1.6 一次“需求”引发的变革——从2G到3G

不得不说2G是一个非常成功的技术。为什么这么说呢？

虽然从技术层面看，2G已经是过去式了，但从商业层面看，它才刚刚离开，甚至还没离开。

根据笔者的统计，到目前为止仍有不少的2G网络在商用，比如美国运营商T-Mobile的GSM和IS-95、沃达丰的IS-95等。因此，从1991年第一个2G网络在芬兰部署以来，2G网络已经为人们服务了30余年。可能会有读者觉得诧异，什么样的技术可以使用30年还不过时？

1.6.1 2G的演进和互联网的兴起

我们现在使用的2G和20世纪90年代商用的2G有很大的区别，因为2G在由3G取代之前，其自身也在不断地演进。

以GSM为例，从1987年2月CEPT完成第一个版本的制定以后，GSM也经历了两次明显的更新，分别是通用分组无线业务（GPRS）和增强型数据速率GSM演进（EDGE）技术，这两个技术也被分别称作2.5G和2.75G。

初期的GSM网络架构如图1-28所示，它由接入网部分的基站（BTS）、基站控制器（BSC），核心网部分的移动交换中心（MSC）和归属位置寄存器（HLR）组成。GSM网络是一个完完全全的“电话”系统。也就是说，早期的GSM系统只支持语音通话业务，而不支持数据业务。

在欧洲推出GSM标准的同时，曾在1G时代引领风骚的AMPS也并未停止技术演进步伐。在“北美系”（如AT&T）的推动下，1996年AT&T推出了一个名为“蜂窝数字分组数据系统”（CDPD）的技术并进行了商用。CDPD技术利用AMPS的800MHz～900MHz未使用的频率资源来进行数据传输，速度达到19.2kbit/s。另外，1999年，日本运营商NTT DoCoMo也推出了一个类似CDPD的技术“i-mode”，实现了互联网接入。这两个技术的出现成为GSM这个纯“电话”网络向数据业务发展的直接动力。

当然，如果要说什么是这场技术演进的根本动力？毫无疑问，那就是以互联网为代表的数据业务的发展和涌现出来的新需求、新机会。

互联网技术发源于20世纪60年代美军关于分组交换的研究，其先驱“阿帕网”（ARPAnet）在20世纪70年代建成，主要服务于学术和军事网络的互联。20世纪90年代初，商业网络和企业的接入标志着正式进入现代互联网时代。互联网的发展极为迅速，到20世纪末，在发达国家，已经有1/3的人使用互联网（1996—2017年互联网用户增长趋势如图1-29所示）。在这种大的背景下，电信行业巨头们敏锐地意识到“无线互联网”（Wireless Internet）的良好商业前景，这催生了CDPD、i-mode及GRPS等互联网技术的出现。

另外一个数据业务的典范就是我们非常熟悉的短信业务（SMS）。第一个基于GSM网络的短信业务在1992年12月正式测试成功。这种业务因为具有比通话相对便宜的收费和便利性，成为2G时代应用最为广泛，也最为成功的数据业务。在2000年前中国很多手机还不具备中文短信收发功能，中国移动于2000年下半年推出手机短信业务。2000年下半年，短信业务平均每月增加4000万条。2001年，全国短信业务量为189亿条，收入为20亿元。其中中国移动的短信业务量为159亿条，超过预期目标59%，中国联通的短信业务量为30亿条。短信的迅速发展证实了人们对数据业务发展的预测，也从侧面坚定了移动通信网络向数据业务发展的决心。

GPRS （GSM Release 97）的技术构想来源于德国的伯恩哈德·沃克教授。1991年他提出了用于GSM分组交换的CELLPAC，这推动了ETSI对GPRS技术标准的制定。事实上，GPRS空口协议很多内容都遵循CELLPAC 1993版本。

图1-30所示为GPRS网络架构，它与早期的GSM网络相比，主要增加了服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）两个核心网节点，以支持IP分组数据的发送和接收。

在GPRS网络中，网络会为终端分配一个IP，通过这个IP，终端和网络都可以实现相互寻址和路由。SGSN负责对终端进行鉴权、移动性管理和路由选择；而GGSN则扮演外部数据网络网关和路由器的角色，同时它还负责计费。所以简单地说，在升级到GPRS后，终端就相当于一个处在公司内网环境的计算机，电信网络就是公司内网，终端使用路由器（GGSN）分配的IP地址通过它连接到外部网络。

GPRS出现后，终端实现了通过无线应用协议（WAP）访问互联网，其数据业务的理论最高数据速率达到171.2kbit/s。2000年第一批GPRS开始商用，2001年中国的第一个GPRS网络由中国联通在深圳启用，这让我们第一次感受到移动互联网的魅力。

随后，GSM Release 98发布，这就是GSM的第二次较大的技术升级——增强型数据速率GSM演进（EDGE）技术，这次升级并未对GPRS的网络架构和基本功能进行大的改动，而是通过对调制方式和编码方式的增强再一次提升了GSM网络的速度。2003年，AT&T在美国部署了EDGE网络，它可实现473.6kbit/s的理论最高数据速率。2007年，GSM由3GPP负责制定和维护，发布了GSM R7——演进的EDGE（Evolved EDGE），将GSM的理论最高数据速率提升到接近1Mbit/s的水平。

另外一个2G技术方向是CDMA，其发展和GSM类似。第一个CDMA的蜂窝网络CdmaOne （IS-95）于1993年7月正式发布，该版本仅支持语音业务。此后，分别发布了两个增强版本IS-95A和IS-95B。其中，在1999年发布的IS-95B支持64kbit/s的分组交换数据服务，成为CDMA系的2.5G。

说到这里，2G的故事就接近尾声了，虽然3GPP和3GPP2（制定CDMA族标准的标准化组织）继续对GSM和CDMA进行增强和维护，但随后就逐渐被3G所取代。在2020年7月，3GPP宣布停止对GSM的技术维护。自此，从技术层面上，GSM“寿终正寝”。

1.6.2 两个重要事件

看到这里，读者可能会问，2G又是如何发展成3G的？3G又为何出现？

这里不得不插叙两个移动通信史上的重要事件：“IMT计划”和“3GPP的出现”。

“IMT计划”指的是国际电信联盟（ITU）的无线电通信部门（ITU-R）自1997年发布的一系列关于“国际移动电信”（IMT）的建议书。

我们从前面的几个章节可以看到，无论是0G还是后面出现的蜂窝通信1G、2G，都并不算是全球移动通信系统。0G属于小众产品，应用在一些公共部门（比如警局）或者特定行业（出租车行业），因此，技术的制定相对比较随意，满足需求就行。1G是蜂窝通信的萌芽，实际上各个国家的技术标准各不相同，基本上都位于行业标准或国际标准的层面。2G时代这种各自为阵的情况有所改变，两大标准GSM和CDMA都有一定的区域性特点，GSM来源于欧洲，CDMA来源于北美。正是这种相对比较分散的技术标准，导致我们越来越意识到一个问题——如果没有一个统一的技术标准，那么很难实现漫游，也就无法实现“任何人”“任何地点”都可以进行信息交换的通信梦想。

也许正是在这种梦想的推动下，这个全球通信行业的“领头羊”ITU终于在1997年2月28日，在众多成员国的支持下批准了《ITU-R M.687-2-1997》，发布国际移动通信2000（IMT-2020）建议，旨在向全球各个国家和组织征集可以实现全球漫游和兼容性的3G。自此，移动通信技术终于找到了“组织”。每一代移动通信技术都由ITU研究发布需求，在由各个组织制定具体技术标准后，由ITU评估并最终向全球发布。比如后续的4G（IMT-Advance，国际高级移动电信）、5G（IMT-2020）。

众所周知，通信行业是一个具有垄断性的技术密集型行业，因为涉及面广，而且作为基础设施，毫不夸张地说，它直接影响到国民经济发展。因此，每个国家都想将核心技术抓在自己手中。但如果大家向1G、2G那样各自为阵，又无法实现真正的全球漫游和无处不在。于是，3GPP孕育而生。

3GPP的全称是“第三代合作伙伴计划”，是一个全球范围的移动通信标准化组织。其成立目标是响应ITU的IMT-2000建议，设计3G的技术规范和技术报告。3GPP成立于1998年12月，7个国家或地区的电信标准组织为主要成员（3GPP组织合作伙伴如表1-2所示）。具体的标准研究和制定工作由具备独立法人的公司（被称为“个人会员”）共同参与制定。截至2020年12月，3GPP拥有全球“个人会员”719个，基本可以代表全球和移动通信产业相关的各行各业。

提到3GPP，不得不提到另外一个名字——第三代合作伙伴计划2（3GPP2）。首先要说明的是，3GPP和3GPP2实际上并没有任何关系，非要说有什么关系，那只能说它们之间存在某种竞争关系。

3GPP2同样成立于1998年12月，成立背景可以归纳为如下几点。

（1）响应IMT-2000建议，制定3G标准。

（2）代表北美和亚洲，发展基于CDMA的3G技术。

（3）应对来自3GPP的竞争（其实就是应对GSM的竞争，虽然并没有明说）。

3GPP代表的是欧洲主导的GSM（至少成立之初是如此），而3GPP2代表的是北美主导的CDMA体系，进一步说，3GPP2代表的是高通公司主导的CDMA体系。

有竞争才有发展，在这两个组织中，都有CCSA（中国通信标准化协会）的身影。

1.6.3 3G标准——为移动互联网而生

说到为什么会有2G，答案是容量。那么为什么会有3G呢？答案也很明确：速度。

从前面关于2G技术演进的介绍可以很清晰地看到2G技术演进的目标：支持分组数据业务（实现IP化）。当2.5G实现了分组数据传输后，人们第一次用手机连接到互联网。但体验完全谈不上完美，甚至可以说比较糟糕。

在移动通信技术进入了2.5G时代（GPRS和IS-95B）后，人们逐渐触碰到移动互联网的影子。但受限于终端能力，还无法使用互联网普遍采用的HTTP，而是使用简化的WAP来实现互联网页面的呈现。早期的WAP网络如图1-31所示，简化后的WAP将用户与传统的HTML Web隔离开来，只保留WAP用户可用的本地WAP内容和代理内容，因此，用户可以实际获得的内容是极其有限的。再加上过于简单的页面和互操作性，WAP虽然在早期获得了一些用户，但最后便迅速被WAP2.0及HTTP取代。当然，这些问题都和通信无关。

虽然互联网技术的出现无论从技术层面还是商业层面都晚于通信技术，但它的发展和普及速度远远超过人们的预期。从1982年TCP/IP被标准化、Web出现后，互联网技术就在以惊人的速度发展。1998—2010年互联网流量变化趋势如图1-32所示。自1995年以来，互联网对文化和商业产生了巨大影响，电子邮件、即时消息、电话（互联网协议语音）、视频及论坛、博客、社交网络服务和在线购物网站相继出现。在这个大的背景下，人们找到了移动通信技术未来的发展方向——移动互联网。

1997年，位于得克萨斯州的北电无线研发中心开发了一种全互联网协议（IP）无线网络，其内部名称为“Cell Web”。随着概念的发展，北电推出了“无线互联网”的行业愿景。随后， AT&A发起了一项名为“3GIP”的全球倡议，旨在推出一种“原生”支持互联网协议的第三代移动通信技术，这个倡议得到了很多移动通信相关公司的支持，包括英国电信、法国电信、意大利电信、北电网络、NTT DoCoMo、南方贝尔、Telenor、朗讯、爱立信、摩托罗拉、诺基亚。这个倡议直接导致3GPP的诞生，也最终导致第三代移动通信技术通用移动通信业务（UMTS）的出现， UMTS就是基于GSM技术标准演进而来的第三代移动通信技术，它包括WCDMA和TD-SCDMA。它的对手就是由3GPP2制定的cdma2000。

其实，在ITU的定义中，符合IMT-2000要求的3G技术一共有6种，分别如下。

（1） IMT-2000 CDMA Direct Spread（IMT-2000 CDMA直接扩频，IMT-DS）：即WCDMA，又称为UTRA-FDD，由3GPP制定。

（2） IMT-2000 CDMA Multi-Carrie（r IMT-MC）：即cdma2000 1xEV-DO第0版（TIA/IS-856），由3GPP2制定。

（3） IMT-2000 CDMA TDD（IMT-TC）：即TD-SCDMA，又称为UTRA-TDD LCR（低码片速率），由3GPP制定。

（4） IMT-2000 TDMA Single-Carrie（r IMT-SC）：增强型GPRS，由3GPP制定。

（5） IMT-2000 FDMA/TDMA（IMT-FT）：增强型数字无绳电信系统（DECT），由ETSI制定。

（6） IMT-2000 OFDMA TDD WMAN:IEEE 802.16和802.16.1，由IEEE制定。

在这6种3G技术中，WCDMA、cdma2000（严格来说应该是cdma2000 1xEV-DO第0版，本书中用cdma2000指代）和TD-SCDMA是使用最为广泛的3种技术，它们分别在欧洲、北美和亚洲被广泛应用。截至2007年（4G标准完成的前一年），全球已经有2亿个3G用户接入网络。其中，最初引入3G的日本、韩国的3G普及率超过70%，其他3G商用的主要国家尼泊尔、英国、奥地利、澳大利亚和新加坡，3G普及率达32%。截至2013年，中国3G移动电话用户达4亿，3G普及率达到32.7%。但随着2008年4G LTE技术的出现，3G用户数逐渐呈现下降趋势。

虽然从现在看来，3G的时代已经逐渐远去。但无论如何，正是3G的到来让我们真正进入了移动互联网的时代（2015—2017年移动互联网流量变化趋势如图1-33所示），而这个时代影响了我们的过去和未来。

2G因“容量”“数字通信”而生，3G因“速度”“移动互联网”而生。那么，又是什么推动了技术的下一次演进呢？