移动通信简史

移动通信从马可尼的无线跨洋电报到如今火热的 5G 时代，已经经历了 5 代的演进发展。

No.1 烽火狼烟 -- 原始态的二进制通信

通信，通俗的说就是互相交流信息。人类为了信息的有效交流发明了语言。所以近距离的通信基本靠吼，远距离的通信怎么办呢？烽火狼烟成了传递信息的工具，当然传递的信号只有 0 和 1，0 代表没有敌人来侵犯，1 代表边境有战争发生。随着狼烟的视距传递，战争的信号可以从边境传递到京城。

但是烽火狼烟传递的信息受环境的影响比较大，同时误码率也很高，周幽王时的烽火戏诸侯，就是传递了错误的信号，以至于身死国灭。

所以当雅典战胜波斯之后，为了能够准确快速的把胜利的信息传递到雅典城，菲迪皮茨硬生生的跑了个马拉松，仅仅传递了"胜利"两个字，然后累死了。用一条命的代价传递了两个字的信息。

人们为了有效的交流信息，也曾用过飞鸽传书的方式来进行远距离的通信，由于文字的发明，传递信息量有了极大的提升。但信息的安全准确依然是个挑战。马文才就截获了梁山伯和祝英台的鸽子，导致了祝英台的身死化蝶。

No.2 电报和电话 -- 人类第一次利用电来传递信号

人们对于通信的追求一直没有变，如何能够快速，有效的传递信息，这成了无数学者追求的梦想。

1832 年，美国画家莫尔斯 (1791-1872) 乘邮轮返回美国，旅途中他结识了一个叫杰克逊的电学博士。杰克逊向他介绍了电磁知识，莫尔斯完全被电迷住了。他想:"电能够在一瞬间传到千里之外，加上电磁铁在有电和没电时都能做出不同的反应，利用它的这种特性不就可以传递信息了吗?"于是，莫尔斯决定放弃绘画，发明一种用电传信的方法 - 电报。他为每一个英文字母和阿拉伯数字设计出代表符号，这些代表符号由不同的 点、横线和空白组成，这就是电信史上最早的编码，后人称它为"摩尔斯电码"。有时候跨学科，跨专业发展史多么的重要。

1837 年，莫尔斯制造出一台电报机，但它的有效工作距离仅为 500 米。后来他又对电报机进行了改进，为了在实践中检验电报机的性能，莫尔斯请美国国会资助，在华盛顿与巴尔的摩之间架设了一条长约 64 千米的线路。1844 年 5 月 24 日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，开始进行电报收发试验。莫尔斯在预先约定的时间向巴尔的摩发出了人类历史上第一份电报。

电报的发明，把人们想要传递的信息以每秒 30 万公里的速度传向远方。这是人类信息史上划时代的创举。但久而久之，人们又有点不满足了。因为发一份电报，需要先拟好电报稿，然后再译成电码，交报务员发送出去；对方报务员收到报文后，得先把电码译成文字，然后投送给收报人。这不仅手续繁多，而且不能及时地进行双向信息交流；要得到对方的回电，还需要等较长的时间。

人们对电报的不满，促使科学家们开始新的探索。

最早提出远距离传送话筒接力传送信息的建议。虽然这种方法不太切合实际，但休斯为这种通话方式所取的名字 --"电话"，却一直沿用至今。

19 世纪 30 年代之后，人们开始探索用电磁现象来传送音乐和话音的方法，其中最有成就的要算是贝尔和格雷了。

亚历山大・格雷厄姆・贝尔，1847 年生于英国苏格兰，他的祖父亲毕生都从事聋哑人的教育事业，由于家庭的影响，他从小就对声学和语言学有浓厚的兴趣。开始，他的兴趣是在研究电报上。有一次，当他在做电报实验时，偶然发现了一块铁片在磁铁前振动会发出微弱声音的现象，而且他还发现这种声音能通过导线传向远方。这给贝尔以很大的启发。他想，如果对着铁片讲话，不也可以引起铁片的振动吗? 这就是贝尔关于电话的最初构想。

贝尔发明电话的努力得到了当时美国著名的物理学家约瑟夫・亨利的鼓励。亨利对他说："你有一个伟大发明的设想，干吧！"当贝尔说到自己缺乏电学知识时，亨利说："学吧"。

在亨利的鼓舞下，贝尔开始了实验，一次不小心把瓶内的硫酸溅到了自己的腿上，他疼痛得喊叫起来："沃森先生，快来帮我啊！"

想不到，这一句极普通的话，竟成了人类通过电话传送的第一句话音。正在另一个房间工作的贝尔先生的助手沃森，是第一个从电话里听到电话声音的人。贝尔在得知自己试验的电话已经能够传送声音时，热泪盈眶。当天晚上，他写给母亲的信中预言："朋友们各自留在家里，不用出门也能互相交谈的日子就要到来了！"

从此，人类进入了有线通信时代，有线电话也逐渐的走进了千家万户。直道现在，有线电话仍然是很多人日常离不开的通信方式。

No.3 电磁波 -- 助力通信无线梦

在《重走电磁之路 -- 发现电磁波》中，我们重新学习了电磁波的发现历程 -- 从奥斯特的线圈实验，到法拉第的电磁感应，从麦克斯韦的伟大预测到赫兹的电火花通信 -- 电磁波，作为信息的最有效载体，逐渐被人们发现并利用。

1894 年年满二十岁的马可尼了解到海因利希・赫兹几年前所做的实验，这些实验清楚地表明了不可见的电磁波是存在的，这种电磁波以光速在空中传播。

马可尼很快就想到可以利用这种波向远距离发送信号而又不需要线路，这就使电报完成不了的许多通信有了可能。例如利用这种手段可以把信息传送到海上航行的船只。

马可尼经过一年的努力，于 1895 年成功地发明了一种工作装置，1896 年他在英国做了该装置的演示试验，首次获得了这项发明的专利权。马可尼立即成立了一个公司，1898 年第一次发射了无线电。翌年他发送的无线电信号穿过了英吉利海峡。虽然马可尼最重要的专利权是在 1900 年授予的，但是他不断地改进自己的发明，从中获得了许多专利权。1901 年他发射的无线电信息成功地穿越大西洋，从英格兰传到加拿大的纽芬兰省。

这项发明的重要性在一次事故中戏剧性地显示出来了。那是 1909 年共和国号汽船由于碰撞遭到毁坏而沉入海底，这时无线电信息起了作用，除六个人外所有的人员全部得救。同年马可尼因其发明而获得诺贝尔奖。翌年他发射的无线电信息成功地穿越六千英里的距离，从爱尔兰传到阿根廷。

所有这些信息都是利用莫尔斯电码的虚线系统发射的。当时就已经知道声音也可以用无线电传播，但是这大约在 1915 年才得以实现，用于商业的无线电广播在 20 世纪 30 年代初期才刚刚开始，但是它的普及和意义随后则迅速地增长。

无线电技术就是利用无线电波传输信息的通信方式。能传输声音、文字、数据和图像等。与有线电通信相比，不需要架设传输线路，不受通信距离限制，机动性好，建立迅速；但传输质量不稳定，信号易受干扰或易被截获，保密性差。

人类发明了电报和电话后，信息传播的速度不知比以往快了多少倍。电报、电话的出现缩短了各大陆、各国家人民之间的距离感。但是，当初的电报、电话都是靠电流在导线内传输信号的，这使通信受到很大的局限。譬如，要通信首先要有线路，而架设线路受到客观条件的限制。高山、大河、海洋均给线路的建造和维护带来很大的困难。况且，极需要通信联络的海上船舶，以及后来发明的飞机，因它们都是会移动的交通工具，所以是无法用有线方式与地面人们联络。19 世纪发明的无线电通讯技术，使通信摆脱了依赖导线的方式，是通信技术上的一次飞跃，也是人类科技史上的一个重要成就。

然后移动通信慢慢发展到真正的无线时代！

No.4 从 1G 到 6G

1G：模拟时代

1G 表示第一代移动通讯技术，以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统，如现在已经淘汰的模拟移动网。1G 无线系统在设计上只能传输语音流量，并受到网络容量的限制。1G 时代的街上随处可见公共电话亭以及等着打电话的人，大家腰带上都别着 BB 机。当然有钱人的标配是腰里的大哥大。

2G：数字时代

2G，是第二代手机通信技术规格的简称，一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等资讯；只具有通话、和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信 SMS （Short message service）在 2G 的某些规格中能够被执行。

2G 在美国通常被称为 PCS（Personal Communications Service）。

2G 技术基本可被切为两种，一种是基于 TDMA 所发展出来的以 GSM 为代表，另一种则是基于 CDMA 规格所发展出来的 CDMAOne，复用（Multiplexing）形式的一种。

主要的第二代手机通信技术规格标准有：

GSM：基于 TDMA 所发展、源于欧洲、目前已全球化。

IS-95（也叫做 CDMA One）：基于 CDMA 所发展、是美国最简单的

CDMA 系统、用于美洲和亚洲一些国家。

IS-136（也叫做 D-AMPS）：基于 TDMA 所发展，是美国最简单的

TDMA 系统，用于美洲。

IDEN：基于 TDMA 所发展、美国独有的系统。被美国电信系统商 Nextell 使用。

PDC（Personal Digital Cellular）：基于 TDMA 所发展，仅在日本普及。

3G：宽带时代

所谓第三代移动通信技术，即 3G 网络技术，与第一代移动通信技术（即 1G）与第二代数字手机通信技术（即 2G）相比，3G 手机主要是将无线通信和国际互联网等通信技术全面结合，以此形成一种全新的移动通信系统。这种移动技术可以处理图像、音乐等媒体形式，除此之外，也包含了电话会议等一些商务功能。为了支持以上所述功能，无线网络可以对不同数据传输的速度进行充分的支持，即无论是在室内、外，还是在行车的环境下，都可以提供最少为 2Mbps、384kbps 与 144kbps 的数据传输速度。

第三代移动通信技术 (3G)，3G 网络技术是该领域发展的必然。3G 对移动通信技术标准做出了定义，使用较高的频带和 CDMA 技术传输数据进行相关技术支持，工作频段高，主要特征是速度快、效率高、信号稳定、成本低廉和安全性能好等，和前两代的通信技术相比最明显的特征是 3G 网络技术全面支持更加多样化的多媒体技术。

4G：智能时代

4G 最大的数据传输速率超过 100Mbit / s，这个速率是移动电话数据传输速率的 1 万倍，也是 3G 移动电话速率的 50 倍。4G 手机可以提供高性能的汇流媒体内容，并通过 ID 应用程序成为个人身份鉴定设备。它也可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。此外，4G 的无线即时连接等某些服务费用会比 3G 便宜。还有，4G 有望集成不同模式的无线通信 -- 从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。

4G 通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。如果说 3G 能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么 4G 通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

5G：万物互联时代

第五代移动通信技术（英语：5th generation mobile networks 或 5th generation wireless systems、5th-Generation，简称 5G 或 5G 技术）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继 4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和 2G（GSM）系统之后的延伸。5G 的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。Release-15 中的 5G 规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16 的第二阶段将于 2020 年 4 月完成，作为 IMT-2020 技术的候选提交给国际电信联盟（ITU）。ITU IMT-2020 规范要求速度高达 20 Gbit / s，可以实现宽信道带宽和大容量 MIMO。

6G：星际时代

6G，即第六代移动通信标准，一个概念性无线网络移动通信技术，也被称为第六代移动通信技术。主要促进的就是互联网的发展。

6G 网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到 6G 移动通信，实现全球无缝覆盖，网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村，让深处山区的病人能接受远程医疗，让孩子们能接受远程教育。此外，在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和 6G 地面网络的联动支持下，地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。这就是 6G 未来。6G 通信技术不再是简单的网络容量和传输速率的突破，它更是为了缩小数字鸿沟，实现万物互联这个"终极目标"，这便是 6G 的意义。

6G 也不是移动通信的终点，真正的万物互联时代应该会慢慢到来。让我们拭目以待。

本文来自微信公众号：射频学堂 （ID：RF_Center），作者：RF 小木匠