第1章 5G网络发展概述
1.1 移动通信网络发展概述
移动通信的发展历史可以追溯到19世纪。1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在，1896年马可尼在英国进行的14.4公里通信试验成功，从此世界进入了无线电通信的新时代。现代意义上的移动通信开始于20世纪20年代初期。从1G到4G再到即将来临的5G，通信技术的发展十分迅速，和人类历史一样，通信技术的发展史也是卷帙浩繁、精彩纷呈的。
1.1.1 1G模拟时代
1G即第一代移动通信技术，在美国芝加哥诞生。1G采用频分多址（FDMA）技术和模拟技术，由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能进行区域性的移动通信。
1G通信技术只能用于打电话，不能发短信或上网。同时，1G模拟通信技术有很多的缺陷，如收听效果不稳定、声音质量不佳、保密性不足、无线带宽利用不充分等。1G主要系统为AMPS，该制式在加拿大、南美、澳洲以及部分亚太地区被广泛采用，而中国内地在20世纪80年代初期移动通信产业还是一片空白，直到1987年的广东第六届全运会上，蜂窝移动通信系统才正式启动。
1.1.2 2G数字时代
2G摆脱1G模拟调制技术，实现数字化通信，较上代技术而言主要在声音质量、保密性、系统容量上有重大的改变，同时增加数据传输服务。2G时代主要包含欧洲主导的GSM（Global System for Mobile Communications）系统和美国主导的CDMA（Code Division Multiple Access）系统。
GSM系统采用TDMA多址方式和FDD双工方式，每载频支持8个信道，频率带宽200kHz。GSM的缺陷是容量有限，当用户过载时，就必须建立更多的基站。不过，GSM的优点也比较突出：易于部署，且采用全新的数字信号编码取代原来的模拟信号；支持国际漫游；提供SIM卡，方便用户在更换手机时仍能存储个人资料；能发送160字长度的短信等。
CDMA采用码分多址技术，容量是GSM的10倍以上，并且采用加密技术，提高通话的安全性。相比GSM有通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等显著优势。在数据业务上，CDMA2000 1X RTT与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上1X RTT高于GPRS。但技术上的优势并不能完全决定制式的应用，受限于产业链发展的滞后与高铁专利的集中，CDMA技术的应用远不及GSM来得广泛，这不得不说也是一种遗憾。
1.1.3 3G数据时代
3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，构建在数字数据传输上，被视为是开启移动通信新纪元的关键。
3G主流的三种制式分别是CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。CDMA是第三代移动通信系统的技术基础，以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。ITU对第三代移动通信系统的频率规划为TD-SCDMA使用2110～2170MHz频段；WCDMA使用1900～2025MHz频段；CDMA2000使用2110～2170MHz频段。其中CDMA2000和WCDMA均采用直接序列扩频码分多址、频分双工FDD方式；TD-SCDMA则采用时分双工TDD与FDMA/TDMA/CDMA相结合的方式。
3G能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度。3G在2G的基础上不但提高了语音通话安全性，也解决了移动互联网相关网络和数据高速传输的问题。
1.1.4 4G无线宽带时代
4G是指第四代无线蜂窝电话通信协议，集3G与WLAN于一体，是专为移动互联网而设计的通信技术，从网速、容量、稳定性上相比之前有质的飞跃，传输速率更高。
4G包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但实际上还未达到4G的标准，只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求。TD-LTE和FDD-LTE两种制式分别对应TDD和FDD两种不同的双工模式。TDD为时分双工，上下行在同一频段上按照时间分配交叉进行，可以更好地利用频谱资源，更易于布置；FDD为频分双工，上下行分处不同频段同时进行，数据传输能力更强。虽然名义上4G的这两种制式是由TD-SCDMA和WCDMA演进而来，但实际上4G采用OFDM方式调制下行，SC-OFDM方式调制上行，与3G时代调制方式有天壤之别。
回顾移动通信1G到4G的速率与业务发展变迁（如图1-1所示），每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。1G采用FDMA，即频分多址，只能提供模拟语音业务；2G主要采用TDMA，即时分多址，可提供数字语音、短信和低速数据业务；3G采用CDMA，即码分多址，用户峰值速率达到2Mbit/s至数十Mbit/s，可以支持多媒体数据业务；4G采用OFDMA，即正交频分多址，用户峰值速率可达100Mbit/s，能够支持各种移动宽带数据业务。
图1-1 1G到4G速率与业务发展变迁