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叹茶 | 极简移动通信史,从1G到5G

时间:2019-06-06 00:10 来源:瞭望

◆ 近期,工业和信息化部将发放5G商用牌照,我国将正式进入5G商用元年

从1G、2G、2.5G、3G、4G到5G,每一次技术的变化,都带来了生活方式、产业格局的变化

今晚与大家分享一篇移动通信极简史,供各位参考


从1G到5G,我们看到了人类对于科技孜孜不倦永不满足的追求,也看到了科技给人们生活带来的巨变;我们见证了朗讯和摩托罗拉的衰落,也见证了苹果和华为的崛起;我们经历了通信技术领军者从北美到欧洲到亚洲的变迁;我们感慨于科技的发展如此迅猛,也感叹于「十年河东,十年河西」……


原题《刘兴亮 | 极简移动通信史,从1G到5G》

来源丨刘兴亮时间(ID:liu_xingliang),瞭望新媒体授权刊发
文丨刘兴亮


— 01 —


  最近一两年,科技界最炙手可热的话题,莫过于5G。5G的G是什么意思呢?是英文Generation的简称,汉语意思为「代」,5G就是「第5代」。同样,之前的1G、2G、2.5G、3G、4G也都表示第几代的意思。


  移动通信从1G到5G,走过的历史并不漫长。世界上第一代无线通信系统诞生于上世纪八十年代,到今天也不过30多年,是一个标准的八〇后。


  在那之前,世界上早就有了有线电话。但是有线电话局限了通话的地点,电话机不能自由移动,如果不是坐在电话机旁边,就不得不走一段路去打电话或者接电话,用起来缺乏那种及时感,很不爽。


▲ 北京,公用电话亭(资料照片)。新华社记者 薛铁军 摄


  我对读大学期间排队打电话的印象无比深刻。仅有的几部电话机放在几个小隔间里,为了打个电话还得排队。如果排在你前面的是个话痨,和女朋友你侬我侬的聊个没完,你可能会恨得咬牙切齿。画风是这样的:打电话的人情话连篇,各种肉麻,所有人都听得见;后面等着的人则各种表情,艳羡的有之,鄙夷者亦有之。


  90年代的港片,经常看到大老板或者黑帮老大,拿着一个大砖头,特拽,特拉风,特有派头。那就是第一代无线通信话机,当然了,你也可以叫它第一代「手机」。那时候,「砖头」可贵了,比如今顶级的iPhone还贵,一般人是用不起的。在90年代,拥有一部「砖头」是很多人的梦想。


▲ 在广州拍摄的用“大哥大”打电话的商人(资料照片)。新华社记者 刘玉生 摄


  对了,这个「砖头」有个别名--「大哥大」。它的发明者我们也不陌生——摩托罗拉。


  有线电话诞生于美国的贝尔实验室,第一代无线通信系统作为有线电话补充者的角色出现,也诞生于美国。


  这里面有两个方面的原因:一方面,当时世界通信科技的中心在美国,其他国家根本就没有进入到这个领域;另一方面,技术有着传承性,无线通信系统和有线通信系统在很多方面还是有着共同的或者类似的技术,除了在无线接入和有线接入的所谓「最后一公里」不同之外,其他方面都是非常接近的。


  那个时代,美国有朗讯和摩托罗拉,加拿大还有个北电网络,北美的这三家通信设备制造商,一起奠定了北美在世界通信江湖的统治地位。


— 02 —


  第一代无线通信系统和当时的有线通信系统一样,都是基于模拟信号的通信方式。


  模拟信号有许多不足之处,比如信号容易受到干扰,语音品质低,覆盖范围不够广,还有在打固定电话时很多人曾经遇到过的「串音」问题,就是你听到的不是和你通话的人的声音,而是别人电话线路上的声音。


  这给通信行业带来了新的挑战,当然也带来新的机遇。于是,第二代通信系统出现了,这就是我们所熟悉的,也是很多人用的第一个手机的无线系统,所谓的2G。


  我们这一代人用的第一部手机,无论是诺基亚,还是爱立信、西门子,大多数都是基于GSM的。GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications)的缩写,由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准


  划重点了,是欧洲电信组织ETSI。


  那时,欧洲的通信技术利用这个契机崛起了。崛起的同时,新的玩家出现了,爱立信,诺基亚,西门子,不但推出了自己的手机终端,还推出了自己的无线通信系统,成为了新的通信设备供应商。他们的出现,打破了北美独霸的江湖局面。


  GSM有一个通俗的名字「蜂窝移动电话」。蜂窝的这个名字很有趣,它是把所有需要覆盖的区域分割为很多小块,每个小块近似为正六边形,所有的小块一个挨着一个的在一起就像蜂窝。


▲ 图片来源丨网络


  看到这里,不得不佩服这帮科学家的智慧和想象力。


  GSM是基于TDMA的,TDMA是Time Division Multiple Access的缩写,就是「时分多址」。说的简单些,就是把时间片段划分为很多更小的片段,每个小片段的时间间隔内,只供给某个用户使用。


  举个例子,在某个时间片段,比如1秒,将这1秒分为8毫秒的小片段,那么就可以分为125个小片段:1~8毫秒给A用户,9~16毫秒给B用户,17~24毫秒给C用户……这样下来,在每个8毫秒的片段内,拥有该片段所有权的用户是独占的,其他用户不能使用。


  问题来了,这样分的话,相当于用户经常进入等待状态,那样不是感觉到有停顿吗?事实上,因为人的耳朵的识别的能力有限,所以,只要这个时间片切得足够小,耳朵是感觉不到这种延迟的。


  TDMA设计虽然精巧,但也不是没有缺陷。它的问题在于,一个基站能够支持的用户数量有限,比如在900M赫兹频率的时候,最多只能支持992个人使用。


  和欧洲人不同,美国人走了另外一条路,叫CDMA,Code Division Multiple Access,码分多址,它一个基站最多支持1600个用户,算下来将近TDMA的两倍。码分多址的特点是用户虽然处于同一个频段,但是每个用户的特征标识,也就是码不一样,用户通过自己独特的码,也就是一个标识来发送和收取信息。


  北美的CDMA看起来很强大,欧洲的GSM却占领了更多的国家。比如在中国,份额最大的中移动就是GSM的网络,CDMA除了北美,还有日本韩国等国家使用,其他地方比较少。


  究其原因,一方面是设备商强大的销售能力,另一方面是因为GSM卖得越多,越将研发和制造的成本降低,因此可以卖得更便宜。尤其是向西方发达国家之外的市场,GSM拥有广阔的市场。GSM前期主要是欧洲的设备商,后期则主要是来自中国的设备商卖得多,他们在非洲和拉丁美洲将GSM的长尾拉得很长。


  最新的情况是,在一些无线通信发达的国家,GSM逐渐被关停。我希望中国移动不要关停GSM,因为农村还有很多老人在用着中国移动GSM的老手机,3G和4G的智能机虽然好,对他们来说,用起来还是不习惯。


  2G和1G相比,最大的突破在于从模拟传输进化到数字传输,是通信的一次数字化革命。


— 03 —


  当人们用2G手机打电话发短信的时候,刚开始还觉得很爽,时间久了,新的问题就来了。这个问题是互联网带来的,也是一些ISP即信息服务提供商推动的。


  互联网使人们获取信息变得便利,通过PC从互联网上获取信息是传统的方式,如同早期的电话一样,毕竟PC携带不方便。人们还是希望能够像手机打电话一样随时随地的获取信息。


  人们对于手机上网的渴求是如此的迫切,有需求就会产生供给,于是2.5G出现了。这个时候,依然分为欧洲和北美两大阵营。欧洲的是基于GSM演进出来的GPRS,通用分组无线技术,而北美的则是基于CDMA演进而来的。


  2G归根到底提供的还是电话语音业务,而2.5G则使得移动通信进入了一个新的领域,那就是数据业务。简单来说,就是上网。网上的数据分为文本,图片和视频三大类型。2.5G的带宽已经使得在手机上看文本和小的图片成为可能,还能下载音乐


  在我国,一些嗅到商机的ISP通过各种花式网页和彩铃下载推动了2.5G的发展。网页虽然偶尔有些卡顿,总归是可以看了。第一代刷机一族随之而来,没事用手机看个新闻聊个QQ什么的,打发点时间,虽然资费还有些心疼,但有聊毕竟比无聊强。


▲ 图片来源丨网络


  在此期间,一些ISP赚得盆满钵满。顺便说一下,腾讯也是靠着ISP服务渡过了最困难的时光。


— 04 —


  人们对于信息需求的无止境追求,推动了移动通信技术的进一步发展。2.5G带宽的慢速限制了查看信息。比如,图片大一点就出不来,更不用说视频了。


  因此,3G便呼之欲出了。


▲ 2005年12月,新华社发布的一张关于中国消费者对3G应用的调查结果图表


  3G时代,除了欧洲和北美,又出现了新的玩家,那就是咱们中国。欧洲是WCDMA,北美是CDMA2000。中国在此时做出了最英明的决策,决定开发自己的标准,TD-SCDMA。


  中国的加入,使得无线通信的格局再次发生变化:1G时代--一家独大,2G时代--两强对峙,3G时代--三足鼎立。


  在我看来,中国对于TD-SCDMA的研发,相当于通信领域的「两弹一星」,从此之后,我们在技术标准上不再受制于人。这个战略是无比英明的。


  和2.5G相比,3G具有更快的速率,更大的带宽,更重要的是更好的用户上网体验。


  这个阶段,有一个重要的角——苹果公司。iPhone3G于2008年06月10日由史蒂夫·乔布斯在苹果全球开发者大会上正式发布。


  它更重要的意义在于开启了移动互联网时代。智能手机和3G网络成为两个巨大的引擎,推动了移动互联网一波又一波的新浪潮。从手机到应用,在世界范围以燎原之势迅速普及。


  这改变的不仅是人们的通信方式,而且是人们的生活方式。人们的衣食住行,开始逐渐的离不开手机了。手机的功能已经不是再是打电话,看新闻了,而是过渡到玩微信微博,手机支付,打车……


— 05 —


  3G网络的速率相比2.5G,有了大幅的提升,达到了14.4Mbps(WCDMA理论下行速率),已经可以满足基本的多媒体业务需求。


  但是,人们对于网速的追求是无止境的,人们更渴望是「飞一般的感觉」。人们一旦到了没有WiFi而是用3G的地方,就总是会有意无意的和WiFi做对比,希望移动网络能有WiFi一般的速度。


  于是,4G来了。


  如果说3G是中国无线通信技术起飞阶段的话,那么进入4G,中国已经进入了全面发展阶段,无论是运营商还是设备商。


  相比3G,4G网络在规范上前所未有的统一,全球均采用3GPP组织推出的LTE/LTE-Advanced标准,最新标准下空中接口的关键技术放弃了CDMA转投OFDM,即Orthogonal Frequency Division Multiplexing,中文翻译过来是正交频分复用。这是一种完全不同于3G时代的技术。


  此外,4G的MIMO,即多进多出的天线技术则提升了频率复用度,相当于通过修多车道将路修得更宽,可以同时容纳多辆车并排行驶,跨载波聚合能获得更大的频谱带宽从而提升数据速率


  这些技术不仅提高了速率,使得速率从3G时代的10Mbps数量级提高了100Mbps的数量级,还为向5G演进奠定了技术基础


  4G实现了更快速率的上网,并基本满足了人们所有的互联网需求。人们可以随意的使用网络,包括用手机玩在线游戏,看视频,看直播,刷短视频,完全达到了和WiFi相似的体验。


  人类信息获取的自由、使用手机的自由终于到来。当然了,这一切还是建立在不心疼流量费用的情况下。不过和之前的3G相比,4G无论是在个人体验上还是资费上都下降了不少。


— 06 —


  从已经过去的1G到4G,我们可以看到四个方面的变化:


▲ 2017年12月,世界互联网大会上,华为介绍3GPP 5G科技成果。 新华社记者 郑焕松 摄 


  正是在此基础上,站在5G的门口,中国的设备商先后遭受了美国的敌意。


  如果说4G改变的只是我们个人的话,那么5G的影响面则大得多。5G的应用,可以划分为三大块,一块是现有的4G体验的提升,一块是像自动驾驶、VR/AR这样的应用,还有更重要的一块是物联网。


  有人形容5G的速率是这么说的:下载一个文件大小1G的电影,只需要一秒钟。这是个非常通俗的解释,很贴切。


  正是因为速度是如此之快,再加上低时延等特性,所以才使得自动驾驶这样需要海量高速数据交换的应用才成为可能。


  物联网使得每一个从公共基础设施到工厂到家庭的设备都能产生连接,这样一来,影响就广了。这张网络的可用性可靠性稳定性安全性,显得无比重要。它涉及到生产和生活的方方面面,因此其地位更是可以上升到国家战略的高度。


  所以,5G已经远远超出个人生活的影响,成为了国家基础设施的一个重要的组成部分。各个国家全面推进5G技术,也是基于这个原因。


  从4G到5G,除了技术上的进步,更有应用领域场景的全面革命,是具有划时代意义的战略性的价值。它不是简单的quicker,faster,higher speed。


  看到这里,估计你再也不奇怪特朗普为何会说出「5G的竞争已经开始,美国必须赢」这样的话了。


  5G最终谁将胜出?我希望是双赢,或者多赢,而不是零和博弈。这里,可能有人会说我有点一厢情愿了。


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  从1G到5G,我们看到了人类对于科技孜孜不倦永不满足的追求,也看到了科技给人们生活带来的巨变;我们见证了朗讯和摩托罗拉的衰落,也见证了苹果和华为的崛起;我们经历了通信技术领军者从北美到欧洲到亚洲的变迁;我们感慨于科技的发展如此迅猛,也感叹于「十年河东,十年河西」……


▲ 图片来源丨网络


  短短30多年的移动通信史,述说的是通信的历史,也是我们同龄人的历史。我们有幸见证这段辉煌灿烂的历史,和移动通信变革时代同行,幸甚至哉!


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总监制丨史湘洲

监    制 | 潘燕

编    辑|唐朵朵

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