无线通信日新月异，现在我们已经进入到了5G时代。5G代表了更快的速度，更低的延时，更多的链接数，它在人们的生活中所占有的比重和所起的作用越来越大。那么在通向5G的道路上我们经历了1G,2G,3G,4G。本文就和你一起回顾无线通信中的演进道路。
1. 1G 第一代移动通信技术
1.1. 1G的历史
- 1G的手机是在1979年第一次在日本的东京由NTT发布。5年以后，日本成为第一个全境无线通信覆盖的国家。
- 1981年，NMT在丹麦，芬兰，挪威和瑞典建立的无信通信系统，并且第一个实现了国际漫游。这让不同国家的人可以用电话进行通信。
- 1983年，摩托罗拉的手机第一次在美国的洛杉矶使用
- 随后，全世界逐渐进入无线通信的时代。
1.2. 1G的特点
- 信息可以既可以由数字信号调制，也可以用模拟信号进行调制1G 用模拟信号来传递信息
- 1G只被用来传递声音电话信息，信息传递的最大速率只有2.4Kbps，工作的频率为150MHz, 所以覆盖范围是比较大的。但是同时也带来了很大的延迟问题，同时声音的质量也是比较差的。
- 当时的手机的尺寸非常大，从现在的眼光看来非常的笨重，但是当时可不是人人都可以拥有的，价钱非常的贵。在香港80年代早期的电影电视剧中，经常可以看到那些大认为手里拿的大哥大就属于第一代手机产品。
2. 2G 第二代移动通信技术
2.1. 2G GSM (Global System for Mobile Communication）
- 1991年GSM技术第一次在芬兰应用。相比于第一代移动通信技术，最大的改进是利用了数字调制而不是模拟调制。这就大大减少了手机的尺寸和大小。同时它了用了TDMA(Time division multiple access)和CDMA(code division multiple access)技术来实现复用。GSM工作在900MHz频段。
- GSM在上行和下行上的最大速度是14.4Kbps, 它同时支持声音通话和短信的功能。同时声音的通话质量相比GSM有了很大的提高。在通话的安全性上也做了很大的改进。
- 2G 网络的标识为 “2G”
2.2. 2.5G GPRS(General Packet Radio Services)
- GPRS在1993年ETSI 标准化并发表。最大的创新点是GPRS利用了Packet Switched 的技术。这种技术就是把要传递的信息变成一个一个的数据包，同时这种数据包可以并行的传递。
- GPRS的上行速度可以达到26.8Kbps，下行速度可以达到53. 6Kbps。这种数据传输率使得GPRS可以引入一个新的技术MMS(multimedia Message Service) ，也就是所谓多媒体信息服务。这种技术可以支持用户发送和接受像多媒体图片类似的信息。同时它开始支持以IP方式连接互联网。
- GPRS的符号是“G”，所以手机上如果显示G的时候说明你正在使用的是GPRS网络。
2.3. 2.75G EDGE(Enhanced Data for GSM Evolution)
- 2003年由AT&T发明
- 它的最大速度可以达到下行236.8Kbps,上行连接速度可以达到59.2Kbps
- EDGE引入了8BPSK的编码技术
- EDGE的符号是“E”，所以手机上如果显示E的时候说明你正在使用的是EDGE网络。
2.4. 2G总结
- 2G引入了数字调制，Packet-switch技术，这些技术使得2G的速度大大提高。
3. 3G 第三代移动通信技术
3.1. WCDMA（Wideband CDMA）-UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)
- 1998年，日本的NTT第一次引入了3G的网络，但是这不是一个商用的网络
- 第一个3G商用网是在2001年由韩国的SK电信运营的。它利用了CDMA，Packet switching 技术，工作在三个频段，2100MHz,1900MHz和850MHz。
- WCDMA技术标准是基于GSM标准的；而UMTS是由3GPP提出的新标准，主要是被欧洲很多国家采用。
- 最大的速度主要依赖于移动性，像在汽车或者火车上的手机的理论最大速率为384Kbps，而静止的连接速度最大可以达到2MHz。由于速度大大提高，3G引入了视频通话，移动互联，在线视频等应用和服务。
- 3G的符号是 “3G”
3.2. TD-SCDMA
- TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址）的简称，是由中国第一次提出、在无线传输技术 (RTT)的基础上完成并已正式成为被ITU接纳的国际移动通信标准
- SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kb/s到2Mb/s以及更高速率的语音、视频电话、互联网等各种3G业务
3.3. 3.5G—HSPA（High Speed Packet Access）
- HSPA是一种增强WCDMA技术，它的最大理论上行速度为5.76Mbps，理论下行速度为14. 4Mbps。但是实际上它的速度为上行200Kbps，下行为500Kbps
- HSPA的符号是 “H” ，所以手机上如果显示H的时候说明你正在使用的是HSPA网络。
3.4. 3.75G—HSPA+
- HSPA沿用了HSPA技术，同时引入了MIMO（multiple input multiple output）。也就是用不止1个天线发射信号，同时接收天线也不止一个。
- 由于MIMO技术的引入，它的理论最大上行速度可以达到22Mbps,下行速度为168Mbps
- HSPA+的符号是 “H+”，所以手机上如果显示H的时候说明你正在使用的是HSPA+网络。这种情况经常出现在4G信号微弱或根本没有4G信号的时候，手机自动切换为HSPA+网络
4. 4G 第四代移动通信技术
4G同时被人们成为LTE（Long Term Evolution），长期演进。
4.1. 4G的历史
- 2004年由ITU开始了LTE的标准化。
- 2005年，LTE标准发布，同时LTE网络开始铺设
- 2006年，第一个商用4G网络在挪威的奥斯陆和瑞典的斯德哥尔摩成功部署
- LTE支持FDD和TDD两种双工方式, 所以经常有TDD-LTE和FDD-LTE的提法。对于TDD-LTE的标准制定，中国的组织和企业贡献良多。目前国家发放的牌照，三大运营商全国范围均可使用TD-LTE开展试商用，联通和电信分别在16个城市开展FDD+TD混合组网试点。未来联通和电信将以FDD-LTE为主。国际上FDD-LTE组网的国家有190多个，TD-LTE的国家有13个。
- Wimax。4G的标准不仅仅是LTE， Wimax也是4G的标准之一。Wimax由IEEE提出标准化，IEEE 802. 16标准在2006年在韩国发布。这也是当年为什么韩国的Wimax覆盖率和普及率很高的原因。
- 标准之争。 Wimax和LTE为了争夺4G的主动权进行了相当艰苦的竞争。竞争的结果是Wimax实际推出了历史舞台。而那些支持Wimax的很多国家和地区也走了很多弯路。同时对那些下注在Wimax的企业和运营商来说也是损失惨重，比如说台湾。
- 4G的符号是 “4G” ，所以手机上如果显示4G的时候说明你正在使用的是4G网络。
4.2. 4G的技术细节
- LTE是完全基于IP packet switching的网络协议的。
- LTE利用了OFDMA和MIMO技术
- LTE的理论下行速度为100Mbps, 上行速度为50Mbps;LTEA的下行速度可以达到1Gbps,上行速度可以达到500Mbps。
- Wimax的的理论下行速度为128Mbps, 上行速度为56Mbps
- LTE所支持的频段有很多，它包括700/800/900/1700/1800/1900/2100/2600MHz.
- 基于4G的低延时，高速率，基于IP packet switching等特点，4G扩展了很多相关的应用场景，包括基于IP 语言通话的VoIP，3D电视，视频会议，高清移动电视，游戏和云计算。
5. 5G
5.1. 需要5G的原因
由于IOT，智慧城市，大量传感器的应用，智能驾驶，远程医疗的应用的需求，更高速度，更低时延，高多连接数的无线通信网络应用而生，这就是5G.
5.2. 5G 发展历史
- 2013年IMT-2020(5G)推进组第一次会议在北京召开
- 2014年5月8日，日本电信营运商NTT DoCoMo正式宣布将与Ericsson、Nokia、Samsung等六家厂商共同合作，开始测试超越现有4G网络1000倍网络承载能力的高速5G网络，传输速度可望提升至10Gbps。
- 2016年5月31日，第一届全球5G大会在北京举行
- 2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。
- 2018年6月13日，3GPP 5G NR标准SA（Standalone，独立组网）方案在3GPP第80次TSG RAN全会正式完成并发布，这标志着首个真正完整意义的国际5G标准正式出炉。
- 2018年12月1日，韩国三大运营商SK、KT与LG U+同步在韩国部分地区推出5G服务，这也是新一代移动通信服务在全球首次实现商用
- 2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。
- 2022年1月，工业和信息化部发布的《2021年通信业统计公报》显示截至2021年底，中国国累计建成并开通5G基站142.5万个，总量占全球60%以上，每万人拥有5G基站数达到10.1个。
5.3. 5G的技术概览
- 5G用了一个新的射频标准（NR，New Radio）来定义作为空口定义。与前几代通信系统相比最大的不同是采用了波束赋形（beamforming）和超大规模MIMO(Massive MIMO)。5G可以在非常宽的频率上工作。5G第一次明确地提出了不同地应用场景。
- 波束赋形（beamforming）
波束成形，源于自适应天线的一个概念。接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号。从天线方向图(pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。 例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。同样原理也适用用于发射端。对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图。如果要采用波束成形技术， 前提是必须采用多天线系统，
- · 超大规模MIMO(Massive MIMO)
- 超大规模MIMO的使用就是用相当数量的天线阵列用于射频信号的发送和接受以提供5G系统的速度和可靠性。
5.4. 5G的应用场景
· ITU在ITU-2020里为5G定义了增强移动宽带 (Enhance Mobile Broadband, e MBB) 、海量物联网通信 (Massive Machine Type Communication, mMTC）、超高可靠性与超低时延业务（Ultra-Reliable & Low Latency Communication，URLLC））三大应用场景。当然具体的还有很多细分的应用领域。下图非常清晰的列出了三大应用场景和其中可能的应用实列。
5.5. 5G的频段
5G的频段可以分为400-1GHz, 6GHz,30GHz 和60GHz。下表表示5G工作的频率。对于小于6G的频率叫做sub-6GHz, 高于6GHz的工作频率是毫米波。低频段可以提供高的小区覆盖率和移动性，但是同时也带来了速度的限制；反过来，高的频率由于有更高的带宽，从而可以实现很高的速度和容量。下表比较清晰的总结了频率，带宽，小区大小和相应的应用在不同的频率。
6总结
本文遍历了从1G到5G的发展的历史，列出了每次无线通信技术演进的关键技术和应用场景。无线通信的进步是没有止境的。人们已经不满足5G所具有的性能开始筹划6G。6G的应用场景会是移动全息投影，五感通信等等，让我们期待6G技术的到来。