一、移动通信的发展史自人类社会诞生以来，更高效、更快捷的通信成为人类不懈的追求。中国古代有鸽子传书、烽火传递信息。这些传递信息的方法有一定的局限性。1844年，美国人摩尔斯发明了摩尔斯电码，并在电报机上发出了第一封电报，开创了人类用“电”传递信息的先河。1864年，麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在。1876年，赫兹通过实验证明了电磁波的存在。1896年，意大利人马可尼首次用电磁波进行了远距离通信实验。从此，世界进入了无线电通信的新时代，即移动通信。现代移动通信以1986年第一代通信技术（1G）的发明为标志，经过30多年的爆发式增长，极大地改变了人们的生活方式，成为社会发展最重要的推动力之一。1G：“老大哥”时代1986年，第一代移动通信系统在美国芝加哥诞生。1G时代是手机横行的时代，代表企业是美国的摩托罗拉。1G采用模拟信号传输，即通过电磁波调频后，将语音信号转换为载波电磁波。携带信息的电磁波释放到空间后，被接收设备接收，从载体电磁波中还原出语音信息，完成通话。但各国1G通信标准并不一致，使得第一代移动通信无??法“全球漫游”，极大地阻碍了1G的发展。同时，由于1G采用模拟信号传输，其容量非常有限，一般只能传输语音信号，存在语音质量低、信号不稳定、覆盖不足、安全性差、易受干扰等问题。1G标准制定于1980年代。全球1G标准包括：NMT：北欧国家、东欧和俄罗斯AMPS：美国，TACS：超过72个国家和地区采用：英国，30个国家和地区（包括中国）采用JTAGS：日本手机SystemC-Netz：西德手机系统Radiocom2000：法国手机系统RTMI：意大利手机系统正式商用。2001年12月31日，中国移动关闭了TACS模拟移动通信网络。1G系统在中国已经使用了14年，最高用户数达到660万。2G：诺基亚崛起的时代1992年，第二代移动通信技术标准开始制定。2G采用数字调制技术，比1G有更多的数据传输服务。这样，手机不仅可以拨打和接听电话，还可以发送短信。沟通方式。1G的技术标准不同。只有“国家标准”，没有“国际标准”。国际漫游是个大问题。第二代移动通信系统（2G）就是为了解决这些问题。2G技术研发过程中尝试了很多技术方法，如：时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CDMA）。时分多址（TDMA）是指基站轮流与手机通信，但周期非常快，让人感觉好像一直在通信。TDMA的“地址”就是依次分配的发送时间。频分多址接入（FDMA）是指不同的手机在不同的频率上同时向基站发送信号，每个频率之间互不干扰。频分多址FDMA的“地址”就是分配给用户的不同通道。码分多址CDMA是指手机与基站通信，但不同手机的信号有自己的标签。基站接收到手机信号后，可以通过标签区分信号来自哪部手机。码分多址CDMA的“地址”是标识手机的标签码。2G通信系统包括：GSM：基于TDMA，起源于欧洲，现已全球化IDEN：基于TDMA，美国电信系统提供商Nextell采用IS-136（D-AMPS）：基于TDMA，起源于美国IS-95（CDMA一）：基于CDMA，起源于美国PDC：基于TDMA，只有日本2G的普及也是移动通信标准竞争的开始。主要的通信标准有以摩托罗拉为代表的CDMA美国标准和以诺基亚为代表的GSM欧洲标准。最终，随着GSM标准在全球范围内得到越来越广泛的应用，诺基亚击败了摩托罗拉，成为全球手机行业的霸主。中国于1996年将GSM引入商用，至今中国主要使用GSM-800、GSM-900、GSM-1800频段。2020年5月，工信部强调要引导新增物联网终端不再使用2G/3G网络，同时推动现有2G/3G物联网业务向NB-IoT/4G(Cat1)/5G网络。由于3G是一个相当庞大的工程，不可能一步完成从2G到3G的过渡，所以才有了过渡性的2.5G技术。2.5G系统大致包括：GPRS、EDGE、CDMA1X。2.5G俗称GPRS，EDGE俗称2.75G，2.5G在国内指GPRS。2.5G时代的手机可以上网。虽然数据传输速度很慢，但文字信息的传输已经开始，成为移动互联网发展的基础。3G：移动多媒体时代2001年，3G正式登上历史舞台。2G虽然比1G在效率上有了很大的提升，但是不能满足人们对图片、视频传输的要求，于是3G应运而生。使用更宽的频段，传输的稳定性也大大提高，保证了速度和质量，移动通信的应用更加多样化。因此，3G被视为开启移动通信新时代的一把重要钥匙。1940年，美国女演员海蒂·拉玛和她的作曲家丈夫乔治·安塞尔提出了Spectrum频谱技术概念，又称码分扩频技术。1942年8月11日，这项技术在美国通过了专利申请。美国国家专利局网站上的档案显示，这项技术专利最初是用于军事目的。二战后，它暂时失去了价值。美军封锁了它。技术。1985年，一家名为“Qualcomm”的小公司在美国圣地亚哥成立。该公司利用美国军方解除的码分扩频技术，开发出一种名为“CDMA”的新技术。CDMA是3G的基础。基本面。3G时代，无论哪个国家的标准和技术都是以高通CDMA为基础的，高通的CDMA是核心专利，通信是绕不过去的，就像盖楼离不开钢筋水泥沙一样，只要3G网络使用起来，肯定要向高通缴纳专利费，也就是业内人士所说的“高通”税。在这个阶段，移动通信领域出现了新的参与者。除了北美和欧洲，中国也制定了自己的标准。3G标准包括：美国CDMA2000：高通主导，日韩北美欧洲提出应用WCDMA：欧洲厂商以GSM系统为主中国TD-SCDMA：中国移动采用三大标准，而以英特尔为首的一批厂商也推出了极具竞争力的WiMAX技术。由于中国和欧洲的通信厂商都在对抗美国的WiMAX，高通公司也不想生产WiMAX的配套设备和芯片。2010年，作为WiMAX标准最大支柱的英特尔已经撑不住了，宣布解散WiMAX部门。2000年5月，ITU（国际电信联盟）正式公布了三大3G国际标准。但中国标准TD-SCDMA技术不成熟，运营商和终端芯片方案提供商不支持。然而，国家最终还是鼓吹“中国标准关系到中国移动通信的发展方向，就是要举全国之力，把TD-SCDMA做好”，所以任重而道远。TD-SCDMA网络的建设委托给了中国移动。为了避免运营商同时拥有两张3G牌照，会优先发展更成熟的WCDMA或CDMA2000，导致TD-SCDMA被边缘化。因此，运营商进行了重组合并，明确每个运营商只建一个网络。中国联通采用WCDMA，中国电信采用CDMA2000，中国移动采用中国标准TD-SCDMA。这个阶段，一个重要的公司上线了——苹果，而一代巨头诺基亚则黯然离场。第一代iPhone的发布，掀起了一股席卷全球的智能手机浪潮。以前只能在电脑上使用的互联网服务，现在在手机上有了更好的体验。触摸屏控制和各种应用软件开始不断更新迭代，人类正式进入移动多媒体时代。2008年后，以苹果手机为首的智能手机开始热销。搬家只能跟着嫉妒，却又无可奈何。因为高通不愿意生产TD-SCDMA芯片，所以苹果手机根本不支持TD-SCDMA网络（直到后来才勉强支持）。就这样，中国移动眼睁睁地看着用户不断流失，市场份额不断下滑，但也为后续的中国通信标准打下了基础。4G：移动互联网时代，第四代网络4G于2008年发布，中国成为标准制定者之一。4G是在3G基础上发展起来的，采用更先进的通信协议的第四代移动通信网络。对于用户来说，2G、3G、4G网络最大的区别就是传输速度。4G网络作为最新一代的通信技术，大大提高了传输速度。理论上网速度是3G的50倍。两者都快10倍左右，网速可以媲美20M家庭宽带，4G网络可以满足游戏服务、高清手机电视、视频会议等。4G有两大技术基础：LTE和IEEE802.16m（WiMax2）。LTE是LongTermEvolution的长期演进，也就是在3G的基础上通过技术迭代慢慢达到4G。2009年10月，ITU共收集了6项候选技术，可分为两大类，一类是基于3GPPLTE-Advanced技术；另一种是基于IEEE802.16m（WiMax2）技术，作为LTE-Advanced的组成部分提交的中国候选技术。六种候选技术分别是：北美标准化组织IEEE的802.16m（WiMax2））日本3GPP的FDD-LTE-Advance韩国（基于802.16m）中国（TD-LTE-Advanced）（LTE-TDD）欧洲标准化组织3GPP（FDD-LTE-Advance）4G时代，各种新型移动互联网公司如雨后春笋般涌现，人们的生活发生了翻天覆地的变化，生活变得越来越便捷。4G将人类带入了移动互联网时代。5G：万物互联时代随着每个人平均拥有的移动设备数量的增加，以及越来越多的设备连接到云端，网络拥塞成为了我们需要面对的问题。针对4G网络拥堵，由于信息传输速率大于信道容量，5G带来的解决方案是增加带宽，采用毫米波、大规模多输入多输出、3D波束赋形、小型基站等技术实现比4G更高效的解决方案。速度快、延迟低、带宽大，可以同时连接数千亿台设备。5G网络的主要优势是数据传输速率高，高达10Gbit/s，比之前的4GLTE蜂窝网络快100倍。另一个优势是网络延迟更低，低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。5G标准尚未完全确立。在5G阶段，3GPP组织拆解了接入网（5GNR）和核心网（5GCore），每一个都需要独立演进到5G时代。这是因为5G不仅仅针对移动宽带，针对eMBB（增强型移动宽带）、URLLC（超可靠低延迟通信）、mMTC（海量机器通信）三个场景而设计。简单来说，5G不仅仅是提速，还要解决时延，承受大规模机器同时通信。说到5G，就有一个双模双载波的词汇，其中包含了大多数人讨论和关心的5G的两个方面：（1）双模指的是5G网络的两种部署方式：NSA（非独立组网）和SA（独立组网）。核心网（2）双载波指的是5G的两个频段。一种是6GHz以下，也称为Sub-6GHz，与现在的2、3、4G几乎处于同一频段。另一种是24GHz以上，高频毫米波（mmWave）2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。历代移动通信的发展呈现出典型的技术特征，同时也诞生了新的业务和应用场景。5G将不同于传统的几代移动通信。5G不再由某种服务能力或某种典型技术特征来定义。它不仅是一种速度更快、带宽更大、能力更强的技术，更是一种融合业务和多种技术的网络，是面向业务应用和用户体验的智能网络，最终打造用户-以信息生态系统为中心。最后，“信息触手可及，一切尽在指尖”。虽然目前5G还没有大规模商用，但大家对即将到来的5G时代充满了憧憬和期待。2、中国移动通信技术的发展通信技术基本保持了十代，但每一代都有新面孔，老面孔消失。1G有摩托罗拉，2G有诺基亚、爱立信、西门子，3G有高通、苹果，4G、5G有华为。中国的移动通信技术，1G空白，2G跟进，3G突破，4G同步，终于看到了5G更多创新的迹象，但这在一些国家造成了打压，可能房东收租习惯了，担心他们会将来要富起来的贫农交了地租，他们的领导地位受到了挑战。关注微信公众号嵌入式系统获取更多信息。为了发展3G，特别是支持中国标准TD_SCDMA，根据国家六网三合一的政策，中国运营商进行了分拆、重组和合并。2008年电信行业重组前，中国移动、中国联通主要从事移动业务（GSM、CDMA手机业务），中国电信、中国网通、中国铁通从事固网业务（固定电话、宽带），中国卫通涉足航空航天和卫星通信。2008年重组后，中国移动+铁通=新移动，主营固网+2G（GSM）+3G（TD-SCDMA）；网络+2G（GSM）+3G（WCDMA）；电信收购了中国联通原有的CDMA网络，以及部分中国卫通。中国电信主要运营固网+2G（CDMA）+3G（CDMA2000）。三大运营商均可提供固网宽带服务和移动通信服务。5G时代，加入了中国广电。现状：中国移动主要运营GSM、TD-SCDMA、TD-LTE网络和固网。中国联通主要运营GSM、WCDMA、FDD-LTE和固网。中国电信主要运营CDMA、CDMA2000、FDD-LTE、TD-LTE网络和固网。中国广电主要从事国内互联网数据传输业务和国内通信设施服务业务。3、物联网和移动通信网络物联网设备主要有以下几大特点：1、设计简单：系统复杂度低，可以保证物联网设备在恶劣环境下正常运行2、成本低：物联网设备成本普遍较低3.大覆盖：保证信号弱地区网络数据的传输。4、低功耗：大部分应用场景需要使用电池功能。终端设备连接到网络。物联网的通信技术虽然有很多，但都没有一统天下的趋势。工信部提出建立移动物联网综合生态体系，促进NB-IoT（窄带物联网）、4G（含LTE-Cat1，即4G速率1类网络）和5G协同发展。基本上用NB-IoT满足大部分低速场景需求，用LTE-Cat1（以下简称Cat1）满足中速物联网和语音需求，用5G技术满足更高-速度、低延迟的网络要求。可以简单理解为国家推荐NB-IoT和LTE-Cat1，不推荐GSM/GPRS。对于大部分物联网来说，目前低功耗低成本的4G是主流，简称NB和cat1网络。那么什么是Cat.1？它与NB-IoT、eMTC有什么关系？什么是Cat.M1和Cat.NB-1？3GPP组织制定LTE标准，支持不同用户不同级别的网络服务能力。LTE中提出了一个重要的概念QoS（QualityofService，服务质量）。对于不同的业务，网络针对不同的QoS提供不同的带宽和访问优先级。除了网络，3GPP还打算对用户终端（包括手机、可穿戴设备、物联网设备等）进行分类。2009年3月，3GPP发布Release8版本正式提出LTE时，同时推出了LTECat.1、Cat.2、Cat.3、Cat.4、Cat.5共五个终端类别。后来在R10版本定义了Cat.6、Cat.7、Cat.8。Cat.9、Cat.10、Cat.11和Cat.12在R11中定义。Cat.13、Cat.14和Cat.15在R12中定义。猫是英文单词Category的缩写。它表示类别和类型，不同的Cats代表不同的费率。在LTE发展初期，Cat.1并没有被业界重视。随着可穿戴设备的逐渐普及，Cat.1逐渐被业界所重视。但Cat.1终端需要使用2根天线，对于音量灵敏度极高的可穿戴设备（一般只配备1根天线）来说还是“太高”了。因此，在R12/R13中，3GPP针对物联网进行了多次优化。首先是在R12中增加了一个新的终端级Cat.0，放弃对MIMO（多天线）的支持，简化为半双工，峰值速率降低到1Mbit/s，终端复杂度降低到40%普通LTE终端。这样就初步满足了物联网的成本要求。然而，虽然Cat.0终端的信道带宽降低到1.4MHz，但无线电的接收带宽仍然是20MHz（过大）。因此，3GPP在R13中增加了Cat.M1级别终端，信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz，终端复杂度进一步降低。而Cat.M1就是我们以前所说的eMTC（enhancedMachine-TypeCommunication，增强型机器类型通信）。另外，3GPP同时在R13中增加了一个新的Cat.NB-1，其接收带宽仅为180kHz。这个Cat.NB-1就是我们的NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，窄带物联网）。eMTC还有一个名字叫做LTE-M、LTE-Machine-to-Machine和LTE-Machine-to-Machine。换句话说就是用LTE来实现机器之间的通信，非常直白，适合物联网的LTE网络。可以看出Cat.1、Cat.M1（eMTC）和Cat.NB-1（NB-IoT），这三兄弟是3GPP为物联网定义的。三兄弟中，NB-IoT速率最慢，其次是eMTC，Cat.1最快（即5Mbps）。他们和其他Cat的定位是：随着2G/3G的加速退出，运营商开始积极引导行业用户使用NB-IoT和Cat.1终端模块，这也是Cat.1的原因之一。1越来越受欢迎。NB-IoT适用于低速率、小数据量的场景。APN分配的睡眠唤醒机制的原始设计和接收运营商的主导在传统的长TCP连接中存在一些缺陷，数据响应和功耗不如Cat1。eMTC目前在中国还没有联网。Cat.1基于现有LTE网络，不需要额外投资。Cat.1芯片和模块解决方案成熟且便宜。未来cat1或将成为国内低成本物联网的主流。本文转载自微信公众号“嵌入式系统”，可通过以下二维码关注。转载本文请联系EmbeddedSystems公众号。
