移動資訊技術的無限演進

自1890年特思拉（Tesla）為無線通訊奠定了理論基礎，被譽為無線電之父的馬可尼(Marconi) 在1894年第一次将無線信号傳輸到兩英裡外，移動技術給人類社會帶來極大的變革。當移動與網際網路相結合後，移動資訊技術成為資訊通訊技術發展的主要驅動力。無線網絡和各種不同類型的移動資訊終端，為人們提供了廣闊的移動互動的空間，并已經成為普及與流行的生活、工作方式。

移動資訊技術的爆炸性增長，也推動了企業資訊化技術的轉型更新。在未來的服務業和新興技術産業之中，會借助移動資訊技術産生什麼新的技術變革？物聯網、移動終端、AR/VR技術在未來的移動資訊時代，會有什麼突破性的進展？移動的資訊化還将如何進行演進？溫故而知新，下面就讓我們通過對移動資訊技術發展曆史的梳理，展望一下未來移動資訊可能會為人們的生産、生活帶來什麼新的變化。

1976年美國摩托羅拉公司的工程師馬丁·庫珀首先将無線電應用于行動電話。同年，國際無線電大會準許了800/900 MHz頻段用于行動電話的頻率配置設定方案。在此之後一直到20世紀80年代中期，許多國家都開始建設基于頻分複用技術（FDMA，Frequency Division Multiple Access）和模拟調制技術的第一代移動通信系統（1G，1st Generation）。

由于采用的是模拟技術，1G系統的容量十分有限。此外，安全性和幹擾也存在較大的問題。1G系統的先天不足，使得它無法真正大規模普及和應用，價格更是非常昂貴，成為當時的一種奢侈品和财富的象征。與此同時，不同國家的各自為政也使得1G的技術标準各不相同，即隻有“國家标準”，沒有“國際标準”，國際漫遊成為一個突出的問題。這些缺點都随着第二代移動通信系統的到來得到了很大的改善。

在九十年代，全球移動通信系統【GSM（Global System for Mobile Communication）】的出現，使得無線通訊的信令和語音信道完成了由模拟向數字的轉變。

與GSM采用的“時分多址（TDMA）技術”相對應還有一個“碼分多址（CDMA）技術”。時分多址技術是讓若幹個地球通信站共同使用一個信道。但是占用的時間不同，是以互相之間不會幹擾。但是信道的利用效率并不很高，無法容納過多使用者。碼分多址是每個地球站都被配置設定有一個獨特的“碼序列”，通過不同編碼将不同使用者資訊進行融離。是以在同一信道内，采用CDMA技術可以比時分多址方式容納更多的使用者。

數字化的轉變，使得手機不在僅是通話裝置，同時還具備的資訊傳輸的能力。數字化的手機不但可以進行語音通訊，還具備了收發短消息的能力。但短消息的資訊傳輸能力十分低下，最大70個漢字的傳輸能力僅相當于以太網中一個資料包所能容納的資料量。

1993年，高通向業界證明了CDMA能夠提供TCP/IP協定服務。自此，移動資訊化的大幕開始正式拉開。

然而移動資訊化技術發展的道路并非一帆風順。無論是基于CDMA還是GSM的2G移動通信網絡，最高傳輸速率僅為9.6kbit/s，實在難以滿足資料業務的應用需求。

是以，高通在CDMA技術的基礎上，發展出了最高傳輸速率為307.2Kbps的CDMA1X，而GSM也相應的推出了最高傳輸速率可以達到171.2Kbps的GPRS。

移動網絡傳輸速率的提升，推出了新移動應用的産生。于是“彩信”出現了。由于現在應用中的移動網絡傳輸性能還非常有限，隻能滿足些資料量不高的純文字文檔和分辨率極低的小尺寸圖檔的資料傳輸工作。“彩信”也隻能局限于收發一些分辨率不高的圖檔和資訊量并不太多的新聞類文字，比如“新聞早晚報”。

随着行動電話的普及，用紙筆寫信的資訊傳輸方式逐淅開始被語音和短消息取代了。而新聞傳播的報紙也開始被基于“彩信”的新聞早晚報所替換。

2G網絡十分有限的網絡傳輸帶寬，自然無法滿足移動資訊化大潮下網絡應用的需求。雖然提供一些簡單的收發電子郵件和Web浏覽應用，但使用的使用者始終有限。是以，第三代移動通信系統（3G）很快就被提上了日程。

美國CDMA2000、中國TD-SCDMA、歐洲WCDMA，從這世界3G技術的三大主流标準中，我們已經可以看出，CDMA技術已經成為3G技術的根本原理。而執掌着CDMA技術的高通，也由一個“小公司”成長為了世界500強。

成長起來的高通，持續在3G技術領域發力。由技術許可獲得的資金被更多的投入到了通信領域的新技術開發之中。現如今高通擁有約13萬件專利，包括正在申請的專利及已經獲得授權的專利。這些專利不僅涵蓋蜂窩技術領域，同時也包括連接配接、成像、射頻、電源、軟體、安全和多媒體等領域。

AGPS技術（輔助全球衛星定位系統）、手機攝像頭、“飛行模式”、“鎖屏”功能，以及早在蘋果10年之前，高通已經在建議蘋果将無線通訊功能放進蘋果當時的掌上電腦之中……

在高通和其它衆多通信企業的共同努力之下，3G移動網絡的高帶寬與智能手機的多種移動應用功能終于碰撞出了燦爛的火花。蘋果與谷歌相繼釋出了IOS與安卓手機作業系統。各種适用于智能手機與平闆電腦的APP應用也像雨後春筍般迅速出現。

在移動應用飛速發展的同時，3G移動網絡的傳輸速率開始變得捉襟見肘。CDMA 2000（EVDO RA）3.1Mbps、TD-SCDMA2.8Mbps、WCDMA14.4Mbps的下行速率很難滿足越來越多圖檔、視訊類應用的使用需求。在3G移動網絡技術提出後不久，4G移動網絡建設很快就被提上了日程。

和3G技術利用同一無線網絡提供語音和資料通訊不同，在第四代的移動通信網絡中，是以IP為基礎的核心網絡架構，4G的語音資訊也是通過資料的形式進行傳輸。換句話說，4G網絡是一個全資料移動通訊網絡。

目前的4G網絡是以LTE技術為主。LTE（Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作夥伴計劃）組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統）技術标準的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。

LTE系統引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分複用）和MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多輸入多輸出）等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和資料傳輸速率（20M帶寬2X2MIMO在64QAM情況下，理論下行最大傳輸速率為201Mbps，除去信令開銷後大概為150Mbps，但根據實際組網以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），并支援多種帶寬配置設定：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支援全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜配置設定更加靈活，系統容量和覆寫也顯著提升。

LTE系統網絡架構更加扁平化簡單化，減少了網絡節點和系統複雜度，進而減小了系統時延，也降低了網絡部署和維護成本。LTE系統支援與其他3GPP系統互操作。根據雙工方式不同LTE系統分為FDD-LTE（Frequency Division Duplexing）和TDD-LTE (Time Division Duplexing)，二者技術的主要差別在于空口的實體層上（像幀結構、時分設計、同步等）。FDD系統空口上下行采用成對的頻段接收和發送資料，而TDD系統上下行則使用相同的頻段在不同的時隙上傳輸。

如果說3G時代是移動通信系統功能發展期的話，在第四代移動通信時代，就是傳輸能力的爆發期。

通過下面這個LTE Cat（LTE網絡傳輸速率等級）表格，我們可以看到LTE資料傳輸速率的爆炸性增長：

類型

下行/上行最大資料速率（最高上行調制方式）

對上行64QAM的支援UE，多天線接收/發送

Cat1

10.3/5.2 Mbps(16QAM)

2*1

Cat2

51.0/25.5 Mbps(16QAM)

2*2

Cat3

102.0/51.0 Mbps(16QAM)

Cat4

150.8/51.0 Mbps(16QAM)

Cat5

299.6/75.4 Mbps(16QAM)

4*4

Cat6

301.5/51.0 Mbps(16QAM)

4*2

Cat7

301.5/102.0 Mbps(16QAM)

……

2016年2月，高通釋出了骁龍X16數據機，已經可以提供LTE Cat16的1Gbps網速；2017年1月，高通、Telstra、愛立信和NETGEAR已經在澳洲悉尼推出全球首個商用千兆級LTE網絡及終端。

2017年2月，高通在千兆級LTE發展的基礎上再一次加強自身優勢，推出第二代千兆級LTE數據機——基于10納米FinFET制程工藝打造的骁龍X20 LTE晶片組，能帶來最高達1.2Gbps的LTE Cat18下載下傳速度，與前代産品相比實作了20%的下載下傳速度提升。

4G移動網絡帶寬的提升，直接推動了面向消費者類（2C）的移動應用發展。企業業務開始向着移動資訊化的方向進行轉型。

未來的第五代移動資訊系統可以做些什麼？從高通在2017年國際消費電子展（CES 2017）上推出其最新的頂級移動平台——內建X16 LTE的高通骁龍835處理器的應用展示中可以看出端倪：

骁龍835旨在為頂級系列的消費與企業級終端提供下一代娛樂體驗和聯網雲服務支援，這些終端包括智能手機、VR/AR頭顯裝置、聯網攝像頭、平闆電腦、移動PC以及其他終端。這些終端運作各種作業系統，包括Android和能夠支援傳統的Win32應用的Windows 10系統。

但是要想支撐這些新的移動應用形式，還需要利用5G來克服目前移動資料傳輸能力不足的問題：目前基于4G+的技術，支援LTE Cat16、甚至Cat18的數據機已經可以提供1 Gbps到1.2 Gbps的下載下傳速率。但是在目前4G網絡實際應用中，卻還很難達到這樣的下載下傳速率。

這種情況，和目前無線傳輸的幹路網絡帶寬不足有很大關系。打個比方：在一條高速公路上開車，車少的時候，哪個車發功機功率強勁，就可以跑得更快，但如果遇到春運，所有車都上了高速，再好的發動機也要一點點的磨着向前走。在國内具有海量的4G移動網絡使用者，而網絡傳輸帶寬畢竟有限。此時，即便基于4G和4G+的數據機可提供帶寬再高，也難以滿足海量使用者的資料傳輸需求。

向5G的不斷演進，最需要解決的就是這個“路”的問題。而解決的方法就是利用SDN技術的控制與轉發分離——很多車在同一條路上跑，難免會産生擁塞。每輛車都會建立一條自己通向目的地的車道，幹路傳輸的是控制這些“車輛”道路的資訊時，行車的道路自然也會得到無限的拓展。

基于5G技術會産生什麼全新的網絡應用，目前還隻是初現端倪。雲計算、大資料、物聯網、人工智能與5G相結合後，還會再碰撞出什麼新的火花，目前還有待觀察。但是延着移動通信系統發展的足迹，我們可以摸清一些未來移動網絡發展的脈絡——未來必然會有更加多樣化的移動通信網絡終端産品出現，将家電、汽車、道路、城市與人們的工作和生活更加緊密的連接配接到一起，移動資訊時代也将向着無限的未來繼續演進。

原文出處：科技行者

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