二战期间,摩托罗拉的 SCR 系列步话机在战场上屡建功勋,向全世界展示了无线通话的神奇魅力,也激起了人们将其应用于民用市场的渴望。
战争结束后,1946 年,美国 AT&T 公司将无线收发机与公共交换电话网(PSTN)相连,正式推出了面向民用的 MTS(Mobile Telephone Service)移动电话服务。
在 MTS 中,如果用户想要拨打电话,必须先手动搜索一个未使用的无线频道,然后先与运营商接线员进行通话,请求对方通过 PSTN 网络进行二次接续。
整个通话采用半双工的方式,也就是说,同一时间只能有一方说话。说话时,用户必须按下电话上的 “push-to-talk(按下通话)”开关。
MTS 的计费方式也十分原始。接线员会全程旁听双方之间的通话,并在通话结束后手动计算费用,确认账单。
大家别慌,MTS 所指的 Mobile Telephone(移动电话),并不是手机,而是 Mobile Vehicle Telephone(移动车载电话)。更准确来说,是车载半双工手动对讲机。
当时的 “基站”也非常庞大,有点像广播电视塔,一座城市只有一个,位于市中心,覆盖方圆 40 公里,功率极高。
1947 年 12 月,贝尔实验室的研究人员 Douglas H. Ring(道格拉斯 ·H· 瑞因),率先提出了 “cellular(蜂窝)”的构想。
他认为,与其一味地提升信号发射功率,不如限制信号传输的范围,将信号控制在一个有限的区域(小区)内。
蜂窝通信的设想虽然很好,但是,同样受限于当时的电子技术(尤其是切换技术),无法实现。贝尔实验室只能将其束之高阁。
到了 50 年代,陆续有更多的国家开始建设车载电线 年,西德(联邦德国)推出的 A-Netz。
1961 年,苏联工程师列昂尼德 · 库普里亚诺维奇(Leonid Kupriyanovich)发明了ЛК-1 型移动电话,同样是安装在汽车上使用的。后来,苏联推出了 Altai 汽车电线 多个城市。
列昂尼德和他的ЛК-1 型便携移动电线 年,美国推出了改进型的 MTS 车载电话系统,称为 IMTS(improved MTS)。
IMTS 支持全双工、自动拨号和自动频道搜索,可以提供了 11 个频道(后来为 12 个),相比 MTS 有了质的飞跃。
IMTS 移动电线 年,芬兰推出了公共移动电话网络 ARP(AutoRadioPuhelin,puhelin 是芬兰语电线MHz 频段,仍然是手动切换,主要为汽车电话服务。
1973 年,摩托罗拉的工程师马丁 · 库珀(Martin Cooper)和约翰 · 米切尔(John F.Mitchell)终于书写了历史,发明了世界上第一款真正意义上的手机(手持式个人移动电话)。
1974 年,美国联邦通信委员会(FCC)批准了部分无线电频谱,用于蜂窝网络的试验。然而,试验一直拖到 1977 年才正式开始。
AT&T 在 1964 年被美国国会 “剥夺”了卫星通信商业使用权。无奈之下,他们在贝尔实验室组建了移动通信部门,寻找新的机会。
1964–1974 年期间,贝尔实验室开发了一种叫作 HCMTS(大容量移动式电话系统)的模拟系统。该系统的信令和线kHz 带宽的 FM 调制,信令速率为 10kbps。
由于当时并没有无线移动系统的标准化组织,AT&T 公司就给 HCMTS 制定了自己的标准。后来,电子工业协会(EIA)将这个系统命名为暂定标准 3(Interim Standard 3,IS-3)。
在早期的时候,摩托罗拉搞了一个 RCCs(无线电公共载波)技术,赚了不少钱。所以,他们一直极力反对 FCC 给蜂窝通信发放频谱,以免影响自己的 RCCs 市场。但与此同时,他们也在拼命研发蜂窝通信技术,进行技术储备。这才有了前面 DynaTAC 的诞生。
1979 年,日本电报电话公司(Nippon Telegraph and Telephone,NTT)在东京大都会地区推出了世界首个商用自动化蜂窝通信系统。这个系统后来被认为是全球第一个 1G 商用网络。
系统采用 FDMA 技术,信道带宽 25KHz,处于 800MHz 频段,双工信道总数为 600 个。
两年后,1981 年,北欧国家挪威和瑞典建立了欧洲的首个 1G 移动网络——NMT(Nordic Mobile Telephones,北欧移动电话)。不久后,丹麦和芬兰也加入了他们。NMT 成为全球第一个具有国际漫游功能的移动电话网络。
1983 年 9 月,摩托罗拉发布了全球第一部商用手机——DynaTAC 8000X,重量 1kg,可以持续通线 美元。
FCC 在 800MHz 频段为 AMPS 分配了 40MHz 带宽。借助这些带宽,AMPS 承载了 666 个双工信道,单个上行或下行信道的带宽为 30KHz。后来,FCC 又追加分配了 10MHz 带宽。因此,AMPS 的双工信道总数变为 832 个。
迅猛增长的用户数量远远超过了 AMPS 网络的承受能力。后来,为了提升容量,摩托罗拉推出的窄带版 AMPS 技术,即 NAMPS。它将现有的 30KHz 语音信道分成三个 10KHz 信道(信道总数变成 2496 个),以此节约频谱,扩充容量。
1983 年 2 月,英国政府宣布,BT(英国电信)和 Racal Millicom(沃达丰的前身)这两家公司将以 AMPS 技术为基础,建设 TACS 移动通信网络。
1985 年 1 月 1 日,沃达丰正式推出 TACS 服务(从爱立信买的设备),当时只有 10 个基站,覆盖整个伦敦地区。
TACS 系统主要是由摩托罗拉开发出来的,实际上是 AMPS 系统的修改版本。两者之间除了频段、频道间隔、频偏和信令速率不同,完全一致。
和北欧的 NMT 相比,TACS 的性能特点有明显的区别。NMT 适合北欧国家(斯堪的纳维亚半岛)人口稀少的农村环境,采用的是 450MHz(后来改成 800MHz)的频率,小区范围更大,
而 TACS 的优势是容量,而非覆盖距离。TACS 系统发射机功率较小,适合英国这样人口密度高、城市面积大的国家。
值得一提的是,1987 年中国在广州建设的第一个移动通信基站,采用的就是 TACS 技术,合作厂商是摩托罗拉。
这个 “移动专家组”,法语缩写是 GroupeSpécialMobile,后来这一缩写的含义被改为 “全球移动通信系统”(Global System for Mobile communications),也就是大名鼎鼎的 GSM。
GSM 的成立宗旨,是要建立一个新的泛欧标准,开发泛欧公共陆地移动通信系统。他们提出了高效利用频谱、低成本系统、手持终端和全球漫游等要求。
众所周知,2G 采用数字技术取代 1G 的模拟技术,通话质量和系统稳定性大幅提升,更加安全可靠,设备能耗也大幅下降。
除了 GSM 之外,另一个广为人知的 2G 标准就是美国高通公司推出的 CDMA。准确来说,是 IS-95 或 cdmaOne。
20 世纪末,随着互联网的大爆发,人们对移动上网提出了强烈的需求。于是,GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)开始出现。
我们可以把 GPRS 看作是 GSM 的一个 “插件”。在 GPRS 的帮助下,网络可以提供最高 114Kbps 的数据业务速率。
GPRS 最早在 1993 年提出,1997 年出台了第一阶段的协议。它的出现,是蜂窝通信历史的一个转折点。因为它意味着数据业务开始崛起,成为移动通信的主要发展方向。
1996 年,欧洲成立 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)论坛,专注于协调欧洲 3G 的标准研究。以诺基亚、爱立信、阿尔卡特为代表的欧洲阵营,清楚地认识到 CDMA 的优势,于是,开发出了原理相类似的 W-CDMA 系统。
很多人搞不清楚 UMTS 和 WCDMA 的关系。其实,UMTS 是欧洲那边对 3G 的统称。WCDMA 是 UMTS 的一种实现,一般特指无线接口部分。待会我们提到的 TD-SCDMA,也属于 UMTS。
为了能够和美国抗衡,欧洲 ETSI 还联合日本、中国等共同成立了 3GPP 组织(3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划。