那些“G”說(shuō)的不是互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初，目的之一是針對(duì)所有通訊手段實(shí)現(xiàn)普遍兼容，因此互聯(lián)網(wǎng)是沒(méi)有自己獨(dú)有的通訊手段的。互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，重要的一個(gè)層級(jí)就是通訊系統(tǒng)，它本身不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通訊手段，包括早期的電路通信、光纖、有線、無(wú)線、3G、4G、5G等，這些其實(shí)都不屬于互聯(lián)網(wǎng)的范疇。2G、3G、4G中的G是指移動(dòng)通信系統(tǒng)的代際分割，包括：

1G

二戰(zhàn)時(shí)期的“第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)”

“1G”的準(zhǔn)確說(shuō)法是“第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)”，即“模擬蜂窩移動(dòng)通信”技術(shù)。這個(gè)時(shí)代的王者——摩托羅拉的“大哥大”就是使用的1G通信技術(shù)。 1G采用電路交換，類(lèi)似于傳統(tǒng)電話網(wǎng)，最早的Modem（調(diào)制解調(diào)器）的技術(shù)可以支持 9.6Kbps的數(shù)據(jù)傳輸。Modem的主要作用就是在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)字/模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。調(diào)制即電腦輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的過(guò)程，解調(diào)即模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電腦可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。按照調(diào)制解調(diào)協(xié)議的不同，數(shù)據(jù)傳輸速度亦各不相同。56Kbps有ITU V.90、Rockwell K56Flex和US Robotics X2三種協(xié)議；33.6Kbps的協(xié)議是ITU-TSS V.34+，14.4K bit/秒的協(xié)議是V.32bis；9.6Kbps的協(xié)議是V.32，更慢的協(xié)議還有V.23、V22bis、V.22 Bell 103/212A和V.21。移動(dòng)性和蜂窩組網(wǎng)的特性就是從第一代移動(dòng)通信開(kāi)始的，1G主要有兩種制式，分別是來(lái)自美洲的AMPS和來(lái)自歐洲的TACS，但是1G是模擬通信，抗干擾性能差，同時(shí)簡(jiǎn)單的使用FDMA技術(shù)使得頻率復(fù)用度和系統(tǒng)容量都不高。

2G

第二代移動(dòng)通信

1980年代后期，隨著大規(guī)模集成電路、微處理器與數(shù)字信號(hào)的應(yīng)用更加成熟，當(dāng)時(shí)的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商逐漸轉(zhuǎn)向了數(shù)字通信技術(shù)，開(kāi)始了第二代移動(dòng)通信的時(shí)代。2G雖然仍然是電路交換，但數(shù)字信道替代了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)，才有可能使蘋(píng)果推出iPhone，成就一個(gè)顛覆舊時(shí)代的手機(jī)品牌。

2G主要的制式也是兩個(gè)，分別是來(lái)自歐洲ETSI組織的GSM（GPRS/EDGE）和來(lái)自美洲以高通公司為主力的TIA組織的CDMA IS95/CDMA2000 1x。最早期的GSM提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是通過(guò)CSD的方式進(jìn)行的，速率大約為9.6Kbps；后來(lái)更為先進(jìn)的GPRS代替了CSD，GPRS理論最高速率為171Kbps;再之后出現(xiàn)了GPRS的強(qiáng)化版EDGE，理論最高速率達(dá)到了473Kbps，幾乎是GPRS的三倍。CDMA是一種多路方式，多路信號(hào)只占用一條信道，通道寬度名義上是1.23MHz，數(shù)字和擴(kuò)頻技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用使得單位帶寬信號(hào)數(shù)量比模擬方式成倍增加，用于美國(guó)蜂窩電話的CMDAOne標(biāo)準(zhǔn)提供單通道14.4Kbps和八通道115Kbps的傳輸速度，CDMA網(wǎng)絡(luò)最高的傳輸速度沒(méi)有明確的說(shuō)明，但據(jù)2008年聯(lián)通官方網(wǎng)站顯示可以達(dá)到153.6Kbps。

3G

第三代移動(dòng)通信

其實(shí)前兩代系統(tǒng)中，并沒(méi)有一個(gè)國(guó)際組織做出明確的定義說(shuō)什么是1G，什么是2G，而是靠各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織自己制定協(xié)議。但是到了3G，ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）提出了IMT-2000，要求符合IMT-2000要求的才能被接納為3G技術(shù)。ITU向全世界征集IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，許多國(guó)家和地區(qū)的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織都提出了自己的技術(shù)，比如歐洲的ETSI和日本的ARIB/TTC提出了關(guān)鍵參數(shù)和技術(shù)大致相同的WCDMA技術(shù)。隨后成立3GPP組織，對(duì)WCDMA進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，所謂的標(biāo)準(zhǔn)化就是技術(shù)PK和口水仗后，形成一份統(tǒng)一的協(xié)議，保證彼此接口的兼容。中國(guó)當(dāng)時(shí)提出了TD-SCDMA，隨后加入到3GPP組織中，與來(lái)自ETSI的UTRA TDD進(jìn)行了融合，完成了標(biāo)準(zhǔn)化。所以3G主流的制式主要就是WCDMA、CDMA2000 EVDO、TDSCDMA，后來(lái)IEEE組織的Wimax也獲準(zhǔn)加入IMT-2000家族，也成了3G標(biāo)準(zhǔn)，由此，第三代移動(dòng)通信技術(shù)體系正式確立。WCDMA支持384Kbps到2Mbps不等的數(shù)據(jù)傳輸速率。中國(guó)電信提供的CDMA2000技術(shù)支持理論速度下行3.1Mbps上行1.8Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。中國(guó)大唐電信公司的TD-SCDMA當(dāng)時(shí)標(biāo)稱(chēng)傳輸速率是下行：2.8Mbps，上行：2.2Mbps，TD-SCDMA的另一大亮點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)不經(jīng)過(guò)2.5G的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過(guò)渡。

4G

第四代移動(dòng)通信采用了分組交換技術(shù)，其核心網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開(kāi)始向全I(xiàn)P化演進(jìn)，你可以理解4G是集3G與WLAN于一體的通信技術(shù)，能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是兩個(gè)組織，一個(gè)是3GPP組織，代表了絕大多數(shù)傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商、通信設(shè)備制造商等，LTE/LTEAdvanced出自其手。另一個(gè)就是代表著互聯(lián)網(wǎng)“勢(shì)力”的IEEE組織，推出了Wimax的后續(xù)，也就是WierlessMANAdvanced，這可以說(shuō)是互聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信界的一次“強(qiáng)滲透”。

第四代移動(dòng)通信

目前4G中以LTE的應(yīng)用最廣泛，LTE相對(duì)于3G的改變，首先是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的大變化，LTE拋棄了2G、3G一直沿用的“基站-基站控制器（2G）/無(wú)線資源管理器（3G）-核心網(wǎng)”這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而改成基站直連核心網(wǎng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加扁平化，降低時(shí)延，提升用戶感受。LTE核心網(wǎng)邁向全I(xiàn)P化，統(tǒng)一由IMS承載業(yè)務(wù)。空中接口的關(guān)鍵技術(shù)也拋棄3G的CDMA而改成OFDM，其在大帶寬上比CDMA更加具備可行性和適應(yīng)性，大規(guī)模使用MIMO技術(shù)提升了頻率復(fù)用度，跨載波聚合能獲得更大的頻譜帶寬從而提升速率。4G通信技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。FDDLTE模式去掉必要的控制信道開(kāi)銷(xiāo)，在20M帶寬情況下，大概可支持150Mbps的傳輸速率。TD-LTE理論峰值傳輸速率為下行100Mbps、上行50Mbps。

5G

2019年到2020年,全球營(yíng)運(yùn)商將陸續(xù)推出5G商業(yè)服務(wù)，如果4G的100Mbps數(shù)據(jù)傳輸速度是一個(gè)單位，5G可高達(dá)10～20Gbps，是4G的100～200倍。容量與能耗方面，5G將實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、智慧家庭、VR/AR、工業(yè)4.0智慧工廠、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用的支持，因此需要容納更多設(shè)備連接、同時(shí)維持低功耗的續(xù)航能力。

5G是全I(xiàn)P化的網(wǎng)絡(luò)，低時(shí)延和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接，意味著網(wǎng)絡(luò)能提供多樣化的服務(wù)，可以提供高速海量設(shè)備的接入，因此必將帶來(lái)更高的地址需求，因此5G還將大幅帶動(dòng)IPv6 的規(guī)模部署和普遍應(yīng)用。5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps～20Gbps，并引入Massive MIMO等關(guān)鍵技術(shù)。IPv6所提供的大地址空間和更高的安全性能也將成為5G時(shí)代的必須。國(guó)際電信聯(lián)盟IMT-2020表示，5G通用規(guī)范將支持每平方公里100萬(wàn)個(gè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、1毫秒延遲以及數(shù)據(jù)包從一點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間量、更高的能效和頻譜效率，以及高達(dá)每秒20G的峰值數(shù)據(jù)下載速度。以自動(dòng)駕駛汽車(chē)為例，車(chē)輛間能以0.001秒的速度交換數(shù)據(jù)。

有一個(gè)說(shuō)法認(rèn)為：“5G既是商業(yè)模式的轉(zhuǎn)型，也是一個(gè)端到端的生態(tài)系統(tǒng)，它將打造一個(gè)全移動(dòng)和全連接的社會(huì)，交付始終如一的服務(wù)體驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)有的和新的用例，以及可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式，為客戶和合作伙伴創(chuàng)造價(jià)值。”這究竟是一種怎樣的體驗(yàn)，我們需要拭目以待。