鲜枣课堂
5G通识讲义
周圣君（小枣君）◎著
人 民 邮 电 出 版 社
北 京
图书在版编目（CIP）数据
鲜枣课堂：5G通识讲义/周圣君著.--北京：人民邮电出版社，2021.7
ISBN 978-7-115-55802-2
Ⅰ. ①鲜…Ⅱ. ①周… Ⅲ. ①第五代移动通信系统 Ⅳ.①TN929.53
中国版本图书馆CIP数据核字（2021）第047215号
著 周圣君（小枣君）
责任编辑 韦 毅
责任印制 李 东 周昇亮
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮 编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网 址 https：//www.ptpress.com.cn
雅迪云印（天津）科技有限公司印刷
开 本：700×1000 1/16
印 张：14.5 2021年7月第1版
字 数：207千字 2021年7月天津第1次印刷
定价：69.80元
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本书基于“鲜枣课堂”微信公众号推出的5G系列科普文章，用图文搭配的方式搭建了关于5G的知识框架，提供了有趣、实用、丰富、浅显易懂的内容。本书共11章，从5G的演进背景开始，介绍什么是5G，为什么要有5G，接着阐释5G有什么特点，5G的关键技术和研发进展如何，5G有哪些应用方向，5G的网络架构是怎样的，然后呈现5G的产业链，并进一步分析5G在发展过程中可能面临的瓶颈问题，以及未来的前景。
本书适合通信行业的专业技术人员、高等院校通信或电子信息专业的学生，以及想了解5G知识的初学者阅读。
人民邮电出版社把小枣君即将出版的《鲜枣课堂：5G通识讲义》传给我，请我给这本书做个序。我打开样稿看着看着，不由想起了我和小枣君相识的过程。
2018年，为了迎接新中国成立70周年，中国通信企业协会让我执笔编撰一本关于邮电部50年的史略。那天我们正在核稿，编委会的主任、原邮电部和信息产业部的老部长吴基传转来了一篇微信公众号文章，建议我和作者联系，在书中分享一下其中的一些图表。我打开一看，文稿文字简洁、图文并茂，虽然篇幅不长，却简练地描述了改革开放以来中国通信的发展路径和风貌变迁，尤其是图片的选择和历史沿革的表格设计颇为精当。担任了人民邮电报社二十年总编辑的我，看后很受启发，感觉作者应该是一位和我一起走过这段历程的同行。但我在脑子里搜索了好几遍，还是猜不出作者是谁。通过微信公众号联系上作者小枣君，才知道他居然是一位年龄比我小一半的青年才俊，当时他从一家知名的通信设备企业离职不久，在南京开始创办“鲜枣课堂”。不久，人民邮电出版社的编辑约我参加“科技改变中国”项目的图书策划研讨会，并告知“有一位未曾谋面但很想见您的朋友也来参会”。于是，我和小枣君有了第一次会面。
我很快被小枣君的科普文章所吸引，他的写作风格很有特点。通常的科普文章大多是从一个横切面来讲解技术，写得很专业，但是读起来让人感到吃力。为了让读者更容易理解新科技，这些文章也会用一些行业里常用的“比喻”来做形象化的“科普”，但“隔行如隔山，越比越麻烦”，读来让人云山雾罩。而小枣君写通信科普文章，善于从纵向的、历史的角度解读新技术，通过一条历史“跑道”，一下子就把读者带到了科技前沿，通过对技术脉络的梳理，帮助读者轻松地把握每一项技术创新的亮点和应用的价值。
哲学家有个说法，只有搞清了“我从哪里来，要到哪里去”，才能说清“我是谁”。我觉得在推进创新的时代，小枣君从历史演进的角度解读技术的文风和学风是很值得提倡的。恩格斯创立的自然辩证法之所以能够深刻地揭示科学发展的规律，很大程度上得益于他冲破了形而上学的窠臼，系统详细地研究了技术史。我觉得现在很有必要把科学史、科技发明史的知识穿插到科普教育之中，使读者对科学技术不仅知其然，而且知其所以然。这样，他们学到的知识就不是僵化的、碎片的、片面的，也容易由此激活应用创新的灵感。因为世界万物本来是相互联系的，今天是昨天的继续，也是未来的开始，从历史的角度来看世界，更容易帮助人们预测和把握未来。
现在，小枣君的新作《鲜枣课堂：5G通识讲义》就要出版了，我希望他的这本书能够得到大家的喜欢，更希望他从技术演进的角度学习和研究5G的方法能够得到推广。
人民邮电报社原总编辑 武锁宁
2021年3月
“人生也有涯，而知也无涯”，当我开始对这句话一知半解时，已经在这个行业摸爬滚打了大约10年，那时候3G刚刚起步，大家都在热烈地讨论i-mode（编辑注：即日本在2G时代的一个准数据业务品牌）。那时候，我觉得通信的发展已经快到巅峰了，难道还能把整个互联网搬到手机上吗？技术还能怎么发展呢？通信知识的“无涯”有时候是令人绝望的。在这个行业浸润的时间越长，这种绝望感越强。当我单纯只是觉得从时间的维度来看追不上知识的更新时，4G/5G又给我增加了另一层的绝望，如果从行业融合的维度来看，更新的技术更是很难穷尽。但在这绝望之中，有人一直在负重前行。
我很早就认识小枣君。从合作写一本书（编辑注：《智联天下：移动通信改变中国》），到成为他的微信公众号的粉丝，每天去他的“道场”看看成为我的日常。在这个行业做知识普及，我认为充满了“以有涯随无涯”的悲壮。不仅仅因为横向和纵向的无涯的知识海洋，还有更深一层的是，如何能够把这些晦涩的知识、枯燥的技术以温和而浅显的方式告诉别人……
我读过一点佛经。有一本书里讲到，佛陀告诉他的弟子，你们是不是认为我讲了很多真理，你们千万别这么认为，如果有人说佛陀传授给世人无数的真理，这是在诽谤我，我一生修行，一个字都没有说……这话真的是很费解，特别是站在学徒的立场。但是当自己有机会去给人讲课的时候，站在老师的立场，我发现能够真正地讲清楚一个概念是一件多么艰难的事情。特别是一些专业领域，充满了各种术语。小枣君现在做的事情也是这样。知其不可而为之，我敬佩他的执着与勇气。
小枣君的文字给我的印象很深。比如有一篇文章，他写的是5G NSA和SA的区别。他举例说，这就好比一个开餐馆的，生意火爆，准备扩张。这时候有两种方式，一种是另外开一家新店，连厨子带院子都是新的，这就是SA。另一种则是只租新的院子，但后厨没有加人，大家都忙一点，也能开门做生意，这就是NSA。我看完之后，不由击节叫好，并不断引用，来给人讲清楚这样的技术问题。
毋庸置疑，通信和互联网的大融合以及由此而诞生的各种创新，引发的掌上经济，以及进一步引发的数字革命，已经开始由消费领域燃烧到供给侧。用我们所熟知的话，那就是信息化和工业化的融合终于在5G时代开始实现。工业实体经济如一条源远流长的大河，经历了至少两次革命之后，数字经济的大河开始逐步汇入，因此而造就的瑰丽图景，怎么想象都不为过。我们都有幸能够在有生之年见证这些宏伟的场景，特别是这样的场景只能够在中国实现。每每想到这里，我都不由得感到激动，特别是作为一个通信人，感到很自豪。而在这个领域不畏艰险、持续“布道”的小枣君，更加了不起。
讲了这么多，还是要回到这本书。小枣君科班出身，并且长期奋战在一线。他能够站出来讲5G，并且旁征博引，是他站在一个老师的角度，“教然后知困”，对各位业内同人的体恤，以及对爱好5G技术的同行人的体贴。这是迄今为止我读过的一本难得能够把艰涩的通信技术讲得生动而有趣的科普书。对我而言，也是受益良多，在此写下这些文字，表达对小枣君的敬意。
For the knowledge，for the developer evangelists（致敬知识，致敬技术布道者）！
通信人 含光
2021年3月
5G，毫无疑问是如今这个时代最为火爆的话题之一。5G直播、5G车站、5G机场、5G无人驾驶、5G远程手术……关于5G的新闻常常出现在社交媒体上，引起广大民众一波又一波的关注。
尤其是2019年6月6日工业和信息化部正式发放5G商用牌照之后，这一类的新闻报道就更多了。国内5G网络的建设步伐大大加快，越来越多的城市开始出现5G基站。有了5G信号，手机厂商也争先恐后地发布了各种款型的5G手机。仿佛一夜之间，5G对我们而言已经触手可及。
正如大家所见，最近这十多年来，3G、4G开启了革命性的智能手机时代，引领了移动互联网的爆炸式发展。移动支付、共享经济、网络社交……各种各样的数字应用彻底改变了我们以往传统的生活方式，带来了效率和生活品质的巨大提升。
在此基础上，人们对5G充满了期待，希望5G能带给我们更多的惊喜。大家迫切地想要知道：5G究竟比4G强在哪里？它能给我们的工作或生活带来哪些改变？它是否真的像新闻里所说的那样，拥有重塑世界的“神奇魔力”？
其实，小枣君觉得，5G并没有大家想象中的那么神秘。我们可以用简单的六个字来概括它，那就是——“既普通，又特别”。说它普通，是因为它是基于现有技术进行升级改造而发生的技术演进。说它特别，是因为升级改造的过程中，引入了令人兴奋的革命性创新，而且它的应用领域和功能定位发生了颠覆性的变化。
可能你会觉得这段话有点难以理解。别担心，就让我们通过这本书，揭开5G的神秘面纱，彻底搞清楚它的来龙去脉。
周圣君（小枣君）
“5G，5G，你比4G多1G！”
那么，究竟什么是5G？这个“G”到底是什么意思？
近两百年来，人类的通信技术经历了漫长的发展阶段，取得了辉煌的成就。从最早的电报电话，到现在的智能手机和移动互联网，通信无时无刻不在影响着我们的生活。在通信的整个发展过程中，究竟发生了哪些激动人心的事情？又有哪些伟大的历史时刻值得我们铭记？
本书的第1章，小枣君将带领大家找寻答案。
引言
时至今日，相信大家对5G并不会感到陌生。不管是在媒体新闻中，还是在社交网络上，我们都经常能看到它的身影，对它有或多或少的了解。
尽管如此，还是允许小枣君为5G做一个郑重的出场介绍吧：通信科技的璀璨明珠、人类集体智慧的结晶、行业繁荣的希望之星、未来社会的改变者、4G的正统继承者——5G，没错啦，就是它！
“5G”这么简单的名字，到底是什么意思呢？其实，5G就是英文“5th Generation”的缩写。而Generation，中文就是“代，一代，一辈”的意思。所以，5G的中文直译就是“第五代”。那么问题来了，“第五代”，什么“第五代”？难道是“五代目火影忍者”[1]？哈哈，当然不是。这个“第五代”的指向非常宽泛，既可以叫“第五代系统”，也可以叫“第五代标准”，甚至是“第五代网络”或者“第五代技术”。如果叫第五代网络，就是5th Generation Mobile Networks（第五代移动通信网络）。如果叫第五代系统，那就是5th Generation Wireless Systems（第五代无线通信系统）。值得一提的是，5G的英文念法并不是“fifth G”，而是“five G”。不要问我为什么，从1G开始就是这么叫的，已经形成惯例了。
◎5G Logo
5G是一个全球性的通信技术标准。5G有自己的官方图标（Logo），如左图所示。它的颁布者是ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）。ITU是联合国的下属机构，专门负责信息通信技术的相关事务，包括制定全球电信标准、促进全球电信发展。虽然我们总是“5G、5G”地叫，但事实上，5G只是一个“小名”，或者说是“昵称”。它真正的“大名”（法定名称）叫作IMT-2020。这个名字是2015年10月在瑞士日内瓦举办的无线电通信全会上由ITU正式确定的。
在继续深入了解5G之前，我们需要先回顾一下人类通信技术的发展历程。正所谓“观今宜鉴古，无古不成今”，这段历史对我们更好地理解5G有很大的帮助。
通信是人类的基本需求。通信的历史从人类文明诞生的那一天就开始了。什么是通信？通信，就是人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递。更通俗一点来说，通信就是传递消息。我把信息发给你，你把信息发给我，这就是通信。
在原始社会，部落成员进行狩猎活动时，需要互相通信。当时因为条件限制，技术手段较为落后，所以“通信基本靠吼”。随着历史的车轮缓缓向前，人类社会组织的规模不断扩大，出现了城邦甚至国家。通信技术也随之不断演进，引入了很多新颖的通信方式和工具，如烽火旗语、击鼓鸣金、驿站书信，等等。这些通信手段现在看来虽然落后，但是在当时那个年代，加强了社会组织之间的联系，也促进了人与人之间的情感交流，极大地推动了人类文明的进步。
到了19世纪，随着电磁理论的出现和成熟，通信技术终于迎来了跨越式的发展。1837年，美国人塞缪尔·莫尔斯（Samuel Morse）发明了莫尔斯电码和有线电报。莫尔斯的发明具有划时代的意义——它让人类获得了一种全新的信息传递方式，这种方式“看不见” “摸不着” “听不到”，完全不同于以往。
1839年，全球首条真正投入运营的电报线路在英国出现。这条线路长约20 km，由查尔斯·惠斯通（Charles Wheatstone）和威廉·库克（William Cook）主持建设。1876年，美国人亚历山大·贝尔（Alexander Bell）申请了电话专利，由此被誉为“电话之父”。虽然真正的“电话之父”应该是安东尼奥·穆齐（Antonio Meucci），但他过于贫穷，连申请专利的钱都没有，导致被贝尔“捡了漏”。
◎莫尔斯和他发明的电报机
◎亚历山大·贝尔
1896年，俄国人亚历山大·斯捷潘诺维奇·波波夫（Alexander Stepanovich Popov）和意大利人伽利尔摩·马可尼（Guglielmo Marconi）几乎同时发明了无线电通信。至此，人类敲开了“无线”通信世界的大门。
◎伽利尔摩·马可尼
进入20世纪之后，由于电子技术成熟度和材料工艺方面的限制，通信技术在很长的一段时间里发展缓慢。尤其是无线通信，通信距离、安全性、容量和稳定性方面存在的问题始终无法得到有效的解决。直到20世纪40年代，发生了几个关键事件，局面才开始扭转。
第一个事件，是步话机的发明。
第二次世界大战期间，美国军方意识到无线通信在战场上的重要性，牵头发明了世界第一台无线步话机SCR-194。后来，摩托罗拉公司参与了这个项目，研发了后续型号SCR-300和SCR-536。军用步话机可以说是无线通信技术的一次重大创新。它的出现，向人们展示了无线通信的美好前景。
◎摩托罗拉公司研发的SCR-300军用步话机
第二个事件，是信息论的提出。
1948—1949年，在贝尔实验室工作的美国数学家克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）先后发表了两篇划时代的经典论文——《通信的数学原理》（“A Mathematical Theory of Communication”）和《噪声下的通信》（“Communication in the Presence of Noise”）。在论文中，香农详细且系统地论述了信息的定义、怎样数量化信息、怎样更好地对信息进行编码。同时，他提出了信息熵的概念，用于衡量信息的不确定性。香农还提出了香农公式，阐述了影响信道容量的相关因素。这两篇论文宣告了信息论的诞生，也为后续信息和通信技术的发展打下了坚实的理论基础。正因为香农的杰出贡献，他被称为“信息论之父”，是公认的通信行业的“祖师爷”。
◎克劳德·艾尔伍德·香农
第三个事件，是半导体晶体管的发明。
1947年，同样是来自贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布喇顿（Walter Brattain），他们共同发明了世界上第一个半导体晶体管。晶体管的发明开启了集成电路的时代。电子元器件的体积变得越来越小，性能变得越来越强。
◎威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿
上述这三个伟大的发现（发明）彻底改变了人类社会的发展进程。对通信这个领域来说，它们加速了第二次技术飞跃的“蓄力”过程，为无线通信的高速发展提供了可靠保证。
1958年，苏联工程师列昂尼德·库普里扬诺维奇（Leonid Kupriyanovich）发明了ЛК-1型便携移动电话。这个电话虽然只能装在汽车上使用，但是已经有了移动电话的雏形。
◎列昂尼德·库普里扬诺维奇正在测试ЛК-1型便携移动电话
到了20世纪60年代，以摩托罗拉和AT&T为代表的科技公司非常看好民用小型无线通信设备的市场潜力，开始加大对移动电话的研发投入。终于，进入20世纪70年代后，在半导体技术和计算机技术的共同刺激下，人类迎来了民用无线通信技术的大爆发。
1973年4月的一天，一名男子站在纽约街头，掏出一个约有两块砖头那么大的设备，对着它说话，兴奋得手舞足蹈，引得路人纷纷侧目。这个人就是马丁·库帕（Martin Cooper），摩托罗拉公司的工程师。而他手上的设备，就是世界上第一个真正意义上的手机。
◎马丁·库帕和他发明的手机
马丁·库帕当时拨出的第一通手机电话，是打给他在贝尔实验室的一位竞争对手的。对方当时也在研制移动电话，但尚未成功。库帕后来回忆道：“我打电话给他说，‘乔，我现在正在用一部便携式蜂窝电话跟你通话’。我听到听筒那头的‘咬牙切齿’——虽然他已经保持了相当的礼貌。”手机的发明，标志着1G时代的开始，也标志着移动通信时代的开始。
Tips如何定义无线通信和移动通信？
任何通信过程都可以看作一个通信系统作用的结果。而任何一个通信系统，都包括以下3个要素：信源、信道和信宿。例如我喊你的名字，我就是信源，空气就是信道，你就是信宿。我发出的声音，就是信道上的信号，这个信号带有信息。
◎通信系统的3个要素
信道的介质如果是电缆、光缆这样的线缆，那么信道就是有线信道。利用有线信道通信，就是有线通信。信道的介质如果是空气或者真空，那么信道就是无线信道。利用无线信道通信，就是无线通信。无线通信包括多种类型，例如广播通信、对讲机通信、手机通信、Wi-Fi通信、卫星通信以及微波通信，等等。我们常说的移动通信，其实就是指手机通信，也叫蜂窝通信，因为手机的通信依
赖于基站，而基站小区的覆盖范围看上去有点像蜂窝，如右图所示。
◎蜂窝通信系统（基站小区）
1G时代，处于行业领先地位并且拥有话语权的，是美国的摩托罗拉公司和AT&T公司（当时贝尔实验室属于AT&T公司）。1978年，贝尔实验室在芝加哥完成了AMPS（Advanced Mobile Phone System，高级移动电话系统）的实验，并且在1983年投入运营。AMPS是世界上第一批1G通信系统。它采用的是FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）技术，基于蜂窝结构组网，可以支持手机在整个服务覆盖区域内自动接入公用电话网。在AMPS之后，陆续有多个国家和地区推出了自己的1G标准，例如北欧的NMT、英国的TACS、联邦德国的C-Netz，还有日本的JTAGS。这些都是国家或地区标准，并没有进一步形成国际标准。其中，英国的TACS（Total Access Communication System，全接入通信系统）是一种全接入通信系统技术，包括我国在内的许多国家，在建设通信系统时都借鉴了这项技术。1987年11月18日，在第六届全运会开幕前夕，我国第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东建成并投入商用（使用了瑞典爱立信公司的设备），采用的就是TACS技术，实现了我国移动电话“零”的突破。
虽然1G在很多国家和地区开花结果，但是事实上它并不是一种成熟可靠的制式标准。因为它采用的是模拟信号技术，这种技术带来了保密性差、容量低、通话质量差、信号不稳定等一系列问题。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处理技术的更进一步发展和成熟，人们开始研究将数字技术引入移动通信系统中。
于是，很快我们就迎来了2G。
1982年，为了改变美国在通信标准领域一家独大的现状，欧洲邮电管理委员会成立了“移动专家组”，专门负责通信标准的研究。这个“移动专家组”的法语名称是Groupe Spécial Mobile。后来，这一名称被改为“Global System for Mobile Communications”（全球移动通信系统），这就是大名鼎鼎的GSM。GSM的成立宗旨，是要建立一个新的泛欧标准，开发泛欧公共陆地移动通信系统，它还提出了高效利用频谱、降低系统成本、手持终端和全球漫游等要求。
随后几年，ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准组织）完成了GSM 900 MHz和1800 MHz（DCS[2]）的规范制定。1991年，GSM系统在欧洲开通运行，标志着移动通信正式步入了2G时代。此后，全球多个国家和地区都基于GSM技术建立起了自己的移动通信网络，GSM变成国际上最受欢迎的移动通信标准。
与此同时，另一个2G通信标准也逐渐发展起来，那就是CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）。CDMA所基于的扩频技术其实在第二次世界大战时期就已经出现了。当时的好莱坞女星海蒂·拉玛（Hedy Lamarr）和钢琴师乔治·安泰尔（George Antheil）合作，发明了扩频通信并申请了专利。海蒂·拉玛也被后人称为“CDMA之母”。但是扩频通信当时并没有引起美国官方的重视，只是在第二次世界大战之后的冷战期间被用于军用保密通信。
到了20世纪80年代，美国高通公司发现了扩频通信的商业价值，并在此基础上发明了CDMA通信技术。1991年，高通正式开展了CDMA系统的现场试验。1993年，CDMA被确定为美国数字蜂窝移动通信标准（IS-95A）。再后来，CDMA网络陆续在中国香港等地区和韩国、美国等国家开通。
至此，全球移动通信领域形成了GSM和CDMA全面竞争的局面。GSM的核心是TDMA（Time-Division Multiple Access，时分多址）技术。CDMA的核心是码分多址。从技术的层面来说，CDMA比GSM更为优秀。它的容量更大，抗干扰性更好，安全性更高。但是，CDMA起步较晚，当时GSM已经在全球占据了大部分的市场份额，是事实上的全球主流标准，再加上使用高通的CDMA需要缴纳巨额的专利授权费，所以，虽然同属2G标准，CDMA的影响力和市场规模还无法与GSM相提并论。1993年9月，我国在浙江嘉兴正式开通了国内第一套GSM系统，设备由上海贝尔公司和阿尔卡特公司提供。此后，全国各地都开始采用GSM技术和设备建设移动通信网络。1997年，我国启动了CDMA试验网（即中国长城网）的建设。2002年1月8日，中国联通的CDMA网络正式开通。至此，我国就有了GSM和CDMA两种2G网络。
在2G高速发展的时期，还发生了一件重要的事情，那就是互联网的爆发。20世纪80年代，计算机技术日益成熟，计算机网络技术也随之蓬勃发展，相关基础理论逐渐完善，并最终催生出强大的互联网。互联网崛起之后，数据通信的需求呈爆炸式增长。在互联网出现之前，人们通信的主要传输内容为语音。互联网出现之后，通信网络的主要传输内容开始变成了计算机数据报文。这些数据报文就是图像、音频、视频等多媒体文件的载体。
传统的2G网络以语音业务为主，无法满足用户对数据业务的需求。为了改变这一局面，让用户可以用手机上网，整个通信行业加紧了对3G网络的研发。1996年，欧洲成立了UMTS（Universal Mobile Telecommunications Service, 通用移动通信业务）论坛，该论坛专注于协调欧洲3G标准的研究。以诺基亚、爱立信、阿尔卡特为代表的欧洲阵营清楚地认识到TDMA不是CDMA的对手。于是，它们开始抛弃TDMA，拥抱CDMA，开发出了原理相似的WCDMA（Wideband CDMA，宽带码分多址）系统。为了能够和美国抗衡，欧洲还联合日本等采用GSM标准的国家和地区，共同成立3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织，合作制定了全球第三代移动通信标准。反观北美阵营这边，内部意见还存在分歧。以朗讯、北电为代表的企业支持3GPP的WCDMA。而以高通为代表的另一部分厂商联合韩国的企业组成了3GPP2，与3GPP抗衡。它们推出的标准是基于CDMA 1X（IS-95A）发展起来的cdma2000（CDMA EVDO）标准。我国在这一时期也推出了自己的3G标准候选方案（即大家熟知的TD-SCDMA），共同参与国际竞争。这是有史以来我国第一次在世界通信领域提出自己的标准。经过激烈的角逐和博弈，最终，ITU确认了全球3G的三大标准，分别是欧洲主导的WCDMA、美国主导的cdma2000和中国的TD-SCDMA。
从名字可以看出来，这三大技术都和CDMA有密切的关系，都是基于码分多址技术的。在码分多址技术的加持下，3G网络的传输速率相比2G网络有了大幅的提升，达到14.4 Mbit/s（WCDMA的理论下行速率），可以满足基本的多媒体业务需求。
Tips多址技术小知识
频分多址（FDMA）：给不同的用户分配不同频率的信道进行通信。我们把频率资源想象成一个房间，如果把房间分割成不同的空间，不同的用户在不同的房间里聊天，这就是频分多址。
◎频分多址类比图
时分多址（TDMA）：对信道进行时域上的划分，将一个信道平均分配给8个通话者，一次只有一个人能讲话，每个人分别用1/8的信道时间。还是用上面在房间里聊天的方式来举例，某一时间段让某个人说话，下一时间段让另一个人说话，就是时分多址。
◎时分多址类比图
码分多址（CDMA）：将编码类比成人类的语言，如果大家都用各自的语言说话，有的人说英语，有的人说日语，有的人说法语，有的人说汉语，那就是码分多址。
◎码分多址类比图
正交频分多址（OFDMA）：进阶升级版的频分多址。把空间划分成不同房间，房间和房间之间有重合，以便塞下更多的房间，这就叫正交频分多址。
◎正交频分多址类比图
虽然3G标准很快被确定了下来，但是并没有得到大规模的应用和建设。究其原因，一方面是2000年左右的全球金融危机导致互联网经济泡沫破灭，很多IT企业和通信企业元气大伤，要么倒闭，要么裁员，无力进行3G的建设；另一方面是当时用户对3G的需求并不强烈。那个时候，普通用户手里的手机基本以功能机为主，根本用不到那么高的网速。
◎乔布斯和苹果手机
到了2007年，史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）带领的苹果公司成功地推出了iPhone智能手机，打破了僵局。iPhone的触摸屏，还有App Store（应用商店），让所有手机用户耳目一新。谷歌公司紧随其后推出的安卓操作系统，也进一步刺激了智能手机的普及。智能手机需要更快的网速，于是，3G开始走出低谷，成为各国运营商争相建设的“香饽饽”。智能手机+3G网络开启了移动互联网时代，我们的生活开始随之发生巨变。从某种意义上来说，iPhone拯救了3G，也拯救了当时的通信行业。
智能手机的发展速度实在太快了。没过多久，人们就发现，即便是3G，也不足以满足用户对网速的需求。于是，4G标准的制定被提上了议事日程。我们目前使用的4G，基本上采用的都是LTE（Long Term Evolution，长期演进）技术。但是，LTE成为4G全球标准的过程并不是一帆风顺的。
2003年，负责制定Wi-Fi标准的IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气电子工程师学会）引入了OFDM（Qrthogonal Frequency–Division Multiplexing，正交频分复用）技术，推出了802.11g标准，大幅提升了Wi-Fi标准的传输速率（达到了54 Mbit/s）。于是，以英特尔公司为代表的IT厂商针对蜂窝移动通信市场推出了802.16标准，意图和已有的3G标准进行竞争。这个802.16标准，就是当年火遍全球的WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）。
面对WiMAX的挑战，以3GPP为代表的传统通信行业的厂商感受到了很大的压力。于是，它们在3G的基础上加紧了技术研究和标准开发。2008年，3GPP提出LTE作为3.5G技术标准。后来，在2011年，3GPP又提出以长期演进技术的升级版（LTE-Advanced）作为4G技术标准。不管是LTE还是LTE-A，都采用了OFDM技术，也算是“师夷长技”。
各代标准采用的制式及理论下行速率
就在3GPP大力发展LTE的同时，以高通为首的3GPP2也没闲着。2007年，高通提出了UMB（Ultra-Mobile Broadband，超级移动宽带）计划，作为cdma2000的演进版。但是因为高通在3G时期的专利实在太过昂贵，所以UMB并没有得到多少企业的支持。大部分运营商和设备商都投入了3GPP的LTE阵营。后来，因为UMB实在无人问津，所
以高通干脆停掉了这个项目，自己也加入了3GPP。
前面提到的挑战者WiMAX，后来因为产业链不完备和兼容性差等原因，在发展过程中遭受了巨大的挫折，最终整个阵营分崩离析。于是，LTE（LTE-A）成为世界上最主流的4G移动通信标准，在世界范围内得以广泛普及。这一局面一直持续到5G的出现。
◎移动通信的演进
尾声
通信手段从电报发展到4G，我们经历了将近两百年的时间。正如前文所说的，这是一个漫长而曲折的过程。从用户的角度来看，通信的内容从文字发展到语音，再发展到多媒体数据；通信设备越来越小巧、方便使用；通信的资费也越来越低廉。从技术的角度来说，通信实现了从有线到无线，从模拟到数字，从频分到时分，再到码分、正交频分，从语音交换到数据交换的演进。移动通信系统的容量不断提升，安全性和稳定性也不断提升。
不积跬步，无以至千里。所有这些成果和进步，都是无数通信人一点一点努力奋斗换来的。如今，我们处于一个通信极为便利的时代，移动互联彻底改变了我们每一个人的生活，也极大地推动了整个社会的进步和发展。接下来，通信又将走向何方呢？
[1]日本漫画《火影忍者》中的人物。
[2]DCS即Digital Cellular System，数字蜂窝系统。
