．淺談人類如何從類比信號走向 5G 網路時代

History of Mobile Communications

來源：爱活网

從電報到5G通訊，實際上是個關於頻譜的故事，100 多年來，如何更有效率的利用頻譜，如何在有限頻譜中，獲得更高的傳輸率，成為無線通訊領域，眾多天才和企業巨頭們持續攻克的目標。電話、電報、電視、網路、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

今天，我們要回歸到我們更為熟悉的領域，為各位揭開短短幾十年中，類比信號到數位信號的通訊轉變，從中也記錄下了人類如何走向 5G 時代的故事。

類比通訊時代：隨地通話的奇妙與哀愁

19 世紀電報的發明，第一次將人類的資訊傳遞速率，提升至每秒 30 萬公里，遠隔七大洲五大洋的各國民族，在巴別通天塔倒下後，終於有了重新交匯的可能。

但誰也不會想到，短短的二十多年後，亞歷山大貝爾在送話筒中，喊出的第一句求助語句，會成為開啓全球通訊革命的起點，有線電話從此應運而生，遠隔千里之外也能讓對話，即時回蕩耳畔。

幾乎就在電話發明的 100 年之後的 1986 年，世界第一套商用行動通訊系統在芝加哥誕生，其採用類比信號傳輸，將介於 300Hz 到 3400Hz 的語音轉換，到高頻的載波頻率 MHz 上，從而實現語音傳輸。

至此，人類正式邁入即時語音通訊的時代，隨時隨地拿出拉風的大哥大，撥打電話成了那個時代的標誌。

然而類比通信的弊端也非常明顯，由於用戶線上傳送的電信號，是隨著用戶聲音大小的變化而變化的，而這個變化的電信號，無論在時間上或是在幅度上都是連續的，因此類比信號對於頻譜的利用率極低，並且容易受到外界干擾，經常會遇到串號或是盜號的問題。

更為重要的是，以當時的技術水平，大哥大所採用的天線技術和類比信號處理技術水平，直接決定了產品的好壞，在厚重電池和長天線的影響下，大哥大醜陋的磚塊外觀，不但不方便攜帶，續航和信號都不容樂觀，用戶常常需要在高處尋找信號。

雖然類比時代的通信需要花費高額的成本，但妙不可言的通話體驗，卻吸引了一大批擁躉，而別著急，GSM 時代即將來臨，他將正式開啓行動通信的 2G 時代!

GSM一統天下：簡訊登上歷史舞台!

GSM 全名為 Global System for Mobile Communications，作為第二代行動通信技術，它最初的開發目的，就是讓全球各地均可以使用同一個行動電話標準，甚至讓用戶手持一部終端，就能在全球任意區域使用。

相比第一代類比信號通信，GSM 的數位通信信號是一種離散的、脈衝有無的組合形式，是負載數位訊息的信號，因此 GSM 系統擁有出色的頻譜利用率，同時每個信道的傳輸頻寬也有所增加。

反映到實際應用中，基於數位傳輸和更高語音編碼的啓用，GSM 時代的信號強度，和通話品質有了突飛猛進的提高，以往拿著手機，到處尋找信號的情況一去不復返。

同時，更高的傳輸頻寬，也首次為手機帶來了數據傳輸能力，雖然它的傳輸速率，最初只有可憐的每秒 9.6-14.4K bit，但卻已經足夠滿足文字傳輸的需求，而這正是簡訊功能實現的基礎。

GSM 標準所引領的 2G 時代，也是全球行動通信標準爭奪戰的開始。在 GSM 普及後，在歐洲以諾基亞和愛立信為首的手機產品，開始攻佔美國和日本市場，它們的售價不僅變得更為低廉，體積更是小到足夠塞入口袋，因此僅僅不到 10 年之後，諾基亞就憑借塞班智慧手機，成為全球最大的手機製造商。

3G 迎來無線浪潮：移動互聯網成為可能

隨著用戶對於行動網路需求的不斷加大，原先緩慢的 GSM 網路已經不足以承載，因此第三代行動通信網路標準的建立，已經箭在弦上，於是乎我們熟知的 WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA 應運而生。

事實上關於 3G 網路的誕生，還有個眾所周知的小故事。1940 年，第二次世界大戰在歐洲戰場打得如火如荼，美國女演員海蒂拉瑪和她的作曲家丈夫，為了幫助美國軍方，製造出能夠抵抗納粹德國電波干擾，以及竊聽的通信技術，首次提出了擴頻以及跳頻技術概念，並在隨後獲得了相關專利。

不過隨著二戰的結束，海蒂拉瑪的研究，逐步失去了軍事意義，但她絕沒有想到，這兩項劃時代意義的技術成果，會成為半個世紀後徹底改變整個世界。

在 1985 年，當時美國一家名不見經傳的小公司，基於擴頻以及跳頻技術，開發出了一項名為 CMDA 的新通訊技術。在 2G 時代，CMDA 被 GSM 標準壓制淪為配角，但它卻間接成為了 3G 技術的基礎原理，後續的三大 3G 標準都受惠於此。而這家當時名不見經傳的小公司，正是如今大名鼎鼎的美國高通公司。

無論是 WCDMA、CDMA200 還是 TD-SCDMA，都以高速數位通訊為賣點，其中 WCDMA 演進的 HSPA +網路，甚至將下行速率提升至 42Mbps，這意味著手機的高速網路時代正式開啓。

不過以現在的眼光來看，HSPA+網路無疑，還不足以滿足人類追求高速的胃口，因此在尋求更快的道路上，人類又往前前進了一大步。

4G 實現融合創新：全球漫遊時代來臨

LTE 的出現，足以令有線連接汗顏，最高 100Mbps 的下載速率比撥號上網快 2000 倍，也令我們以往暢想的高清視訊通話、線上超清視訊播放成為了可能。

但 4G 時代，行動通信所帶來的變化，更在於通信全球化的實現，早在 2G 時代就提出的全球全網通，終於不再是一句空口言，不管是 TDD 還是 FDD 已經不再重要，因為我們終於迎來了一個全球漫遊的時代。

這樣的成果，自然離不開技術標準的演進，以及技術廠商的努力，高通無疑功不可沒。在 4G 時代，以高通驍龍行動平台為硬體基礎，OEM 廠商能夠輕鬆生產出，能夠符合全球電信商 LTE 標準的智慧手機。

比如最新高通驍龍 835 行動平台，內置的 X16 LTE 調制解調器為例，它不僅實現了 LTE-TDD、LTE-FDD、TD-SCDMA、WCDA、GSM、CDMA 在內的全模相容，更通吃全球所有頻段，並提供 VoLTE 高清通話功能。

同時，4G 時代 LTE 作為演進標準，也正迫不及待把我們導向 5G 時代，基於更多載波聚合的實現，如今高通 X16 LTE 調制解調器，以及最新 X20 LTE 調制解調器，已經實現了最高 1Gbps 下行傳輸(X20 LTE為1.2Gbps)。

其中，驍龍 X20 LTE 調制解調器，能做到新的頻段分配方式，主要是因為它對非授權 LTE 頻段的靈活利用——這是一塊支持 LAA 特性(授權輔助通信)的調制解調器，在已有的 5x 載波聚合支持提下，X20 LTE 調制解調器可以允許電信商只調用 10MHz 資源，便可啓動 Gbps 級別的 LTE 服務，而且還繼續擴大了支持頻段的範圍，讓這種資源聚合和分配的靈活性，進一步提升。

對於這種普通用戶而言，4G的普及大幅降低了流量價格，讓手機看視訊，視訊通話稀鬆平常，深刻的改變了我們的生活。

5G 已經上路

人類對於速度的追求永無止盡，4G 時代剛剛抵達千兆速率，但以數千兆速率為目標的 5G 時代也已經上路，高通已經先人一步宣佈了5G NR，並確定將在 2017 年下半年，正式向合作夥伴提供，全球首個支持 5G 標準的 X50 調制解調器，它將採用支持自適應波束成形，和波束追蹤技術的多輸入多輸出(MIMO)天線技術，在非視距(NLOS)環境中實現穩定、持續的行動寬頻通信，最高可以實現驚人的 5Gbps 下行速率。