第一代到第五代移动通信在发展过程中不断进行代内创新和代际演进。纵观每一代的发展历程可知，在业务需求和外在技术的共同推动下，移动通信经由标准制定、产品研发、技术扩散，进而逐步形成移动产业生态。而构成移动产业生态的业务、网络和终端等三大构件，在技术、市场和规制等三大作用力的影响下，推动移动通信实现代际演进和跃升。基于三重螺旋模型的内核区、外场域以及循环流的特性，可以全面分析6要素之间的作用关系。创新性地将生态系统与三重螺旋模型相结合，创新性地构建移动生态创新循环型螺旋发展分析框架，并借助移动通信的技术特性，对每一代移动通信代内创新与代际演进的机制进行解析，进一步明确每一代移动通信创新和应用的规律及特征。可以发现，每一代移动通信内部都包含突破式创新和渐进式创新，代际间演进机制也因分析模型中业务流、架构流以及终端流的特性而有所不同，奇偶代的创新性无明显差异。
从第一代移动通信（简称“1G”）到第五代移动通信（简称“5G”），移动通信产业经历了从2G话音通信、3G移动互联网、4G消费互联网再到5G产业互联网的代际演进和生态跃迁。4G移动宽带和消费互联网改变了人们的生活，而5G新技术、新架构、新生态构建的产业互联网正在改变人类社会。移动通信技术标准大约每10年更新一代。而受牌照发放等因素的影响，国内每一代移动通信包括网络建设、商用、成熟和退网的整个生命周期都呈现出奇数代较短和偶数代较长的特点。对于移动通信奇偶代之间的关系，有学者认为，移动通信发展的奇数代都有重大创新，而偶数代则是更好地满足了奇数代所激发出的需求；也有学者认为，每一代移动通信内部都包含重大突破式创新。第二种观点具体来讲就是，每一代移动通信系统都会经历从研发启动到产品发布、从产品商用到市场成熟、从网络维护到退出服务等3个阶段，而每一阶段的生命周期都是10年。其中：在第一阶段中，初期对技术的投资推动了研发进程，得以产生突破式创新或颠覆式创新；第二阶段商用过程中，客户和市场的需求则对运营和服务提出更高要求，这些需要基于渐进式创新来实现。
具体到每一代的内部创新和代际演进机制，文献显示，1G和2G产业价值链的创新和演进机制可基于市场需求的拉动、技术本身的推动和企业竞争的驱动等要素作用下的链环—回路模型来分析。但3G以数据业务为主，网络和业务相分离，网络设备供应商、网络运营商、终端供应商、内容提供商、集成商、消费者群体以及政府等多个成员共同组成一个完整的产业生态系统，成员间依靠互生、共生、竞争、合作等方式实现生态系统的动态协作和开放式发展。而系统间演化路径是核心技术、共生技术和竞争技术之间相互作用的结果。“技术涌现”可以推动技术生态位的整体跃迁，从而形成新的技术生态系统，结构洞与技术生态位“态”呈倒U形关系。从3GPP标准立项的角度，可以将移动通信产业生态圈分为三方势力阵营，即芯片终端厂商、网络设备厂商和移动运营商。
国外学者借助开放式创新理念构建起循环创新模型（Cyclic Innovation Model，CIM）来分析移动通信创新过程。该模型摆脱了传统的链式概念，包含一个由4个相互作用的“变化周期”连接的4个“变化节点”的圆圈，强调企业家精神与科技变化、科学研究、产品开发和市场转变等4种因素之间的关系及作用。对于代际演进中的用户发展和扩散过程，国外学者较多关注技术扩散的作用，采用Norton-bass模型、Logistic模型或者Gompertz模型来分析技术扩散的创新效应和模仿效应，研究移动通信代际演进的作用规律。
上述移动通信创新研究主要涉及创新基本理论以及生态系统理论。创新基本理论方面，创新过程涉及创新理论中的链环—回路模式以及循环创新模式等，创新模式涉及突破式创新和渐进式创新。生态系统方面，主要考虑移动通信的技术生态和产业生态，技术生态涉及“涌现”理论和“结构洞”理论，产业生态则涉及产业协同等相关内容。
总体来讲，关于移动通信的技术、标准、产品、网络建设等阶段的创新特性等，已有诸多研究，但缺乏对移动通信发展全流程的分析，对4G和5G的演进特性鲜有涉及，难以全面回答代际间演进时的创新属性及差异。因此，本文从移动通信发展各个阶段的特点出发，引入三重螺旋创新生态模型，并与既有文献中的生态系统理论相融合，以业务为核心，面向业务、网络和应用等3要素以及技术、市场和规制等3种作用力，构建移动生态创新循环型螺旋发展模型，从移动通信系统整体发展的视角分析代内创新特性以及代际间演变机制，探索移动通信代内创新和发展模式，研究移动通信代际间演进的规律。三螺旋创新模式是Etzkowitz和Leydesdorff（1995）在20世纪90年代中叶提出来的，强调大学、产业、政府三元一体的创新模式。但三螺旋并非仅指官产学，科研机构也可以融入三螺旋模型。将三螺旋模型与创新生态系统相结合，可以构建基于三螺旋理论的创新生态系统。
本文的创新点在于，对移动通信的发展阶段进行细分，并结合移动通信的技术特性，构建三重螺旋与技术生态模型相结合的新模型，对代内创新和代际演进的特征进行全面且深入的分析，因而具有一定的理论和方法创新贡献。
01
分析框架
1.1 总体分析
每一代移动通信系统的发展都会经历需求分析、标准制定、设备研制、技术测试、牌照发放、网络建设、预商用、正式商用、用户发展、网络维护以及服务终止等阶段。创新贯穿于每个发展阶段，如外在技术与来自市场的业务和应用需求共同催生新业务，而标准制定、产品研发和技术扩散等过程则进一步促进了代内创新。随着技术的成熟和市场的扩大，标准化组织、产业组织、运营商、设备商、应用提供商以及用户等会形成一个由创新引领的技术和产业生态圈。产业生态内部某些关键要素的生态位发生变迁时，就可能产生业务、市场和应用方面的新需求，从而推动代际演进和跃升，迎接下一代移动通信的到来。代内创新和代际演进是有机组合、相互关联的一个完整过程，其演进特性可以基于生态系统和多重螺旋模型来协同分析（见图1）。
1.1.1 业务和需求。业务类型和性能需求是促进技术标准、网络架构及无线关键技术创新和演变的重要因素。在话音、数据、短信等业务的基础上提供更多的应用，并保证业务和应用的性能，也是运营商网络建设和性能优化的主要方向。
1.1.2 内在技术发展。数字通信技术、互联网技术、多媒体技术、光纤传输、云计算、人工智能等是移动通信技术发展的基础。它们遵循自身的发展规律而自行发展，并作为外部技术推动着移动通信技术的创新和发展。而内在技术是指移动通信的某些关键技术，它们也处在不断的创新发展中。例如，关键无线技术相关的频谱资源复用方式和信号处理方式，干扰控制技术以及网络架构等。这些技术既随业务需求而创新，又在应用中不断发展，从而带来系统性能的提升和网络架构的演变。
1.1.3 标准制定。技术标准是新一代移动通信的起点。它对业务特性、系统性能、关键技术、系统架构、接口协议以及通信过程等内容都进行了定义，以保证多厂家互操作过程中技术的统一性和接口的开放性。全球统一的标准能够对产品研发起到指导作用，并促进产业链的完善以及网络的部署与运营。
1.1.4 产品研发。产品研发是指在满足标准基本要求的基础上，设备商可以采取不同的市场策略自行设计设备形态并开发专用算法。例如，设备采用专用硬件平台来运行，算法采用内部私有协议来实现，功能分阶段提供和逐步开发等。这些使得不同厂家在产品功能和性能方面各有优势。此外，研发阶段包含多种突破式创新。如手机Android和苹果IOS操作系统的出现彻底改变了移动通信的生态，产生了移动互联网新生态。
1.1.5 技术扩散。随着网络部署规模的扩大和技术的成熟，用户数也逐步增加。根据技术扩散理论，用户发展通常呈S形或者倒U形扩散曲线，即从初期的慢速增长到逐渐快速增长再到后期新一代网络出现后的增长减缓的过程。此外，网络建设规模和资费政策都对用户的发展速度有着显著影响。
1.1.6 产业生态及六大要素。在移动通信系统中，设备、运营、业务以及用户等要素构成移动产业生态，它们之间协同作用，共同发展。在移动通信产业生态中，业务、网络和终端是关键要素，技术、市场和规制则直接影响通信发展进程，可分别将它们看作移动生态系统的三大构件和三大作用力。三大构件中，业务决定了应用的形态，业务和应用又对网络架构和终端功能起着决定性作用。三大作用力方面：技术发展是移动通信系统创新和演进的核心要素，是代内创新和代际演进的主要推手；市场上用户的增加则会在功能、性能和业务等方面产生新的需求；规制对频谱资源的利用、资费的合理设置、网络的发展速度等都有决定性的作用。这些要素既相互独立，又相互影响。内部三大构件不协调会产生新的生态位，进而推动升级换代；外部三大作用力的变化也可能引领创新或者推动升级换代。1G—5G生态系统中三大构件和三大作用力的特点如表1所示。
1.2 代内创新的分析思路
代内创新主要体现在标准制定、产品研发、技术扩散以及产业生态发展等阶段，包括业务、技术、标准、生态体系等多个方面。
1G提供话音业务，采用模拟和频分双工等无线技术，系统容量有限，抗干扰能力弱，保密性差，缺乏统一的国际标准。终端笨重且价格昂贵，因此用户数少且发展缓慢。1G的出现和发展是技术和市场共同作用的结果。随着技术进步和需求增加，它也必然要向下一代通信技术发展和演进。
为了更好地提升话音业务的话音质量及数据业务的移动性，2G以及2.5G系统在编码方式、用户管理、数据应用和移动性管理等方面采用了新的网络架构和技术手段，终端可以实现对话音和数据业务的支持，用户发展较快，市场壮大迅速。规制方面，世界各国的运营商、设备商以及电信管制机构在频谱管理、资费模式、运营策略等方面进行了全面探讨，为未来移动通信的发展铺平了道路。
业务种类及带宽需求的增加推动3G核心网络和无线接口不断升级。随着标准的推进，网络性能逐步增强。智能终端的出现对系统容量、用户规模、商业形态等产生了显著影响，使得终端设备商和应用提供商的地位提高。规制方面，除了常规的对于频谱、牌照等的规制外，标准方面也有所涉及。例如，中国政府牵头并联合国内电信行业共同制定并提出了技术标准TD-SCDMA。从标准制定、立项推广、芯片研发、终端和设备开发到产业生态发展等各个阶段，国内的TD产业联盟都起着重要的引领和推动作用。
数据业务对带宽和延迟等特性的要求较高，因此，4G LTE（Long Term Evolution）无线技术与网络架构被进一步完善，终端形态更加多样化，对视频和多媒体类数据业务的支持性更好。此外，LTE个人用户、行业用户和物联网用户均有一定程度的发展，为了应对物联网的需求，LTE也制定了单独的物联网技术规范和标准。规制方面，中国于2012年12月颁发了TDD（时分双工） LTE牌照，2015年2月颁发了FDD（频分双工） LTE牌照。
为了满足多场景下的带宽、延迟和连接性需求，5G采用了新的空口技术，以及面向服务的网络架构与面向终端特性和业务需求的网络切片等技术。5G服务于行业用户和物联网用户，用户种类多，终端形态多，使用范围广。规制方面，各国对5G采取的建网策略不同，所以对高低频谱的分配顺序也有所不同，如中国优先分配中低频谱，而美国优先拍卖高频段毫米波频谱。组网方面，基于对独立组网和非独立组网的选择不同，运营商之间关于是否共建共享的考虑也有所不同。此外，中国新增中国广电为5G运营商，为其颁发5G牌照并提供建设和运营支持。
1.3 代际演进的分析模型
在周春彦与亨利·埃茨科威兹构建的三螺旋创新模式下的内核外场模型中，内核区定义了每个要素独有的特性，外场域描述了内核区各要素的影响因素。内核区之间的循环形成产品，外场域与内核区之间的合作则影响场间的能量均衡，从而产生进化的力量。
本文据此构建移动生态创新循环型螺旋发展分析框架，将移动生态系统的业务、网络和终端等三大构件视为三重螺旋的内核区，将技术、市场和规制等三大作用力视为三重螺旋的外场域。内场的业务、网络和终端等三大要素自行循环和发展变化，并在螺旋体内其他要素的影响及外场域要素的共同作用下，形成独立流动并相互作用的业务应用流、网络特性流以及终端能力流等三大循环流。
业务、网络和终端等3股螺旋呈现出独立进化的形态，每股螺旋都在不断完善，谋求自身发展，这形成了三螺旋的纵向进化特征。业务、网络和终端等3种流的循环流动，不仅横向上促进产品创新和发展，而且纵向上驱动每股螺旋不断完善和发展，从而改变螺旋的运动轨迹，促进系统代际间升级和演化（见图2）。
1.3.1 内核区及要素。网络要素的内核包括核心网络和无线网络两大部分，涉及技术、协议、标准、架构、容量、开放性以及安全性等方面的内容。其主要产出可概括为网络架构、网络特性以及业务支持性，它们决定了配套的终端特性、应用种类以及业务能力，引领三重螺旋模型中网络特性的循环过程。
终端要素的内核包括芯片、协议标准、应用、操作系统、形态、终端能力等方面的内容。终端要素的产出主要为终端类型和终端能力，它们影响着网络功能和应用类型。
应用和平台要素的内核包括应用特性、终端支持性、商业模式以及App等方面的内容。其产出主要为应用类型和应用特性，它们对网络功能和终端能力有着明确的要求，并在一定程度上推动着网络和终端的发展。
1.3.2 外场域及要素。用户/市场对网络发展起着重要的推动作用。用户规模大，则对网络容量和性能要求高；市场发展好，网络覆盖和建设速度则须提升，支持的应用种类也须增加。
技术/标准决定了网络和终端所需实现的基本功能和扩展功能，使得网络和终端能够兼容且互通。
政策/规制决定了频谱资源的分配方式、资费的收取原则、网络的建设规模、应用的普及程度等，从而对网络功能和性能、终端的销售和市场、应用的推广等有着很大影响，也间接影响网络演进和发展的步伐。
1.3.3 3种循环流及流动性。以3种要素内循环为基础的多种产出在螺旋体内形成大循环流，分别为业务/应用流、网络特性流和终端能力流。
业务/应用流是指业务及应用的特性决定了终端类型和网络特性。例如，话音和短信业务可由2G网络支持，而高速数据业务需要3G、4G或者5G网络支持，低时延高可靠业务则需要5G网络支持。同时，业务特性对终端能力也有要求，如果业务特性所需的峰值速率超过终端的能力上限，则业务性能无法保证。此外，对于特定的业务/应用流，如果网络和终端不能很好地予以支持，则会倒逼网络和终端的演进。
网络特性流是指网络特性对终端和应用的促进作用。每一代移动通信技术的发展都会带来网络功能的改进和性能的提高，从而可以更好地为各类新应用提供支持，并相应地推动终端的升级换代。
终端能力流是指终端能力对网络应用的作用关系。随着5G时代泛智能终端的发展，各类应用所需终端的特性区分更加明显，如小带宽高可靠的物联网终端、大带宽低时延的虚拟现实终端、低时延高可靠的工业互联网终端等。各类终端所支持的应用不同，对网络特性的要求也不同。总之，终端能力对网络功能和性能的发挥以及应用的推广具有很强的促进作用。
02
1G到5G代内的创新机制
2.1 1G代内创新
20世纪70年代，无线电话系统在公安、消防、出租车等行业中得到应用。规模集成电路和微处理技术的应用以及无线电技术和计算机技术的发展，为第一代通信技术的出现创造了条件。1G只有“国家标准”，没有“国际标准”。其中，美国的AMPS（Advanced Mobile Phone System）和英国的TACS（Total Access Communications System）技术标准在全球应用较广。它们采用了全新的空中接口和网络架构，借助频率复用技术实现蜂窝式组网，满足了基本的网络覆盖要求，支持话音业务，提供通话和小区切换等基本服务。1G主要包括电信设备制造和网络运营商两类参与者，因此仅有价值链而不存在复杂的生态系统。
2.2 2G代内创新
随着数字技术的发展，为了满足覆盖、容量、移动性、安全性、话音质量和全球漫游等方面的需求，2G数字无线通信技术逐步被商用。2G支持系统内国际漫游，能够满足话音业务的实时性需求以及基本的传输和业务容量需求。2G仍以数据业务为主，支持短信业务。后来，随着Internet技术的发展，移动通信网络支持数据业务的需求也日益增强。通过将TCP/IP网络协议引入移动网络并构建数据支撑体系，移动通信系统得以支持数据业务，从而迈向了数据业务和多媒体的新时代。
2G仍缺乏统一的全球标准，但以欧洲的GSM（Global System for Mobile Communications）系统和美国的CDMA（Code Division Multiple Access）系统为主。产业生态方面，2G支持话音和短信业务，网络设备商、终端设备商、短信及应用提供商、移动运营商以及移动用户等构成了2G移动通信的产业生态体系。2.5G引入了数据业务，网络设备商、终端设备商、应用提供商、内容提供商、短信应用提供商、彩信业务提供商、移动运营商以及移动用户等主体构成了2.5G移动通信产业生态体系。
2.3 3G代内创新
移动Internet激增和多媒体服务的应用对移动接入能力提出了更高的要求，从而推动了第三代通信系统的标准制定和商用部署工作。其目标是支持更大带宽和速率、增强更高速度的移动性、满足上下行不对称数据业务和多种智能终端的应用需求，并便于灵活引入新技术。
3G包含TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）和CDMA2000(Code Division Multiple Access2000)等3种制式，其性能进一步提高，可以提供更大的带宽，支持流媒体类、会话类、交互类和背景类等各类多媒体业务，它们对带宽和时延的要求各不相同。3G网络架构最早脱胎于2G系统，采用电路域与分组域相结合的方式支持话音和数据业务。随着Internet技术的发展以及业务和应用的扩展，全IP化架构网络逐渐成形。
相较于2G产业生态系统，3G时代全球标准逐步统一，标准化组织和行业协会的作用进一步增强。短信应用也发展为多媒体彩信业务，移动智能终端以及行业模式得到大规模应用。为了满足智能终端的需求，运营商推出了应用开发平台，吸引应用开发者积极参与，移动生态系统更加壮大。同时，数据类业务的资费管理也成为管制机构关注的重点之一。
2.4 4G代内创新
为了保证未来3G系统竞争力的连续性，满足用户对更高数据速率和服务质量的需求，并持续优化分组交换系统，降低设备复杂度，减少网络运营成本，第四代移动通信LTE应运而生。LTE可进一步减少时延，提高用户数据传输速率、边缘用户速率以及频谱效率，简化网络结构，降低终端功耗。
为了达到更高的性能指标，LTE及LTE高级演进标准引入了一系列关键技术，实现了接收机性能的改善、工作带宽的增加、多天线技术和波束赋形技术的应用、抗干扰技术的增强、基于IP的话音调度算法的改进等。架构方面，LTE减少了基站与核心网之间信息交互的多节点开销，从而更加扁平化。其好处是：节点数量减少，用户面时延大大缩短；简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移的时间；降低系统复杂性，减少了接口类型，系统内部相应的交互操作也随之减少。LTE及其高级演进标准分别对上行和下行定义了12种终端能力级别。此外，针对物联网和机器对机器通信，还定义了特定类型的终端，它们所需要的速率和功耗都更低。
2.5 5G代内创新
5G是为了满足更大带宽、更多链接以及更低时延的业务需求而诞生的。它可以支撑物联网、工业互联网以及高速宽带业务，频谱效率更高，应用类型更多。
为了应对流量的爆发式增长和用户结构的变化，5G系统采用了基于服务的架构，接口开放，网络功能和业务应用更易于扩展。5G空口设计采用了新的帧结构、灵活可扩展的无线参数集、多种天线模式以及高频和低频等不同频谱类型，从而极大地提高了技术能力，提升了系统性能。为了快速推进部署，5G标准规定了两种组网类型，即与4G联合下的非独立组网以及5G独立组网，并采用多种组网方式来实现。
5G终端除了智能手机等传统终端类型之外，还新增了多种个人及工业互联网设备。5G终端的功能和形态更为复杂，需要对独立组网和非独立组网、高频毫米波以及中低频段均提供支持性和兼容性。
03
1G到5G的代际演进
对于移动通信的代际演进，可采用基于生态系统的三重螺旋模型来全面分析6要素作用下的移动通信代际演进过程。
3.1 基于三重螺旋模型的代际演进
在移动通信三重螺旋分析模型中，3种流之间相互影响，共同作用，推动螺旋体中各要素功能的整体提升，促进网络的代际演进。
3.1.1 业务和应用流。话音一直是人们交流的最基本需求，从有线电话到1G，话音都是主要业务。而随着Internet技术的发展和互联网的普及，数据及多媒体业务的应用需求日渐提高，因此从2G时代的GSM和CDMA起开始引入数据业务。第三代移动通信在支持话音业务的同时，大大提升了上下行数据速率，为移动多媒体业务提供了强力支撑。此外，网络进一步演变为全IP架构。结合无线技术的发展，第四代和第五代则可以提供更高速率的数据业务。随着物互联需求的增加，4G在提供高速率数据业务的基础上，引入了物联网技术。5G时代的业务则进一步细分为增强移动宽带、高可靠低时延和低功耗大连接等3类业务，为各类个人用户和工业互联网应用的发展提供了技术基础。由此可见，移动通信网络所提供的基本业务种类逐渐增加，性能逐步提高，功能逐步增强。
3.1.2 网络和架构流。在移动通信系统中，业务对网络架构起着引领作用，也对系统性能起着制约作用。对于核心网架构，2G时代，话音业务采用电路域网络架构来承载，通话过程中话音持续占用业务信道，系统容量较低。3G初期，数据业务采用数据域网络架构来承载，后期发展到全IP架构，支持更多用户在线并随时进行数据收发工作。4G在全IP架构的基础上，进一步将网络单元的功能融合，使网络更加扁平化，从而降低业务时延，提升客户体验。5G采用面向服务的核心网架构以及云计算等技术，为多场景下的业务提供支持，满足不同业务的性能需求。此外，为了持续支持话音业务，3G早期采用电路域和分组域并行的架构，4G和5G则完全采用分组域来承载话音业务。架构的变化不仅保证了话音业务的功能，也带来了业务性能的提升。
无线技术对于系统容量、覆盖、抗干扰能力有着决定性作用，对业务性能如延迟和带宽都有直接影响。因此，无线关键技术方面的差异体现出每一代移动通信系统的显著特征，也是代际划分的基础。例如：第一代移动通信系统采用模拟技术，导致业务量小、质量差、安全性差、难以加密；而第二代之后则采用数字技术，其具有频谱利用率高、保密性强、便于实现切换和漫游等性能。此外，对于多址方式，则分别从第一代的频分多址演进到第二代的时分多址、第三代的码分多址、第四代和第五代的正交频分多址。每种多址方式的变化都会带来频谱效率的提高，进而增大系统容量和提升业务性能等。
3.1.3 终端和设备流。随着2G时代的话音、3G时代的数据、4G时代的多媒体、5G时代的超大带宽等业务的增多，网络功能和性能越来越完善，终端支持能力越来越高，从而相互促进，推动移动技术的发展和演进。
2G手机支持话音和短消息业务，2.5G手机增加了对数据业务的支持，3G和4G终端支持多媒体业务，4G还支持多种物联网应用，5G则支持机器人等各种工业互联网设备。3G时代，随着智能终端的出现，终端与应用之间的交互更加直接，终端所支持的业务和应用种类更多，操作更方便，使用率更高，从而要求网络频带更高、资源调度更加灵活、干扰控制能力更强、安全机制更完善。4G和5G时代，移动终端已突破传统手机的概念，致力于万物互联。物联网设备、车联网终端、可穿戴设备等相继问世，种类繁多，使用场景丰富，从而也需要针对不同设备的功能进行标准制定和资源调度，以满足各类场景的需求。此外，5G时代还涌现出了5G CPE（Costomer Premise Equipment，客户终端设备）、5G热点、5G路由器、5G适配器、5G机器人、5G电视机以及VR（Virtual Reality，虚拟现实）眼镜等形态，在应用增强的同时也对网络功能提出了更高的要求，推动网络朝着6G持续发展和演进。
3.2 1G到5G代际演进的特性
基于三重螺旋架构可以看到，从1G到5G，业务和应用的种类、网络架构和功能、终端特性和能力等都处于飞速变化与演进中。
业务种类方面，从1G到2G，业务都是以话音为主；从2G到3G，业务从话音转向数据；从3G到4G，依然以数据业务为主，后期引入了物联网业务；从4G到5G，业务应用场景进一步扩大和性能进一步增强，个人数据类业务带宽增加，工业互联网类业务时延降低，大连接物联网类业务容量扩大，从而实现了从3G消费互联网到4G产业互联网再到5G工业互联网的飞跃。
网络架构方面，1G和2G仅支持话音，但2G对漫游和移动性的支持性更好，所以网络架构更为完整。2.5G引入了数据支持单元，3G进一步完善了数据相关架构并进一步演进到全IP网络，4G架构更加扁平，5G面向业务且云化部署，6G则会引入人工智能等新技术，以实现新的突破。
终端设备方面，从1G模拟手机到2G数字终端，其支持话音业务的性能越来越优良。但随着数据业务的出现，智能终端得以面世并被迅速推广，这既带来应用规模的扩张，也推动网络进一步演进到4G和5G。物联网终端一方面推动了4G窄带物联网标准的确立，为4G产业互联网奠定了基础，另一方面促使大连接成为5G的三大业务之一。而5G面向工业互联网应用，将众多工业设备变成5G终端，在迎接5G性能挑战的同时提出了新的需求，铺就了6G的未来发展之路。
由此可见，从2G话音业务转向3G数据业务，以及从4G数据和窄带物联网业务转向5G大带宽、低时延高可靠和大连接业务时，业务、网络架构和终端都需要应对新业务的需求；从1G到2G、从3G到4G，业务种类变化相对较小，但无线技术、网络技术以及终端特性等变化依然很大。
04
6G未来发展展望
随着业务增加以及应用推广，5G网络智能化面临新的挑战，为此6G移动通信将融合人工智能、大数据技术、数字孪生技术、量子通信、区块链、元宇宙等新技术，实现从人联和物联向智联转变，形成通信网络、感知网络和算力网络融合的智能网络。在5G三大应用场景的基础上，6G将新增人工智能（AI）和感知（Sensing）两大应用场景；提供沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等全新业务秉承兼容、跨域、分布、内生、至简、孪生等六大设计理念进行6G网络架构设计，通过服务定义端到端的系统，构成全服务化架构HSBA（Holistic Service-Based Architecture）和分布式自治网络架构DAN（Distributed Autonomous Network）。
为了实现上述功能，6G将采用内生智能的新空口和新型网络架构、增强型无线空口技术、新物理维度无线传输技术、太赫兹与可见光通信技术、通信感知一体化、分布式自治网络架构、确定性网络、算力感知网络、星地一体融合组网等关键技术；空天地一体化融合通信终端将集成触觉反馈、感知和成像、全息影像、AI及其他功能，面向智能交互、柔性化、可植入、模块化等新能力与新形态进行升级。未来6G在频谱管理、市场准入、业务资费等方面也需要有效的规制措施和手段。
从5G到6G，由于数字孪生和人工智能等新技术的应用以及分布式自治网络等智能化功能的增强，本文所构建的用于分析移动通信代际演进的“三重螺旋”创新发展模型需要进行扩充。例如，在内核区的循环流中增加数字孪生流，在外场域影响因素中增加人工智能等要素，因而可能需要构建四重甚至五重螺旋模型来进行6G代际演进的创新性分析。
05
总结及启示
本文面向每一代移动通信发展的完整流程，从业务类型出发，基于每一代移动通信的关键技术和特点，分析了业务驱动下移动通信系统代内发展与创新的特征；同时，构建基于产业生态和多重螺旋的移动生态创新循环型螺旋发展分析框架，重点分析了业务、网络、终端、技术、市场和规制等六大关键要素作用下的代际演进特点。
1G移动通信由设备制造商和网络运营商构成价值链，而随着话音、短信和数据业务的发展，2G之后每一代移动通信产品开发和网络运营中的参与方增多，产业生态系统更加复杂。移动通信生态系统中，业务、网络和终端等三大构件以及技术、市场和规制等三大作用力共同作用，推动着每一代移动通信的标准、技术、网络架构、业务应用和市场等方面的创新和发展。而将三重螺旋模型与移动生态系统相结合，创新性地构建移动生态创新循环型螺旋发展分析框架，可以更好地分析移动通信的代际演进特性。具体来讲，将移动生态系统的业务、网络和终端等三大构件视为三重螺旋的内核区，每股螺旋都在不断完善，谋求自身发展；将技术、市场和规制等三大作用力视为三重螺旋的外场域，驱动内核区中每股螺旋不断完善和发展，最终促进系统代际间升级和演化。
分析结果表明，每一代移动通信内部和代际间演进都具有很强的创新性。代内创新贯穿于功能、接口、架构、信令流程、业务类型、产品实现、市场开发、网络建设、用户发展等每个方面，其中既有架构式创新和渐进式创新，也有颠覆性创新和突破性创新；而代际演进是在六大要素作用下的综合创新和发展，其规律和机制很难根据奇数代和偶数代来简单地加以区分。国内移动通信生命周期奇数代较短、偶数代较长的特点，更多地受标准自主权、建网策略以及牌照发放等的影响，其对本文所研究的代际间演进机制和规律没有直接影响。不过，未来如果将网络建设和业务扩散等因素的影响考虑进来，那么代际间演进、创新和发展的机制还有望得到进一步扩展和增强。
从政策层面看，每一代移动通信的发展都是由新业务和新需求联合推动的，因此准确挖掘和发现客户需求有助于尽早制定网络发展和技术开发计划，从而掌握专利或者标准方面的主导权。而系统内某种要素的变迁也可能带来系统功能或性能的变化。因此，本文所构建的移动生态创新循环型螺旋发展分析框架有助于从系统和全局的角度发现并解决问题，其对6G发展规划制定以及其他相关行业分析也有一定的参考和借鉴价值。
6G时代，通信生态系统将更为复杂，系统内关键要素增多，螺旋内部的能量流也必然随之变化，是否需要引入四重甚至更多重的螺旋模型还有待进一步探索。展望未来，随着6G的发展以及创新分析模型的完善，对于移动通信代际内和代际间创新机制的认识会更深入，这将对通信产业的未来发展起到更大的促进和推动作用。
作者简介：康辉，北京大学软件与微电子学院博士研究生，研究方向：电子信息创新管理；窦文章，北京大学战略研究所教授，博士生导师，研究方向：企业战略管理、电信技术经济；文志成，博士研究生，高级工程师，研究方向：产业经济、产业组织和反垄断。本文刊发于《创新科技》杂志2023年第4期。文章观点不代表主办机构立场。
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