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相信很多人都想过，为什么我们的手机可以打电话，可以上网。为什么他能借我在千里之外拨的电话？我的声音在他耳朵里听得很清楚。在这个小小的手机里，我们可以浏览世界上所有的信息。这到底是怎么回事？

实际上，这是由于蜂窝移动通信的发展。今天，我们将讨论我们的手机如何通过蜂窝移动通信来通话和上网。

蜂窝通信的诞生历史移动通信的发展历史可以追溯到19世纪。1864年，年轻的英国物理学家麦克斯韦建立了麦克斯韦电磁理论，并在研究当时发现的电磁现象的基础上预言了电磁波的存在。1888年，年轻的德国物理学家赫兹首次用实验证明了电磁波的存在。

1901年12月，马可尼决定用他的发射系统来证明无线电波不受地球表面曲率的影响。无线电波第一次跨越了康沃尔的波特休和纽芬兰的圣约翰之间的大西洋，距离为2100英里。马可尼的实验将世界带入了无线电通信的新时代。

1928年，美国普渡大学的学生发明了工作在2MHz的超外差无线电接收机，不久就在底特律警察局投入使用。这是世界上第一个能够有效工作的移动通信系统，它标志着人类进入了移动通信时代。

20世纪30年代初，第一个调幅的双向移动通信系统在美国新泽西州的警察局投入使用，但调幅是一种电信号，从声音的级别变化到振幅。传输距离远，但受天气因素影响大。信道的衰落会导致模拟AM产生附加AM，造成失真，在传输过程中很容易被* *。

因此，在20世纪30年代末，诞生了第一个调频移动通信系统。调频是一种使载波的瞬时频率按照所需发射信号的变化规律而变化的调制方式。与AM相比，FM抗干扰能力更强，传输距离更远，但对障碍物的穿透能力较弱。

调幅和调频的区别

1946年，贝尔实验室在美国圣路易斯成功实验了MTS系统。一开始只提供3个频道，后来升级到32个频道。到20世纪50年代，欧洲一些国家成功开发了移动电话系统，实现了固定电话运营商和移动运营商的互通，电话转接由运营商完成。

电话接通后，人们告诉接线员他们要拨的电话，接线员会为你转接。通话结束后，切断电话，手动计算费用。

除了打电话过程复杂，携带起来也很不方便。这个电话连接系统重达几十公斤，只能安装在汽车的后备箱里。

电话服务终端

后来在1964年，贝尔实验室开发了基于MTS的改进型移动公用电话系统，IMTS仍属于第0代VHF/UHF无线电系统，采用模拟FM调制。

IMTS初步具备蜂窝移动通信技术概念，采用大区域系统，为全双工系统，覆盖半径约40~ 60英里，取消人工连接方式，实现自动拨号互联到公共电话网(PSTN)。

20世纪70年代中期，随着民用移动通信用户数量的增加和业务范围的扩大，有限的频谱供应与日益增多的可用信道之间的矛盾日益尖锐。

因此，1978年，贝尔实验室开发了高级移动电话服务系统，这是第一个真正具有随时随地通信能力的大容量蜂窝移动通信系统。

AMPS采用的频率复用技术可以保证移动终端在整个服务覆盖区域内自动接入公共电话网，具有更大的容量和更好的语音质量，很好地解决了公共移动通信面临的大容量需求和频谱资源有限的矛盾

可以说，与最早的移动通信系统相比，第一代公众移动通信系统仍然采用以调频为主的模拟调制传输方式，但已经具备了比较完整的蜂窝结构和自动切换机制。

它也被称为模拟频分双工系统。这标志着蜂窝移动通信系统的诞生，也就是1G时代的到来，它的诞生也催生了世界上第一部手机的诞生。

摩托罗拉世界上第一部商用手机

这无疑是人类历史上最伟大的发明之一。生活在21世纪，我们无法摆脱蜂窝移动通信系统，它已经成为我们生活的一部分。

蜂窝通信的工作原理* *我们首先可以把蜂窝通信* *分为两个阶段，第一阶段是模拟蜂窝手机通信系统。第二阶段是从2G开始的数字蜂窝移动电话通信系统。这里我们主要谈谈数字蜂窝移动电话通信系统。

我们每一次打电话，发短信，都离不开背后庞大的移动通信支撑。这个通信* *一开始是由无数基站组成的。你要发送的文字、图片、声音、视频都是先通过无线电波发送到你最近的基站，再通过各个* *节点传输到最近的基站，再由这个基站通过无线电波发送到对方手机。

基站之间有许多通信设施，如光缆、基站控制器、交换中心等。这些都构成了一个巨大的交流* *。

正是这个庞大的通信* *连接了全世界的移动用户。

在最早的GSM系统规范中，无线规划通常采用43频率复用，即4个基站区和12个扇区为一个小区组，即一个簇。

由于每个单元都是六边形的，并且彼此相邻，整体上看起来像一个蜂巢，所以人们称之为“蜂巢”网络。因此，我们将使用多个蜂窝小区来覆盖大容量和中等容量移动电话系统的整个服务区域，这些系统被称为蜂窝移动电话系统，或简称为蜂窝移动电话。

当你在移动中打电话时，你可能会跨越多个小区。这个时候任何一个基站覆盖不足都会造成你的通话中断或者质量不好。

蜂窝* *主要由以下三部分组成：移动台、基站子系统和* *子系统。移动台就是我们的* *终端设备，比如手机或者一些蜂窝工控设备。

2G的组件* *

子系统包括移动基站、无线收发设备、专用* *、无数数字设备等等。

移动基站的核心是收发站，它在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发、移动平台之间空中无线传输以及相关的控制功能。收发站可以解码并发送每个用户的无线信号。这样用户就可以准确的收到对方发来的短信和电话。

在整个蜂窝移动通信系统中，基站子系统是连接移动台和移动中心的桥梁，其地位极其重要。整个蜂窝系统的通信质量取决于整个覆盖区域内基站的数量、基站在蜂窝小区内的位置以及基站子系统中相关部件的工作性能。基站的选择和建设已经成为建设现代移动通信的重要组成部分。

基站子系统依靠传输连接* *中的各类设备，搭建无线* *和有线* *之间的转换器。它是传输的中心，传输的范围很广，包括铜线、微波、光纤、卫星通信等等。

随着通信技术的不断变革，* *子系统可以简单概括为：接入网、核心网和业务/应用* *。这四个部分具有统一的接口，并根据国际标准化组织3GPP定义的全球统一标准相互连接。

接入网由手机和基站组成。我们把手机和基站之间的接口称为空中接口。手机通过空中接口连接到基站，一个基站连接多部手机，从手机采集数据和语音信息传输到核心网。

* * 2G、3G和4G无线接入网络的结构

而核心网是* *的心脏，也是* *最关键的部分，所有的数据都存储在这里，计费也在这里完成。我们用智能手机打电话、上网、发短信、微信聊天、看视频等。这些都叫做服务，每个服务都是由不同的服务* *提供的。

所以整个过程可以简单的概括为：我们打电话的时候，基站接收到你发射的频率，然后它就可以解码，通过收发台把每个用户的无线信号发送出去。当我们上网的时候，接入网会通过接入网汇聚到基站，然后通过核心网给你提供服务。

蜂窝移动通信的完整结构图* * …

蜂窝通信的迭代* *我们用手机打电话、发短信、上网，都是通过无线信道传输的。不同的通信技术采用不同的信息编解码技术和射频。从1978年第一代蜂窝移动通信系统提出至今，蜂窝移动通信已经发展了40年，经历了5次迭代和升级。

比如我们刚才说的，1G仿真时代有很多技术和制度上的限制，比如没有统一标准，业务量小，质量差，完整性差，没有加密，速度慢。

为了解决第一代蜂窝移动通信系统的技术缺陷，在20世纪90年代，采用数字调制技术的第二代蜂窝移动通信系统应运而生。主要使用工作在900/1800MHz频段的GSM移动通信* *和工作在800/1900MHz频段的S-95CDMA系统* *提供的语音和数据业务。主要方案有GSM和CDMA。

随着数据业务需求的不断增长，2G系统在系统容量和频谱效率方面的局限性日益显现。

2000年5月，国际电信联盟正式公布了第三代移动通信标准，该标准主要利用第三代移动通信* *提供语音、数据、视频和图像等业务，包括了第二代蜂窝移动通信系统所能提供的所有类型的业务。

2g/3g无线接入示意图* *

现在是3G IP数据* *时代。从这一代开始使用互联网技术，各种数据通过移动互联网高速传输，比如音频、视频、各种多媒体文件。移动互联网的速度大大提高，移动高速上网已经成为现实。主要方案有TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。

第四代蜂窝移动通信系统，又称4G系统，是一种融合了3G和WLAN，能够传输高质量视频图像的技术产品，图像传输质量与高清电视相当。它是一个真正的大容量宽带高速蜂窝系统，支持交互式多媒体服务、高质量图像、3D动画和宽带互联网连接。

4G时代的核心技术是OFDM，具有良好的抗噪声性能和多信道干扰能力。可以200 times传输，是手机数据传输速率的1万倍，拨号上网的200倍，3G手机的50倍。

如果说3G可以给人们提供一个高速传输的无线通信环境，那么4G通信就是一条没有线缆的信息高速公路。这种新的* *可以使电话用户在三维虚拟现实中无线连接。4G通信给人们带来了真正的通信自由，彻底改变了人们的生活方式乃至社会形态。包括4G TD-LTE和FDD-LTE。

需要注意的是，由于现有的LTE**不能承载语音业务，只能承载数据业务，所以在打电话的情况下，系统会回落到2G**。随着2G**开始停止服务，运营商开始大规模推广VOLTE功能。

2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR第一版正式冻结发布。2018年6月14日，3GPP全会app

5G标准独立组网功能的冻结，不仅使5GNR具备了独立部署的能力，还带来了全新的架构，意味着5G完成了第一阶段的全功能标准化，标志着5G技术的正式到来。

与4G相比，5G增加了高速率、泛在网、低功耗、低时延的特性，从而具备超强容量，提供千亿设备的连接能力，满足物联网通信。目前，5G时代定义了以下三种应用场景：

EMBB:增强移动宽带，顾名思义就是针对大流量的移动宽带业务；

URLLC:超高可靠、超低时延通信，如无人驾驶等业务；

MMTC:大连接入物联网，瞄准大规模物联网业务；

2020年，我们的5G**覆盖将逐步向一线城市扩散，5G时代指日可待。

可以说，我们的手机能打电话，能上网，得益于蜂窝移动通信* *的发明，得益于幕后提供24小时服务的工程师，他们在幕后进行整个系统的维护和维修。保证了我们平时的通话上网服务。

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