邱元陽

編者按：智能移動終端的應用一直受到無線通信帶寬的限制，直到4G的到來，這一狀況才得到徹底改觀。與2G和3G相比，4G網(wǎng)絡的速度得到了飛一般的提升，在4G網(wǎng)絡下，人們不再擔心網(wǎng)速會影響到應用體驗，相反，卻開始擔心如此高速的帶寬會不會造成數(shù)據(jù)流量賬單的驚人開銷。

2013年12月4日，工信部正式向移動運營商發(fā)放TD-LTE制式4G業(yè)務經(jīng)營許可牌照，中國移動、中國電信和中國聯(lián)通均獲得了TD-LTE牌照。2015年2月27日，工信部再次向移動運營商發(fā)布LTE-FDD制式4G牌照，中國聯(lián)通、中國電信獲得此牌照，國內(nèi)移動通信網(wǎng)絡全面向4G過渡。網(wǎng)絡制式的改變，也促使硬件產(chǎn)品向4G靠攏，短短幾年，手機用戶基本上全面進入4G時代。此次，主持人和嘉賓將分兩期與大家探討4G和移動通信相關的技術話題。

4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術產(chǎn)品。4G的靜態(tài)傳輸速率達到1Gbps，在高速移動狀態(tài)下也可以達到100Mbps，這個速度已經(jīng)不亞于百兆的有線局域網(wǎng)了。

為了了解4G技術的發(fā)展歷程，我們需要回顧一下移動通信的發(fā)展簡史。

● 追根溯源——移動通信的起源

移動通信的最早實驗，可能要追溯到1897年，意大利人馬可尼在相距18海里的固定站與拖船之間進行了一項無線電通信實驗，實現(xiàn)了在英吉利海峽行駛的船只之間保持持續(xù)的通信。這一成功可以看作是移動通信誕生的標志，從此拉開了移動通信輝煌發(fā)展的序幕。

但是受到微電子技術和調(diào)制編碼技術發(fā)展的限制，移動通信在早期并沒有能夠形成氣候。直到1978年，美國貝爾實驗室研制成功先進移動電話系統(tǒng)（AMPS），建成了蜂窩狀移動通信系統(tǒng)，移動通信才進入第一個發(fā)展階段。

第一代移動通信系統(tǒng)（1G）就是蜂窩狀網(wǎng)絡系統(tǒng)，采用蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，基于模擬傳輸，使用模擬語音調(diào)制技術，速率約2.4Kbps。小區(qū)制的蜂窩網(wǎng)實現(xiàn)了頻率復用，大大提高了系統(tǒng)容量。典型代表是美國的AMPS（Advanced Mobile Phone System，先進移動電話系統(tǒng)）和后來英國的改進型系統(tǒng)TACS（Total Access Communications System，全球接入通信系統(tǒng)）、日本的HAMTS（汽車移動電話系統(tǒng)）、加拿大的MTS（Mobile Telephone System，移動電話系統(tǒng)），以及北歐的NMT（Nordic Mobile Telephone，北歐移動電話）和日本的NTT（Nippon Telegraph & Telephone，日本電報電話公司）等。1987年11月，國內(nèi)第一個模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)在廣東省建成并投入商用。

1G系統(tǒng)是雙工的基于頻分多址（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）的模擬系統(tǒng)，在商業(yè)上取得了巨大的成功，但是也暴露出很多缺陷，如業(yè)務量小、質(zhì)量差、速度低、無漫游、安全性差、設備成本高、體積量大等。傳說中的“大哥大”就是這一時期的產(chǎn)品（如圖1）。

在這一時期，還有種通信產(chǎn)品——BP機（Beeper），也就是尋呼機（如下頁圖2）。尋呼機又叫傳呼機、Call機，是無線尋呼系統(tǒng)中的被叫用戶接收機，由超外差接收機、解碼器、控制和顯示等部分組成。尋呼機從基站發(fā)射的尋呼信號和干擾中選擇出所需接收的有用信號，恢復成原來尋呼本機的基帶信號，并產(chǎn)生音響（或振動）和顯示數(shù)字（或字母、漢字）消息。

尋呼機有人工匯接和自動匯接兩種方式，對應的尋呼臺稱為人工尋呼臺和自動尋呼臺。人工尋呼臺需要人工操作把信息編碼經(jīng)過發(fā)射機發(fā)出信號，自動尋呼臺則能根據(jù)來電的線路號自動查出尋呼人的電話號碼并同時發(fā)送出去。從終端顯示上，尋呼機又分為數(shù)字尋呼機和中文尋呼機，后者能直接顯示漢字。

1983年，上海開通國內(nèi)第一家尋呼臺，BP機進入中國。BP機只能接收無線電信號，不能發(fā)送信號，所以是單方向的移動通信工具，這也決定它只是一種過渡產(chǎn)品。十幾年后，BP機逐漸退出市場。

● 循序漸進——移動通信的演進

為了解決1G模擬系統(tǒng)中存在的根本性技術缺陷，以GSM為代表的數(shù)字移動通信技術發(fā)展起來，這就是第二代移動通信系統(tǒng)（2G）。

與1G模擬的頻分多址技術不同，2G采用的是數(shù)字的時分多址（TDMA）技術和碼分多址（CDMA）技術，當時主要有歐洲的GSM和美國的CDMA 兩種體制。

GSM最初是指“泛歐移動通信組織”（Group Special Mobile），它于1983年開發(fā)出了第一個數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡標準，其縮寫也是GSM（Global Standard for Mobile Communications，全球移動通信系統(tǒng)）。GSM基于時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式，標準體制較為完善，技術相對成熟，絕大多數(shù)國家使用的是這一標準。在美國和日本，CDMA是主要的2G移動通信技術。國內(nèi)于1995年開通了GSM數(shù)字電話網(wǎng)，2002年開通了CDMA網(wǎng)絡并投入商用。這就造成了2G時代我們使用的手機有GSM手機和CDMA手機之別。

第二代移動通信的最大特點是數(shù)字化，主要業(yè)務是語音，包括數(shù)字化話音業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務。它克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點，提高了頻譜利用率、話音質(zhì)量和保密性能，并可進行省內(nèi)、省際自動漫游。但由于2G有兩種不同的制式，標準不統(tǒng)一，無法進行全球漫游。另外，2G的通信帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務的應用，無法實現(xiàn)高速傳輸?shù)亩嗝襟w業(yè)務。

為了解決低速率問題，又出現(xiàn)了2.5G的移動通信系統(tǒng)，如GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務），作為GSM的演進版本。同期的GSM演進版本還有2.75G的EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution，演進的增強數(shù)據(jù)速率）技術，讓使用900MHz、1800MHz、1900MHz頻段的網(wǎng)絡提供第三代移動通信網(wǎng)絡的部分功能。

GPRS和EDGE的數(shù)據(jù)傳送速率可達到115/384Kbps，從而使GSM功能初步具備了支持多媒體業(yè)務的能力，可以發(fā)送圖片、彩信、收發(fā)電子郵件等。

1985年，國際電信聯(lián)盟（ITU）提出了第三代移動通信的目標——移動寬帶多媒體通信。1996年，3G標準IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）誕生，表明該系統(tǒng)工作在2000MHz頻段，最高業(yè)務速率可達2000Kbps，預期在2000年左右得到商用。

1999年，在ITU第18次會議上最終通過了IMT-2000無線接口技術規(guī)范建議，基本確立了第三代移動通信的三種主流標準，即歐洲和日本提出的寬帶碼分多址（WCDMA），美國提出的多載波碼分復用擴頻調(diào)制（CDMA2000），中國提出的時分同步碼分多址接入（TD-SCDMA）。這樣一來，CDMA技術就成為第三代移動通信的核心技術。只不過，WCDMA和 CDMA2000采用的是頻分雙工FDD方式，TD-SCDMA采用的是時分雙工TDD方式。

在2G時代，還有一種特殊的通信終端——小靈通（如圖3），1998年進入中國。小靈通即無線市話（Personal Handy-phone System，PHS），是一種個人手持式無線電話系統(tǒng)，工作在1900-1920MHz頻段，采用微蜂窩技術，將用戶終端（即無線市話手機）以無線方式接入本地電話網(wǎng)，使傳統(tǒng)意義上的固定電話不再固定在某個位置，可在無線網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)自由移動使用，隨時隨地接聽、撥打本地和國內(nèi)、國際電話，是市話的有效延伸和補充。

為了確保TD-SCDMA頻率的正常使用，避免對TD-SCDMA使用產(chǎn)生有害干擾，2009年，中國政府主管部門明確要求1900-1920MHz頻段無線接入系統(tǒng)在2011年底前完成清頻退網(wǎng)工作，其所用頻率無條件收回。于是小靈通于2011年底宣告終結(jié)，徹底退出歷史舞臺。

2G系統(tǒng)通常采用TDMA和電路交換技術，而3G系統(tǒng)主要采用CDMA和分組交換技術。第三代移動通信的最大特點是移動終端智能化，這時候的手機產(chǎn)品已全面走向智能手機。

技術的發(fā)展還遠沒有結(jié)束，移動通信的技術演進還在繼續(xù)。實際上，后面我們常?？吹降目s寫“LTE”就是“長期演進”（Long Term Evolution）的意思。這一思想由3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）和3GPP2（3rd Generation Partnership Project2，第三代合作伙伴計劃2）提出并啟動，作為3G技術長期演進的路線，以促使3G技術不斷演進、完善和創(chuàng)新，進一步向B3G（超3G）、4G、B4G（超4G）及5G演進（如圖4）。

● 化蛹成蝶——走進4G時代

移動通信發(fā)展到現(xiàn)在，完全可以用“迅猛”一詞來形容。不知不覺中，家庭固話已全部被手機取代，功能機也絕大部分被智能取代，2G、3G也即將被4G取代。

2003年，ITU對4G的關鍵性指標進行定義，確定了4G的傳輸速率為1Gbps。2005年，在ITU-R WP8F第17次會議上，ITU給B3G（超3G）技術一個正式的名稱——IMT-Advanced。2007年，ITU給4G分配了新的頻譜資源。

2008年ITU開始公開征集4G標準，有三種方案成為4G的標準備選方案，分別是3GPP的LTE（長期演進）、3GPP2的UMB（超移動寬帶）以及IEEE的移動WiMAX（寬帶無線技術）。LTE、UMB和移動WiMAX都采用OFDM（正交頻分復用）和MIMO（多路輸入輸出）技術以提供更高的頻譜利用率，但最被業(yè)界看好的是LTE。

2012年1月，LTE-Advanced和802.16m技術規(guī)范通過了ITU-R 的審議，正式被確立為IMT-Advanced（也稱4G）國際標準。LTE包括TD-LTE（時分雙工）和LTE-FDD（頻分雙工）兩種制式，其中我國引領TD-LTE的發(fā)展，主導制定的TD-LTE-Advanced同時成為IMT-Advanced的國際標準。

2013年12月，工信部正式發(fā)放TD-LTE的4G牌照，中國4G時代徐徐開啟。不過，中國聯(lián)通和中國電信更希望獲得LTE-FDD牌照，因為它們的網(wǎng)絡升級到LTE-FDD更方便，而要升級到TD-LTE則比較麻煩。所以獲得TD-LTE牌照后聯(lián)通和電信并沒有大的動作，而主導TD-LTE制式的中國移動則趁機發(fā)力，全面鋪開4G網(wǎng)絡建設（如圖5）。

2014年，工信部正式向中國電信、中國聯(lián)通兩大運營商頒發(fā)TD-LTE/FDDLTE混合組網(wǎng)試商用經(jīng)營許可，兩家分別獲許在多個城市展開試點。

2015年，工信部正式向運營商發(fā)布LTE-FDD制式4G牌照，中國聯(lián)通、中國電信終于獲得期待已久的此牌照。至此，中國移動擁有TD-LTE制式4G牌照，中國聯(lián)通和中國電信擁有TD-LTE和LTE-FDD制式4G牌照，國內(nèi)4G網(wǎng)絡建設和運行如火如荼。

● 五光十色——移動4G應用

4G普及的結(jié)果，就是網(wǎng)速提升和資費下降，各種各樣的應用難免會進行屏幕爭奪大戰(zhàn)。

1.可視電話和視頻通話

4G的高速率為多媒體數(shù)據(jù)的實時傳輸提供了可能，可視電話也就成為4G應用的特色功能和時尚體驗。利用4G運營商提供的高速網(wǎng)絡，我們還可以在其他軟件中實現(xiàn)視頻通話，如QQ、微信等即時通訊軟件都已支持視頻通話甚至多方視頻通話，實現(xiàn)更直接的溝通。

2.高清視頻

4G網(wǎng)絡帶寬的提升，也使得高清視頻的傳輸?shù)靡皂樌M行。視頻客戶端提供的720P、1080P分辨率的高清視頻對手機來說不再是擺設。在手機高速處理器和流媒體編碼技術的支持下，4G網(wǎng)絡下在手機上觀看4K視頻也不無可能。目前優(yōu)酷、愛奇藝、樂視、搜狐都已在移動客戶端上推出了超清視頻，以滿足用戶對視頻效果的進一步要求。

3.手機直播

個人網(wǎng)絡直播的流行，在4G誕生后已開始向手機直播轉(zhuǎn)移。一部智能手機加上4G網(wǎng)絡，就可以隨時隨地進行現(xiàn)場直播，既可以通過自己的視角對新聞事件進行記錄和評論，也可以在攝像頭下充分展示自我的演講和表演才能。

4.手機監(jiān)控

較高的4G帶寬既然可以實時傳輸視頻流，那么通過手機來實時查看網(wǎng)絡攝像頭和監(jiān)控探頭也就不在話下。只要是支持網(wǎng)絡的數(shù)字監(jiān)控，能在PC上查看的，也能在手機上查看了。這真是一機在手，隨時監(jiān)控。

5.遠程協(xié)作

PC上的遠程控制給我們帶來了極大的便利，特別是在遠程指導時，手把手的操作指導勝過千言萬語?，F(xiàn)在，這種遠程協(xié)作方式也完全可以移植到手機上了。在高速網(wǎng)絡的支持下，手機上的遠程操作可以讓我們通過手機上的相關應用來遠程控制電腦，或者在電腦或手機上遠程控制手機。這種方式還能作為多屏互動或者屏幕投射的一種來運用，從而給我們帶來更多新的體驗。

6.3D手游

以前受限于處理器處理能力和網(wǎng)絡帶寬而只能在PC上進行的3D游戲，如今也大量出現(xiàn)在手機上。內(nèi)容豐富的多種形式的手游吸引了各個年齡階段的玩家，成為手機應用的又一特色。

7.高速熱點

利用4G終端設備分享無線連接熱點，可以讓多人充分利用4G的帶寬。除了手機，還有專用的4G路由器也能實現(xiàn)這一功能。

8.云端應用

無論是云端數(shù)據(jù)共享和同步還是云端游戲和應用，這種大數(shù)據(jù)量的傳輸和交互，都可以在手機上實現(xiàn)了，只因為有你——4G。

9.3D導航

位置服務一直是智能手機的標配，3D導航無非是增加了數(shù)據(jù)的傳輸量。用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡來輔助GPS進行定位和導航已成為通用做法。

10.智能家居

手機作為智能家居的控制中心，在3G時代就已經(jīng)實現(xiàn)。經(jīng)過4G的網(wǎng)速提速之后，智能家居的應用就更得心應手了。

此外，在4G高速網(wǎng)絡的支持下，各種新的應用也層出不窮，如物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等，未來還會出現(xiàn)更多新穎的應用。實際上，它們也許與4G無關，但一定跟網(wǎng)絡有關。

● 分久必合——移動運營商格局

目前在國內(nèi)移動通信市場上，基本上是三分天下，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信，各自發(fā)展自己的業(yè)務。進入4G之后，它們的4G網(wǎng)絡和制式又各不相同。這也是由于多年來移動運營商的合并和重組造成的結(jié)果。

1949年11月，郵電部成立，統(tǒng)一管理全國郵政和電信事業(yè)。1969年郵電部被拆分為郵政總局和電信總局，1973年又恢復為郵電部。

1994年7月，電子部聯(lián)合鐵道部、電力部以及廣電部成立了中國聯(lián)合通信有限公司，開展GSM網(wǎng)絡運營，但主要還是經(jīng)營尋呼業(yè)務。

1998年，郵電部被拆分為郵政局和信息產(chǎn)業(yè)部，郵政與電信分家。

2000年4月，移動業(yè)務從電信業(yè)務中分離出來，成立中國移動，隨后中國電信亦成立。

2000年12月，鐵通公司成立，中國電信取消初裝費。

2001年，中國聯(lián)通開始在中國部署CDMA網(wǎng)絡（簡稱C網(wǎng)）。

2002年12月，中國衛(wèi)通成立。

2002年5月16日，中國電信和中國網(wǎng)通南北分家。

2008年5月，中國電信收購中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)，并將C網(wǎng)規(guī)劃為未來主要發(fā)展方向。中國聯(lián)通與中國網(wǎng)通合并，中國衛(wèi)通的基礎電信業(yè)務并入中國電信，鐵通并入中國移動。重組完成后發(fā)放3G牌照，中國電信業(yè)三足鼎立格局正式形成。

在2G時代，國內(nèi)移動通信市場格局為移動（GSM）、聯(lián)通（GSM）、電信（CDMA）三分天下，但移動一家獨大；在3G時代，CDMA是核心技術，工信部決定由中國移動來推動TD-SCDMA發(fā)展，但這樣的好事對中國移動來說卻有些尷尬，多種原因造成它并沒有很好地推動3G，并造成實際上縮小了聯(lián)通、電信與自己的差距。而中國聯(lián)通和中國電信憑借相對成熟的WCDMA網(wǎng)絡和CDMA2000網(wǎng)絡在3G領域追上了中國移動。尤其是對于中國電信來說，其原有的CDMA網(wǎng)絡只需簡單升級即可支持3G，于是中國電信趁機拋出了鋪天蓋地的天翼手機，在3G時代獨領風騷。

然而在4G牌照發(fā)放時，國家政策卻絕對有利于中國移動的發(fā)展。工信部首先發(fā)放了TD-LTE的4G牌照，這正是中國移動主導的制式，而在一年后才發(fā)放LTE-FDD的4G牌照。因為TD-LTE采用時分技術，可以節(jié)省寶貴的頻譜資源，數(shù)據(jù)擁堵的缺陷在建設初期也不會出現(xiàn)；而LTE-FDD采用頻分技術，會消耗大量的頻譜資源。

這個策略應該是沒有問題的，在中國聯(lián)通和中國電信苦等LTE-FDD牌照的一年里，中國移動則在4G領域突飛猛進，一路高歌，收復了在3G時代的失地，更加穩(wěn)固了其龍頭老大的地位。

● 夢幻之旅——展望5G通信

如果說4G（第四代移動通信）是以數(shù)據(jù)傳輸速率見長的話，那么5G（第五代移動通信）的先進則表現(xiàn)在它的萬物互聯(lián)上。

NGMN組織（Next Generation Mobile Networks）這樣描述5G：5G是一個端到端的生態(tài)系統(tǒng)，它將打造一個全移動和全連接的社會。它主要包括三個方面：生態(tài)、客戶和商業(yè)模式。

2/3/4G時代主要局限于接入網(wǎng)和隨之演進的核心網(wǎng)，更多聚焦于技術，而5G放眼的是系統(tǒng)構(gòu)架，不僅會實現(xiàn)從未有過的軟硬件分離，還將引入云化和虛擬化技術（如下頁圖6）。

2016年11月，在烏鎮(zhèn)舉辦的第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，美國高通公司帶來了可以實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的5G技術原型。高通研發(fā)的LTE Advanced Pro技術不僅能大幅增強移動寬帶的性能和效率，還能擴展LTE使其符合當今和未來不斷增長的連接需求，包括非授權頻段、終端到終端通信、物聯(lián)網(wǎng)等，不僅引入了支持發(fā)展互聯(lián)汽車、智能城市、智能家庭和可穿戴設備的新技術，還推出了為移動網(wǎng)絡和技術帶來更多商機的新型服務。

2017年2月9日，國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo（如圖7）。3GPP向ITU承諾，2020年要提交5G技術文檔，確保2020年前5G標準正式批準生效。華為計劃在2018年與合作伙伴建設5G試驗網(wǎng)，2019年完成5G互操作測試，并于2020年率先實現(xiàn)5G商用。

2017年6月8日，國際移動通信標準組織3GPP正式確認，將采用中國移動牽頭聯(lián)合26家公司提出的SBA架構(gòu)（Service-Based Architecture，基于服務的網(wǎng)絡架構(gòu)）為5G網(wǎng)絡統(tǒng)一的基礎架構(gòu)。

5G網(wǎng)絡的傳輸速率將會是4G的100倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，毫秒級的端到端延遲，視頻傳輸將會變得更加逼真。依托于5G的高速大流量，虛擬現(xiàn)實將會有長足的發(fā)展。虛擬會議、移動辦公，都只是5G網(wǎng)絡應用場景的冰山一角，5G超高速無處不在的網(wǎng)絡的更大意義在于萬物聯(lián)網(wǎng)，以及無處不在的數(shù)據(jù)收集和處理。

5G時代，信號無處不在，連接也無處不在，在傳感器的配合下，利用5G網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，勢必會出現(xiàn)新的商業(yè)模式和新的生態(tài)系統(tǒng)，我們且靜待這一天的到來。