2G時代:中國的亦步亦趨

1991年,愛立信和諾基亞率先在歐洲架設起了全球第一個GSM網絡。

那時中國的通信產業基礎設施和技術都還比較落後,西方發達國家卻已經開始移動通信的高速發展,從模擬時代跨入數字時代,GSM和CDMA相繼成熟。兩種技術標準鬥爭激烈,為了爭奪2G時代的霸主地位打得難分難捨。

GSM是歐洲的標準。因為1G時代受制於美國,所以在數字化通信剛起步的時候,歐洲各國就加強內部聯盟,在1982年成立了“Groupe Spécial Mobile(移動專家組)”,以向全球推廣基於時分多址技術 (TDMA)的“全球移動通信系統”(Global System for Mobile communications,GSM)。其目的是讓全球各地可以共同使用一個移動電話網絡標準,讓用戶使用一部手機就能行遍全球。

歐洲這麼做,稱霸1G的美國自然也不甘心,他們一下搞出了三套通信系統:其中兩套基於TDMA 技術,第三套則是高通推出的碼分多址技術(CDMA)。

從技術上來看,CDMA在容量與通話質量上要好於歐盟GSM的TDMA技術,但GSM起步更早,又得到大力推廣,短時間基站廣佈全球,致使CDMA成了空炮,歐洲在2G時代超越了美國!

這時候,中國才剛剛引入了GSM技術標準,但發展速度在世界通信史上都前所未有:

--1993年,我國第一個數字移動電話通信網在浙江省嘉興市開通;

--1994年,原郵電部部長吳基傳打通了中國歷史上第一個GSM電話;

--1996,我國電話主線數在世界上總排名攀升至第3位;

--1998年,我國公用電話網已經成為僅次於美國的世界第二大通信網絡;

之後,經過一系列令人眼花繚亂的調整,中國電信運營商七雄爭霸(電信、移動、聯通、衛通、小網通、吉通、鐵通)的格局基本形成。

時間到了2000年,2G的速度與容量上限逐漸面臨瓶頸,世界各國的運營商和手機廠商開始準備迎接3G時代之際。

1G到2G的“改朝換代”,也讓中國看到了突破的希望,除了引進研究其他國家的技術,國家也下決心在3G時代擁有自己的核心技術!於是,各大運營商和以華為、中興、大唐電信為代表的通信解決方案提供商都紛紛投身3G技術。

3G時代:燙手山芋TD-SCDMA

3G時代算得上是歐美中“三國演義”的時代,由此形成了三種3G通信標準。

歐洲原本推行GSM標準的國家聯合起來成立了3GPP組織 (3rd Generation Partnership Project),負責制定全球第三代通信標準。為了繞開高通的專利,3GPP小心翼翼地參考性能優異的CDMA技術,開發出了原理類似的WCDMA。WCDMA也是三大通信標準中最成熟、應用最廣的一種。

美國高通與韓國聯合組成3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) 與3GPP抗衡,推出了CDMA2000。

中國則希望這次能夠弄明白遊戲規則,為國內企業贏來一點話語權。

於是,抱著“即使第一次可能不會成功,但也會留下寶貴的經驗”的想法,1998年6月29日,原郵電部電信科學技術研究院(現大唐電信科技股份有限公司)向國際電信聯盟(ITU)提出了TD-SCDMA標準。2000年5月,ITU正式宣佈將中國提交的TD-SCDMA,與歐洲主導的WCDMA、美國主導的CDMA2000並列為三大3G國際標準。

當然,中國雖然搞出了自己的3G標準,但對其它兩種標準也有深入的研究,部分運營商和通信企業甚至走的是WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA三大標準同時研發的策略。

華為開始也是幾條腿同時走路的策略,但是後來卻將重心逐漸轉移到了WCDMA,尤其是2002年,其3G研發進程明顯加速——從年初率先通過MTnet測試,到年中率先打通基於2001年6月R99協議版本商用手機電話,緊接著推出了全球最小的WCDMA大容量基站,再到年末在ITU展上推出基於軟交換的WCDMA核心網設備。從1998年到2002年5年間,華為一共為WCDMA投入了30多億元資金。

TD-SCDMA被明確定為中國3G通信標準,商用化進程明顯加快。而工信部為了平衡三大運營商,將中國移動“逼上梁山”—於2009年將TD-SCDMA牌照發給了中國移動,與此同時,中國聯通獲得WCDMA牌照、中國電信獲得CDMA2000牌照。

業內人士都評價中國移動拿到一手爛牌。在中國移動獲得TD-SCDMA牌照之際,中國的TD-SCDMA僅有2萬多個基站,還算不上一張完整的3G網絡;用戶總數不到42萬,且國際上找不到任何盟友;更尷尬的是,根本沒有可用的TD手機芯片和手機。

這時,Marvell推出PXA920三核基帶芯片,實現了TD千元智能機。

4G時代:與世界比肩同行

當人們剛剛開始習慣用3G網絡刷刷微博、發發微信的時候,4G時代就以前所未有的速度悄然而至了,2013年12月4日,中國政府正式向國內三大運營商頒發了4G牌照,均為TD-LTE制式。

什麼是TD-LTE?LTE的全稱是Long Term Evolution, 也就是所謂的長期演進技術。這種技術增加了頻譜效率和數據傳輸速率,峰值速率能夠達到上行50Mbps,下行100Mbps。相比3G時代,10Mbps的下行峰值,速度提升10倍。

眾所周知,3G時代的WCDMA不可避免的觸及了CDMA的底層技術,使得手握專利的高通成了最大贏家。人們為了擺脫這種專利陷阱,於是重新把目光聚焦到了已經被淘汰的OFDM身上。最後的結果就是,OFDM成了4G LTE的關鍵技術之一,WCDM框架慘遭淘汰。

3GPP從2005年初就開始研究LTE;並於2008年將其作為3.9G技術標準;又在2011年提出了長期演進技術升級版 (LTE-Advanced) 作為4G技術標準;之後,各大運營商和巨頭,甚至包括高通,都相繼加入了LTE陣營。

與此同時,國內這邊,中國移動從拿到TD-SCDMA這張爛牌開始,就一直在主動尋找出路,LTE自然而然進入了移動的視野。當時,國際上的4G備選標準有WiMax和LTE,LTE又包括全球標準化組織提出的FDD LTE、TDD-LTE以及大唐提出的中國TDD-LTE。中國移動通過積極斡旋,最後形成了一個融合的TDD-LTE標準,裡面保留了大唐提出的幀結構,其他多與LTE FDD一致。在中國,TDD LTE標準被叫做 ‘TD-LTE’。

某種意義上,正是由於TD-SCDMA技術的基礎,中國在4G時代主導研發了4G標準的TD-TLE技術,在通信領域開始與世界比肩同行。

2013年年底4G牌照發放。中國移動首發的4款4G手機中,兩款採用高通方案,兩款採用Marvell方案,此後長達兩年的時間,Marvell的4G手機芯片一直佔據著世界第二的位置,比海思和MTK還領先。

5G和物聯網時代:未來可期

4G時代,滿足了人與人、人與物之間的通信需求;而5G時代,除了對用戶體驗速率、連接數密度、流量密度、時延、峰值速率、移動性等方面均提出更高要求的同時,連接需求正在從人與人之間的通信擴展到了人與物、物與物之間。萬物互聯將創造一個前所未有的萬億級新市場。

有比較流行的觀點認為,4G的LTE技術將朝著兩個方向演進,一個是更低的功耗、更廣闊的覆蓋和更多的連接;另一個是更高的速率、更高的帶寬和更大的流量。兩者殊途同歸,成為5G場景中的一部分。

據此,3GPP為5G定義了三大應用場景,分別為:

eMBB:3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務,從4G的100Mbps為單位,5G可高達10Gps,比 4G 快達100倍;

mMTC:大規模物聯網業務,5G網絡將能容納更多設備連接、同時維持低功耗的續航能力;

URLLC:如無人駕駛、工業自動化、遠程醫療等需要低時延、高可靠連接的業務。

在5G領域,華為為其標準和商用做出了重大貢獻,甚至一度被看作中國引領5G技術發展的標兵和國人的驕傲。

一方面,華為最先推進物聯網標準的發展,2014年5月,華為提出了窄帶技術NB M2M;2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT;2015年7月份,NB-LTE跟NB-CIOT進一步融合形成NB-IOT;2016年6月,NB-IOT在3GPP R13中正式凍結。

NB-IOT因為超強覆蓋、超低功耗、超低成本和超大連接的特性,特別適合物與物之間的溝通需求,該標準也被看作是5G商用的前奏和基礎技術。

另一方面,華為主推的PolarCode(極化碼)方案被國際無線標準化機構3GPP,確定為5G eMBB(增強移動寬帶)場景的控制信道編碼方案。也就是說,在5G eMBB場景上,華為Polar成為了控制信道上行和下行的編碼方案,而數據信道的上行和下行短碼方案則歸屬高通LDPC碼。

雖然華為這次的“勝利”並不代表其就拿下了5G時代,其只是在5G其中一個應用場景的一個編碼方案被採用,後續還有URLLC場景和mMTC場景的信道編碼方案的鬥爭,但是此次Polar碼的採納為華為後續的發言權打下了根基,意義非凡。

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