無線通信日新月異，現(xiàn)在我們已經(jīng)進(jìn)入到了5G時代。5G代表了更快的速度，更低的延時，更多的鏈接數(shù)，它在人們的生活中所占有的比重和所起的作用越來越大。那么在通向5G的道路上我們經(jīng)歷了1G,2G,3G,4G。本文就和你一起回顧無線通信中的演進(jìn)道路。

1.1G第一代移動通信技術(shù)

1.1.1G的歷史

1G的手機是在1979年第一次在日本的東京由NTT發(fā)布。5年以后，日本成為第一個全境無線通信覆蓋的國家。1981年，NMT在丹麥，芬蘭，挪威和瑞典建立的無信通信系統(tǒng)，并且第一個實現(xiàn)了國際漫游。這讓不同國家的人可以用***進(jìn)行通信。1983年，摩托羅拉的手機第一次在美國的洛杉磯使用隨后，全世界逐漸進(jìn)入無線通信的時代。

1.2.1G的特點

信息可以既可以由數(shù)字信號調(diào)制，也可以用模擬信號進(jìn)行調(diào)制1G用模擬信號來傳遞信息1G只被用來傳遞聲音***信息，信息傳遞的最大速率只有2.4Kbps，工作的頻率為150MHz,所以覆蓋范圍是比較大的。但是同時也帶來了很大的延遲問題，同時聲音的質(zhì)量也是比較差的。當(dāng)時的手機的尺寸非常大，從現(xiàn)在的眼光看來非常的笨重，但是當(dāng)時可不是人人都可以擁有的，價錢非常的貴。在香港80年代早期的電影電視劇中，經(jīng)常可以看到那些大認(rèn)為手里拿的大哥大就屬于第一代手機產(chǎn)品。

2.2G第二代移動通信技術(shù)

2.1.2GGSM(GlobalSystemforMobileCommunication）

1991年GSM技術(shù)第一次在芬蘭應(yīng)用。相比于第一代移動通信技術(shù)，最大的改進(jìn)是利用了數(shù)字調(diào)制而不是模擬調(diào)制。這就大大減少了手機的尺寸和大小。同時它了用了TDMA(Timedivisionmultipleaccess)和CDMA(codedivisionmultipleaccess)技術(shù)來實現(xiàn)復(fù)用。GSM工作在900MHz頻段。GSM在上行和下行上的最大速度是14.4Kbps,它同時支持聲音通話和短信的功能。同時聲音的通話質(zhì)量相比GSM有了很大的提高。在通話的安全性上也做了很大的改進(jìn)。2G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識為“2G”

2.2.2.5GGPRS(GeneralPacketRadioServices)

GPRS在1993年ETSI標(biāo)準(zhǔn)化并發(fā)表。最大的創(chuàng)新點是GPRS利用了PacketSwitched的技術(shù)。這種技術(shù)就是把要傳遞的信息變成一個一個的數(shù)據(jù)包，同時這種數(shù)據(jù)包可以并行的傳遞。GPRS的上行速度可以達(dá)到26.8Kbps，下行速度可以達(dá)到53.6Kbps。這種數(shù)據(jù)傳輸率使得GPRS可以引入一個新的技術(shù)MMS(multimediaMessageService)，也就是所謂多媒體信息服務(wù)。這種技術(shù)可以支持用戶發(fā)送和接受像多媒體圖片類似的信息。同時它開始支持以IP方式連接互聯(lián)網(wǎng)。GPRS的符號是“G”，所以手機上如果顯示G的時候說明你正在使用的是GPRS網(wǎng)絡(luò)。

2.3.2.75GEDGE(EnhancedDataforGSMEvolution)

2003年由AT&T發(fā)明它的最大速度可以達(dá)到下行236.8Kbps,上行連接速度可以達(dá)到59.2KbpsEDGE引入了8BPSK的編碼技術(shù)EDGE的符號是“E”，所以手機上如果顯示E的時候說明你正在使用的是EDGE網(wǎng)絡(luò)。

2.4.2G總結(jié)

2G引入了數(shù)字調(diào)制，Packet-switch技術(shù)，這些技術(shù)使得2G的速度大大提高。

3.3G第三代移動通信技術(shù)

3.1.WCDMA（WidebandCDMA）-UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)

1998年，日本的NTT第一次引入了3G的網(wǎng)絡(luò)，但是這不是一個商用的網(wǎng)絡(luò)第一個3G商用網(wǎng)是在2001年由韓國的SK電信運營的。它利用了CDMA，Packetswitching技術(shù)，工作在三個頻段，2100MHz,1900MHz和850MHz。WCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是基于GSM標(biāo)準(zhǔn)的；而UMTS是由3GPP提出的新標(biāo)準(zhǔn)，主要是被歐洲很多國家采用。最大的速度主要依賴于移動性，像在汽車或者火車上的手機的理論最大速率為384Kbps，而靜止的連接速度最大可以達(dá)到2MHz。由于速度大大提高，3G引入了視頻通話，移動互聯(lián)，在線視頻等應(yīng)用和服務(wù)。3G的符號是“3G”

3.2.TD-SCDMA

TD-SCDMA是英文TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess（時分同步碼分多址）的簡稱，是由中國第一次提出、在無線傳輸技術(shù)(RTT)的基礎(chǔ)上完成并已正式成為被ITU接納的國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)SCDMA通過最佳自適應(yīng)資源的分配和最佳頻譜效率，可支持速率從8kb/s到2Mb/s以及更高速率的語音、視頻***、互聯(lián)網(wǎng)等各種3G業(yè)務(wù)

3.3.3.5G—HSPA（HighSpeedPacketAccess）

HSPA是一種增強WCDMA技術(shù)，它的最大理論上行速度為5.76Mbps，理論下行速度為14.4Mbps。但是實際上它的速度為上行200Kbps，下行為500KbpsHSPA的符號是“H”，所以手機上如果顯示H的時候說明你正在使用的是HSPA網(wǎng)絡(luò)。

3.4.3.75G—HSPA+

HSPA沿用了HSPA技術(shù)，同時引入了MIMO（multipleinputmultipleoutput）。也就是用不止1個天線發(fā)射信號，同時接收天線也不止一個。由于MIMO技術(shù)的引入，它的理論最大上行速度可以達(dá)到22Mbps,下行速度為168MbpsHSPA+的符號是“H+”，所以手機上如果顯示H的時候說明你正在使用的是HSPA+網(wǎng)絡(luò)。這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在4G信號微弱或根本沒有4G信號的時候，手機自動切換為HSPA+網(wǎng)絡(luò)

4.4G第四代移動通信技術(shù)

4G同時被人們成為LTE（LongTermEvolution），長期演進(jìn)。

4.1.4G的歷史

2004年由ITU開始了LTE的標(biāo)準(zhǔn)化。2005年，LTE標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，同時LTE網(wǎng)絡(luò)開始鋪設(shè)2006年，第一個商用4G網(wǎng)絡(luò)在挪威的奧斯陸和瑞典的斯德哥爾摩成功部署LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式,所以經(jīng)常有TDD-LTE和FDD-LTE的提法。對于TDD-LTE的標(biāo)準(zhǔn)制定，中國的組織和企業(yè)貢獻(xiàn)良多。目前國家發(fā)放的牌照，三大運營商全國范圍均可使用TD-LTE開展試商用，聯(lián)通和電信分別在16個城市開展FDD+TD混合組網(wǎng)試點。未來聯(lián)通和電信將以FDD-LTE為主。國際上FDD-LTE組網(wǎng)的國家有190多個，TD-LTE的國家有13個。Wimax。4G的標(biāo)準(zhǔn)不僅僅是LTE，Wimax也是4G的標(biāo)準(zhǔn)之一。Wimax由IEEE提出標(biāo)準(zhǔn)化，IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)在2006年在韓國發(fā)布。這也是當(dāng)年為什么韓國的Wimax覆蓋率和普及率很高的原因。標(biāo)準(zhǔn)之爭。Wimax和LTE為了爭奪4G的主動權(quán)進(jìn)行了相當(dāng)艱苦的競爭。競爭的結(jié)果是Wimax實際推出了歷史舞臺。而那些支持Wimax的很多國家和地區(qū)也走了很多彎路。同時對那些下注在Wimax的企業(yè)和運營商來說也是損失慘重，比如說臺灣。4G的符號是“4G”，所以手機上如果顯示4G的時候說明你正在使用的是4G網(wǎng)絡(luò)。

4.2.4G的技術(shù)細(xì)節(jié)

LTE是完全基于IPpacketswitching的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的。LTE利用了OFDMA和MIMO技術(shù)LTE的理論下行速度為100Mbps,上行速度為50Mbps;LTEA的下行速度可以達(dá)到1Gbps,上行速度可以達(dá)到500Mbps。Wimax的的理論下行速度為128Mbps,上行速度為56MbpsLTE所支持的頻段有很多，它包括700/800/900/1700/1800/1900/2100/2600MHz.基于4G的低延時，高速率，基于IPpacketswitching等特點，4G擴展了很多相關(guān)的應(yīng)用場景，包括基于IP語言通話的VoIP，3D電視，視頻會議，高清移動電視，游戲和云計算。

5.5G

5.1.需要5G的原因

由于IOT，智慧城市，大量傳感器的應(yīng)用，智能駕駛，***醫(yī)療的應(yīng)用的需求，更高速度，更低時延，高多連接數(shù)的無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而生，這就是5G.

5.2.5G發(fā)展歷史

2013年IMT-2020(5G)推進(jìn)組第一次會議在北京召開2014年5月8日，日本電信營運商NTTDoCoMo正式宣布將與Ericsson、Nokia、Samsung等六家廠商共同合作，開始測試超越現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)1000倍網(wǎng)絡(luò)承載能力的高速5G網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可望提升至10Gbps。2016年5月31日，第一屆全球5G大會在北京舉行2017年12月21日，在國際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPPRAN第78次全體會議上，5GNR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。2018年6月13日，3GPP5GNR標(biāo)準(zhǔn)SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）方案在3GPP第80次TSGRAN全會正式完成并發(fā)布，這標(biāo)志著首個真正完整意義的國際5G標(biāo)準(zhǔn)正式出爐。2018年12月1日，韓國三大運營商SK、KT與LGU+同步在韓國部分地區(qū)推出5G服務(wù)，這也是新一代移動通信服務(wù)在全球首次實現(xiàn)商用2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照，中國正式進(jìn)入5G商用元年。2022年1月，工業(yè)和信息化部發(fā)布的《2021年通信業(yè)統(tǒng)計公報》顯示截至2021年底，中國國累計建成并開通5G基站142.5萬個，總量占全球60%以上，每萬人擁有5G基站數(shù)達(dá)到10.1個。

5.3.5G的技術(shù)概覽

5G用了一個新的射頻標(biāo)準(zhǔn)（NR，NewRadio）來定義作為空口定義。與前幾代通信系統(tǒng)相比最大的不同是采用了波束賦形（beamforming）和超大規(guī)模MIMO(MassiveMIMO)。5G可以在非常寬的頻率上工作。5G第一次明確地提出了不同地應(yīng)用場景。波束賦形（beamforming）

波束成形，源于自適應(yīng)天線的一個概念。接收端的信號處理，可以通過對多天線陣元接收到的各路信號進(jìn)行加權(quán)合成，形成所需的理想信號。從天線方向圖(pattern)視角來看，這樣做相當(dāng)于形成了規(guī)定指向上的波束。例如，將原來全方位的接收方向圖轉(zhuǎn)換成了有零點、有最大指向的波瓣方向圖。同樣原理也適用用于發(fā)射端。對天線陣元饋電進(jìn)行幅度和相位調(diào)整，可形成所需形狀的方向圖。如果要采用波束成形技術(shù)，前提是必須采用多天線系統(tǒng)，

·超大規(guī)模MIMO(MassiveMIMO)超大規(guī)模MIMO的使用就是用相當(dāng)數(shù)量的天線陣列用于射頻信號的發(fā)送和接受以提供5G系統(tǒng)的速度和可靠性。

5.4.5G的應(yīng)用場景

·ITU在ITU-2020里為5G定義了增強移動寬帶(EnhanceMobileBroadband,eMBB)、海量物聯(lián)網(wǎng)通信(MassiveMachineTypeCommunication,mMTC）、超高可靠性與超低時延業(yè)務(wù)（Ultra-Reliable&LowLatencyCommunication，URLLC））三大應(yīng)用場景。當(dāng)然具體的還有很多細(xì)分的應(yīng)用領(lǐng)域。下圖非常清晰的列出了三大應(yīng)用場景和其中可能的應(yīng)用實列。

5.5.5G的頻段

5G的頻段可以分為400-1GHz,6GHz,30GHz和60GHz。下表表示5G工作的頻率。對于小于6G的頻率叫做sub-6GHz,高于6GHz的工作頻率是毫米波。低頻段可以提供高的小區(qū)覆蓋率和移動性，但是同時也帶來了速度的限制；反過來，高的頻率由于有更高的帶寬，從而可以實現(xiàn)很高的速度和容量。下表比較清晰的總結(jié)了頻率，帶寬，小區(qū)大小和相應(yīng)的應(yīng)用在不同的頻率。

6總結(jié)

本文遍歷了從1G到5G的發(fā)展的歷史，列出了每次無線通信技術(shù)演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用場景。無線通信的進(jìn)步是沒有止境的。人們已經(jīng)不滿足5G所具有的性能開始籌劃6G。6G的應(yīng)用場景會是移動全息投影，五感通信等等，讓我們期待6G技術(shù)的到來。