1.1 移动通信技术发展史

通信是将信息从一个实体或群组传递到另一个实体或群组的行为。人类进行通信的历史很悠久，在远古时代，人们通过辅助的物体或简单的图画来表述和传递信息。另外，手势也是一种重要的信息交流方式。随着生产力的提高，人类文明也在不断进步，同时也推动了信息通信技术的进步。文字的出现是信息技术的一大变革，使人们能够方便地进行信息的表述、传递和存储。在古代社会，“烽火”和“驿站”是两种有代表性的信息传递方式。现代社会在工业革命的驱动下，出现了大量新型的有线通信和无线通信技术，例如电话、电报、无线电通信、广播、雷达、电视、计算机通信、卫星通信、光纤通信、水下通信、海上通信等通信方式。

自20世纪80年代以来，移动通信系统发生了翻天覆地的变化，大约每10年就会产生新一代通信技术。而移动网络主要业务的普及和新频段的成熟应用通常需要经历两代，即一般经过20年才能成熟。每一代无线接入网和核心网都采用了新技术、新设计原则和新架构，其能力较前一代有显著提升。

现代移动通信技术的发展经历了五代。

1G是模拟蜂窝移动通信系统，出现于20世纪70年代中期至80年代中期。其典型代表是美国的高级移动电话系统（Advanced Mobile Phone System，AMPS）和后来的改进型全接入通信系统（Total Access Communication System，TACS），以及北欧移动电话（Nordic Mobile Telephony，NMT）和日本电报电话（Nippon Telegraph and Telephone，NTT）等。

第二代移动通信系统（The 2nd Generation Mobile Communication System，2G）主要有全球移动通信系统（Global System for Mobile communication，GSM）、IS-95 码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、数字式高级移动电话系统（Digital Advanced Mobile Phone System，D-AMPS）和个人数字蜂窝电话（Personal Digital Cellular，PDC）等。我国运营的第二代移动通信系统主要以GSM和CDMA为主。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后，不仅改善了语音通话质量，提高了保密性，防止并机盗打，还能为移动用户提供国际漫游功能。

第三代移动通信系统（The 3rd Generation Mobile Communication System，3G），是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并实现了全球无缝覆盖、全球漫游。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）于1985年提出，当时被称为未来公众陆地移动电信系统（Future Public Land Mobile Telecommunication System，FPLMTS），1996年更名为国际移动电信2000（International Mobile Telecommunication-2000，IMT-2000），其容量是第二代移动通信系统的2~5倍。最具代表性的3G系统，有美国提出的CDMA 2000、欧洲提出的宽带码分多址和中国提出的时分同步码分多路访问（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）。

整体来看，2G和3G网络的主要驱动力来自以语音为主的移动用户，随着手机渗透率和语音业务的使用率趋于饱和，这种依赖用户数的商业模式增长乏力。

第四代移动通信系统（The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G），包括时分长期演进（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）和频分双工长期演进（Frequency Division Duplexing Long Term Evolution，FDD-LTE）两种制式。严格意义上来讲，LTE只是3.9G技术，虽然被宣传为4G标准，但还未达到4G标准。只有升级版的LTE Advanced才满足ITU对4G的要求。4G能够灵活利用频谱，在不同的带宽、不同的频段下工作；支持3GPP和非3GPP多种无线接入方式，上下行速率和有线网络不相上下，且同时拥有固网所缺乏的移动性优势；支持大带宽、低时延、灵活漫游，下载速率超过100Mbit/s；可以在任何地方宽带接入互联网，能够提供定位定时、数据采集、远程控制、高清视频等丰富的综合应用，是集成多功能的宽带移动通信系统。

从3G到4G，数据业务迅猛发展，移动宽带成为4G的主导业务，过去10年，移动通信的重大进步对人们的生活方式产生了深远的影响。此时，4G网络运营商的收入主要依靠流量而非用户数，人均流量的增长驱动了业务的增长。

得益于4G技术能力的进步，面向移动端的应用创新不断涌现，彻底改变了我们的日常生活。在我国，从现金支付到线上支付的转变就是一大力证。如今，在线支付手段早已成为大众喜闻乐见的支付方式。不管是购买日常百货，还是缴纳停车费，人们不需要携带现金就可以轻松完成支付。社交媒体的兴起，使任何人都可以随时通过智能手机向他人分享图片和视频。社交媒体已然成为一个新闻载体，加速了信息的传播。

随着越来越多的高速率、大带宽应用不断涌现，这种创新趋势在5G网络中得以延续。

5G与2G、3G、4G不同，并不是一种单一的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有4G后向演进技术集成后的解决方案的总称。从某种意义上说，5G是一个真正意义上的融合网络。5G融合了软件定义网络（Software Defined Network，SDN）、网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）、超密集组网（Ultra-Dense Network，UDN）、自组织网络（Self Organizing Network，SON）、设备到设备（Device to Device，D2D）、大规模多路输入输出（massive Multiple Input Multiple Output，mMIMO）、毫米波、多连接等技术，实现了峰值速率、用户体验数据速率、频谱效率、移动性管理、连接数密度、网络能效等关键能力的全面提升。5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴。5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和比特成本降低到百分之一以下，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。ITU为5G定义了3种主要场景：一是增强型移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB），大带宽，广覆盖；二是大连接物联网（massive Machine-Type Communication，mMTC），低功耗，大连接；三是超可靠低时延通信（ultra-Reliable and Low-Latency Communication，uRLLC），低时延，高可靠。