从0G到5G,移动通信的百年沉浮
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。 SCR-300 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。 尽管MTS现在看来非常另类,但它确实是有史以来人类第一套商用移动电话系统。 等等!不是说移动电话发明于70年代嘛?怎么40年代就有了? 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。 MTS系统(1946年) 以当时的电子技术和电池技术,是不可能发明出手机的。能造出车载电话,就已经非常不错了。 汽车后备箱里庞大的信号收发装置 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。 这样一来,不同的小区可以使用相同的频率,互不影响,提升系统容量。 道格拉斯当时的论文,标题为“移动电话——广域覆盖” 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话网络。例如,1952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汽车电话系统,覆盖了本国30多个城市。 列昂尼德和他的ЛК-1型便携移动电话 1969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移动电话(摩托罗拉) 1971年,芬兰推出了公共移动电话网络ARP(Auto Radio Puhelin,puhelin是芬兰语电话的意思),工作在150MHz频段,仍然是手动切换,主要为汽车电话服务。 不管是Altai,还是IMTS或ARP,后来都被称为“0G”或“Pre-1G(准1G)”移动通信技术。 ▉ 1G 进入70年代后,随着半导体工艺的发展,手机的诞生条件终于成熟。 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)。 马丁·库珀(右)和约翰·米切尔(左) 这款手机被命名为DynaTAC(Dynamic Adaptive Total Area Coverage),高度22cm,重量1.28kg,可以持续通话20分钟,拥有一根醒目的天线。 第一代DynaTAC 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。 当时参与试验的,是AT&T和摩托罗拉这两个死对头。 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。该系统的信令和话音信道均采用30kHz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)。 1976年,HCMTS换了一个新名字——AMPS(Advanced Mobile Phone Service,先进移动电话服务)。 AT&T就是采用AMPS技术,在芝加哥和纽瓦克进行FCC的试验。 再来看看摩托罗拉。 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。 FCC发放频谱后,摩托罗拉基于DynaTAC,在华盛顿进行试验。 就在他们还在慢悠悠地进行试验的时候,别的国家已经捷足先登了。 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。 当时,系统拥有88个基站,支持不同小区站点之间的全自动呼叫切换,不需要人工干预。 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。 再后来,沙特阿拉伯、俄罗斯和其它一些波罗的海和亚洲国家也引入了NMT。 NMT电话(爱立信制造) 1983年,后知后觉的美国终于想起来要搞自己的1G商用网络。 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,可以持续通话30分钟,充满电需要10小时,售价却高达3995美元。 DynaTAC 8000X 1983年10月13日,Americitech移动通信公司(来自AT&T)基于AMPS技术,在芝加哥推出了全美第一张1G网络。 当时的第一个用户,Dave Meilhan 这张网络既可以使用车载电话,也可以使用DynaTAC 8000X。 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。 商用第一年,Americitech卖出了大约1200部DynaTAC 8000X手机,累积了20万用户。五年后,用户数变成200万。 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。 除了NMT和AMPS之外,另一个被广泛应用的1G标准是TACS(Total Access Communication Systems),首发于英国。 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的单个信道带宽是25KHz,上行使用890-905MHz,下行935-950MHz,一共有600个信道用于传输语音和控制信号。 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,其它完全一致。 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。 随着用户数量的增加,后来TACS补充了一些频段(10MHz),变成ETACS(Extended TACS)。日本NTT在TACS基础上,搞出了JTACS。 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。 中国第一个基站(广州) (编辑:ASP站长网) |