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那些年追过的移动通信标准

  移动通信目前已经从1G已经发展到5G,在其发展的历程中,每一代的通信中都制定了多种标准和协议。下面我们依次来了解一下每一代都有哪些演进版本。

  1G 到 5G

  关于第一代通信技术,估计大家应该没有什么切身的体验。不过,大家应该都在电影里看到大哥大的身影。实际上,当时的大哥大就是采用的1G技术。1G采用的是模拟通信技术,不过,模拟信号容易受干扰,保密性也比较差,因此,只是在第一代移动通信中使用了这种技术。之后,它便被数字通信技术所取代。

  大哥大

  在2G时代,GSM(Global System of Mobile communication)是应用最为广泛的移动电话标准,它是第二代移动通信标准,也就是我们说的2G。虽然现在已经是进入了5G时代,但是还少不了GSM的网络支持。虽然国外有一些运营商由于GSM用户非常的少,也不愿意花费巨大的成本维护GSM网络,同时也可以腾出宝贵的频谱资源用于网络升级。不过,大多数的运营商还是继续预留GSM网络不动。在我国GSM网络的发展较为成熟,GSM有着较强的覆盖,尤其是在偏远农村和山区,用户群体较为庞大,它可以保障通信的基础网络。

  2G时代的王者诺基亚

  经历过功能机时代的同学应该都知道移动和联通有个GPRS数据业务。如果要登QQ就需要开通这个业务,按流量收费,大概一个月30M就够了。

  GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务,它是从GSM上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GSM可用于通话业务;而GPRS是分组交换系统,除了语音传输还可以用于数据业务,它是GSM的升级版。它具有间断的、突发性的或频繁的、少量数据的传输的特点,而且当年移动互联网还不像现在这样那么的丰富,因此,GPRS非常适用于移动互联网的应用。理论上,GPRS的最高数据速率可以达到171.2kb/s,由于介于2G和3G之间,因此也被称为2.5G技术。

  大家在使用手机的时在信号很差的区域,在手机的信号显示位置就会出现一个E字,这里的E其实就是指的EDGE。

  EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution)是增强型数据速率GSM演进技术,最早它由Ericsson向ETSI协会提出并批准。EDGE可以利用GSM频率资源和原有的GSM网络设备,只需要对网络软件进行升级和少量的硬件调整,就可以满足更高传输速率的需求。在3G到来之前,它满足了3G时代的很多的应用需求,我们称之为2代和3代之间的过渡性数据通信技术,在移动的环境中可以稳定达到384kb/s,在静止的环境下甚至可以达到2Mb/s。EDGE采用8PSK调制技术,它可以将GSM的GMSK调制信号从2增加到8,因此,这样也会将每个符号包含的信息也将增加4倍。

  GSM、GPRS、EDGE等协议都是基于TDMA(时分多址)开发并由欧洲电信标准化协会制定的,当时的欧洲聚集了一批通信大厂,有爱立信(瑞典)、诺基亚(芬兰)、阿尔卡特(法国)、西门子(德国)等等。

  除了GSM标准之外,美国的高通也开发出了CDMA蜂窝系统,并向美国电信工业协会提出IS-95标准,称为“双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台——基站兼容标准”,与欧洲的GSM标准并称第二代移动通信系统中的两大标准。高通将CDMA技术从最初的军事应用扩展到商用,大量的CDMA技术的专利都在高通手上,这让高通也赚的盆满钵满。

  为了使IS-95标准向第三代移动通信技术演进,后来又推出了CMDA2000标准,由3GPP2负责制定和发布。第一阶段采用CMDA2000 1X,它指采用单载波形式的CDMA2000系统,相当于2.5G标准。

  随着CDMA2000的成熟发展,CDMA2000继续向CDMA2000 1x EV-DO和1x EV-DV两种标准进行演进,它们已经是真正的3G技术了。其上行对大速率可达1.8Mb/s,下行最大速率可达3.1Mb/s。当时,中国电信也是因为采用了CDMA2000网络占领了大量的市场。

  用过电信手机的同学,应该知道它是不需要SIM卡的。

  GSM手机需要SIM卡,CDMA手机不需要SIM卡

  在3G时代,CDMA(Code Division Multiple Access:码分多址)技术成为3G网络的主要技术,除了CDMA2000外,WCDMA、TD-SCDMA也基于CDMA技术进行开发。

  WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)是宽带码分多址,也是当时全球主流的3G标准,它是在GSM上面发展过来的一种技术,因此它们有很多共同的部分,可以利用同一个服务网络,可以有共同的核心网络,可以有共同的站址、传输等等,为运营商向3G演进减少了大量成本,对用户而言,在支持双模手机上就可以和GSM、GPRS进行切换,可以达到业务的无缝覆盖。当年中国联通的3G就是使用的WCDMA标准。

  TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access )是时分同步码分多址接入,它是由我国提出,最后归由3GPP发布,与欧洲的WCDMA和美国的CDMA2000称为三大第三代移动通信标准。不同于它们的是TD-SCDMA采用的是TDD的方式,在频谱利用率方面有着巨大的优势,由于使上行链路和下行链路在同一频段无线环境的稳定性较好,制造成本也会相应的降低,受到了国际市场的广泛认可。中国移动采用了TD-SCDMA作为自己的3G网络标准。

  不过,WCDMA、TD-SCDMA、CDMA指的都是空中接口技术,对于整个3G网络而言,我们称之为UTMS(Universal Mobile Telecommunications System)通用移动通信系统,因为它是GSM的后续演进版本,我们也可以称之为3GSM。

  为了与美国的CDMA2000 1XEV-DO进行抗衡,WCDMA在后续演进过程中又推出了HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入和HSUPA (high speed uplink packet access)高速上行链路分组接入两种移动通信协议。从名字我们可以看出HSDPA是针对的下行,而HSUPA针对的上行进行优化,我们也可以把它们统称为HSPA,这时的下行速率和上行速率分别可达到14.4Mb/s和5.76Mb/s。后来又进一步推出了HSPA+,数据传输率进一步提高到下行42 Mbit/s 以及上行 22 Mbit/s。

  在3G时代,欧洲的WCDMA技术发展的较为成熟,成为了3G时代通信标准的主流。然而,这并不是美帝所希望看到的,于是由Intel、IBM、摩托罗拉、北电主导推出了WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access:全球微波互联接入),我们也可以称为802.16,因为它是由IEEE所定义的通信技术协议标准。大家是否注意到,从名字上看它有点像我们平时的WiFi,实际上它可以说是WiFi的近亲,WiFi是城域网,而WiMax是城域网。它由于是基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)和MIMO多天线等技术(这些技术也称为下一代通信系统的关键技术),可以极大地提高了数据传输能力,再加上这个不速之客有着美帝的强力支持,但最后因为产业链发展严重不足,芯片供应跟不上,网络设备性能较差,最后,WiMAX阵营逐步瓦解,美国的突围也因此失败。

  WiMax vs WiFi

  由于WiMAX技术的推出,UTMS也受到了一定的威胁,势必需要继续进行下一代演进,于是3GPP推出了LTE(Long Term Evolution:长期演进),是WCDMA、TD-SCDMA,CMDA2000像4G演进的关键版本,它同样也使用了WiMAX中的OFDM和MIMO等关键技术。3GPP提供了一种像4G平滑演进的方案,幸运的是LTE取得了成功,LTE的后续版本LTE-A也被称为4G网络。

  LTE包含TDD LTE和FDD LTE两种,分别采用TDD和FDD两种双工模式,TDD是时分双工模式,即按时隙分配资源,上下行在同一频段上按照时间分配交叉进行;FDD是频分双工模式,即按频段分配资源,上下行分处不同频段同时进行。我国的4G网络,中国移动采用的是TDD LTE,而中国联通则采用的FDD LTE。

  LTE FDD vs TD-LTE

  如今,我们已经进入第五代移动通信(5G)时代,它同样是由3GPP组织制定和发布,最终实现了5G标准的统一,对于5G空口技术我们称为NR(New Radio)。5G的应用需求更加多样,这对移动通信提出了更高的要求,网络建设也更加复杂,其框架将更加灵活。同时,5G也引入了毫米波、波束赋形,网络切片等关键技术。大家可以参考之前的文章《5G基础知识大汇总》、《5G毫米波》,了解更多5G相关知识。不过,由于5G建设的需求,3G网络也将渐渐的退网,为5G腾挪资源。

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