四十年的无线通信

1983年,Motorola的DynaTAC 8000X成为第一部商业化销售的蜂窝手机,提供三十分钟的通话时间,但设备重达近两磅。它连接的网络是第一代蜂窝基础设施,称为1G,仅覆盖美国的一小部分,只支持语音通话。四十年后,从那些最初的蜂窝装置发展而来的无线网络连接了将近80亿个设备,实现了其创造者无法想象的技术,并正在为可能完全改变网络本质的第六代做准备。

IEEE Spectrum对无线网络四十年演变的回顾追踪了不仅仅是从1G模拟语音到5G毫米波宽带的技术进步,还追踪了每一代无线基础设施如何重塑经济活动、文化行为和建筑环境的方式。这个故事讲述的是能力的累积,其中每一代都解决了其前代的局限性,并为下一个飞跃创造了条件。

跨越四十年出现的模式是大致十年左右的代际循环,每一代都带来了大约十倍的数据吞吐量改进,并实现了根本上全新的应用类别。2G数字化了语音并引入了SMS。3G实现了移动互联网接入和应用生态系统。4G使移动视频流传输成为可能,并引发了平台经济。5G正在实现大规模IoT部署和超低延迟应用。6G承诺增加一些本质上不同的东西:一个能主动感知和推理物理世界的网络。

1G到3G时代:从语音到数据

按照现在的标准,第一代蜂窝网络简单得如同原始一样。模拟语音编码意味着通话可能被扫描仪拦截,网络容量有限,蜂窝塔之间的切换不可靠。但1G解决了它设计目的要解决的根本问题——无线语音通信——并为后续世代的网络创造了商业和监管基础。

1990年代初期向2G的过渡引入了数字语音编码,大幅改进了通话质量、安全性和频谱效率。更重要的是,它引入了短消息服务(SMS),这成为了第一个广泛使用的移动数据应用——一个最初为网络工程目的设计的系统,消费者比其设计者预期的更快地将其用于人际交流。SMS预示了一个模式,这个模式会在每一代中重复:推动采用的应用往往不是网络设计者预测的那些。

3G在2000年代初期的推出开启了移动互联网时代,尽管初期部署在实践中往往令人失望,尽管数据显示速度令人印象深刻。3G的关键贡献是为宽带移动数据建立了技术和监管先例,创造了4G将推动的智能手机革命成为可能的生态系统条件。iPhone在2007年在2G和早期3G网络上推出,展示了引人注目的应用程序甚至可以在这些网络完全部署之前就为更好的网络产生需求。