1.2 移动通信网络演进

随着移动用户的增多，以及人们对移动通信业务需求的不断增加，移动通信系统已经经历了四代的变革，并继续向着第五代技术演进。本节主要对移动通信网络演进过程进行介绍。

1.2.1 第一代移动通信系统

第一代移动通信技术（1st Generation，1G）诞生在20世纪40年代，美国底特律警察使用车载无线电系统进行联络，主要采用大区制模拟技术。1978 年底，美国贝尔实验室成功研制了先进移动电话系统（Advanced Mobile Phone System，AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，这是第一种真正意义上的具有及时通信功能的大容量蜂窝状移动通信系统。1983年，AMPS首次在芝加哥投入商用并迅速推广。1985年，已扩展到了47个地区。

与此同时，其他国家也相继开发出各自的蜂窝移动通信网。英国在1985年开发出全接入通信系统（Total Access Communications System，TACS），频带为900 MHz；加拿大推出450 MHz移动电话系统（Mobile Telephone System，MTS）；瑞典等北欧四国于1980年开发出北欧移动电话（Nordic Mobile Telephone， NMT）移动通信网，频带为450 MHz；中国的1G系统于1987年11月18日在广东第六届全运会上开通并正式商用，采用的是TACS制式。从1987年11月中国电信开始运营模拟移动电话业务到2001年12月底中国移动关闭模拟移动通信网，1G系统在中国的应用长达14年，用户数最高曾达到了660万。如今， 1G时代像砖头一样的手持终端——“大哥大”，已经成为很多人的回忆。

由于 1G 系统是基于模拟通信技术传输的，存在频谱利用率低、系统安全保密性差、数据承载业务难以开展、设备成本高、体积大、费用高等局限，最关键的问题在于系统容量低，已不能满足日益增长的移动用户需求。为了解决这些缺陷，第二代移动通信系统（2nd Generation，2G）应运而生。

1.2.2 第二代移动通信系统

20世纪80年代中期，欧洲首先推出全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications， GSM）数字通信网。随后，美国、日本也制定了各自的数字通信体系。数字通信系统具有频谱效率高、容量大、业务种类多、保密性好、语音质量好、网络管理能力强等优势，使得数字通信网得到迅猛发展。

第二代移动通信系统（2st Generation，2G）包括GSM、IS-95码分多址（IS-95 Code Division Multiple Access，IS-95 CDMA）、先进数字移动电话系统（Digital Advanced Mobile Phone System，DAMPS）、个人数字蜂窝系统（Personal Digital Cellular，PDC）等。特别是GSM系统，体制开放、技术成熟、应用广泛，成为陆地公用移动通信的主要系统。

使用900 MHz频带的GSM称为GSM900，使用1800 MHz频带的称为DCS1800。它是依据全球数字蜂窝通信的时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）标准而设计的。GSM支持低速数据业务，可与综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）互联。GSM采用频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）方式、TDMA多址方式，每载频支持8信道，载频带宽为200 kHz。随着通用分组无线系统（General Packet Radio System，GPRS）、增强型数据速率GSM演进技术（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE）的引入，使GSM的功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力，可以实现图片传送、电子邮件收发等。

IS-95 CDMA是北美数字蜂窝系统标准，使用800 MHz频带或1.9 GHz频带。IS-95 CDMA的多址方式为时分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）。CDMA One是IS-95 CDMA的品牌名称。IS-95 CDMA又分为IS-95A和IS-95B两个阶段。

DAMPS也称IS-54/IS-136（北美数字蜂窝），使用800 MHz频带，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，使用TDMA多址方式。

PDC是由日本提出的标准，也就是后来中国的个人手持电话系统（Personal Handyphone System， PHS），俗称“小灵通”，后因技术落后和后续移动通信发展的需要，已经关闭。

我国的2G系统制式主要是GSM和IS-95 CDMA，比如中国移动和中国联通都部署了GSM网络。2001年，中国联通开始在中国部署IS-95 CDMA网络（简称C网）。2008年5月，中国电信收购中国联通C网，并将C网规划为中国电信未来主要的发展方向。

2G系统的主要业务是语音，其主要特性是提供数字化的语音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，语音质量、保密性能得到很大提高，并可进行省内、省际自动漫游。2G系统替代1G系统，完成了模拟技术向数字技术的转变，但由于 2G 采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游。又由于 2G 系统带宽有限，限制了数据业务的应用，因此无法实现高速率的业务，如移动的多媒体业务。

尽管 2G 系统技术在发展中不断得到完善，但随着人们对于移动数据业务的需求不断增加，希望能够在移动的情况下达到类似于宽带上网时所要求的速率，因此，需要有新一代的移动通信技术来支持高速的空中承载，以提供各种各样的高速数据业务，如电影点播、文件下载、视频电话、在线游戏等。

1.2.3 第三代移动通信系统

第三代移动通信系统（3rd Generation，3G）又被国际电联（International Telecommunication Union， ITU）称为国际移动电话系统2000（International Mobile Telecom System-2000，IMT-2000），是在2000年左右开始商用，并工作在2 000 MHz频带上的国际移动通信系统。IMT-2000的标准化工作开始于1985年。3G标准规范具体由第三代移动通信合作伙伴项目（3rd Generation Partnership Project，3GPP）和第三代移动通信合作伙伴项目二（3rd Generation Partnership Project 2，3GPP2）分别负责。

3G 系统最初有 3 种主流标准，即欧洲国家和日本提出的宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA），美国提出的码分多址2000（Code Division Multiple Access 2000，CDMA 2000），又称多载波码分复用扩频调制，中国提出的时分同步码分多址接入（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）。

3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，而不是2G中GSM系统通常采用的TDMA技术和电路交换技术。在业务和性能方面，3G不仅能传输语音，还能传输数据，提供高质量的多媒体业务，如可变速率数据、移动视频和高清晰图像等多种业务，实现多种信息一体化，从而提供快捷、方便的无线应用。

3G系统具有低成本、优质的服务质量、高保密性及良好的安全性能等优点。但是，3G系统仍有不足：第一，3G标准有WCDMA、CDMA 2000和TD-SCDMA三大分支，3个制式之间存在相互不兼容的问题；第二，3G的频谱利用率还比较低，不能充分地利用宝贵的频谱资源；第三，3G支持的速率还不够高。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要，因此需要寻求一种能适应未来移动通信需求的新技术。

此外，微波存取全球互通（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX），又称为802·16无线城域网，是另一种为企业和家庭用户提供“最后一千米”的宽带无线连接方案。由于成本较低，将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，能扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，在ITU于日内瓦举行的无线通信全体会议上，经投票表决，WiMAX正式被纳入3G标准，成为继WCDMA、CDMA 2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。

1.2.4 第四代移动通信系统

2000年确定了3G国际标准之后，ITU就启动了第四代移动通信（4th Generation，4G）的相关工作。2008年，ITU开始公开征集4G标准，有3种方案成为4G的标准备选方案，分别是3GPP的LTE、3GPP2的超移动宽带（Ultra Mobile Broadband，UMB）以及电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）的WiMAX，其中最被产业界看好的是LTE。LTE、UMB和移动WiMAX虽然各有差别，但是它们也有一些相同之处，3个系统都采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和多入多出（Multi-input Multi-output，MIMO）技术来提供更高的频谱利用率。

LTE并不是真正意义上的4G技术，而是3G向4G技术发展过程中的一个过渡技术，也被称为3.9G的全球化标准。它采用OFDM和MIMO等关键技术，改进并且增强了传统的无线空中接入技术。这些技术的运用，使得LTE的峰值速率与3G相比有很大的提高。同时，LTE技术改善了小区边缘位置的用户的性能，提高小区容量值，降低了系统的延迟以及网络成本。

2012 年，LTE-Advanced 正式被确立为 IMT-Advanced（也称 4G）国际标准，我国主导制定的TD-LTE-Advanced 也同时成为 IMT-Advanced 国际标准。LTE 包括 LTE 时分双工（Time Division Duplexing，TDD）和LTE频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）两种制式，其中，我国引领LTE TDD（简称TD-LTE）的发展。TD-LTE继承和拓展了TD-SCDMA在智能天线、系统设计等方面的关键技术和自主知识产权，系统能力与LTE FDD相当。

1.2.5 第五代移动通信系统

第五代移动通信技术（5th Generation，5G）是4G的延伸。5G是新一代移动通信技术发展的主要方向，是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比，5G不仅能进一步提升用户的网络体验，同时还将满足未来万物互联的应用需求。

从用户体验看，5G具有更高的速率、更宽的带宽，预计5G的网速比4G高10倍左右，只需要几秒即可下载一部高清电影，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。

从行业应用看，5G具有更高的可靠性、更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。

从发展态势看，5G目前还处于技术标准的研究阶段，今后几年，4G还将保持主导地位，并实现持续高速发展。5G有望在2020年正式商用。

2016年11月，在美国内华达州里诺举行的3GPP RAN1#87会议上，国际移动通信标准化组织3GPP确定了Polar码（极化码）作为5G eMBB（增强移动宽带）场景的控制信道编码方案。至此，5G eMBB场景的信道编码技术方案完全确定，其中，极化码作为控制信道的编码方案，LDPC 码（低密度奇偶校验码）作为数据信道的编码方案。

华为作为中国 IMT-2020（5G）推进组的成员，参与了 Polar 码的研究与创新，后续也将和推进组全体成员持续加大对 5G 的研究投入。同时，与全球产业伙伴开放合作，通过充分整合全球优秀的创新资源来共同推动标准化工作的协同，为形成全球统一的5G标准、提升5G标准竞争力做出重大贡献。