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移动通信技术的发展历程从1G到5G

时间:2018-02-11 10:55 来源:电工之家 作者:dgzj

移动通信技术的发展历程从1G到5G
1895年波波夫利用电磁波发明了无线电报,通过无线电传送摩尔斯电码,移动通信的大门正式开启。

从电和电磁波的发现,无线电报、蜂窝式移动电话、数字移动电话的发明,到目前的3G/4G、智能手机终端,用户需求驱动下的技术革新一波未平一波又起,人类的自由通信需求得到极大的释放和满足。

下面我们来详细了解1G到5G伟大的发展历程。

第一代:1G

最初无线通信主要用于航海和军事方面。
创立于1928年的摩托罗拉是模拟通信技术的佼佼者。1941年,摩托罗拉研发出了第一款跨时代产品SCR-300,使用了FM调频技术,通话距离达到了12.9公里。至今仍是电影中美国通讯大兵最经典的形象。两次世界大战对无线电通信的发展起了巨大的推动作用。

1973年4月,美国著名的摩托罗拉公司工程技术员马丁.库柏发明了世界上第一部推向民用的手机。就是这部。

1978年,贝尔实验室成功开发了高级移动电话系统,主要采用模拟信号和频分多址技术,后来人们给这个时期起了一个简单好记的名字,那就是1G(即第一代移动通信技术)。

我国自1984年开始公众无线寻呼,1987年运营公众蜂窝电话,当时有BP机和大哥大的模拟电话。当时在香港电影电视上看到使用大哥大打电话的场景是这样的,非常的酷。

第二代:2G

1G模拟通信的通话质量和保密性差,信号不稳定,以及昂贵且硕大无比的大哥大手机,已经不能满足人们的需求。

1982年,欧洲成立了GSM的工作小组,开始着手起草下一代移动通信网络的规范,决定用数字信号代替模拟信号。

1980年代后期,随着大规模集成电路、微处理器与数字信号的应用更加成熟,当时的移动运营商逐渐转向了数字通信技术,移动通信技术进入2G时代。

1995年我国第二代移动通信系统建设GSM全球通网,以更大的规模不到两年便已席卷全国,并开始CDMA实验网,第二代技术上实现全数字化、智能化,业务上逐步提供各种非话音业务。

1G时代,摩托罗拉是模拟时代的王者,也是移动通信的开创者,但到了2G时代,被1992年才推出第一部数字手机的诺基亚击败。我们来看一个诺基亚手机的图

这里有你使用过的手机吗?我印象很深,我的第一部手机是诺基亚3310。80后对这些手机应该不陌生,对90后来说呢,可能大部分没有用过这些经典的手机了。

第三代:3G

3G最大的优点是更快的网速,2G的下载速率,只有几十、几百k。
3G网络的速度,可以达到几十M,新技术带来几十倍的速率提升。

从2000年开始,通信业界就在呼唤3G,但喊了几年,直到2007年、2008年才开始真正普及,这是什么原因呢?很简单,市场没有杀手级的应用,你技术再强大也没有用。反之,高通费尽心思将专利写入标准,但标准没人用,也是只能摊手。

真正让3G火起来的,还是来源于移动通信设备的革新--智能手机。一提到智能手机,大家自然就想到了苹果的乔布斯,

苹果在2007年1月推出了第一台iphone,从此推动了智能手机时代的发展。Iphone去掉了键盘,单以手指即可完成操作。并且推出应用商店开启了app生态系统时代。iphone智能手机的诞生,可以说,引领了移动宽带行业的大发展,移动上网、移动社交,移动支付等。从某种意义上讲,终端功能的大幅提升也加快了移动通信系统演进的脚步。

第四代:4G

随着智能手机的发展,视频、直播、移动社交、移动支付等业务的需求,驱动了3G网络向4G的演进。2004年3GPP组织制定了UMTS长期演进项目,即LTE,以达到100-150Mbps的下行峰值速率。

2010年,爱立信和瑞典运营商Teliasonera在斯德哥尔摩启动全球首个LTE商用试点。

ITU国际标准于2010年10月在会议上确定了4G服务的峰值速度要求,
一是静态传输速率达到1Gbps,
二是用户在高速移动状态下可以达到100Mbps。
很显然当前的网络还远远没有达到ITU定义4G的速率标准,于是又有了加入新技术的LTE的后续版本LTE-advance。

在2015年10月,华为主推的4.5G,被3GPP正式接纳和命名为LTE advance pro,2016年开始规模商用,通过在4G网络引入5G技术,实现峰值速率达到Gbps以上,在5G来临之前,满足当前视频、VR/AR等业务需求,同时提前部署nTnR、多频天线等以提前硬件ready,以便未来直接升级到5G。截止目前,全球已经有超过647张LTE/LTE advance商用网络。

第五代:5G

移动通信技术已经和人们的生活息息相关,成为了人类日常生活中最不可或缺的组成部分。世界正在被移动通信所改变,我们的沟通、分享、娱乐、购物和生活的各个方面都在被移动化和数字化。

1G到5G移动通信技术的特点概括为:
2G实现了从1G模拟信号时代走向数字时代和语音时代;
3G实现从2G语音时代走向数据时代;
4G实现数据速率大幅提升,进入了移动宽带时代。
5G将会给我们带来怎样的改变呢?5G最大的改变就是实现了人与人之间的通信,走向人与物、物与物之间的通信,引领万物互联趋势,推动社会发展。

5G是跨时代的技术,5G除了高达10Gbps以上的更极致的体验和更大的容量,还将开启物联网时代,并渗透进各个行业,和大数据、云计算、人工智能等一起迎来信息通讯时代的黄金10年。即我们所宣称的:
4G改变生活,5G改变社会

5G不是简单的4G的升级,5G将不再单纯的强调峰值传输速率,而是综合8个技术指标,包括:峰值速率,用户体验速率,频谱效率,移动性,时延,连接密度,网络容量效率,和流量密度。

5G使能未来通信最关键的3个需求维度是吞吐率、时延和连接数,即10Gbps的吞吐率、1ms的端到端时延,以及每平方公里100万连接。

并分别对应3个应用场景。
1- 第一个场景eMBB(增强的移动宽带):eMBB是传统4G的主要技术场景,随着大视频、VR/AR等业务的需求,数据流量百倍增长,5G通过结合大规模天线、动态波束赋型等技术使峰值速率达到10Gbps以上。
2-第二个场景uRLLC(超高可靠性,超低时延),主要面向要求超高可靠性和超低时延的车联网、远程医疗等应用场景,以达到毫秒级的时延要求和极高的可靠性指标。
3-第三个场景mMTC(超大连接)这是大规模的机器通信场景,主要面向低功耗、广覆盖、大连接的物联网业务,能够支持海量的终端设备接入网络并发送小数据包,促进物联网在可穿戴设备、智能家居、智能抄表、安全监测等垂直行业的深入应用,最终实现真正的“万物互联”。

华为XLabs实验室发布了5G时代10大应用场景白皮书。包括:云VR/AR;车联网;智能制造;智慧能源;无线医疗;无线家庭娱乐;联网无人机;社交网络;个人AI辅助;智慧城市。

举2个典型的应用案例
一、VR/AR(VR虚拟现实,AR增强现实)
虚拟现实(VR)与增强现实(AR)是能够彻底颠覆传统人机交互内容的变革性技术,变革不仅体现在消费领域,更体现在许多商业和企业市场中。
VR/AR业务对带宽的需求是巨大的。高质量VR/AR内容处理要走向云端,如果能够满足用户日益增长的体验要求,同时降低设备价格,VR/AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。虽然现有4G网络平均网络吞吐量可以达到100Mbps,但一些高阶VR/AR应用需要更高的速度和更低的时延。
比如要达到视网膜级别、3D和全景的VR体验,需要1Gbps的传输速率。
此外还有时延的要求,不知道大家体验过VR游戏没有?有没有感觉玩了一会后就会到眩晕?
这是因为:真实的头部运动和视觉看到的头部运动不匹配所导致的,这个不匹配的时延通常被称为MTP(motion to photon),业界普遍认为MTP要低于20ms,这个时候就不会有明显的眩晕感,对于有线的光纤网络是很容易满足这个要求的,但是对于无线网络,如果把去除sensor的时延和网络处理时延、图像显示时延全部去掉,对网络端到端的时延要求就是大概7ms,目前的移动网络无法达到这个要求。

二、是车联网和无人驾驶。
传统汽车市场将彻底变革,因为联网的作用超越了传统的娱乐和辅助功能,成为道路安全和汽车革新的关键推动力。驱动汽车变革的关键技术是-自动驾驶、编队行驶、传感器数据众包等,都需要安全、可靠、低延迟和高带宽的连接,这些连接特性在高速公路和密集城市中极其重要,只有5G网络,uRLLC技术可以同时满足这样严格的要求。

另外车联网不光是运营商的事情,还涉及车企,需要联合起来去推动,现在已经成立了5GAA的组织,去建立车企网统一标准,探索商业模式。

我们来看下当前5G商用的最新进展:
标准在提速,促进5G提前商用。
3GPP的REl-15 NSA非独立组网部分的协议已在2017年12月完成,聚焦eMBB场景,以使能5G的快速引入和部署。SA独立组网版本将在2018年6月冻结。

运营商
无论是美国,还是韩国、中国、日本,全球领先大T对5G的商用路标基本是一致的,也就是2019年才预商用,2020年商用eMBB和IOT。2018年韩国平昌冬奥会也会使用5G预商用网络。

虽然离正式商用还有一定的距离,但是全球大T已经在做很多的外场测试了。
华为与 docomo、中国移动、vdf、dt等大T进行的关键技术验证中取得巨大进展,验证结果在业界处于领先地位。在峰值速率上,达到了业界最高的小区峰值速率70Gbps/2Ghz带宽)

个人消费者比较关注的5G智能手机方面
高通在17年10月已经推出了 X50 5G基带芯片,是全球第一款针对移动设备的5G调制解调器芯片。
华为预计在2019年会推出5G麒麟芯片和智能手机。

5G是商业模式的转型,也是生态系统的融合。正如NGMN所定义的:5G是一个端到端的生态系统,它将打造一个全移动和全连接的社会。