第1章

5G概述

       过去40年，世界见证了四代移动通信系统的发展。

       第一代移动通信始于1980年左右，使用的是模拟传输，主要技术有北美制定的AMPS（Advanced Mobile Phone System，高级移动电话系统）、北欧国家的公共电话网络运营商（当时由政府控制）联合制定的NMT（Nordic Mobile Telephony，北欧移动电话），以及在英国等地使用的TACS（Total Access Communication System，全接入通信系统）。基于第一代技术的移动通信系统只限于提供语音服务，不过，这是历史上移动电话首次可供普通民众使用。

       第二代移动通信出现于20世纪90年代早期，其特点是在无线链路上引入了数字传输。虽然其目标服务仍然是语音，但是数字传输使得第二代移动通信系统也能提供有限的数据服务。最初存在几种不同的第二代技术，包括由许多欧盟国家联合制定的GSM（Global System for Mobile communication，全球移动通信系统）、D-AMPS（Digital AMPS，数字高级移动电话系统）、由日本提出并且仅在日本使用的PDC（Personal Digital Cellular，个人数字蜂窝），以及稍后发展出来的基于CDMA的IS-95技术。随着时间的推移，GSM从欧洲扩展到世界，并逐渐成为第二代技术中的绝对主导。正是由于GSM的成功，第二代系统把移动电话从一个小众用品变成了一个世界上大多数人使用的、成为生活必需品一部分的通信工具。即使在今天，尽管第三代和第四代技术已经问世，在世界的许多地方GSM仍然起着主要作用，在某些情况下甚至是唯一可用的移动通信技术。

       第三代移动通信，通常称为3G，出现于2000年初期。3G是朝着高质量移动宽带迈出的真正一步，尤其是借助于称为3G演进的HSPA（High Speed Packet Access，高速数据包接入）[21]技术，无线互联网的快速接入成为可能。此外，相对于早期的基于频分双工（Frequency-Division Duplex，FDD）对称频谱的移动通信技术（即网络到终端和终端到网络的链路各自使用不同的频谱，见第7章），3G首次引入了非对称频谱的移动通信技术，它基于由中国主推的基于时分双工（Time Division Duplex，TDD）的TD-SCDMA技术。

      从过去的几年到现在，作为主导的是以LTE技术[28]为代表的第四代移动通信。在HSPA的基础之上，LTE提供更高的效率和增强的移动宽带体验，即终端用户的数据速率更高。这有赖于能提供更大传输带宽的基于OFDM的传输技术以及更先进的多天线技术。此外，相对于3G支持一种特殊的非对称频谱工作的无线接入技术（TD-SCDMA），LTE支持在一个通用的无线接入技术之中实现FDD和TDD工作，即对称和非对称频谱的工作。这样，LTE就实现了一个全球统一的移动通信技术，适用于对称和非对称频谱以及所有移动网络运营商。在第4章里，我们还会详细讨论LTE的演进是如何把移动通信网络的范围扩展到非授权频谱的。

       图1-1展示了移动通信系统的发展史。

图1-1　移动通信发展史

1.1　3GPP和移动通信的标准化

       移动通信成功的关键是存在被许多国家认可的技术规范和标准。这些规范和标准保证了不同厂家生产的终端和设备的可部署性和互操作性，以及终端在全球范围内的可用性。

       正如之前提到的，第一代NMT技术就是由多个国家共同制定的，使得终端及其签约使用在这几个北欧国家范围内都能有效工作。接下来的GSM移动通信技术规范和标准的制定也由欧洲的许多国家共同完成。相关工作在CEPT进行，CEPT后来改名为ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准组织）。所以从一开始，GSM终端及签约服务就能在很多国家正常工作，涵盖了大量的潜在用户。这个巨大的共同市场对终端有极大的需求，催生了五花八门的手机品牌，大大降低了终端的价格。

       不过，随着3G技术规范，特别是WCDMA的制定，迈出了制定真正的全球性移动通信标准的脚步。一开始，3G技术标准的制定工作也基于区域分别在欧洲（ETSI）、北美（TIA，T1P1）、日本（ARIB）等地进行。然而，GSM的成功已经表明技术覆盖广度的重要性，特别是终端的通用性和成本方面。而且越来越清楚的是，虽然不同的地区性标准化组织都在分别进行自己的工作，但是研究的技术具有很多相似性。特别是欧洲和日本，都在研究不同的，但非常类似的WCDMA（Wideband CDMA，宽带CDMA）技术。

       最终，在1998年，各个区域性标准化组织走到一起，成立了3GPP（Third-Generation Partnership Project，第三代合作伙伴项目），其目标是基于WCDMA来完成3G技术规范的制定。稍后，一个平行的组织（3GPP2）也成立了，其任务是制定3G技术的替代技术——cdma2000，作为第二代IS-95的演进。这两个有着各自3G技术（WCDMA和cdma2000）的组织（3GPP和3GPP2）随后共存了许多年。不过，随着时间的推移，3GPP完全占据主导，并且进一步延伸到4G和5G技术的制定，尽管名字还是保持为3GPP。今天，3GPP是世界上制定移动通信技术规范的唯一重要组织。