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潘文:从1G到5G的发展历程

2017-01-03 14:38:46 学习中国 潘文

  中国电子信息产业发展研究院信息化研究中心副主任 潘 文

  对于整个我们国家的这个5G的布局来看呢,到2018年咱们的5G会产生第二次测试试用,2020年运营商会把5G全部商业化,商用,它的容量、能耗、业务都会一个颠覆性的改变。

  从这个趋势上来看,实际上移动通信它每一次更新换代实际上都是解决了当时最主要的问题。咱们来依次看一下,梳理一下刚才提到的发展,从1G到4G,4G+、5G的这个发展的趋势。

  1G它主要是模拟语音,也就是咱们说的第一代移动通信系统。它是在20世纪80年代提出的,完成于20世纪90年代初,这个也跟咱们的时间段,咱们会有印象,就说在改革开放一段时间以后,先富起来的一批人,他们在90年代左右拿着大哥大,当时也是一种怎么说呢身份的象征也罢,也是一种精英的象征也罢。它采用的主要技术就是模拟技术和频分多址技术的特点,传输速率咱们现在看的话是非常非常弱的,2.4kb,现在跟咱们的这个动辄100M的数据速度那是没法媲美的。而且的话它只提供区域性的语音业务,这种大哥大肯定大家会有印象的话这种区域性它是非常有局限性的,你要像现在一样去跨全国范围甚至是跨全球范围那显然是不可能的,因为它的容量是非常有限的,而且它的制式太多,互不兼容,保密性也差,通话质量自然也不高。那么设备终端来说呢,除了它这个通信的通道和内容不足以形成气侯以外,它的终端来说,就是设备,设备端来说也是成本高,当时一个大哥大动辄一两万,成本很高,质量大体积也大。那么这个就说是,这个其实就是有一个典型的代表,就是咱们1998年的时候当时小品就是说拿这个大哥大非常有意思的一个场景。

  到了2G的时候,就是咱们90年代,演进速度也是非常快的,当时大家肯定是非常熟悉就是摩托罗拉的翻盖手机,这时候还有诺基亚的这个简单的一个平板的手机。相对于1G的这个改进它是把模拟向数字在改进,原来是模拟的信号,现在是数字的信号,它通过语音信号数字化处理压缩来解决这个容量上限的问题。同时这个语音和控制信号有了非常好的一个做法,加密了它增强安全性这方面。而且催生了一些新的业务,增值业务,包括咱们的短信这些新业务开展了。2G数字语音的它这个特点呢,就是保密性强,频谱利用效率高,同时丰富了业务,而且标准化程度也是提高了。同时最关键的就是省内外的漫游实现了,在数字语音这个情景下,这个也是实际上就像刚开始说的那句话一样,它是适应了当时市场需求的一个变革一个发展。它为了适应这种数据通讯的需求,一些中间标准也在手机上进行了支持,这是一个革新,比如说的话支持彩信业务的GPRS和上网业务的web服务,这个都是根据需求来进行改进。而且这种在数字语音下这种手机具有通话和在一些时间段,日期传送手机这个通信技术的这个功能,比如说电子邮件它也可以通过数字语音的2G信号来实现。

  我们看这个2G的话,它的代表制式就包括GSM,还有CDMA,GSM它是1991年在欧洲投入使用,它包括电话业务、紧急呼叫、短信、可视图文接入等等。对于CDMA它是90年代中后期发展商用的,它的特点具有隐蔽性、保密性、抗干扰,而且通话质量好、掉线少、辐射低、健康环保这些特点。那么从后面说,3G到4G的这个过程它中间都有一个过渡过程,给大家大概说一下,包括2G到3G过渡的它有2.5G、有2.75G,实际上都是在2G基础上进行了一些改进。但是你说它的变革性上的话,还不足以说它是一个非常颠覆性的变革。

  到了3G这是ITU发布的,这是早在2000年的时候。ITU简称国际电联,叫国际电信联盟,发布了官方的第三代移动通信,3G的标准IMF2000,3G存在四种标准的制式,分别是CDMA2000、W-CDMA、TD-SCDMA、WIMAX。现在咱们知道的联通、移动的制式都不太一样,它们4G发展路径也是不一样的,怎么解释呢?联通经常说我们发展国产自主知识产权的一个发展路径,就是WCDMA。但是这有一个问题就说是你跟全球化的融合过程中,有多少个国家和你的制式是一样的。虽然自主产权非常有必要,但是在全球连接过程中,咱们这个技术的发言权还不够深厚,要占据战略制高点还有很多工作要做,所以现在5G上面咱们是大规模铺开这种不管是技术应用、商业化,大规模铺开,也是为了克服国外的垄断。也就说移动经常在用的FDD-CDMA,这个发展路径,它们发展路径是不一样的。3G它包括了数字语音和数据,那第三代与前两代的主要区别在哪里呢,最关键的还是一个速度,在传输声音和数据的速度上它得到了明显的提升,而且它能够在全球范围内更好地实现无缝的漫游。同时在内容方面,它可以处理图像、音乐、视频这些所有的多媒体的形式,而且能够提供当然这要终端的支持了,而且能够提供像网页浏览、电话会议、电子商务各种各种的这种信息服务。

  3G代表的制式,刚才说到的国际电联ITU开始目标之一是开发一种可以全球通用的无线通信系统,但实际上最终的结果出现了不同的制式,哪几个呢,包括CDMA2000、包括TD-SCDMA等等。CDMA2000它的系统主要是由,咱们大家都非常熟悉的,如果业内人士非常熟悉的,就是美国的高通公司,它是芯片垄断,这个美国的高通公司主导提出的。它的建设成本相对比较低廉,主要使用者就包括美国和美国的一些小伙伴们,就是日本、韩国这些小伙伴。3G到4G它同样有一个中间过渡的状态,分别是3.5G和3.75G,同样它没有形成一个革命性的改变,像咱们现在用的这个手机一样,好多APP,好多数据、内容、网络,直接拿一个手机几乎无所不能的状态,它只是一个速度的提升和内容的更加丰富,没有一个革新,一个革命性的改变。这儿就不多说了,它是一个相当于技术延伸加上速度上限进行了提高,传输速度也进行了提高,比如说3.75G的传输速度,上传速度,达到了5.76M这么一个速度。

  咱们接着说第四代移动通信系统4G,4G它的制式就相对于3G简单一些,它就包括了TD-LTE和FDD-LTE。TD-LTE是咱们联通演化的路径,FDD-LTE是咱们移动演化的路径。像刚才说的有一个国产化的问题,但是的话国产化有一个问题,跟咱们的国产办公软件一样,你说是用微软的office的多呢,还是用国产配套的WPS金山的多呢,这个大家应该心里都有一定的概念。国际电信联盟ITU它的无线电信部门就是ITUR,指定一组用于世界标准要求的,它命名为什么呢,IMT-Advanced规范。这个规范里面它集3G与WLAN于一体能够快速地传输数据,高质量的音频、视频、图像等等,而且这个IMT-Advanced它有非常特殊的技术特点,一是基于全IP分组的交换网络,二是低速和静态的传输速度能达到一个G,而且高速的状态下能达到100M,这就是咱们在刚开始使用4G的时候运营商经常打出来的广告,咱们的传输速度100M如何如何,能达到100M,但实际上这个有时候是有点打折扣的,在运营商来说是有点打折扣。但是它也有它的一些特点,包括它不支持传统电路交换的电话业务,而是全互联网协议的通信,在这个节点上就相当于是移动通信和咱们说的光线通信融为一体的这种全互联网业务,而且通信速度快、网络频谱宽、频率效率高、高质量通话、费用便宜等等。大家都说现在3G、4G很贵很贵了,但是的话如果回到N年前,还用2G、3G的时候,其实费用更贵,只不过那时间大家都用不上,现在用上感觉费用贵而已,实际上就是这个道理。

  4G通讯是被描述为相对于3G的下一代通讯网络,但很少有人明确4G的意义,实际上4G的开始阶段也是由众多的技术流的这些厂商推动,ITU来进行一些标准的制定应用的实现,这样一个过程。

  咱们再来看看在4G之后,联通和移动又提出来一个,咱们在手机信号上有时间会发现一个很小的不一样的地方,就是咱们4G信号有时显示4G,但是有时候会显示是4G+,4G+是什么概念,特别是联通,你注意移动也是,它有时间会上面显示4G+,它是一个准4G的概念,准4G概念也就是3.9G,刚才说的有2.5G、有2.75G,这儿呢是3.5G。这个3.5G实际上从LTE端来说的话,它是2008年第四季度推出的,2011年是北美首次商用。它是基于旧的这种技术,网络技术,使用调试技术,提升了网络的容量和速度,实际上跟原来说的几点几,几点几,这种准的这种概念是一样的。同时它是在内容和速度,它这个容量和速度上它有能力提供300M的下载速度和75M上传的速度,从100M提升到300M,速度是相当有改进。

  刚才说到标准,就是4G的标准说的有国际电联提出的LTEAdvanced这个标准,它是一个LTE的增强版本,可以完全向后兼容LTE。同时它可以通过软件升级就可实现峰值速率下行1G,上行500M。但是这个跟大家体验是一样的,它的真实速率未必能达到这个速度,因为它有一个延时损耗的问题。TD-LTE Advanced,这就是刚才我说到的咱们联通做的我国具有自主知识产权的新一代移动通信技术。但是现在从国内商用的情况来看,它完全不是移动FDD-LTE的对手,因为是什么呢,移动的这个技术是怎么说呢,拿市场换技术一个典型,是国外ITU认可通用的,很多国家在用,它的成本也会相对比较低。那么自主知识产权联通这个技术,它在下一步演进时间因为共同推的这个推力,不管是企业还是国家来说都相对少,那么它的成本自然降不下来,所以这个对于咱们国家对于联通也是一个挑战。

  那么说一下咱们自主的这个知识产权TD-LTE,已经成为4G的主流标准,从标准来说的话它现在是一个方向,那么它的标准的里程碑来看呢,比如说在1998年到2000年的时候,特别是2000年5月TD-SCDMA被国际电联批准为3G国际标准,因为它是有演进过程从3G到4G演进过程,它的标准也是演进的,路径发展不一样,它的标准演进的路线也不一样。那么在2005年到2006年提出LTE-TDD的技术方案,2007年到2008年就融合形成TD-LTE的国际标准,2009年到2010年提出LTE-Advanced技术方案,2012年1月的时候被确立为国际的4G标准,但后续的路很长。在IMT-2002上虽然被确定为国际的4G标准,但后续的路确实比较长。

  总结一下从1G到4G,1G大哥大它主要解决的是语音通信的问题,2G它可以支持窄带的分组数据通信,最高的理论速率是236K,少得可怜。3G在2G的基础之上它又发展了诸如像图像、音乐、视频这些高带宽的多媒体通信,而且提高了语音通话的这种安全性和语音通话的清晰度,解决了部分移动通信网络相关的网络高速传输的问题,最高理论速率提高到14.4M。4G是专门,咱们总说4G出来时间,总会听到移动互联网时代,它实际上就是专门为移动互联网设计的通信技术,从网速、容量、稳定性上相比之前的技术都有一个跳跃性的提升,而且传输速度达到100M甚至更高,比如说4G+。


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