从0G到5G移动通信的百年沉浮

时间: 2024-06-09 03:08:13 |   作者: 业绩案例

  二战期间,摩托罗拉的SCR系列步话机在战场上屡建功勋,向全世界展示了无线通话的神奇魅力,也激起了人们将其应用于民用市场的渴望。

  战争结束后,1946年,美国AT&T公司将无线收发机与公共交换电话网(PSTN)相连,正式推出了面向民用的MTS(Mobile Telephone Service)移动电话服务。

  在MTS中,若用户想要拨打电话,必须先手动搜索一个未使用的无线频道,然后先与运营商接线员进行通话,请求对方通过PSTN网络进行二次接续。

  整个通话采用半双工的方式,也就是说,同一时间只能有一方说话。说话时,用户必须按下电话上的“push-to-talk(按下通话)”开关。

  MTS的计费方式也十分原始。接线员会全程旁听双方之间的通话,并在通话结束后手动计算费用,确认账单。

  尽管MTS现在看来非常另类,但它确实是有史以来人类第一套商用移动电话系统。

  大家别慌,MTS所指的Mobile Telephone(移动电话),并不是手机,而是Mobile Vehicle Telephone(移动车载电话)。更准确来说,是车载半双工手动对讲机。

  以当时的电子技术和电池技术,是不可能发明出手机的。能造出车载电话,就已经很不错了。

  当时的“基站”也非常庞大,有点像广播电视塔,一座城市只有一个,位于市中心,覆盖方圆40公里,功率极高。

  他认为,与其一味地提升信号发射功率,不如限制信号传输的范围,将信号控制在一个有限的区域(小区)内。

  蜂窝通信的设想虽然很好,但是,同样受限于当时的电子技术(尤其是切换技术),没办法实现。贝尔实验室只能将其束之高阁。

  到了50年代,陆续有更多的国家开始建设车载电线年,西德(联邦德国)推出的A-Netz。

  1961年,苏联工程师列昂尼德库普里亚诺维奇(Leonid Kupriyanovich)发明了ЛК-1型移动电话,同样是安装在汽车上使用的。后来,苏联推出了Altai汽车电线多个城市。

  列昂尼德和他的ЛК-1型便携移动电线年,美国推出了改进型的MTS车载电话系统,称为

  。IMTS支持全双工、自动拨号和自动频道搜索,能够给大家提供了11个频道(后来为12个),相比MTS有了质的飞跃。

  不管是Altai,还是IMTS或ARP,后来都被称为“0G”或“Pre-1G(准1G)”移动通信技术。

  1973年,摩托罗拉的工程师马丁库珀(Martin Cooper)和约翰米切尔(John F.Mitchell)终于书写了历史,发明了世界上第一款真正意义上的手机(手持式个人移动电话)。

  AT&T在1964年被美国国会“剥夺”了卫星通信商业使用权。无奈之下,他们在贝尔实验室组建了移动通信部门,寻找新的机会。

  由于当时并没有无线移动系统的标准化组织,AT&T公司就给HCMTS制定了自己的标准。后来,电子工业协会(EIA)将这个系统命名为暂定标准3(Interim Standard 3,IS-3)。1976年,HCMTS换了一个新名字——AMPS(Advanced Mobile Phone Service,先进移动电话服务)。

  在早期的时候,摩托罗拉搞了一个RCCs(无线电公共载波)技术,赚了不少钱。所以,他们一直极力反对FCC给蜂窝通信发放频谱,以免影响自己的RCCs市场。但与此同时,他们也在拼命研发蜂窝通信技术,进行技术储备。这才有了前面DynaTAC的诞生。

  两年后,1981年,北欧国家挪威和瑞典建立了欧洲的首个1G移动网络——NMT( Nordic Mobile Telephones,北欧移动电话)。不久后,丹麦和芬兰也加入了他们。NMT成为全世界第一个具有国际漫游功能的移动电话网络。

  迅猛增长的用户数量远超于了AMPS网络的承担接受的能力。后来,为提升容量,摩托罗拉推出的窄带版AMPS技术,即NAMPS。它将现有的30KHz语音信道分成三个10KHz信道(信道总数变成2496个),以此节约频谱,扩充容量。

  1983年2月,英国政府宣布,BT(英国电信)和Racal Millicom(沃达丰的前身)这两家公司将以AMPS技术为基础,建设TACS移动通信网络。

  1985年1月1日,沃达丰正式推出TACS服务(从爱立信买的设备),当时只有10个基站,覆盖整个伦敦地区。TACS的单个信道带宽是25KHz,上行使用890-905MHz,下行935-950MHz,一共有600个信道用于传输语音和控制信号。

  TACS系统主要是由摩托罗拉开发出来的,其实就是AMPS系统的修改版本。两者之间除了频段、频道间隔、频偏和信令速率不同,其它完全一致。

  和北欧的NMT相比,TACS的性能特点有明显的区别。NMT适合北欧国家(斯堪的纳维亚半岛)人口稀少的农村环境,采用的是450MHz(后来改成800MHz)的频率,小区范围更大,

  而TACS的优势是容量,而非覆盖距离。TACS系统发射机功率较小,适合英国这样人口密度高、城市面积大的国家。

  值得一提的是,1987年中国在广州建设的第一个移动通信基站,采用的就是TACS技术,合作厂商是摩托罗拉。

  GSM的成立宗旨,是要建立一个新的泛欧标准,开发泛欧公共陆地移动通信系统。他们提出了高效利用频谱、低成本系统、手持终端和全球漫游等要求。

  随后几年,欧洲电信标准组织(ETSI)完成了GSM 900MHz和1800MHz(DCS)的规范制定。

  1991年,芬兰的Radiolinja公司(现为ELISA Oyj的一部分)在GSM标准的基础上,推出了全球首个2G网络。

  众所周知,2G采用数字技术取代1G的模拟技术,通话质量和系统稳定性大幅度的提高,更安全可靠,设备能耗也大幅下降。

  除了GSM之外,另一个广为人知的2G标准就是美国高通公司推出的CDMA。准确来说,是IS-95或cdmaOne。

  IS-95有两个版本,分别是IS-95A和IS-95B。前者能支持高达14.4kbps的峰值数据速率,而后者则达到115kbps。

  20世纪末,随着网络的大爆发,人们对移动上网提出了强烈的需求。于是,GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)开始出现。

  我们可以把GPRS看作是GSM的一个“插件”。在GPRS的帮助下,网络能够给大家提供最高114Kbps的数据业务速率。

  GPRS最早在1993年提出,1997年出台了第一阶段的协议。它的出现,是蜂窝通信历史的一个转折点。因为它意味着数据业务开始崛起,成为移动通信的主要发展方向。

  GPRS技术推出之后,电信运营商还搞出了速率更快的技术,名字叫做Enhanced Data-rates for GSM Evolution(GSM演进的增强速率),也就是很多人可能比较熟悉的EDGE。

  1996年,欧洲成立UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)论坛,专注于协调欧洲3G的标准研究。以诺基亚、爱立信、阿尔卡特为代表的欧洲阵营,清楚地认识到CDMA的优势,于是,开发出了原理相类似的W-CDMA系统。

  很多人搞不清楚UMTS和WCDMA的关系。其实,UMTS是欧洲那边对3G的统称。WCDMA是UMTS的一种实现,一般特指无线接口部分。待会我们提到的TD-SCDMA,也属于UMTS。

  为了能够和美国抗衡,欧洲ETSI还联合日本、中国等共同成立了3GPP组织(3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划),合作制定全球第三代移动通信标准。

  以朗讯、北电为代表的企业,支持WCDMA和3GPP。而以高通为代表的另一部分势力,联合韩国,组成了3GPP2组织,与3GPP抗衡。他们推出的标准,是基于CDMA 1X(IS-95)发展起来的CDMA2000标准。

  CDMA2000虽然是3G标准,但一开始的峰值速率并不高,只有153kbps。后来,通过演进到EVDO(EVolution Data Optimized),数据速率有了明显的提升,能够给大家提供高达14.7Mbps的峰值和5.4Mbps的峰值上传速度。

  中国在这一时期,也推出了自己的3G标准候选方案(也就是大家熟知的TD-SCDMA),共同参与国际竞争。

  经过激烈的角逐和博弈,最终,ITU国际电信联盟确认了全球3G的三大标准,分别是欧洲主导的WCDMA,美国主导的CDMA2000,还有中国的TD-SCDMA。

  1998年10月1日,NTT Docomo在日本推出了世界上第一张商用3G网络(基于WCDMA)。

  正因为HSPA+的速率很快,甚至超过了早期的LTE和WiMAX。所以,当时有一些运营商(例如美国T-Mobile),没有立刻启动LTE的建设,而是将现有的HSPA网络升级为HSPA+。我们的祖国的中国联通,当时也有类似的想法。

  1999年,IEEE标准委员会成立了一个工作组,专门制定无线的第一个版本正式对外发布,后来发展为IEEE 802.16m。

  IEEE 802.16,也就是后来广为人知的WiMAX(全球微波互联接入)。

  WiMAX引入了MIMO(多天线)、OFDM(正交频分复用)等先进的技术,下载速率得到极大提升,给3GPP带来了很大的压力。

  于是,3GPP在UMTS的基础上,加紧推出了LTE(同样引入了MIMO和OFDM),与WiMAX进行竞争。后来,又持续演进出了LTE-Advanced(2009年),速率有了数倍的提升。

  2008年,ITU国际电信联盟发布了4G标准应该遵循的要求,并将之命名为IMT-Advanced。线GPP的LTE-Advanced,IEEE的802.16m,以及中国工信部提交的TD-LTE-Advanced。也就是说,它们是线日,全球首个面向公众的LTE服务网络(以4G的名义),在瑞典首都斯德哥尔摩和挪威首都奥斯陆开通。网络设备分别来自爱立信和华为,而用户终端则来自三星。

  经过激烈的产业大战,LTE最终战胜WiMAX,获得全世界的拥护和认可。WiMAX迅速失势,被打入冷宫。(大家有兴趣的话,可以了解一下这篇文章:WiMAX的坑爹史)

  再往后,3GPP推出5G(IMT-2020),一统天下。这里面的故事,就不用我多说什么了吧?我们每个人,都是新历史的见证者。