翻译《3G时代的终结？电子工程师如是说》

写在前面

本文翻译自End Of 3G? Electrical engineer explains

不能保证100%翻译准确、贴切，对文章结构有部分修改，发现翻译错误可以联系我，感谢指正。

3G时代的终结？电子工程师如是说

导言：

AT&T公司已经计划在2022年2月22日正式停止使用3G移动网络，T-Mobile公司也计划在2022年7月1日终止3G网络的使用，Verizon公司也着手跟进，于2022年12月31日终止，

几乎所有的的主体手机用户已经在4G/LTE服务网络中，且世界范围内已经开始过渡到5G网络，然而，在美国，有着大概一千万的手机仍然依赖3G服务。此外，一些老旧设备的移动网络功能仍然使用3G网络，比如Kindle、IPad和Chrome Books，类似的，一些老掉牙的网络连接系统(internet-connected systems)比如房屋保卫系统(home security)、车载定位、娱乐系统、太阳能控制系统(solar panel modems)仍然使用3G。消费者将来需要去升级或者替换这些系统了。

所以，为什么我们需要关闭3G网络？作为一个研习无线传输的电子工程师，我能解释一二，答案就在于3G与4G/LTE、5G这些新技术之间的差异上。

想象一个家庭出游，你的老婆在目的地用手机规划接下来的活动，你十几岁的小女儿正在听音乐会，同时跟她的朋友打电话，她的年轻的哥哥跟他的好朋友一起打电动。这些分立的交流和数据流都通过移动网络交互连接，看起来是即时的，你可以这么认为，但你是否好奇过，移动网络系统如何同时保持如此之多的数据流的连接，在同一载具内，在同一时刻？

同时分发所有的信息

答案是一个称作多通道访问(multiple access)的技术技巧。试想一下只用一张纸写信给100个不同的朋友，每个人都发送不同的私人信息。那么，3G的多通道访问方式就像所有朋友只用一整张纸写信息，所有的信息都能写在这张纸上，但你有一种特殊的笔，有着不同的颜色，于是你可以用不同的颜色写信息，而你的每位朋友都有一个特殊的透镜来解密那些独属于他们的颜色。

然而，笔的颜色是有限的，如果你想给超过笔的有限颜色的更多的朋友写信息，那么你就得混合这些颜色来写信。

如此一来，当一位朋友用他自己的透镜阅览信件时，他将看到少许的发给其他人的信息，他不会得到足够的内容来获知发给其他人的信息，但是这些少许的干扰也许会足够强，以至于模糊了发给他的信息内容，使得发给他的信息更难以读懂。

多通道访问技术在3G上的应用称为码分多址复用(Code Division Multiple Access)或者称为CDMA。它是高通公司创始人欧文·雅各布和其他著名的电子工程师发明的。这个技术基于能追溯至20世纪早期的频率拓展设想(concept of spread spectrum)。雅各布在1991年的论文在当时已经多次指出CDMA能增强手机通信能力。

CDMA技术允许所有的手机用户随时频繁的发送和接收信号。但是如果100个用户在一个相近的时间想要发起通话请求或者使用移动数据服务，当他们在通信时，他们的100个信号将在同一时间相互重叠的通过整个频段。重叠的信号当然会带来干扰，CDMA技术通过给每个用户的报文一个独特的标识码来解决了这个干扰问题，标识码结合在一起能够拼接出每个用户自己的报文信号。

这些个标识码就像我们的神奇笔的颜色一样，如果太多的用户同时在一个通信系统内进行交流，那么这个标识码很可能会被重复使用，通信质量也变得更加糟糕。

时分复用和频分复用(Slices of time and spectrum)

与同时允许所用用户同时共享同一个数据通信频段不同，其他的多通道复用技术(other multiple-access technologies)给时间或频段进行切片操作。时分切片创造了通信间段(time slots)，每一个连接请求都能在多个时间段内分段式通信，不过每个时间段都是很短的一瞬——大约在毫秒级——大多数人不会意识到这个时间段更换带来的停顿，连接看起来似乎是连续不断的，这种切分时间的方式就称为时分复用技术(TDMA)(Time Division Multiple Access)

频分技术就像演出，每个通信都在通信频率内都被分配了专属的频段（带），且每个通信信号在授权的通信时间内都能持续不断的通信，这种切分频率的技术称为频分复用技术(FDMA)（Frequency Division Multiple Access）

在我们那个写信的游戏中，FDMA和TDMA技术如把纸张切分成不同样式的100条并把私密信息写在上面，比如，FDMA就像水平切分的纸条，而TDMA就像垂直切分的纸条，使用单个纸条写信，所有的信息都被切分开了。

4G/LTE和5G网络使用正交频分多址技术(orthogonal frequency division multiple access)，一个包含了频分多址和时分多址技术的更高效的技术。在写信游戏中，OFDMA就像在两种纸条上，即把整张纸横竖切分成小块上，并且按需在每个小块上标记了用户的所属情况。

3G的终结线

现在你应该基本了解了3G、4G/LTE和最新的5G的差异，或许你仍然疑惑为什么3G要被关掉。显然，由于在复用技术上的差异，两大网络（3G与4G、5G）使用完全不同的基础设施和算法。

3G手机和基站在宽频带系统(broadband system)上运作，这意味着他们几乎用掉了所有的移动频谱，4G/LTE和5G在窄频带或多重载波(narrowband or multi-carrier systems)上运作，意味着使用极少的频谱资源，这两个系统也需要你手机从小天线到整部手机完全不同的硬件组成。

所以如果你的手机是3G的，它就不能够连接4G/LTE或5G基站。在相当长的一段时间，移动通信提供商在完全建成4G/LTE和5G基站并开始提供服务给新手机们的时候，仍然保持他们的3G网络运作。想象一下为了相同的目的，同时保持两种完全不同的网络运作，所产生的巨额花费……

最终……还是得送一个上路了

到了目前，随着全力、全面推出5G网络系统，3G，终归迎来了落幕。