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01｜从1G到3G：从野蛮生长到数据崭露头角
你好，我是杨四昌。
从2019年初第一款5G手机发布，到6月工信部发放5G商用牌照，再到同年11月，中国的三大移动运营商宣布提供5G服务，5G越来越被大众关注。但是，关于5G的发展阶段和前景却是众说纷纭：有人说5G是一个成功的技术；有人说发展5G没啥必要，4G就足够了；还有人说现阶段发展5G还为时尚早……
其实，在我看来，这些困惑的本质都是要回答一个问题：一项技术/一个产品，在什么条件下可以获得商用上的成功？
为了回答这个问题，我会在接下来的两节课中，带你用移动通信技术发展的视角来看看，1G到5G技术的更新迭代，都遇到了什么问题，下一代通信技术又是怎么解决这些问题的，以及这中间遵循的内在规律是什么。了解1G~4G发展遵循的规律后，我相信你会对5G未来的发展和前景有一个比较清楚的判断。
首先，我先给你看两个数据：
- 移动通信技术是从20世纪80年代开始发展的；
- 移动通信的发展基本遵循每10年升级一代技术的节奏。
如果看完这个数据你还没有什么感知的话，咱们再通过一张图，看看移动终端是怎么跟随这个节奏变化的。
1G：全新产业野蛮生长
看到1G对应的终端，你的脑海里是不是出现了80年代港片里面非常经典的一幅画面：大佬从小弟手中很是高调地接过了一个“大哥大”，声音相当洪亮地指挥着其他小弟。
这里我为啥用了“高调”这个词？
因为在当时，人们的通信方式还主要是固定电话，但随着经济发展和经贸活动的发展，人们已经迫切地需要移动通信，来随时随地获取和传递信息了，所以这些少数拥有一台“大哥大”的人就很有优越感了。
那为了匹配“大哥大”这种移动设备间的通信，当时的无线系统又是怎么建设的呢？
通常的做法是，把一个城市分成许多小块的区域，在每个区域的中心位置建设一个基站，每个基站只覆盖一小块区域。这样一来，手机和基站的距离变得很近，手机只需要很小的发射功率和一根小型天线就可以相互通信了。这样的小块区域在移动通信里有个专用名词，叫做蜂窝小区，我们也简称它为小区。
那1G移动通信是什么时候开始商用的呢？
这是手机出现之后的事了。1973年，在纽约曼哈顿的摩托罗拉实验室，以马丁 · 库帕（Martin Cooper）为首的研究团队发明了“世界上第一部手机”，这是一部工程样机，它证明了1G手机在技术上是行得通的。接下来就是规模化生产的问题了，只有实现了规模化生产1G手机才能正式商用。
随后，摩托罗拉集中解决了规模生产遇到的各种问题，并于几年之后正式发布1G商用手机。所以，直到1981年，1G网络才在美国芝加哥最先得到大规模商用，采用的是AMPS技术标准。手机和网络的商用，标志着1G正式进入商业化的时代。
1G移动通信开始商用之后，市场发展又如何呢？
这种全新的1G移动通信技术在美国市场大受欢迎，发展潜力很大，你看一下这个数据：商用第一年，用户数达到20万；在短短几年内，用户数很快突破了200万。伴随着用户的快速增长，美国开发的AMPS技术，也成为了1G时代最有影响力的技术标准。
1G在美国市场大获成功，这个时候欧美各国也在开发和商用自己的1G移动通信系统，其中比较著名的有：英国的TACS、北欧东欧和俄罗斯使用的NMTS、日本的JTAGS、德国的C-NetZ、法国Radiocom2000，以及意大利的RTMI。伴随着多个1G移动通信系统的商用，1G的用户数快速增长，1G展现出了巨大的发展潜力。
到这里，我们可以小结下，1G为啥是一个成功的技术：
- 首先，1G满足了当时人们随时随地通讯的需求，这是1G得以发展起来的前提；
- 其次，1G技术成功商用说明了1G具备产业化能力；
- 最后，1G用户数的快速增长使得1G的产业规模不断扩大。
不过，随着时间的推移，1G技术也逐步暴露出一些问题。这里我给你举一个例子。
1987年，我国引入了英国的TACS系统，这个系统是由摩托罗拉和爱立信共同建设的。虽然都是采用TACS，但摩托罗拉设备和爱立信设备之间不能相互漫游。为了相互区分，使用摩托罗拉设备建设的1G被称为A网，而使用爱立信设备建设的1G被称为B网。
可以想象一下，你拿着几万块钱买的大哥大，从使用A网的城市出差到了使用B网的城市，手机直接就没法用了。
当时，1G面临的就是这样的问题：各个国家都在忙着开发自己的1G移动通信系统，可是这些系统之间无法漫游，人们没办法用一部手机去往各地，实现随时随地通话，这也就成了1G时代最大的弊端和硬伤。
此外，对于终端来说，像大哥大这样大块头的手机，携带起来并不方便。因此，追求小型化也成为各手机厂商努力的方向。
为了解决1G移动通信系统的这些问题，2G移动通信系统登上舞台。
2G：全球通信的时代
针对1G时代无法漫游的问题，很多国家都纷纷开发了新一代移动通信系统，也就是2G。其中，欧洲的做法非常具有代表性。当时，欧洲各国选择彼此合作，一起开发统一的2G移动通信技术，这套系统就是GSM系统。
1982年，在CEPT（欧洲邮电管理委员会）的全力支持下，GSM技术被定为欧洲唯一的2G移动通信标准。标准一经确立，欧洲的企业、研究机构开始全力研发GSM技术，并在短短几年间，形成了一套标准化技术。通过采用统一的技术标准，GSM成功解决了1G不能漫游的问题。
与此同时，GSM技术商用化进程也在快速推进中。
1991年第一个GSM网络在芬兰开通，随后GSM在欧洲快速普及。随着GSM的普及，GSM终端价格和GSM建设成本也在快速下降。欧洲属于发达地区，有近5亿人口，欧洲GDP之和高于美国，GSM能在欧洲普及，说明GSM已经具备了相当的规模效应。
欧盟也在积极地向全世界推广GSM，短短几年的时间，GSM就在全世界各地迅速发展起来了，充分展示了它巨大的发展潜力，进而奠定了GSM在2G时代的主导地位。
漫游问题解决了，那1G终端比较笨重的问题，在2G时代又是怎么解决的呢？
其实，1G终端比较笨重的主要原因是在于1G采用模拟技术，手机集成度不高，信号也很容易受到干扰。
与此形成对比的是，2G系统采用数字通信技术，数字技术会把语音信息变成0和1的二进制数字编码，再通过数字编码传输语音信息，然后在接收端把接收到的数字编码进行解码，还原成语音信息。
在具体实现上，数字技术用晶体管确切的导电状态和不导电状态来表示0和1，再通过大量晶体管的组合来完成功能复杂的电路。
20世纪80年代，基于数字技术的大规模集成电路技术已经发展起来，我们可以在一块芯片上集成数量庞大的晶体管来实现复杂的电路功能。当时已经出现了很多类型的数字芯片，比如用于系统控制和计算的CPU、用来处理2G信号的DSP/FPGA、用于存储程序的ROM芯片等等。
就这样，2G手机通过使用这些数字芯片，实现了在极小的物理尺寸内，集成大量的晶体管来实现通话的功能。这也就解决了1G终端笨重、携带不方便的问题，2G手机可以轻轻松松放进衣服口袋里。同时，也正是因为使用了这些数字芯片，2G不仅比1G更省电，通话质量也变得更好了。
你看，2G系统通过采用统一的技术标准和数字技术，解决了1G系统不能漫游和终端笨重的问题，并由此迅速形成了强大的产业化和商业化能力。短短几年内，2G的用户数突破1亿，成为了一个规模庞大的产业。所以我们可以说，2G是一个很成功的技术。
然而，到了20世纪90年代末，随着互联网的兴起，人们不再满足于使用只能打电话的手机，随时随地能够上网的需求就出来了。
但是，在制定2G标准的时候，互联网还没有普及，谁也没料到互联网发展会这么迅猛，所以这个标准对上网这类数据业务的考虑不足。
虽然2G理论上的最高速率能到达171.2Kpbs，但在实际的网络中，需要同时支持语音和上网两类业务。因此，在运营商的现网中，2G上网速率通常只能达到100Kbps左右，而且这个100Kbps还是多个用户共享的，每用户通过2G上网的平均上网速率只能到达20~40Kbps左右。这是什么概念呢？40Kbps的速率，连收发电子邮件、浏览网页你都会觉得特别慢，更甭提要看图片、刷视频了。
针对2G没办法满足人们上网需求这一点，很多国家就联合起来，一起开发了新一代的移动通信系统，也就是3G。
3G时代：数据业务崭露头角
通过全新的网络架构和技术体系，3G的确大大提升了上网速度：在3G商用的第一个阶段，也就是2001~2005年，可以到达2Mbps；到3G商用的第二阶段，也就是2006年以后，甚至可以达到14.4Mbps。
但是，3G并没有像1G、2G那样在商用之后迅速发展起来。我先给你分析下，为啥在第一个阶段3G发展就不太顺利：
- 这个阶段的3G技术还不成熟，最高速率仅能达到2Mbps。并且，这个2Mbps还是多个用户在一起共享的，每个用户的平均速率也就是几百Kbps；
- 这个时期的手机还是以满足通信功能为主，并没有按照互联网业务的需求来重新设计手机；
- 这个阶段的移动互联网业务还没有发展起来，非常单一，3G手机上网对用户的吸引力不足。
所以，第一阶段的3G网络只是被用于无线上网，也就是你可以买一张3G上网卡插在笔记本电脑上，或者是通过3G路由器来实现随时随地上网。但在当时，笔记本电脑还是挺贵的，只有一些商务人士因为工作需要才会使用，使用3G无线上网的用户还比较少。
讲到这，相信你不难看出，这个时候的3G网络发展潜力十分有限。
好在这种情况并没有一直持续下去，随着3G技术的成熟，3G速率得到了大幅提升，最高速率从2Mbps提升到14.4Mbps，每个用户的平均速率也高达几个Mbps，这就来到了3G商用的第二个阶段，此时3G速率的提升，增加了3G业务的吸引力。
智能手机+应用App这种全新的商用模式也开始出现了。
这有一个标志性的事件，2007年，苹果公司推出了第一代iPhone手机，还在2008年发布了3G版的iPhone。与以往以打电话为主要功能的按键式3G手机不同，智能手机的交互操作十分简洁，并且拥有强大的互联网功能和丰富的应用程序，为人们带来了全新的体验。
而这样的手机终端，需要3G网络才能发挥出全部的威力。于是，在3G速率大幅提升的背景下，智能手机开始迅速普及，3G用户数开始爆炸式增长，移动互联网时代正式来临。
你看，3G是在解决2G移动通信没法满足上网需求这个前提下发展起来的：
- 在发展初期，由于技术不成熟终端功能有限，商业模式不成熟业务潜力有限，这项新技术的发展十分缓慢；
- 但是，随着3G技术日渐成熟，网络速率得到大幅提升，更重要的是智能手机普及和海量App应用的推出，标志着移动互联网时代的来临；
- 而移动互联网这种全新的商业模式，也推动着3G业务快速发展起来，3G开始展现出巨大发展潜力。
随着智能手机的普及，看视频、打在线手机游戏这类业务开始兴起，人们对手机数据流量的需求迅速增长。这时候，3G网络的上网速度慢，上网时延长的问题就暴露出来了，最直观的感受就是看视频时卡顿，也没法玩大型的在线游戏。
渐渐地，3G已经没办法满足日益增长的移动数据需求了，4G网络的部署逐步提上了日程。下节课，我们重点来看4G是如何成就移动互联网，并渗透到我们生活的方方面面的。
总结
好了，到这里我们这一讲的内容就结束了。
这节课，我们回顾了1G、2G、3G的发展历程，目的是为了回答“一项技术/一个产品，在什么条件下可以获得商用上的成功？ ”这个问题，进而帮助你更好地理解5G产生的背景，以及现在它正处于的发展阶段。
通过1G~3G的诞生背景、发展中遇到的问题，以及解决问题的思路，我们可以总结出移动通信产业发展有这3个关键要素：
- 前提要素：解决当期的主要问题或者满足当期主要需求；
- 产业要素：技术是否可商用化；
- 前景要素：是否具备规模经济效应（衡量指标：用户数 x 每用户产生的价值）。
为了便于你理解，我这里用一张表来总结归纳一下这3个关键要素，以及它们和1G、2G、3G发展历程的关联。
课后思考题
最后，我还给你留了个课后思考题，我想请你结合这一讲学习的内容，来分析一下摩托罗拉的“铱星系统”为啥失败了，苹果手机又是因为什么成功的呢？
我是杨四昌，感谢你和我一起学习1G到3G的技术发展，欢迎你把这一讲内容分享给同样对移动通信技术发展历史感兴趣的朋友，我们下一讲见。