从大哥大到iPhone13，谈谈移动网络发展

Myth丶恋晨 2022-09-16 15:30 373阅读 0赞

这个假期开车走了一回219国道，一路上被壮美的风景吸引的同时，也遭遇了时不时手机没有信号的尴尬，在这个时代，网络对我们的意义早已超出了通信，娱乐的浅显内涵，它是我们连接这个世界的纽带。如果我们发现自己没有办法登录微信，微博，刷不出网页，焦躁的情绪就会立马涌现，虽然我们此时并没有多重要的事情需要联系别人，但我们依然希望我们保持在线，时刻与世界相连。

那么今天，我们了解一下手机信号和网络的关系。

# 语音时代 #

广义上的民用手机诞生于1973年的纽约，而中国第一个使用手机的人则出现在1987年的广东，彼时，手机还被称作大哥大。

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截至2021年3月，中国手机上网人数9.86亿人。这也意味着近80%的中国人都在使用手机上网。不过在1987年，拥有大哥大的人并不多，大哥大也只能拥有打电话这一种功能，即便如此，拥有一部能够打电话的大哥大，所需费用至少达到两个w，可以说，在那个时代，拥有一部大哥大，就是财富和地位的象征。

但是光有手机没有手机信号也不行，想要信号，还需要基站。实际上，我国的一个座移动通信基站也是在1987年建成的，在此之前，通信全部依靠于固定电话。因此我们也可以把这一年认为是我国现代通信的一个重要节点，基站建立在广州市西德胜、天河邮电机楼、黄埔开发区，整套系统共拥有1个交换局、3个基地站，可以容纳1200个用户，覆盖20多公里的范围。

这时，我们可以说，中国迈入了移动通信的时代，虽然这个时期的移动通信，还仅仅能够实现打电话的功能，也就是我们不太常说的1G网络，它使用模拟通信，抗干扰能力弱，只能在短距离内进行语音通话。而且它严格受到网络容量的限制，很容易出现串号、盗号的现象。这里的G指的是Generation，这个单词表示代，辈的意思，我们所说的2G，3G，4G分别是指2代，3代，4代的意思，并且，G本身和网速没有直接关系。

但即便如此，不同国家甚至不同品牌的大哥大相互通信也很难做到，因为他们都使用着不同的通信协议，比如，美国使用AMPS，俄罗斯使用NMT，而日本使用JTAGS。

但一切事物的开始总是这样，就像1973年的纽约，作为移动通信之父的摩托罗拉的工程师马丁库帕怎么也不会想到，如同砖头一样大小的大哥大，发展到现在，不仅体积变得小巧玲珑，而且能够实现上网、拍照、影音、支付等等这些当年即便是电脑都无法完成的事情。

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总结以下。第一代移动通信技术是模拟移动通信技术，其代表有美国的AMPS、英国的TACS、北欧的NMT450/900。以模拟调频，频分多址为主要特征第一代移动通信系统仅限于语音传输，它以模拟电路单元为基本模块实现话音通信，并采用了蜂窝结构，频带可重复利用，实现了大区域覆盖和移动环境的不间断通信。

# 短信时代 #

时间来到1995年，数字调制方式取代了模拟调制方式，相较于第一代移动通信技术，第二代移动通信不再受到盗号、串号的困扰，并且系统容量也大大增加。但最大的进步在于，手机的体积变小了，价格变得亲民了，并且，出现了手机历史上第二重要的功能，短信。

## 短信 ##

短信简称SMS（Short Message Service），顾名思义，短消息，每次只能发送160个英文或者70个中文字符。1992年，世界上第一条短信在英国的沃达丰通过GSM网络发送成功，宣布手机短信诞生。在中国，中国移动和中国联通在2000年先后推出短信业务。在此之后，短信凭借其便捷性、便宜等优点就一直伴随着我们，而我们，尽管使用微信早已深入人心，但是逢年过节用短信发祝福还是最真诚的，验证码也只能通过短信发送，广告商也能随随便便就发送垃圾短信。

其实短信的工作原理不复杂，它主要包括了收和发两个部分，当我们编辑好短信选择联系人并按下发送按钮的时候，我们的手机先是将这条短信转化成01编码然后发送给运营商的短信中心，通过短信中心再转发到我们的收件人那里，看到这里，你可能会觉得，短信并没有直接发送给我们想要发给的人，而是在运营商那里转了一道，是不是影响了它的实时性和可靠性呢？没错，你不会知道收件人最终有没有收到这条短信，但正因如此，收件人不必永远保持手机开机或者呆在有信号的地方，只需要当他在线时，运营商再转发给他就是。

关于短信的更详细的原理，可以参考这一篇文章，讲的比较透彻了。[短信，到底是怎么工作的？ - 知乎 (zhihu.com)![icon-default.png_t_L9C2][]https://zhuanlan.zhihu.com/p/41439805][- _ _zhihu.com_icon-default.png_t_L9C2_https_zhuanlan.zhihu.com_p_41439805]

## 手机上网 ##

在这一时期，我们普遍意义上所说的手机上网功能实现了，网速高达150kbps，折合下载速度15-20k/s，是不是觉得太慢了，但实际上，浏览一些文本信息已经够用了。第一款支持wap的手机时诺基亚7110，它的出现标志着手机上网时代开始，此后十年，诺基亚逐渐成为全球最大的移动电话商，转眼来到2021年，不到20年的时间，诺基亚劲头不再，令人唏嘘。

![25f75087bf804210e484e441a73f2ff8.png][]  诺基亚7110

如果我们注意观察，就会发现如果我们的手机信号不好，或者被停机，那么我们手机信号栏的4G标识可能会变成E标识，这个E其实就是类似我们已经淘汰的2G网络，但是严格来说，E代表EDGE，属于2.75G网络，网速是300kbps，下载速度只有20-30k/s。其实除了E标识，还有4G、4G+、T、H、H+、G、1X等标识，它们分别代表了不同的网络类型。

## 4G、4G+、T、H、H+、G、E、1X ##

### 2G网络的时代： ###

G：即GPRS，2.5G网络，这是一个比E更慢的网络，早于E出现。传输速度只有114Kbps，下载速度只有15K/S，不过这种网络现在几乎没有了。2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术，由于3G是个相当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因此出现了介于2G和3G之间的2.5G。HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙（Bluetooth）、EPOC等技术都是2.5G技术。

E：即EDGE，2.75G网络，这是一种低网速的网络，网速大约是300kbps，下载速度只有20-30K/S。

1X：电信手机上的2G网络，在通话时才会使用到。信号特别不好的时候，手机才会切换到这个网络。

### 3G时代的网络： ###

T：即TD-SCDMA，也就是3G网络。是移动手机上经常会显示的网络。这个标志下的网络比2G网会快一点，网速大约是12Mbps。但如果是在电信和联通手机上显示这个标志，网速会比移动慢很多。

H：即HSDPA，3.5G网络，这个标志一般是出现在联通手机，相对于3G网来说网速更快，能达到14.4Mbps。

H+：即HSPA+，3.75网络，优于3.5G网络，网速可达到42Mbps。但是实际网速通常没有这么快，因为3G用户实在太多了。

### 4G时代的网络： ###

4G：网速可达100Mbps，比起3G网更流畅也更加稳定，几乎可以说是能用于网络上做任何事情。

4G+：网速几乎是普通4G的2倍。

各种网络模式下的传输速度排序G<E<T<H<H+<4G<4G+<5G。

很多人搞不清楚手机上网和手机入网的区别，以为是两种说法，其实这两者是完全不同的概念。

## 手机入网 ##

手机入网一般指的是办理某个运营商如联通、移动等的手机卡，并且使用该运营商的通讯网络，也可以叫做开户，通俗来讲，就是办一张电话卡，在零几年的时候，办张卡需要拿着身份证到移动或者联通的营业厅去办理，填写好几张表格，选择适合的套餐，往里面充一笔话费。那么入了网就一定可以使用手机上网吗？答案是否定的，我们通常所说的手机上网指的是浏览网页这些，而手机入网是上网的先决条件。如果你需要上网，还需要开gprs功能。当年5块钱能买30m流量，可以满足和数不清的mm聊一个月的人生，还要担心流量不够用，现在30m流量估计连一个短视频都刷不完，却没人再怜惜流量了。不得不让人感慨，通信技术发展的同时，爱情变得廉价。

# 图片时代 #

当时间来到2000年，国际电信联盟正式公布了第三代移动通信技术，即我们通常所说的3G，中国提交的TD-SCDMA正式成为国际标准，值得一提的是，在国内，只有中国移动使用了该标准，而中国联通则使用了WCDMA，中国电信使用的是CDMA2000.这三个标准是3G时代最主流的三大技术。

3G技术是三大关键技术的集成：无线、数据(IP和ATM)和电话(电路交换和分组交换)。保证3G网络成功的要素涵盖相关网络在国际标准组织里所提倡的开放接口标准和统一的管理，和用户终端的及时商用。

第三代移动通信技术中主要包含了四个功能子系统，为核心网、无线接入网、移动台以及用户识别模块四种。在这其中无线接入网主要应用了[ITU][]基础上的五种接入标准，但是核心网则应用了将2G电路交换行水升级为高速电路交换与分组交换的基本形式。第三代核心网中涵盖了移动交换网与业务服务网两种网络形式，移动交换网主要负责进行无线网与固定网之间的连接与终端移动性能功能的管理，而业务服务网则主要为移动用户提供和固定用户相同的业务与服务，例如用户可以享受到电子商务、计费以及呼叫等一系列服务。

3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式。3G开通后，手机上网变得更加顺畅，微信等依赖网络的通讯工具开始盛行，苹果手机大量进驻我国市场，连夜排队购机的场面也成为那个时代的烙印。值得一提的是，当时国内率先开通3G的联通配合存话费赠机等活动圈了不少粉，成功地抢来许多客户，好多朋友现在“186”开头的电话号也正是源于这个时间。

在前两代系统当中，其实并没有一个国际组织明确的标准规定什么是1G，什么叫做2G，而是全靠各个国家和地区的通信标准化组织自己制定协议。但从3G 开始，ITU 即国际电信联盟，提出了IMT-2000，并要求符合IMT-2000要求的才能被接纳为3G 技术。各个国家纷纷给出自己的标准，并完成了融合和标准化。在3G 之下，我们有了更高频宽和稳定的传输，视频电话和大量数据传送更为普遍，移动通讯也有着更为多样化的应用。因此，3G 也被视为是开启移动通讯新纪元的重要关键。

# 视频时代 #

4G也就是第四代无线蜂窝电话通讯协议，从 2013年开始进入我们的视野，能够传输高质量视频图像，以及高质量图像。进入4G时代后，全球移动通信标准呈现出进一步融合的趋势。从影响力上来看，4G可以说是专门为移动互联网设计的通信技术，不论是从网速、容量和稳定性上来看，4G相较于上一代3G技术都有了明显的提升。也正是在4G技术的支持之下，移动互联网开启了一股新的浪潮，移动支付、滴滴、美团、抖音等新兴产业和应用得到了非常快速的发展。

4G 传输速率更快，网络频谱宽，通信灵活度更高并且兼容性好。但是随着科技的不断发展，消费者对于网络的传输速度也有了更高的要求。无论是无人驾驶汽车，还是更高清的影视资源的下载，4G网络的传输速度在飞速发展的需求面前还是显得有些捉襟见肘。这个时候，更高传输速率的5G网络也就应运而生。从传输速率来看，5G可以达到10gbgps，是4G传输速率的100倍，这样的速率能够在顷刻之间完成一部高清电影的下载，流畅地观看8k视频;而在传输容量，5G的容量可以达到4G的1000倍，这些都很贴合物联网和智慧家庭的应用，使更多物联网设备同时实现在线链接。

# 物联网时代 #

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。

5G作为一种新型移动通信网络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频等更加身临其境的极致业务体验，更要解决人与物、物与物通信问题，满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求。最终，5G将渗透到经济社会的各行业各领域，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。

它主要有以下性能亮点：

1.峰值速率需要达到10-20Gbit/s，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。

2.空中接口时延低至1ms，满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。

3.具备百万连接/平方公里的设备连接能力，满足物联网通信。

4.频谱效率要比LTE提升3倍以上。

5.连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。

6.流量密度达到10Mbps/m2以上。7.移动性支持500km/h的高速移动。

# 手机是如何通过网络与电脑相连的？ #

我们了解了从1G到5G的发展历程，还有一个最大的疑问没有解开，就是从我们手机上发送的微信消息是如何到达电脑上的呢？换句话来说，移动网络是如何接入互联网的呢？其实这也是移动网络在发展中一直在关注的问题。用专业的话来讲，这就是移动网络的架构问题。

简单点说，可以把移动网络划分为三个部分，基站子系统，网络子系统，和系统支撑部分。无线接入网部分就是位于基站子系统内，主要作用就是连接用户终端到基站；核心网部分就是位于网络子系统内，核心网的主要作用是把无线接入网上来的呼叫请求或数据请求，接续到不同的网络上。

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## 无线接入网 ##

无线接入网指的是固定用户全部或者部分以无线的方式接入到交换机。无线接入网是由业务节点接口和相关用户网络接口之间的系列传送实体所组成，为传送电信业务提供所需传送承载能力的无线实施系统。无线接入网能够为一定范围内的用户管理任务,包括接入、漫游、连接到公共电话交换网路和连接到Internet。  
一般来说，无线接入网是由网络管理系统（NMS），基站控制器（BSC）、基站（BS）和用户站（SS）组成，也可以不把NMS归入其中。

我们只需要知道它负责接收用户终端的无线信号，由此接入到通信网络。

## 核心网 ##

核心网的功能主要是提供用户连接、对用户的管理以及对业务完成承载，作为承载网络提供到外部网络的接口。用户连接的建立包括移动性管理（MM）、呼叫管理（CM）、交换/路由、录音通知（结合智能网业务完成到智能网外围设备的连接关系）等功能。用户管理包括用户的描述、Qos（加入了对用户业务Qos的描述）、用户通信记录（Accounting）、VHE（与智能网平台的对话提供虚拟居家环境）、安全性（由鉴权中心提供相应的安全性措施包含了对移动业务的安全性管理和对外部网络访问的安全性处理）。承载连接（Access to）包括到外部的PSTN、外部电路数据网和分组数据网、Internet和Intranets、以及移动自己的SMS服务器等等 核心网可以提供的基本业务包括移动办公、电子商务、通信、娱乐性业务、旅行和基于位置的服务、遥感业务（Telemetry）、简单消息传递业务（监视控制）等等。

我们只需要知道它负责对用户数据的管理及具体业务处理，并作为承载网络提供到外部网络的接口。

不同的时代，网络架构是不同的。

通常，我们所说的2G网络指的就是基于GSM的网络，它的结构主要由四部分构成：

![SouthEast][]

MS的全称是Mobile Station，即移动台，通俗来说就是我们的手机，它由ME和SIM两部分组成，负责无线信号的收发及处理。

BSS全称Base Station Subsystem，叫做基站子系统，它属于接入网部分，由基站收发信台BTS（Base Transceiver Station）和基站控制器BSC（Base Station Controller）两部分构成。BTS通过Um空中接口收到MS发送的无线信号，然后将其传送给BSC，在BSC负责无线资源的管理及配置（诸如功率控制，信道分配等），然后通过A接口传送至核心网部分；

NSS全称Network and Switching Subsystem，叫做网络子系统，它是核心网的核心部分，主要由MSC、VLR、HLR、AUC、EIR等功能实体组成。其中，移动业务交换中心MSC（Mobile service Switching Center）是NSS核心，负责处理用户具体业务；访问位置寄存器VLR（Visit Location Register）和归属位置寄存器HLR（Home Location Register）主要负责移动性管理及用户数据库管理的功能；鉴权中心AUC（Authentication Center）和设备识别寄存器EIR（Equipment Identity Register）主要负责安全性方面的功能；网关型GMSC负责提供接入外部网络接口；

OMS全称Operations Management System，叫做操作管理系统，它主要负责网络的监视，状态报告及故障诊断等。

关于网络架构方面更多的问题，可以移步[(2条消息) 2G到4G网络结构的演进过程（图）\_时间文盲的记事板-CSDN博客![icon-default.png_t_L9C2][]https://blog.csdn.net/fzy0201/article/details/11910829][2_ 2G_4G_-CSDN_icon-default.png_t_L9C2_https_blog.csdn.net_fzy0201_article_details_11910829]

讲的是比较详细的。

# 手机没信号是什么原因？ #

如果我们的手机显示信号为空， 则很有可能为以下两种情况，第一是网络无法覆盖到，比如在山区，地下室，电梯或者有屏蔽信号干扰的地方，当然，如果基站正在调试或者保养，也有可能造成没有信号。第二是我们手机自身的问题。总结的话，有以下几个可能。

1、基站（就是移动通信的发射塔）的位置分布，如在楼顶、山头的室外站，还是室内分布式系统，天线离用户越近，信号越好；  
2、跟天线的高度、俯仰角、方位角有关，天线越冲着你在的地方，信号就越好；  
3、跟基站的发射功率有关系，发射功率越大，接收信号就越好；  
4、手机本身的质量决定了你信号的好坏；  
5、你所在的位置决定你信号的好坏，如你在低洼的地方、地铁、地下室等地方，或者在房屋密集，水泥墙很厚重的地方，手机信号都会比较差。相反，在楼顶、开阔地信号就会很好。

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[ITU]: https://baike.baidu.com/item/ITU/7100093
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