1.2 1G：蜂窩網(wǎng)絡(luò)的誕生

1979年12月，日本網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商日本電報(bào)電話公司（Nippon Telegraph and Telephone，NTT）推出了世界上第一個(gè)商用蜂窩系統(tǒng)。初期組網(wǎng)包含88個(gè)小區(qū)，覆蓋了東京市區(qū)，同時(shí)支持小區(qū)間切換。這個(gè)蜂窩系統(tǒng)工作在900MHz左右的頻段，并提供了600對(duì)信道用于頻分雙工（Frequency-Division Duplexing，F(xiàn)DD）操作。每個(gè)移動(dòng)用戶的語音信號(hào)通過帶寬為25kHz的模擬信道進(jìn)行傳輸。不到五年，該網(wǎng)絡(luò)便覆蓋了日本全部人口，使日本成為第一個(gè)提供全國(guó)蜂窩通信服務(wù)的國(guó)家。

然而，NTT網(wǎng)絡(luò)中的早期移動(dòng)基站仍然是車載電話，其必須安裝在汽車上，并于20世紀(jì)40年代首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。摩托羅拉公司于1946年10月演示了世界上第一次車載通話，但該電話非常重（原始設(shè)備重約36kg），并且耗電量非常大。1985年，NTT發(fā)布了體積雖然笨重但可以由人攜帶的肩背電話。1973年4月3日，天才工程師馬丁·庫珀（Martin Cooper）帶領(lǐng)摩托羅拉團(tuán)隊(duì)開發(fā)了第一部手機(jī)原型，并在曼哈頓的紐約市中心希爾頓酒店演示了第一次手機(jī)通話。十年后，摩托羅拉公司推出了其具有歷史意義的產(chǎn)品——DynaTAC 8000X——第一部輕巧的便于攜帶的商用手機(jī)。當(dāng)時(shí)擁有手機(jī)是富裕和社會(huì)地位的象征。例如，摩托羅拉DynaTAC 8000X在1984年的售價(jià)為3995美元，此外還有昂貴的訂閱費(fèi)用。摩托羅拉公司在手機(jī)發(fā)展的早期發(fā)揮了極其重要的作用。繼其標(biāo)志性的DynaTAC 8000系列產(chǎn)品之后，該公司還發(fā)布了全球第一款翻蓋（部分翻轉(zhuǎn)）手機(jī)——摩托羅拉MicroTAC，隨后又推出了第一款真正意義上的翻蓋手機(jī)——摩托羅拉StarTAC，其不僅是當(dāng)時(shí)世界上最小的手機(jī)，也是當(dāng)時(shí)最輕的手機(jī)，重量?jī)H為105g。同期，諾基亞先后推出了Cityman系列手機(jī)和與之前的“磚塊”相反的諾基亞101直板型手機(jī)，這使得諾基亞崛起成為世界第二大手機(jī)制造商［Linge and Sutton，2014］。

在摩托羅拉公司開發(fā)手機(jī)的同時(shí)，貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)，該系統(tǒng)成為美國(guó)第一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)［Frenkiel and Schwartz，2010］。1983年10月，Ameritech公司在美國(guó)芝加哥推出了第一個(gè)商業(yè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)。雖然美國(guó)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)比其他地區(qū)實(shí)現(xiàn)得晚，但其是通過手機(jī)而不是車載電話實(shí)現(xiàn)的。1981年，北歐移動(dòng)電話（Nordic Mobile Telephone，NMT）這個(gè)第一個(gè)歐洲蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)在挪威和瑞典等北歐國(guó)家推出，次年在丹麥和芬蘭推出。這是第一個(gè)支持國(guó)際漫游的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。1985年，NMT網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量已增至11萬，成為當(dāng)時(shí)世界上最大的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。最初的NMT網(wǎng)絡(luò)在450MHz頻段運(yùn)行（因此也稱為NMT-450），并采用25kHz的信道帶寬。1986年，NMT網(wǎng)絡(luò)分配了額外的頻段，即用于上行鏈路的890～915MHz頻段和用于下行鏈路的935～960MHz頻段，在這些頻段運(yùn)行的系統(tǒng)稱為NMT-900。據(jù)記載，截至2021年，仍存在部分NMT-450網(wǎng)絡(luò)在俄羅斯一些偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)行，為人口稀少、距離較遠(yuǎn)的地區(qū)提供基本的通信服務(wù)。除NMT之外，歐洲國(guó)家還制定了幾種不同的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，包括1983年英國(guó)首先實(shí)施的全接入通信系統(tǒng)（Total Access Communication System，TACS）、1985年德國(guó)實(shí)施的C-450標(biāo)準(zhǔn)和1986年法國(guó)實(shí)施的Radiocom 2000標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于采用了不同的頻段、空口和通信協(xié)議，第一代歐洲標(biāo)準(zhǔn)并不相互兼容，如表1-1所示。

表1-1 第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

① NMT還在900MHz頻段工作，稱為NMT-900。

② NTT還在900MHz附近的其余頻段工作。

③ Radiocom2000還在200MHz附近的其余頻段工作。

來源：改編自Goldsmith［2005］。

在所有的第一代模擬標(biāo)準(zhǔn)中，NMT和AMPS被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)取得巨大成功的兩個(gè)優(yōu)秀代表。

1.2.1 北歐移動(dòng)電話

北歐電信管理局制定了北歐移動(dòng)電話（NMT）標(biāo)準(zhǔn)以應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)過度擁擠的移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)無法滿足大量語音服務(wù)需求的問題，如芬蘭的自動(dòng)無線電話（Auto Radio Phone，ARP）、瑞典和丹麥的移動(dòng)電話系統(tǒng)（Mobile Telephony System，MTS）以及挪威的公共陸地移動(dòng)電話（Public Land Mobile Telephony，PLMT）。1973年，基本技術(shù)準(zhǔn)備就緒，1977年，基站標(biāo)準(zhǔn)完成。1981年，第一個(gè)北歐移動(dòng)電話系統(tǒng)在挪威和瑞典推出，次年在丹麥和芬蘭推出。基于頻分雙工的操作模式，上行鏈路工作在453～458MHz頻段，下行鏈路工作在463～468MHz頻段。1986年，新增了另一對(duì)頻段，即分別用于上行鏈路和下行鏈路的890～915MHz頻段和935～960MHz頻段。該系統(tǒng)采用頻分多址（Frequency-Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）技術(shù)來服務(wù)大量的移動(dòng)用戶。此時(shí)，頻譜被細(xì)分為一系列帶寬為25kHz的窄帶信道。語音信道是模擬的，其中語音信號(hào)通過調(diào)頻技術(shù)（Frequency Modulation，F(xiàn)M）進(jìn)行調(diào)制。然而，基站和移動(dòng)臺(tái)之間的控制信號(hào)是數(shù)字傳輸?shù)模褂酶哌_(dá)1200bit/s的快速頻移鍵控（Fast Frequency-Shift Keying，F(xiàn)FSK）調(diào)制技術(shù)。北歐移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)范圍為2～30km。為了服務(wù)車載電話，該系統(tǒng)使用了高達(dá)15W（NMT-450）和6W（NMT-900）的傳輸功率，而服務(wù)手機(jī)的傳輸功率較低（至多1W）。北歐移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)是第一個(gè)全自動(dòng)切換（撥號(hào)）的蜂窩系統(tǒng)，從一開始就支持小區(qū)間的切換。它也是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游的蜂窩系統(tǒng)。北歐移動(dòng)電話（NMT）標(biāo)準(zhǔn)是免費(fèi)和開放的，允許諾基亞和愛立信等多家公司生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這降低了部署成本。

1.2.2 高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)

高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）主要由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，其靈感來自嚴(yán)重?fù)頂D的移動(dòng)電話系統(tǒng)。它起源于1947年提出的蜂窩概念，經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的歷程才成為實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)。AMPS設(shè)計(jì)在20世紀(jì)60年代幾乎完成，隨后進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)（技術(shù)和商業(yè)），以優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)并驗(yàn)證蜂窩布局的基本規(guī)劃規(guī)則。1978年，貝爾實(shí)驗(yàn)室與伊利諾斯貝爾電話公司、美國(guó)電話電報(bào)公司（AT&T）和西部電氣公司合作，建立了一個(gè)大規(guī)模且全面運(yùn)行的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)利用10個(gè)小區(qū)覆蓋伊利諾伊州芝加哥大約3000mile2（1mile2=2.58999×106m2）的區(qū)域，旨在服務(wù)2000多個(gè)用戶［Ehrlich，1979］。直到1983年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)為模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)分配了40MHz（后來增加到50MHz）的初始頻譜時(shí)，才頒發(fā)了商業(yè)運(yùn)營(yíng)許可證。下行鏈路傳輸和上行鏈路傳輸使用頻分雙工技術(shù)，分配了824～849MHz和869～894MHz的一對(duì)頻段。頻譜被細(xì)分為416個(gè)配對(duì)通道，包括21個(gè)控制信道和395個(gè)語音信道。移動(dòng)用戶的語音信號(hào)利用FM模擬調(diào)制技術(shù)調(diào)諧到載波頻率，并通過30kHz信道傳輸。盡管高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)是一個(gè)模擬蜂窩系統(tǒng)，但它的控制通道已經(jīng)數(shù)字化。控制信令以10kbit/s的速率在基站和移動(dòng)站之間交換，利用頻移鍵控（Frequency-Shift Keying，F(xiàn)SK）技術(shù)調(diào)制數(shù)據(jù)，并使用曼徹斯特編碼進(jìn)行糾錯(cuò)。