移动通信
在讨论移动通信之前，我们先来了解有线通信的发展史。在发展初期，若想满足两个人互相通信的要求，设备商需要双方电话所处的位置之间布设专用的传输线，这样的通信方式成本高，并且极为不方便。后来，有线电话将电报中的电路交换思想引入线路设计，将“接通所需用户间的电话传输线线路”的任务集中到交换局，而用户仅需要将自己的电话传输线接入到交换局即可。在此设计思想的发展过程中，依次出现了人工交换、机械交换、机电交换、程控交换等交换方式。
有线通信发展至今，当我们回过头来思考其发展过程时，可以发现有线通信的演进主要遵循以下规律：
- 无论采用何种交换技术，有线通信都在利用通信双方所占资源间的正交性来避免干扰；
- 交换技术历经人工、机械到程控技术的演进，在不断降低成本的同时提高通信容量，降低出错概率；
在后续的介绍中，我们可以看到，“正交资源”与“通信效率”的追求不仅引领着有线通信的发展，也贯穿着移动通信的发展始终。
虽然有线电话的发展日趋完善，但是人们仍然需要一种不受线路限制的通信方式，移动通信的需求呼之欲出。在伽利尔摩·马可尼实现无线电通信以来，移动通信吸引着许多学术界和工业界人士的注意。最开始，移动通信技术仅局限于广播形式，这是一种单工通信的工作方式，即仅可以由一方发送消息，另一方接受消息，无法满足人们对于通信最基础的要求；再后来，还未等到移动通信技术继续发展，世界就陷入了战争的泥潭，而众所周知，战争与科技之前存在着相互促进的关系，在这一背景下，步话机和军用电话步入人们的视线，但仍存在着体积过大以至于无法随身携带的问题；在战争结束后，以摩托罗拉为首的科技公司继续在半导体技术基础上研发移动电话，以实现最基本的民用需求。
1973年4月3日，摩托罗拉工程师马丁·库珀在位于纽约曼哈顿的摩托罗拉实验室中率领研究团队成功研制出世界上第一部移动电话，这部移动电话内部有30余个电路板，且仅有接听和拨打电话两个选项。虽然从现在的眼光来看，这部移动电话又笨重又简陋，但这仍标志着一个新时代的开始——至此，全民通信的愿景已不再是遥不可及的梦想，而移动通信发展的黄金时代也就此来临。
第一代移动通信系统
上世纪70年代，享誉盛名的贝尔实验室率先在移动通信系统的设计中提出蜂窝概念。蜂窝网络是指在移动通信系统设计中，将信号覆盖区域划分为规则形状的小区（一般为六角蜂窝形），每个小区由一个基站完成服务。为防止干扰，相邻的小区所使用的通信资源应保持正交；而由于距离带来的衰减已足以使得距离较远的干扰信号忽略不计，不相邻的小区所使用的通信资源可以相同。可以发现，蜂窝系统的设计使得不同分区中可以使用相同的通信资源完成不同的数据传输，即达到资源复用的目的，从而在给定通信资源的前提下大幅提升了通信容量，后续移动通信系统的设计多基于蜂窝概念。
第一代移动通信系统（1st Generation Mobile Communication System, 1G）一般指第一代采用蜂窝技术的通信系统。1G系统基于频分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA）技术，即将频率作为通信资源，不同的频率范围被划分给不同用户，从而实现通信资源的正交性。但1G系统由于正处于发展初期，仅采用模拟制式组建网络，通信容量低，抗干扰性和安全性均无法得到保障；与此同时，在当时统一标准的思想还未成型，不同国家在研制1G系统的过程中采取了不同的技术路线与系统标准，国际间漫游无法实现。这些缺点制约了第一代移动通信系统的发展，也对第二代移动通信系统的设计提供了参考。
第二代移动通信系统
与1G系统采用模拟制式不同，第二代移动通信系统（2nd Generation Mobile Communication System, 2G）采用数字制式组建网络。数字制式相较于模拟制式而言，具有很大的优势：
- 通过信源编码的使用，数字制式信号可以被更有效地压缩与编码，从而在相同的通信资源内传输更多的信息；
- 通过信道编码的使用，数字制式信号可以有效利用可控冗余信息带来的纠错与检错性能，从而提高信息传输的可靠性；
- 数字制式降低了手机发射信号所需要的功耗，从而降低了手机的成本。
- 数字制式除了支持模拟制式的语音传输功能外，还支持短信与传真业务，业务范围得到了进一步扩展。
- ……
虽然2G系统采用数字制式组建网络已经成为大家的共识，但在通信资源的选择上，不同国家之间依然存在着分歧。以欧洲第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project, 3GPP）所制定的全球移动通讯系统（Global System for Mobile Communications, GSM）为代表，基于时分多址（Time Division Multiple Access, TDMA）技术，将时间作为通信资源，即不同的时间片被划分给不同用户，从而实现通信资源的正交性；而以美国高通公司为代表，则基于码分多址技术（Code Division Multiple Access, CDMA），将码域作为通信资源，即不同的正交码划分给不同用户，根据CDMA技术所采用的扩频通信原理，在接收端仅拥有指定正交码的信号可以被接收并处理，而具有不同正交码的信号则会在接收处理中被当作随机噪声，从而实现通信资源的正交性。相较于TDMA技术，CDMA技术的容量更高，抗干扰性和安全性也更强。由于其起步较晚，虽然与TDMA同属2G标准，但影响力与市场规模略逊一筹。
在2G系统发展同期，互联网技术日趋成熟，人们对移动电话的需求也逐渐从“语音通信”扩展到“网络通信”，从而催生了分组数据业务的诞生。2.5G系统，又称为通用分组无线业务（General Packet Radio Service, GPRS），作为语音通信业务与网络通信业务间的过渡，提供了中等速率的数据业务支持，但仍无法满足用户的需要。因此，第三代移动通信系统的标准化被提上日程。
第三代移动通信系统
CDMA技术虽然在2G系统的部署上失去了先机，但第三代移动通信系统（3rd Generation Mobile Communication System, 3G）则基本上全面采用了CDMA技术。受益于CDMA技术和其它新兴技术的采用，以及全球不同国家之间的通力合作，3G系统除了进一步提高容量、抗干扰性和安全性之外，还可以与互联网相融合，处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，充分解决了2G系统架构下的数据速率问题。
虽然3G系统在技术上有着极大的优势，但对于大规模商用与部署，依然存在两个问题：
- 由于美国高通公司最先展开对CDMA技术的研究，从而导致CDMA大量专利均掌握在高通公司手中，高通公司的专利费收取方式使得大多数公司对CDMA技术望而却步，从而阻碍了3G系统的发展；
- 3G系统诞生的时间恰逢亚洲与美国先后爆发的金融危机，互联网和科技泡沫的破碎同样波及了通信行业，许多企业受此影响业绩暴跌，举步维艰，难以支持3G系统的大规模商用与部署。
金融危机使得3G系统的部署陷入低速发展期，但智能手机的出现则重新唤起了人们对接入互联网的高数据速率需求。这虽然为3G系统的发展带来了契机，但在智能手机数据业务的爆发式增长下，3G系统、基于3G系统演进的高速分组接入技术（High Speed Packet Access, HSPA）及高速分组接入技术增强（HSPA+）均无法满足人们对数据速率的追求，也因此催生了新一代移动通信系统的出现。
第四/五代移动通信系统
第四代移动通信系统（4th Generation Mobile Communication System, 4G）和第五代移动通信系统（5th Generation Mobile Communication System, 5G）均采用正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技术。与1G系统中的FDMA技术不同，OFDMA技术作为一类多载波技术，允许不同用户所处频带重叠，从而在频域上进一步提升效率；此外，OFDMA技术还支持对不同时间片的划分，从而将通信资源从单一的频域/时域扩展至时频域，将不同的时频资源划分给不同用户，从而保证通信资源的正交性的同时在时域上进一步提升效率。OFDMA技术的采用使得通信资源划分更为灵活，从而可以支持更多场景与更多需求。除通信资源的灵活划分外，OFDMA技术在对抗移动无线信道（时变性与多径特点）的优异性能和系统实现上的低复杂度（快速傅里叶变换）也使其成为后续移动通信系统标准的基础技术。
受益于前述移动通信系统的设计思路，4G/5G系统除了带来移动通信技术的演进外，也带来了系统架构的演进。标准化后的4G/5G系统可以为满足新需求而自由采用新的技术，不需要考虑后向兼容问题，为移动通信技术的发展带来了优势。
…to be continued.
（4G与5G系统的内容在有余力时可能会进一步补充，后续也可能添加一些6G方面的简单介绍。