5G知識之0G-5G的技術發展

讀《果殼中的5G》記錄：通信技術的發展

第一代移動通信：

蜂窩移動通信系統：將大的通信頻率作業區劃分成小塊，各小塊間頻段互不影響，

IMSI：國際移動用戶識別碼，每個通信終端的身份標識

FDMA：頻分多址，按照不同頻率劃分通信信道，每組通話占用一對頻率（1發送，1接收），一對頻率組成一個信道，一對收發頻率只能支持一組通話，是FDMA通信容量的基本限制，

第二代移動通信

20世紀90年代，數字通信技術的出現
奈奎斯特采樣定理：對任意模擬信號進行一個基于固定時間間隔的采樣，只要采樣頻率大于被采樣信號最高頻率的兩倍，就可以將采樣后得到的數字信號，重新轉為模擬信號，

解決蜂窩系統通信容量：TDMA,CDMA

TDMA：時分多址

原理：蜂窩在空間上劃分，TDMA在時間上劃分，基于奈奎斯特采樣，將一個頻率的信道劃分成多個時隙，每組通話只占一個時隙，一個物理頻率能夠容納多組通信同時進行，即將一個物理信道劃分為多個虛擬信道，

優點：擴大了通信系統容量，數字化信號傳輸抗干擾性和安全性，TDMA的通信質量優于模擬通信系統的通信質量，

應用：歐洲電信標準委員會（European Telecommunications Standard Institution）根據TDMA推出

全球移動通信系統（GSM）技術標準：采用TDMA，獨特標準定義：將每個GSM系統用戶的國際移動用戶識別碼（IMSI）寫到SIM卡的存盤模塊，做到機卡分離，不像之前號碼寫死在手機里，

手持電話系統（PHS）:小靈通，由DECT（數字增強無繩系統）系統演化出來的技術標準，基站部署與系統建設比GMS簡單便宜，低成本，（是通過技術簡化，覆寫質量和通話質量比GSM差很多）

CDMA：碼分多址

原理:通過不同的編碼來定義不同的信道，用編碼的差異來屏蔽不同信道之間的相互影響，（事先定義好，A組用碼1，B組用碼2，同一空間講話，也只能接收到規定的碼）

推廣：CDMA發揚光大靠的是美國高通（qualcomm），公司名稱為quality communication的前綴縮寫，高通制訂了專利交易規則：專利使用費不超過手機廠商批發價的5%；上游支付下游就不需支付，

GSM的推廣，讓歐洲通信設備制造巨頭愛立信，從斯德哥爾摩走向全世界，

SMS(Short Messaging Service)短訊息服務：短信，GSM服務之一，消耗的網路資源遠小于通話

GSM短訊息時代，人們希望手機能像計算機一樣隨時上網自由瀏覽，為了推動移動互聯網，1998年，愛立信、摩托羅拉、諾基亞、無限星球，成立了WAP Foum，旨在對移動互聯網的嘗試進行標準化和推廣，

GPRS：一種移動資料傳輸與交換技術，采用更互聯網化的資料傳輸極值，速率可達114kbits/s>GSM，實際上GPRS與GSM共享無線接入網路，GSM的一些傳輸時隙固定用作資料傳輸，不進行通話，

GPRS通過分組控制單元（PCU）辨別語音和資料，語音傳給語音交換網路，資料傳送給資料交換的核心網路，

總之：歐洲主導的GSM+GPRS與美國主導的CDMA，這兩方技術標準各占一方，

第三代移動通信

國際電信聯盟（ITU）,作業是匯集各個國家技術組織的建議并組織討論形成國際標準，

3G有三大技術標準：基于GSM的WCDMA、TD-SCDMA和基于CDMA的cdma2000，

兩大組織：3GPP，3GPP2

3GPP：基于GSM的技術標準：WCDMA,TD-SCDMA

WCDMA：（wideband CDMA）寬帶CDMA，將cdma的1.25MHZ傳輸信道擴大到一對5MHZ的信道，分別處理上下行資料傳輸，資料傳輸能力高，但是占用了大量頻譜，頻率資源效率低，

UMTS-TDD：像GSM網路一樣，將物理信道分成若干個虛擬信道，在虛擬信道間采用CDMA ，上下行通信不專門建立信道，而是在同一物理信道中，分配一部分時隙用于上行，一部分用于下行，

TD-SCDMA：最早德國西門子提出的SCDMA，后經中國電信研究院，大唐，西門子聯合開發，改造成中國自主可控.，比TDD更先進，不在固定哪些時隙用于上下行，根據實際情況靈活配置，

WCDMA和TD-SCDMA在通信協議上互不兼容，但都是基于GSM的兼容，因此終端可以對這兩個協議兼容，

3GPP2：基于CDMA的技術標準：cdma2000

cdma2000：1X：對編碼技術優化，CDMA的64編碼信道拓展到128，1X-EVDO將語音和資料信道分開，加快資料信道的傳輸速率，

各個國家對三大技術標準的應用情況：

美國：認為WCDMA在沒有具體商業場景下頻譜資源浪費巨大，選擇了cdma2000

歐洲：選擇扶持自己的WCDMA

中國：三大運營商分別使用不同的3G技術標準，聯通拿到最具應用優勢的WCDMA，移動拿到最具戰略意義的TD-SCDMA，中國電信拿到最小升級代價的cdma2000

在3GPP和3GPP2爭奪4G技術標準時：誕生美國電氣和電子工程師學會（IEEE），并提出802.11技術標準體系，

WiFI和WiMAX

1999年WIFI誕生，蘋果公司在iBook系列中使用WIFI的網路連接，當時的無線傳輸能力為11Mbit/s，

當時出現思潮認為通信網路的未來是移動的語音通信網路（支持用戶在A區域，B區域以及從A到B全程序的通信需求）+游牧的資料通信網路（不支持從A區域到B區域的程序，只有禁止時才大量傳輸），

WiMAX技術標準：游牧資料網路，更關注傳輸帶寬和傳輸速率，不那么關注移動性和廣域覆寫能力，因此IEEE創建了802.16技術標準體系，就是WiMAX，WiMAX構建一個廣域的移動網路，覆寫范圍，傳輸速率》wifi，并且動態為不同帶寬分配帶寬，WiFi主要面相局域網，終端連接數量有限，但是WiMAX最大的劣勢：不能向后兼容（前向兼容：未來的拓展；后向兼容：兼容以前的）已有的通信系統和通信設備，WiMAX面向游牧式通信，并且采用高頻的載波頻段，穿透能力差，最終在推動4G標準時放棄了其候選低位，WiMAX留下了大規模天線陣列（MIMO），波束賦形（Beam Forming）技術

打破通信世界未來判斷兩個技術：

當初通信世界未來發展判斷：手機通話終端，大資料流量來自于游牧式的筆記本電腦，打破這個判斷：RISC處理器出現，手機終端的軟體作業系統

• RISC處理器：

與之對應的是傳統處理器CISC，RISC是CISC的簡化，因為在移動終端中，不需要計算單元具有復雜的指令執行能力，大幅降低了芯片設計復雜度，芯片體積，硬體生產成本，最具代表性的使用RISC處理器的產品就是英國的ARM處理器（Advanced RISC Machine）

• 作業系統：

3G時代，摩托羅拉JAVA，微軟Windows CE，諾基亞Symbian，互不兼容，應用開發者需要自己去適配不同廠家的作業系統，3G中后期，谷歌公司倡議主導建立手機開放協會（HOA），產生了安卓（Android）作業系統，基于Linux內核的完全開源開放的系統，

第四代移通通信

4G統一了全球的移動通信標準，

最初有三個4G候選技術：LTE，WiMAX，UMB，上面提到WiMAX退出；UMB高通的知識產權大量壟斷，沒有得到大規模的生態支持，并且采用的CDMA技術演進而來，受到CDMA的限制，需要采用了LTE的技術來完善，最終停止研發，退出4G競爭，最后剩下LTE，

LTE

LTE（long term evolution）涉及無線接入技術，涵蓋核心交換網路的未來設計思路以及諸多應用場景的實作思路，具有的巨大優勢就是對GSM、UMTS、cdma2000等技術標準完全兼容，對2G通信兼容，節約大量的成本，

2011年，LTE發布升級版本LTE-advanced，可以支撐下行300Mbit/s上行75Mbit/s（上行速率指從電腦上傳的速度，也就說別人從你的電腦進行通訊的速率！下行速率一般是網路上的主機下載速度！），還支持低于5ms的網路時延，350km/h的移動通信能力，支持單播、多播、廣播，

LTE內涵兩個技術標準：LTE時分雙工（LTE-TDD,LTE Time-Division-Duplex）LTE頻分雙工（LTE-FDD,LTE Frequency-Division Duplex）LTE-FDD用一對不同頻率用于上下行，這樣的雙工方法使上下行信道更加穩定和可靠，LTE-TDD上下行資料同一頻率，不同時隙，上下行頻率帶寬分配更加靈活，

LTE-TDD高頻表現更好，LTE-FDD低頻表現好，采用的絕大部分技術核心相同，在支持LTE的設備中可同時支持這兩種協議模式，

傳統電信核心網路和全IP網路

LTE除了上述在無線通信協議層面的資料通信的優化之外，為了能夠滿足未來網路面相資料資料通信的核心需求，將網路架構重新設計，簡化為完全基于IP的通信系統，就是LTE技術協議中的通信系統架構嚴謹（SAE），

傳統電信核心網路：基于連接，信號發出，需要先在一個節點一個節點中傳輸，連接到目標節點后進行回傳，確定連接后進行資料傳輸和傳輸應答，最后一節點一節點地拆線，缺點是網路使用效率太低，在傳輸資訊時，整個信道被獨占，

全IP網路：基于地址的，信號發出后，傳輸到一個節點，節點進行傳輸應答，在應答的同時傳入下一個節點，若傳輸失敗，會把訊息退回或重新投遞，傳輸時延大幅降低，網路資料吞吐能力大幅提升，網路結構簡單，建設和運維成本降低，

第五代移動通信系統

通信行業是一個極端民主的行業，一切成功與失敗需要每位用戶投票選擇，是重資產投入行業，沒人會在電信技術發展的軌道上進行“試錯式”賭博，通信技術在發展的程序中不斷與其他科技發展線索進行互動產生共鳴式影響，5G之前的通信網路是面向人群的，終端設備與網路特征非常一致，5G則是面向物群，不同的物需求而計算能力和計算目的都不同，5G不僅需要滿足物對網路能力的不同需求，也要按他們呢所處的應用場景，用戶化提供能力，