1.6 一次“需求”引發(fā)的變革——從2G到3G

不得不說(shuō)2G是一個(gè)非常成功的技術(shù)。為什么這么說(shuō)呢？

雖然從技術(shù)層面看，2G已經(jīng)是過(guò)去式了，但從商業(yè)層面看，它才剛剛離開(kāi)，甚至還沒(méi)離開(kāi)。

根據(jù)筆者的統(tǒng)計(jì)，到目前為止仍有不少的2G網(wǎng)絡(luò)在商用，比如美國(guó)運(yùn)營(yíng)商T-Mobile的GSM和IS-95、沃達(dá)豐的IS-95等。因此，從1991年第一個(gè)2G網(wǎng)絡(luò)在芬蘭部署以來(lái)，2G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為人們服務(wù)了30余年?？赡軙?huì)有讀者覺(jué)得詫異，什么樣的技術(shù)可以使用30年還不過(guò)時(shí)？

1.6.1 2G的演進(jìn)和互聯(lián)網(wǎng)的興起

我們現(xiàn)在使用的2G和20世紀(jì)90年代商用的2G有很大的區(qū)別，因?yàn)?G在由3G取代之前，其自身也在不斷地演進(jìn)。

以GSM為例，從1987年2月CEPT完成第一個(gè)版本的制定以后，GSM也經(jīng)歷了兩次明顯的更新，分別是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）和增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)（EDGE）技術(shù)，這兩個(gè)技術(shù)也被分別稱作2.5G和2.75G。

初期的GSM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-28所示，它由接入網(wǎng)部分的基站（BTS）、基站控制器（BSC），核心網(wǎng)部分的移動(dòng)交換中心（MSC）和歸屬位置寄存器（HLR）組成。GSM網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)完完全全的“電話”系統(tǒng)。也就是說(shuō)，早期的GSM系統(tǒng)只支持語(yǔ)音通話業(yè)務(wù)，而不支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

在歐洲推出GSM標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，曾在1G時(shí)代引領(lǐng)風(fēng)騷的AMPS也并未停止技術(shù)演進(jìn)步伐。在“北美系”（如AT&T）的推動(dòng)下，1996年AT&T推出了一個(gè)名為“蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)”（CDPD）的技術(shù)并進(jìn)行了商用。CDPD技術(shù)利用AMPS的800MHz～900MHz未使用的頻率資源來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，速度達(dá)到19.2kbit/s。另外，1999年，日本運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DoCoMo也推出了一個(gè)類似CDPD的技術(shù)“i-mode”，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)接入。這兩個(gè)技術(shù)的出現(xiàn)成為GSM這個(gè)純“電話”網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的直接動(dòng)力。

當(dāng)然，如果要說(shuō)什么是這場(chǎng)技術(shù)演進(jìn)的根本動(dòng)力？毫無(wú)疑問(wèn)，那就是以互聯(lián)網(wǎng)為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展和涌現(xiàn)出來(lái)的新需求、新機(jī)會(huì)。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)源于20世紀(jì)60年代美軍關(guān)于分組交換的研究，其先驅(qū)“阿帕網(wǎng)”（ARPAnet）在20世紀(jì)70年代建成，主要服務(wù)于學(xué)術(shù)和軍事網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。20世紀(jì)90年代初，商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)的接入標(biāo)志著正式進(jìn)入現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展極為迅速，到20世紀(jì)末，在發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)有1/3的人使用互聯(lián)網(wǎng)（1996—2017年互聯(lián)網(wǎng)用戶增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖1-29所示）。在這種大的背景下，電信行業(yè)巨頭們敏銳地意識(shí)到“無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)”（Wireless Internet）的良好商業(yè)前景，這催生了CDPD、i-mode及GRPS等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)。

另外一個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的典范就是我們非常熟悉的短信業(yè)務(wù)（SMS）。第一個(gè)基于GSM網(wǎng)絡(luò)的短信業(yè)務(wù)在1992年12月正式測(cè)試成功。這種業(yè)務(wù)因?yàn)榫哂斜韧ㄔ捪鄬?duì)便宜的收費(fèi)和便利性，成為2G時(shí)代應(yīng)用最為廣泛，也最為成功的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在2000年前中國(guó)很多手機(jī)還不具備中文短信收發(fā)功能，中國(guó)移動(dòng)于2000年下半年推出手機(jī)短信業(yè)務(wù)。2000年下半年，短信業(yè)務(wù)平均每月增加4000萬(wàn)條。2001年，全國(guó)短信業(yè)務(wù)量為189億條，收入為20億元。其中中國(guó)移動(dòng)的短信業(yè)務(wù)量為159億條，超過(guò)預(yù)期目標(biāo)59%，中國(guó)聯(lián)通的短信業(yè)務(wù)量為30億條。短信的迅速發(fā)展證實(shí)了人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的預(yù)測(cè)，也從側(cè)面堅(jiān)定了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的決心。

GPRS （GSM Release 97）的技術(shù)構(gòu)想來(lái)源于德國(guó)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(dòng)了ETSI對(duì)GPRS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。事實(shí)上，GPRS空口協(xié)議很多內(nèi)容都遵循CELLPAC 1993版本。

圖1-30所示為GPRS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它與早期的GSM網(wǎng)絡(luò)相比，主要增加了服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）兩個(gè)核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，以支持IP分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)會(huì)為終端分配一個(gè)IP，通過(guò)這個(gè)IP，終端和網(wǎng)絡(luò)都可以實(shí)現(xiàn)相互尋址和路由。SGSN負(fù)責(zé)對(duì)終端進(jìn)行鑒權(quán)、移動(dòng)性管理和路由選擇；而GGSN則扮演外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)和路由器的角色，同時(shí)它還負(fù)責(zé)計(jì)費(fèi)。所以簡(jiǎn)單地說(shuō)，在升級(jí)到GPRS后，終端就相當(dāng)于一個(gè)處在公司內(nèi)網(wǎng)環(huán)境的計(jì)算機(jī)，電信網(wǎng)絡(luò)就是公司內(nèi)網(wǎng)，終端使用路由器（GGSN）分配的IP地址通過(guò)它連接到外部網(wǎng)絡(luò)。

GPRS出現(xiàn)后，終端實(shí)現(xiàn)了通過(guò)無(wú)線應(yīng)用協(xié)議（WAP）訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的理論最高數(shù)據(jù)速率達(dá)到171.2kbit/s。2000年第一批GPRS開(kāi)始商用，2001年中國(guó)的第一個(gè)GPRS網(wǎng)絡(luò)由中國(guó)聯(lián)通在深圳啟用，這讓我們第一次感受到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的魅力。

隨后，GSM Release 98發(fā)布，這就是GSM的第二次較大的技術(shù)升級(jí)——增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)（EDGE）技術(shù)，這次升級(jí)并未對(duì)GPRS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基本功能進(jìn)行大的改動(dòng)，而是通過(guò)對(duì)調(diào)制方式和編碼方式的增強(qiáng)再一次提升了GSM網(wǎng)絡(luò)的速度。2003年，AT&T在美國(guó)部署了EDGE網(wǎng)絡(luò)，它可實(shí)現(xiàn)473.6kbit/s的理論最高數(shù)據(jù)速率。2007年，GSM由3GPP負(fù)責(zé)制定和維護(hù)，發(fā)布了GSM R7——演進(jìn)的EDGE（Evolved EDGE），將GSM的理論最高數(shù)據(jù)速率提升到接近1Mbit/s的水平。

另外一個(gè)2G技術(shù)方向是CDMA，其發(fā)展和GSM類似。第一個(gè)CDMA的蜂窩網(wǎng)絡(luò)CdmaOne （IS-95）于1993年7月正式發(fā)布，該版本僅支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)。此后，分別發(fā)布了兩個(gè)增強(qiáng)版本IS-95A和IS-95B。其中，在1999年發(fā)布的IS-95B支持64kbit/s的分組交換數(shù)據(jù)服務(wù)，成為CDMA系的2.5G。

說(shuō)到這里，2G的故事就接近尾聲了，雖然3GPP和3GPP2（制定CDMA族標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化組織）繼續(xù)對(duì)GSM和CDMA進(jìn)行增強(qiáng)和維護(hù)，但隨后就逐漸被3G所取代。在2020年7月，3GPP宣布停止對(duì)GSM的技術(shù)維護(hù)。自此，從技術(shù)層面上，GSM“壽終正寢”。

1.6.2 兩個(gè)重要事件

看到這里，讀者可能會(huì)問(wèn)，2G又是如何發(fā)展成3G的？3G又為何出現(xiàn)？

這里不得不插敘兩個(gè)移動(dòng)通信史上的重要事件：“IMT計(jì)劃”和“3GPP的出現(xiàn)”。

“IMT計(jì)劃”指的是國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的無(wú)線電通信部門（ITU-R）自1997年發(fā)布的一系列關(guān)于“國(guó)際移動(dòng)電信”（IMT）的建議書(shū)。

我們從前面的幾個(gè)章節(jié)可以看到，無(wú)論是0G還是后面出現(xiàn)的蜂窩通信1G、2G，都并不算是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。0G屬于小眾產(chǎn)品，應(yīng)用在一些公共部門（比如警局）或者特定行業(yè)（出租車行業(yè)），因此，技術(shù)的制定相對(duì)比較隨意，滿足需求就行。1G是蜂窩通信的萌芽，實(shí)際上各個(gè)國(guó)家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)各不相同，基本上都位于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的層面。2G時(shí)代這種各自為陣的情況有所改變，兩大標(biāo)準(zhǔn)GSM和CDMA都有一定的區(qū)域性特點(diǎn)，GSM來(lái)源于歐洲，CDMA來(lái)源于北美。正是這種相對(duì)比較分散的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我們?cè)絹?lái)越意識(shí)到一個(gè)問(wèn)題——如果沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，那么很難實(shí)現(xiàn)漫游，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)“任何人”“任何地點(diǎn)”都可以進(jìn)行信息交換的通信夢(mèng)想。

也許正是在這種夢(mèng)想的推動(dòng)下，這個(gè)全球通信行業(yè)的“領(lǐng)頭羊”ITU終于在1997年2月28日，在眾多成員國(guó)的支持下批準(zhǔn)了《ITU-R M.687-2-1997》，發(fā)布國(guó)際移動(dòng)通信2000（IMT-2020）建議，旨在向全球各個(gè)國(guó)家和組織征集可以實(shí)現(xiàn)全球漫游和兼容性的3G。自此，移動(dòng)通信技術(shù)終于找到了“組織”。每一代移動(dòng)通信技術(shù)都由ITU研究發(fā)布需求，在由各個(gè)組織制定具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，由ITU評(píng)估并最終向全球發(fā)布。比如后續(xù)的4G（IMT-Advance，國(guó)際高級(jí)移動(dòng)電信）、5G（IMT-2020）。

眾所周知，通信行業(yè)是一個(gè)具有壟斷性的技術(shù)密集型行業(yè)，因?yàn)樯婕懊鎻V，而且作為基礎(chǔ)設(shè)施，毫不夸張地說(shuō)，它直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，每個(gè)國(guó)家都想將核心技術(shù)抓在自己手中。但如果大家向1G、2G那樣各自為陣，又無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的全球漫游和無(wú)處不在。于是，3GPP孕育而生。

3GPP的全稱是“第三代合作伙伴計(jì)劃”，是一個(gè)全球范圍的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織。其成立目標(biāo)是響應(yīng)ITU的IMT-2000建議，設(shè)計(jì)3G的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)報(bào)告。3GPP成立于1998年12月，7個(gè)國(guó)家或地區(qū)的電信標(biāo)準(zhǔn)組織為主要成員（3GPP組織合作伙伴如表1-2所示）。具體的標(biāo)準(zhǔn)研究和制定工作由具備獨(dú)立法人的公司（被稱為“個(gè)人會(huì)員”）共同參與制定。截至2020年12月，3GPP擁有全球“個(gè)人會(huì)員”719個(gè)，基本可以代表全球和移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)相關(guān)的各行各業(yè)。

提到3GPP，不得不提到另外一個(gè)名字——第三代合作伙伴計(jì)劃2（3GPP2）。首先要說(shuō)明的是，3GPP和3GPP2實(shí)際上并沒(méi)有任何關(guān)系，非要說(shuō)有什么關(guān)系，那只能說(shuō)它們之間存在某種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

3GPP2同樣成立于1998年12月，成立背景可以歸納為如下幾點(diǎn)。

（1）響應(yīng)IMT-2000建議，制定3G標(biāo)準(zhǔn)。

（2）代表北美和亞洲，發(fā)展基于CDMA的3G技術(shù)。

（3）應(yīng)對(duì)來(lái)自3GPP的競(jìng)爭(zhēng)（其實(shí)就是應(yīng)對(duì)GSM的競(jìng)爭(zhēng)，雖然并沒(méi)有明說(shuō)）。

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

有競(jìng)爭(zhēng)才有發(fā)展，在這兩個(gè)組織中，都有CCSA（中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)）的身影。

1.6.3 3G標(biāo)準(zhǔn)——為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)而生

說(shuō)到為什么會(huì)有2G，答案是容量。那么為什么會(huì)有3G呢？答案也很明確：速度。

從前面關(guān)于2G技術(shù)演進(jìn)的介紹可以很清晰地看到2G技術(shù)演進(jìn)的目標(biāo)：支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（實(shí)現(xiàn)IP化）。當(dāng)2.5G實(shí)現(xiàn)了分組數(shù)據(jù)傳輸后，人們第一次用手機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)。但體驗(yàn)完全談不上完美，甚至可以說(shuō)比較糟糕。

在移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)入了2.5G時(shí)代（GPRS和IS-95B）后，人們逐漸觸碰到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的影子。但受限于終端能力，還無(wú)法使用互聯(lián)網(wǎng)普遍采用的HTTP，而是使用簡(jiǎn)化的WAP來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)頁(yè)面的呈現(xiàn)。早期的WAP網(wǎng)絡(luò)如圖1-31所示，簡(jiǎn)化后的WAP將用戶與傳統(tǒng)的HTML Web隔離開(kāi)來(lái)，只保留WAP用戶可用的本地WAP內(nèi)容和代理內(nèi)容，因此，用戶可以實(shí)際獲得的內(nèi)容是極其有限的。再加上過(guò)于簡(jiǎn)單的頁(yè)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(dāng)然，這些問(wèn)題都和通信無(wú)關(guān)。

雖然互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)無(wú)論從技術(shù)層面還是商業(yè)層面都晚于通信技術(shù)，但它的發(fā)展和普及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人們的預(yù)期。從1982年TCP/IP被標(biāo)準(zhǔn)化、Web出現(xiàn)后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就在以驚人的速度發(fā)展。1998—2010年互聯(lián)網(wǎng)流量變化趨勢(shì)如圖1-32所示。自1995年以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)文化和商業(yè)產(chǎn)生了巨大影響，電子郵件、即時(shí)消息、電話（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語(yǔ)音）、視頻及論壇、博客、社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和在線購(gòu)物網(wǎng)站相繼出現(xiàn)。在這個(gè)大的背景下，人們找到了移動(dòng)通信技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向——移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。

1997年，位于得克薩斯州的北電無(wú)線研發(fā)中心開(kāi)發(fā)了一種全互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部名稱為“Cell Web”。隨著概念的發(fā)展，北電推出了“無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)”的行業(yè)愿景。隨后， AT&A發(fā)起了一項(xiàng)名為“3GIP”的全球倡議，旨在推出一種“原生”支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第三代移動(dòng)通信技術(shù)，這個(gè)倡議得到了很多移動(dòng)通信相關(guān)公司的支持，包括英國(guó)電信、法國(guó)電信、意大利電信、北電網(wǎng)絡(luò)、NTT DoCoMo、南方貝爾、Telenor、朗訊、愛(ài)立信、摩托羅拉、諾基亞。這個(gè)倡議直接導(dǎo)致3GPP的誕生，也最終導(dǎo)致第三代移動(dòng)通信技術(shù)通用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（UMTS）的出現(xiàn)， UMTS就是基于GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來(lái)的第三代移動(dòng)通信技術(shù)，它包括WCDMA和TD-SCDMA。它的對(duì)手就是由3GPP2制定的cdma2000。

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

（1） IMT-2000 CDMA Direct Spread（IMT-2000 CDMA直接擴(kuò)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(qiáng)型GPRS，由3GPP制定。

（5） IMT-2000 FDMA/TDMA（IMT-FT）：增強(qiáng)型數(shù)字無(wú)繩電信系統(tǒng)（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(shù)中，WCDMA、cdma2000（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)應(yīng)該是cdma2000 1xEV-DO第0版，本書(shū)中用cdma2000指代）和TD-SCDMA是使用最為廣泛的3種技術(shù)，它們分別在歐洲、北美和亞洲被廣泛應(yīng)用。截至2007年（4G標(biāo)準(zhǔn)完成的前一年），全球已經(jīng)有2億個(gè)3G用戶接入網(wǎng)絡(luò)。其中，最初引入3G的日本、韓國(guó)的3G普及率超過(guò)70%，其他3G商用的主要國(guó)家尼泊爾、英國(guó)、奧地利、澳大利亞和新加坡，3G普及率達(dá)32%。截至2013年，中國(guó)3G移動(dòng)電話用戶達(dá)4億，3G普及率達(dá)到32.7%。但隨著2008年4G LTE技術(shù)的出現(xiàn)，3G用戶數(shù)逐漸呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

雖然從現(xiàn)在看來(lái)，3G的時(shí)代已經(jīng)逐漸遠(yuǎn)去。但無(wú)論如何，正是3G的到來(lái)讓我們真正進(jìn)入了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代（2015—2017年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量變化趨勢(shì)如圖1-33所示），而這個(gè)時(shí)代影響了我們的過(guò)去和未來(lái)。

2G因“容量”“數(shù)字通信”而生，3G因“速度”“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”而生。那么，又是什么推動(dòng)了技術(shù)的下一次演進(jìn)呢？