編者按：智能移動終端的應用一直受到無線通信帶寬的限制，直到4G的到來，這一狀況才得到徹底改觀。與2G和3G相比，4G網絡的速度得到了飛一般的提升，在4G網絡下，人們不再擔心網速會影響到應用體驗，相反，卻開始擔心如此高速的帶寬會不會造成數據流量賬單的驚人開銷。

2013年12月4日，工信部正式向移動運營商發放TD-LTE制式4G業務經營許可牌照，中國移動、中國電信和中國聯通均獲得了TD-LTE牌照。2015年2月27日，工信部再次向移動運營商發布LTE-FDD制式4G牌照，中國聯通、中國電信獲得此牌照，國內移動通信網絡全面向4G過渡。網絡制式的改變，也促使硬件產品向4G靠攏，短短幾年，手機用戶基本上全面進入4G時代。此次，主持人和嘉賓將分兩期與大家探討4G和移動通信相關的技術話題。

4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像且圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。4G的靜態傳輸速率達到1Gbps，在高速移動狀態下也可以達到100Mbps，這個速度已經不亞于百兆的有線局域網了。

為了了解4G技術的發展歷程，我們需要回顧一下移動通信的發展簡史。

● 追根溯源——移動通信的起源

移動通信的最早實驗，可能要追溯到1897年，意大利人馬可尼在相距18海里的固定站與拖船之間進行了一項無線電通信實驗，實現了在英吉利海峽行駛的船只之間保持持續的通信。這一成功可以看作是移動通信誕生的標志，從此拉開了移動通信輝煌發展的序幕。

但是受到微電子技術和調制編碼技術發展的限制，移動通信在早期并沒有能夠形成氣候。直到1978年，美國貝爾實驗室研制成功先進移動電話系統（AMPS），建成了蜂窩狀移動通信系統，移動通信才進入第一個發展階段。

第一代移動通信系統（1G）就是蜂窩狀網絡系統，采用蜂窩結構組網，基于模擬傳輸，使用模擬語音調制技術，速率約2.4Kbps。小區制的蜂窩網實現了頻率復用，大大提高了系統容量。典型代表是美國的AMPS（ Mobile Phone System，先進移動電話系統）和后來英國的改進型系統TACS（Total Access System，全球接入通信系統）、日本的HAMTS（汽車移動電話系統）、加拿大的MTS（Mobile System，移動電話系統），以及北歐的NMT（Nordic Mobile ，北歐移動電話）和日本的NTT（Nippon & ，日本電報電話公司）等。1987年11月，國內第一個模擬蜂窩移動電話系統在廣東省建成并投入商用。

1G系統是雙工的基于頻分多址（ Access，FDMA）的模擬系統，在商業上取得了巨大的成功，但是也暴露出很多缺陷，如業務量小、質量差、速度低、無漫游、安全性差、設備成本高、體積量大等。傳說中的“大哥大”就是這一時期的產品（如圖1）。

在這一時期，還有種通信產品——BP機（Beeper），也就是尋呼機（如下頁圖2）。尋呼機又叫傳呼機、Call機，是無線尋呼系統中的被叫用戶接收機，由超外差接收機、解碼器、控制和顯示等部分組成。尋呼機從基站發射的尋呼信號和干擾中選擇出所需接收的有用信號，恢復成原來尋呼本機的基帶信號，并產生音響（或振動）和顯示數字（或字母、漢字）消息。

尋呼機有人工匯接和自動匯接兩種方式，對應的尋呼臺稱為人工尋呼臺和自動尋呼臺。人工尋呼臺需要人工操作把信息編碼經過發射機發出信號，自動尋呼臺則能根據來電的線路號自動查出尋呼人的電話號碼并同時發送出去。從終端顯示上，尋呼機又分為數字尋呼機和中文尋呼機，后者能直接顯示漢字。

1983年，上海開通國內第一家尋呼臺，BP機進入中國。BP機只能接收無線電信號，不能發送信號，所以是單方向的移動通信工具，這也決定它只是一種過渡產品。十幾年后，BP機逐漸退出市場。

● 循序漸進——移動通信的演進

為了解決1G模擬系統中存在的根本性技術缺陷，以GSM為代表的數字移動通信技術發展起來，這就是第二代移動通信系統（2G）。

與1G模擬的頻分多址技術不同，2G采用的是數字的時分多址（TDMA）技術和碼分多址（CDMA）技術，當時主要有歐洲的GSM和美國的CDMA 兩種體制。

GSM最初是指“泛歐移動通信組織”（Group Special Mobile），它于1983年開發出了第一個數字蜂窩網絡標準，其縮寫也是GSM（Global for Mobile ，全球移動通信系統）。GSM基于時分多址（Time Access，TDMA）方式，標準體制較為完善，技術相對成熟，絕大多數國家使用的是這一標準。在美國和日本，CDMA是主要的2G移動通信技術。國內于1995年開通了GSM數字電話網，2002年開通了CDMA網絡并投入商用。這就造成了2G時代我們使用的手機有GSM手機和CDMA手機之別。

第二代移動通信的最大特點是數字化，主要業務是語音，包括數字化話音業務及低速數據業務。它克服了模擬移動通信系統的弱點，提高了頻譜利用率、話音質量和保密性能，并可進行省內、省際自動漫游。但由于2G有兩種不同的制式，標準不統一，無法進行全球漫游。另外，2G的通信帶寬有限，限制了數據業務的應用，無法實現高速傳輸的多媒體業務。

為了解決低速率問題，又出現了2.5G的移動通信系統，如GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業務），作為GSM的演進版本。同期的GSM演進版本還有2.75G的EDGE（ Data rate for GSM ，演進的增強數據速率）技術，讓使用900MHz、1800MHz、1900MHz頻段的網絡提供第三代移動通信網絡的部分功能。

GPRS和EDGE的數據傳送速率可達到115/384Kbps，從而使GSM功能初步具備了支持多媒體業務的能力，可以發送圖片、彩信、收發電子郵件等。

1985年，國際電信聯盟（ITU）提出了第三代移動通信的目標——移動寬帶多媒體通信。1996年，3G標準IMT-2000（ Mobile -2000）誕生，表明該系統工作在2000MHz頻段，最高業務速率可達，預期在2000年左右得到商用。

1999年，在ITU第18次會議上最終通過了IMT-2000無線接口技術規范建議，基本確立了第三代移動通信的三種主流標準，即歐洲和日本提出的寬帶碼分多址（WCDMA），美國提出的多載波碼分復用擴頻調制（），中國提出的時分同步碼分多址接入（TD-SCDMA）。這樣一來，CDMA技術就成為第三代移動通信的核心技術。只不過，WCDMA和 采用的是頻分雙工FDD方式，TD-SCDMA采用的是時分雙工TDD方式。

在2G時代，還有一種特殊的通信終端——小靈通（如圖3），1998年進入中國。小靈通即無線市話（ Handy-phone System，PHS），是一種個人手持式無線電話系統，工作在1900-1920MHz頻段，采用微蜂窩技術，將用戶終端（即無線市話手機）以無線方式接入本地電話網，使傳統意義上的固定電話不再固定在某個位置，可在無線網絡覆蓋范圍內自由移動使用，隨時隨地接聽、撥打本地和國內、國際電話，是市話的有效延伸和補充。

為了確保TD-SCDMA頻率的正常使用，避免對TD-SCDMA使用產生有害干擾，2009年，中國政府主管部門明確要求1900-1920MHz頻段無線接入系統在2011年底前完成清頻退網工作，其所用頻率無條件收回。于是小靈通于2011年底宣告終結，徹底退出歷史舞臺。

2G系統通常采用TDMA和電路交換技術，而3G系統主要采用CDMA和分組交換技術。第三代移動通信的最大特點是移動終端智能化，這時候的手機產品已全面走向智能手機。

技術的發展還遠沒有結束，移動通信的技術演進還在繼續。實際上，后面我們常?？吹降目s寫“LTE”就是“長期演進”（Long Term ）的意思。這一思想由3GPP（3rd Project，第三代合作伙伴計劃）和3GPP2（3rd ，第三代合作伙伴計劃2）提出并啟動，作為3G技術長期演進的路線，以促使3G技術不斷演進、完善和創新，進一步向B3G（超3G）、4G、B4G（超4G）及5G演進（如圖4）。

● 化蛹成蝶——走進4G時代

移動通信發展到現在，完全可以用“迅猛”一詞來形容。不知不覺中，家庭固話已全部被手機取代，功能機也絕大部分被智能取代，2G、3G也即將被4G取代。

2003年，ITU對4G的關鍵性指標進行定義，確定了4G的傳輸速率為1Gbps。2005年，在ITU-R WP8F第17次會議上，ITU給B3G（超3G）技術一個正式的名稱——IMT-。2007年，ITU給4G分配了新的頻譜資源。

2008年ITU開始公開征集4G標準，有三種方案成為4G的標準備選方案，分別是3GPP的LTE（長期演進）、3GPP2的UMB（超移動寬帶）以及IEEE的移動WiMAX（寬帶無線技術）。LTE、UMB和移動WiMAX都采用OFDM（正交頻分復用）和MIMO（多路輸入輸出）技術以提供更高的頻譜利用率，但最被業界看好的是LTE。

2012年1月，LTE-和802.16m技術規范通過了ITU-R 的審議，正式被確立為IMT-（也稱4G）國際標準。LTE包括TD-LTE（時分雙工）和LTE-FDD（頻分雙工）兩種制式，其中我國引領TD-LTE的發展，主導制定的TD-LTE-同時成為IMT-的國際標準。

2013年12月，工信部正式發放TD-LTE的4G牌照，中國4G時代徐徐開啟。不過，中國聯通和中國電信更希望獲得LTE-FDD牌照，因為它們的網絡升級到LTE-FDD更方便，而要升級到TD-LTE則比較麻煩。所以獲得TD-LTE牌照后聯通和電信并沒有大的動作，而主導TD-LTE制式的中國移動則趁機發力，全面鋪開4G網絡建設（如圖5）。

2014年，工信部正式向中國電信、中國聯通兩大運營商頒發TD-LTE/FDDLTE混合組網試商用經營許可，兩家分別獲許在多個城市展開試點。

2015年，工信部正式向運營商發布LTE-FDD制式4G牌照，中國聯通、中國電信終于獲得期待已久的此牌照。至此，中國移動擁有TD-LTE制式4G牌照，中國聯通和中國電信擁有TD-LTE和LTE-FDD制式4G牌照，國內4G網絡建設和運行如火如荼。

● 五光十色——移動4G應用

4G普及的結果，就是網速提升和資費下降，各種各樣的應用難免會進行屏幕爭奪大戰。

1.可視電話和視頻通話

4G的高速率為多媒體數據的實時傳輸提供了可能，可視電話也就成為4G應用的特色功能和時尚體驗。利用4G運營商提供的高速網絡，我們還可以在其他軟件中實現視頻通話，如QQ、微信等即時通訊軟件都已支持視頻通話甚至多方視頻通話，實現更直接的溝通。

2.高清視頻

4G網絡帶寬的提升，也使得高清視頻的傳輸得以順利進行。視頻客戶端提供的720P、1080P分辨率的高清視頻對手機來說不再是擺設。在手機高速處理器和流媒體編碼技術的支持下，4G網絡下在手機上觀看4K視頻也不無可能。目前優酷、愛奇藝、樂視、搜狐都已在移動客戶端上推出了超清視頻，以滿足用戶對視頻效果的進一步要求。

3.手機直播

個人網絡直播的流行，在4G誕生后已開始向手機直播轉移。一部智能手機加上4G網絡，就可以隨時隨地進行現場直播，既可以通過自己的視角對新聞事件進行記錄和評論，也可以在攝像頭下充分展示自我的演講和表演才能。

4.手機監控

較高的4G帶寬既然可以實時傳輸視頻流，那么通過手機來實時查看網絡攝像頭和監控探頭也就不在話下。只要是支持網絡的數字監控，能在PC上查看的，也能在手機上查看了。這真是一機在手，隨時監控。

5.遠程協作

PC上的遠程控制給我們帶來了極大的便利，特別是在遠程指導時，手把手的操作指導勝過千言萬語。現在，這種遠程協作方式也完全可以移植到手機上了。在高速網絡的支持下，手機上的遠程操作可以讓我們通過手機上的相關應用來遠程控制電腦，或者在電腦或手機上遠程控制手機。這種方式還能作為多屏互動或者屏幕投射的一種來運用，從而給我們帶來更多新的體驗。

6.3D手游

以前受限于處理器處理能力和網絡帶寬而只能在PC上進行的3D游戲，如今也大量出現在手機上。內容豐富的多種形式的手游吸引了各個年齡階段的玩家，成為手機應用的又一特色。

7.高速熱點

利用4G終端設備分享無線連接熱點，可以讓多人充分利用4G的帶寬。除了手機，還有專用的4G路由器也能實現這一功能。

8.云端應用

無論是云端數據共享和同步還是云端游戲和應用，這種大數據量的傳輸和交互，都可以在手機上實現了，只因為有你——4G。

9.3D導航

位置服務一直是智能手機的標配，3D導航無非是增加了數據的傳輸量。用數據網絡來輔助GPS進行定位和導航已成為通用做法。

10.智能家居

手機作為智能家居的控制中心，在3G時代就已經實現。經過4G的網速提速之后，智能家居的應用就更得心應手了。

此外，在4G高速網絡的支持下，各種新的應用也層出不窮，如物聯網、自動駕駛等，未來還會出現更多新穎的應用。實際上，它們也許與4G無關，但一定跟網絡有關。

● 分久必合——移動運營商格局

目前在國內移動通信市場上，基本上是三分天下，中國移動、中國聯通、中國電信，各自發展自己的業務。進入4G之后，它們的4G網絡和制式又各不相同。這也是由于多年來移動運營商的合并和重組造成的結果。

1949年11月，郵電部成立，統一管理全國郵政和電信事業。1969年郵電部被拆分為郵政總局和電信總局，1973年又恢復為郵電部。

1994年7月，電子部聯合鐵道部、電力部以及廣電部成立了中國聯合通信有限公司，開展GSM網絡運營，但主要還是經營尋呼業務。

1998年，郵電部被拆分為郵政局和信息產業部，郵政與電信分家。

2000年4月，移動業務從電信業務中分離出來，成立中國移動，隨后中國電信亦成立。

2000年12月，鐵通公司成立，中國電信取消初裝費。

2001年，中國聯通開始在中國部署CDMA網絡（簡稱C網）。

2002年12月，中國衛通成立。

2002年5月16日，中國電信和中國網通南北分家。

2008年5月，中國電信收購中國聯通CDMA網，并將C網規劃為未來主要發展方向。中國聯通與中國網通合并，中國衛通的基礎電信業務并入中國電信，鐵通并入中國移動。重組完成后發放3G牌照，中國電信業三足鼎立格局正式形成。

在2G時代，國內移動通信市場格局為移動（GSM）、聯通（GSM）、電信（CDMA）三分天下，但移動一家獨大；在3G時代，CDMA是核心技術，工信部決定由中國移動來推動TD-SCDMA發展，但這樣的好事對中國移動來說卻有些尷尬，多種原因造成它并沒有很好地推動3G，并造成實際上縮小了聯通、電信與自己的差距。而中國聯通和中國電信憑借相對成熟的WCDMA網絡和網絡在3G領域追上了中國移動。尤其是對于中國電信來說，其原有的CDMA網絡只需簡單升級即可支持3G，于是中國電信趁機拋出了鋪天蓋地的天翼手機，在3G時代獨領風騷。

然而在4G牌照發放時，國家政策卻絕對有利于中國移動的發展。工信部首先發放了TD-LTE的4G牌照，這正是中國移動主導的制式，而在一年后才發放LTE-FDD的4G牌照。因為TD-LTE采用時分技術，可以節省寶貴的頻譜資源，數據擁堵的缺陷在建設初期也不會出現；而LTE-FDD采用頻分技術，會消耗大量的頻譜資源。

這個策略應該是沒有問題的，在中國聯通和中國電信苦等LTE-FDD牌照的一年里，中國移動則在4G領域突飛猛進，一路高歌，收復了在3G時代的失地，更加穩固了其龍頭老大的地位。

● 夢幻之旅——展望5G通信

如果說4G（第四代移動通信）是以數據傳輸速率見長的話，那么5G（第五代移動通信）的先進則表現在它的萬物互聯上。

NGMN組織（Next Mobile ）這樣描述5G：5G是一個端到端的生態系統，它將打造一個全移動和全連接的社會。它主要包括三個方面：生態、客戶和商業模式。

2/3/4G時代主要局限于接入網和隨之演進的核心網，更多聚焦于技術，而5G放眼的是系統構架，不僅會實現從未有過的軟硬件分離，還將引入云化和虛擬化技術（如下頁圖6）。

2016年11月，在烏鎮舉辦的第三屆世界互聯網大會上，美國高通公司帶來了可以實現“萬物互聯”的5G技術原型。高通研發的LTE Pro技術不僅能大幅增強移動寬帶的性能和效率，還能擴展LTE使其符合當今和未來不斷增長的連接需求，包括非授權頻段、終端到終端通信、物聯網等，不僅引入了支持發展互聯汽車、智能城市、智能家庭和可穿戴設備的新技術，還推出了為移動網絡和技術帶來更多商機的新型服務。參考論文

2017年2月9日，國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo（如圖7）。3GPP向ITU承諾，2020年要提交5G技術文檔，確保2020年前5G標準正式批準生效。華為計劃在2018年與合作伙伴建設5G試驗網，2019年完成5G互操作測試，并于2020年率先實現5G商用。

2017年6月8日，國際移動通信標準組織3GPP正式確認，將采用中國移動牽頭聯合26家公司提出的SBA架構（Service-Based ，基于服務的網絡架構）為5G網絡統一的基礎架構。

5G網絡的傳輸速率將會是4G的100倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，毫秒級的端到端延遲，視頻傳輸將會變得更加逼真。依托于5G的高速大流量，虛擬現實將會有長足的發展。虛擬會議、移動辦公，都只是5G網絡應用場景的冰山一角，5G超高速無處不在的網絡的更大意義在于萬物聯網，以及無處不在的數據收集和處理。

5G時代，信號無處不在，連接也無處不在，在傳感器的配合下，利用5G網絡實現數據交互，勢必會出現新的商業模式和新的生態系統，我們且靜待這一天的到來。

參考資料；