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詳解移動通訊從1G到5G的發展歷程

移動通信技術的發展歷程從1G到5G 1895年波波夫利用電磁波發明了無線電報,通過無線電傳送摩爾斯電碼,移動通信的大門正式開啟。

從電和電磁波的發現,無線電報、蜂窩式行動電話、數字行動電話的發明,到目前的3G/4G、智能手機終端,用戶需求驅動下的技術革新一波未平一波又起,人類的自由通信需求得到極大的釋放和滿足。

下面我們來詳細了解1G到5G偉大的發展歷程。

第一代:1G

最初無線通信主要用於航海和軍事方面。 創立於1928年的摩托羅拉是模擬通信技術的佼佼者。1941年,摩托羅拉研發出了第一款跨時代產品SCR-300,使用了FM調頻技術,通話距離達到了12.9公里。至今仍是電影中美國通訊大兵最經典的形象。兩次世界大戰對無線電通信的發展起了巨大的推動作用。

1973年4月,美國著名的摩托羅拉公司工程技術員馬丁.庫柏發明了世界上第一部推向民用的手機。就是這部。

1978年,貝爾實驗室成功開發了高級行動電話系統,主要採用模擬信號和頻分多址技術,後來人們給這個時期起了一個簡單好記的名字,那就是1G(即第一代移動通信技術)。

我國自1984年開始公眾無線尋呼,1987年運營公眾蜂窩電話,當時有BP機和大哥大的模擬電話。當時在香港電影電視上看到使用大哥大打電話的場景是這樣的,非常的酷。

第二代:2G

1G模擬通信的通話質量和保密性差,信號不穩定,以及昂貴且碩大無比的大哥大手機,已經不能滿足人們的需求。

1982年,歐洲成立了GSM的工作小組,開始著手起草下一代移動通信網路的規範,決定用數字信號代替模擬信號。

1980年代後期,隨著大規模集成電路、微處理器與數字信號的應用更加成熟,當時的移動運營商逐漸轉向了數字通信技術,移動通信技術進入2G時代。

1995年我國第二代移動通信系統建設GSM全球通網,以更大的規模不到兩年便已席捲全國,並開始CDMA實驗網,第二代技術上實現全數字化、智能化,業務上逐步提供各種非話音業務。

1G時代,摩托羅拉是模擬時代的王者,也是移動通信的開創者,但到了2G時代,被1992年才推出第一部數字手機的諾基亞擊敗。我們來看一個諾基亞手機的圖

這裡有你使用過的手機嗎?我印象很深,我的第一部手機是諾基亞3310。80後對這些手機應該不陌生,對90後來說呢,可能大部分沒有用過這些經典的手機了。

第三代:3G

3G最大的優點是更快的網速,2G的下載速率,只有幾十、幾百k。 3G網路的速度,可以達到幾十M,新技術帶來幾十倍的速率提升。

從2000年開始,通信業界就在呼喚3G,但喊了幾年,直到2007年、2008年才開始真正普及,這是什麼原因呢?很簡單,市場沒有殺手級的應用,你技術再強大也沒有用。反之,高通費盡心思將專利寫入標準,但標準沒人用,也是只能攤手。

真正讓3G火起來的,還是來源於移動通信設備的革新--智能手機。一提到智能手機,大家自然就想到了蘋果的喬布斯,

蘋果在2007年1月推出了第一台iphone,從此推動了智能手機時代的發展。Iphone去掉了鍵盤,單以手指即可完成操作。並且推出應用商店開啟了app生態系統時代。iphone智能手機的誕生,可以說,引領了移動寬頻行業的大發展,移動上網、移動社交,移動支付等。從某種意義上講,終端功能的大幅提升也加快了移動通信系統演進的腳步。

第四代:4G

隨著智能手機的發展,視頻、直播、移動社交、移動支付等業務的需求,驅動了3G網路向4G的演進。2004年3GPP組織制定了UMTS長期演進項目,即LTE,以達到100-150Mbps的下行峰值速率。

2010年,愛立信和瑞典運營商Teliasonera在斯德哥爾摩啟動全球首個LTE商用試點。

ITU國際標準於2010年10月在會議上確定了4G服務的峰值速度要求, 一是靜態傳輸速率達到1Gbps, 二是用戶在高速移動狀態下可以達到100Mbps。 很顯然當前的網路還遠遠沒有達到ITU定義4G的速率標準,於是又有了加入新技術的LTE的後續版本LTE-advance。

在2015年10月,華為主推的4.5G,被3GPP正式接納和命名為LTE advance pro,2016年開始規模商用,通過在4G網路引入5G技術,實現峰值速率達到Gbps以上,在5G來臨之前,滿足當前視頻、VR/AR等業務需求,同時提前部署nTnR、多頻天線等以提前硬體ready,以便未來直接升級到5G。截止目前,全球已經有超過647張LTE/LTE advance商用網路。

第五代:5G

移動通信技術已經和人們的生活息息相關,成為了人類日常生活中最不可或缺的組成部分。世界正在被移動通信所改變,我們的溝通、分享、娛樂、購物和生活的各個方面都在被移動化和數字化。

1G到5G移動通信技術的特點概括為: 2G實現了從1G模擬信號時代走向數字時代和語音時代; 3G實現從2G語音時代走向數據時代; 4G實現數據速率大幅提升,進入了移動寬頻時代。 5G將會給我們帶來怎樣的改變呢?5G最大的改變就是實現了人與人之間的通信,走向人與物、物與物之間的通信,引領萬物互聯趨勢,推動社會發展。

5G是跨時代的技術,5G除了高達10Gbps以上的更極致的體驗和更大的容量,還將開啟物聯網時代,並滲透進各個行業,和大數據、雲計算、人工智慧等一起迎來信息通訊時代的黃金10年。即我們所宣稱的: 4G改變生活,5G改變社會

5G不是簡單的4G的升級,5G將不再單純的強調峰值傳輸速率,而是綜合8個技術指標,包括:峰值速率,用戶體驗速率,頻譜效率,移動性,時延,連接密度,網路容量效率,和流量密度。

5G使能未來通信最關鍵的3個需求維度是吞吐率、時延和連接數,即10Gbps的吞吐率、1ms的端到端時延,以及每平方公里100萬連接。

並分別對應3個應用場景。 1- 第一個場景eMBB(增強的移動寬頻):eMBB是傳統4G的主要技術場景,隨著大視頻、VR/AR等業務的需求,數據流量百倍增長,5G通過結合大規模天線、動態波束賦型等技術使峰值速率達到10Gbps以上。 2-第二個場景uRLLC(超高可靠性,超低時延),主要面向要求超高可靠性和超低時延的車聯網、遠程醫療等應用場景,以達到毫秒級的時延要求和極高的可靠性指標。 3-第三個場景mMTC(超大連接)這是大規模的機器通信場景,主要面向低功耗、廣覆蓋、大連接的物聯網業務,能夠支持海量的終端設備接入網路並發送小數據包,促進物聯網在可穿戴設備、智能家居、智能抄表、安全監測等垂直行業的深入應用,最終實現真正的「萬物互聯」。

華為XLabs實驗室發布了5G時代10大應用場景白皮書。包括:雲VR/AR;車聯網;智能製造;智慧能源;無線醫療;無線家庭娛樂;聯網無人機;社交網路;個人AI輔助;智慧城市。

舉2個典型的應用案例 一、VR/AR(VR虛擬現實,AR增強現實) 虛擬現實(VR)與增強現實(AR)是能夠徹底顛覆傳統人機交互內容的變革性技術,變革不僅體現在消費領域,更體現在許多商業和企業市場中。 VR/AR業務對帶寬的需求是巨大的。高質量VR/AR內容處理要走向雲端,如果能夠滿足用戶日益增長的體驗要求,同時降低設備價格,VR/AR將成為移動網路最有潛力的大流量業務。雖然現有4G網路平均網路吞吐量可以達到100Mbps,但一些高階VR/AR應用需要更高的速度和更低的時延。 比如要達到視網膜級別、3D和全景的VR體驗,需要1Gbps的傳輸速率。 此外還有時延的要求,不知道大家體驗過VR遊戲沒有?有沒有感覺玩了一會後就會到眩暈? 這是因為:真實的頭部運動和視覺看到的頭部運動不匹配所導致的,這個不匹配的時延通常被稱為MTP(motion to photon),業界普遍認為MTP要低於20ms,這個時候就不會有明顯的眩暈感,對於有線的光纖網路是很容易滿足這個要求的,但是對於無線網路,如果把去除sensor的時延和網路處理時延、圖像顯示時延全部去掉,對網路端到端的時延要求就是大概7ms,目前的移動網路無法達到這個要求。

二、是車聯網和無人駕駛。 傳統汽車市場將徹底變革,因為聯網的作用超越了傳統的娛樂和輔助功能,成為道路安全和汽車革新的關鍵推動力。驅動汽車變革的關鍵技術是-自動駕駛、編隊行駛、感測器數據眾包等,都需要安全、可靠、低延遲和高帶寬的連接,這些連接特性在高速公路和密集城市中極其重要,只有5G網路,uRLLC技術可以同時滿足這樣嚴格的要求。

另外車聯網不光是運營商的事情,還涉及車企,需要聯合起來去推動,現在已經成立了5GAA的組織,去建立車企網統一標準,探索商業模式。

我們來看下當前5G商用的最新進展: 標準在提速,促進5G提前商用。 3GPP的REl-15 NSA非獨立組網部分的協議已在2017年12月完成,聚焦eMBB場景,以使能5G的快速引入和部署。SA獨立組網版本將在2018年6月凍結。

運營商 無論是美國,還是韓國、中國、日本,全球領先大T對5G的商用路標基本是一致的,也就是2019年才預商用,2020年商用eMBB和IOT。2018年韓國平昌冬奧會也會使用5G預商用網路。

雖然離正式商用還有一定的距離,但是全球大T已經在做很多的外場測試了。 華為與 docomo、中國移動、vdf、dt等大T進行的關鍵技術驗證中取得巨大進展,驗證結果在業界處於領先地位。在峰值速率上,達到了業界最高的小區峰值速率70Gbps/2Ghz帶寬)

個人消費者比較關注的5G智能手機方面 高通在17年10月已經推出了 X50 5G基帶晶元,是全球第一款針對移動設備的5G數據機晶元。 華為預計在2019年會推出5G麒麟晶元和智能手機。

5G是商業模式的轉型,也是生態系統的融合。正如NGMN所定義的:5G是一個端到端的生態系統,它將打造一個全移動和全連接的社會。

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