303
二戰(zhàn)期間，摩托羅拉的 SCR 系列步話機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上屢建功勛，向全世界展示了無線通話的神奇魅力，也激起了人們將其應(yīng)用于民用市場(chǎng)的渴望。
SCR-300
戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，1946 年，美國(guó) AT&T 公司將無線收發(fā)機(jī)與公共交換電話網(wǎng)（PSTN）相連，正式推出了面向民用的 MTS（Mobile Telephone Service）移動(dòng)電話服務(wù)。
在 MTS 中，如果用戶想要撥打電話，必須先手動(dòng)搜索一個(gè)未使用的無線頻道，然后先與運(yùn)營(yíng)商接線員進(jìn)行通話，請(qǐng)求對(duì)方通過 PSTN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行二次接續(xù)。
整個(gè)通話采用半雙工的方式，也就是說，同一時(shí)間只能有一方說話。說話時(shí)，用戶必須按下電話上的“push-to-talk（按下通話）”開關(guān)。
MTS 的計(jì)費(fèi)方式也十分原始。接線員會(huì)全程旁聽雙方之間的通話，并在通話結(jié)束后手動(dòng)計(jì)算費(fèi)用，確認(rèn)賬單。
盡管 MTS 現(xiàn)在看來非常另類，但它確實(shí)是有史以來人類第一套商用移動(dòng)電話系統(tǒng)。
等等！不是說移動(dòng)電話發(fā)明于 70 年代嘛？怎么 40 年代就有了？
大家別慌，MTS 所指的 Mobile Telephone（移動(dòng)電話），并不是手機(jī)，而是 Mobile Vehicle Telephone（移動(dòng)車載電話）。更準(zhǔn)確來說，是車載半雙工手動(dòng)對(duì)講機(jī)。
MTS 系統(tǒng)（1946 年）
以當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)和電池技術(shù)，是不可能發(fā)明出手機(jī)的。能造出車載電話，就已經(jīng)非常不錯(cuò)了。
汽車后備箱里龐大的信號(hào)收發(fā)裝置
當(dāng)時(shí)的“基站”也非常龐大，有點(diǎn)像廣播電視塔，一座城市只有一個(gè)，位于市中心，覆蓋方圓 40 公里，功率極高。
1947 年 12 月，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員 Douglas H. Ring（道格拉斯·H·瑞因），率先提出了“cellular（蜂窩）”的構(gòu)想。
他認(rèn)為，與其一味地提升信號(hào)發(fā)射功率，不如限制信號(hào)傳輸的范圍，將信號(hào)控制在一個(gè)有限的區(qū)域（小區(qū)）內(nèi)。
這樣一來，不同的小區(qū)可以使用相同的頻率，互不影響，提升系統(tǒng)容量。
道格拉斯當(dāng)時(shí)的論文，標(biāo)題為“移動(dòng)電話——廣域覆蓋”
蜂窩通信的設(shè)想雖然很好，但是，同樣受限于當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)（尤其是切換技術(shù)），無法實(shí)現(xiàn)。貝爾實(shí)驗(yàn)室只能將其束之高閣。
到了 50 年代，陸續(xù)有更多的國(guó)家開始建設(shè)車載電話網(wǎng)絡(luò)。例如，1952 年，西德（聯(lián)邦德國(guó)）推出的 A-Netz。
1961 年，蘇聯(lián)工程師列昂尼德·庫(kù)普里亞諾維奇（Leonid Kupriyanovich）發(fā)明了ЛК-1 型移動(dòng)電話，同樣是安裝在汽車上使用的。后來，蘇聯(lián)推出了 Altai 汽車電話系統(tǒng)，覆蓋了本國(guó) 30 多個(gè)城市。
列昂尼德和他的ЛК-1 型便攜移動(dòng)電話
1969 年，美國(guó)推出了改進(jìn)型的 MTS 車載電話系統(tǒng)，稱為 IMTS（improved MTS）。
IMTS 支持全雙工、自動(dòng)撥號(hào)和自動(dòng)頻道搜索，可以提供了 11 個(gè)頻道（后來為 12 個(gè)），相比 MTS 有了質(zhì)的飛躍。
IMTS 移動(dòng)電話（摩托羅拉）
1971 年，芬蘭推出了公共移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò) ARP（Auto Radio Puhelin，puhelin 是芬蘭語(yǔ)電話的意思），工作在 150MHz 頻段，仍然是手動(dòng)切換，主要為汽車電話服務(wù)。
不管是 Altai，還是 IMTS 或 ARP，后來都被稱為“0G”或“Pre-1G（準(zhǔn) 1G）”移動(dòng)通信技術(shù)。
1G
進(jìn)入 70 年代后，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，手機(jī)的誕生條件終于成熟。
1973 年，摩托羅拉的工程師馬丁·庫(kù)珀（Martin Cooper）和約翰·米切爾（John F.Mitchell）終于書寫了歷史，發(fā)明了世界上第一款真正意義上的手機(jī)（手持式個(gè)人移動(dòng)電話）。
馬丁·庫(kù)珀（右）和約翰·米切爾（左）
這款手機(jī)被命名為 DynaTAC（Dynamic Adaptive Total Area Coverage），高度 22cm，重量 1.28kg，可以持續(xù)通話 20 分鐘，擁有一根醒目的天線。
第一代 DynaTAC
1974 年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了部分無線電頻譜，用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)。然而，試驗(yàn)一直拖到 1977 年才正式開始。
當(dāng)時(shí)參與試驗(yàn)的，是 AT&T 和摩托羅拉這兩個(gè)死對(duì)頭。
AT&T 在 1964 年被美國(guó)國(guó)會(huì)“剝奪”了衛(wèi)星通信商業(yè)使用權(quán)。無奈之下，他們?cè)谪悹枌?shí)驗(yàn)室組建了移動(dòng)通信部門，尋找新的機(jī)會(huì)。
1964–1974 年期間，貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種叫作 HCMTS（大容量移動(dòng)式電話系統(tǒng)）的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)的信令和話音信道均采用 30kHz 帶寬的 FM 調(diào)制，信令速率為 10kbps。
由于當(dāng)時(shí)并沒有無線移動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化組織，AT&T 公司就給 HCMTS 制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)。后來，電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）將這個(gè)系統(tǒng)命名為暫定標(biāo)準(zhǔn) 3(Interim Standard 3，IS-3)。
1976 年，HCMTS 換了一個(gè)新名字——AMPS（Advanced Mobile Phone Service，先進(jìn)移動(dòng)電話服務(wù)）。
AT&T 就是采用 AMPS 技術(shù)，在芝加哥和紐瓦克進(jìn)行 FCC 的試驗(yàn)。
再來看看摩托羅拉。
在早期的時(shí)候，摩托羅拉搞了一個(gè) RCCs（無線電公共載波）技術(shù)，賺了不少錢。所以，他們一直極力反對(duì) FCC 給蜂窩通信發(fā)放頻譜，以免影響自己的 RCCs 市場(chǎng)。但與此同時(shí)，他們也在拼命研發(fā)蜂窩通信技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。這才有了前面 DynaTAC 的誕生。
FCC 發(fā)放頻譜后，摩托羅拉基于 DynaTAC，在華盛頓進(jìn)行試驗(yàn)。
就在他們還在慢悠悠地進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，別的國(guó)家已經(jīng)捷足先登了。
1979 年，日本電報(bào)電話公司（Nippon Telegraph and Telephone，NTT）在東京大都會(huì)地區(qū)推出了世界首個(gè)商用自動(dòng)化蜂窩通信系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)后來被認(rèn)為是全球第一個(gè) 1G 商用網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)擁有 88 個(gè)基站，支持不同小區(qū)站點(diǎn)之間的全自動(dòng)呼叫切換，不需要人工干預(yù)。
系統(tǒng)采用 FDMA 技術(shù)，信道帶寬 25KHz，處于 800MHz 頻段，雙工信道總數(shù)為 600 個(gè)。
兩年后，1981 年，北歐國(guó)家挪威和瑞典建立了歐洲的首個(gè) 1G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)——NMT（ Nordic Mobile Telephones，北歐移動(dòng)電話）。不久后，丹麥和芬蘭也加入了他們。NMT 成為全球第一個(gè)具有國(guó)際漫游功能的移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)。
再后來，沙特阿拉伯、俄羅斯和其它一些波羅的海和亞洲國(guó)家也引入了 NMT。
NMT 電話（愛立信制造）
1983 年，后知后覺的美國(guó)終于想起來要搞自己的 1G 商用網(wǎng)絡(luò)。
1983 年 9 月，摩托羅拉發(fā)布了全球第一部商用手機(jī)——DynaTAC 8000X，重量 1kg，可以持續(xù)通話 30 分鐘，充滿電需要 10 小時(shí)，售價(jià)卻高達(dá) 3995 美元。
DynaTAC 8000X
1983 年 10 月 13 日，Americitech 移動(dòng)通信公司（來自 AT&T）基于 AMPS 技術(shù)，在芝加哥推出了全美第一張 1G 網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)時(shí)的第一個(gè)用戶，Dave Meilhan
這張網(wǎng)絡(luò)既可以使用車載電話，也可以使用 DynaTAC 8000X。
FCC 在 800MHz 頻段為 AMPS 分配了 40MHz 帶寬。借助這些帶寬，AMPS 承載了 666 個(gè)雙工信道，單個(gè)上行或下行信道的帶寬為 30KHz。后來，F(xiàn)CC 又追加分配了 10MHz 帶寬。因此，AMPS 的雙工信道總數(shù)變?yōu)?832 個(gè)。
商用第一年，Americitech 賣出了大約 1200 部 DynaTAC 8000X 手機(jī)，累積了 20 萬(wàn)用戶。五年后，用戶數(shù)變成 200 萬(wàn)。
迅猛增長(zhǎng)的用戶數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 AMPS 網(wǎng)絡(luò)的承受能力。后來，為了提升容量，摩托羅拉推出的窄帶版 AMPS 技術(shù)，即 NAMPS。它將現(xiàn)有的 30KHz 語(yǔ)音信道分成三個(gè) 10KHz 信道（信道總數(shù)變成 2496 個(gè)），以此節(jié)約頻譜，擴(kuò)充容量。
除了 NMT 和 AMPS 之外，另一個(gè)被廣泛應(yīng)用的 1G 標(biāo)準(zhǔn)是 TACS（Total Access Communication Systems），首發(fā)于英國(guó)。
1983 年 2 月，英國(guó)政府宣布，BT（英國(guó)電信）和 Racal Millicom（沃達(dá)豐的前身）這兩家公司將以 AMPS 技術(shù)為基礎(chǔ)，建設(shè) TACS 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。
1985 年 1 月 1 日，沃達(dá)豐正式推出 TACS 服務(wù)（從愛立信買的設(shè)備），當(dāng)時(shí)只有 10 個(gè)基站，覆蓋整個(gè)倫敦地區(qū)。
TACS 的單個(gè)信道帶寬是 25KHz，上行使用 890-905MHz，下行 935-950MHz，一共有 600 個(gè)信道用于傳輸語(yǔ)音和控制信號(hào)。
TACS 系統(tǒng)主要是由摩托羅拉開發(fā)出來的，實(shí)際上是 AMPS 系統(tǒng)的修改版本。兩者之間除了頻段、頻道間隔、頻偏和信令速率不同，其它完全一致。
和北歐的 NMT 相比，TACS 的性能特點(diǎn)有明顯的區(qū)別。NMT 適合北歐國(guó)家（斯堪的納維亞半島）人口稀少的農(nóng)村環(huán)境，采用的是 450MHz（后來改成 800MHz）的頻率，小區(qū)范圍更大，
而 TACS 的優(yōu)勢(shì)是容量，而非覆蓋距離。TACS 系統(tǒng)發(fā)射機(jī)功率較小，適合英國(guó)這樣人口密度高、城市面積大的國(guó)家。
隨著用戶數(shù)量的增加，后來 TACS 補(bǔ)充了一些頻段（10MHz），變成 ETACS（Extended TACS）。日本 NTT 在 TACS 基礎(chǔ)上，搞出了 JTACS。
值得一提的是，1987 年中國(guó)在廣州建設(shè)的第一個(gè)移動(dòng)通信基站，采用的就是 TACS 技術(shù)，合作廠商是摩托羅拉。
中國(guó)第一個(gè)基站（廣州）
除了 AMPS，TACS 和 NMT 之外，1G 技術(shù)還包括德國(guó)的 C-Netz、法國(guó)的 Radiocom 2000 和意大利的 RTMI 等。這些百花齊放的技術(shù)，宣告了移動(dòng)通信時(shí)代的到來。（事實(shí)上，當(dāng)時(shí)并沒有 1G 這樣的叫法，只是 2G 技術(shù)出現(xiàn)后，才把它們稱為 1G，以作區(qū)分。）
2G
1982 年，歐洲郵電管理委員會(huì)成立了“移動(dòng)專家組”，專門負(fù)責(zé)通信標(biāo)準(zhǔn)的研究。
這個(gè)“移動(dòng)專家組”，法語(yǔ)縮寫是 GroupeSpécialMobile，后來這一縮寫的含義被改為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”（Global System for Mobile communications），也就是大名鼎鼎的 GSM。
GSM 的成立宗旨，是要建立一個(gè)新的泛歐標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)泛歐公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)。他們提出了高效利用頻譜、低成本系統(tǒng)、手持終端和全球漫游等要求。
隨后幾年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）完成了 GSM 900MHz 和 1800MHz（DCS）的規(guī)范制定。
1991 年，芬蘭的 Radiolinja 公司（現(xiàn)為 ELISA Oyj 的一部分）在 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，推出了全球首個(gè) 2G 網(wǎng)絡(luò)。
眾所周知，2G 采用數(shù)字技術(shù)取代 1G 的模擬技術(shù)，通話質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅提升，更加安全可靠，設(shè)備能耗也大幅下降。
除了 GSM 之外，另一個(gè)廣為人知的 2G 標(biāo)準(zhǔn)就是美國(guó)高通公司推出的 CDMA。準(zhǔn)確來說，是 IS-95 或 cdmaOne。
IS-95 有兩個(gè)版本，分別是 IS-95A 和 IS-95B。前者可以支持高達(dá) 14.4kbps 的峰值數(shù)據(jù)速率，而后者則達(dá)到 115kbps。
除了 IS-95 之外，美國(guó)還搞出過 IS-54（North America TDMA Digital Cellular）和 IS-136（1996 年）。
其實(shí)，2G 并不是只有 GSM 和 CDMA。
美國(guó)蜂窩電話工業(yè)協(xié)會(huì)（Cellular Telephone Industries Association）基于 AMPS 技術(shù)搞出了一個(gè)數(shù)字版的 AMPS，叫做 D-AMPS（Digit-AMPS），其實(shí)也算是 2G 標(biāo)準(zhǔn)。1990 年，日本推出的 PDC（Personal Digital Cellular），也屬于 2G 標(biāo)準(zhǔn)。
2.5G
20 世紀(jì)末，隨著互聯(lián)網(wǎng)的大爆發(fā)，人們對(duì)移動(dòng)上網(wǎng)提出了強(qiáng)烈的需求。于是，GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務(wù)）開始出現(xiàn)。
我們可以把 GPRS 看作是 GSM 的一個(gè)“插件”。在 GPRS 的幫助下，網(wǎng)絡(luò)可以提供最高 114Kbps 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率。
GPRS 最早在 1993 年提出，1997 年出臺(tái)了第一階段的協(xié)議。它的出現(xiàn)，是蜂窩通信歷史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。因?yàn)樗馕吨鴶?shù)據(jù)業(yè)務(wù)開始崛起，成為移動(dòng)通信的主要發(fā)展方向。
2.75G
GPRS 技術(shù)推出之后，電信運(yùn)營(yíng)商還搞出了速率更快的技術(shù)，名字叫做 Enhanced Data-rates for GSM Evolution（GSM 演進(jìn)的增強(qiáng)速率），也就是很多人可能比較熟悉的 EDGE。
手機(jī)信號(hào)邊上經(jīng)常看到的 E，就是 EDGE
EDGE 最大的特點(diǎn)就是在不替換設(shè)備的情況下，可以提供兩倍于 GPRS 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率。因?yàn)榈玫搅瞬糠诌\(yùn)營(yíng)商的青睞。世界上首個(gè) EDGE 網(wǎng)絡(luò)，是美國(guó) AT&T 公司于 2003 年在自家 GSM 網(wǎng)絡(luò)上部署的。
3G
1996 年，歐洲成立 UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）論壇，專注于協(xié)調(diào)歐洲 3G 的標(biāo)準(zhǔn)研究。以諾基亞、愛立信、阿爾卡特為代表的歐洲陣營(yíng)，清楚地認(rèn)識(shí)到 CDMA 的優(yōu)勢(shì)，于是，開發(fā)出了原理相類似的 W-CDMA 系統(tǒng)。
之所以叫做 W-CDMA（Wide-CDMA），是因?yàn)樗男诺缼掃_(dá)到 5MHz，比 CDMA2000 的 1.25MHz 更寬。
很多人搞不清楚 UMTS 和 WCDMA 的關(guān)系。其實(shí)，UMTS 是歐洲那邊對(duì) 3G 的統(tǒng)稱。WCDMA 是 UMTS 的一種實(shí)現(xiàn)，一般特指無線接口部分。待會(huì)我們提到的 TD-SCDMA，也屬于 UMTS。
為了能夠和美國(guó)抗衡，歐洲 ETSI 還聯(lián)合日本、中國(guó)等共同成立了 3GPP 組織（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃），合作制定全球第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。
反觀北美陣營(yíng)這邊，內(nèi)部意見存在分歧。
以朗訊、北電為代表的企業(yè)，支持 WCDMA 和 3GPP。而以高通為代表的另一部分勢(shì)力，聯(lián)合韓國(guó)，組成了 3GPP2 組織，與 3GPP 抗衡。他們推出的標(biāo)準(zhǔn)，是基于 CDMA 1X（IS-95）發(fā)展起來的 CDMA2000 標(biāo)準(zhǔn)。
CDMA2000 雖然是 3G 標(biāo)準(zhǔn)，但一開始的峰值速率并不高，只有 153kbps。后來，通過演進(jìn)到 EVDO（EVolution Data Optimized），數(shù)據(jù)速率有了明顯的提升，可以提供高達(dá) 14.7Mbps 的峰值下載速度和 5.4Mbps 的峰值上傳速度。
中國(guó)在這一時(shí)期，也推出了自己的 3G 標(biāo)準(zhǔn)候選方案（也就是大家熟知的 TD-SCDMA），共同參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。
經(jīng)過激烈的角逐和博弈，最終，ITU 國(guó)際電信聯(lián)盟確認(rèn)了全球 3G 的三大標(biāo)準(zhǔn)，分別是歐洲主導(dǎo)的 WCDMA，美國(guó)主導(dǎo)的 CDMA2000，還有中國(guó)的 TD-SCDMA。
在 3G 商用進(jìn)度方面，走在前面的又是日本 NTT。
1998 年 10 月 1 日，NTT Docomo 在日本推出了世界上第一張商用 3G 網(wǎng)絡(luò)（基于 WCDMA）。
3.75G
在 UMTS 的基礎(chǔ)上，ETSI 和 3GPP 又開發(fā)出了 HSPA（High Speed Packet Access，高速分組接入）、HSPA+、dual-carrier HSPA+（雙載波 HSPA+）, 以及 HSPA+ Evolution（演進(jìn)型 HSPA+）。這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的速率明顯超過傳統(tǒng) 3G，人們將其稱為 3.75G。
正因?yàn)?HSPA+的速率很快，甚至超過了早期的 LTE 和 WiMAX。所以，當(dāng)時(shí)有一些運(yùn)營(yíng)商（例如美國(guó) T-Mobile），沒有立刻啟動(dòng) LTE 的建設(shè)，而是將現(xiàn)有的 HSPA 網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為 HSPA+。我們國(guó)家的中國(guó)聯(lián)通，當(dāng)時(shí)也有類似的想法。
4G&5G
1999 年，IEEE 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成立了一個(gè)工作組，專門制定無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。2001 年，IEEE 802.16 的第一個(gè)版本正式發(fā)布，后來發(fā)展為 IEEE 802.16m。
IEEE 802.16，也就是后來廣為人知的 WiMAX（全球微波互聯(lián)接入）。
WiMAX 引入了 MIMO（多天線）、OFDM（正交頻分復(fù)用）等先進(jìn)技術(shù)，下載速率得到極大提升，給 3GPP 帶來了很大的壓力。
于是，3GPP 在 UMTS 的基礎(chǔ)上，加緊推出了 LTE（同樣引入了 MIMO 和 OFDM），與 WiMAX 進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。后來，又持續(xù)演進(jìn)出了 LTE-Advanced（2009 年），速率有了數(shù)倍的提升。
2008 年，ITU 國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布了 4G 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該遵循的要求，并將之命名為 IMT-Advanced。真正符合要求的，只有 3GPP 的 LTE-Advanced，IEEE 的 802.16m，以及中國(guó)工信部提交的 TD-LTE-Advanced。也就是說，它們是真正的 4G 標(biāo)準(zhǔn)。
2009 年 12 月 14 日，全球首個(gè)面向公眾的 LTE 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（以 4G 的名義），在瑞典首都斯德哥爾摩和挪威首都奧斯陸開通。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別來自愛立信和華為，而用戶終端則來自三星。
經(jīng)過激烈的產(chǎn)業(yè)大戰(zhàn)，LTE 最終戰(zhàn)勝 WiMAX，獲得全球范圍的擁護(hù)和認(rèn)可。WiMAX 迅速失勢(shì)，被打入冷宮。（大家有興趣的話，可以看看這篇文章：WiMAX 的坑爹史）
再往后，3GPP 推出 5G（IMT-2020），一統(tǒng)天下。這里面的故事，就不用我多說什么了吧？我們每個(gè)人，都是新歷史的見證者。
時(shí)光荏苒，歲月蹉跎。歷經(jīng)將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)從無到有，從弱到強(qiáng)。它推動(dòng)了歷史的車輪，也加速了社會(huì)的變遷。
未來的移動(dòng)通信將何去何從，讓我們拭目以待！
