guó)際漫游成為一個(gè)突出的問(wèn)題。這些缺點(diǎn)都隨著第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的到來(lái)得到了很大的改善。

雖然 1G 時(shí)代并不區(qū)分移動(dòng)、聯(lián)通和電信，卻有著 A 網(wǎng)和 B 網(wǎng)之分，而在這兩個(gè)網(wǎng)背后就是主宰模擬時(shí)代的愛(ài)立信和摩托羅拉。通信設(shè)備就像磚頭一樣，但卻昂貴無(wú)比，這便是財(cái)富的象征的“大哥大”。

我國(guó)移動(dòng)通信的時(shí)代來(lái)的比較晚，1987 年才開(kāi)始，并以 TACS 為標(biāo)準(zhǔn)。

2G 時(shí)代，跨時(shí)代的經(jīng)典一代

20 世紀(jì) 70 年代進(jìn)入了 2G 時(shí)代，開(kāi)啟數(shù)字蜂窩通信，擺脫了模擬技術(shù)的缺陷，有了跨時(shí)代的提升，雖然仍定位于話音業(yè)務(wù)，但開(kāi)始引入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。并且手機(jī)可以發(fā)短信、上網(wǎng)。2G 的天下，也呈現(xiàn)出“抱團(tuán)”的現(xiàn)象，與 1G 時(shí)代的亂戰(zhàn)在相比，天下被分割為 GSM（基于 TDMA）與 CDMA 兩種形式。

既生瑜何生亮？既然有了 GSM 為何還要費(fèi)大力氣研發(fā) CDMA?

隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)的增加，TDMA 依靠大力壓縮信道帶寬的做法已經(jīng)顯現(xiàn)出弊端的時(shí)候，美國(guó)高通便投入到了 CDMA 的研發(fā)中，并證實(shí) CDMA 用于蜂窩通信的容量巨大，且頻率利用率高、抗干擾能力強(qiáng)，所以應(yīng)用前景也被看好。

2G 標(biāo)準(zhǔn)：

• GSM：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，基于 TDMA，源于歐洲并實(shí)現(xiàn)全球化，使用 GSN 處理器。GSM 系統(tǒng)通過(guò) SIM 卡來(lái)識(shí)別移動(dòng)用戶，這位發(fā)展個(gè)人通信打下了基礎(chǔ)

• IDEN：基于 TDMA，美國(guó)獨(dú)有的系統(tǒng)，被美國(guó)電信系統(tǒng)商 Nextell 使用

• IS-136﹙D-AMPS﹚：基于 TDMA，美國(guó)最簡(jiǎn)單的 TDMA 系統(tǒng)，用于美洲

• IS-95﹙CDMAOne﹚：基于 CDMA，美國(guó)最簡(jiǎn)單的 CDMA 系統(tǒng)，用于美洲和亞洲一些國(guó)家

• PDC：基于 TDMA，僅在日本普及

2G 時(shí)代開(kāi)始了移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)，1G 時(shí)代各國(guó)的通信模式系統(tǒng)互不兼容迫使廠商要發(fā)展各自的專用設(shè)備，無(wú)法大量生產(chǎn)在一定程度上抑制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2G 時(shí)代雖然標(biāo)準(zhǔn)也比較多，但已經(jīng)有“領(lǐng)導(dǎo)性”的網(wǎng)絡(luò)制式脫穎而出。GSM 也讓全球漫游成為可能。

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伴隨著 1989 年 GSM 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)化，歐洲起家的諾基亞與愛(ài)立信開(kāi)始攻占美國(guó)和日本市場(chǎng)，僅僅 10 年功夫諾基亞力壓摩托羅拉，成為全球最大的移動(dòng)電話商。

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我國(guó)內(nèi) 2G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)始于 1994 年中國(guó)聯(lián)通的成立，2000 年 4 月中國(guó)移動(dòng)成立了。

3G 時(shí)代，CDMA 的家族狂歡
2G 在發(fā)展后期暴露出來(lái)的 FDMA 的局限，讓通信廠商找到了 3G 發(fā)展的方向。3G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)必須要面對(duì)新的頻譜、新的標(biāo)準(zhǔn)、更快的數(shù)據(jù)傳輸。而 CDMA 系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

于是國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了官方第 3 代移動(dòng)通信(3G)標(biāo)準(zhǔn) IMT-2000（國(guó)際移動(dòng)通信 2000 標(biāo)準(zhǔn))。在 2000 年 5 月確定 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 三大主流無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)；2007 年，WiMAX 成為 3G 的第四大標(biāo)準(zhǔn)。

可見(jiàn) 3G 雖然標(biāo)準(zhǔn)還是有多家，但是也快成為 CDMA 的“家族企業(yè)”了。WiMAX 定位是取代 WiFi 的一種新的無(wú)線傳輸方式，但后來(lái)發(fā)現(xiàn) WiMAX 定位比較像 3.5G 一樣，提供終端使用者任意上網(wǎng)的連結(jié)，這些功能 3.5G/LTE 都可以達(dá)到。

WCDMA（歐洲）：基于 GSM 發(fā)展而來(lái)，歐洲與日本提出的寬帶 CDMA 基本相同并進(jìn)行了融合。該標(biāo)準(zhǔn)提出了 GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G）的演進(jìn)策略，機(jī)遇 GSM 的市場(chǎng)占有率情況，WCDMA 具有先天的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，是終端種類最豐富 3G 標(biāo)準(zhǔn)，占據(jù)全球 80%以上市場(chǎng)份額。WCDMA 的支持者包括歐美的愛(ài)立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電，以及日本的 NTT、富士通、夏普等廠商。

CDMA2000（美國(guó)）：由窄帶 CDMA(CDMA IS95）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的寬帶 CDMA 技術(shù)，美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、Lucent 和韓國(guó)三星都有參與，但韓國(guó)成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。CDMA2000 可以由 CDMAOne 結(jié)構(gòu)直接升級(jí)到 3G，成本低廉。但使用 CDMA 的地區(qū)只有日、韓和北美，所以 CDMA2000 的支持者不如 W-CDMA 多。

TD-SCDMA（中國(guó)）：中國(guó)大陸?yīng)氉灾贫ǎ?1999 年 6 月中國(guó)原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（大唐電信）向 ITU 提出，但技術(shù)發(fā)明始于西門(mén)子公司。TD-SCDMA 因輻射低被譽(yù)為綠色 3G。該標(biāo)準(zhǔn)可不經(jīng)過(guò) 2.5 代的中間環(huán)節(jié)直接向 3G 過(guò)渡，適用于 GSM 系統(tǒng)向 3G 升級(jí)，但相對(duì)于另兩個(gè)主要 3G 標(biāo)準(zhǔn) CDMA2000 和 WCDMA 它的起步較晚，技術(shù)不夠成熟。

WiMAX：微波存取全球互通，又稱為 802·16 無(wú)線城域網(wǎng)，是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無(wú)線連接方案。

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日本是世界上 3G 網(wǎng)絡(luò)起步是最早的，2000 年 12 月日本以招標(biāo)方式頒發(fā)了 3G 牌照，2001 年 10 月 NTT DoCoMo 在世界第一個(gè)開(kāi)通了 WCDMA 服務(wù)。落后于日本 9 年，我國(guó)終于在 2009 年的 1 月 7 日頒發(fā)了 3 張 3G 牌照，分別是中國(guó)移動(dòng)的 TD-SCDMA，中國(guó)聯(lián)通的 WCDMA 和中國(guó)電信的 WCDMA2000。

中國(guó)移動(dòng)的 TD-SCDMA 為自主研發(fā)，因此在 3G 用 戶數(shù)量、終端數(shù)量、運(yùn)營(yíng)地區(qū)上都存在一定的劣勢(shì)，所以失去了領(lǐng)跑的機(jī)會(huì)只能將翻身的希望寄予 4G 時(shí)代。

4G 時(shí)代，真正自由溝通
3G 是高速 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，雖然上網(wǎng)已經(jīng)變成不是什么奢侈的事情，但是并不能滿足人們的需求。所以在 3G 普及度并不高的時(shí)候，4G 的研發(fā)已經(jīng)走在路上了。4G 系統(tǒng)可稱為廣帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，可將上網(wǎng)速度提高到超過(guò) 3G 移動(dòng)技術(shù) 50 倍，可實(shí)現(xiàn)三維圖像高質(zhì)量傳輸。

4G 有多個(gè)叫法，國(guó)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。

2009 年初，ITU 在全世界范圍內(nèi)征集 IMT-Advanced 候選技術(shù)。2009 年 10 月，ITU 共計(jì)征集到了六個(gè)候選技術(shù)。這六個(gè)技術(shù)基本上可以分為兩大類，一是基于 3GPP 的 LTE 的技術(shù)；另外一類是基于 IEEE 802.16m 的技術(shù)。

2012 年 1 月，正式審議通過(guò)將 LTE-Advanced 和 WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術(shù)規(guī)范確立為 IMT-Advanced(俗稱"4G")國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)主導(dǎo)制定的 TD-LTE-Advanced 同時(shí)成為 IMT-Advanced 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

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4G 標(biāo)準(zhǔn)：

• LTE：它改進(jìn)并增強(qiáng)了 3G 的空中接入技術(shù)，采用 OFDM 和 MIMO 作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)

由于 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版 HSPA 和 HSPA+均能夠演化到 FDD-LTE，我國(guó)自主研發(fā)的 TD-SCDMA 也可繞過(guò) HSPA 直接向 TD-LTE 演進(jìn)，所以這一 4G 標(biāo)準(zhǔn)獲得的支持是最大的。

• LTE-Advanced：LTE 技術(shù)的升級(jí)版，正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA，LTE 作為 3.9G 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那么 LTE-Advanced 作為 4G 標(biāo)準(zhǔn)更加確切一些。LTE-Advanced 包含 TDD 和 FDD 兩種制式，其中 TD-SCDMA 將能夠進(jìn)化到 TDD 制式，而 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)化到 FDD 制式。移動(dòng)主導(dǎo)的 TD-SCDMA 網(wǎng)絡(luò)可繞過(guò) HSPA+網(wǎng)絡(luò)而直接進(jìn)入到 LTE

• WiMax：全球微波互聯(lián)接入，另一個(gè)名字是 IEEE 802.16。WiMAX 的技術(shù)起點(diǎn)較高，能提供的最高接入速度是 70M，這個(gè)速度是 3G 所能提供的寬帶速度的 30 倍

• WirelessMAN-Advanced：WiMax 的升級(jí)版，即 IEEE 802.16m 標(biāo)準(zhǔn)，802.16m 最高可以提供 1Gbps 無(wú)線傳輸速率，還將兼容未來(lái)的 4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

美國(guó)最大的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商 Verizon 選擇的是 LTE，布局了上百個(gè)城市，后期開(kāi)始向 LTE-Advanced 演進(jìn)；第二大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商 AT&T 采取 HSPA+和 LTE 技術(shù)并駕齊驅(qū)；第三名的 Sprint 則重壓 WiMax，不過(guò)后來(lái)也開(kāi)始布局 LTE 走雙戰(zhàn)略。歐洲和美國(guó)類似，選擇 WiMax 以及 LTE 兩種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制式居多。

全世界走得最快的是韓國(guó),2011 年開(kāi)始，韓國(guó)三大電信運(yùn)營(yíng)商 SKT、KT 和 LGU+就開(kāi)始部署 LTE 4G 網(wǎng)絡(luò)。日本 4G 的情況跟韓國(guó)差不多，日本 4G 的發(fā)展雖然沒(méi)有造成運(yùn)營(yíng)商格局變化，但卻成就了異常繁榮的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

5G 時(shí)代，大統(tǒng)一的天下

從 2G 到 3G，再?gòu)?3G 到 4G，中間的過(guò)渡時(shí)間越來(lái)越短。在 4G 剛剛從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)的時(shí)候就有專家預(yù)測(cè)：在 3G 向 4G 過(guò)渡的過(guò)程中，如果 4G 通信因?yàn)橄到y(tǒng)或終端的短缺而導(dǎo)致延遲的話，那么號(hào)稱 5G 的技術(shù)隨時(shí)都有可能威脅到 4G 的贏利計(jì)劃，此時(shí) 4G 漫長(zhǎng)的投資回收和贏利計(jì)劃會(huì)變得異常的脆弱。

雖然 4G 已經(jīng)擁有了可觀的用戶數(shù)，但是 5G 到來(lái)的步伐也加快了。關(guān)于 5G 可以帶給我們的上網(wǎng)感受可以用一張圖表示了。

3G 手機(jī)用戶在全球范圍都可以進(jìn)行移動(dòng)通信，但是由于沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各種移動(dòng)通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機(jī)用戶帶來(lái)諸多不便。這個(gè)問(wèn)題也遺留給了 4G 來(lái)解決，但是 4G 并沒(méi)有把這個(gè)問(wèn)題解決好，那個(gè)這個(gè)問(wèn)題就留給了 5G。這也是“計(jì)劃推出的 5G 標(biāo)準(zhǔn)將不再具有多個(gè)技術(shù)版本，而是形成統(tǒng)一融合的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的原因。

中國(guó)(華為)、韓國(guó)(三星電子)、日本、歐盟都在投入相當(dāng)?shù)馁Y源研發(fā) 5G 網(wǎng)絡(luò)。華為計(jì)劃在 2018 年與合作伙伴建設(shè) 5G 試驗(yàn)網(wǎng)，2019 年完成 5G 互操作測(cè)試，并于 2020 年率先實(shí)現(xiàn) 5G 商用。關(guān)于 5G 我們更多的是期待與等待。

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