为何大国都在争5G?通讯标准风云史

科技动态 2018-06-19 阅读原文

上周,5G通信技术第一阶段的标准化工作完成,人类向5G时代又迈进了一步。

回顾这些年通讯市场的变化,我们看到摩托罗拉、诺基亚等巨头的兴衰轮转。通讯商业巨头们的股价曾在万众瞩目中荣登顶峰,又被时代的洪流冲刷而下。

背后究竟是什么在主导着一切?

“一流企业定标准、二流企业做品牌、三流企业做产品”——通讯标准的争夺才是各国博弈的真正战场。

从1G到4G,通讯标准风云中,我国话语权逐步加大。5G时代,我国能否最终取得领先地位?让我们回溯历史,为今天的“中国制造”打call。

从1G说起,你大哥的大哥大

1G打电话,2G聊QQ,3G刷微博,4G看视频。一切还得从最基础的“打电话”说起。

1986年,摩托罗拉8000X在美国芝加哥诞生,第一代移动通讯技术(1st Generation,简称1G)登上舞台。

摩托罗拉8000X,被中国人民亲切地呼唤为“大哥大”。为什么叫大哥大?一是因为,在那个“万元户”年代,想用上大哥大,要先支付6000元的入网费,并且每分钟资费0.5元,就跟现在的“北上广深房”一样,普通人穷尽一生买不起。当时谁若是从背后掏出一架大哥大,周围人无不膝盖一软,匍匐跪地,嘴里呢喃“你是大哥...你是大哥...”。二是因为摩托罗拉8000X体型巨大,形如板砖,在黑帮火拼中会有出人意料的效果,深得黑帮老大哥喜爱,因此得名“大哥大”。

但是大哥大还没当好多年,就退出了历史的舞台。原因是什么?先说个故事。

圣经旧约的创世纪章节里说到,当年人类为了通往天堂,联合起来修建通天塔。上帝得知后十分愤怒,于是大手一挥,让人类说起不同语言,相互之间无法沟通。通天塔无法进行下去,计划失败。

和通天塔不一样,通讯行业的玩家一开始就用不同的“语言”。1G时代不同国家的通信模拟系统互不兼容,导致各国厂商的设备无法互通。比如当年的巨头摩托罗拉和爱立信,两个巨头谁也看不上谁,各自的“大哥大”用的都是自家的频段,无法互通。这种闭关锁国的排外意识在一定程度遏制了全球通讯行业的发展。

“发展才是硬道理”,“互惠共进,而不是互相遏制”这个道理想必除了特朗普,谁都懂。为了修建一条通讯行业的通天塔,大家意识到必须用同样的标准,说同样的话。

1G-2G:开始说同一个语言

大家都同意说一个语言,可是说谁家的呢?毫无疑问,所有人都希望用自家的。

欧洲国家不乏瑞典芬兰这样的传统通讯巨头,但他们也意识到,与其内耗,不如抱团取暖,一起对抗美国这个强敌。商量之下,欧洲几个通讯巨头决定共同研究移动通讯技术标准,立志于让全球的移动电话共同使用一个标准,让大家一部电话走天下,打造移动通信世界的通天塔。

当年去营业厅办SIM卡,业务员小姐姐通常会问,办“神州行”,“动感地带”还是“全球通”?这个“全球通”是什么?

1991年,欧洲开通了“全球行动通讯系统”( Global System for Mobile Communications)。GSM标准采用了TDMA(时分多址技术),在传输速率和开放性上完胜1G模拟通信,很快便成为2G时代的主流标准。GSM便是“全球通”真身。

反观美国呢?欧洲短短数年间在全球广布基地台,建立起以GSM为标准的国际漫游通讯体系。而美国主导的CDMA(码分多址技术)因为发力稍晚,导致失去扩张的机会。美国在2G通讯标准上的失利也间接压缩了美国通讯巨头摩托罗拉的竞争力和市场份额。

后来我们看到,摩托罗拉、诺基亚等一代代巨头都被历史的车轮碾了。但是在2G往3G发展的阶段,出现了一个至今屹立不倒的巨头。它帮助美国在通讯标准上完成了对GSM的绝地逆转,堪称美国争夺3G标准霸主的最强兵器。

2G-3G:高通一手遮天

你也许从来没见过它的产品,但是你每天都在付钱给它。它是通讯行业最“拉仇恨”的公司,是几乎所有公司夜不能寐的梦魇。

它就是高通。

一切还得从CDMA说起。高通在2G时代初期就是CDMA的推行者,奈何动作不够快,导致丢失市场,最终只能含恨离场。但是很多人没意识到,CDMA技术带来的承载量是GSM的10倍以上,在技术层面完胜TDMA。

就在人们还沉醉于TDMA技术时,高通围绕功率控制、同频复用等技术构建CDMA专利墙,将所有有关CDMA技术的专利纳入麾下,开始一场旷日持久的阴谋。

第一步。高通先是将专利技术套入通讯标准,推行该标准,让大部分手机基于该标准才能互相通话。

然后再召集一批规模不亚于技术团队的专利律师军团,在大家用CDMA技术用得不能自拔之时,迅速抓住把柄,开打专利官司,罚对手一个血流成河。

第二步。将CDMA算法嵌入芯片,提供一整套系统单芯片(System on Chip, SoC)解决方案。

当时大部分手机厂商没有SoC整合的技术能力。于是高通对手机厂商们说,“你们一个个买通讯基带,CPU、GPU、声卡网卡芯片,太麻烦了。这样吧,我给你们打个包,全部组合进一个芯片里,小巧精美哦”。手机厂家们很少能抵抗住高通的诱惑,纷纷选择高通的芯片,心甘情愿地交芯片的钱,同时付高通CDMA标准的专利费。

高通一石二鸟,疯狂收割。

其实正常交个专利费也不是什么问题,但高通的专利费收法有点夸张。举个例子,首先,使用了高通专利的手机厂商必须先给一笔授权费,手机出厂后,根据手机售价再给5%-10%的费用。这意味着,就算你在手机上镶个钻石,这钻石的利润也得算高通头上,十分霸道,以至于小厂家听了都可能被吓尿。

然而,大家缴“高通税”痛苦,用高通产品却很上瘾。

痛并快乐着,这才是最难办的。

2017年,高通的芯片占据手机市场的半壁江山,最热门芯片前三名都归高通骁龙。骁龙芯片目前依然被认为是最先进的手机芯片,许多手机厂商的旗舰手机都以骁龙芯片为卖点。甚至是即将上市的小米,都曾因为骁龙芯片没到位而没法开手机发布会。


图片来源:安兔兔评测

2G-3G时代,CDMA标准的推广让高通得以卖出CDMA制的芯片,而高集成度的芯片又让更多的手机厂商使用CDMA标准,反过来又推动更多芯片的销售,形成正反馈,最终造就了高通不可一世的行业地位,带领美国完成对GSM标准的逆风翻盘。

2G-3G:中美欧三国杀

“一流企业定标准、二流企业做品牌、三流企业做产品”。

高通的芯片之所以强,不仅是因为它的产品好,品牌亮,更是因为高通是处于食物顶端,是定标准的企业。

国际标准的制定其实是一种政治操作的过程,背后涉及各方利益。各个厂商为了能够在标准的制定中取得利益的一致性,达成最终共识,便成立了3GPP和3GPP2这类组织。

1998年12月,欧洲领头成立3GPP,致力于绕开高通专利,从GSM向 WCDMA 过渡。美国不甘示弱,1999年1月,高通领头成立3GPP2,致力于推行自家的CDMA2000 技术。

在几番争论试验后发现,WCDMA比高通的 CDMA2000 更好用。于是欧洲动起了小心思,迅速开始推行 WCDMA 成为3G唯一的国际电信标准,希望能够引领全球3G局面。

回想起当年被欧洲GSM支配的恐惧,美国慌了。这时美国想起中国从西门子那买了核心技术,做了个叫TD-SCDMA的标准,并且这个标准也是基于CDMA制的,高通依然能收专利费。于是美国找到中国说,“你们TM不是也想,不对,你们TD-SCDMA不是也想进标准吗?咱们得抱团,一起支持TD-SCDMA和CDMA2000一起进标准,不能让欧洲一家独大。”

“鹬蚌相争,渔翁得利”,中国没理由拒绝。于是在中美联合下,欧洲放弃一家独大的妄想。

中标 TD-SCDMA,美标 CDMA2000 和欧标 WCDMA 共同成为3G国际电信标准的格局就这么形成。

然而故事还没完,对于美国来说,这种局面从来就不是他想要的。他还想要再“逆风翻盘”一次。

随着21世纪的到来,美国Intel推出采用了OFDM技术的WiMax(理解起来就是wifi的加强版,家里wifi覆盖100米,WiMax站点覆盖3000米)。

更让人窒息的操作是,原本国际电信联盟已经公告全世界,1998年是3G标准方案提交的Deadline,可是到2007年,美国WiMax还能打着3.5G的旗号,一哭二闹三上吊,逼着国际电信联盟再开专题会,成为第四个3G国际电信标准。

美国一波骚操作瞬间带起了 WiMax 热潮。当时加拿大、韩国、马来西亚等都成了WiMax的试验田。

只不过这些都是美国的跟风小弟。中欧两大势力的态度才是关键。

很不巧,欧洲表示敌视,中国还在旁观。

这时候,中国的站队就很重要。如果中国也像当年那样站美国,那中国就会成为压死欧洲的最后一块红色板砖。

回想起当年中美联合时吃的亏,欧洲立刻一路小跑来找中国结盟。其实,欧洲能找上中国,不是因为中国的技术有多么强大,而是因为在华为中兴的打拼下,中国的国际电信市场地位已不容小觑。

中国的抉择决定了未来通讯格局。

3G-4G:中国成为游戏规则的制定者之一

这个抉择并不难做。 欧美其中一方垄断通讯市场,对中国都不会是好事。让他们互相制衡才是正解。

于是中国拍拍欧洲肩膀说,“老兄别慌,我不会加入 WiMax 阵营的。我可以和你拉钩保证。”

在中欧联盟抵抗 WiMax 后,WiMax 的通信基础设备失去支持,使用体验惨不忍睹。时延高达1000毫秒,室内覆盖400米就不行,完全无法满足用户需求。随后WiMax 最大支柱英特尔撑不住了,宣布解散 WiMax 部门,当初孤注一掷投身WiMax 的加拿大电信巨头北电面临破产,韩国,马来西亚等国家纷纷割肉换队。WiMax 凄惨落幕。

虽然这一战赢了,但看到如此惨状,中国意识到,真正的地位只能靠自己打出来,投靠别的阵营只会沦为被利用的道具和权力斗争的牺牲品。

另一方面,面对人民日益增长的视频聊天交友需求,3G网速显然很乏力。恰逢4G核心正交分频多工(OFDM) 技术逐渐成熟,传输速率是 CDMA 的十倍以上,同时还绕开了高通的 CDMA 专利,这无疑是个一箭双雕的历史机会。

还有一个问题,调制模式我们是用时分双工(TDD),还是频分双工(FDD),两者区别就在于双向通信时采用哪种模式的信号收发信道。两者各有优缺点,有90%的底层技术是一样的,这时候采用哪个双工模式就得上升到战略层面了。

过去中国在通信标准上都是跟在欧美两大传统通信巨头后面,如今华为中兴在国际通信市场打下一片天,地位早已今时不同往日。回想那句话,“一流企业定标准、二流企业做品牌、三流企业做产品”,光做产品和品牌难免受制于人,只有制定游戏规则的人才能真正地立于不败之地。

于是,得知欧洲采用 FDD 后,中国立马开始主攻不同双工模式的 TDD(虽然中国本就有比较多的 TDD 相关专利),最终整出了TD-LTE。这是第一个中国主导的,具有全球竞争力的4G标准。凭借这个标准,中国拉拢了印度,日本,甚至美国的一些运营商。

在2017年,TD-LTE 基站有200万,占全球4G基站的40%,全球支持 TD-LTE 的终端近4269款,支持 TD-LTE 的手机3255款以上,实现了在通信标准层面上的弯道超车,成为全球通讯游戏规则的制定者之一。

4G时代,在 TD-LTE 标准的推动之下,中国的全球通讯地位更上一层楼。这个时期,我国手机品牌如华为,小米,oppo等迅速发展,开始与全球手机巨头三星,苹果同台竞技。

全球智能手机市场份额(16Q4-17Q4)


(图片来源:IDC官网)

4G时代,手握TD-LTE标准的中国成为全球通讯格局中不可忽视的一股力量。

5G时代:最大的敌人是自己

1G打电话,2G聊QQ,3G刷微博,4G看视频,那么5G还有多少想象空间?


首先我们来看看,5G要满足的三个场景:

1、增强型移动宽带(Enhance Mobile Broadband,简称eMBB)--更快,更更快!

2、海量物联网通信 (Massive Machine Type Communication,简称mMTC)--万物互联的物联网

3、超可靠和低延时通 (Ultra Reliable & Low Latency Communication,简称uRLLC)--工业自动化,自动驾驶

也就是说,5G不只是秒秒钟下完一部电影这么简单了,还意味着机器将更加的自动化,什么虚拟现实,物联网,人工智能,智慧城市等等一系列操作,有了更强大的5G以后,都将迎来广阔的应用空间。

从我们身边的每一件物体变得智能化,到无人驾驶汽车解放双手,再到VR和AR爆发出虚拟和现实交融的魔力,5G将渗透进我们生活的方方面面,让我们生活的便利性和丰富性飞升到一个难以想象的层面。

关于5G究竟有多么重要,高通CEO莫仑科夫这么说,“5G是一种全新的网络,它能为大量设备提供支持。5G的诞生与电力或汽车同等重要,它将对经济和社会产生深远影响。”

5G的影响力大家都能想象得到。那么拿下5G的标准,制定5G的游戏规则,重要性可想而知——不仅能够通过收专利费财源广进,更能够打破全球通讯格局。

前段时间大家还在被“联想5G标准投票“事件刷屏,一群不明真相的围观群众纷纷喷联想。那么真相是什么?

要知道真相,我们至少先得明白联想5G投票到底投的是什么东西吧?

目前可供5G选择的编码方案只有3种:

1、美国高通为首主推的LDPC技术

2、中国华为为首主推的Polar技术

3、欧洲法国企业为首主推的Turbo

而5G技术在上文讲的三个场景里,还分为控制信道编码和数据信道编码两个标准,编码又有长码和短码之分。目前还处在制定第一个场景eMBB的标准上。伴随我们从3G到4G的Turbo码由于种种原因,在5G时代遇到瓶颈,最先扑街,所以只剩下LDPC和Polar一决高下。

该在这场看不见硝烟的战争里,编码技术优势是一回事,综合实力和利益纠葛又是一回事。


在数据信道编码的长短码方案上,LDPC较为成熟,专利成本低,赢得了多数投票。

在决定控制信道编码的短码方案上,Polar码在会上赢得了多数支持。值得一提的是,在此编码投票上,华为的老对手中兴,在手机市场上的竞争者小米,vivo等,以及海峡对岸的台湾同胞联发科,宏基,台湾国立大学等都给予了巨大的支持。此编码方案能最终入选,体现了中国日益强大的国力,以及中华民族走向团结的心。

联想在控制信道编码的短码方案上投了华为。至于另外两个方案联想是如何投票的,联想没说,华为也没说。

唯一能说的是,在中兴芯痛事件发酵下,大家发扬爱国情怀无可厚非,可是拿着苹果手机上网喷他人不爱国,就不是很酷了。

说到底,中国在全球通讯行业的地位已经从受人欺辱,到跟班欧美,再到如今独领风骚。但是我们也看到,中兴缺芯,联想不想,内忧外患,国步艰难,缺乏领先技术,就难免处处受制于人。

5G标准之争才刚刚开始,未来大家还会要针对mMTC和uRLLC这两个场景的编码方案做投票决议。暗潮涌动之下是各国在技术实力,凝聚力,话语权等综合实力的较量。

虽然在国家03专项支持之下,中国在通信标准的软件实力上已经处于领先地位,但是在芯片射频等硬件方面依然不容乐观。

未来,中国将通过03专项的努力,在2020年到来时成为新一代移动通信产业全球领跑者之一。中国将以运营商为龙头,以应用带动系统,以系统带动设备,以设备带动终端,以终端带动芯片,同时把软件、天线、仪表这些薄弱环节带动起来。

我们不得不加大推进力度,攻坚克难,加快核心技术的突破,拿出更强的实力,才有可能在2020年到来时,站上5G时代的制高点,一览众山小。

最后,再为中国5G拉个票:

你内讧,我内讧,中国通讯怎么弄?

你不投,我不投,中国哪年能出头?

你不上,我不上,中国未来靠谁战?

你努力,我努力,中国就能出奇迹!

作者:林弘炜

主要参考资料来源:

1.《Evolution of Mobile Communication Network: from 1G to 4G》

2.《Overview on Generations of Network: 1G, 2G, 3G, 4G, 5G》

3.《从1G到5G 通讯产业变迁史回顾》

4.《中国通信简史》

5. 鲜枣课堂

消费: 这届年轻人究竟在消费升级还是消费降级?

半导体: 日韩中的半导体“三国杀”

交易所: 昔日改革路上的纳斯达克曾涨十倍,今天的港交所可否复制辉煌?

物业: 稳固的护城河与庞大的流量入口

餐饮: 坐拥四万亿市场的中国餐饮行业,为何出不了一家千亿龙头?

食品: 康师傅和旺旺们失去的,正是达利和周黑鸭们拥有的

酒店: 消失的汉庭和如家

保险: 今年平安翻一倍,大行喊你明年继续买保险股?

制药: 除了腾讯内房,港股的另一个十倍股摇篮

能源: 油价困局

零售: 下一代零售

医药: 新中国医药史:老抄国外怎么行,中国人也能做新药


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