3G、4G 各種標準有什麼區別?

3G分WCDMA,CDMA2000,TDSCDMA這三種制式,那到了4G呢?還分嗎?

為什麼就沒人提了呢?怎麼又成了都用TD-LTE了呢?難道這不是TD制式的嗎?為什麼電信可以用呢?他不是CDMA2000嗎?FDD-LTE又和他是什麼關係?

3G和4G是不是傳承關係?TDSCDMA對應TD-LTE,其他的對應其他的?

還有就是4G手機如果是以上兩種制式,那向下兼容呢?會不會以後還說這是一款4g支持TD的手機?或者是一款4G支持WCDMA的手機?

我已經完全搞蒙圈了,誰能給我普及下。


轉載一下若干月前我寫的一篇文章:

鮮柚社區

原文載於 鮮柚社區

裡面有不少理解上的錯誤,請了解的大神盡情拍磚並指正,不勝感激!

(用斜體字標識的是經大神指正後添加的,感謝 @Norman Karma@ranger 等大神指導!)

『科普貼』

蜂窩移動通訊技術演義

緣起與序章

緣起

自從限免給了我加"科普貼"標籤的權利,但是很遺憾,至今也沒能遇到一篇比較合適的貼子,給加上"科普貼"的標籤。所以,我決定自己出手,寫幾篇科普貼,然後給自己加標籤過過癮。

第一篇的題材是蜂窩無線通訊技術的發展史。說實話,這是一個很大的題目,雖然時間跨度只有短短不到四十年,商用年限也就三十年多一點,但是卻是近代科學技術王冠上最璀璨的明珠之一,耗費了幾代科學家、成千上萬精英的無窮多的心智。所以這個題目不是三言兩語能說清楚的,我準備用五個貼子的篇幅來籠統的介紹下這個發展歷程。另外,由於這個題目牽涉了太多專業術語,如果把所有專業術語都給講解一遍,難免變成枯燥乏味的臭長文字,而且個人能力有限,難免會出現很多的差錯,所以我準備用類似我國古典演義小說的寫作方法來寫這篇文字,另外希望所有讀者能用茶餘飯後消遣的心情來看待這篇文字,所謂"七分史實,三分演義"此之謂也。

序章

所謂天下大勢,大抵是,人類在追求進步與發展的路上永不止歇,順之者昌,逆之者亡。

話說耶和華老爺子創造了天地萬物與人類,同時也創造了天使與眾神祇,並規定人類居住於世俗之凡間,諸神居於永生之天堂。初始之人類雜居一處,語言風俗互通。有一天,人類中走出一智者,號召全體人類共同建造一通天巨塔,能使凡人通過此巨塔進入永生之天堂。於是人類開始聚集天下之力以修建此塔,並為之命名曰巴別塔(亦稱通天塔)。倘使此塔建成,則將混淆天堂與凡間,使諸神與凡人的生活受到破壞。

耶和華為使人類停建此塔乃將人類分居世界各處,並分別授以不同的語言與風俗,使不同地區之人類不得互通訊息。

自此,通訊成為全世界之人類共同努力去解決的重要問題之一。從口口相傳到烽火台、驛站,人類經過了數萬年的嘗試,始終未能有效解決通訊的即時、精準的問題,直到貝爾出現。

貝爾發明了電話,從此人類進入了通訊的新時代。但是電話有其非常大的局限性:受制於傳輸導線,其造價與維護成本非常高,長距離的通話無論個人和組織都是很難負擔其成本的。但是貝爾仍然靠著電話的專利賺到盆滿缽溢。後來就誕生了近代科學技術史上的第一傳奇:貝爾實驗室。

貝爾實驗室之偉大無需在此多言,僅舉一例,本系列文字的主題:蜂窩移動通訊技術即是其發明之一,而且是比較不起眼的發明之一。但是這個發明卻是撬起改變了人類的生活方式的槓桿的支點。為什麼這麼說?這得從貝爾發明的電話說起了。

貝爾的電話是人類通訊史上最偉大的發明之一,劃時代性的改變了人類的通訊方式。從此不再是通訊基本靠吼。但是電話有其極大缺陷,如非常依賴通訊線纜,基本沒有通訊線纜的地方是完全無法使用電話的。另外,當時的電話體積巨大,基本是無法隨身攜帶的,而且造價很高。基於以上原因,當時的電話基本是無法大規模普及的。

其實大家都能理解的到,電話的通訊線纜中傳輸的並不是聲波,而是電流。電流負載著聲波經由電磁鐵轉化成的電波(方便理解我就自己創造電波這個詞吧)。學過物理的人都知道,電場和磁場是可以相互自由轉換形成電磁波的。那如果我們把聲音轉化成的電流再處理一下,轉換成電場,不就可以通過電磁波進行發射,從而擺脫了線纜的束縛嗎?!實際上這在當時技術條件是成熟的。主要問題是,電磁波衰減非常厲害,所以其傳播距離有限,而且波形非常容易受到環境干擾。

解決問題的方法總是多於問題!假設我們在電磁波衰減最厲害的地方加一個中繼器,這個中繼器會收集衰減的電磁波,然後注入能量,再重新發射出去,如果地球上有無限多個這樣的中繼器,那麼我們的電磁波不就可以到達地球的任何地方了嗎?貝爾實驗室發明的"蜂窩移動通訊技術"就是這個中繼器的主要工作原理。

中繼器的官方英文名稱是Base Station,中文名稱叫基站。由於其應用布置中採用了類似蜂窩結構的正六邊形布局,所以整套技術又稱為"蜂窩移動通訊技術"。曾經的1G和2G、方興未艾的3G、風頭正盡的4G,都是基於該技術的,所以你說這個技術是不是改變人類生活方式的偉大發明呢?

其實,這也算不上完美的發明,曾經就有一個公司試圖走出該技術的窠臼,但很不幸,項目慘敗不說,還差點把這個世界一流的公司直接給扼死。這個公司就是摩托羅拉。

至此只要有人用現成的技術,把易於隨身攜帶的電磁信號發射器製作出來,那麼改變人類生活方式的另一項重要發明--手機就出現了。

作出這項發明的幸運兒是摩托羅拉的技術員馬丁?庫帕。

卻不知摩托在手機上有哪些精彩經歷。欲知詳情,且聽下回分解。

『科普貼』

蜂窩移動通訊技術演義

第一章

第一章:1G時代的摩托羅拉與大哥大

書接上回。大家應該都知道世界上第一通電話的通話內容了,但有多少同學知道世界上第一台手機(通話對象是普通電話)的通話內容呢?

話說當時摩托的庫帕團隊組裝出來第一台手機大概是在1973年,組裝成功後整個團隊欣喜若狂。大家說第一個電話該打給誰?庫帕說看我的,於是帶著這第一台手機出門,來到繁華的曼哈頓大街,在眾目睽睽下按了一個號碼,接通後說:尤爾,我正用一台真正的行動電話和你通話,一台真正的攜帶型電話。電話那頭是沉默,可怕的沉默。因為接電話的是貝爾實驗室的尤爾?恩格爾,他與他的團隊也正在致力於第一台手機的研發與組裝中。所以第一個手機通話是一個"炫耀帖"+"打臉帖"。(補充下,至今我都很納悶,當時曼哈頓大街上為什麼會有一個基站?是幹什麼用的?)但是不管怎麼樣,我們在感謝庫帕的同時還應該感謝尤爾及其團隊。因為所有的進步不光來自成功者,更多的失敗者才是發展的基石。

接下來我們給貝爾實驗室一個結局吧。1996年由於某些短視商人的逐利行為,貝爾實驗室被拆分為賺錢的ATT和燒錢的朗訊科技,結果從此賺錢的沒有了領先的技術,有技術的朗訊卻再也無大量資金進行創新研究。再後來,ATT破產(當前的ATT是美帝後來重組的,跟曾經的完全是兩碼事了),朗訊名存實亡,後與阿爾卡特合併。曾經無限風光的貝爾實驗室實在讓人不勝唏噓,這家公司是我這個系列文字當中提到的所有標杆企業中唯一一家不是因為創新、不是因為盈利而走下坡路的。

第一代手機通訊時代註定屬於摩托羅拉。但是其過程還是非常曲折的,庫帕與其團隊先後五次對第一代手機進行重構與技術革新,直到十年後的1983年,摩托羅拉才推出其面向市場的第一部手機。此時庫帕自己卻已經離開了摩托,自己創業(寫到這兒,寡人心中哼唱起了《十年》)。

在九十年代的前期和中期,可以說摩托在手機市場佔據了絕對領先的地位。這個時期的手機在國內有一個婦孺皆知、家喻戶曉的名字"大哥大"。為什麼是這個名字?因為當時的手機不僅造價高、售價高,使用費用也是一筆不小的數字,所以除非是一些比較有錢的人,一般人也只能有看著別人用而自己流口水的份。所以"大哥大"這個詞充滿的各種艷羨與崇拜。

為什麼那時的手機不能對大眾普及呢?

體積巨大、質量巨高是原因之一:第一部正式商用的手機足有3kg重,只能向背包一樣背著走(但是1973年的第一部手機僅有750g)。對比現在的手機也就幾十上百克而已。

蓄電能力低。第一代手機充滿電之後僅能續航3小時而已。而且還不是現在輕巧便攜的鋰電池。可以想像一下,假如當時D編跟著限免君去上海看ChinaJoy,為了能及時管理鮮柚社區便攜帶了當時最新款的摩托羅拉大哥大以及五塊備用電池,重量合計二十斤上下。剛好下動車的時候,五塊電池的電量全部耗光。

功能單一,僅支持通話。D編在動車的時候收到消息稱V編髮了一個帖子,需要加標籤"UV在一起",於是掏出了其酷炫狂霸拽的大哥大,找啊找,竟然沒找到鮮柚社區甚至限免的APP,然後才想起大哥大 不支持安裝APP,於是準備找瀏覽器登錄管理,但是找啊找,再次抓狂,大哥大不支持網頁瀏覽。找QQ未果,甚至找簡訊都沒找到。不好意思這些大哥大都不支持,那支持啥?通話!還有嗎?有,打電話!還有嗎?有,接電話!還有嗎?厄,貌似沒有了哦。

此外還有造價,你只要想想那麼多晶體管一個個都是費用,把它們組裝起來更是一筆巨大費用。

除此之外可能還會有人為故意控制的因素在裡面,因為當時的基站技術根本無法支撐大規模的用戶使用。

因為支撐當時無線網路的主要技術之一是FDMA(頻分多址,請記住這個概念,後面還會有幾個類似概念)。什麼東東,比如V編要打電話給U編(V編與U編只是兩個人名而已,謝絕大家腦補、對號入座)。

首先,V編撥號碼並按呼叫鍵,V編的"大哥大"向基站發送請求,基站會自動分配一套(兩個,下文分別以A、B代替)頻譜給"大哥大",然後"大哥大"就會將發送頻率切換到頻譜A,並以該頻率上傳數據到基站;同時將接收頻率切換到頻譜B,以接收基站下發數據。與此同時,基站會將通話請求進行基站間轉發,直到找到U編所在基站,該基站將請求下發給U編的"大哥大",並自動分配一套(也是兩個,C、D),於是U編"大哥大"就用C頻譜發送U編聲音數據給基站,用D頻譜接收基站下發的V編聲音數據。於是UV開始一起你儂我儂。

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表面上看這套理論是沒問題的,但實際上一個最大的問題是頻譜資源有限,能分給整個無線網路使用的也就那麼一小段的頻譜,然後再由基站劃分給用戶,所以具體到每個基站只能支持最多30個用戶同時通訊。所以,肯定是要控制用戶數量的。

以上這些問題在2G的時候才得到了解決。第二章再說。

還是回到摩托!最近我看到一句話,公司發展到摩托、諾基亞這個程度,是根本沒辦法從外部被打敗的,只能其內部決策失誤,導致其被超越。朕深以為然!

在大哥大時代的後期,摩托其實已經看到了1G的所有缺陷,並且也預料到了數字通訊的興起。但是其終歸沒有魄力全身心的投入。後來隨著諾基亞、三星、索愛的興起,摩托最終也只能拱手讓出移動市場老大的位置,直至現在十多年時間過去,摩托始終無法再度統治移動市場,一著差步步差!

其實就算當時,摩托的技術能力以及為技術的投入都是其他同類公司無法企及的。比如其當時主推的"麗音技術",直到現在,我用過諾基亞、索愛、三星、華為、聯想等等多個牌子、多個型號的手機,當時說起語音通話清晰度每次都是以前用過的一部摩托的低端機器。直到在iPhone才算找到了類似的清晰度。

所以,在當時摩托還是完全有機會轉身並拿回其頭把交椅的。但,摩托太忙了,實在無暇去做這種小事。當時他忙的是"銥星計劃"。簡單來說,直到現在,我們的通訊都高度依賴基站,在沒有基站或者基站信號不好的地方,我們高端的iPhone就變成了聾子、瞎子。在另一方面,基站造價高、維護成本高但又非常脆弱。比如雅安地震的時候大批的基站損毀,為了保障通訊,運營商派了很多通訊車去現場服務。另外,一些偏遠山區或者人跡罕至的度假小島,由於成本問題,是沒有運營商布置基站的,所以在當地通訊基本是痴人說夢。唯一的解決方案是摩托的"銥星計劃"。

簡單原理是:在地球同步軌道投放大量的衛星(一開始規劃為77顆,後削減為66顆),其信號能輻射全世界。用這些衛星行使基站的職權,這樣地球表面幾乎就沒有信號盲點了,而且大量的基站建設費用也被節省下來。

直到現在我都認為這是一個瘋狂且完美的規劃,甚至認為未來趨勢必定如此。但是這個計劃有其致命缺陷。

在收入不明的情況下,前期投資太高。這個不用解釋,66顆衛星及其發射,費用可想而知。也就當時的摩托憑藉其自身實力和融資能力能幹這事。

技術領先市場太多。在當時,手機遠遠還未能在普通大眾中普及,更遑論全球信號的手機。

其實衛星信號沒大家想像中完美。在空曠的室外完全沒問題,但是在高樓林立的大都市、室內、地下基本是沒辦法接收衛星信號的,所以在城市中還需要基站配合進行信號中轉。基站,如果沒有本國、本地區的運營商基本是沒法建的。

摩托沒有致力於一個生態系統的搭建,想自己單獨玩。首先,支付問題,當時還沒有現在這麼發達的支付網路系統,而摩托又沒有跟運營商合作。所以摩托首先得想破頭皮解決用戶付錢買機器和服務的問題。

以上這些限制了用戶發展空間,進而導致成本分攤至每個用戶頭上都非常高。如一支手機需要賣三萬多,進一步限制了用戶拓展空間。

所以這是一個失敗的項目,摩托的一個子公司--銥星因此而破產,後來所有在軌衛星被低價賣給一家私募基金(據說是阿拉伯一家富商),低價低到什麼程度?賣價不到衛星發射價格的十分之一。聽說直到2010年才實現了盈利(是指當年現金流是正的,而不是整體盈利)。截至現在仍在運營中,我特意在淘寶搜了一下,現在一部銥星手機售價七千上下,室內用的信號增強器售價一千,最重要的是話費,約8元人民幣每分鐘,普通市話的約80倍。現在主要用在航海海事通訊中和戶外運動愛好者中,另外美國軍方也會用。

有很多人把摩托的敗落歸結於銥星計劃,我卻不這麼認為。因為摩托其實以小博大,自己投資了約10億美金,另外的費用都是吸引來的風投,區區十億,當時的摩托輸得起。

摩托的敗落在我看來就像是一個壯漢得了一點小病,在"疾在肌膚"的時候其一點不重視,以為健壯的自己怎能被病魔擊敗;"疾在腠理"的時候,忙著參與一場賭博,結果賭輸了;"病入膏肓"的時候開始奮發圖強,雖有razr系列的迴光返照,終究難逃被谷歌收購的宿命。

其所患的"疾"就是輕視通訊界的數字化浪潮。而其一個曾開造紙廠的小兄弟卻緊緊抓住了數字化浪潮,成功完成超越,登頂稱帝。卻不知何為數字化浪潮,且聽下回分解。

『科普貼』

蜂窩移動通訊技術演義

第二章

第二章:2G的數字化浪潮與芬蘭王朝

書接上回。想明白什麼叫數字就得先明白什麼叫模擬。所謂模擬就是用電壓的高低變化形成的波形來模擬自然界實際存在的波,如聲波。然後通過電路或者電磁波把電壓變化運送到目的地,再通過特殊設備還原出來,形成人能識別的波形。

其缺陷有:

很多東西,如網路數據、圖像等,很難用波形進行表示,自然無法用電壓模擬。

電壓傳輸中容易產生衰減或者其他變異,很難校驗。反應在現實中就是各種失真,如語音失真。比如某女生以高音發出尖銳的吼叫:蟑螂,被手機錄製下來,形成連續的五伏電壓,但是傳輸的時候出現了衰減,變成了4V電壓,到了收聽者那裡變成了甜膩的:張郎。

所謂數字就是對模擬生成的波形進行高頻率的採樣,將採樣到的每一點的值進行編碼,形成二進位數據,然後用高電平(比如可以是2.5-5V都算高電平)表示1,用低電平(2.5V以下都是低電平)表示0。這樣一來,0和1的有效空間比較大,很難由於衰減導致數字改變;二來可以在數字之間插入一些冗餘校驗位,通過這些校驗位很容易判斷數據是否正確,哪一數據位位出錯,正常值應該是什麼;三來,得益於PC的高速發展數字化已經在PC上非常普及。所以有很多成果(如晶元、技術、數據等)可以在手機上直接復用。四來,集成晶元的迅猛發展使得ANSIC越來越輕薄小、功能強大、穩定,所以使用了數字技術的手機也能更輕更薄更便攜且功能更強大。五來,數字晶元的使用門檻較低,使得大量廠商進行手機的設計生產成為可能,進而刺激手機價格的下降,手機普及度開始爆炸式增長。

通訊數字化浪潮的另一有力推手是3GPP的誕生。在1G時代大家雖然使用了相同的技術原理,但是實現方式卻各有差異,導致手機幾乎無法跨地域使用。為了使新的通訊技術得到統一的發展步調並實現2G到3G的平滑過渡,由世界多家技術與科技巨頭共同參與組織了一個叫做3GPP的組織。該組織的任務之一是開發、維護GSM(全球移動通訊系統)(感謝評論區大神 @ranger 指教,3GPP主要負責的是GSM系列標準的長期維護與標準,下文有提到GSM標準是GSM小組來發的。3GPP成立於1998年)。GSM的大名相信大家不知的不多吧。

GSM最早在1982年由GSM小組負責開發,後來先後經手CEPT、ETSI,最終被移交給3GPP。早在1991年芬蘭就建立了第一條正式運營的GSM網路(所以後來誕生的手機巨頭是出現在芬蘭這個小國而不是美日或者其他歐洲國家,也是有其道理的)。

GSM協議開始,手機進入數字化時代。對普通用戶來說,從此手機不僅可以用來打電話,更可以發簡訊了,所謂"拇指族"誕生。

數字化同時也使得手機廠商開始不務正業,集成了攝像頭、MP3、視頻播放、收音機、電子書等等旁門左道的功能,其中最突出的當屬2G霸主、芬蘭巨頭諾基亞。據統計在2005年左右諾基亞所出的帶攝像頭手機數量已經超過所有相機廠家生產的相機數量。成為世界最大的相機生產廠商。正應了一句至理名言:不會放MP3的照相機就不是好手機。

上一章講到U編和V編故事的時候提到由於頻譜有限,一個基站只能支持30個手機進行通訊。GSM協議也完美解決了這個問題,採用的方案是TDMA(時分多址)。簡單來說就是,基站將自己有限的生命長度劃分為無限多的微小時間片段,每一個時間片段稱為一幀。注意這裡的一幀非常小,小到人無法感知。然後又將每一幀根據需要劃分成等長的更小時間片段,每個小時間片段處理一路通話數據。上實例:

話說U編和V編的通話跨越了時間和空間的限制,來到了2G時代,同時科技界發生了另外一件影響深遠的事件:基德君打了一個電話給秋葉醬。基站君感受到了自己承擔的重要歷史使命,於是把自己的生命劃分成無數幀,比如2ms一幀,然後又把一幀分成兩個長度為1ms的時間段。然後基站君就開始兢兢業業的工作。它每幀的第一個ms在U編和V編之間傳遞柔情,第二個ms在基德君和秋葉醬之間發送蜜意。由於兩個數據片段之間間隔人類基本無法感知,所以四個人都以為基站君是僅僅服務於自己的,均感龍顏大悅。

但是你會不會想,萬一基站君一個不小心把第二個ms做的事放到第一個ms做了會怎麼樣?會有這種情況,就是我們說的串號。比如前面說到的四個人正在通話中,結果基站君打了個盹兒,把U編的時間段分給了秋葉醬,於是V編就突然聽到了秋葉醬的聲音。隨著技術的發展與進步,這種情況是越來越少的。

2G時代另外一件里程碑的事件是GPRS的出現,其意義不下於,個人甚至認為超過了2G的出現。因為其為移動網路開闢了新的重要功能--自此移動網路開始不僅能用來打電話,也可以上網了(GSM也支持上網,但由於費用和速率的問題並不實用)。所以那句至理名言到這兒得改改了,不能上網的MP3式照相機就不是好智能手機。對,歷史發展到這個時間,終於有智能手機概念的出現了,但是屬於早產兒,先天不足,後天乏力!

回到GPRS。GPRS最大的貢獻在於引人了數據包的概念,大概原理是這樣,首先將網路數據劃分成若干個小的數據包(分組),然後再對每個數據包進行封裝,將數據包發送者、接受者、數據包編號寫入裡面,接著發送到下一個基站,接收基站根據接收目標地址繼續轉發,直到發送到接收終端。由於分組,數據在基站之間的傳遞不再需要先建立一個固定的信道,可以找到任意一個空閑信道傳輸。好處是:

不需要事先搜索建立一個固定的數據"通道"(即信道),節省了撥號或者叫連接的時間。

不需要持續佔用信道直到通訊結束。節省了通訊成本提高了信道使用率,從而節省了上網成本。

數據發送方不再需要確認接收者收到上一個包的時候再發下一個包,只需要將數據一股腦扔出去即可,接收方如果有數據包未收到只需單獨請求即可。這樣極大提升了通訊速率。

另外GPRS是在GSM協議基礎上發展而來,兼容GSM協議原有的硬體、軟體設施,如需升級只需要小成本改造即可。為其發展規避了一大障礙。

好吧,現在3GPP(筆誤,此處不應為3GPP,因為3GPP出現晚於GPRS,此處為ETSI可能更為合適)已經為我們準備好所有理論基礎,運營商已經為我們準備好了所有硬體環境,我們只需要選擇好一部合適的2G手機就可以暢享2G網路了。

慢著,說得這兒我得科普下選手機的技巧了。選手機,砸核桃是關鍵,不能砸核桃,再好的手機也不叫諾基亞。這人啊,一見核桃就想砸,過去一天換仨機子砸,麻煩!現在好了,有了諾基亞手機,一機頂過去五機,超強型,砸核桃神器,一口氣砸五個,不費勁。一砸一個準,效果不錯,還實惠!

2G發軔時期的諾基亞以其砸核桃神器的品質、兼容MP3的肚量、指點數碼相機的豪情、致力於用戶體驗的細膩以及塞班平台天生具有的王霸之氣,迅速佔領了2G的制高點,被加封為2G時代的王者。

最想說的是Symbian,最開始的Symbian並不是屬於諾基亞的,但是毫無疑問Symbian成就了諾基亞,而諾基亞也把Symbian推向了一個歷史的巔峰,這個巔峰在過去的歷史中唯有Symbian達到過,iOS、Android均無法企及,至於windows phone的前身windows mobile更是Symbian大樹統治下一株不起眼的小草。在那個喬布斯大神還沒顯靈對智能機進行定義的歲月里,使用Symbian高級版本的手機就被稱為智能機。

所謂成也蕭何敗也蕭何,諾基亞的最終衰敗根本原因也在於對Symbian的處理不當。

在講諾基亞的衰敗之前先插入一個小插曲:Edge在這一階段得到了所有人始料未及的發展。Edge也被人俗稱為2.75G甚或者2.9G,因為它的定義就是為了2G到3G的平穩過渡,所以規劃中的Edge只是一個臨時過渡產品。但是由於喬大神顯靈較晚,所以3G的發展並不像大多數人預料的平穩與順利,因為用戶還想不到用昂貴的3G能幹啥。而速度快、價格低廉的Edge既滿足了一般人刷Q、發彩信的需求而價格又不會太貴。

Edge相比於GPRS最主要的優勢是採用了8PSK調製,將數據的編碼效率提高了足足三倍,同時提高了GSM信道的使用效率,所以其數據傳輸速度達到了GPRS的3倍。而另一方面,他跟GPRS一樣只需要對基站和其他軟體硬體進行小幅升級即可應用,所以成本比3G低廉很多。

親們,可以注意一下你手中的iPhone,在3G信號不好的地方,狀態欄的"3G"會變成"E",這個時候你使用的就是Edge網路,所以現在Edge成了3G的有益補充。

手機界一般會把iPhone的出現作為一個分界線。諾基亞等傳統手機廠商以及Symbian的歷史命運都在iPhone發布後被改變。

但在這之前還有一些需要強調的:觸摸屏最早是諾基亞發明的(可能專利現在還在諾基亞手中),最早發布電容式觸摸屏手機的是黑莓。諾基亞的應用商店OVI Store比Apple的AppStore早兩年上市。還有其他很多在iPhone中被作為賣點的技術專利所有權是諾基亞的。但是,在iPhone引起的狂潮中,諾基亞迷失了自我。為與iPhone操作系統(當時還不叫iOS)對抗,諾基亞主導下的Symbian推出S60系UI。但是在我看來這是一個敗招,彰顯了在iPhone狂潮下傳統手機廠商的無力。因為S60速度慢、不穩定、界面風格不夠炫。總之在很多方面被iPhone和後來出的Android完爆。

總之和摩托羅拉一樣,諾基亞積重難返,走在一條沉淪的大道上。但是上帝在關上諾記Symbian大門的同時還給他留下了一扇Meego的窗。Meego是諾記與Intel聯合出品的移動操作系統,這世上應該只有N9一款手機是Meego的,絕唱。N9也是在全觸屏時代諾記出品的唯一一款即叫好又能叫座(注意是能)的手機。就在N9在市場上好評如潮的時候,一個人一生斷喝,不僅終結了Meego孱弱的生命,更關上諾記復甦的最後一扇窗。

這個神人就是諾記新任CEO埃洛普,被稱為高級無間道的神人。關於該君在諾基亞的各種神跡般的舉動應該不需要我再多說了吧?反正最後諾記成了微軟旗下公司。跟摩托殊途同歸。

註定王冠需要交到新任王者Apple的手中。欲知後事如何,且聽下回分解。

『科普貼』

蜂窩移動通訊技術演義

第三章

第三章:3G的三國殺與果味繽紛的世界

書接上回。歷史車輪滾滾向前,很快進入了3G時代。

3G真是跟3結下了緣分。3G有三個制式三強鼎立;3G時代有三大系統逐鹿中原;3G的天下三大手機廠商謀求一統江湖。

首先解釋為什麼會有三個3G制式。2G時代3GPP負責維護的GSM雖然沒能統一天下,但卻佔據了市場的絕對主流。而GSM的相關協議和專利大多由3GPP和美國高通(感謝 @ranger 提醒,高通在GSM系協議中參與度不高,此處寫高通主要是由於考慮到CDMA系列標準,下文有提及)把持,所以不管你是運營商也好,設備生產商也好,每年都需要繳納大筆的使用費授權費給這兩家巨頭。據統計當時中移動每年都要繳納數十億美元(當時還沒有歐元)。首先這麼大筆不勞而獲的money誰看著不眼紅?其次各運營商、設備生產商也不是省油的燈,他們如何甘心?所以三大標準就來了。

但是在3G大戲開播前需要再插播一段科普。在2G時代,儘管GSM已經體系完善、主導市場、獨孤求敗,但是還是沒能統一江湖。在北美韓日的通訊市場上有一個名叫CDMA(也叫CDMA One)的通訊協議像俠客(俠客這個詞可能不太恰當,無非是利益而已)般遊盪。CDMA,中文名是碼分多址,基本原理是每個通訊終端會被分配給一個唯一的編碼,需要數據傳輸的時候,終端會把自己的編碼和數據一起傳送給基站。基站同時收到若干個終端發送的數據後會把這些數據與各自編碼進行向量運算,最後將運算結果發送給下一個基站。最後的接收基站對接收到的訊號進行反向的向量運算就可以拆解出發送手機的編碼和數據,再根據編碼把數據發送給接收終端。

好吧,繼續大家喜聞樂見的UV通話 。在CDMA時代,第三通電話被接通(這次要黑誰呢)。

iOS君:喂,柳姑娘嗎?

然後基站君同時收到了V編、基德君、iOS君三個人的通話請求,就快速尋找到了接收電話的三位女嘉賓的手機編碼和從屬基站。接通了電話。假設現在世界上只有這三路電話,基站也只要考慮這三路電話,那就可以給三對主角各分配一個編碼。在手機裡面可以進行按位的向量乘運算。結果發送給基站,基站可以將收到的三位男主角的數據進行進一步的向量加運算,完成後發往下一基站,直到最終基站,可以對數據反向運算,將結果分別發送給三位女主角,完成一次通訊。

當然實際運算中的情況更複雜。比如世界上有多少張SIM卡可能就需要有多少用戶編碼、需要數據的加密、驗證等等。

關於CDMA說這麼多是因為3G時代的三種網路制式都是基於CDMA技術的。

本部分為後期修改:

評論區的大神 @ranger 對前面一章和本章的這一部分給出了精彩的指導點評,原文轉載下,避免大家被鄙人的粗淺學識誤導:

對了,還有兩個地方。關於GPRS那一段,實際上基站和基站之間是不能直接建立聯繫的,必須要通過BSC或者核心網才能建立聯繫,也就是數據的傳送不是從這個基站到下個基站再到下下個基站然後到接收者那裡的基站,而是直接從基站到BSC/核心網然後到基站。關於CDMA2000那一段,WCDMA其實是UMTS的空中介面技術,因為蜂窩移動網路最重要的介面就是空中介面,所以我們把採用了WCDMA作為空口技術的UMTS網路直接就叫做WCDMA,UMTS網路的另外一個空中介面技術就是TD-SCDMA。所以說「因為CDMA2000發展超過WCDMA,所以3GPP推出UMTS」這句話不是那麼準確。不過前半句倒是對的,CDMA2000的發展確實在一段時間內超越過WCDMA。

廣告插播完成,開始正題,三主角出場。

WCDMA:3GPP的主要成果,GSM的升級版,基本可以比較平滑的從GSM一步步升級而來(感謝 @ranger 大神指正,此處平滑二字很不恰當,二者主要關係是可以共享核心網,在接入網方面升級稱不上平滑)。後續升級陸續出現了UTMS、HSPA(HSDPA、HSUPA)和HSPA+(HSDPA+、HSUPA+)幾個演進協議。所以iPhone4到iPhone5,同樣支持的3G WCDMA,但是每代發布的時候都會宣稱網速提高了多少,依靠的就是支持更高級、更先進的協議。其中UTMS又名3GSM,後面的名字直接指出其是GSM協議的升級版,同時也指出其是第三代的通訊協議,其地位大概相當於2G時代的GPRS。HSPA就相當於2G的Edge,但是其比Edge具有更強的生命周期。HSDPA是在HSPA的基礎上加強下載部分,而HSUPA則是加強了上傳部分,HSPA+(HSDPA+ HSUPA+)則是其完全升級版,LTE的序曲。但是由於我們實際使用中一般側重於下載,所以可能會比較少見有人宣稱支持HSUPA和HSUPA+。眾所周知,聯通使用是這一系列的協議。

CDMA2000,這個是前面提到的CDMA的升級版。由於CDMA的主要技術與專利由高通把持,使得高通賺得盆滿缽溢,引得棒子國的三星分外眼紅。在99年三星推出了自己的CDMA2000 1x的基站與終端晶元。2000年三月高通提出了CDMA2000 1xEV(這才是CDMA2000的真名)。其中2000代表年份,1x代表其使用的一對1.25MHz的信道,EV是英文演進的前兩個字母。但令高通鬱悶的是三星隨即宣布其晶元可以向新的協議平滑升級。但是最令高通吐血的是由於韓國和日本的運營商在2G時代採用了CDMA協議,所以他們很快就升級到了3G。所以在我們剛開始GPRS的時候棒子和島國矮子們就開始玩3G了。天朝的一些手機應用提供商後來都是參考韓日企業的發展。扯遠了,回到高三之爭(高通三星)。高通所在的美國最大運營商ATT卻若干年後才上3G,而且是WCDMA。佔盡了天時地利人和的三星終於完勝高通,取得了3G時代CDMA系協議的主導權。

作為一個名稱就是演進的協議,規劃中的CDMA2000會有兩個階段:EV-DO與EV-DV。DO是DataOnly的意思,DV是DataVoice的意思。EV-DO又分了A、B兩個版本。EV-DO的推出導致該系協議的速度大大超過了WCDMA,迫使3GPP推出了UTMS應對。但是後面高通宣布放棄了該系協議向4G的演進。所以4G少了一個重要參與者。另外EV-DV的商用也是遙遙無期。所以這一系的協議可能會慢慢退出歷史舞台吧。中國電信採用的是這一系的協議。

TD-SCDMA。提到這個很多憤青可能會胸一挺頭一昂,伸出一隻大拇指說:我們的協議。給一組數據說明吧,諾基亞擁有該協議相關專利的32%,愛立信23%,而大唐7%。另外在2001年其成為3GPP標準R4,我們也只能通過3GPP對其進行維護升級,而不是IMT。甚至其到4G的演化也主要由3GPP旗下若干組織共同完成,已經不能算是純正的國產標準了。但是某些企業會有精神勝利法,比如核心協議在我們手裡,LTE-TDD應該叫TD-LTE等。不說這個了,來氣!與WCDMA對應,TD-SCDMA也有進化版本:TD-HSPA、TD-HSPA+等。但是眾所周知,世界上僅有中國移動一家鋪設了TD網路,產業鏈嚴重短且不完善。所以TD的進化版有沒有商用尚不得而知。

其實還有一個3G協議,WiMax,是大名鼎鼎的Intel的出品。但是其比TD更不如。沒能在移動通訊市場取得太大令人矚目的成果。

三個主角介紹完了,發現,沒故事了。汗。評書寫到我這個份上也可謂空前絕後了。

按慣例,再來一個公司吧。這次是Apple。Apple對3G的意義可謂互為犄角相輔相成。在iOS出現之前3G沒有太多的市場優勢,因為看看新聞、聊聊IM、下載個漫畫、閱讀個電子書用2G就夠用了。聽個高質量的MP3,首先手機都放不了幾首,另外流量費也吃不消。

Apple發布了iPhone4、App Store之後人們才發現,哦,原來移動互聯網還可以這麼玩。

也正是Apple的成功推動了4G的到來。不知4G的世界又是何等模樣,且聽下回分解。

『科普貼』

蜂窩移動通訊技術演義

第四章

第四章:未來,尚未來。4G與展望

書接上回。歷史車輪滾滾向前,未來註定將是4G的未來。尤其是現在推動歷史大車的車夫姓艾叫剖(Apple)。

但是我本著鮮柚君的業界良心,必須負責任的懷著背痛的心情告訴大家:未來,尚未來。IMT唯一承認的4G是LTE-Advanced(LTE-A,增強版的LTE),他現在連個狂霸酷炫拽的名字還沒有呢,更遑論商用呢。而且它現在也主要停留在協議、標準、展望的層面上,尚未太多涉及實際操作。至於我們現在常說的LTE意思是Long Term Evolution(長期演進),也就是到下一代網路的持久演進戰,業界對其的實際定位是3.9G。但是由於大家普遍將其稱為4G,所以在這裡我也就將錯就錯將其稱為4G吧。

但實際上,LTE已經非常接近於4G了,因為它採用了4G的核心技術OFDM(正交頻分復用)。基本原理就是採用一種不連續的多音調技術,將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合併成單一的信號,從而完成信號傳送。

喂喂,那同學,不要打瞌睡!才講了一句技術用語而已。

好吧,繼續喜聞樂見的電話

半夜,鮮柚君正在夢鄉,一陣急促的電話聲想起。

--喂,我是鮮柚君,你哪位?

--喵~~~

--whosamiao啊,這麼晚了打電話什麼事

--呃呃,先等等,什麼事不是重點,重點是為什麼你沒打LTE的電話給我?

--喵~~~,LTE還沒在國內正式商用呢。喵~~~

--呃,那你什麼事?

--鮮柚君,我想你了,想自閉症了,想猿了,想我的小夥伴們了。喵~~~

--(鮮柚君急忙按下心頭狂喜)是真的嗎?

--喵~~~當然不是,都是bing YY的。

呵呵,如上所言,LTE還未在國內商用,其推廣困難度和商用時間之晚出乎了業內和業外所有人的預料。說來說去,爭來爭去,無非就是利益兩字而已。要明白利益之爭就得先明白LTE的兩個分支。

在3GPP徵集3G方案的時候總共有六種設計方案提名。按照雙工方式分為FDD(頻分雙工)和TDD(時分雙工)。經過3GPP成員中各大巨頭的博弈和爭論(喜歡研究商戰和權謀的同學可以搜集一下相關信息,有些地方真的很精彩,可以算得高端黑),最後決定使用上行FDD SC-FDMA、下行FDD OFDMA這一設計方案(關鍵點是這個是3GSM的平滑升級,你懂得)(感謝 @ranger 大神指正,LTE在接入網和核心網方面不存在從3GSM系的平滑升級)。在這時候我國與會專家不幹了,他們通過中途退會、拒絕出席會議等多種方式表達了最嚴重的抗議,基本相當於以國內市場的准入門檻作要挾了。最後3GPP低下了高貴的頭顱,同意保留TD-SCDMA的幀結構在改方案中,作為一個補充。這樣就形成了LTE FDD和LTE TDD兩種方案。但是需要大家明確注意的是這兩種方案都是LTE的分支,也就是3GPP維護與升級的,我國的一些單位、企業和個人都只是參與者而已。只不過TDD我們的參與度更大一點而已。大一點的意思也不是說我們佔主導地位,而是在FDD我國的企業專利或者其他技術佔有很少一部分(可能5%上下,未找到具體數據),而TDD中我們所有企業加起來專利佔有20%強,僅此而已。另外一個數據是歐洲的愛立信2011年公布的數據是其在TDD專利中獨攬25%。僅此而已!

至於國內某些企業故意將LTE-TDD叫成TD LTE,更有媒體稱其為「我們的4G」,大家笑笑也就夠了,那只是忽悠憤青的,僅此而已!

回到國內的LTE牌照。3G時代,三大運營商各自經營一種標準。應該是相關主管部門不想放棄每個機會吧,但是他們沒想到出了個岔子,不久高通就宣布了放棄CDMA(電信標準)的持續演進。所以LTE時代麻煩就來了。

以下大部分屬於樓主推測、遐想而已,請讀者自行甄別

移動繼續TD系無疑,聯通主攻GSM系也無疑。但是電信呢?總不能從三足鼎立變成二龍戲豬(我沒寫錯,他們都把用戶當豬的)吧。所以移動聯通一起想拉電信入伙,電信會怎麼想?

首先電信相對於另外兩家強在電話網路和寬頻網路。這兩方面都跟4G八竿子打不著。反而手機衝擊了其電話市場。寬頻方面,電信現在在推廣百兆光纖並投入巨資進行布線布點。一個殘酷的事實是LTE理論下行網路峰值達到了300Mb,已經不弱於光纖。4G上網卡勢必衝擊其寬頻網路。

其無線網路是繼承自聯通先天不足的CDMA網路,後天雖然電信想盡辦法培養,但也抵不住高通的一紙棄權宣言。另一方面電信花巨價從聯通手裡盤下了CDMA網路,也花了很大力氣去擴建。如果再建設LTE網路,可以說電信的大部分投資都打了水漂,這不是重點,重點是之前的投資還得再來一遍。

如果你是電信老闆會怎麼選擇?對,拖著,大家都別上LTE,拖著,等我賺夠本再說。

在聯通方面,2G時代真被移動打怕了,現在3G時代,網路制式、攜號轉網、明星手機等等都是其手裡的大殺器,局面空前利好(但是我認為聯通真是個臭牌簍子,打得一手好臭牌)。在這種情況下,終於有所翻身,偶爾還能壓著移動打一下。但是如果到了LTE時代,網路制式的優勢被削弱了很多。明星手機(iPhone等)已經明確會支持LTE-TDD,此優勢蕩然無存。至於攜號轉網?作為聯通的八年老客戶,寡人表示如果能把我的手機號轉到移動,寡人立馬就干。早就對聯通受夠了。

所以我覺得如果我是聯通負責人,我對LTE也會是欲迎還拒(相信我的語文水平,我知道欲拒還迎)的。

至於移動,知道啥叫饑渴不?移動現在對LTE就叫饑渴!

所幸,終於有高層看不下去了,直接行使了行政權利。開玩笑,還等著4G的建設拉動GDP的!所以年中的時候就說年底之前會確定。大家使勁聞一下,看能不能聞到LTE的香味了。

『科普貼』

蜂窩移動通訊技術演義

結語

結語

寫這套帖子耗費的時間遠遠超過了我的預料,先後持續用了一個半月。剛開始動手的時候我準備在Apple的秋季發布會之前完成的,結果沒能實現。在整個過程中經歷了諾基亞被微軟的收購、經歷了摩托中興之作Moto X銷售的不溫不火,經歷了Apple iPhone5S出乎意料的大火,也算是感慨萬千。

在帖子的最後補一個故事吧,加強一下我想表達的一個主題。

2009年中之前Wi-Fi手機是不能進入國內售賣的,因為國內自己研製推出了一套叫WAPI的無線組網機制,據說其在安全、性能方面完勝Wi-Fi,也得到了國際組織的認可。但是他們說Wi-Fi產業鏈已經相當完善,市場認可度也非常高,所以WAPI就放棄吧。國內相關部門不甘心啊,哪能眼巴巴的看著澳大利亞吃肉喝湯,我們干看著啊。於是就禁止含有Wi-Fi功能的手機引入。所以當時從國外、港台買手機就成了潮流,很多人為了Wi-Fi寧願放棄售後、保修啥的。2009年五月,相關部分放鬆了門檻,允許同時支持Wi-Fi和WAPI的手機進入,在09年的時候聯通能否引入iPhone3G成為大家猜測的一個懸念,因為Apple應該不會再花費代價給iPhone 3G升級。但是還是順利進來了,貌似WAPI也不了了之了。截止現在WAPI已經很少有人知道是啥了吧?沒有產業鏈,多牛的技術都是垃圾,強行把用戶綁在一種沒法推廣的技術上就是耍流氓!

附圖是維基百科上的一張表格,言簡意駭的概括了移動網路的演進歷程。

Category:移動通信標準最後鳴謝:

百度(含百度百科和百度知道)

谷歌

天涯

維基百科

知乎

C114


之前各位大神的回答很詳細了,我只想補充一個小方面,td-scdma的發展歷史。

大家都知道這個3g標準是中國自主知識產權的,官方這麼宣傳,百度百科也是這麼寫的。但事實上,這個標準是國外提出創立並初步發展,中國人接手發展推廣的。大家聽到這是不是有點奇怪了?

事實上,這個標準最早是西門子公司提出發展的。那時候西門子通信部門還沒和諾基亞合資為諾基亞西門子(即諾西,現在諾西被諾基亞全資收購,成為諾基亞的現金牛,而被微軟收購的是諾基亞手機部門,當然,這是後話)。上個世紀九十年代,歐洲最有力爭奪3g標準的wcdma不負眾望,成功納為了標準。在這樣的情況下歐洲人施壓西門子,期望歐洲統一3g標準,同時,西門子作為wcdma的重要參與者,權衡利弊,決定放棄了td-scdma。

但是td-scdma已初具雛形,西門子投資也不少,直接放棄不甘心啊。於是西門子找下家,找到了中國的一家國有研究所,全套圖紙賣了。這家研究所後來成為了大唐公司(當年與中興、華為、巨龍並稱巨大中華,巨龍現在貌似沒了)。這家研究所,包括後期成立的公司在國家的支持下,繼續發展這一標準,並使其成為認可的3G。

梳理一下,這個中國的3g標準,基礎的專利來自賣給我們的西門子(不是底層專利,底層專利主要在國際大廠手裡,td-lte也是),讓這種標準持續發展的,是中國。這個標準區別於其他標準的專利在中國人手中,所以說自主知識產權,也是對的。


比較簡短的回答:

WCDMA,CDMA-2000,TD-SCDMA是三種不同的第三代移動通信技術制式

LTE是第四代移動通信技術制式,其中分為LTE TDD和LTE FDD 兩種,LTE TDD在中國的名字叫TD-LTE

目前我國的廠商在TD-LTE(或者叫LTE TDD,whatever you like)這個技術標準里專利較多,所以工業和信息化部給電信運營商(移動,電信,聯通)發了TD-LTE的運營牌照,希望他們首先大力推動TD-LTE的應用.以後會發LTE FDD的運營牌照

另外,LTE包括LTE TDD跟LTE FDD 跟3G的三種制式WCDMA,CDMA-2000.TD-SCDMA沒有明顯的演進關係,也就是可以理解成幾種完全不同的通信制式,跟TD-SCDMA也只是都叫TD,技術上沒有很大關係.

至於手機方面,這取決於手機終端的廠商,一般4G手機,支持LTE FDD或者LTE FDD,至於支不支持其他制式,那要參考手機晶元的設計m,要查看手機的說明書,理論上,手機可以設計成只支持一種制式,也可以設計成支持所有制式/


簡而言之,4G分為TDD LTE和FDD LTE。TDD LTE和TD-SCDMA無繼承關係,TDD LTE和FDD LTE都是WCDMA的升級。CDMA2000不能升4G,高通已經不開發了,只能轉向主流標準TDD LTE和FDD LTE。

TDD LTE和FDD LTE之間,FDD應用範圍更廣,因為是上下行分開頻率,實現更容易,當然頻率使用效率不如TDD。之所以先發TDD,是TDD中專利中國佔有的份額稍多一點,要實現創新中國,好名頭而已。FDD估計後續會發,聯通和電信是主用FDD,TDD也會部署一些,實現混合組網。


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