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通信技术的整体发展历史:由分裂走向统一

发表时间:2023-11-01 11:03


(1)1G 时代:各国各自研制自己的移动通信系统

1973 年,摩托罗拉研发出了世界首台手机;1976 年,ITU 批准了 800/900MHz 频段用于移动电话的频率分配方案。

1978 年底,美国贝尔实验室研发成功了世界**套移动通信系统 AMPS(Advanced Mobile Phone System)并于 1983 年开始正式商业运行,开启了 1G时代;随着 AMPS 的面世,欧洲各国也纷纷建立齐了自己的**代移动通信系统,包括北欧的 NMT(Nordic Mobile Telephone)、前联邦德国的 C-Netz 和英国的 TACS(TotalAccess Communications System)等。作为最早面世的移动通信系统,AMPS 受到了广泛的欢迎,在超过 70 个国家运行,是 1G 时代最广泛使用的通信技术标准。

(2)2G 时代:欧洲各国开始联合,欧洲 VS 高通的通信标准格局形成

1982 年,为研发、设计一个可以泛欧洲使用的移动通信系统,欧洲邮电管理委员会设立了 GSM(法语 GroupeSpécialMobile,移动通信专家组,其标准化的职能后转移)。

1986 年,为与美国在通信领域竞争,建立一个更先进、更广泛使用的泛欧通信技术标准,欧洲委员会(European Commission)于 1986 年开始对美国通信行业的情况进行了考察,并于 1987 年**次公布了设立一个通信技术标准协会的设想。

1987 年,德国、比利时、丹麦、西班牙、芬兰、法国、爱尔兰、意大利、挪威、荷兰、葡萄牙、英国、瑞典共同签署了一份备忘录,同意在 1991 年前建立一个泛欧洲的、基于数字信号的通信系统,并委托 GSM 承担该任务。

1988 年,欧洲邮电管理委员会设立了 ETSI(European TelecommunicationsStandards Institute,欧洲电信标准协会)。1989 年,欧洲邮电管理委员会将 GSM 的职能转移给了 ETSI,同年,新一代的泛欧洲通信系统标准被确定,即 GSM (Global System for Mobilecommunications)标准,欧洲的通信技术标准得到了统一。

在欧洲大力发展 GSM 标准的同时,美国的高通也在布局新一代的通信技术,与基于 TDMA(时分多址)技术的 GSM 标准不同,高通采用 CDMA(码分多址)技术建立了自己的通信技术标准 IS-95,并于 1993 年被美国电信行业协会(Telecommunications Industry Association)确立为 2G 标准,相关网络系统后续在香港、韩国等多个地区部署,在全球形成欧洲的 GSM 和高通的 CDMA 两大2G 标准竞争的格局。

(3)3G 时代:更多国家、组织积极参与通信技术标准的设立

1985 年,联合国下属的 ITU(InternationalTelecommunicationUnion,国际电信联盟)提出建立新的通信技术规范,即 FPLMTS(Future Public Land MobileTelecommunications System,未来公共陆地移动通信系统)。由于 GSM 等 2G 网络的部署,ITU 的该计划暂时搁置(FPLMTS 后被改名为 IMT-2000)。

1987 年,一项旨在研究一种在革命性的通信系统的研究在英国剑桥开展,研究员们将这项技术称作 UMTS(UniversalMobileTelecommunications System),该研究得到了欧洲委员会和爱立信、诺基亚等厂商的资助。

上世纪 90 年代初,越来越多的 SDO(StandardsDevelopingOrganization,标准化组织)和通信厂商意识到全球通行的通信技术标准的意义,包括 ESTI、日本的 ARIB 等标准化组织以及爱立信、诺基亚、三星都开始进行研究。为了能够采用单一标准,ITU 要求每个地区的 SDO 和厂商提交能够满足 IMT-2000 性能要求的无线电传输技术的提案。

1992 年,UMTS 的研究取得了阶段性成果,但参与 UMTS 研究的各方对UMTS 的无线电传输部分选择 ATDMA 技术还是 WCDMA 技术存在争议。1996 年,在欧洲委员会的促进下,爱立信、诺基亚等厂商,法国电信、Orange等运营商以及标准化组织 ETSI 共同建立了 UMTS 论坛,以推动 UMTS 的产业化发展。其后,日本加入了欧洲阵营,UMTS 确定以 WCDMA 技术作为无线电传输部分的技术。

1996 年-1998 年间,各大 SDO 和相关厂商提交了 17 个提案,包括欧洲和日本 SDO 联合主张的 WCDMA( UMTS),高通和三星为主的厂商联合主张CDMA2000 和中国主张的 TD-SCDMA。

1998 年,为支持 UMTS 成为世界标准,以 ESTI 为核心的组织、厂商建立了3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代合作计划);同年,支持CDMA2000 的以高通为核心的厂商、组织建立了 3GPP2、3GPP 和 3GPP2 都宣称为 ITU 的 IMT-2000 项目服务。

1999 年,为推动 TD-SCDMA 的普及,中国的标准化组织 CCSA 同时加入了3GPP 和 3GPP2。中国主张的 TD-SCDMA 后来成为 UMTS 的一部分,与 WCDMA作为 UMTS 的两个不同版本。

2000 年,经 ITU 确认(ITU-R M.1457 Recommendation),WCDMA、CDMA2000 和 TD-SCDMA 被确立为 3G(IMT-2000)的标准。

(4)4G 时代:高通放弃主导标准,IT 厂商竞争失败,技术标准趋向统一

在 3G 时代,为收回对 UMTS 研究的资助,欧洲各国采用了**化频谱使用权拍卖价格的政策,使运营商背负了较大的投入成本,因此运营商在短期内无法承受再一次“革命性”的通信技术更新。在这种商业背景下,各大标准化组织和厂商对于通信技术的研究方向主要是在现有体系下“演进”,3GPP 和 3GPP2 两大组织分别在其原支持的 UMTS、CDMA2000 的基础上推出了 LTE(LongTermEvolution)和 UMB(Ultra Mobile Broadband)。

在通信行业组织演进技术的同时,主要由 IT 厂商和工程师组成的 IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,电机电子工程师协会)也升级了其负责制订的 Wi-Fi 技术标准;升级后的 IEEE802.16e 及以后版本 Wi-Fi 技术标准可以支持移动互联网功能,开始与通信行业组织与厂商进行竞争。2008 年,ITU 定义了 4G(IMTAdvanced)网络技术的性能指标,要求相关SDO 和厂商向 ITU 提交 4G 技术的提案。同年,高通宣布停止推广 UMB,加入LTE 阵营。

2009 年,3GPP 和 IEEE 分别向 ITU 提交了 LTEAdvanced 和 WiMAX rel 2.0(IEEE 802.16m)作为 4G(IMTAdvanced)技术标准的提案。2011 年,经 ITU 批准,LTEAdvanced 和 IEEE802.16m 都被确认为 4G 的技术标准。

2012 年,IEEE 公布了 WiMAXrel2.1,由于 WiMAXrel2.1 不兼容以前的版本,众多运营商和厂商转向 LTEAdvanced,LTEAdvanced 成为**主流的 4G 通信技术标准。

(5)5G 时代:**次尝试全球统一标准,标准分批冻结

以往通信技术标准的不统一为各大软硬件厂商、运营商都带来了很大的不便,因此在 5G 时代统一全球标准成为了通信行业绝大部分参与者的共识。经过 3G、4G 时代标准制定工作的发展,由 ITU 发布定义和指标需求,由各大 SDO 和厂商进行研究,再在 3GPP 框架内进行讨论、谈判、确认,最后由 3GPP 向 ITU 进行提案成为了通信行业普遍认可的确认通信技术标准的方式。2015 年,ITU 公布的 ITU-R M.2083 文件定义了 5G(IMT-2020)技术的应用场景和技术指标,根据 ITU 的定义,5G 的三大典型应用场景包括:

①eMBB(EnhancedMobileBroadband,增强型移动宽带),主要应用场景包括 3D/超高清视频、VR/AR、云存取、高速移动上网等需要大流量移动宽带的场景;

②URLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication,高可靠低时延通信),主要应用场景包括无人驾驶/智能驾驶、工业互联网等要求极低时延和高可靠性的场景;

③mMTC(Massive Machine Type Communication,大规模机器通信),主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等需要大规模数据连接的场景。



根据 3GPP 的规划,5G 标准分为“R15”、“R16”和“R17”,目前“R15”、“R16”标准已经冻结。“R15”版本标准已经能够初步支持 ITU 定义的 5G 应用场景中 eMBB 和 URLLC 两大场景,因此“R15”的冻结意味着面向 5G 规模商用的网络设备、芯片、手机以及各种多样化的智能硬件可以开始生产,部分运营商已经可以开始 5G 网络的部署和运营;“R16”的冻结标志着 5G 网络具备真正的系统级低时延高可靠性能力,并实现了网络切片应用背景下的 4G—5G 互操作问题,以满足智慧车联网、工业互联网等行业应用。根据 3GPP 的时间表,“R17”版本标准预计于 2022 年 6 月冻结。

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