從0G到5G，移動通信的百年沈浮 時光荏苒，歲月蹉跎。

二戰期間，摩托羅拉的SCR系列步話機在戰場上屢建功勛，向全世界展示了無線通話的神奇魅力，也激起了人們將其應用於民用市場的渴望。 戰爭結束後，1946年，美國AT&T公司將無線收發機與公共交換電話網(PSTN)相連，正式推出了面向民用的MTS(Mobile Telephone Service)移動電話服務。 在MTS中，如果用戶想要撥打電話，必須先手動搜索一個未使用的無線頻道，然後先與運營商接線員進行通話，請求對方通過PSTN網絡進行二次接續。 整個通話采用半雙工的方式，也就是說，同一時間只能有一方說話。說話時，用戶必須按下電話上的「push-to-talk(按下通話)」開關。 MTS的計費方式也十分原始。接線員會全程旁聽雙方之間的通話，並在通話結束後手動計算費用，確認賬單。 盡管MTS現在看來非常另類，但它確實是有史以來人類第一套商用移動電話系統。 等等!不是說移動電話發明於70年代嘛?怎麽40年代就有了? 大家別慌，MTS所指的Mobile Telephone(移動電話)，並不是手機，而是Mobile Vehicle Telephone(移動車載電話)。更準確來說，是車載半雙工手動對講機。 以當時的電子技術和電池技術，是不可能發明出手機的。能造出車載電話，就已經非常不錯了。 當時的「基站」也非常龐大，有點像廣播電視塔，一座城市只有一個，位於市中心，覆蓋方圓40公裏，功率極高。 1947年12月，貝爾實驗室的研究人員Douglas H. Ring(道格拉斯·H·瑞因)，率先提出了「cellular(蜂窩)」的構想。 他認為，與其一味地提升信號發射功率，不如限製信號傳輸的範圍，將信號控製在一個有限的區域(小區)內。 這樣一來，不同的小區可以使用相同的頻率，互不影響，提升系統容量。 道格拉斯當時的論文，標題為「移動電話——廣域覆蓋」 蜂窩通信的設想雖然很好，但是，同樣受限於當時的電子技術(尤其是切換技術)，無法實現。貝爾實驗室只能將其束之高閣。 到了50年代，陸續有更多的國家開始建設車載電話網絡。例如，1952年，西德(聯邦德國)推出的A-Netz。 1961年，蘇聯工程師列昂尼德·庫普裏亞諾維奇(Leonid Kupriyanovich)發明了ЛК-1型移動電話，同樣是安裝在汽車上使用的。後來，蘇聯推出了Altai汽車電話系統，覆蓋了本國30多個城市。 1969年，美國推出了改進型的MTS車載電話系統，稱為IMTS(improved MTS)。 IMTS支持全雙工、自動撥號和自動頻道搜索，可以提供了11個頻道(後來為12個)，相比MTS有了質的飛躍。 1971年，芬蘭推出了公共移動電話網絡ARP(Auto Radio Puhelin，puhelin是芬蘭語電話的意思)，工作在150MHz頻段，仍然是手動切換，主要為汽車電話服務。 不管是Altai，還是IMTS或ARP，後來都被稱為「0G」或「Pre-1G(準1G)」移動通信技術。 1G 進入70年代後，隨著半導體工藝的發展，手機的誕生條件終於成熟。 1973年，摩托羅拉的工程師馬丁·庫珀(Martin Cooper)和約翰·米切爾(John F.Mitchell)終於書寫了歷史，發明了世界上第一款真正意義上的手機(手持式個人移動電話)。 這款手機被命名為DynaTAC(Dynamic Adaptive Total Area Coverage)，高度22cm，重量1.28kg，可以持續通話20分鐘，擁有一根醒目的天線。 1974年，美國聯邦通信委員會(FCC)批準了部分無線電頻譜，用於蜂窩網絡的試驗。然而，試驗一直拖到1977年才正式開始。 當時參與試驗的，是AT&T和摩托羅拉這兩個死對頭。 AT&T在1964年被美國國會「剝奪」了衛星通信商業使用權。無奈之下，他們在貝爾實驗室組建了移動通信部門，尋找新的機會。 1964–1974年期間，貝爾實驗室開發了一種叫作HCMTS(大容量移動式電話系統)的模擬系統。該系統的信令和話音信道均采用30kHz帶寬的FM調製，信令速率為10kbps。 由於當時並沒有無線移動系統的標準化組織，AT&T公司就給HCMTS製定了自己的標準。後來，電子工業協會(EIA)將這個系統命名為暫定標準3(Interim Standard 3，IS-3)。 1976年，HCMTS換了一個新名字——AMPS(Advanced Mobile Phone Service，先進移動電話服務)。 AT&T就是采用AMPS技術，在芝加哥和紐瓦克進行FCC的試驗。 再來看看摩托羅拉。 在早期的時候，摩托羅拉搞了一個RCCs(無線電公共載波)技術，賺了不少錢。所以，他們一直極力反對FCC給蜂窩通信發放頻譜，以免影響自己的RCCs市場。但與此同時，他們也在拼命研發蜂窩通信技術，進行技術儲備。這才有了前面DynaTAC的誕生。 FCC發放頻譜後，摩托羅拉基於DynaTAC，在華盛頓進行試驗。 就在他們還在慢悠悠地進行試驗的時候，別的國家已經捷足先登了。 1979年，日本電報電話公司(Nippon Telegraph and Telephone，NTT)在東京大都會地區推出了世界首個商用自動化蜂窩通信系統。這個系統後來被認為是全球第一個1G商用網絡。 當時，系統擁有88個基站，支持不同小區站點之間的全自動呼叫切換，不需要人工幹預。 系統采用FDMA技術，信道帶寬25KHz，處於800MHz頻段，雙工信道總數為600個。 兩年後，1981年，北歐國家挪威和瑞典建立了歐洲的首個1G移動網絡——NMT( Nordic Mobile Telephones，北歐移動電話)。不久後，丹麥和芬蘭也加入了他們。NMT成為全球第一個具有國際漫遊功能的移動電話網絡。 再後來，沙特阿拉伯、俄羅斯和其它一些波羅的海和亞洲國家也引入了NMT。 1983年，後知後覺的美國終於想起來要搞自己的1G商用網絡。 1983年9月，摩托羅拉發布了全球第一部商用手機——DynaTAC 8000X，重量1kg，可以持續通話30分鐘，充滿電需要10小時，售價卻高達3995美元。 1983年10月13日，Americitech移動通信公司(來自AT&T)基於AMPS技術，在芝加哥推出了全美第一張1G網絡。 這張網絡既可以使用車載電話，也可以使用DynaTAC 8000X。 FCC在800MHz頻段為AMPS分配了40MHz帶寬。借助這些帶寬，AMPS承載了666個雙工信道，單個上行或下行信道的帶寬為30KHz。後來，FCC又追加分配了10MHz帶寬。因此，AMPS的雙工信道總數變為832個。 商用第一年，Americitech賣出了大約1200部DynaTAC 8000X手機，累積了20萬用戶。五年後，用戶數變成200萬。 迅猛增長的用戶數量遠遠超過了AMPS網絡的承受能力。後來，為了提升容量，摩托羅拉推出的窄帶版AMPS技術，即NAMPS。它將現有的30KHz語音信道分成三個10KHz信道(信道總數變成2496個)，以此節約頻譜，擴充容量。 除了NMT和AMPS之外，另一個被廣泛應用的1G標準是TACS(Total Access Communication Systems)，首發於英國。 1983年2月，英國政府宣布，BT(英國電信)和Racal Millicom(沃達豐的前身)這兩家公司將以AMPS技術為基礎，建設TACS移動通信網絡。 1985年1月1日，沃達豐正式推出TACS服務(從愛立信買的設備)，當時只有10個基站，覆蓋整個倫敦地區。 TACS的單個信道帶寬是25KHz，上行使用890-905MHz，下行935-950MHz，一共有600個信道用於傳輸語音和控製信號。 TACS系統主要是由摩托羅拉開發出來的，實際上是AMPS系統的修改版本。兩者之間除了頻段、頻道間隔、頻偏和信令速率不同，其它完全一致。 和北歐的NMT相比，TACS的性能特點有明顯的區別。NMT適合北歐國家(斯堪的納維亞半島)人口稀少的農村環境，采用的是450MHz(後來改成800MHz)的頻率，小區範圍更大， 而TACS的優勢是容量，而非覆蓋距離。TACS系統發射機功率較小，適合英國這樣人口密度高、城市面積大的國家。 隨著用戶數量的增加，後來TACS補充了一些頻段(10MHz)，變成ETACS(Extended TACS)。日本NTT在TACS基礎上，搞出了JTACS。 值得一提的是，1987年中國在廣州建設的第一個移動通信基站，采用的就是TACS技術，合作廠商是摩托羅拉。 除了AMPS，TACS和NMT之外，1G技術還包括德國的C-Netz、法國的Radiocom 2000和意大利的RTMI等。這些百花齊放的技術，宣告了移動通信時代的到來。(事實上，當時並沒有1G這樣的叫法，只是2G技術出現後，才把它們稱為1G，以作區分。) 2G 1982年，歐洲郵電管理委員會成立了「移動專家組」，專門負責通信標準的研究。 這個「移動專家組」，法語縮寫是GroupeSpécialMobile，後來這一縮寫的含義被改為「全球移動通信系統」(Global System for Mobile communications)，也就是大名鼎鼎的GSM。 GSM的成立宗旨，是要建立一個新的泛歐標準，開發泛歐公共陸地移動通信系統。他們提出了高效利用頻譜、低成本系統、手持終端和全球漫遊等要求。 隨後幾年，歐洲電信標準組織(ETSI)完成了GSM 900MHz和1800MHz(DCS)的規範製定。 1991年，芬蘭的Radiolinja公司(現為ELISA Oyj的一部分)在GSM標準的基礎上，推出了全球首個2G網絡。 眾所周知，2G采用數字技術取代1G的模擬技術，通話質量和系統穩定性大幅提升，更加安全可靠，設備能耗也大幅下降。 除了GSM之外，另一個廣為人知的2G標準就是美國高通公司推出的CDMA。準確來說，是IS-95或cdmaOne。 IS-95有兩個版本，分別是IS-95A和IS-95B。前者可以支持高達14.4kbps的峰值數據速率，而後者則達到115kbps。 除了IS-95之外，美國還搞出過IS-54(North America TDMA Digital Cellular)和IS-136(1996年)。 其實，2G並不是只有GSM和CDMA。 美國蜂窩電話工業協會(Cellular Telephone Industries Association)基於AMPS技術搞出了一個數字版的AMPS，叫做D-AMPS(Digit-AMPS)，其實也算是2G標準。1990年，日本推出的PDC(Personal Digital Cellular)，也屬於2G標準。 2.5G 20世紀末，隨著互聯網的大爆發，人們對移動上網提出了強烈的需求。於是，GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業務)開始出現。 我們可以把GPRS看作是GSM的一個「插件」。在GPRS的幫助下，網絡可以提供最高114Kbps的數據業務速率。 GPRS最早在1993年提出，1997年出臺了第一階段的協議。它的出現，是蜂窩通信歷史的一個轉折點。因為它意味著數據業務開始崛起，成為移動通信的主要發展方向。 2.75G GPRS技術推出之後，電信運營商還搞出了速率更快的技術，名字叫做Enhanced Data-rates for GSM Evolution(GSM演進的增強速率)，也就是很多人可能比較熟悉的EDGE。 手機信號邊上經常看到的E，就是EDGE EDGE最大的特點就是在不替換設備的情況下，可以提供兩倍於GPRS的數據業務速率。因為得到了部分運營商的青睞。世界上首個EDGE網絡，是美國AT&T公司於2003年在自家GSM網絡上部署的。 3G 1996年，歐洲成立UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統)論壇，專註於協調歐洲3G的標準研究。以諾基亞、愛立信、阿爾卡特為代表的歐洲陣營，清楚地認識到CDMA的優勢，於是，開發出了原理相類似的W-CDMA系統。 之所以叫做W-CDMA(Wide-CDMA)，是因為它的信道帶寬達到5MHz，比CDMA2000的1.25MHz更寬。 很多人搞不清楚UMTS和WCDMA的關系。其實，UMTS是歐洲那邊對3G的統稱。WCDMA是UMTS的一種實現，一般特指無線接口部分。待會我們提到的TD-SCDMA，也屬於UMTS。 為了能夠和美國抗衡，歐洲ETSI還聯合日本、中國等共同成立了3GPP組織(3rd Generation Partnership Project，第三代合作夥伴計劃)，合作製定全球第三代移動通信標準。 反觀北美陣營這邊，內部意見存在分歧。 以朗訊、北電為代表的企業，支持WCDMA和3GPP。而以高通為代表的另一部分勢力，聯合韓國，組成了3GPP2組織，與3GPP抗衡。他們推出的標準，是基於CDMA 1X(IS-95)發展起來的CDMA2000標準。 CDMA2000雖然是3G標準，但一開始的峰值速率並不高，只有153kbps。後來，通過演進到EVDO(EVolution Data Optimized)，數據速率有了明顯的提升，可以提供高達14.7Mbps的峰值下載速度和5.4Mbps的峰值上傳速度。 中國在這一時期，也推出了自己的3G標準候選方案(也就是大家熟知的TD-SCDMA)，共同參與國際競爭。 經過激烈的角逐和博弈，最終，ITU國際電信聯盟確認了全球3G的三大標準，分別是歐洲主導的WCDMA，美國主導的CDMA2000，還有中國的TD-SCDMA。 在3G商用進度方面，走在前面的又是日本NTT。 1998年10月1日，NTT Docomo在日本推出了世界上第一張商用3G網絡(基於WCDMA)。 3.75G 在UMTS的基礎上，ETSI和3GPP又開發出了HSPA(High Speed Packet Access，高速分組接入)、HSPA+、dual-carrier HSPA+(雙載波HSPA+), 以及HSPA+ Evolution(演進型HSPA+)。這些網絡技術的速率明顯超過傳統3G，人們將其稱為3.75G。 正因為HSPA+的速率很快，甚至超過了早期的LTE和WiMAX。所以，當時有一些運營商(例如美國T-Mobile)，沒有立刻啟動LTE的建設，而是將現有的HSPA網絡升級為HSPA+。我們國家的中國聯通，當時也有類似的想法。 4G&5G 1999年，IEEE標準委員會成立了一個工作組，專門製定無線城域網標準。2001年，IEEE 802.16的第一個版本正式發布，後來發展為IEEE 802.16m。 IEEE 802.16，也就是後來廣為人知的WiMAX(全球微波互聯接入)。 WiMAX引入了MIMO(多天線)、OFDM(正交頻分復用)等先進技術，下載速率得到極大提升，給3GPP帶來了很大的壓力。 於是，3GPP在UMTS的基礎上，加緊推出了LTE(同樣引入了MIMO和OFDM)，與WiMAX進行競爭。後來，又持續演進出了LTE-Advanced(2009年)，速率有了數倍的提升。 2008年，ITU國際電信聯盟發布了4G標準應該遵循的要求，並將之命名為IMT-Advanced。真正符合要求的，只有3GPP的LTE-Advanced，IEEE的802.16m，以及中國工信部提交的TD-LTE-Advanced。也就是說，它們是真正的4G標準。 2009年12月14日，全球首個面向公眾的LTE服務網絡(以4G的名義)，在瑞典首都斯德哥爾摩和挪威首都奧斯陸開通。網絡設備分別來自愛立信和華為，而用戶終端則來自三星。 經過激烈的產業大戰，LTE最終戰勝WiMAX，獲得全球範圍的擁護和認可。WiMAX迅速失勢，被打入冷宮。(大家有興趣的話，可以看看這篇文章：WiMAX的坑爹史) 再往後，3GPP推出5G(IMT-2020)，一統天下。這裏面的故事，就不用我多說什麽了吧?我們每個人，都是新歷史的見證者。 時光荏苒，歲月蹉跎。歷經將近一個世紀的發展，移動通信網絡從無到有，從弱到強。它推動了歷史的車輪，也加速了社會的變遷。 未來的移動通信將何去何從，讓我們拭目以待!