移动通信技术--从1G 2G 3G 4G到5G

GGeneration,就是代的意思,真是简单粗暴的命名方式。


原初的1G

第一代移动通信技术(1G)是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准,制定于上世纪80年代。


使用1G的大哥大

1G主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。

频分多址(Frequency Division Multiple Access, FDMA,),是把总带宽分隔成多个正交的信道,每个用户占用一个信道,每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。其中,每一个信道每一次只能分配给一个用户。

它的原理最为简单,声音使话筒中的膜片震动,膜片压缩紧邻的碳粒,压紧时电阻减小,放松时电阻增大,从而引起电流变化。变化的电流转化为信号,被接收机还原成膜片的震动,发出声音。

这种连续变化的曲线,就是模拟电路

模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。模拟信号是指连续变化的电信号。模拟电路是电子电路的基础,它主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路、调制和解调电路及电源等。

由于电信号是连续变化的曲线,只能由机器转化为膜片的震动而无法承载其它信息。其传递信息量太少,无法编码,也无法进行机器识别和翻译。


进击的2G

第二代手机通信技术规格(2G),以数字语音传输技术为核心。用户体验速率为10kbps,峰值速率为100kbps。一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息;只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。


使用2G的诺基亚

2G技术基本可被分为两种,一种是基于时分多址(TDMA)所发展出来的以数字移动电话系统(GSM)为代表,另一种则是码分多址(CDMA)规格,复用﹙Multiplexing﹚形式的一种。

GSM数字移动电话系统是由欧洲主要电信运营商和制造商组成的标准化委员会设计出来的,在蜂窝系统的基础上发展而成。中国移动以 GSM 国际标准组建了国家数字移动电话网,并通过网号 139、138、137、136、135与公网连接。

2G传递信号时不再使用模拟电路了,而是用数字电路。传递的信息用二进制编码发送和翻译。发送信号使用电磁波表示0和1,常用的是用频率的变化。发射器通过调节频率,先把文字转变成二进制,再把数字信号转化为电磁波信号,接收器解码并翻译就恢复为短信了。

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路,或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能,所以又称数字逻辑电路。

2G的电磁波波长在30CM左右,在空气中衰减相对慢一些,也能跨过很多障碍物;一个基站就能覆盖方圆几十公里的范围。


渐进的3G

第三代移动通信技术(3G) 主要是将无线通信和国际互联网等通信技术全面结合,以此形成一种全新的移动通信系统。这种移动技术可以处理图像、音乐等媒体形式,还包含了电话会议等一些商务功能。为了支持以上所述功能,无线网络可以对不同数据传输的速度进行充分的支持,即无论是在室内、外,还是在行车的环境下,都可以提供最少为2Mbps、384kbps与144kbps的数据传输速度。


使用3G的iPhone

3G对移动通信技术标准做出了定义,使用较高的频带和CDMA技术传输数据进行相关技术支持,工作频段高,主要特征是速度快、效率高、信号稳定、成本低廉和安全性能好等,全面支持更加多样化的多媒体技术。

由于波长简短,在空气中衰减更快,3G基站的覆盖范围有所缩小。


突进的4G

第四代的移动信息系统(4G)以前两代为基础,添加了新型技术,使无线通信的信号更加稳定,提高了数据的传输速率与信息通信速度,兼容性也更平滑,通信质量更高。按照国际电信联盟(ITU)的定义,4G静态传输速率达到1Gbps,高速移动状态下可以达到100Mbps。


使用4G的荣耀手机

4G集3G与WLAN于一体,能够以100 Mbps的速度下载,4G的速度与3G相比快4.10倍。4G通信技术具备向下相容、全球漫游、与网络互联、多元终端应用等,并能从3G通信技术平稳过渡至4G。4G网络应用包括移动视频直播、移动/便携游戏、基于云计算的运用、“增强现实”导航等领域。


化神的5G

截取自《5G网络安全标准化白皮书(2021版)》

5G 即第五代移动通信技术(The 5th Generation Wireless communication),是继 2G、3G 和 4G 系统之后的延伸,其设计目标是高数据速率、低传输延迟、提升 传输质量、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。5G 不仅用于人 与人之间的通信,还适用于人与物、物与物之间的通信,被视为促进各行业智能化升级、推动数字经济发展的关键技术之一。


使用5G的华为折叠屏手机

5G 在网络基础设施层面引入了 包括网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络 (SDN)等 IT 技术,并支持通过网络切片将网络划分为虚拟专网,从而能够低成本、灵活快速地满足行业应用对网络的高安全性和可定制化需求。

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization, NFV)是一种对于网络架构(network architecture)的概念,利用虚拟化技术,将网络节点阶层的功能,分割成几个功能区块,分别以软件方式实现,不再拘限于硬件架构。其核心是虚拟网络功能,提供只能在硬件中找到的网络功能,包括很多应用,比如路由、CPE、移动核心、IMS、CDN、饰品、安全性、策略等等。

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是由美国斯坦福大学CLean Slate研究组提出的一种新型网络创新架构,可通过软件编程的形式定义和控制网络,其控制平面和转发平面分离及开放性可编程的特点。SDN技术能够有效降低设备负载,协助网络运营商更好地控制基础设施,降低整体运营成本,是目前最具前途的网络技术之一。

SDN技术能够有效降低设备负载,协助网络运营商更好地控制基础设施,降低整体运营成本,成为了最具前途的网络技术之一。

为了满足5G时代灵活部署的需要,5G采用了服务化架构(SBA),将原有的网元按照“微服务”的理念拆分为松耦合、细粒度的网络功能(Network Function, NF),通过服务调用、服务组合的方式实现核心 网的基本功能。5G核心网内的应用功能(Application Function,AF)指应用层的各种服务,它既可以是运营商内部应用,也可以是第三方应用,其他网元可通过AF的服务化接口Naf对其进行访问。

服务化架构(Service-based Architecture,SBA)是5G网络的基础架构,其本质是按照“自包含、可重用、独立管理”三原则,将网络功能定义为若干个可被灵活调用的“服务”模块。基于此,运营商可以按照业务需求进行灵活定制组网。

5G 时代,大量高可靠低时延业务 出现,对网络传输和服务计算的时延效率提出更高需求,边缘计算(MEC, Multi-access Edge Computing)的应用需求更为广泛。5G 网络本身也支持更加灵活的边缘计算服务。

边缘计算(Edge computing)是一种分散式运算的架构,将应用程序、数据资料与服务的运算,由网络中心节点,移往网络逻辑上的边缘节点来处理。边缘节点更接近于用户终端装置,可以加快资料的处理与传送速度,减少延迟。这种架构下,资料的分析与知识的产生更接近于数据资料的来源,因此适合处理大数据。

基于前几代移动通信演进过程中发现的安全问题和积累的运维经验,5G 网络对 安全机制考虑更加充分,具有更全面的数据安全保护、更丰富的认证机制支持、更严密的用户隐私保护、更灵活的网间信息保护。


参考列表:

1G,2G,3G,4G网络的工作原理_频率_信号_变化
百度百科n多词条
《5G网络安全标准化白皮书(2021版)》

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