1G到5G極簡史

隨著5G商用牌照發布，5G概念越來越熱，為什麼行動通訊方向總是這麼廣受關注呢？

因為全球的電信市場是非常大的。大到什麼程度呢？

我們可以看這樣的一組資料：

2016年

全球的網際網路產值

（包括谷歌、Facebook、亞馬遜、中國的BAT等）是

3800億美元

。

而

全球電信市場產值

（包括移動裝置、電信裝置、運營商收入）

高達3.5萬億美元，差了1個數量級。

而且，

從2007年以後的電信市場增量幾乎都來自於行動通訊行業。

這也就解釋了為什麼5G在近期引起了全球的極大關注。

有些人看5G看技術、有些人看5G看應用，有些人看5G看市場容量。

大墨讀了吳軍的《全球科技通史》，他從1G到5G的演進趨勢著手，看在歷次技術進步時，都發生過什麼。

在這裡把吳軍書中講到的演進趨勢，從兩條主線：巨頭更替、技術進步的角度，精心整理分享給大家。

歷史不會重複，但總是押韻。

回顧歷次移動通訊技術變革帶來了什麼，對未來機遇的判斷，就會有啟發。

01 標準

在歷代的移動通訊技術中，

統一標準的制定是最重要的

。

我們現在都經常討論的5G，其全稱是“第五代行動電話行動

通訊標準”。

我們都知道，通訊業是典型的具有“網路效應”的行業。

如果每家公司都制定一個獨立的通訊標準，那互聯互通就是一個很大的問題，就跟把幾十個不同國家（都只會母語）的人湊到一起聊天一樣，根本無法溝通。

裝置之間要通訊，需要有統一的編碼規則，這個大家都遵從的規則就是“通訊標準”。

通訊標準主要是規定的是2件事：

1。資訊傳送和接收時的編碼和解碼標準。

相當於播出電話時的號碼：從A播出去一個號碼，透過這個號碼我們得知道A想要連線到B，這是第一個重要的部分。

2。對傳輸內容的編碼和解碼方式。

A跟B開始對話了，先把A說的語音或者發的資訊文字編碼，在信道里進行傳輸，在到達B時，進行解碼，B就接受到了A發出來的資訊。

通訊標準解決的問題

好的編碼標準非常重要，能讓資訊傳輸效率高、損耗低、誤位元速率低。

02 從1G到5G

（一）1G時代

我們先來看看第一代行動通訊標準。

1G是由摩托羅拉公司創造的，注意是創造標準，不是制定標準。

1G本來始於在二戰期間美國的軍方專案，1940年起，摩托羅拉深度參與這個軍用的行動通訊專案，這個通訊裝置在今天來看龐大笨拙，

大概有5磅重

，但是卻實現了

“收”和“發”在同一個終端上。

這個裝置需要兩個軍人配合才能使用一臺收發機，而且它的

通訊範圍也很小

，但也足夠讓美國在二戰的通訊上取得巨大的優勢。

圖1：美軍二戰時期行動通訊裝置（初始）

之後，摩托羅拉又研製出了更小型的對講機，這已經是我們早期使用“大哥大”的雛形了，這個裝置有長長的天線，但是通訊範圍依然很小，最多能覆蓋1km內的無線通訊。

圖2：美軍二戰時期通訊裝置（後期）

由於軍方專案上的技術優勢，

摩托羅拉在20世紀80年代，引領了行動通訊的商用時期。

摩托羅拉制定的行動通訊標準，也就是後來我們說的1G。

摩托羅拉當然也就成為了1G時代的霸主。

（二）

2G時代

很快，第二代移動通訊技術標準開始了。

在1G的民用時期，諾基亞開始提前佈局，研發2G的通訊裝置和新的通訊標準，並在90年代投入使用。

僅僅經歷了10年，摩托羅拉便沒有維持住自己的霸主地位，

2G是諾基亞的主導時期。

圖3：2G時期的諾基亞

這裡需要解釋兩個重要的問題：

第一個問題：為什麼摩托羅拉在2G時代敗給了諾基亞？

第二個問題：2G比1G的改進在哪？

之後我們在講每一代的時候都會從這兩個方向分別來探討。

先解釋第一個問題，為什麼1G時代的霸主摩托羅拉在2G時期就沒落了？

剛才我們提到，統一的通訊標準是非常重要的，在對待標準的態度上，歐洲和美國選擇了不同的道路。

熟悉通訊發展歷程的人應該都知道，美國在2G時期有三個通訊標準，互相競爭。中國當時也是有兩種制式的：GSM和CDMA。

而歐洲的通訊運營商和裝置商報團取暖，統一了一個通訊標準，也就是GSM。

通訊行業是一個典型的網路效應很強的行業，統一的標準大大節約了相容成本。這給了諾基亞一個反超的機會。

從諾基亞的2G稱霸的過程可以知道，通訊行業中標準的重要性。

第二個問題：2G比1G的改進在哪裡？

主要是終端變小了很多。

1G是類比電路，2G是數位電路。

在數位電路的應用下，一個小小的晶片就能替代類比電路的幾十個晶片，所以2G時代手機變小了，更加便攜了。

另外，我們也都知道摩爾定律：

當價格不變時，積體電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，效能也將提升一倍。

同時也意味著，同樣大小的晶片，每隔18-24個月效能翻一番。

因此，摩爾效應也讓手機越來越小，效能越來越強。

（三）

3G時代

隨著3G網路的覆蓋，一代巨頭諾基亞黯然離場。

蘋果手機從起初看起來，只是一個大螢幕的手機，隨著各種應用的開發，發現伴隨著3G網路速率的提升，移動網際網路有更大的空間，從方方面面改變每個人的生活。

作業系統之戰以谷歌的安卓系統和蘋果公司的 iOS勝出告終，塞班、黑莓、微軟的視窗接連離場。開發者的開發成本被降低，這為移動網際網路的飛速發展提供了便捷。

3G比2G改進了哪裡？

從語音通訊到資料傳輸。

2G時代，通訊方式主要是打電話、發簡訊，無線上網速度非常慢。

在3G時代，資料傳輸的速度提升了40倍。

現在我們看到的移動網際網路行業巨頭，不得不說，都受益於3G網路。

所以張瑞敏說

“沒有成功的企業，只有時代的企業”。

但是到了3G，我們的語音通訊網路和上網用的資料傳輸網路，還依然是分開的。

語音傳輸的路徑更非常麻煩，如圖4所示，A想給B打個電話需要經過很長的物理路徑，需要沿著藍色的路徑，經過8個階段才能把語音傳輸到B，2G和3G的語音過程都是這樣。

具體的每個節點不用太關注，就看到這個通訊的轉接的複雜過程就好了。

圖4： 2G、3G時期語音通訊原理

而且因為3G時期，基站之間的通訊需要多次轉接，通訊效率較低，網速雖然比2G有質的飛躍，速度卻不怎麼快，很多需要高速傳輸的應用場景無法實現。

（四）

4G時代

4G時代，依然是蘋果一統天下，也成為了第二個突破萬億美金市值的公司（第一個是中石油）。。。

但同時，4G又給了一些新興公司發展的機會，包括移動支付領域的支付寶和微信支付；裝置商、終端商：華為和小米；移動網際網路：位元組跳動（頭條、抖音）、滴滴打車、美團外賣、移動電商拼多多等等。。。 。。。

這些現在蓬勃發展中的公司無一不是4G時代下的產物，又是一批“時代的現象級企業”崛起了。

4G比3G改進了哪裡？

首先，網路結構扁平化了，端到端的通訊轉發次數變少了。

其次，基站之間的光纖頻寬變寬。

最關鍵的是，4G網路同時應用了網際網路和電信網路的技術進步。剛才我們提到3G時期，語音和資料的傳輸網路是分開的，到4G才實現了真正的統一。

這讓4G的網路速度得到了大幅提升。

4G的理論網速已經很快了，大部分的民用場景都夠用了。

所以在4G時期，一系列基於手機端的應用場景都得到了實現，我們的生活越來越便捷。

以至於我們現在很難想象沒法手機支付、沒法手機點外賣、沒法看短影片和朋友圈來消磨時間的漫長時間，我們都是怎樣度過的。

圖5： 4G通訊網路較3G扁平化

但4G還有一個硬傷：網路擁塞。

在現在的4G時代，是不是經常有這樣的情況：在人群比較密集的時候，網路完全是癱瘓的。比如參加演唱會、參加一個大型會議、參加集中的考試時，手機上網基本就是不可能的了。

因為在這個集中地帶，大家都搶著跟同一個基站通訊，一個4G基站的覆蓋半徑大概是1公里。

這時候懂通訊技術的人就不會想著多試試，不會以為網路不好時需要排排隊，沒準照片就發出去了、沒準就能上網了。。。

因為

夏農第二定律告訴我們：資訊傳輸率超過了通道容量，就不可能實現可靠的傳輸。這時候的出錯率是100%，是大家都出錯，而不是個別人能傳輸成功。

這是在人群聚集情況下面臨的問題，未來是萬物互聯的時代，智慧終端的數量會呈指數級增長，每個智慧終端都會有一個SIM卡，要和基站通訊。這時可想而知，網路必然是癱瘓的。

4G網路的缺陷是萬物互聯的瓶頸。

（五）5G時代

從之前的1G到4G的發展過程中，都會給新的公司以機會。

有些來自標準層，正如摩托羅拉、諾基亞、高通（蘋果、微軟）。。。

另一些機會則來自應用的場景，正如阿里、微信、頭條、美團、滴滴（Uber）。。。

5G比4G改進了哪裡？

4G的網路擁塞是因為資訊的傳輸率大於通道容量，那麼第一個解決方案就是加大頻寬。

5G的理論頻寬是4G的20倍。這需要把頻段範圍擴大，頻段向上擴充套件。

但是問題又來了，頻段越高，就越容易被障礙物影響，怎麼辦？

把基站建得足夠密才行，在4G時期每2-3公里建一個基站，在5G時期，則是在200-300米建一個基站。

因為相對於4G時期1公里的覆蓋範圍，5G每個基站的覆蓋半徑大概只有一百多米。

這時，在每個基站覆蓋半徑從1km降低到100多米的情況下，

每個基站的覆蓋人數能減少兩個數量級，這樣擁塞的問題就解決了，而且給更多終端接入行動網路留下了空間，讓未來的萬物互聯成為可能。

03 總結

最後，總結一下本文的要點。

首先，在每一輪的移動通訊技術週期中，標準是非常重要的。

然後，我們從兩條線講了1G到5G的極簡發展史：

一條是每個時期的霸主的更替，一條是每個時期的改進在哪。

從標準層的角度，我們看到

每輪新的通訊技術革命都會出現一個新的霸主：

1G是摩托羅拉；

2G是諾基亞；

3G、4G是蘋果、谷歌、高通。

5G的全球霸主會是誰，我們現在還沒有結論。

得標準者得天下，華為在5G領域中累積了較大的優勢，從現在來看，華為在5G時代成為世界的領導者，還是非常有可能的，這也是現在華為被圍剿的原因。

從1G到5G的改進過程視角來看，每一代的變化，一直以來都不是速度的進步而已。

1G到2G是類比電路到數位電路，讓終端變小變輕。

2G到3G是從語音通訊到資料通訊，我們從移動語音過渡到了移動上網時期。

3G到4G是減少了轉發次數，並進行了“通訊網”、“網際網路”的融合，這一跨越實現了資料傳輸速率的升級。

4G到5G是解決終端接入密度問題，這是實現萬物互聯的基礎，當然也伴隨著傳輸速率的提升。

縱觀1G到5G發展史，每一代的通訊技術標準的迭代，速率的提升似乎只是一個結果，而不是目的。

“速度，其實是5G最無聊的應用。”