移动通信发展历程见解（从1G到5G发展历程）

目录

1、前言

2、1G时代：“大哥大”横行的年代：

3、2G时代：诺基亚崛起时代

4、3G时代：移动多媒体时代

（1）欧洲、日本的WCDMA

（2）北美的CDMA-2000

（3）中国的TD-SCDMA

5、4G时代：移动互联网时代来临

6、5G时代：万物互联时代

6.1 5G接入网组成

6.2 5G承载网

6.2.1 前传（AAU-DU）

6.2.2 中传（DU-CU）和回传（CU以上）

6.3 5G新型多址技术

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1、前言

全球移动通信经过1G、2G和3G三个发展阶段，正从3G向4G演进；

移动互联网和物联网为5G发展提供广阔发展空间

--预测从2XXX年到2YYY年间移动数据流量将以每年XX%的速度增长

--估计到YYYY年为止全球移动终端的数量已达到Z亿

--据预测至YYYY年之前全球物联网设备总数将达到A国总量的X%以上

多址技术

• 为了实现多个用户在同一无线接入网内建立无线信道连接的技术。
• 其主要作用是解决多个用户同时通过同一个基站进行通信时如何区别的问题。在实际应用中，在同一个无线接入网中会存在大量移动终端设备与基站之间的频繁通信需求，在这一过程中必须确保不同基站和移动设备间传输的数据具有明确的标识特征。这些标识特征使得基站能够识别出发送自不同移动设备的信号源；而各个移动设备也能通过接收到的基站发送的数据来确定哪些数据是针对自己的。
• 随着无线通信的发展需求不断增加，在1G至4G时代期间发展出了FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA等多种具体的多址技术手段。当网络中的接入终端数量显著增加时，在保证所有参与通信双方能够正确识别对方身份的同时需要保证各参与方之间传输的数据具有足够的区分度以避免冲突与干扰；这也就意味着这些技术手段需要在确保各参与方之间数据传输独立性的同时保证整个系统运行效率与稳定性的需求得以满足。因此综合来看这类具备高区分度且能有效避免干扰的技术手段被统一归纳为正交多址技术。

2、1G****时代：“大哥大”横行的年代：

标志性的象征1G时代特征的是美国摩托罗拉公司在20世纪90年代初推出的巨无霸手机（即移动手提式电话）。巨无霸手机的诞生则建立在第一代移动通信系统（1G）技术成熟与广泛应用的基础之上。

在1986年 marks the inception of the first generation mobile communication system, known as 1G, in Chicago. It was based on analog signal transmission technology after performing frequency modulation on the electromagnetic waves by converting voice signals onto the carrier electromagnetic waves. The modulated electromagnetic waves carrying information were broadcast into the air and received by communication devices and decoded to retrieve the original voice information from these carrier waves. This process ultimately completed a full telephone call.

劣势： 各国对1G通信标准的规定存在差异性，在这种情况下第一代移动通讯系统无法实现"全球漫游"功能，从而严重影响了1G技术的发展进程。同时该技术由于采用了模拟信号传输方式，在实际应用中其传输能力非常有限，并主要适用于传递语音信息，在通话质量较低、信号传输存在稳定性问题的同时还面临着覆盖区域有限、安全性较低以及容易受到外界干扰等多重挑战。

FDMA**：** 作为一种多址访问技术（orthogonal frequency division multiple access, OFDMA），FDMA通过将总带宽划分为若干个正交的信道来实现多用户共享同一个频道的目标。在无线蜂窝电话通信系统中将总频段划分为30个独立且正交的子频段，在每个子频段内分配给特定用户使用以避免干扰。例如，在无线蜂窝电话通信系统中将总频段划分为30个独立且正交的子频段，在每个子频段内分配给特定用户使用以避免干扰，并确保各子频段之间的信号不会互相干扰并能有效传递信息。每个子频段都能支持语音通话、数据传输以及数字服务等多种功能需求，并通过这种方式实现了更高的效率和更灵活的服务覆盖范围

3、2G****时代：诺基亚崛起时代

不同于1G的是基于数字调制技术。由此可见，在2G时代手机实现了上网功能。尽管数据传输速率仅在9.6至14.4千比特每秒之间（即每秒9.6--14.4kbit），但文字信息得以实现在线传递。这构成了现代移动互联网体系发展的基石。

TDMA**：**时分多址 （Time division multiple access, 缩写 TDMA) 是一种用于共享使用的传输介质的技术。它是为实现无线电领域或网络中的通信而设计的技术。该技术允许多个用户在同一时间段内使用同一频率的不同时间片。

GSM系统网元架构：

完整的一套蜂窝移动通信系统主要由交换网络部分、无线基站部分、终端设备以及维护管理部分构成。

NSS****包括：

MSC: 交换，采集原始通话记录，移动性管理；

HLR: 用来储存本地用户位置信息的数据库；

VLR：用来储存来访用户位置信息的数据库；

EIR: 存储移动台设备（ME)参数的数据库；

AUC：可靠地识别用户身份；

IWF：提供与其它数据网络的链接，数率匹配，协议匹配；

EC: 用于消除PLMN与PSTN通话时，PLMN一侧的回声；

BSS****包括：

BSC: 无线资源的控制与管理；

BTS：无线相关功能的实施者；

XCDR：变码器，完成空中编码与陆地网络变码之间的转换；

MS****包括：

ME： 移动设备（手机）

SIM: SIM卡

OMS****包括：

NMC: 负责移动网络的全局性管理；

OMC: 负责移动网络的区域性管理；

4、3G****时代：移动多媒体时代

得益于采用了更宽广的频率范围3C系统实现了传输性能的重大跨越其稳定性较之2C时代也有明显提升

CDMA**：** 码分多址（CDMA）是一种基于代码分多址原理的技术。该技术的核心原理是通过赋予不同的独特代码来标识各参与通信的不同用户。每个用户都被分配了独特的独特代码作为标识符。所有用户的载波都是同一个频率下的载波，并被施加了基带数字信号和独特的独特编码以实现信息传输。在接收端仅当接收端已知其分配的唯一代码时才能成功解调出对应的基带数据；而其他接收装置由于使用了不同的独特代码无法提取相应的基础层数据。

（1）欧洲、日本的WCDMA

CN指核心网，UTRAN接入网，UE用户设备。

在UTRAN系统中，基站通常被称为Node B节点；而RNC则代表基站控制器（也可称为无线网络控制器）。基站与手机之间的通信端口称为Uu接口（亦称空口）。位于基站与RNC之间的通信端口则称为lub接口；连接着基带站与RNC的则是lu-CS接口；PS-RNC之间的通信端口则 designated为lu-PS 接口。其中CS接口主要用于处理语音相关业务；PS接口则主要承担数据传输的任务。而不同RNC之间切换通信所需的专用接⼝则被称为lur接⼝

（2）北美的****CDMA-2000

（3）中国的****TD-SCDMA

5、4G****时代：移动互联网时代来临

第四代移动通信技术（4G）是在第三代移动通信技术（3G）的基础上逐步演进而形成的。从用户体验的角度来看,其核心区别在于传输速率存在显著差异。相比前一代网络,在传输速率方面实现了质的飞跃,理论上可达的速度是3G网速水平的50倍,实际测速结果普遍显示传输速率大约是前一代水平的10倍,能够提供与家用宽带20M相当甚至更强的速度体验。从而使得4G网络在各项性能指标上都达到了极高的水准,不仅能够流畅地播放高清电影,还能保证大规模数据传输的安全性和稳定性

LTE****网络架构：

eNodeB：它是一种缩略语形式的说法（...），它旨在向用户提供空中接口（air interface）。当这些移动终端设备通过无线介质与该站点建立联系后（也就是我们常说的一个站点），该站点再通过有线介质将其接入至运营商的核心网系统中进行数据传输与处理等操作流程完成。值得注意的是，在整个这个通信系统中仅限于手机与该站点之间的通信环节属于无线网络范畴；而其余部分包括该站点与核心网节点之间的数据传输线路、各站点之间互相的数据传递通道以及核心网内部各组成部分之间的数据传输通道等均采用有线技术进行互联配置与管理等操作流程完成

MME**：** 定义为Mobility Management Entity，在核心网中扮演着关键角色，并包含以下功能

• NAS 信令传输
• 用户鉴权与漫游管理（S6a）
• 移动性管理
• EPS承载管理

SG-W**：** 是Serving Gateway 的缩写，主要负责切换中数据业务的传输。

X2**：** 用户界面遵循GTP-U协议规范设置，并负责实现两个基站之间的通信连接及各站间的数据信息传递。（X2手over等）

在S1连接建立的过程中引入了R^2协议作为基础。其主要功能就是在这一阶段完成信令数据包（RTP/FLTA）的数据传输。具体而言，则主要负责以下几项功能：其一，在E-RAB相关的管理；其二同时支持进行NAS信令包（RTP/FLTA）的数据传输；此外还需处理与用户设备（UE）相关联的数据包（RTP/FLTA）。

**正交频分多址（OFDMA）：**该技术是正交频分多路访问（CDMA）的发展。它通过将信道资源与多个子载波交错分配，并在特定子载波上配置传输数据的技术实现通信功能。该方法整合了正交频分复用（CDMA）与频率分散多址访问（FDMA）的优点，在提高系统容量的同时确保各用户间的通信质量得到保障。

6、5G时代：万物互联时代

6.1 5G接入网组成****

在5G网络中接入网不再是由BBU、RRU以及天线等构成；而是重构为3个功能实体：

• CU （中心单元）
• DU （分布单元）
• AAU （有源天线单元）

CU**：** 原BBU的非实时部分被提取出来并归类为CU以承担处理所有非实时协议及服务的任务

AAU ：BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。

DU ：BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。

6.2 5G 承载网

在5G网络架构中，功能划分与网元下沉的核心目的是为了满足各类应用场景的需求。在讨论接入网时我们提到了前向传输与反向传输的概念这指的是承载网的作用即通过数据传输机制将网络元的信息传递至另一个网络元。

6.2.1前传（AAU-DU）

第一种，光纤直连方式 。

所有AAU和DU均通过光纤进行点对点直接连接组网。其实操作起来并不复杂,但存在的主要问题是光纤资源消耗过多。随着5G基站和载频数量急剧增加的同时,在光纤资源上的需求也在快速增长。因此,在光纤资源较为充足的地区适用此方案是明智的选择。

第二种，无源WDM方式 。

将彩光模块布置在AAU和DU上，并借助无源设备实现WDM功能；通过单根或双根光纤建立多个AAU至DU之间的通信链路。采用无源WDM技术虽然节省了光纤资源但同时也带来了运维难题管理不便以及故障排查困难等挑战。

第三种，有源WDM/OTN方式 。

在位于AAU站点和DU机房的区域部署相应的WDM/OTN设备，在多个位置之间实现了前传信号的共享。相比于无源WDM方案而言，在网络组网上该方案更具灵活性（支持点对点连接以及组环网架构）。而这种配置方式不会导致光纤资源使用量的增加。

6.2.2中传（DU-CU）和回传（CU以上）

第一种，分组增强型OTN+IPRAN

采用分段优化型OTN设备进行中传网络的构建，在回传环节则沿用现有IPRAN架构。

第二种，端到端分组增强型OTN

中传与回传网络全部使用分组增强型OTN设备进行组网。

6.3 5G 新型多址技术

当前主流的多址接入技术主要包括：PNMA作为功率域非正交多路访问方案、华为提出的稀疏码本型多路访问技术、高通公司采用资源扩展型多路访问方案以及中兴集团开发的多用户共享型访问技术。

• 采用多进制传输与压缩感知调制策略实现稀疏码分多址(SCMA)技术。（华为）
• 采用复数矩阵编码与增强型叠加编码实现多用户共享接入(MUSA)技术。（中兴）
• 采用基于非正交特征模式分割的方法实现图样分隔型多址(PDMA)技术。（大唐）
• 基于接收端加权组合原理实现非正交多重访问(NOMA) technically.(日本NTT· DOCOMO)