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1978年，美国贝尔实验室成功研制出了高级移动电话系统（Advanced Mobile Phone System,AMPS），标志着第一代（1G）移动通信系统正式登上历史舞台。1G是模拟通信系统，采用模拟式的FM调制，将300～3 400 Hz的语音转换到高频的载波频率（兆赫兹级）上进行无线传输。1G通信系统时代没有形成统一的国际标准，20世纪80年代很多国家都推出了各自的1G通信系统。
由于采用模拟蜂窝和频分多址（FDMA）技术，1G的容量十分有限，且通话质量不高，不能提供数据业务和漫游服务，安全性和抗干扰性也存在较大的问题。此外，1G时代的终端价格十分昂贵，使得它无法真正大规模普及和应用。
随着对业务容量、通信质量和保密性要求的不断提高，在20世纪90年代，移动通信逐步演进到数字调制的2G 时代。2G 时代出现的两大主流标准体系分别为ETSI提出的全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication, GSM）和美国高通公司提出的窄带码分多址（Code Division Multiple Access, CDMA）技术。
其中，GSM于1992年开始在欧洲商用，随着在全球的广泛应用，成为全球移动通信系统。GSM具有接口开放、标准化程度高等特点，其强大的联网能力可实现国际漫游业务，并支持用户识别卡，真正实现了个人移动性和终端移动性。
GSM网络架构分为移动台（Mobile Station,MS）、基站子系统（Base Station Subsystem,BSS）、网络交换子系统（Network Switching Subsystem,NSS）等部分。其中MS负责无线信号的收发及处理；BSS属于接入网部分，由基站收发信台（Base Transceiver Station,BTS）和基站控制器（Base Station Controller,BSC）两部分构成。NSS是核心网部分，主要由移动业务交换中心（Mobile Service Switching Center, MSC）、拜访位置寄存器（Visitor Location Register,VLR）、本地位置寄存器（Home Location Register,HLR）、鉴权中心（Authentication Center,AUC）、设备识别寄存器（Equipment Identity Register,EIR）以及网关移动交换中心（GMSC）等功能实体组成，如图1-1所示。
图1-1 GSM的网络架构
此外，还有主要负责网络监视、状态报告及故障诊断等功能的操作管理系统（Operations Management System,OMS）。
窄带CDMA，也称为cdma One、IS-95等，其网络架构和GSM类似。CDMA技术具有覆盖好、容量大、语音质量好、辐射小等优点，但由于窄带CDMA技术成熟较晚、标准化程度较低，在全球的市场规模不如GSM。
2G 时代里还有一个比较独特的标准：个人便携式电话系统（Personal Handy Phone System,PHS），由日本研制。PHS后来被引入中国部署，称为小灵通。
最初2G系统主要采用电路交换方式，并不支持数据业务。为此，在GSM原有系统上，引入了支持分组业务的分组域功能实体，形成了支持分组交换业务的通用分组无线业务（General Packet Radio Service,GPRS）网络，又称为2.5G，其网络架构如图1-2所示。
图1-2 GPRS网络架构
具体地，GPRS的BSS在BSC基础上增加了分组控制单元（Packet Control Unit, PCU），用以提供分组交换通道，在NSS中增加了GPRS服务支持节点（Serving GPRS Support Node,SGSN）和GPRS网关支持节点（Gateway GPRS Support Node,GGSN），其功能与MSC和GMSC一致，只不过处理的是分组业务。GPRS的理论峰值速率为171.2 kbit/s。
与1G 相比，2G具有通话质量高、频谱利用率高和系统容量大等优点，并改善了系统的保密性，可以实现国际漫游等功能。但由于2G 采用不同的制式，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，且对定时和同步精度的要求较高，系统带宽有限，无法承载较高数据速率的移动多媒体业务 [3] 。
为了提供更高速的多媒体业务，基于CDMA技术，2008年5月，国际电信联盟（ITU）正式公布了第三代移动通信标准，中国提交的TD-SCDMA正式成为国际标准，与欧洲的 WCDMA、美国的 cdma2000成为3G 时代主流的三大技术，这3种技术在区域切换、工作模式等方面又有各自不同的特点。
3G技术可以支持图像、音乐等多媒体传输，也可以支持电话会议等商务功能。为了实现以上所述功能，要求3G无线网络可以提供不同速率的数据传输能力，即在室内、室外和行车的环境下，至少需要提供2 Mbit/s、384 kbit/s和144 kbit/s的数据传输速率。
相对于2G和2.5G系统，3G网络的系统架构也发生了变化，如图1-3所示。
图1-3 3G网络的系统架构
在接入网方面，由基站NodeB与无线网络控制器（Radio Network Controller, RNC）取代了2G时代的 BTS和 BSC。具体地，NodeB主要完成射频处理和基带处理功能；RNC 主要负责控制和协调基站间的配合工作，并完成系统接入控制、承载控制、移动性管理、无线资源管理等控制功能。核心网部分基本与2.5G网络共用。
与1G和2G移动通信系统相比，基于Turbo码和CDMA技术的3G系统具有更大的系统容量、更好的通话质量和保密性，并且能够支持较高数据速率的多媒体业务。然而，3G系统仍是标准不一的区域性通信系统，仍无法满足高清视频等多媒体通信的更高速率要求，同时对动态范围的多速率业务的支持能力也不足。此外，三大标准所支持的核心网功能不统一，不能真正实现不同频段的不同业务间的无缝漫游，这些局限性也推动着移动通信向着4G发展。
为了克服3G技术存在的不足，第三代合作伙伴计划（3GPP）于2004 年年底启动了下一代移动通信系统的标准化工作，并命名为长期演进（Long Term Evolution, LTE）。而ITU于2008 年完成了IMT-2000（即3G）系统的演进——IMT-Advanced（即俗称的“4G”）系统的最小性能需求和评估方法等的制定。为了保持3GPP 标准的技术优势和市场竞争优势，3GPP 于2008年4月正式开始了LTE 演进标准——LTE-Advanced（简称LTE-A）的研究和制定工作，并于2010年6月通过ITU的评估，LTE-Advanced于2010年10月正式成为4G的主要技术之一。
IMT-Advanced（即4G）定义的蜂窝网络系统必须满足以下要求。
1）基于全IP（All IP）分组交换网络。
2）在高速移动性的环境下达到约100 Mbit/s的数据速率；在低速移动性的环境下达到约1 Gbit/s的数据速率，即移动/固定无线网络接入的峰值数据速率。
3）能够动态地共享和利用网络资源来支持每单元多用户同时使用。
4）使用5～20 MHz可扩展的信道带宽，带宽高达40 MHz。
5）链路频谱效率的峰值为15 bit/(s·Hz)（下行）和6.75 bit/(s·Hz)（上行）。
6）系统频谱效率为下行3 bit/(s·Hz·cell)，室内2.25 bit/(s·Hz·cell)。
7）支持跨不同系统网络的平滑切换。
8）提供高服务质量（Quality of Service,QoS），具备支持新一代多媒体的传输能力。
4G以正交频分复用多收发（OFDM-MIMO）天线技术和空分多址（SDMA）技术为基础，采用Turbo码编码技术，支持FDD和TDD两种模式，其网络结构如图1-4所示。
图1-4 4G网络结构
4G网络分为演进的通用移动通信系统陆地无线接入网（E-UTRAN）和演进分组核心网（Evolved Packet Core,EPC）两部分。首先，接入网的结构更为扁平化，整个网络只有一种基站——eNodeB。eNodeB的功能由3G阶段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN的部分功能演化而来，新增加了系统接入控制、承载控制、移动性管理、无线资源管理、路由选择等功能，并可以通过X2接口互联。其次，EPC能够前向兼容已有的系统架构，并将之前的相关实体取代成移动性管理实体（Mobility Management Entity,MME）与服务网关（Serving Gateway,SGW），将电路域和分组域的业务统一承载在分组域上，实现了核心网的全IP化，并将控制面和用户面相分离。
整体而言，4G网络为全IP化网络，可有效满足移动通信业务的高带宽发展需求。与3G通信系统相比，4G通信系统数据传输速率更快，且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应，系统容量和频谱效率得到大幅提升。然而，随着经济社会及物联网技术的迅速发展，云计算、智慧城市、车联网等新型网络和业务形态不断产生，对通信技术提出了更高层次的需求。移动通信网络应面向工业制造、智慧交通、智能电网等领域提供个性化的服务，而以高带宽为特性的4G网络难以满足超低时延、大规模接入和超高带宽等业务需求。面对这些存在的问题，5G技术被提上了日程。
2015年10月26—30日，在瑞士日内瓦召开的2015年无线电通信全会上，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）正式批准了3项有利于推进未来5G研究进程的决议，并正式确定了5G的正式名称为“IMT-2020”。第一个5G标准是3GPP的第15版（Release 15），已于2018年6月冻结，并于2019年开始了商用部署。2019年被认为是中国5G元年，这一年的6月6日，工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放了5G商用牌照，标志着5G时代的正式开启。
与2G、3G、4G 不同，5G 并不是一种单一的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有4G后向演进技术集成后的解决方案总称。从某种程度上讲，5G是一个真正意义上的融合网络。5G 网络融合了 SDN、NFV、超密集异构网络、自组织网络、内容分发网络、D2D通信、大规模MIMO、毫米波、多连接等技术，实现了峰值速率、用户体验数据速率、频谱效率、移动性管理、连接数密度、网络能效等指标的全面提升 [4] 。相对于4G 技术，中国IMT-2020（5G）推进组设置的5G关键技术指标要求如图1-5所示。
图1-5 中国IMT-2020（5G）推进组设置的5G关键技术指标要求
相对于4G,5G 考虑了更多的性能维度提升，包括：峰值数据速率由1 Gbit/s提升至20 Gbit/s；城区和城郊用户体验速率达到100 Mbit/s，某些热点地区的用户体验数据速率提升至1 Gbit/s；频谱效率提升3倍；支持的移动速率由350 km/h提升至500 km/h；支持极低时延要求服务，端到端时延从10 ms降低到1 ms；支持更多数量的设备连接，连接数密度由每平方千米10 5 个设备提升至每平方千米10 6 个设备；网络能效提升100倍；区域通信能力提升100倍，由0.1 Mbit/（s·m 2 ）提升至10 Mbit/（s·m 2 ）。基于上述8个方面能力的增强，5G 网络开始具备渗透垂直行业的能力，支持的应用场景涵盖增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠和低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）三大场景。具体场景特征和关键技术将在第2章进行详细介绍。
在无线侧，5G融合了多种现有无线通信技术，利用毫米波、大规模MIMO等技术提升吞吐量，并支持独立组网和非独立组网两种架构。在核心网侧，5G旨在通过单个5G核心网络满足各种应用的不同需求。因此，5G核心网络需要提供多种新功能，如敏捷资源分配、灵活的网络重构以及对各种平台的开放访问等。5G核心网络的典型演进包括移动边缘计算（MEC）、软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）和网络切片等。5G系统的网络结构如图1-6所示。
图1-6 5G系统的网络结构
图1-6中UE为用户终端，（R）AN为（无线）接入网络，DN为运营商数据网络，其他部分为5G核心网功能实体，其描述见表1-1。
表1-1 5G核心网络功能实体描述
5G核心网借鉴了IT领域的“微服务”理念，采用了基于服务的架构（Service Based Architecture,SBA），通过模块化和软件化以实现面向不同场景需求的切片目的。
当前，5G移动网络的最终设计目标是满足终端用户多样化的QoS需求，这就要求网络实体能够实现对网络环境的认知和自主决策。网络层、控制层和管理编排层中的不同网络实体（如无线设备、基站和SDN控制器）需要做出本地自主决策，包括频谱接入、信道分配、功率控制等，以实现不同网络的不同目标，如吞吐量最大化、时延和能量最小化等。随着移动通信网络规模的不断扩大和复杂化，我们面临着一个更加分散和多样化的网络环境。网络状态的动态性和不确定性，以及异构无线用户之间的共存和耦合，使得网络控制问题变得非常具有挑战性。5G架构难以同时满足三大场景的需求，且资源的调度过程仍然缺乏足够的弹性，难以满足资源随需即用的要求。针对这些问题，提出了6G需求。
当前5G 移动通信系统已经进入商用化阶段，按照无线摩尔定律预测，未来（2030—2040年），移动数据业务量将继续增长1 000～100万倍。同时，通信网络向着一体化融合网络发展，其泛在化、社会化、智慧化、情境化等新型应用形态与模式，导致现有5G 网络技术在信息广度、速度及深度上难以满足“网络资源随需即用”的需求，主要体现在如下几个方面：首先，未来的新应用可能需要高达每秒太比特的数据速率；其次，随着未来物联网设备的指数级增长和扩展，进一步提高5G 物联网的连接能力和覆盖范围已迫在眉睫；最后，人工网络配置/优化不再适用于未来的网络，未来网络必然是超大规模的，并且在用户需求、无线资源、流量负载、网络拓扑等方面具有复杂、多维、动态等特征。为了解决这些问题，6G技术被提上了日程。
2018年7月，国际电信联盟（ITU）正式成立Network 2030焦点组（ITU-T FG on Network 2030），旨在探索面向2030年及以后的网络技术发展，包括保持向后兼容的网络新概念、新架构、新协议、新解决方案以及支持现有的和新的应用等。2018年5月，芬兰科学院旗舰项目6G-Enabled Wireless Smart Society and Ecosystem（6Genesis）开展了一个开创性的6G 研究项目，专注于无线技术的发展、探索5G通信技术的实施并发展可能的6G标准。
2019年3月，在芬兰举行的全球首届6G峰会上，来自全球各地的70位通信专家商议拟订了全球首份6G白皮书，以阐述6G技术的具体内容并明确6G发展的基本方向。
2019年11月3日，科学技术部会同国家发展和改革委员会、教育部、工业和信息化部、中国科学院、自然科学基金委员会等部委在北京组织召开了6G 技术研发工作启动会，标志着我国全面开启了6G的相关技术研发工作。
特别地，6G被定义为包括3个主要方面，即移动超宽带、超级物联网（IoT）和人工智能（AI）：移动超宽带可以提供每秒太比特的无线数据传输速率；超级物联网可以增强现有物联网的连接能力和覆盖范围；人工智能可以智能地配置/优化未来的无线网络。有关6G的设计思路和愿景，将在第3章进行阐述。