无线网络演进

7 个阶段，按规模从小到大；每一阶段都从「上一版什么撑不住了」开始。

① 1G · 模拟蜂窝

每站约 56 路话音 · 1980 年代

这一版架构：★ 1G 用小功率小区＋频率复用取代单塔大功率：隔开足够远的小区复用同一组频率，站点回传到移动交换局 MTSO（后来的 MSC），由它分配信道、下令切换、接上 PSTN。话音是模拟 FM，控制信道已是数字 FSK。

上一阶段什么撑不住了

• ★ 先声明前提：1G 的「上一代」不是另一代移动网，而是蜂窝之前的单塔中继台（MTS 1946／IMTS 1964）。机制是一座几百瓦大塔覆盖全城，一条信道被一通电话占用，全城就少一条 —— 容量就等于信道数，一个城市十几条。1976 年纽约 IMTS 的常引口径：几百付费用户、几千人排队，同时只能通十几路。要扩容只能要频谱，而新频段 1970 年从 UHF 电视划出后卡在十年规则制定与诉讼，1981 年才有蜂窝许可规则。
• ★★★ 最反直觉的一点：1G 之后，容量不再只由频谱决定，而主要由小区数量决定。把功率降到只够覆盖自己，隔开 D=R√(3N) 就能复用同一组频率（AMPS 常用 N=7，每站名义约 56 路话音）；扩容靠小区分裂，半径减半、小区数×4。但增益低于四倍：每小区信道越少，中继效率越差（56 路在 2% 呼损下约 45 Erlang，拆成四个 14 路明显下降），再加站址成本与同频干扰底噪，分裂有经济与物理下限。这个复用系数 7 正是 2G 要接着攻的点。
• ★★ 最该纠正的误解：说 1G 是模拟制，指的是话音（业务）信道用模拟 FM，别读成全程模拟 —— 接入、寻呼、信道指派走 10 kbps 数字 FSK 控制信道，blank-and-burst 只用于通话中的切换与功控。但这条数字管道定长、容量极小，撑不起用户业务。真正致命的是身份：ESN／MIN 明文发送，原始 AMPS 没有挑战-应答鉴权，抓下来就能烧成克隆机（1995—1996 年美国年损约 5–6.5 亿美元）；话音侧 FM 解出来就是声音，没有比特流可加密。

② 2G · 数字化

理论峰值 ~474 kbit/s · 1990~2000 年代

这一版架构：★ 2G 把空口变成数字比特流：手机（设备）+ SIM（身份）经 Um 接入 BTS，BSC 集中管无线资源与切换，MSC/VLR 走电路域接 PSTN。★★ 2.5G 起核心网长出 SGSN/GGSN，分组域第一次与电路域并存。

上一阶段什么撑不住了

• 先接上 1G 页给过的口径：整通电话独占上下行各一个 30 kHz 信道，2:1 压扩器只改善信噪比、不省带宽，通话中一点带宽都复用不出来，AMPS 每站名义上约 56 路话音；切换测量全在网络侧、由 MTSO 下令改频；ESN／MIN 在控制信道明文发送，抄号即克隆。★★★ 根因是同一个 —— 波形还是模拟的：没有可压缩的编码层，也没有可运算的比特流。★ 补一个 1G 页没给的口径：FM 要约 17 dB 载干比，复用只能松到 N=7。
• ★★ 最容易算错的是「数字化省带宽」。GSM 全速率把话音压到 13 kbit/s，200 kHz 载波切 8 个时隙，每通话摊到 25 kHz —— 比 AMPS 的 30 kHz 只省一点，而 TACS 本就 25 kHz、NMT-900 甚至 12.5 kHz，这一项等于零增益。真正的倍数来自纠错编码把干扰门限压到标准约 9 dB（实际规划常留 ~12 dB），复用才从 7/21 收到 4/12、3/9，跳频下可到 1/3。★★★ 省的不是比特，是载干比余量。
• ★★★ 两把刀要记住。一是 SIM：身份从设备里抠出来，IMSI 与 Ki 不出卡、A3/A8 在卡内算，号码登记在 HLR —— 所以换机不换号、预付费即开、漫游靠 IMSI 的 MCC/MNC 找归属 HLR；IS-95 把身份烧在机身，那边就没有拔卡换机的习惯。二是 GPRS 换的是交换机制（按 20 ms 无线块分配、按字节计费），EDGE 只换速率、没动架构。★ always-on 不等于一直占无线资源：上下文常在，资源按需分配。

③ 3G · 分组化

R99 384k→HSPA 1～3M · 2000 年代

这一版架构：★★★ 3G 只换接入侧：Node B 加 RNC、5 MHz 扩频空口；CS / PS 双域核心网沿用 2G 的 GPRS。好用的是 HSPA —— 共享信道、2 ms TTI、调度与 HARQ 下移 Node B。

上一阶段什么撑不住了

• ★★★ 先说顺序：WCDMA 1998～1999 年定标，早于 GPRS 商用 —— 3G 不是被 GPRS 逼的，驱动是 IMT-2000 规划、语音容量见顶和新频谱；真被体验逼出来的是 HSPA。★★★ 上一代只给了峰值约 474 kbit/s，那是 8 时隙全给一个人的算法值。真机制是预留：200 kHz 载波切 8 时隙，一路通话独占一个 TCH，从拨通到挂机不放（DTX 也不放时隙）；分组数据借的时隙，一忙就按语音优先收回。
• ★★★ 最容易搞错：3G 新增的只在接入侧 —— Node B、RNC（BSC 的后继者）、5 MHz 扩频空口。核心网是继承的：CS / PS 双域、SGSN / GGSN 都是 2G 的 GPRS 建好的，一套核心网同时挂 2G BSS 与 RNC。所以「拿到 IP 不等于占着无线信道」的功劳属于 GPRS，3G 加的是 CELL_PCH / URA_PCH 低成本驻留态。★★ 3G 也不等于 CDMA 扩频，EDGE 按标准也算。
• ★★★★ 记住：让 3G 可用的是 HSPA，不是 R99。R99 的 2 Mbit/s 要多码、吃掉大半码树，商用网几乎不给；2.1 GHz 起步，边缘常不如 EDGE。HSPA 把数据搬上共享 HS-DSCH、TTI 缩到 2 ms、调度和 HARQ 下移到 Node B，2008 年前后实测 1～3 Mbit/s、RTT 70～150 ms。★★★ 3G 先到顶的是连接建立次数：RNC 控制面与 Iub 信令先满、用户面还空一半 —— LTE 撤掉 RNC 就为此。

④ 4G · 全 IP 扁平化

峰值 ~150 Mbps · 2010 年代

这一版架构：★★★★ 全 IP 的扁平网：eNodeB 自己调度、经 X2 谈切换，RNC 一层撤掉；EPC 只剩 MME 与 S／P-GW；空口 OFDMA＋MIMO。★ LTE 没有电路域，语音靠 VoLTE 或回落 2G／3G。

上一阶段什么撑不住了

• ★★★★ 先摆前提：这里的 3G 连 HSPA＋一起算，不只是上一页的 Rel-99。WCDMA 是码分，全小区共享一块 5 MHz 载波、靠码区分：下行 OVSF 码本来正交，被邻区与多径打掉；上行各用户异步、码间本就不正交，直接互为噪声，容量是软的、小区会呼吸。码片仅约 0.26 µs，城区多径就在这个量级，正交性在接收端即散。★ CDMA 不是不能快，是不能便宜地变宽：HSPA＋2010 年前后靠多载波追到 42 Mbps 量级，也只是把管子并起来。
• ★★★★ 最反直觉的一点：LTE 自身没有电路域。承载从头到尾只有 IP，MSC 没有对应物，语音降级成 IP 上的一个业务 —— 这就是 VoLTE（IMS 做信令，话音走 QCI=1 的保障承载）。但 2010—2013 年商用的 LTE 大多没开 VoLTE：打电话靠 CSFB 借 2G／3G 电路域，离开 LTE 靠 SRVCC 切回，早期「一打电话就掉 3G」由此而来。★ 另一处易错：上行是 SC-FDMA 而非 OFDMA，为省功放。
• ★★★ 两条马上能用。一、150 Mbps 是写在 UE category 里的小区共享理论峰值（Rel-8，20 MHz＋2×2），不是你的体验；载波聚合只把管子并起来，不改善任一根管子的信噪比。二、TD-LTE 不是中国另立的标准：TDD 帧结构自 Rel-8（2008 年冻结）就在 3GPP 里，与 FDD 同一套物理层，只是双工不同；国内的贡献是推进 TDD 分支、建成规模最大的网（2010 年代末，基站百万量级），非另立、也非最先。

⑤ 5G · 拆开一张网

实测 0.1~1 Gbps · 2020 年代

这一版架构：★★★ 5G 的改造是拆：gNB 拆成 CU/DU 与 AAU，核心网拆成服务化的 NF（SBA），控制面与用户面分离，UPF 位置可选、可下沉到边缘让 MEC 贴着落地；速率来自更多 Hz 与更多空间流。

上一阶段什么撑不住了

• ★★★ 先把前提说清：4G 页上给过的口径只有峰值约 150 Mbps 和一个集中的 P-GW 锚点。4G 的控制面与用户面本就不在一个盒子里（MME 与 S-GW/P-GW 分开画），真正卡住的是 P-GW 自己：会话控制与策略执行（PCEF）和转发合一，锚点不可分、不可移，所有流量必须绕回它才出网（Rel-14 的 CUPS 才拆开，少人部署）。速率也见底：单链路在给定 SNR 下每 Hz 的比特数已逼近香农极限，再快只能靠更多 Hz、更多空间流、更密小区。
• ★★★★ 最反直觉的一点：时延不是在空口赢的。光在光纤里每 100 km 单向是 0.5 ms，绕到 500 km 外的集中锚点先赔约 5 ms 来回，空口再省也补不回来。5G 的解法是结构性的：控制面与用户面彻底分离，UPF 是位置可选的网元，由 SMF 用 N4（PFCP）远程配置，可下沉到城市、园区，MEC 贴着它落地，本地流量从 N6 就地出网。切片同理，是核心网与端到端那层的隔离，不是空口低时延技术。
• ★★★★ 三条马上能用的判断。① 看 SA 还是 NSA：NSA（国内 Option 3x）里 5G 只是挂在 LTE 下的辅节点，核心网仍是 EPC，速率是真的，但 5GC 侧的能力一个都没有：SBA、端到端切片、VoNR。② 没有毫米波也是真 5G：FR1 与 FR2 都算 5G，大陆公众网至 2025 年底无商用毫米波，国内靠 n41/n78 中频打底，站数数百万量级。③ 5G 不一定省电：每比特能耗降了，但 64T64R AAU 满载在千瓦量级、站又更密，总电费上涨。

⑥ 6G · 研究中

目标 50~200 Gbps · 2030 年代

这一版架构：★★ 6G 没有标准，只有框架：ITU-R 的 IMT-2030（M.2160，2023-11）给出场景与能力区间，自称研究目标值；3GPP 自 2025 年在 Rel-20 研究，首版规范预期 2029 年前后。

上一阶段什么撑不住了

• ★ 先说清前提：上一页 5G 的图里没有卫星、没有 AI、没有感知的盒子——那不是画漏，在 5G 里这三样还不是网络结构的一部分。5G 撑不住的也不是速度（5G 页给的是实测 0.1~1 Gbps）：它的图上毫米波是单独一层小站，只能当热点，主力覆盖始终是 3.5GHz 中频；而中频频谱效率已逼近 Shannon 极限，再加 MIMO 层数与新编码，边际增益趋零。★★ 容量要涨只剩新频谱与空间复用两条路 —— 这才是 6G 被逼出来的地方。
• ★★ 最反直觉的一点：6G 不是往更高频走。太赫兹有频谱（WRC-19 在 275~450GHz 标识约 137GHz），但 300GHz 同距离路损比 3.5GHz 多约 39dB，水汽吸收晴空里就有每公里几十 dB 量级，单这一项把链路压在百米内；功放仅几十毫瓦，ADC 功耗每多 1bit 约翻倍。太赫兹只适合数米到数十米的短距与感知。6G 主力反而往下退到上中频 FR3（焦点 7~15GHz）：能复用现有站址，又有带宽。
• ★★ 两条立刻能用的判断。一，卫星补的是覆盖不是容量：直连手机形态下（运营商低频段、十几 MHz 带宽），一个波束覆盖几百公里、共享吞吐十几 Mbit/s 量级，就是一个地面小区的水平，与 Ka 频段碟形终端不可比。二，峰值不是体验：M.2160 的峰值 50~200Gbit/s 与体验速率 300~500Mbit/s 差两个数量级。★ 还有，6G 说不重建一张网，指站址、频段与 5GC 架构可复用，空口仍是新制式。

⑦ 星链 · 另一根轴

实测 RTT 25–60 ms · 2020 年代

这一版架构：★★★ 星链不是第七代，而是与 4G／5G 并行的另一根轴：接入点搬到 550 km 低轨，数千颗星加星间激光，覆盖立不了塔的海面与极地；星上多是转发器，调度仍在地面关口站，单位面积容量比地面低三到四个数量级。

上一阶段什么撑不住了

• ★★★ 先把顺序说清：这一段不是第七代，而是与 4G／5G 并行的另一根轴——6G 段那颗直连手机的 NTN 卫星，正是这根轴反过来被蜂窝吸收的结果，蜂窝要到那一步才把无塔场景写进标准。★★ 1G～5G 每一代都共用一个前提：覆盖内存在一座有站址许可、有回传、有供电的基站；频段越高小区越小、站越密，站址依赖只会更重。所以在海面、荒漠、极地这类立不了塔的地方，代数从 1G 推到 5G，可用带宽依然是 0。
• ★★★ 最容易搞错的是搬上去的究竟是什么：Ku 宽带业务的卫星基本只是转发器，调制解调与调度仍在地面关口站；真装了一台 LTE eNB 的只有直连手机那条线。★★ 第二个坑是时延口径：GEO 纯传播来回约 477 ms 起、实测常见 600 ms 以上，550 km 只剩约 7 ms，端到端实测 25–60 ms——纯传播差约 65 倍，体验只差 10–20 倍。★ 几何的代价：一颗星过顶只几分钟，终端最快每 15 秒被重分配一次星或波束——反向的蜂窝切换，用户不动，基站在飞。
• ★★★ 马上能用的纪律：分清规划、ITU 申报与在轨三个口径。中国星网 GW 约 1.3 万颗出自 2020 年 ITU 申报，千帆约 1.5 万颗主要是企业分期规划；截至 2026 年 9 月千帆在百颗量级、GW 在数十颗量级，Starlink 在轨七八千颗量级。★ 抢发源自 ITU 规则：按收到日期定协调顺位，而非分配所有权，另有首星 7 年内启用等里程碑考核。★★ 但别推成替代地面网：一个波束照亮几十公里才复用一次频谱，单位面积容量低三到四个数量级。