IM开发者的零基础通信技术入门(五)：1G到5G30年移动通信技术演进史

　　本系列文章尽量使用最浅显易懂的文字、图片来组织内容，力求通信技术零基础的人群也能看懂。但个人建议，至少稍微了解过网络通信方面的知识后再看，会更有收获。如果您大学学习过《计算机网络》这门课，那么一定不要错过本系列文章。

　　作为即时通讯（IM、消息推送等应用场景）相关技术的开发者人员来说，似乎了解跨专业的通信技术（这是大学通信工程专业类学生的学习内容），有点过于深入和底层了，因为一般来说熟练掌握逻辑层的TCP\IP相关协议、网络编程相关的应用技术就差不多能胜任这方面的本职工作了。

　　没错，确实是这样。但在开发IM、推送这类应用系统时，尤其在移动网络下，各种弱网问题，让人非常痛苦。

　　你说这些都是网络问题，APP代码无能为力。那么，你倒是讲讲到底是什么样的网络问题？能把人讲信服了，就可以甩锅给网络，不然只能是APP代码背锅了。现实吧！

　　所以，我们还是老老实实花点功夫来研究研究通信技术吧（通信技术直面的是网络通信物理层），至少遇到问题，不说给别人，至少给自已找到一个说的过去的解释。这才是一个优秀程序员的修养！

　　网上能找到的通信技术资料都太过专业或太不专业，要么都是搞网络工程方面的内行人编写的（内容专业但很枯燥难懂），要么就是外行的IT开发人员写的（很少见，且价值不大，因为不够专业，所以内容并不准确，参考价值很有限）。

　　既能让外行的普通程序员看懂，还能准确地讲明白通信技术知识，这样的资料简直比找金矿还难。因为普通程序员能接触到的网络编程、网络通信方面的资料多针对数据通信的逻辑层（比如：tcpip、socket等知识范畴），而通信技术涉及的是数据通信的物理层（交换机、路由器、天线、网络制式等），某种意义上来说，这是完全不同的技术方向。

　　即时通讯网之前已经整理过《移动端IM开发者必读(一)：通俗易懂，理解移动网络的“弱”和“慢”》、《移动端IM开发者必读(二)：史上最全移动弱网络优化方法总结》、《现代移动端网络短连接的优化手段总结：请求速度、弱网适应、安全保障》这几篇初涉通信层的文章，但都因技术广度和深度有限，能带给读者的帮助比较局限。如果您看过这几篇文章，那么一定不要错过本次的《IM开发者的零基础通信技术入门》系列文章。

　　另外，如果您对最基本的程序员本该掌握的网络编程知识都还不怎么了解的话，建议首先阅读《网络编程懒人入门系列文章》、《脑残式网络编程入门系列》，以及更高深一点的《不为人知的网络编程系列文章》。

　　▲ 史上最高颜值科学杂志封面，人物为 “CDMA之母”——海蒂·拉玛（一个被演艺事业耽误的科学女神）

　　曾经的移动通信设备商，有阿尔卡特、爱立信、华为、LG、朗讯、摩托罗拉、北电、 诺基亚、富士通、西门子、NEC、 三星、中兴….十多家巨头林立，如今只剩下华为、爱立信、诺基亚和中兴四大主流玩家，那些曾经伟大的公司从辉煌到陨落都经历了什么？

　　如今，美国的移动通信设备商几乎全军覆灭，在云和端（芯片）上具有绝对优势的美国已失去对“管”的绝对掌控，他们在焦虑什么？

　　所谓蜂窝网络，就是将网络划分为若干个相邻的小区，整体形状酷似蜂窝，以实现频率复用，提升系统容量。

　　蜂窝网络概念解决了公共移动通信系统的大容量需求与有限的频率资源之间的冲突，并随着上世纪80年代集成电路、微处理器、计算机等技术的迅速发展，随后，世界各地移动通信网络如雨后春笋般不断涌现。

　　在模拟通信时代，摩托罗拉无论在移动通信领域还是处理器上，都是市场先锋，更在1989年被选为世界上最具前瞻力的公司之一。

　　1G时代，以AMPS和TACS为代表的模拟移动通信系统取得了巨大成功，但由于采用落后的模拟和频分复用（FDMA）技术，存在容量有限、系统太多、系统不兼容、通话质量差、易被、设备昂贵、无法全球漫游等众多缺点。

　　如上所述，以AMPS和TACS为代表1G时代几乎被美国垄断，也意味着美国掌握了标准话语权和产业主动权。

　　进入2G时代，欧洲不甘落后于美国，考虑到欧盟国家太小，单打独斗难以与美国抗衡，于是吸取了1G时代各自为政的失败教训，于是欧盟联合起来成立了GSM，以快速形成规模向全球推广，在2G时代占据主导优势。

　　1G采用FDMA技术，一个用户在通话时占用一个信道。TDMA则可实现在单个信道内服务多个用户的能力，它将无线个用户得轮流使用，从而提升了容量。

　　不过，随后美国高通宣布他们有更好的办法可实现让多个用户同时共享频道，且能让运营商建更少的基站。

　　CDMA，即码分多址，它通过不同的扩频码来实现多用户在同一时间同一频率上共享。从技术上讲，CDMA比TDMA更具优势。

　　但早期的CDMA并不成熟，直到1995年高通好不容易将CDMA技术催熟之时，GSM早已在欧洲规模投资，且建立了国际漫游标准，迅速在全球扩散。

　　德国是第一个推出GSM网络的国家，法国、英国、意大利、西班牙等其他欧洲国家迅速跟进。到上世纪90年代中期，欧洲主要国家的GSM渗透率已达80%。

　　而此时，美国大概是还沉浸在辉煌的1G模拟时代里不能自拔，美国联邦通信委员会甚至要求必须保证1G网络的运行年限，直到2003年才设定了AMPS的关闭时限——2008年2月18日。同时，美国国内在2G制式选择上也不统一，直到后来高通主导的CDMA成为2G标准，但为时已晚，欧洲GSM标准迅速蔓延全球，远远把美国抛在身后。

　　2G时代，欧洲GSM快速领先，促进了欧洲无线产业的崛起，也为欧洲带来了显著的经济利益。诺基亚和爱立信是首当其冲的受益者，在2G时代飞速发展成为全球领先的通信设备商和手机厂商。1993年，爱立信占全球数字蜂窝设备市场的60％，诺基亚一跃成为全球第二大手机供应商。2000年，诺基亚的出口额占芬兰商品和服务总额的24％。

　　这也间接影响了摩托罗拉的竞争力，当数字移动电话渐渐取代模拟移动电话之时，摩托罗拉同样错估了模拟手机的寿命，也错过了2G数字时代。

　　1997年，摩托罗拉终于走下神坛，其全球移动电线年辉煌的摩托罗拉终于被来自欧洲的诺基亚击垮。5、3G通信时代：鼎足三分

　　3G与2G的主要区别在于支持高速的数据传输。3G技术要实现全球漫游的图片、音乐、视频等多媒体信息服务，包括可通过手机实现浏览网站、电话会议和电子商务等，且需考虑与2G有良好的兼容性。

　　随后，3GPP小心翼翼地参考CDMA技术，以尽量绕过高通的专利，开发出了原理类似的WCDMA。

　　2G时代的落后，自然也拖了美国迈进3G时代的后腿。不过，进入3G时代，欧洲也未能将2G优势持续下去，却让日本抢了先。

　　进入3G时代，由于欧洲运营商在3G无线频谱拍卖上花费了巨资，加之3G业务用例前景不明朗，欧洲运营商在建设3G网络时，担心巨额投资收不回成本，一直犹豫不决。而此时日本抓住了从2G语音向3G数据时代演进的机遇。1999年，日本运营商NTT DOCOMO推出了基于2.5G网络的i-mode模式获得了巨大成功，证实了3G商业模式的可行性，刺激了日本运营商对3G的投资热情。

　　i-mode是全球首个以运营商为中心的生态系统，有点类似于苹果iOS，i-mode与各大网站合作，用户通过手机上的i-mode按键即可享受收发邮件、浏览新闻、听音乐、网上购物等上网服务。

　　在i-mode成功模式的带动之下，从2001年10月起，在短短一年的时间里，日本推出了三张3G网络。2007年，日本的3G渗透率迅速达到50%，而德国的3G渗透率只有12%，美国的3G渗透率仅为3.5%。i-mode模式拉动了日本移动市场长达10年的强劲增长。

　　WiMax采用OFDM+MIMO技术，解决了多径干扰，提升了频谱效率，大幅地增加系统吞吐量及传送距离。今天的4G LTE也采用了这两大关键技术。

　　LTE的全称叫Long Term Evolution，即长期演进，我不知道当时为何取这样的名字，但今天看来，仿佛是3GPP在向WiMax联盟隔空喊话：喂，兄弟，我们是长期演进的哦，你行不？

　　2G实现从1G的模拟时代走向数字时代，3G实现从2G语音时代走向数据时代，4G实现IP化，数据速率大幅提升。

　　5G最大的改变就是实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信，实现万物互联，推动社会发展

　　速率方面：从4G的100Mbps为单位，5G可高达10Gps，比 4G 快达100倍，轻松看3D影片或4K电影；

　　容量与能耗方面：为了物联网(IoT)、智慧家庭等应用，5G网络将能容纳更多设备连接、同时维持低功耗的续航能力；

　　5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，意味着采用更高的频段，建设更多的基站，并引入Massive MIMO等关键技术。

　　低时延和大规模物联网连接，意味着网络能提供多样化的服务，这就需要网络更加灵活和分布，从而需要基于NFV/SDN向软件化/云化转型，用IT的方式重构网络，实现网络切片。

　　而虚拟化打通了开源平台，让更多的第三方和合作伙伴参与进来，从而在已运行多年的成熟的电信网络上激发更多的创新和价值。

　　回顾移动通信的发展史，从生态规模来看，美国在1G时代领先，但从2G到3G，美国整整落后了两个时代，4G赶超机会本来渺茫，但随着智能手机的横空出世，美国迎来了弯道超车的转折点。

　　2G时代崛起的诺基亚和爱立信不过都是人口不到1000万的小国，所以才有了欧盟联合推出GSM，而如今中国不仅拥有领先的设备商，还有全球规模最庞大的移动网络、最大的市场和最丰富的移动互联网服务，体量之大，若在5G时代首先激发出创新生态，并像4G时代的iOS和安卓一样迅速扩散全球，形成规模经济，美国是绝对不愿意看到的。

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