用户注册 登录
珍珠湾全球网 返回首页

一湬的个人空间 http://zzwave.com/?23270 [收藏] [复制] [分享] [RSS]

日志

1G→2G→3G→4G→5G: 一部波澜壮阔的移动通信史

已有 265 次阅读2017-9-24 13:43 |系统分类:转帖--非原创请选择

  现代生活离不开移动通信,从信息的生成、传输到接收,网络通信的背后蕴含着数不清的闪光智慧。从1G到5G的演进,时代的转换一幕接一幕,其背后关于通信标准的江湖纷争也是波诡云谲、激烈异常,最终汇出了一部波澜壮阔的移动通信史。

  讲到双向无线通信,就不能不提摩托罗拉 (Motorola)。如果说当年AT&T是通信之王,摩托罗拉就是移动通信的开创者。

  摩托罗拉创立于1928年,二战时与美国陆军部签订合约、协助其研发无线 年,摩托罗拉研发出了第一款跨时代产品 SCR-300,至今仍是电影中美国通讯大兵最经典的形象。

  虽然 SCR-300重达16公斤,甚至需要一个专们背负的通信兵、或安装在车辆和飞机上,然而由于 SCR-300使用了FM调频技术,使通线公里,足以让炮兵观察员联系到炮兵阵地,也能让地面部队跟陆军航空兵通讯。

  无论是二战期间的通信设备,之后第一款彩色电视机、半导体芯片、DSP通讯手机芯片,和1980年发明的“大哥大”、建立了AMPS (Advanced Mobile Phone System) 电话系统…

  摩托罗拉作为模拟通信技术的佼佼者,在移动通信及电脑处理器领域中都是市场先锋,更在1989年被选为世界上最具前瞻力的公司之一。

  由于1G模拟通信的通话质量和保密性差、信号不稳定,人们开始着手研发新型移动通信技术。1980年代后期,随着大规模集成电、微处理器与数字信号的应用更加成熟,当时的移动运营商逐渐转向了数字通信技术,移动通信进入2G时代。

  由于通信产业为国家战略产业,通信标准之争的背后是国与国、联盟之间的综合角力,一旦输了的一方则须持续向对方联盟缴纳高额专利费,且更容易被对方掌握产业主动权。

  二十年来,欧盟始终不甘落后于美国,若各自搞出一个不同的标准、很难界上占主导优势 (标准这东西就是人多、说话大声拳头硬的就赢了;总不能全世界只你一个人跟别人用不一样的)。

  GSM的技术核心是时分多址技术 (TDMA),其特点是将一个信道平均分给八个通话者,一次只能一个人讲线的信道时间。

  GSM的缺陷是容量有限,当用户过载时,就必须建立更多的基站。不过,GSM的优点也突出:易于部署,且采用了全新的数字信号编码取代原来的模拟信号;还支持国际漫游、提供SIM卡方便用户在更换手机时仍能储存个人资料;能发送160字长度的短信。

  1991年,爱立信和诺基亚率先在欧洲上架设了第一个GSM网络。短短十年内, 全世界有162个国家建成了GSM网络,使用人数超过1亿、市场占有率高达75%。

  在欧洲人野心勃勃地想要超越美国称霸世界时,美国人同一时间却搞出了三套通信系统。其中两套同样是基于TDMA 技术的、第三套则是高通推出的码分多址技术(CDMA)。

  TDMA的信道一次仅供一个人使用、八个用户得轮流使用,容量有限;然而CDMA采用加密技术、让所有人同时讲话也不会被其他人听到(好比编号1只能与编号1通线通话,互不干扰),容量大幅提升。

  从1950年代起,CDMA就是美军军方的通信技术之一。在创始人Irwin Jacobs和Andrew Viterbi领军下,高通在1989年成功将CDMA 应用在移动通信上。

  然而高通没有实际的手机制造经验,欧洲的运营商们也对它的知识产权不感兴趣。即使是在美国也只有极少数的运营商愿意使用该系统。

  早期有关CDMA的报导都是相当消极的,基站不能达到预期的性能,CDMA手机也无处可买。总体而言就是雷声大,雨点小。

  在2G时代,CDMA 是个失败者。另一方面,美国在通信标准之争上的失败,间接也影响了摩托罗拉手机的竞争力。

  当数字移动电话渐渐取代模拟移动电话时,摩托罗拉仍在模拟移动电线%的份额,但数字移动电话却不到二成。

  对于数字通信的,摩托罗拉错估了模拟手机的寿命,当时其高管表示:4300万个模拟手机用户,错不了的!

  如同AT&T当初不愿砸钱在无线电话部门上一般,摩托罗拉当中最赚钱、说话也最大声的模拟手机部门更不可能让资源流到数字手机部门里。

  同样的故事也可见于而后的诺基亚与智能手机之争。企业巨头的倒下很少是源于单一的外在因素,多是由于企业内耗、导致技术推进缓慢。

  1997年,摩托罗拉终于走坛,其全球移动电线年辉煌的摩托罗拉终于被一家之前还在造纸、1992年才推出第一部数字手机的公司——诺基亚击垮。

  如前文所述,高通的CDMA技术在容量与通话质量上皆优于欧盟GSM的TDMA技术。但GSM早一步部署,短时间内快速推行全球,以致CDMA在当时不过是雷声大雨点小,高通也一度陷于危机之中。

  走进高通位于圣地牙哥的本部,迎面而至的一堵厚厚的专利墙上,镶嵌着高通所持有关于移动通信将近1400项专利。

  高通的一切都明明白白的写在了这面墙上:财富、垄断、成功… 高通就像一条毒蛇,深谙扼住宿主脖子、获取高额利润之道。

  冷战时期,美方所使用的通信方式能将信息进行加密与解密,称为码分多址(CDMA)技术,以确保信息传输时不被苏联所窃取。

  Linkabit是圣地牙哥 (San Diego) 第一家电子通讯技术公司,负责承接这笔订单、为美方和航太局开发卫星通信和无线通信技术。

  Linkabit的两位创始人皆是通信界的大牛──Irwin Jacobs任教于麻省理工电机系,其著作《通讯工程原理》( Principles of Communication Engineering ),奠定了当时乃至于现在的通讯基础,至今仍是通讯界圣经宝典。

  可惜的是,此时欧洲通信标准协会已着手进行GSM技术标准制定,随后很快推行到了欧洲与日本市场。

  美国本土的通信工业协会也认定GSM所采用的TDMA技术为2G标准。尽管CDMA比TDMA的容量更大、通话质量更好,但技术更复杂,大半运营商不相信技术的可行性。

  高通围绕着功率控制、同频复用、软切换等技术,构建了CDMA专利墙,相较于其他厂商在专利数量和品质上都有非常大的优势。

  在高通,养了一批不下于技术研发部门的庞大专利律师军团,通过并购、对手专利侵权等专利战,将所有CDMA的相关专利都一步一步拢络过来。

  第二步是大量申请垃圾专利,用垃圾专利其核心专利──在旧有的专利到期之前便申请新的专利、或大量申请CDMA外围专利,然后申告该技术为新技术的一环,了关于CDMA 内外围的所有技术。

  首先要明白为啥需要通信标准?你总不能让电信打不通移动的手机、华为打不通iPhone手机,制定统一的通信标准的目的就是让不同运营商商、基站设备与手机之间能互联互通。

  由于GSM标准由欧洲运营商和设备商(如爱立信、诺基亚)共同提出,共同享有知识产权,专利基本上是的。

  但高通表面上提出了一套采用CDMA技术的2G标准,实际上将CDMA专利技术藏在了里头,等于使用该2G标准时,也就踩到了高通的专利。

  这种以单一家公司专利而垄断某一标准的行为,照理说不会发生于由组成的通信标准制定小组里,别的国家与厂商因本身利益冲突,必然会极力反对。

  然而,当时2G研究才刚起步,多数厂商的注意力仍在欧洲人所提出的GSM标准上,高通的CDMA技术并没有多少人闻问,反而让高通趁隙而入。

  高通的最后一步棋,是把CDMA的演算法嵌入集成芯片。其最大特点为整合信号的发送与接收、电源管理和数模转换等于单一芯片之上,即今天我们称的SoC(System on Chip, 片上系统)。

  这样一来,使用高通专利的手机厂商,必须先缴一笔授权费取得专利使用权。在芯片或产品量产后,再依据出货量收取根据产品售价一定比例的费用,平均需缴纳手机销售额5-10%不等的金。

  这点可是相当的不合理的——屏幕、镜头、机壳等零件全部与CDMA毫不相关,也得被抽销售额的百分比。(难道在手机上镶了块钻石, 利润还得算在高通头上吗?)

  那时高通提供了SoC一套完整的解决方案,大多数手机厂商还没SoC整合的技术能力,也只能乖乖挨这一刀。

  你设局,也要有人愿意踩。高通专利的高门槛挡住了竞争对手,也挡住了CDMA的迅速市场化,多数运营商还是选择了GSM系统,靠专利使用费养活的高通在美国活的并不好。

  在发展CDMA之前,韩国运营商、手机等通讯设备制造业相当薄弱。1990年11月,高通和电子通信研究院 (ETRI) 签署有关CDMA技术转移协定。

  高通答应把每年在韩国收取专利费的20%交给韩国电子通信研究院、协助其研究,韩国也宣布CDMA为韩国唯一的2G移动通信标准,并全力支持韩国三星、LG 等投入CDMA 技术的商业应用。

  韩国不向支持GSM的欧洲靠拢、选择了CDMA作为2G标准,主要是为了低廉的专利优惠,虽承担了一定的风险,最终也获得了相应的回报。

  通过发展CDMA,韩国的移动通信普及率迅速提高,短短五年内移动通信用户数达100万,SK电信成为全球最大的CDMA运营商。通讯设备制造商更是异军突起,三星成为全球首家CDMA手机出口商。

  CDMA不仅带动了韩国通信业的发展,也促进了整个韩国经济的发展。所以多有人说:“韩国人救了高通”,高通更从此成为全球性的跨国大公司。

  韩国的成功典型,第一次向世界证明了CDMA正式商用的可能性,也让美国一些运营商及设备商对CDMA技术开始恢复信心。

  2000年后,2G的速度与容量上限逐渐面临瓶颈,经历了1G到2G眨眼间便大举翻盘的技术变革,各大手机厂商吃了历史教训,个个提心吊胆着准备迎接3G时代。

  3G最大的优点是更快的网速,2G的下载速度约仅9600bps~64kbps,而3G初期的速度则为300k-2Mbps,足足提升了三十倍多。

  爱立信、诺基亚、阿尔卡特等实力雄厚的欧洲厂商虽知TDMA难敌CDMA的优势,更难以作为3G核心技术,但谁也不想接受高通的方案。

  3GPP小心翼翼地参考CDMA技术,以尽量绕过高通设下的专利陷阱,开发出了原理类似的W-CDMA。

  谁也不想被高通揩油,所以用CDMA2000的少;TD-SCDMA 只有中国使用;自然,最后的结果是W-CDMA的参与者最多,在三个3G通信标准中最成熟、市场占有率也最高。

  不过,因三大通信技术都碰触到了CDMA的底层专利技术,仍无法避免地被高通硬生生啃掉一块利润大饼,高通可谓是3G时代最大的赢家。

  事实上,从2000年开始,通信业界就在呼喊3G,但喊了几年,直到2007、2008年才开始真正普及,这是什么原因呢?

  很简单,市场没有杀手级的应用,你技术再强大也没有用。反之,高通费尽心思将专利写入标准,但标准没人用,也是只能摊手。

  一提到智能手机,大家自然就想到了乔布斯,苹果在2007年推出了第一台iPhone,从而推动了一个智能手机的时代。

  但想到智能手机这个idea的人并不是乔帮主,他也是从曾经的诺基亚Symbian手机与微软Windows Phone借鉴而来的。

  21世纪初,电信业界描绘的3G世界如是说:任何人可以随时、随地,利用移动电话或其他移动设备 (例如PDA),打电话、上网;除了传送语音之外,还可以传送数据、视频、电脑游戏…。

  IBM Simon在1994年开卖世界上第一台智能手机,完全使用触控式键盘,也是第一台以软件应用程序为卖点的手机。

  3G曾经承载着全球电信业的高度期待,2000年时,英国、、法国、意大利和西班牙等国家,开始竞标3G牌照和无线频谱拍卖,各家运营商总计投下约900亿美元。更是创下了高达458亿美元3G牌照的拍卖纪录。

  照理说,高额的投标将来都是要到消费者身上。欧洲的3G牌照费约是部署系统的3倍,意思是从提供3G所产生的非语音收入 (也就是上网费用),必须是语音的3倍,整个投资才能回本。

  于是研发者留下了负债和几近无用的3G牌照就离开了,有些公司还试图与发放牌照的打官司。不但后续融资与设备投资举步维艰、股价重挫,也让3G服务无法如期推出。

  美国《彭博商业周刊》以“泡沫的故事”、“一场欧陆大灾难”来形容欧洲3G愿景的幻灭。直到四、五年后,欧洲运营商才逐渐恢复元气,开始建设3G网络。

  相较于早早烧完钱、以致于在3G转型上慢了一步的欧洲人,美国运营商由于现有频率占用问题使得发放牌照时间延迟,直到2004年初才能发放3G牌照,这反使美国运营商保有更多余力与资金投入3G网络,可以说是因祸得福。

  最早的智能手机操作系统是微软在1996年发布的Windows CE。由于微软在PC操作系统上没有对手,面对全新的移动通信市场仍沿用过去PC操作系统的思维方式,导致了系统速度缓慢的先天缺陷。

  另一方面,英国公司Psion和诺基亚、爱立信、摩托罗拉在1998年合资成立了Symbian公司,研发手机专用的操作系统以抵御来势汹汹的微软。

  Windows CE其实仅是精简版的Windows系统, 而Symbian一开始就是为手机而生,稳定度有更出色的表现。

  可惜的是,在 1999-2004年间,Symbian在发展上仍然以传统手机功能为主,诺基亚内部的心态总是:最重要的是如何卖出手机,应用程序只是让手机更好卖。

  Symbian也过诺基亚在智能手机的开发上可以有更多其他的功能,无奈诺基亚就是听不进去。

  此景彷若当时的摩托罗拉从模拟向数字手机转型,当时最赚钱、说话最大声的部门是有键盘、好接听的功能手机,触控式屏幕、甚至是最关键的APP生态系并不在Nokia高层的认知中。

  在Windows Mobile与Symbian大乱斗,诺基亚依然一家独大的情形下,有一个角色正在偷偷地壮大,它的名字叫苹果。

  2005年,苹果收购了一家叫FingerWorks的公司,这家公司自1999年起便开始研发手势识别、多点触控等技术,但在当时这样的应用并不为人们所看好,也没人猜到苹果买它来做什么。

  iPhone1主打的 iTunes Music Store、Sari、Email、Camera 等应用,皆以图形化的方式呈现在简洁优美屏幕上,搭配多点触控屏幕技术,iPhone去除掉了键盘、单以一个 Home键和手指即可操作。

  2008年苹果推出iOS 2,新增了最重要的应用商店 (App Store),可以在该平台上下载安装应用程序,开始了APP生态系统的新时代。

  你不会利用手机去推销生态系统,只会利用生态系统去推销手机。Symbian一直在示好并鼓励第三方开发者,在 iPhone 发布时, Symbian平台上已有一万多款应用。

  然而,Symbian整整花费了7年时间在APP生态系统上所取得的成绩,苹果在发布iOS第一版的一年多后就超越了。

  通过统一平台,苹果帮助使用者更方便地购买应用程序,只能说缺少应用商店是Symbian的一个致命失误──没有资源的人若想自行开发将会非常困难,而开发和成本也很高。

  真正有远见的企业家,是提早10年看到趋势并提早布局,最后在适当时机点推出产品,让市场爆发性成长。

  3G的部署与网络速度的提升,早在2005年左右便已完工 (若非欧洲破产重整、美国牌照延迟, 早在2000年时3G技术已确立),同时,移动上网、应用程序(App)、手机操作系统也早已开展。

  然而始终像一支蹩脚的足球队一样,缺乏临门一脚,以至于3G用户人数不多,始终无法普及。也因为资源早已备齐,所以才成就了iPhone的成功。

  智能手机于2005-2007年间起步,2008-2012年爆发性成长,转折点在于iPhone。智能手机的轰动,也成功拉动3G用户暴增,进而迎来4G更高速上网时代。

  随着智能手机的发展,移动流量需求上升,W-CDMA随后演进出3.5G的HSDPA、3.75G的HSUPA ,但其中的CDMA技术框架没有改变。而高通CDMA后续演进出的 1x EV-DO,于2001年被接受为3G技术标准之一。

  先简单介绍一下授权频谱那点事。1980年代以前,美国所有的无线设备都得经过频谱授权。后来美国通信委员会 (FCC) 将标准放宽,仅限于发射功率较大、容易产生信号干扰的无线设备需经过频谱授权,其他低发发射功率的设备可以使用未授权频谱。

  WiFi设备就是在IEEE的下发射功率不能超过100mW,实际的发射功率可能也就在60到70mW。

  为了能让各家厂商能根据同一个标准生产兼容的设备,让通讯器材能有互通性,1999年,IEEE分别推出了802.11b与802.11a两种WiFi标准,分别使用 2.4GHz和5GHz频段,彼此标准不相容。

  OFDM+MIMO技术,解决了多径干扰,提升了频谱效率,大幅地增加系统吞吐量及传送距离。这两种技术的结合,使得WiFi取得了极大的成功。

  2005年,Intel和诺基亚、摩托罗拉共同宣布发展802.16标准,进行移动终端设备、网络设备的互通性测试。

  OFDM说起来也不是新技术,早在1960年代贝尔实验室发明OFDM后,技术框架约在1980年代便已建立完成。

  简单来说就是CDMA太红,如果 Intel和 IT大厂没有在WiFi上将OFDM技术发扬光大,电信业没有一家注意到早期不被重视的OFDM。

  OFDM 不但能有效消除多径干扰,复杂度也比CDMA小了很多,相较于CDMA事实上更有优势。

  若能有效将4G传输速率提升,又能绕过高通的CDMA专利陷阱,那是大好不过了!3GPP组织立即看风向转向。(承相~起风了~~)

  又在2011年提出了长期演进技术升级版 (LTE-Advanced) 作为4G技术标准,准备把W-CDMA汰换掉,转而采用OFDM。

  为了不落人后,在2005年WiMax进军移动通信业时,高通耗费了六亿美元,战略性收购了专门研发OFDM技术的Flarion公司。

  况且全球覆盖率最高的基站正是W-CDMA,因此,各大运营商无不纷纷决定采用LTE-Advanced当作通信技术标准。

  UMB因为没人支持而迅速式微了下去,隔年高通就把UMB停掉、宣布加入3GPP的LTE阵营了。

  WiMax论坛 (WiMax Forum) 的组成份子复杂,各怀鬼胎,在毫无共识的情况下产业发展整个乱了套。

  如同高通败在W-CDMA基站的广覆盖上,LTE可兼容WCDMA,且利用现有基站配套设备,而WiMax基站却要从头建起。

  此时此刻的高通已无法复制3G时代的荣景,4G已经没有再使用CDMA技术了。(不过由于布局广,就算曾经的命脉CDMA被大幅削弱重要性,在OFDM上还是能收很多专利费)

  2G实现从1G的模拟时代数字时代,3G实现从2G语音时代数据时代,4G实现IP化,数据速率大幅提升。

  5G将会给我们带来怎样的改变?5G最大的改变就是实现从人与人之间的通信人与物、物与物之间的通信,实现互联,推动社会发展。

  速率方面:从4G的100Mbps为单位,5G可高达10Gps,比 4G 快达100倍,轻松看3D影片或4K电影。

  容量与能耗方面:为了物联网(IoT)、智慧家庭等应用,5G网络将能容纳更多设备连接、同时维持低功耗的续航能力;

  5G的容量是4G的1000倍,峰值速率10Gbps-20Gbps,意味着采用更高的频段,建设更多的基站,并引入Massive MIMO等关键技术。

  低时延和大规模物联网连接,意味着网络能提供多样化的服务,这就需要网络更加灵活和分布,从而需要基于NFV/SDN向软件化/云化转型,用IT的方式重构网络,实现网络切片。

  而虚拟化打通了开源平台,让更多的第三方和合作伙伴参与进来,从而在已运行多年的成熟的电信网络上激发更多的创新和价值。

  5G是一个端到端的生态系统,它将打造一个全移动和全连接的社会。5G主要包括三方面:生态、客户和商业模式。它交付始终如一的服务体验,通过现有的和新的用例,以及可持续发展的商业模式,为客户和合作伙伴创造价值。


路过

鸡蛋

鲜花

支持

雷人

难过

搞笑
 

评论 (0 个评论)

facelist

您需要登录后才可以评论 登录 | 用户注册

Archiver|手机版|珍珠湾全球网

GMT+8, 2017-10-24 12:03 , Processed in 0.025672 second(s), 7 queries , Apc On.

Powered by Discuz! X2.5

回顶部