1.6 一次“需求”引發的變革——從2G到3G

不得不說2G是一個非常成功的技術。為什么這么說呢？

雖然從技術層面看，2G已經是過去式了，但從商業層面看，它才剛剛離開，甚至還沒離開。

根據筆者的統計，到目前為止仍有不少的2G網絡在商用，比如美國運營商T-Mobile的GSM和IS-95、沃達豐的IS-95等。因此，從1991年第一個2G網絡在芬蘭部署以來，2G網絡已經為人們服務了30余年。可能會有讀者覺得詫異，什么樣的技術可以使用30年還不過時？

1.6.1 2G的演進和互聯網的興起

我們現在使用的2G和20世紀90年代商用的2G有很大的區別，因為2G在由3G取代之前，其自身也在不斷地演進。

以GSM為例，從1987年2月CEPT完成第一個版本的制定以后，GSM也經歷了兩次明顯的更新，分別是通用分組無線業務（GPRS）和增強型數據速率GSM演進（EDGE）技術，這兩個技術也被分別稱作2.5G和2.75G。

初期的GSM網絡架構如圖1-28所示，它由接入網部分的基站（BTS）、基站控制器（BSC），核心網部分的移動交換中心（MSC）和歸屬位置寄存器（HLR）組成。GSM網絡是一個完完全全的“電話”系統。也就是說，早期的GSM系統只支持語音通話業務，而不支持數據業務。

在歐洲推出GSM標準的同時，曾在1G時代引領風騷的AMPS也并未停止技術演進步伐。在“北美系”（如AT&T）的推動下，1996年AT&T推出了一個名為“蜂窩數字分組數據系統”（CDPD）的技術并進行了商用。CDPD技術利用AMPS的800MHz～900MHz未使用的頻率資源來進行數據傳輸，速度達到19.2kbit/s。另外，1999年，日本運營商NTT DoCoMo也推出了一個類似CDPD的技術“i-mode”，實現了互聯網接入。這兩個技術的出現成為GSM這個純“電話”網絡向數據業務發展的直接動力。

當然，如果要說什么是這場技術演進的根本動力？毫無疑問，那就是以互聯網為代表的數據業務的發展和涌現出來的新需求、新機會。

互聯網技術發源于20世紀60年代美軍關于分組交換的研究，其先驅“阿帕網”（ARPAnet）在20世紀70年代建成，主要服務于學術和軍事網絡的互聯。20世紀90年代初，商業網絡和企業的接入標志著正式進入現代互聯網時代。互聯網的發展極為迅速，到20世紀末，在發達國家，已經有1/3的人使用互聯網（1996—2017年互聯網用戶增長趨勢如圖1-29所示）。在這種大的背景下，電信行業巨頭們敏銳地意識到“無線互聯網”（Wireless Internet）的良好商業前景，這催生了CDPD、i-mode及GRPS等互聯網技術的出現。

另外一個數據業務的典范就是我們非常熟悉的短信業務（SMS）。第一個基于GSM網絡的短信業務在1992年12月正式測試成功。這種業務因為具有比通話相對便宜的收費和便利性，成為2G時代應用最為廣泛，也最為成功的數據業務。在2000年前中國很多手機還不具備中文短信收發功能，中國移動于2000年下半年推出手機短信業務。2000年下半年，短信業務平均每月增加4000萬條。2001年，全國短信業務量為189億條，收入為20億元。其中中國移動的短信業務量為159億條，超過預期目標59%，中國聯通的短信業務量為30億條。短信的迅速發展證實了人們對數據業務發展的預測，也從側面堅定了移動通信網絡向數據業務發展的決心。

GPRS （GSM Release 97）的技術構想來源于德國的伯恩哈德·沃克教授。1991年他提出了用于GSM分組交換的CELLPAC，這推動了ETSI對GPRS技術標準的制定。事實上，GPRS空口協議很多內容都遵循CELLPAC 1993版本。

圖1-30所示為GPRS網絡架構，它與早期的GSM網絡相比，主要增加了服務GPRS支持節點（SGSN）、網關GPRS支持節點（GGSN）兩個核心網節點，以支持IP分組數據的發送和接收。

在GPRS網絡中，網絡會為終端分配一個IP，通過這個IP，終端和網絡都可以實現相互尋址和路由。SGSN負責對終端進行鑒權、移動性管理和路由選擇；而GGSN則扮演外部數據網絡網關和路由器的角色，同時它還負責計費。所以簡單地說，在升級到GPRS后，終端就相當于一個處在公司內網環境的計算機，電信網絡就是公司內網，終端使用路由器（GGSN）分配的IP地址通過它連接到外部網絡。

GPRS出現后，終端實現了通過無線應用協議（WAP）訪問互聯網，其數據業務的理論最高數據速率達到171.2kbit/s。2000年第一批GPRS開始商用，2001年中國的第一個GPRS網絡由中國聯通在深圳啟用，這讓我們第一次感受到移動互聯網的魅力。

隨后，GSM Release 98發布，這就是GSM的第二次較大的技術升級——增強型數據速率GSM演進（EDGE）技術，這次升級并未對GPRS的網絡架構和基本功能進行大的改動，而是通過對調制方式和編碼方式的增強再一次提升了GSM網絡的速度。2003年，AT&T在美國部署了EDGE網絡，它可實現473.6kbit/s的理論最高數據速率。2007年，GSM由3GPP負責制定和維護，發布了GSM R7——演進的EDGE（Evolved EDGE），將GSM的理論最高數據速率提升到接近1Mbit/s的水平。

另外一個2G技術方向是CDMA，其發展和GSM類似。第一個CDMA的蜂窩網絡CdmaOne （IS-95）于1993年7月正式發布，該版本僅支持語音業務。此后，分別發布了兩個增強版本IS-95A和IS-95B。其中，在1999年發布的IS-95B支持64kbit/s的分組交換數據服務，成為CDMA系的2.5G。

說到這里，2G的故事就接近尾聲了，雖然3GPP和3GPP2（制定CDMA族標準的標準化組織）繼續對GSM和CDMA進行增強和維護，但隨后就逐漸被3G所取代。在2020年7月，3GPP宣布停止對GSM的技術維護。自此，從技術層面上，GSM“壽終正寢”。

1.6.2 兩個重要事件

看到這里，讀者可能會問，2G又是如何發展成3G的？3G又為何出現？

這里不得不插敘兩個移動通信史上的重要事件：“IMT計劃”和“3GPP的出現”。

“IMT計劃”指的是國際電信聯盟（ITU）的無線電通信部門（ITU-R）自1997年發布的一系列關于“國際移動電信”（IMT）的建議書。

我們從前面的幾個章節可以看到，無論是0G還是后面出現的蜂窩通信1G、2G，都并不算是全球移動通信系統。0G屬于小眾產品，應用在一些公共部門（比如警局）或者特定行業（出租車行業），因此，技術的制定相對比較隨意，滿足需求就行。1G是蜂窩通信的萌芽，實際上各個國家的技術標準各不相同，基本上都位于行業標準或國際標準的層面。2G時代這種各自為陣的情況有所改變，兩大標準GSM和CDMA都有一定的區域性特點，GSM來源于歐洲，CDMA來源于北美。正是這種相對比較分散的技術標準，導致我們越來越意識到一個問題——如果沒有一個統一的技術標準，那么很難實現漫游，也就無法實現“任何人”“任何地點”都可以進行信息交換的通信夢想。

也許正是在這種夢想的推動下，這個全球通信行業的“領頭羊”ITU終于在1997年2月28日，在眾多成員國的支持下批準了《ITU-R M.687-2-1997》，發布國際移動通信2000（IMT-2020）建議，旨在向全球各個國家和組織征集可以實現全球漫游和兼容性的3G。自此，移動通信技術終于找到了“組織”。每一代移動通信技術都由ITU研究發布需求，在由各個組織制定具體技術標準后，由ITU評估并最終向全球發布。比如后續的4G（IMT-Advance，國際高級移動電信）、5G（IMT-2020）。

眾所周知，通信行業是一個具有壟斷性的技術密集型行業，因為涉及面廣，而且作為基礎設施，毫不夸張地說，它直接影響到國民經濟發展。因此，每個國家都想將核心技術抓在自己手中。但如果大家向1G、2G那樣各自為陣，又無法實現真正的全球漫游和無處不在。于是，3GPP孕育而生。

3GPP的全稱是“第三代合作伙伴計劃”，是一個全球范圍的移動通信標準化組織。其成立目標是響應ITU的IMT-2000建議，設計3G的技術規范和技術報告。3GPP成立于1998年12月，7個國家或地區的電信標準組織為主要成員（3GPP組織合作伙伴如表1-2所示）。具體的標準研究和制定工作由具備獨立法人的公司（被稱為“個人會員”）共同參與制定。截至2020年12月，3GPP擁有全球“個人會員”719個，基本可以代表全球和移動通信產業相關的各行各業。

提到3GPP，不得不提到另外一個名字——第三代合作伙伴計劃2（3GPP2）。首先要說明的是，3GPP和3GPP2實際上并沒有任何關系，非要說有什么關系，那只能說它們之間存在某種競爭關系。

3GPP2同樣成立于1998年12月，成立背景可以歸納為如下幾點。

（1）響應IMT-2000建議，制定3G標準。

（2）代表北美和亞洲，發展基于CDMA的3G技術。

（3）應對來自3GPP的競爭（其實就是應對GSM的競爭，雖然并沒有明說）。

3GPP代表的是歐洲主導的GSM（至少成立之初是如此），而3GPP2代表的是北美主導的CDMA體系，進一步說，3GPP2代表的是高通公司主導的CDMA體系。

有競爭才有發展，在這兩個組織中，都有CCSA（中國通信標準化協會）的身影。

1.6.3 3G標準——為移動互聯網而生

說到為什么會有2G，答案是容量。那么為什么會有3G呢？答案也很明確：速度。

從前面關于2G技術演進的介紹可以很清晰地看到2G技術演進的目標：支持分組數據業務（實現IP化）。當2.5G實現了分組數據傳輸后，人們第一次用手機連接到互聯網。但體驗完全談不上完美，甚至可以說比較糟糕。

在移動通信技術進入了2.5G時代（GPRS和IS-95B）后，人們逐漸觸碰到移動互聯網的影子。但受限于終端能力，還無法使用互聯網普遍采用的HTTP，而是使用簡化的WAP來實現互聯網頁面的呈現。早期的WAP網絡如圖1-31所示，簡化后的WAP將用戶與傳統的HTML Web隔離開來，只保留WAP用戶可用的本地WAP內容和代理內容，因此，用戶可以實際獲得的內容是極其有限的。再加上過于簡單的頁面和互操作性，WAP雖然在早期獲得了一些用戶，但最后便迅速被WAP2.0及HTTP取代。當然，這些問題都和通信無關。

雖然互聯網技術的出現無論從技術層面還是商業層面都晚于通信技術，但它的發展和普及速度遠遠超過人們的預期。從1982年TCP/IP被標準化、Web出現后，互聯網技術就在以驚人的速度發展。1998—2010年互聯網流量變化趨勢如圖1-32所示。自1995年以來，互聯網對文化和商業產生了巨大影響，電子郵件、即時消息、電話（互聯網協議語音）、視頻及論壇、博客、社交網絡服務和在線購物網站相繼出現。在這個大的背景下，人們找到了移動通信技術未來的發展方向——移動互聯網。

1997年，位于得克薩斯州的北電無線研發中心開發了一種全互聯網協議（IP）無線網絡，其內部名稱為“Cell Web”。隨著概念的發展，北電推出了“無線互聯網”的行業愿景。隨后， AT&A發起了一項名為“3GIP”的全球倡議，旨在推出一種“原生”支持互聯網協議的第三代移動通信技術，這個倡議得到了很多移動通信相關公司的支持，包括英國電信、法國電信、意大利電信、北電網絡、NTT DoCoMo、南方貝爾、Telenor、朗訊、愛立信、摩托羅拉、諾基亞。這個倡議直接導致3GPP的誕生，也最終導致第三代移動通信技術通用移動通信業務（UMTS）的出現， UMTS就是基于GSM技術標準演進而來的第三代移動通信技術，它包括WCDMA和TD-SCDMA。它的對手就是由3GPP2制定的cdma2000。

其實，在ITU的定義中，符合IMT-2000要求的3G技術一共有6種，分別如下。

（1） IMT-2000 CDMA Direct Spread（IMT-2000 CDMA直接擴頻，IMT-DS）：即WCDMA，又稱為UTRA-FDD，由3GPP制定。

（2） IMT-2000 CDMA Multi-Carrie（r IMT-MC）：即cdma2000 1xEV-DO第0版（TIA/IS-856），由3GPP2制定。

（3） IMT-2000 CDMA TDD（IMT-TC）：即TD-SCDMA，又稱為UTRA-TDD LCR（低碼片速率），由3GPP制定。

（4） IMT-2000 TDMA Single-Carrie（r IMT-SC）：增強型GPRS，由3GPP制定。

（5） IMT-2000 FDMA/TDMA（IMT-FT）：增強型數字無繩電信系統（DECT），由ETSI制定。

（6） IMT-2000 OFDMA TDD WMAN:IEEE 802.16和802.16.1，由IEEE制定。

在這6種3G技術中，WCDMA、cdma2000（嚴格來說應該是cdma2000 1xEV-DO第0版，本書中用cdma2000指代）和TD-SCDMA是使用最為廣泛的3種技術，它們分別在歐洲、北美和亞洲被廣泛應用。截至2007年（4G標準完成的前一年），全球已經有2億個3G用戶接入網絡。其中，最初引入3G的日本、韓國的3G普及率超過70%，其他3G商用的主要國家尼泊爾、英國、奧地利、澳大利亞和新加坡，3G普及率達32%。截至2013年，中國3G移動電話用戶達4億，3G普及率達到32.7%。但隨著2008年4G LTE技術的出現，3G用戶數逐漸呈現下降趨勢。

雖然從現在看來，3G的時代已經逐漸遠去。但無論如何，正是3G的到來讓我們真正進入了移動互聯網的時代（2015—2017年移動互聯網流量變化趨勢如圖1-33所示），而這個時代影響了我們的過去和未來。

2G因“容量”“數字通信”而生，3G因“速度”“移動互聯網”而生。那么，又是什么推動了技術的下一次演進呢？