1.2 移動通信網絡演進

隨著移動用戶的增多，以及人們對移動通信業務需求的不斷增加，移動通信系統已經經歷了四代的變革，并繼續向著第五代技術演進。本節主要對移動通信網絡演進過程進行介紹。

1.2.1 第一代移動通信系統

第一代移動通信技術（1st Generation，1G）誕生在20世紀40年代，美國底特律警察使用車載無線電系統進行聯絡，主要采用大區制模擬技術。1978 年底，美國貝爾實驗室成功研制了先進移動電話系統（Advanced Mobile Phone System，AMPS），建成了蜂窩狀移動通信網，這是第一種真正意義上的具有及時通信功能的大容量蜂窩狀移動通信系統。1983年，AMPS首次在芝加哥投入商用并迅速推廣。1985年，已擴展到了47個地區。

與此同時，其他國家也相繼開發出各自的蜂窩移動通信網。英國在1985年開發出全接入通信系統（Total Access Communications System，TACS），頻帶為900 MHz；加拿大推出450 MHz移動電話系統（Mobile Telephone System，MTS）；瑞典等北歐四國于1980年開發出北歐移動電話（Nordic Mobile Telephone， NMT）移動通信網，頻帶為450 MHz；中國的1G系統于1987年11月18日在廣東第六屆全運會上開通并正式商用，采用的是TACS制式。從1987年11月中國電信開始運營模擬移動電話業務到2001年12月底中國移動關閉模擬移動通信網，1G系統在中國的應用長達14年，用戶數最高曾達到了660萬。如今， 1G時代像磚頭一樣的手持終端——“大哥大”，已經成為很多人的回憶。

由于 1G 系統是基于模擬通信技術傳輸的，存在頻譜利用率低、系統安全保密性差、數據承載業務難以開展、設備成本高、體積大、費用高等局限，最關鍵的問題在于系統容量低，已不能滿足日益增長的移動用戶需求。為了解決這些缺陷，第二代移動通信系統（2nd Generation，2G）應運而生。

1.2.2 第二代移動通信系統

20世紀80年代中期，歐洲首先推出全球移動通信系統（Global System for Mobile Communications， GSM）數字通信網。隨后，美國、日本也制定了各自的數字通信體系。數字通信系統具有頻譜效率高、容量大、業務種類多、保密性好、語音質量好、網絡管理能力強等優勢，使得數字通信網得到迅猛發展。

第二代移動通信系統（2st Generation，2G）包括GSM、IS-95碼分多址（IS-95 Code Division Multiple Access，IS-95 CDMA）、先進數字移動電話系統（Digital Advanced Mobile Phone System，DAMPS）、個人數字蜂窩系統（Personal Digital Cellular，PDC）等。特別是GSM系統，體制開放、技術成熟、應用廣泛，成為陸地公用移動通信的主要系統。

使用900 MHz頻帶的GSM稱為GSM900，使用1800 MHz頻帶的稱為DCS1800。它是依據全球數字蜂窩通信的時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）標準而設計的。GSM支持低速數據業務，可與綜合業務數字網（Integrated Services Digital Network，ISDN）互聯。GSM采用頻分雙工（Frequency Division Duplex，FDD）方式、TDMA多址方式，每載頻支持8信道，載頻帶寬為200 kHz。隨著通用分組無線系統（General Packet Radio System，GPRS）、增強型數據速率GSM演進技術（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE）的引入，使GSM的功能得到不斷增強，初步具備了支持多媒體業務的能力，可以實現圖片傳送、電子郵件收發等。

IS-95 CDMA是北美數字蜂窩系統標準，使用800 MHz頻帶或1.9 GHz頻帶。IS-95 CDMA的多址方式為時分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）。CDMA One是IS-95 CDMA的品牌名稱。IS-95 CDMA又分為IS-95A和IS-95B兩個階段。

DAMPS也稱IS-54/IS-136（北美數字蜂窩），使用800 MHz頻帶，是兩種北美數字蜂窩標準中推出較早的一種，使用TDMA多址方式。

PDC是由日本提出的標準，也就是后來中國的個人手持電話系統（Personal Handyphone System， PHS），俗稱“小靈通”，后因技術落后和后續移動通信發展的需要，已經關閉。

我國的2G系統制式主要是GSM和IS-95 CDMA，比如中國移動和中國聯通都部署了GSM網絡。2001年，中國聯通開始在中國部署IS-95 CDMA網絡（簡稱C網）。2008年5月，中國電信收購中國聯通C網，并將C網規劃為中國電信未來主要的發展方向。

2G系統的主要業務是語音，其主要特性是提供數字化的語音業務及低速數據業務。它克服了模擬移動通信系統的弱點，語音質量、保密性能得到很大提高，并可進行省內、省際自動漫游。2G系統替代1G系統，完成了模擬技術向數字技術的轉變，但由于 2G 采用不同的制式，移動通信標準不統一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內進行漫游，因而無法進行全球漫游。又由于 2G 系統帶寬有限，限制了數據業務的應用，因此無法實現高速率的業務，如移動的多媒體業務。

盡管 2G 系統技術在發展中不斷得到完善，但隨著人們對于移動數據業務的需求不斷增加，希望能夠在移動的情況下達到類似于寬帶上網時所要求的速率，因此，需要有新一代的移動通信技術來支持高速的空中承載，以提供各種各樣的高速數據業務，如電影點播、文件下載、視頻電話、在線游戲等。

1.2.3 第三代移動通信系統

第三代移動通信系統（3rd Generation，3G）又被國際電聯（International Telecommunication Union， ITU）稱為國際移動電話系統2000（International Mobile Telecom System-2000，IMT-2000），是在2000年左右開始商用，并工作在2 000 MHz頻帶上的國際移動通信系統。IMT-2000的標準化工作開始于1985年。3G標準規范具體由第三代移動通信合作伙伴項目（3rd Generation Partnership Project，3GPP）和第三代移動通信合作伙伴項目二（3rd Generation Partnership Project 2，3GPP2）分別負責。

3G 系統最初有 3 種主流標準，即歐洲國家和日本提出的寬帶碼分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA），美國提出的碼分多址2000（Code Division Multiple Access 2000，CDMA 2000），又稱多載波碼分復用擴頻調制，中國提出的時分同步碼分多址接入（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）。

3G系統采用CDMA技術和分組交換技術，而不是2G中GSM系統通常采用的TDMA技術和電路交換技術。在業務和性能方面，3G不僅能傳輸語音，還能傳輸數據，提供高質量的多媒體業務，如可變速率數據、移動視頻和高清晰圖像等多種業務，實現多種信息一體化，從而提供快捷、方便的無線應用。

3G系統具有低成本、優質的服務質量、高保密性及良好的安全性能等優點。但是，3G系統仍有不足：第一，3G標準有WCDMA、CDMA 2000和TD-SCDMA三大分支，3個制式之間存在相互不兼容的問題；第二，3G的頻譜利用率還比較低，不能充分地利用寶貴的頻譜資源；第三，3G支持的速率還不夠高。這些不足點遠遠不能適應未來移動通信發展的需要，因此需要尋求一種能適應未來移動通信需求的新技術。

此外，微波存取全球互通（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX），又稱為802·16無線城域網，是另一種為企業和家庭用戶提供“最后一千米”的寬帶無線連接方案。由于成本較低，將此技術與需要授權或免授權的微波設備相結合之后，能擴大寬帶無線市場，改善企業與服務供應商的認知度。2007年10月19日，在ITU于日內瓦舉行的無線通信全體會議上，經投票表決，WiMAX正式被納入3G標準，成為繼WCDMA、CDMA 2000和TD-SCDMA之后的第四個全球3G標準。

1.2.4 第四代移動通信系統

2000年確定了3G國際標準之后，ITU就啟動了第四代移動通信（4th Generation，4G）的相關工作。2008年，ITU開始公開征集4G標準，有3種方案成為4G的標準備選方案，分別是3GPP的LTE、3GPP2的超移動寬帶（Ultra Mobile Broadband，UMB）以及電氣和電子工程師協會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）的WiMAX，其中最被產業界看好的是LTE。LTE、UMB和移動WiMAX雖然各有差別，但是它們也有一些相同之處，3個系統都采用正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和多入多出（Multi-input Multi-output，MIMO）技術來提供更高的頻譜利用率。

LTE并不是真正意義上的4G技術，而是3G向4G技術發展過程中的一個過渡技術，也被稱為3.9G的全球化標準。它采用OFDM和MIMO等關鍵技術，改進并且增強了傳統的無線空中接入技術。這些技術的運用，使得LTE的峰值速率與3G相比有很大的提高。同時，LTE技術改善了小區邊緣位置的用戶的性能，提高小區容量值，降低了系統的延遲以及網絡成本。

2012 年，LTE-Advanced 正式被確立為 IMT-Advanced（也稱 4G）國際標準，我國主導制定的TD-LTE-Advanced 也同時成為 IMT-Advanced 國際標準。LTE 包括 LTE 時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）和LTE頻分雙工（Frequency Division Duplexing，FDD）兩種制式，其中，我國引領LTE TDD（簡稱TD-LTE）的發展。TD-LTE繼承和拓展了TD-SCDMA在智能天線、系統設計等方面的關鍵技術和自主知識產權，系統能力與LTE FDD相當。

1.2.5 第五代移動通信系統

第五代移動通信技術（5th Generation，5G）是4G的延伸。5G是新一代移動通信技術發展的主要方向，是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比，5G不僅能進一步提升用戶的網絡體驗，同時還將滿足未來萬物互聯的應用需求。

從用戶體驗看，5G具有更高的速率、更寬的帶寬，預計5G的網速比4G高10倍左右，只需要幾秒即可下載一部高清電影，能夠滿足消費者對虛擬現實、超高清視頻等更高的網絡體驗需求。

從行業應用看，5G具有更高的可靠性、更低的時延，能夠滿足智能制造、自動駕駛等行業應用的特定需求，拓寬融合產業的發展空間，支撐經濟社會創新發展。

從發展態勢看，5G目前還處于技術標準的研究階段，今后幾年，4G還將保持主導地位，并實現持續高速發展。5G有望在2020年正式商用。

2016年11月，在美國內華達州里諾舉行的3GPP RAN1#87會議上，國際移動通信標準化組織3GPP確定了Polar碼（極化碼）作為5G eMBB（增強移動寬帶）場景的控制信道編碼方案。至此，5G eMBB場景的信道編碼技術方案完全確定，其中，極化碼作為控制信道的編碼方案，LDPC 碼（低密度奇偶校驗碼）作為數據信道的編碼方案。

華為作為中國 IMT-2020（5G）推進組的成員，參與了 Polar 碼的研究與創新，后續也將和推進組全體成員持續加大對 5G 的研究投入。同時，與全球產業伙伴開放合作，通過充分整合全球優秀的創新資源來共同推動標準化工作的協同，為形成全球統一的5G標準、提升5G標準競爭力做出重大貢獻。