移动通信技术的演进与5G的发展

 一、移动通信技术演进：1G/2G/3G/4G/5G

移动通信系统自诞生至今，经过多年发展已经成为连接人类社会的基础信息网络。为了满足人们不断提升的多样化通信需求，移动通信技术从最初的模拟发展为数字，从语音发展为数据，从窄带发展为宽带，从单工发展为全双工，目前已经渗透到了人们生活的各个领域，且不断追求更高性能的脚步从未停止。

图表1：移动通信技术示意图

资料来源：互联网公开资料、北京欧立信调研中心

移动通信技术诞生于20 世纪40 年代，人们仅仅是做一些传播性的测试以及在几个短波频段上初步进行通信尝试，如应用于警车无线调度系统的2MHz 频段。20 世纪60 年代开始出现一些具有拨号、半双工的移动通信系统，但这些系统没有进行复用，抗干扰性差，容量低，因此必须要离较远的距离才能实现通信，且支持的用户非常有限，通信信号质量也很不好。直到20 世纪70 年代，贝尔实验室对蜂窝通信进行了详实的验证，自此移动通信才进入到快速发展的阶段。

20 世纪80 年代，第一代移动通信(简称1G)诞生在美国，主要系统为AMPS，此外还有北欧的NMT 及英国的TACS，1G 采用的技术使频分多址(FDMA)，只能提供模拟语音业务，典型的终端就是当年的“大哥大”。

20 世纪90年代开始的2G 是数字技术的革命，也是各国争夺通信标准的开始，具有多种不同的系统标准，如GSM，IS-95CDMA 和TDMA 等，其中GSM(全球移动系统)是使用最为普遍的一种标准，能够支持语音和低速率的数据通信，保密性和通信质量也有所提升。

3G 也称作IMT-2000，始于20 世纪90 年代末，工作在2000MHz 频段，主要特点是高速率(2Mbps-50Mbps)、高频谱利用率、高服务质量、低成本和高保密性等，3G 三种国际标准分别是：WCDMA(欧洲标准)，CDMA2000(美国标准)和TD-SCDMA(中国标准)以及新加入这一阵营的802.16e(IEEE 标准)。

2010 年出现的4G 技术，也称为IMT-Advanced，包括TD-LTE 和FDD-LTE两种制式以及IEEE 的8021.6m，是以正交频分多址(OFDMA)技术为核心，用户峰值速率可达100Mbps 至1Gbps，能够支持各种类型移动多媒体业务。

5G 将具有更高的速率、更宽的带宽，具有更高的可靠性，更低的时延，不仅能满足人与人的连接，同时也能够满足人与物、物与物的连接，广泛应用于各个场景下人们生活的方方面面以及有效满足医疗、工业、交通等垂直行业的信息化服务的需要，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。

图表 2：移动通信技术演进过程

二、5G 的概念：标志性能力指标和一组关键技术

我们回顾移动通信的发展历程，可以将每一代移动通信系统都通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。5G 关键能力比以前几代移动通信所蕴含的内容更加丰富，用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为5G 的关键性能指标。然而，与以往只强调峰值速率的情况不同，业界普遍认为用户体验速率是5G 最重要的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受最密切的性能指标。基于5G 主要场景的技术需求，5G 用户体验速率应达到Gbps 量级。

面对多样化场景的极端差异化性能需求，5G 很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。此外，当前无线技术创新也呈现多元化发展趋势，除了新型多址技术之外，大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型网络架构等也被认为是5G 主要技术方向，均能够在5G 主要技术场景中发挥关键作用。

综合5G 关键能力与核心技术，5G 概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中标志性能力指标为“Gbps 用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。