第2章 5G技术

2.1 移动通信技术的发展

移动通信网络如今已成为人们生活、学习、娱乐的必需品，而移动通信技术本身也在不断地迭代。第一代移动通信（1G，TACS/AMPS等）只能实现模拟语音通信，第二代移动通信（2G，GSM/CDMA）可以实现数字语音与短信业务，第三代移动通信（3G，CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA）与第四代移动通信（4G，TD-LTE/FDD-LTE）可以实现移动数据与移动互联网业务，而第五代移动通信（5G）可以实现万物智能互联互通。

20世纪70年代，以模拟技术为基础的蜂窝式无线电话系统出现，首次将人们带入个人移动通信时代。1981年诞生了蜂窝移动通信系统，采用模拟技术、调频信号和数字信令信道，这就是后来所称的 1G。民用移动通信系统的出现当然是革命性的，但1G的缺陷也很明显，一是容量太小，模拟技术对频谱的利用率太低，当时的交换技术发展也还不够，无法接入大量用户，只能为少数人服务；二是保密性差，数据非常容易被截取；三是标准独立，各系统之间不能漫游，如北欧部署的NMT系统、德国部署的C-Netz系统、英国部署的 TACS系统、北美部署的AMPS系统。

1982年，欧洲电信标准协会（ETSI）的前身欧洲邮政电信管理委员会（CEPT）决定开发第二代移动通信系统，即GSM（Global System for Mobile Communications）。该系统在1991年开始大规模部署，基本上实现了全球漫游，并使用了混合的时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）技术，从模拟技术迈向了数字技术，使用户容量得到了大幅提升。

GSM是迄今最为成功的通信系统之一，巅峰时期在全球拥有近45亿名用户，而且目前仍然在大规模使用，时间跨度达30年。2G为人类移动通信系统的普及做出了卓越的贡献，也拉近了人与人之间的距离。当然，2G 的局限性也非常多，该技术在设计之初，只是为了满足人们的语音通话需求，并不能满足人们对移动宽带流量的需求。为了满足人们在数据业务上的需求，出现了SM上的GPRS（分组数据业务）和EDGE，以及美国的CDMA技术，它们被称为2.5G与2.75G技术，但它们的传输速率远远达不到人们的使用需求。

为了满足新的市场需求，实现 2G网络到 3G网络的平滑过渡，保证未来技术的可持续发展，1998 年成立了 3GPP （3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划），最初的工作范围是为第三代移动通信系统制定全球适用的技术规范和技术报告。后来由3GPP完成了3G标准的制定，并在国际电信联盟形成了WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000技术标准，提供给全球运营商来部署3G网络。

2007 年年初，苹果iPhone手机及苹果应用商店的出现带动了智能手机的爆发式增长，人们对高速率的移动网络与更低的流量资费的需求越来越迫切。2008年，3GPP提出了长期演进（Long Term Evolution，LTE）技术作为3.9G技术标准，之后准4G技术的LTE R8标准开始出炉。2009年底，全球第一个LTE商用网络开始部署。1G到4G移动通信网络发展及标准迁移如图2-1所示。

图2-1 1G到4G移动通信网络发展及标准迁移

4G LTE 最初是为分组数据业务而设计的，并且早期并不支持语音，移动宽带速率是其发展的重点，其对高速率、低时延和高容量有严格要求。LTE只有频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种双工模式，在统一化标准上大大优于3G网络。LTE在天线技术、多站点协调、利用碎片频谱和密集部署等方面都有很强的优势。LTE还支持大规模机器类通信，拓展了移动宽带的使用范围。

5G 网络是面向全社会的业务应用与极致的通信体验的智能化网络，可以同时满足低时延与高速率需求。

总而言之，每一代移动通信网络都有典型的时代特征及应用场景。1G时代是模拟时代，以语音通信为主。2G就进入了数字时代，除了语音通信，还增加了短信。3G开启了移动互联时代。到了4G时代，由于传输速率的提升，移动互联变成以数据为主。5G 的高速率、低时延及物联网的互联互通使通信进入了万物互联时代。移动通信网络的发展及迭代如图2-2所示。

图2-2 移动通信网络的发展及迭代