第1章 5G網絡發展概述

1.1 移動通信網絡發展概述

移動通信的發展歷史可以追溯到19世紀。1864年麥克斯韋從理論上證明了電磁波的存在，1876年赫茲用實驗證實了電磁波的存在，1896年馬可尼在英國進行的14.4公里通信試驗成功，從此世界進入了無線電通信的新時代?，F代意義上的移動通信開始于20世紀20年代初期。從1G到4G再到即將來臨的5G，通信技術的發展十分迅速，和人類歷史一樣，通信技術的發展史也是卷帙浩繁、精彩紛呈的。

1.1.1 1G模擬時代

1G即第一代移動通信技術，在美國芝加哥誕生。1G采用頻分多址（FDMA）技術和模擬技術，由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游，只能進行區域性的移動通信。

1G通信技術只能用于打電話，不能發短信或上網。同時，1G模擬通信技術有很多的缺陷，如收聽效果不穩定、聲音質量不佳、保密性不足、無線帶寬利用不充分等。1G主要系統為AMPS，該制式在加拿大、南美、澳洲以及部分亞太地區被廣泛采用，而中國內地在20世紀80年代初期移動通信產業還是一片空白，直到1987年的廣東第六屆全運會上，蜂窩移動通信系統才正式啟動。

1.1.2 2G數字時代

2G擺脫1G模擬調制技術，實現數字化通信，較上代技術而言主要在聲音質量、保密性、系統容量上有重大的改變，同時增加數據傳輸服務。2G時代主要包含歐洲主導的GSM（Global System for Mobile Communications）系統和美國主導的CDMA（Code Division Multiple Access）系統。

GSM系統采用TDMA多址方式和FDD雙工方式，每載頻支持8個信道，頻率帶寬200kHz。GSM的缺陷是容量有限，當用戶過載時，就必須建立更多的基站。不過，GSM的優點也比較突出：易于部署，且采用全新的數字信號編碼取代原來的模擬信號；支持國際漫游；提供SIM卡，方便用戶在更換手機時仍能存儲個人資料；能發送160字長度的短信等。

CDMA采用碼分多址技術，容量是GSM的10倍以上，并且采用加密技術，提高通話的安全性。相比GSM有通話質量好、掉話少、低輻射、健康環保等顯著優勢。在數據業務上，CDMA2000 1X RTT與GPRS在技術上已有明顯不同，在傳輸速率上1X RTT高于GPRS。但技術上的優勢并不能完全決定制式的應用，受限于產業鏈發展的滯后與高鐵專利的集中，CDMA技術的應用遠不及GSM來得廣泛，這不得不說也是一種遺憾。

1.1.3 3G數據時代

3G是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統，構建在數字數據傳輸上，被視為是開啟移動通信新紀元的關鍵。

3G主流的三種制式分別是CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。CDMA是第三代移動通信系統的技術基礎，以其頻率規劃簡單、系統容量大、頻率復用系數高、抗多徑能力強、通信質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發展潛力。ITU對第三代移動通信系統的頻率規劃為TD-SCDMA使用2110～2170MHz頻段；WCDMA使用1900～2025MHz頻段；CDMA2000使用2110～2170MHz頻段。其中CDMA2000和WCDMA均采用直接序列擴頻碼分多址、頻分雙工FDD方式；TD-SCDMA則采用時分雙工TDD與FDMA/TDMA/CDMA相結合的方式。

3G能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為提供這種服務，無線網絡必須能夠支持不同的數據傳輸速度。3G在2G的基礎上不但提高了語音通話安全性，也解決了移動互聯網相關網絡和數據高速傳輸的問題。

1.1.4 4G無線寬帶時代

4G是指第四代無線蜂窩電話通信協議，集3G與WLAN于一體，是專為移動互聯網而設計的通信技術，從網速、容量、穩定性上相比之前有質的飛躍，傳輸速率更高。

4G包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。嚴格意義上來講，LTE只是3.9G，盡管被宣傳為4G無線標準，但實際上還未達到4G的標準，只有升級版的LTE Advanced才滿足國際電信聯盟對4G的要求。TD-LTE和FDD-LTE兩種制式分別對應TDD和FDD兩種不同的雙工模式。TDD為時分雙工，上下行在同一頻段上按照時間分配交叉進行，可以更好地利用頻譜資源，更易于布置；FDD為頻分雙工，上下行分處不同頻段同時進行，數據傳輸能力更強。雖然名義上4G的這兩種制式是由TD-SCDMA和WCDMA演進而來，但實際上4G采用OFDM方式調制下行，SC-OFDM方式調制上行，與3G時代調制方式有天壤之別。

回顧移動通信1G到4G的速率與業務發展變遷（如圖1-1所示），每一代移動通信系統都可以通過標志性能力指標和核心關鍵技術來定義。1G采用FDMA，即頻分多址，只能提供模擬語音業務；2G主要采用TDMA，即時分多址，可提供數字語音、短信和低速數據業務；3G采用CDMA，即碼分多址，用戶峰值速率達到2Mbit/s至數十Mbit/s，可以支持多媒體數據業務；4G采用OFDMA，即正交頻分多址，用戶峰值速率可達100Mbit/s，能夠支持各種移動寬帶數據業務。