从摩托罗拉和高通看现代通信技术发展

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信息传输技术,包括信息的发送、传输、交接、显示、记录等技术,从古代的飞鸽传信,快马加鞭送信,到近现代的电报,电话,传真等都是我们传递信息的技术手段,我们传递信息的效率随着技术的发展也变得越来越高。

在这里由于篇幅有限和话题重要性,不可能从古代到现代一一介绍,我在这里选取无线移动通信这一块离我们最近也是最重要的一块和大家讲述,结合多个公司的发展和落寞,希望对大家有所启发。

我们来回顾一下无线通信的发展历史。

1G

第一代为模拟式语音移动通信系统(简称1G),它于20世纪80年代初投入使用。

这期间摩托罗拉是不折不扣的霸主。

摩托罗拉在无线电通信方面的实力很强,它的调频技术和天线技术都是领先于世界的,二战时期,摩托罗拉参与了便携式无线通信的工具的研发,1940年,摩托罗拉研制出真正用于战场的报话机SCR300(下图上),1942 年,摩托罗拉公司再接再厉,研制出“手提式”的对讲机(Handy Talkie)SCR-536(下图下)。

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摩托罗拉在模拟无线通信方面有任何公司都无法比拟的技术优势,并且创造出多项世界第一。它在八十年代初发明了民用蜂窝式移动电话,也就是早期说的大哥大,现在说的手机,其自然是1G时代的领跑者,并且充分享受了80年代的红利。

但也是因为太注重模拟手机所带来的利润,当90年代开始兴起,数字手机开始出现时,由于公司的领导人和公司基因的问题,导致其对于数字手机的判断失误,导致其被诺基亚给超越了。

2G

第二代为数字语音移动通信系统(简称2G),它是20世纪90年代市场的主导产品,目前广泛使用的其演进到最高阶段速率能力为384Kbi/s的GSM(全球移动通信系统)、CDMA(一种码分多址的无线通信技术)就属于2G。

2G主要以提供话音业务为主,一般也仅提供100-200Kbit/s的速率,这只是区域或国家标准。

说到GSM和CDMA,还有一段故事要讲。

因为1G时代受制于美国,所以在数字通信刚刚起步的时候,欧洲各国就吸取了各自为政的失败教训,加强内部联盟,于1982年成立了“移动专家组(法语: Groupe Spécial Mobile)”,以向全球推广基于时分多址技术 (TDMA)的“全球移动通信系统”(Global System for Mobile communications,GSM)。GSM的目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。

GSM 的技术核心是时分多址技术(TDMA),即将每个无线频率均匀地分给八个(或者十六个)手机用户,每个用户交互地占用八分之一的信道时间。(注:人们通话时,语音直接的间歇时间其实很长,只有语音编码做的合理,就可以几个用户共用一个信道。)GSM 实现简单,在成为欧洲标准的第二年,即 1991 年,就由爱立信和一家芬兰公司架设了第一个 GSM 的移动通信网。两年后,包括中国在内的四十几个国家采用了GSM 标准。

而美国却提出了好几个主要的标准, 包括基于时分多址的iDEN( 其主要支持者是摩托罗 拉), D-AMPS( 其主要支持者有ATT)和码分多址(CDMA )的CDMA-ONE( 其主要支支持者是高通QualComm), 比较混乱。

虽然高通推出的码分多址技术(CDMA)从技术上来看,在容量(是GSM的10倍以上)与通话质量上皆优于欧盟GSM的TDMA技术。但因GSM起步早、大力推,短时间在全球内广布基站,而且一致性强,致使CDMA在当时不过是雷声大雨点小,让欧洲在2G时代超越了美国。

而诺基亚作为芬兰公司,是GSM标准的最大受益者,其在第二代手机的竞争开始时和摩托罗 拉站在了同一条起跑线上,而且因为没有摩托罗拉第一代模拟手机的负担, 轻装上阵, 很快就成为全球的领跑者。

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这里我们延伸谈谈维特比算法和CMDA

维特比算法

高通公司创始人安德鲁维特比所提出的维特比算法是非常非常精妙的算法之一,它把数字通信的解码复杂度降低了亿万倍,甚至更多,没有这个算法,我们今天的手机打不了电话,计算机的硬盘无法工作语音识别,机器翻译等等,也无法完成了。

当年维特比要解决的是通信传输中的纠错解码问题,在数字通信中,0可能在传输中被误传输成了1,1可能变成了0,在解码时,即使看到了1,也要考虑它有一个很小的可能性是0被传输错了产生的,这样一来,一个长度为N的信息串,就会有2的N次方种可能性。

我们小时候都听过棋盘放米的故事,当N一大,指数爆炸式增长,这个数字会变的非常大。

维特比算法从本质上讲,是把一种指数复杂度的问题,变成了线性的复杂度。这可能是所有的计算机算法中复杂度下降最大的改进。今天,除了语音识别、机器翻译、拼音转汉字、汉语的分词等用到了维特比算法,各种语言的拼写纠错,基因的测序,通信的解码都要用到它。

CMDA

早期的移动通信所面临的还不是保密问题,更多地是如何利用极为有限的带宽传输更多信息的问题,同时还需要解决移动通信的抗干扰问题,在这两方面,CDMA有着天然的优势。

在CDMA之前,移动通信使用过两种技术:频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA),CDMA的做法和上述两种方法都不同,它既不是使用固定的频率传输,也不是分时共享,而是让每一个网络用户都可以占用很多频带,而且也不对时间进行划分。在CDMA协议中,每个发送者被赋予了不同的密码,接收者在接到不同信号时,通过密码过滤掉自己无法解码的信号,留下那些和自己密码对应的信号即可。

码分多址其实将边际成本降低到近乎零,同时允许用户在网络不繁忙时占用很多资源通信,因此网速显得特别快。

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3G

由于2G其局限性,促进了一个具有世界性标准的未来公共陆地移动通信系统的诞生,这就是第三代移动通信系统。

第三代移动通信系统的概念是1985年由国际电信联盟提出来的,1995年更名为国际移动通信IMT2000。IMT-2000支持的网络被称为第三代移动通信系统(简称3G)。它的最大特点是使用共同的频段,实现全球无线漫游。不仅如此,它还能支持话音、分组数据和多媒体业务,大大提高了传输的灵活性和信道效率,特别是还能支持 Internet(互联网)业务。

其中有三大标准。

欧洲方面,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。为了绕开高通的专利陷阱,3GPP小心翼翼地参考性能优异的CDMA技术,开发出了原理类似的WCDMA。WCDMA也是三大通信标准中最成熟、应用最广的一种。

美国高通当然不会服输,与韩国联合组成3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) 与3GPP抗衡,推出了CDMA2000。

而中国希望摆脱依靠别人制定标准的现状,积极参与了进来,可能不会成功,但是至少是积累经验。

由中国大陆地区原邮电部电信科学技术研究院(现大唐电信科技股份有限公司)提出了TD-SCDMA标准。2000年5月,ITU(国际电信联盟)正式宣布将中国提交的TD-SCDMA,与欧洲主导的WCDMA、美国主导的CDMA2000并列为三大3G国际标准。

不过,中国虽然搞出了自己的3G标准,但对其它两种标准也有深入的研究,部分运营商和通信企业甚至走的是WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA三大标准同时研发的策略。

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4G

接下来是我们现在所在的4G时代。

2013年12月4日,中国政府正式向国内三大运营商颁发了4G牌照,均为TD-LTE制式。

我们先来说一下LTE。

LTE的全称是Long Term Evolution, 也就是所谓的长期演进技术。这种技术显著增加了频谱效率和数据传输速率,峰值速率能够达到上行50Mbps,下行100Mbps。相比3G时代,10Mbps的下行峰值,速度提升了10倍。

3G时代的WCDMA仍然不可避免的触及了CDMA的底层技术,使得设置了层层专利陷阱的高通成了最大赢家,大家当然不甘于这种局面,于是重新把目光聚焦到了早已被打入冷宫的OFDM身上。最后的结果就是,OFDM成了4G LTE的关键技术之一,WCDM框架惨遭淘汰。

3GPP从2005年初就开始研究LTE,并于2008年将其作为3.9G技术标准。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。之后,各大运营商和巨头,甚至包括高通自己,都相继加入了LTE阵营。

中国移动在3G时代的拿到的运营牌照是TD-SCDMA,可谓是一张烂牌(中国联通获得WCDMA牌照、中国电信获得CDMA2000牌照)。

中国移动自然一直在主动寻找出路,想要在4G时代占据优势,此时LTE自然而然进入了移动的视野。当时,国际上的4G备选标准有WiMax和LTE,LTE又包括全球标准化组织提出的FDD LTE、TDD-LTE以及大唐提出的中国TDD-LTE。中国移动通过积极斡旋,最后形成了一个融合的TDD-LTE标准,里面保留了大唐提出的帧结构,其他多与LTE FDD一致。在中国,TDD LTE标准被叫做 ‘TD-LTE’。

最后我们也知道,在4G时代,中国移动占据了绝对的优势,2016年,中国移动净利润1087亿元,而中国电信和中国联通仅分别为180.04亿元、6.25亿。中国移动两天所赚的钱,相当于中国联通全年的利润总和。

某种意义上,正是由于TD-SCDMA技术的基础,中国在4G时代主导研发了4G标准的TD-TLE技术,在通信领域开始与世界比肩同行。

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5G

根据流行观点4G的LTE技术将朝着两个方向演进,一个是更低的功耗、更广阔的覆盖和更多的连接;另一个是更高的速率、更高的带宽和更大的流量。两者殊途同归,成为5G场景中的一部分。

据此,3GPP为5G定义了三大应用场景,分别为:

eMBB:3D/超高清视频等大流量移动宽带业务,从4G的100Mbps为单位,5G可高达10Gps,比 4G 快达100倍;

mMTC:大规模物联网业务,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;

URLLC:如无人驾驶、工业自动化、远程医疗等需要低时延、高可靠连接的业务。

其中华为为其标准作出了重大贡献

一方面,华为最先推进物联网标准的发展,2014年5月,华为提出了窄带技术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进一步融合形成NB-IOT;2016年6月,NB-IOT在3GPP R13中正式冻结。

NB-IOT因为超强覆盖、超低功耗、超低成本和超大连接的特性,特别适合物与物之间的沟通需求,该标准也被看作是5G商用的前奏和基础技术。

另一方面,华为主推的PolarCode(极化码)方案被国际无线标准化机构3GPP,确定为5G eMBB(增强移动宽带)场景的控制信道编码方案。也就是说,在5G eMBB场景上,华为Polar成为了控制信道上行和下行的编码方案,而数据信道的上行和下行短码方案则归属高通LDPC码。

虽然其只是在5G其中一个应用场景的一个编码方案被采用,后续还有URLLC场景和mMTC场景的信道编码方案的斗争,但是此次Polar码的采纳为华为之后的进一步参与5G标准制定的打下了根基,非常有意义。

通过通信技术的发展,我们能看出一下几点

一个是,参与标准的制定能获得最大的好处,我们应该努力成为标准的制定者,在区块链世界里也是这样,一个项目应该朝着这个方向努力。

如同计算机制定的存储分一级缓存、二级缓存、内存和硬盘这个解耦标准,也应该有一个区块链项目来制定一个标准来解决不可能三角问题,其中还是看好Nervos。

二个是,项目的发展也好,公司的发展也好,还是标准的制定总会起起伏伏,所以即使现在没有优势,但是积极投入,找准方向,一定会能够有所收获

三个是,警惕现有业务带给未来的羁绊,当现在业务能够给你带来足够现金流时,公司很难有动力去摆脱目前状况,而且会陷入认知偏差,以为这个优势还能保持足够久的时间,但是往往是判断错误,被对手给超越。保持清晰的头脑很重要。

注:资料来源于《谷歌方法论》《浪潮之巅》《科学技术发展简史》以及网络

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