頻譜的故事6 萬物互聯的光速時代到來

科技 02-20

1836年，電報機的出現第一次大幅降低了人類的溝通成本，遠距離通訊再也不必等待緩慢的郵政書信，一封簡短的電報跨越陸地海洋，加速了我們進步的腳步。

僅僅40年過後，打出了人類歷史上第一通電話的貝爾讓「見字如面」成為了歷史，即便相隔兩地也能通過聲音互訴衷腸。而隨著移動通訊技術的發展，行動電話在20世紀70年代成為了可能，如果你願意攜帶大體積的「大哥大」，那麼你就已經能享受到隨時通話的體驗。

當然，這樣簡單的成果不會是人類通訊事業的終點。千禧年後，2G、3G甚至4G的發展，徹底改變了現代社會的結構，溝通和資訊傳播成本變得史無前例的低廉，而現在，5G時代正一觸即發，以美國高通公司為首的科技公司正將它從夢想變為現實。

從電報到5G，實際上就是個關於頻譜的故事。百年來，人類都在研究如何更有效率地利用頻譜，如何在有限的頻譜資源中獲得更高的傳輸速率，它驅使著一批又一批的從業者耗費短暫的人生，從而推動移動通訊產業的徹底進步。毫無疑問，電話、電報、電視、網路、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

這一篇頻譜的故事，我們再次為各位重述，從模擬通訊到5G時代，短短几十年間的一路走來的故事。

模擬通訊：隨時通話終成現實

從古代開始，人類就一直在試圖降低遠程通訊的成本，然而這並不是一件容易的事，無論是所謂的飛鴿傳書還是狼煙通訊，其達到的效果都並不令人滿意。直到19世紀電報現身後，遠隔七大洲五大洋的各國民族在巴別通天塔才終於倒下，每秒30萬公里的電傳輸速度將文字傳輸至全球每個角落。

但這還遠遠不夠——僅僅在電報發明的二十多年後，亞歷山大貝爾在送話筒中撥出了人類歷史上的第一個電話，這成為了開啟全球通訊革命的起點。自此之後，有線電話業務應運而生，我們終於從「見字如面」的時代進入了「耳邊低語」的時代。

幾乎就在電話發明的100年之後的1986年，世界第一套商用移動通訊系統在芝加哥誕生，其採用模擬信號傳輸，將介於300Hz到3400Hz的語音轉換到高頻的載波頻率MHz上，從而實現語音傳輸。至此，人類正式邁入即時語音通訊的時代，隨時隨地拿出拉風的大哥大撥打電話成了那個時代的標誌。

然而，模擬通信弊端也頗為明顯，即便你能夠忍受第一代大哥大磚塊狀的體積和重量，但它糟糕的信號表現和通話質量一定會讓人感到頭疼。事實上，由於用戶線上傳送的電信號是隨著用戶聲音大小的變化而變化的，而這個變化的電信號無論在時間上或是在幅度上都是連續的，因此模擬信號對於頻譜的利用率極低，並且容易受到外界干擾，經常會遇到串號或是盜號的問題。此外模擬通訊高昂的通訊費用也足夠讓普通人望而卻步。

不過，這些問題都沒有成為用戶拒絕實時通訊的理由，相反的是，妙不可言的實時通話體驗一瞬間就吸引了一大批擁躉。

GSM登場，2G時代來臨

模擬通訊讓世界初嘗了隨時隨地通話的樂趣後，全球都在期待一種更好的通用標準，它不僅需要提供更好的通話質量以及信號表現，同時也需要讓終端能在全球不同地區都能正常使用。

因此，GSM終於登上了歷史舞台。GSM全名為Global System for Mobile Communications，作為第二代移動通信技術，它最初的開發目的就是讓全球各地均可以使用同一個行動電話標準，甚至讓用戶手持一部終端就能在全球任意區域使用。

相比第一代模擬信號通信，GSM的數字通信信號是一種離散的、脈衝有無的組合形式，是負載數字信息的信號，因此GSM系統擁有出色的頻譜利用率，同時每個信道的傳輸帶寬也有所增加。反映到實際應用中，基於數字傳輸和更高語音編碼的啟用，GSM時代的信號強度和通話質量有了突飛猛進的提高，以往拿著手機到處尋找信號的情況一去不復返。

同時，更高的傳輸帶寬也首次為手機帶來了數據傳輸能力，雖然它的傳輸速率最初只有可憐的每秒9.6-14.4Kbit，但卻已經足夠滿足文字傳輸的需求，而這正是簡訊功能實現的基礎。

GSM標準所引領的2G時代，也是全球移動通信標準爭奪戰的開始。在GSM普及後，在歐洲以諾基亞和愛立信為首的手機產品開始攻佔美國和日本市場，它們的售價不僅變得更為低廉，體積更是小到足夠塞入口袋，因此僅僅不到10年之後，諾基亞就憑藉塞班智能手機成為全球最大的手機製造商。

3G浪潮，我們進入了圖片時代

2000年，網路時代正式宣告來臨，手機通訊也經歷了一場新變革。事實上早在2G時代末期，移動上網的需求已經愈發明顯，這意味著緩慢的GSM已經不足以承載用戶的需求，因此第三代移動通信網路標準的建立已是勢在必行。而在這一代，我們熟知的WCDA、CDMA2000以及TD-SCDMA網路都應運而生。

說到3G網路，就不得不提到一個半個世紀前的小故事。1940年，第二次世界大戰在歐洲戰場打得如火如荼，美國女演員海蒂拉瑪和她的作曲家丈夫為了幫助美國軍方製造出能夠抵抗納粹德國電波干擾以及竊聽的通信技術，首次提出了跳頻技術概念，並在隨後獲得了相關專利，之後更先進的擴頻的概念也便是基於跳頻的概念發展而來。不過隨著二戰的結束，海蒂拉瑪的研究逐步失去了軍事意義，但她絕沒有想到，這項劃時代意義的技術成果會成為半個世紀後徹底改變整個世界。

時間轉到1985年，一家剛創立便因創始人資深行業背景而受到業內人士和部分媒體關注的新公司基於海蒂拉瑪的跳頻以及之後演進的擴頻技術開發出了一項名為CDMA的新技術。雖然在2G時代，CDMA標準並沒有在GSM的統治下取得太多的市場份額，但在3G時代，它卻大放異彩，無論是WCDMA、CDMA2000還是TD-SCDMA，都受惠於此。而這家當年僅停留在行業資深人士關注視野中的小公司，也已然成為如今更多人熟知的、大名鼎鼎的美國高通公司。

3G是高速移動互聯時代的開始，WCDMA演進的HSDPA 網路甚至將下行速率提升至42Mbps，手機網路第一次有了比肩固定寬頻的速率。這也令文字傳輸第一次退居二線，圖片傳播的時代正式來臨，人類的信息傳播速度又有了飛躍。

4G的融合創新開啟了全球漫遊時代

人類是一種永不滿足的生物，3G的現身加快了信息流動速率，但它並不能滿足我們對於未來的暢想。於是在幾年後，LTE技術出現，它擁有足以令有線網路汗顏的連接速度，最初最高100Mbps的下行速率比過去的撥號上網快了2000倍，這也令高清視頻通話、在線超清視頻播放成為了可能。

但這並不是LTE發展對人類最大的貢獻，事實上，4G LTE時代所帶來的全球化通訊體驗才是過去絕無僅有的優勢，早在2G時代就提出的全球全網通終於不再是一句空口言，不管是TDD還是FDD已經不再重要，因為我們終於迎來了一個全球漫遊的時代。

技術標準的推行自然離不開技術廠商的努力，高通在其中也扮演了極為重要的角色。在4G時代，以高通驍龍移動平台為硬體基礎，OEM廠商能夠輕鬆生產出能夠符合全球運營商LTE標準的智能手機。從高通驍龍820開始，高通驍龍移動平台內置的數據機就已經能輕鬆實現，LTE-TDD、LTE-FDD、TD-SCDMA、WCDA、GSM、CDMA在內的全模兼容，更通吃全球所有頻段，並提供VoLTE高清通話功能。

發展絕不停歇的高通也在5G時代來臨前，再一次將4G LTE網路的速率推向新的高度。基於更多的載波聚合，最新高通驍龍855移動平台中內置的驍龍X24 LTE數據機已經可以實現最大2Gbps的下行速率，相較第一帶LTE網路，這一下行速率已經提升20倍。

4G時代另一改變無疑在於整體資費的下調，受益於工信部宏觀調控的因素，三大運營商紛紛推出了降費提速的戰略，現在每月只要很少的花費，就能真正暢享無限流量，這也真正將移動互聯網時代帶到了普通人的身邊。

5G時代：曾經的科幻已變成現實

人類對於速度的追求永無止盡，4G時代剛剛抵達千兆速率，但以數千兆速率為目標的5G時代也已經上線在即，在2019年，不止三大運營商會將5G推向商用，各大終端廠商也勢必會將5G手機當做招牌。

與4G、3G以及2G網路不同，第五代移動通信技術並不單指單一的無線接入技術，它是多種新型無線接入技術和現有無線技術演進的總稱，5G不止將擁有更高的傳輸速率，諸如低功耗、低延時、低成本等特性，都將是5G的特點。對於普通用戶而言，最為關心自然是驚人的傳輸速率，相較4G網路初期實現的100Mbps的峰值速率，5G的理論值將達到5Gbps甚至是10Gbps，將會是4G網路的50-100倍。

不過，若只是將5G網路的暢想放在速率上，那無疑是低看了它的意義。從3G到4G，網路速率的變化令我們從單一的圖片傳輸進入到了視頻時代，在5G時代，更高的速率意味著更高的接入帶寬，設備連接時延將會更低，萬物互聯建也將由暢想變為現實。

更高連接速度和更低的時延意味著終端的端到端連接效率更高，從某一種角度而言，效率的提升也將進一步降低連接所耗費的成本。事實上，5G時代更為重要的指標就在於向下兼容，諸如當前GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA以及FDD-LTE/TD-LTE在內的網路都將平滑向5G進發，目前中國已經確定將在6Ghz以下低頻段中建立5G連接，這意味著運營商無需過多的基站投入，在當前硬體條件下就能向上演進至5G。

而在終端側，高通驍龍移動平台也已經做好萬全準備。早在2016年10月，高通就已經推出了基於28毫米波頻段的全球首款5G數據機-驍龍X50，通過單一晶元全面支持當前全球2G、3G、4G以及5G多模網路，並支持全球5G新空口標準以及千兆LTE網路。

而在2017年2月，高通又對驍龍X50 5G數據機進行了重新的拓展，宣布其已經支持6GHz以下頻段運行，這意味著驍龍X50 5G數據機除了將是全球首款支持5G連接的數據機外，還將在單一晶元中提供多頻段支持的晶元，這進一步擴展驍龍X50 5G數據機在終端提前部署上的使用場景，基於該數據機的終端，理論將能帶來5Gbps的下行速率。

如今配合高通驍龍855移動平台，驍龍X50 5G數據機已經可以為下一代蜂窩網路終端進行部署。