移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)與5G的發(fā)展

 一、移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)：1G/2G/3G/4G/5G

移動(dòng)通信系統(tǒng)自誕生至今，經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)成為連接人類社會(huì)的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。為了滿足人們不斷提升的多樣化通信需求，移動(dòng)通信技術(shù)從最初的模擬發(fā)展為數(shù)字，從語(yǔ)音發(fā)展為數(shù)據(jù)，從窄帶發(fā)展為寬帶，從單工發(fā)展為全雙工，目前已經(jīng)滲透到了人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，且不斷追求更高性能的腳步從未停止。

圖表1：移動(dòng)通信技術(shù)示意圖

資料來源：互聯(lián)網(wǎng)公開資料、北京歐立信調(diào)研中心

移動(dòng)通信技術(shù)誕生于20 世紀(jì)40 年代，人們僅僅是做一些傳播性的測(cè)試以及在幾個(gè)短波頻段上初步進(jìn)行通信嘗試，如應(yīng)用于警車無線調(diào)度系統(tǒng)的2MHz 頻段。20 世紀(jì)60 年代開始出現(xiàn)一些具有撥號(hào)、半雙工的移動(dòng)通信系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)沒有進(jìn)行復(fù)用，抗干擾性差，容量低，因此必須要離較遠(yuǎn)的距離才能實(shí)現(xiàn)通信，且支持的用戶非常有限，通信信號(hào)質(zhì)量也很不好。直到20 世紀(jì)70 年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)蜂窩通信進(jìn)行了詳實(shí)的驗(yàn)證，自此移動(dòng)通信才進(jìn)入到快速發(fā)展的階段。

20 世紀(jì)80 年代，第一代移動(dòng)通信(簡(jiǎn)稱1G)誕生在美國(guó)，主要系統(tǒng)為AMPS，此外還有北歐的NMT 及英國(guó)的TACS，1G 采用的技術(shù)使頻分多址(FDMA)，只能提供模擬語(yǔ)音業(yè)務(wù)，典型的終端就是當(dāng)年的“大哥大”。

20 世紀(jì)90年代開始的2G 是數(shù)字技術(shù)的革命，也是各國(guó)爭(zhēng)奪通信標(biāo)準(zhǔn)的開始，具有多種不同的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，如GSM，IS-95CDMA 和TDMA 等，其中GSM(全球移動(dòng)系統(tǒng))是使用最為普遍的一種標(biāo)準(zhǔn)，能夠支持語(yǔ)音和低速率的數(shù)據(jù)通信，保密性和通信質(zhì)量也有所提升。

3G 也稱作IMT-2000，始于20 世紀(jì)90 年代末，工作在2000MHz 頻段，主要特點(diǎn)是高速率(2Mbps-50Mbps)、高頻譜利用率、高服務(wù)質(zhì)量、低成本和高保密性等，3G 三種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分別是：WCDMA(歐洲標(biāo)準(zhǔn))，CDMA2000(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))和TD-SCDMA(中國(guó)標(biāo)準(zhǔn))以及新加入這一陣營(yíng)的802.16e(IEEE 標(biāo)準(zhǔn))。

2010 年出現(xiàn)的4G 技術(shù)，也稱為IMT-Advanced，包括TD-LTE 和FDD-LTE兩種制式以及IEEE 的8021.6m，是以正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)為核心，用戶峰值速率可達(dá)100Mbps 至1Gbps，能夠支持各種類型移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。

5G 將具有更高的速率、更寬的帶寬，具有更高的可靠性，更低的時(shí)延，不僅能滿足人與人的連接，同時(shí)也能夠滿足人與物、物與物的連接，廣泛應(yīng)用于各個(gè)場(chǎng)景下人們生活的方方面面以及有效滿足醫(yī)療、工業(yè)、交通等垂直行業(yè)的信息化服務(wù)的需要，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

圖表 2：移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)過程

二、5G 的概念：標(biāo)志性能力指標(biāo)和一組關(guān)鍵技術(shù)

我們回顧移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，可以將每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都通過標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來定義。5G 關(guān)鍵能力比以前幾代移動(dòng)通信所蘊(yùn)含的內(nèi)容更加豐富，用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、端到端時(shí)延、峰值速率和移動(dòng)性等都將成為5G 的關(guān)鍵性能指標(biāo)。然而，與以往只強(qiáng)調(diào)峰值速率的情況不同，業(yè)界普遍認(rèn)為用戶體驗(yàn)速率是5G 最重要的性能指標(biāo)，它真正體現(xiàn)了用戶可獲得的真實(shí)數(shù)據(jù)速率，也是與用戶感受最密切的性能指標(biāo)。基于5G 主要場(chǎng)景的技術(shù)需求，5G 用戶體驗(yàn)速率應(yīng)達(dá)到Gbps 量級(jí)。

面對(duì)多樣化場(chǎng)景的極端差異化性能需求，5G 很難像以往一樣以某種單一技術(shù)為基礎(chǔ)形成針對(duì)所有場(chǎng)景的解決方案。此外，當(dāng)前無線技術(shù)創(chuàng)新也呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)，除了新型多址技術(shù)之外，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等也被認(rèn)為是5G 主要技術(shù)方向，均能夠在5G 主要技術(shù)場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

綜合5G 關(guān)鍵能力與核心技術(shù)，5G 概念可由“標(biāo)志性能力指標(biāo)”和“一組關(guān)鍵技術(shù)”來共同定義。其中標(biāo)志性能力指標(biāo)為“Gbps 用戶體驗(yàn)速率”，一組關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。