一、从1G到5G，移动通信技术的进化史

在当代，移动通信技术的发展瞬息万变。早在19世纪80年代，意大利无线电工程师马可尼便发明了无线电通信技术，使信息的传输摆脱了对导线的依赖。而现代移动通信技术的真正兴起则源自20世纪80年代的美国，此时第一代移动通信技术（1G）发展起来，从此以后，移动通信技术经历了突飞猛进的发展。

时至今日，移动通信技术经历了从1G到5G的技术更迭（见图2-1），每一次移动通信技术的变革，都会给人们的生产和生活带来极大影响，并成为推动社会发展的重要力量。

（一）1G：模拟通信技术时代

1G是第一代移动通信技术，被称为模拟通信技术时代，它是以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统，传输速率约2.4kbit/s。

1986年，第一代移动通信系统在美国芝加哥诞生，它采用模拟信号传输，将电磁波进行频率调制后，再将介于300Hz到3400Hz的语音信号转换到高频载波电磁波上，承载信息的电磁波被发射到空间后，由接收设备接收，并从载波电磁波上还原语音信息，从而完成一次通话。第一代移动通信技术以模拟调频、频分多址为主体，包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统和无绳电话，主要向用户提供模拟话音业务。

虽然1G的兴起开创了移动通信技术史上的里程碑，但在这一阶段，各个国家的通信标准并不一致且互不兼容。例如，丹麦、瑞典、挪威、芬兰、冰岛、瑞士、荷兰、俄罗斯等国家主要采用“北欧移动电话系统”（NMT），美国和澳大利亚采用的是“高级移动电话系统”（AMPS），英国则采用“全接入通信系统”（TACS），中国当时采用的也是TACS系统。由于1G没有统一的通信标准，因此不能实现“全球漫游”，这成为阻碍1G发展的主要原因。

在1G时代，最大的赢家莫过于美国摩托罗拉公司。1973年4月3日，摩托罗拉公司前高管马丁·库帕（Martin Cooper）打通了史上第一个移动电话，他所使用的这部电话最多可以通话十分钟。在此基础上。经过10年的研究与调试，1983年6月，世界上第一款商用手机摩托罗拉DynaTAC 8000x问世，它重约0.9千克，最长通话时间半小时，销售价格为3995美元，是最贵重的“砖头”手机（见图2-2）。这款手机的面世引发了一场轰动全球的通信革命。

1987年，广东省为了迎接第六届全国运动会的到来建立了中国首个移动通信网络，这标志着1G在中国正式起航。同年，摩托罗拉在北京设立了办事处，推出摩托罗拉3200（见图2-3），也就是人们俗称的“大哥大”，这种身躯庞大的移动电话，体型厚实、笨重，重量都在0.5千克以上，但其功能非常有限，仅支持打电话，而且通话质量不够清晰、稳定，信号覆盖范围也不够广，经常出现掉线、串号、盗号等情况。即便如此，大哥大在当时依然受到了人们的青睐，公开售价达到了20000元，入网使用还需再花费上千元，远远超出了一般人的消费水平，因此在当时手持大哥大成了人们身份、地位和财富的象征。

总体而言，1G时代的移动通信技术呈现出六个特征（见图2-4）。

虽然第一代移动通信技术存在诸多缺陷，但是第一代移动通信技术的兴起叩响了人类通信技术创新的大门，移动通信技术以1G为开端迅速发展起来。

（二）2G：数字传输技术的开始

由于1G模拟通信技术存在种种缺陷，人们开始着手研发新型移动通信技术。20世纪80年代后期，随着大规模集成电路、微处理器与数字信号的应用愈加成熟，当时的移动运营商逐渐将目光投向了数字传输技术，研制出第二代移动通信技术（2G），移动通信进入2G时代。

第二代移动通信技术以数字语音传输技术为核心。与1G相比，2G的传输速率有所提高，系统的容量也有所增加，其不仅支持语音通话功能，还增加了短信业务。除此之外，2G还能为用户提供低速上网等数据服务。

从2G时代起，各国开始了移动通信标准的争夺，当时主要有两种网络制式标准：一种是最终被大规模使用的全球移动通信系统，即GSM（Global System for Mobile Communication），它起源于欧洲，经爱立信、诺基亚等公司推广到全球；另一种是cdmaOne系统，它起源于美国，在美国、加拿大和亚洲一些国家（地区）的应用较广泛。GSM和cdmaOne系统的特点如表2-1所示。由于cdmaOne起步较晚，加之美国资源被分散，GSM成为当时主流的移动通信标准。

与此同时，手机的形态也开始多样化（见图2-5）。中国在移动通信技术上也有了很大突破，发售了第一款GSM手机（爱立信GH337）；摩托罗拉公司也推出第一款翻盖手机（摩托罗拉8900），由于其体积小、轻便耐用，深受女性的青睐，引领了当时的手机时尚；诺基亚于1998年发售第一款内置“贪吃蛇”游戏的手机——诺基亚变色龙6110。此后，滑盖、直板、超薄等一系列样式的手机层出不穷，手机已逐渐成为人们与外界联系的重要工具。

在2G时代，数字传输取代了模拟传输，数字网络时代开启。移动通信技术的成熟和进步带来了通信质量的提升。与1G时代相比，2G时代的通信技术具备频率资源利用率高、接口开放、通信设备功能强大等优点，在系统容量方面也有了质的飞跃。同时，电话通信具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定。手机上网在2G时代也成了现实，虽然网络不稳定，网络速度极慢（9.6～14.4kbit/s），但文字信息的传输由此开始，这为随后移动互联网的发展打下了坚实基础。

（三）3G：高速IP数据网络时代

随着社会的进步，人们对数据传输速度提出了更高的要求，同时人们也产生了传输图片和视频的需求，这些促使人们加快了科技创新的步伐，第三代移动通信技术（3G）应运而生。

第三代移动通信技术是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。由3G开始，互联网技术开始得到充分利用，各种数据包括音频、视频、多媒体文件等能够通过移动互联网高速传输，用户可以享受网页浏览、电话会议、电子商务等多种服务。与2G相比，3G最大的优势是高速的数据下载能力。在3G发展之初，系统可支持2Mbit/s的信息传输速度。之后随着3G系统的不断演进，信息传输速度可达10Mbit/s，而且由于采用更宽的频带，信息传输的稳定性也大大提高。

在经过详细的技术评估、研究分析及大量的协调和融合工作之后，2000年5月，国际电信联盟正式公布第三代移动通信标准。第三代移动通信标准主要有三种，即WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，其各自的特点如表2-2所示。在这三个3G通信标准中，WCDMA较成熟、市场占有率高。

从这一阶段开始，手机不再只是接收信息的工具，更是产生大量信息的平台。手机行业在这个时代产生了不可思议的逆转，通信市场群雄并立，呈现出一片生机勃勃的景象。全球各大手机生产商逐渐形成自己的风格，手机的薄厚、音质、像素成了各大手机生产商竞争的焦点，音乐手机（见图2-6）、拍照手机等成为3G时代的特色。

苹果在MP3市场取得巨大成功后，于2007年发布iPhone手机（见图2-7），其操作系统iOS登上了历史舞台。iPhone手机将iTunes Music Store（音乐商店）、Safari（浏览器）、E-mail（电子邮件）、Camera（照相机）等应用皆以图形化的方式呈现在简洁的手机屏幕上，并去掉了手机上的操作键盘，只设置了一个Home键。手机采用多点触控屏幕技术，用户只需要点击Home键，并用手指滑动手机屏幕即可操作手机。iPhone手机的出现颠覆了当时的手机市场，iPhone手机凭借鲜明的特色与强大的功能占领了手机市场的半壁江山，移动通信设备进入到全新的时代。

在苹果推出iOS系统之后，谷歌推出了安卓（Android）系统，该系统为第三方开发商提供宽泛、自由的开发环境，使第三方开发商创造出了更丰富、更实用、更新颖的手机软件，良好的用户体验和开放性的设计让Android OS很快打入了智能手机市场。

在3G时代，移动互联网与智能手机的结合进一步缩短了人与人之间的距离，手机业务不再局限于个人通话以及文字信息传输，而是逐渐增加了处理图像、网页浏览、电子商务等服务，QQ、微博等一系列过去在PC端才能使用的工具在手机上也能使用。

（四）4G：全面数字化时代

随着数据通信技术的发展与多媒体业务需求的增多，第四代移动通信技术（4G）开始兴起并迅速覆盖人们生产与生活的方方面面，移动通信进入全面数字化时代。

4G拥有超高的网络数据传输速度，能够让用户实现以100Mbit/s的速度下载信息，上传信息的速度也能达到20Mbit/s。4G改进并增强了3G的空中接口技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。4G可以在没有数字用户线路（DSL）和有线电视调制解调器覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。

目前，4G是正在被世界各国（地区）普遍采用的一代移动通信技术，4G网络的全球覆盖率广且终端数量庞大。与前三代移动通信技术相比，4G拥有更快的传输速度、更宽的网络频谱、更好兼容性、更高的通信质量等一系列优点。目前国际主流的4G标准分为TD-LTE和FDD-LTE两种。在全球范围内，采用FDD-LTE标准建网的运营商居多，中国联通、中国电信则倾向于采用TD-LTE和FDD-LTE融合的组网方式（以后者为主）。

如今，4G网络已经像水、电一样成为人们生活中不可缺少的基本资源，4G手机也已经成为人们生活中不可或缺的工具。4G手机不仅具备通话、上网功能，还具备了娱乐、支付等新功能。

在4G时代，各大手机生产商在品牌建设、技术积累、市场影响力等方面实现了快速发展。随着用户需求的不断变化，手机行业也不断细分，以满足用户的多样化需求。例如，手机生产商顺应游戏市场的蓬勃发展推出的游戏手机，得到了广大手游玩家的认可。图2-8所示为4G时代各大手机生产商生产的手机。

（五）5G：万物互联时代

通信技术的演变与升级潜移默化地影响着人们的生活。网络直播、4K视频、虚拟现实技术的兴起对网络的传输提出了更高的要求，大带宽、低时延、广覆盖的第五代移动通信技术（5G）应时而生。

2019年6月6日，中国电信股份有限公司（简称中国电信）、中国移动通信集团有限公司（简称中国移动）、中国联合网络通信集团有限公司（简称中国联通）、中国广播电视网络有限公司（简称中国广电）获发5G牌照，标志着中国进入5G元年。5G将以全新网络架构，开启万物互联的新时代，成为全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施。

5G以高数据传输速率、低时延、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接为性能目标，通过打造跨行业的融合生态，赋能各行各业，以提升全社会数字化发展水平。

5G能够把人与人、人与物、物与物有机地联系起来，让万物互联成为可能，实现信息的交互、资源的共享。随着5G在系统、芯片、终端等产业链逐步达到商用水平，新一代移动通信技术将撬动世界的发展。汽车自动驾驶、AR/VR，以及智慧城市、智慧工厂等领域都将因5G超强的连接和传输能力而获得更大发展。

对于大多数用户而言，手机是体验5G最直接的终端设备。在5G网络部署伊始，5G手机就已经显现出百花齐放的态势了，众多国内手机生产商已经开始进行5G相关产品预热。截止到2019年7月，中国已经有8款5G手机获得了“中国强制性产品认证”（China Compulsory Certification，3C认证）。华为凭借强大的自主研发实力，抢占了第一款5G商用手机的风头。除了华为，其他手机生产商也摩拳擦掌等待着加入5G手机的竞争中，图2-9所示为2019年华为和中兴发布的5G手机。在未来，随着5G商用规模的不断扩大，还会催生出新的智能终端设备，如可穿戴设备、VR/AR一体机等。