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1G→2G→3G→4G→5G 移动通信的发展历程

时间：2017-09-22来源：本站原创


 

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。

 

1G.模拟之王——摩托罗拉

 

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是有线通信之王，摩托罗拉就是移动通信的开创者。

 

最初，无线通信技术主要应用于国家级的航天与国防工业，带有军方色彩，摩托罗拉的发展也是如此。

 

摩托罗拉创立于1928年，二战时与美国陆军部签订合约、协助其研发无线通讯工具。1941 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。

 

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。

 

2G.GSM与CDMA之争

 

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，随着大规模集成电路、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。

 

摩托罗拉垄断了1G，也意味著第一代通信标准把持在美国人手里。

 

在数字通信刚起步时，欧洲各国意识到：单打独斗在技术上将难以和美国抗衡。

 

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、很难在世界上占主导优势 （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）。

 

它们吸取了各自为政的失败教训、加强内部联盟，终于在2G时代超越了美国。

1982年起欧洲邮电管理委员会成立了“移动专家组”负责通信标准的研究。

 

GSM的名字即是移动专家组（法语: Groupe Spécial Mobile）的缩写，后来这一缩写的含义被改为“全球移动通信系统”（Global System for Mobile communications），以向全世界推广GSM。

 

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，一次只能一个人讲话、每个人轮流用 1/8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。

 

可以说，移动通信的技术与应用在2G时期有了惊人的进步。

 

1991年，爱立信和诺基亚率先在欧洲大陆上架设了第一个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通话、编号2只能与编号2通话，互不干扰），容量大幅提升。

 

从技术上来看，CDMA系统的容量是GSM的10倍以上。

 


 

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。

 

与此同时，欧洲大力投资GSM，短短数年内建立了国际漫游标准，在全球广布GSM基站。

 

自然，CDMA起步较GSM晚了一步，加之美国国内资源又被分散，CDMA失去了大半江山。

 

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话市场有40%的份额，但数字移动电话却不到二成。

 

对于数字通信的威胁，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，摩托罗拉终于走下神坛，其全球移动电话市场份额从1997年的50%暴跌到17%。持续了20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。

 


 

3G.高通的专利地雷与三大标准之争

 

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。

 


 

Linkabit是加州圣地牙哥 (San Diego) 第一家电子通讯技术公司，负责承接这笔订单、为美国军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�。两袢允峭ㄑ督缡ゾΦ�。

 

另一位创始人Andrew Viterbi提出了著名的维特比算法 (Viterbi algorithm) 。

 

1980年，Jacobs和Viterbi将Linkabit 卖给同属通讯领域的 M/A-COM公司，并于1985年创办了高通 (Qualcomm)，意即有品质的通信 (QUAlity COMMunications)。

 

1989年，高通大幅改善了CDMA的功率问题，并成功将其商用化。

 

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。

 

高通发展的一大关键，在于Jacobs狡诈莫测的三大专利流氓手段：

 

1）造地雷：建立垄断的专利布局

 

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。

 

但高通不满足于此，它要一人享用这笔丰厚的利润。

 

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、控告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。

 

专利律师的职责，就是申请专利、谈专利价格、控告侵权公司。

 

第二步是大量申请垃圾专利，用垃圾专利保证其核心专利──在旧有的专利保护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，封杀了关于CDMA 内外围的所有技术。

 

2）埋地雷：将专利技术套入通信标准

 

收集齐了专利地雷还不够，还要让人得踩到才行。

 

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，专利基本上是开放的。

 

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各国成员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。

 

3）更多的地雷：将CDMA演算法整入芯片

 

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mk体育称的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%不等的权利金。

 

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。

 

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。

 

欧美中斗法：三大3G通信标准

 

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霸道的方案。

 

于是欧洲与日本等原本推行GSM标准的国家联合起来成立了3GPP组织 (3rd Generation Partnership Project)，负责制定全球第三代通信标准。

 

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。

 

既然你们都有一套自己的标准，当然，咱们中国也不能落于人后，硬是搞了一个TD-SCDMA。

 

3G的崛起，从iPhone开始

 

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。

 

真正让3G火起来的、让高通大赚的，还是源于移动通信设备的革新——智能手机。

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。

 

听起来似乎相当熟悉？现今习以为常的场景，二十年前可是个宏大的理想。

 

3G曾经承载着全球电信业的高度期待，2000年时，英国、德国、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。德国更是创下了高达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转嫁到消费者身上。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。

 

在缺乏移动上网的杀手级应用的情况下，显然是不可能的事情。

 

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政府打官司。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。

有了完善的3G网络后，万事俱备、只欠东风，就差一部智能手机了。

 

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也建议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。

 

5G.改变社会

 

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

 

5G将会给mk体育带来怎样的改变？5G最大的改变就是实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信，实现万物互联，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；

 

低时延方面：工业4.0智慧工厂、车联网、远程医疗等应用，都必须超低时延。

 

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是商业模式的转型，也是生态系统的融合。

 

正如NGMN所定义的：

 

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。

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