第1章 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述

1.1 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述

移動(dòng)通信的發(fā)展歷史可以追溯到19世紀(jì)。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(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，1896年馬可尼在英國進(jìn)行的14.4公里通信試驗(yàn)成功，從此世界進(jìn)入了無線電通信的新時(shí)代。現(xiàn)代意義上的移動(dòng)通信開始于20世紀(jì)20年代初期。從1G到4G再到即將來臨的5G，通信技術(shù)的發(fā)展十分迅速，和人類歷史一樣，通信技術(shù)的發(fā)展史也是卷帙浩繁、精彩紛呈的。

1.1.1 1G模擬時(shí)代

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

1G通信技術(shù)只能用于打電話，不能發(fā)短信或上網(wǎng)。同時(shí)，1G模擬通信技術(shù)有很多的缺陷，如收聽效果不穩(wěn)定、聲音質(zhì)量不佳、保密性不足、無線帶寬利用不充分等。1G主要系統(tǒng)為AMPS，該制式在加拿大、南美、澳洲以及部分亞太地區(qū)被廣泛采用，而中國內(nèi)地在20世紀(jì)80年代初期移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)還是一片空白，直到1987年的廣東第六屆全運(yùn)會(huì)上，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)才正式啟動(dòng)。

1.1.2 2G數(shù)字時(shí)代

2G擺脫1G模擬調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，較上代技術(shù)而言主要在聲音質(zhì)量、保密性、系統(tǒng)容量上有重大的改變，同時(shí)增加數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。2G時(shí)代主要包含歐洲主導(dǎo)的GSM（Global System for Mobile Communications）系統(tǒng)和美國主導(dǎo)的CDMA（Code Division Multiple Access）系統(tǒng)。

GSM系統(tǒng)采用TDMA多址方式和FDD雙工方式，每載頻支持8個(gè)信道，頻率帶寬200kHz。GSM的缺陷是容量有限，當(dāng)用戶過載時(shí)，就必須建立更多的基站。不過，GSM的優(yōu)點(diǎn)也比較突出：易于部署，且采用全新的數(shù)字信號(hào)編碼取代原來的模擬信號(hào)；支持國際漫游；提供SIM卡，方便用戶在更換手機(jī)時(shí)仍能存儲(chǔ)個(gè)人資料；能發(fā)送160字長度的短信等。

CDMA采用碼分多址技術(shù)，容量是GSM的10倍以上，并且采用加密技術(shù)，提高通話的安全性。相比GSM有通話質(zhì)量好、掉話少、低輻射、健康環(huán)保等顯著優(yōu)勢。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上，CDMA2000 1X RTT與GPRS在技術(shù)上已有明顯不同，在傳輸速率上1X RTT高于GPRS。但技術(shù)上的優(yōu)勢并不能完全決定制式的應(yīng)用，受限于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的滯后與高鐵專利的集中，CDMA技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不及GSM來得廣泛，這不得不說也是一種遺憾。

1.1.3 3G數(shù)據(jù)時(shí)代

3G是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，構(gòu)建在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸上，被視為是開啟移動(dòng)通信新紀(jì)元的關(guān)鍵。

3G主流的三種制式分別是CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。CDMA是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑTU對第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)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(kuò)頻碼分多址、頻分雙工FDD方式；TD-SCDMA則采用時(shí)分雙工TDD與FDMA/TDMA/CDMA相結(jié)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(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。為提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度。3G在2G的基礎(chǔ)上不但提高了語音通話安全性，也解決了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)膯栴}。

1.1.4 4G無線寬帶時(shí)代

4G是指第四代無線蜂窩電話通信協(xié)議，集3G與WLAN于一體，是專為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)的通信技術(shù)，從網(wǎng)速、容量、穩(wěn)定性上相比之前有質(zhì)的飛躍，傳輸速率更高。

4G包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。嚴(yán)格意義上來講，LTE只是3.9G，盡管被宣傳為4G無線標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上還未達(dá)到4G的標(biāo)準(zhǔn)，只有升級(jí)版的LTE Advanced才滿足國際電信聯(lián)盟對4G的要求。TD-LTE和FDD-LTE兩種制式分別對應(yīng)TDD和FDD兩種不同的雙工模式。TDD為時(shí)分雙工，上下行在同一頻段上按照時(shí)間分配交叉進(jìn)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(shí)進(jìn)行，數(shù)據(jù)傳輸能力更強(qiáng)。雖然名義上4G的這兩種制式是由TD-SCDMA和WCDMA演進(jìn)而來，但實(shí)際上4G采用OFDM方式調(diào)制下行，SC-OFDM方式調(diào)制上行，與3G時(shí)代調(diào)制方式有天壤之別。

回顧移動(dòng)通信1G到4G的速率與業(yè)務(wù)發(fā)展變遷（如圖1-1所示），每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都可以通過標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來定義。1G采用FDMA，即頻分多址，只能提供模擬語音業(yè)務(wù)；2G主要采用TDMA，即時(shí)分多址，可提供數(shù)字語音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；3G采用CDMA，即碼分多址，用戶峰值速率達(dá)到2Mbit/s至數(shù)十Mbit/s，可以支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4G采用OFDMA，即正交頻分多址，用戶峰值速率可達(dá)100Mbit/s，能夠支持各種移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。