[原创连载]大话移动通信（从2G、3G、LTE到4G）11.11更新

中信证券丁奇

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作者简介：dingqi83 《大话无线通信》作者，该书在家园独家原创连载，深受好评，并在家园进行签售活动，签名新书短时间内一售而空，当下第二本作品也在家园进行连载中，并将于通信展期间与读者见面，dingqi83本人也受邀参加家园通信展名师讲座活动，届时敬请大家留意活动公告并报名参加。——家园副管03注

1940——在那个没有移动通信的年代

“千里眼”、“顺风耳”人们梦想了几千年的远距离实时无线通信的出现因马可尼的发明而成为现实，马可尼因此而载入通信的史册成为不朽。但是大家要注意到，“千里眼”和“顺风耳”都是《封神演义》里面描写的天神，古人虽然想象力丰富，但是依然没有梦想过每个人都拥有这样的能力，只是想象这样的能力应该是属于神的。
马可尼发明电报后，军队、政府机构、大型企业开始拥有这种远距离通信设备，可以实时地进行沟通，但是并不是每一个人都能享受到它的好处。于是，一个新的梦想诞生了，这个梦想不止属于神，而是属于每一个人，那就是可以“让任何人在任何时间任何地点可以和任何的另外一个人交换任何信息”，听起来很拗口，翻译成通俗一点的话就是“我想要一个手机”！这个梦想在今天看起来很简单，几百块钱就能解决，但是把历史的页卷翻到1940年，那个没有移动通信网的年代，你还会觉得简单么？

那好，我们的问题就来了，现在把你放到1940年，你想要拥有一个手机，能够随时随地和你女朋友打电话、诉衷肠，请思考一下你该怎么办？不要求描述具体的细节，但是要讲出大致的思路。

2.1.1 无线通信组网构想一：用无线电台可以构成一张无线通信网么？

在1940年，你看不到Theodore S.Rappaort的《无线通信原理与应用》，也读不到的Harri Holma的《UMTS FOR WCDMA》，你的所有学识和经验，只来源于你那个时代。凭空想象一个新的东西总是很困难的，于是，你总会从你身边已有的东西上面寻找线索，那么，你有了这样的一个美妙的主意——

既然无线电台就可以实现远距离的无线通信，那么给每个人发一个电台行不行？

有这个想法一点也不奇怪，1940年，二战的开始了，电台的使用可是频繁的很，我们拿电台来对照一下我们那个“五个任何”的梦想。

1.任何人：如果国家足够有钱，给每个人发一个电台确实不是什么遥不可及的梦想；

2.任何时间：只要你的电台不是山寨货，那么在保质期内任何时间工作不歇菜也不是一件很困难的事情；

3.任何地点：日本袭击中途岛的电报竟然能被千里之外的美国截听到，说明在地球上绝大多数地方收发电报都没什么太多问题；

4.任何信息：这个有点困难，二战时候么，无线电台打打电话是没有什么问题的，你也可以用莫尔斯电码代替短信，但是要发彩信啊，传视频啊，显然那个时候的无线电台完成不了这样的工作。但是这毕竟是1940年，不是2012，每个人都能打电话相对只有军方政府企业能用已经大大进步了，是不是，咱们得知足。

上面的解释看起来很完美，可是事情真是这样么？

因为要考虑发射电报“任何地点”都能收到，发射功率就得很大，嗓门够大，才能穿透层层阻碍，从日本太平洋舰队传到美国五角大楼。发射功率一大，这电台的体积就小不了。我们首先从图2.1和图2.2来看看电台和步话机的大小，相信大家都从电视里或者博物馆里看到过，应该对它有个比较直观的认识。

先不谈别的，这么大小的一个铁疙瘩，背在身上可不是一般的沉，拿这玩意当手机估计一般人还真承受不了。说到这里估计有人要反驳，随着技术的进步，这电台也许将来有一天可以变得很小，可以握在我们掌中，到时候不就成了，现在有点不方便，大家还是可以将就的嘛。



图2.1 无线电台



图2.2 二战时的步话机


事情果真是这样的么？

我们来看看电磁波在空中的传播，如图2.3所示，电磁波在空中是向四面八方发射的，在同一频段的电磁波是会互相干扰的。这个理由其实不难明白，比如人说话的频段一般在20HZ～3400HZ，如果好几个人同时跟你说话，那么你要分辨起来就有点困难，因为他们都在同一个频段，会互相干扰。如果是一个人和一只蝙蝠同时向你吼嗓门，那么就不存在干扰的问题，蝙蝠发射的是20KHZ以上的超声波，跟人发声的频段差得远。

图2.3 两个发射源传送电磁波互相干扰


哦，原来障碍在于这些电台不能用相同的频段，既然如此，我给全球所有的电台都分配不同的频段不就行了么。假设一个电台需要占用25KHZ的频段，全球有20亿人需要用电台打电话，那么只需要25KHZ*2*1010=5*105GHZ的频段的带宽分配给全球这些人用也就够了，有什么问题么？

有聪明的同学或许发现了，这样做存在一个很大的漏洞，那就是“我怎么才能知道张三在哪个频段上呢” ？在二战的各支军队里，这种每个电台用不同频段的方法之所以还奏效是因为要管理的通信单元还不够多，就算每个连配一个电台，一个连以200人为单位，那么一支100万人的军队，也许5000个电台就够了，就拿本子记，问题也不是太大，但是当通信单元达到20亿个，假如1页可以记录100条对应关系，也得2000万页，这得是一本多厚的本子！或许还有人要争辩，随着数据库技术的发达，我将来也许可以把这20亿条信息都存到手机里，问题不就解决了。

好，就算数据库建立了，一个要命的问题也来了，如果在这20亿人之外新增了一个手机用户名叫李四，其他20亿人如何才能知道他用的哪个频段？如何才能找到他？一个个通知20亿人刷新数据库……

又有聪明的人想到了，可以建立一个中央数据库，大家定时去那里下载最新的就是了。也就是说，到现在为止，我们用电台来实现个人通信的想法虽然千疮百孔，但是问题还只是不好用，或者说很难用，不是不能用。

接下来，真正的也是最致命的挑战来了，我们面临的一个现实问题直接否决掉了这个方案，那就是，适宜于无线通信的频段很少，完全不够用，更不用说分配5*105GHZ给大家来实现个人通信了。电磁波在同一频段的干扰造成了无线频段资源的有限性，而无线通信频段资源的有限性则构成了无线通信各种解决方案的约束条件。不仅在我们虚构的这套电台解决方案，在后面的GSM、WCDMA、TD-SCDMA、LTE乃至所有的无线通信领域，大家都会深刻领会到——无线资源的频段是稀缺的，是有限的。而正是这稀缺性和有限性给我们造成了巨大的麻烦，并且导致了我们采取各种技术手段来克服它，这一点请大家务必牢记！说频谱资源有限，那么到底有多有限呢，请看下节分解。