第1章
移动通信发展趋势

1.1 移动通信的演进历史

自20世纪80年代以来，移动通信基本上以十年为周期出现一次技术迭代（如图1-1所示），持续加快信息产业的升级，不断推动经济社会的繁荣发展，如今已成为连接人类社会不可或缺的基础信息网络。从应用和业务层面来看，4G之前的移动通信主要聚焦于以人为中心的个人消费市场，5G则以更快的传输速度、超低的时延、更低功耗及海量连接实现了革命性的技术突破，消费主体将从个体消费者向垂直行业和细分领域全面辐射。特别是在5G与人工智能、大数据、边缘计算等新一代信息技术融合创新后，能够进一步赋能工业、医疗、交通、传媒等垂直行业，更好地满足物联网的海量需求，以及各行业间深度融合的要求，从而实现从万物互联到万物智联的飞跃。

1.1.1 1G时代：模拟技术

20世纪80年代中期开始的第一代移动通信系统（1G，the first generation mobile communication system）是以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统。实现了“移动”能力与“通信”能力的结合，成为移动通信系统从无到有的里程碑，并拉开了移动通信系统的演进序幕。提供语音业务的第一代（1G）模拟移动通信技术采用的制式主要包括美国的AMPS（Advanced Mobile Phone System）以及北欧的NMT（Nordic Mobile Telephone）。主要采用的是模拟调制技术与频分多址（Frequency Division Multiple Access,FDMA）接入技术，这种技术的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。

1G时代，频分多址（FDMA）是一种最基本的多址接入方式。FDMA以载波频率来划分信道，每个信道占用一个载频，相邻载频之间应满足传输带宽的要求。在模拟移动通信中频分多址是最常用的多址方式，每个载频之间的间隔为30kHz或25kHz。在FDMA技术下，不同的用户占据不同的频段，从而避免了相互干扰，实现了区分。

1.1.2 2G时代：数字信号

第二代移动通信系统（2G，the second generation mobile communication system）完成了从模拟体制向数字体制的全面过渡，并开始扩展支持的业务维度。其制式包括欧洲的GSM（Global System for Mobile Communications）以及美国的数字化AMPS（digital-AMPS，d-AMPS）。红极一时的短信SMS（Short Message Service）业务就是在2G时代被引入进来的，它主要采用数字的时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术。在2G技术下，无法直接传送电子邮件、软件等资讯，只具有通话和一些手机通信技术规格（如时间日期等的传送）。不过手机短信SMS在2G的某些规格中能够被执行。

第二代移动通信数字无线标准主要有欧洲的GSM和美国高通公司推出的IS-95CDMA等，我国主要采用GSM，美国、韩国主要采用IS-95CDMA。

1.1.3 3G时代：移动多媒体

第三代移动通信系统（3G，the third generation mobile communication system）采用了全新的码分多址接入方式，完善了对移动多媒体业务的支持。其最基本的特征是智能信号处理技术。智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。至此，高数据速率和大带宽支持成为移动通信系统演进的重要指标。其主要的技术标准包括TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access），WCDMA（Wideband CDMA）以及CDMA2000。从此，以流媒体为代表的移动数据业务进入了人们的视线。

3G系统的通信标准共有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大分支。在我国，中国移动采用TD-SCDMA，中国电信采用CDMA2000，中国联通采用WCDMA。

1.1.4 4G时代：改变生活

第四代移动通信系统（4G，the fourth generation mobile communication system）以多入多出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）和正交频分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple access, OFDM）为核心技术，不仅获取了频谱效率和支撑带宽能力的进一步提升，还成为移动互联网的基础支撑。4G技术是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像，以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。

从3G技术向4G技术演进初期存在两个主要备选方案：其一是3GPP（Third Generation Partnership Project）组织提出的LTE（Long Term Evolution）系统，此系统采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）以及TDD/FDD（Time Division Duplexing/Frequency Division Duplexing）替代了CDMA（Code Division Multiple Access）技术；其二是基于IEEE 802.16m的WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）技术。LTE进一步演进为LTE增强版本LTE-A（LTE-Advanced），在热点覆盖和小区边缘QoS保障上均有更好的表现，逐渐成为4G的主流技术，并在之后成为向5G技术演化的基础。

正交频分复用（OFDM）是一种无线环境下的高速传输技术。OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以提供无线数据技术质量更高（速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案。

1.1.5 5G时代：改变社会

第五代移动通信系统（5G, the fifth generation mobile communication system）把支持的传统增强移动宽带业务（Enhance Mobile Broadband, eMBB）场景延拓至海量机器类通信（massive Machine Type of Communication, mMTC）场景和超高可靠低时延通信（ultra Reliable and Low Latency Communication, uRLLC）场景基于大规模多入多出（Massive MIMO）、毫米波（mmWave, millimeterwave）传输、多连接（MC，multipleconnectivity）等技术。5G并不是独立的、全新的无线接入技术，而是对现有无线接入技术的演进以及一些新增的补充性无线接入技术集成后解决方案的总称。

5G无线接入技术（Radio Access Technology, RAT）的概念产生和研发工作开始于2010年左右，以满足当时提出的新兴应用和业务需求。自2016年起，5G RAT正式更名为5G新无线（New Radio, NR）。5G NR基于国际电联ITU（International Telecommunication Union）定义的5G需求，在全球和区域范围开展了5G NR频谱分配，并在3GPP组织下开始进行标准制定，并于2018年发布了第一个R15标准版本，这是全球通信产业链共同努力的研发成果。

5G的主要设计目标涵盖三大核心场景，即eMBB、mMTC以及uRLLC。eMBB专注于实现峰值速率超过20Gbit/s，保障最低速率100Mbit/s，支持500km/h移动性以及10～100Mbit/s/m2业务容量提升；mMTC旨在优化网络和设备，实现106/km2的设备接入；uRLLC的目标是提供超低时延（低至1ms）超高可靠性（高达99.9999%）的接入性能。

5G作为新基建的核心领域之一，正在助力经济转型升级和高质量发展。6G预期将通过提供极具创新的应用，彻底改变人类行为的各个层面，以赋予人类更加安全、便捷的生活，并促进社会生产力持续提升，为未来通信技术发展提供源源不断的灵感和动力。

从网络性能指标来看，6G在传输速率、端到端时延、可靠性、连接数密度、频谱效率、网络能效等方面均有较大的提升，这在很大程度上满足了各种垂直行业多样化的网络需求，见表1-1。