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从4G到5G 揭各国博弈真相!

2015-02-21 master李

OFweek光通讯网讯

    在4G标准的争夺战中,逐步形成了四大阵营(排名不分先后):

华为、中兴、大唐为代表的第一阵营

以爱立信、诺基亚、阿郎为代表的第二阵营

以Intel、IBM、北电、摩托罗拉为代表的第三阵营

以高通高通为代表的第四阵营。

一山难容二虎。高通不愿放弃CDMA技术积累,转向新的陌生领域,而Intel、IBM等巨头因高通对CDMA技术的垄断,显然不愿意从CDMA技术演进新的标准,始终无法达成统一意见,导致北美阵营一分为二,各搞一个标准。

说的好听,研发两个通信标准是实现双保险;说的不好听一点是重复研发、力量分散、各自为战,没能形成合力,有被各个击破的风险。

与此同时,中国和欧洲却达成协议,通力合作。最终,通力合作的中欧阵营击败了祸起萧墙的北美阵营,在3G时代被高通敲骨蚀髓后,在4G时代实现大逆转。

一、LTE和中欧通信厂商的反击

OFDM技术原型虽然出现于60——70年代,但是其潜力一直没有被开发。中欧通信人士遂决定以OFDM技术为基础开发新一代通信标准。但是,刚刚换完3G通信设备的运营商刚刚大出血,你又弄一个4G通信标准,运营商非被你刺激出心脏病不可。而且当时运营商养成了对CDMA技术的迷信,你一下子把底层技术都换了,怕运营商接受不了,新的4G通信设备卖不出去,于是中欧通信人玩了个文字游戏,不叫4G标准,而是叫3G技术长期演进,也就是LTE(Long Term Evolution),而FDD和TDD是LTE的两个分支,TDD和FDD百分之九十的标准专利是相同的。

1、TDD和FDD区别

最核心的区别是TDD继承了TDS的时分双工机制。而FDD是频分双工机制。

FDD是频分双工。运行时,需要两条频率,一条上传,一条下载,而且两条频率的频率还有一定要求,被称之为对称频率,若达不到对称频率就不能发挥FDD的最大理论速度。对称频率对运营商所持有的频率要求很高,特别是国外的中小运营商,基本不具备对称频率。

在日常使用中,下载和上传的数据量往往不是1:1,而是N:1。根据这个现象,中国通信人将TDS的时分双工延续到TDD上,就是同一条频率,执行上传和下载,实现频率资源的充分利用。具体方式是1个时间间隙上传,1个时间间隙下载,用保证时间来分离接收与传送信道,而且还会根据上传和下载的数据流量,调整上传和下载的时间间隙。

TDD的优点:

一是频率资源充分利用。

FDD对频率要求很高,必须是对称频率。而TDD对频率没有要求,因此频率利用率高,很多高频率也可以被利用起来。

二是运营成本低。

TDD对频率没有太多要求,而FDD必须要对称频率才能发挥出最高效能,国内频率由工信部划拨,电信联通用FDD不肉痛;国外运营商买频率价格非常贵,对称频率的价格就更贵,而使用TDD的话,只需要价格较低的垃圾频率,却能实现流量加载翻倍,简直就是国外囊中羞涩的中小运营商的福音。

三是适合人口高密度区使用。

因为FDD上行频率几乎是闲置的,而下载流量完全拥堵在下载的那根频率上,而TDD的两条频率可以同时执行流量下载,而FDD 300M的理论极限速度几乎是不可能达到的。在实际使用中,同样的频率使用TDD能承担的数据流量几乎是FDD的2倍。

TDD的缺点:

一是在拥有对称频率的情况下,理论极限速度不如FDD。

但在日常使用中,极限速度300M和220M几乎没有区别,实际上极限网速42M的WCDMA都完全满足日常使用需求了。

二是因为电信拥有800Mhz频率,而移动TDD分到的大多是高频频率,所以覆盖范围会不如FDD,对此,中移动的解决方式是——2014年建成72万个TDD基站,2015年再建至少50万TDD基站,同时对旧有的TDS基站进行升级……

事实上,TDD和FDD各有侧重,无所谓优劣,中国主推TDD,主要是因为TDD更加适合中国的国情——人口数量庞大,东南沿海地区和中西部中心城市人口高度密集。

 

2、TDD是不是中国标准?

TDD和FDD都属于LTE,是中国和欧洲联手对美国的反击,百分之九十标准专利相同,中国在TDD领域拥有的标准专利比FDD标准专利要更多一些。

因此,中移动为了抢占“中国标准”的道德和舆论制高点,宣传TDD是中国标准,将TDD打上中国标签,进而含沙射影地将FDD打上外国标签,这种做法是值得商榷的。准确地说,LTE是中国和欧洲以及部分北美厂商共同努力的结果,并非一国所独有。

事实上,LTE相当大一部分的标准专利掌握在中国通信厂商手中,而TDS的时分双工机制也在TDD中发扬光大。可以说中欧携手研发LTE,使中国厂商在中国际通信领域从3G时代的跟随者,变成了4G时代的参与者。

3、为什么中国要和欧洲合作制定标准,而不是像TDS那样,自己玩自己的?

一是在通信4G标准制定之初,中国通信厂商并没有现在的地位和实力,当时爱立信、诺基亚、阿卡等都实力不俗。而现在除了爱立信,都是失败者同盟。

二是在审核是否纳入标准专利的时候,其实很多时候是条条大路通罗马的,多个解决方案能达到同一个效果。

在非不可替代的、仅此唯一的解决方案的情况下,在两个解决方案能达到同样效果的时候,采用华为申报的专利作为标准专利还是爱立信申报的专利为标准专利,完全看国际电联审核人员的心情(背后还是大国国力博弈),而国际电联被欧美把持,中国在当中话语权非常弱,这时候就必须联合欧洲力量,做利益交换,互帮互助把美国厂商提交的标准专利尽可能地排挤出去。

三是世界上本没有路,走的人多了就成了路。

中国联合欧洲,大量厂商参与一起做LTE,就避免了TDS的尴尬——虽然标准先进,但是因为做的厂家少,力量弱,导致TDS技术不成熟,加上划分给TDS的大多是高频率,使得TDS实际体验差。而中欧合力之后,走的人多了,TDD和FDD标准制定和技术成熟速度远远快于美国主导,加拿大、日本、韩国、台湾参加的WIMAX标准,结果更成熟的LTE把技术上不成熟的WIMAX给坑死了。

二、WIMAX流产与通讯标准争夺失败后通讯产业的悲剧

前文说到,在3G时代,高额授权费、高通税和反专利授权引起了通讯厂商的众怒,中国和欧洲通讯厂商决定,以后再也不和高通一起玩了。具体的做法是:绕开CDMA,直接从OFDM技术为基础做起,携手打造LTE。于此同时,北美Intel、IBM、摩托、北电等巨头也携起手来,打造自己的WIMAX标准。

 

WIMAX是什么?

Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互联接入。是一项新兴的宽带无线接入技术,能提供面向互联网的高速连接,具有传输速率高、带宽大等优点。最通俗的理解,WIMAX好比Wi-Fi的威力加强版,可以像移动通信的基站一样提供无线接入服务。

WIMAX技术主导者是INTEL、IBM、摩托、北电以及北美一些运营商,共同注资近40亿美元开发该项技术。

在拥有技术开发者和开发经费后,那么现在还有一个问题,那就是没有频率。前面说了,全球统一频率划分是由国际电信联盟负责的,而且必须申请国际通讯标准后才能得到全球频率。因此如果不把WIMAX挤进国际通讯标准,WIMAX就是仅仅只能是存在于纸面上的技术。3G标准提交的截止时间是1998年6月30日, 9年之后,美国成功让国际电联召开专题会议,将WIMAX接纳为第四个3G通讯标准,并分配到了全球频率。

人家美帝,不服不行!

美国对外宣传这是划时代的颠覆性技术,Intel更是宣称WIMAX芯片比传统3G芯片便宜10倍, 2007年左右WIMAX的研究论文呈井喷之势,美国的铁杆盟友和附庸闻风而动,加拿大北电将传统3G业务卖给法国阿尔卡特,一心搞WIMAX。亚洲日本、韩国、台湾这些美国马仔更是争相表忠心,整个东南亚、大洋洲也紧随WIMAX脚步。

WIMAX前景一片大好!

但峰回路转、乐极生悲。

在中国和欧洲联手一心搞LTE的情况下,WIMAX技术成熟度大幅落后于LTE,导致使用体验差,手机从一个WIMAX站点向另一个WIMAX站点移动时,存在信号切换问题。澳大利亚最早部署WIMAX的运营商老总在国际会议上痛骂WIMAX,说室内覆盖在区区400米就不行了,时延高达1000毫秒。

2010年,WIMAX标准的最大支柱INTEL撑不住了,宣布解散WIMAX部门。

随后,卖掉传统3G业务转向WIMAX的加拿大北电破产了。

随后更没节操的事情发生了,正如小品里一句经典台词“你这个浓眉大眼的家伙也叛变了!”全球最大的WIMAX服务提供商美国Clearwire公司的业务重心也由WIMAX转向了TDD,2011年9月宣布与中国移动达成合作伙伴关系,共同推进基于TD-LTE标准的产品与设备开发。

全世界都惊呆了。

日本反应最快,从WIMAX转向TDD转,韩国也紧随其后。而台湾因为前期投入太大,难以掉头,在2010年INTEL退出WIMAX后,又坚持了2年。运营商想掉头,但是台当局规定只有完成WIMAX覆盖率达到70%时,才可申请向LTE转换,这可是把运营商往死里整!

2012年时候六家运营商的WIMAX用户只有不足15万……因为押宝WIMAX失误,给台湾造成了巨额经济损失,更要命的是因为通讯技术路线选择错误,整个通讯产业悲剧了!

 

三、LTE与阴魂不散的高通

前文说了,因为高通专利流氓、业界毒瘤的本性,小伙伴们都不和他一起玩了,中欧厂商放弃了从CDMA演进新通讯标准的想法,决定从OFDM开始玩LTE。

因高通专利流氓的本性,加上WCDMA的前车之鉴,INTEL、IBM、摩托、北电显然不愿意从近乎被高通垄断的CDMA演进新通讯标准,转而带着日韩台马仔玩WIMAX。

高通成了孤家寡人,同时高通发现,因CDMA自干扰的弱点,从CDMA演进UMB要比从OFDM发展出一代通讯标准更加困难,商业化成本更高。

面对中(华为、中兴、大唐)—欧(爱立信、诺基亚、阿郎)联军强大的研发能力,高通若要独自研发难度更大、商业化成本更高的新标准显然不可与中欧联军的LTE匹敌。于是高通果断放弃了从CDMA演进UMB的计划,参与LTE。

党内无派千奇百怪,有人的地方就有江湖,而高通研发体系中,是CDMA派系占绝对统治地位,研究OFDM的专家不受待见,要么转行研究CDMA,要么自己走人。

因此,高通在OFDM领域技术积累薄弱。面对这种情况,高通一方面重金收购获取技术。比如耗资8亿美元收购Flarion公司,获取185项关于无线资源控制、基带信号处理、分组报文技术、芯片、硬件、电路设计、天线技术项的专利。另一方面大力研发,提升专利积累。

那么高通在LTE标准体系中到底处于什么地位?

一个企业乃至一个国家在LTE领域的地位往往取决于其占有的LTE标准专利的数量和质量,占有的标准专利数量越多,所处的地位就越高,特别是底层技术和那些大幅提升系统效率的专利技术就更加具有价值。

事实上,高通在LTE上饱受挫折,相较于高通在3G时代的霸主地位,在4G时代高通拥有的标准专利无论是在数量上,还是在质量上都大幅下降,导致这个结果有以下2个原因:

一是3G时代大家都对高通恨之入骨!指导思想就是去高通化!千方百计的将高通提交的专利技术排挤出去。

举例来说, LTE不支持宏分集方案,等于是把高通的软切换专利网全部排除;没有采用高通提交的Flash- OFDM技术;采纳中国提交的sOFDM方案实现载波聚合;组网上采取了中国提交的SFR软频率复用技术,SFR推翻了高通的同频复用技术标杆,成为移动通信新的基石。

二是高通自己技术不过硬,在OFDM中没有研发出不可替代的专利技术。

而3G时代的专利技术也不够强,被更先进的技术取代。与之相反的是Turbo码和Alamouti码这些3G时代的技术,因为很牛,所以在4G时代依旧被继续使用。

高通在4G时代的地位下降的同时,中国厂商在4G时代的地位稳步上升,相信这也是发改委敢于对高通提起反垄断取消了反专利授权、降低专利许可费、禁止高通就过期专利收取专利费以及开出10亿美元罚单的底气所在。

反垄断后没有取消而是降低高通税,想必是一系列国力博弈和利益交换的结果。

 

四、5G技术究竟如何?

5G,顾名思义是第五代通信技术。一方面能为用户在住宅区、学校、办公室、广场、地铁、高铁和广大农场地区提供更快的网速和更好的信号;另一方面还将渗透到物联网,实现工业设备、医疗仪器、交通工具、家用电器和手持通讯终端的深度融合,将“万物互联”变为现实。

虽然在上海举行的2015世界移动通信大会上,除华为发布了SCMA和F-OFDM技术外,高通、爱立信等公司没有带来太多亮点,但中国信息通信研究院已经确定了中国5G技术的大致发展方向。

5G通信技术可分为无线技术和网络技术两方面,在无线技术领域,大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术是5G无线技术的发展方向;在网络技术中接入云、控制云和转发云是是未来网络技术的发展方向。

简单地介绍上述技术:

大规模天线阵列:在现有多天线的基础上通过增加天线数,可支持数十个独立的空间数据流,实现用户系统的频谱效率大幅提升。大规模天线阵列应用于5G需解决信道测量与反馈、参考信号设计、天线阵列设计、低成本实现等关键问题。

超密集组网:通过增加基站部署密度,可大幅提升频率复用效率,在局部热点区域实现百倍量级的容量提升。干扰管理与抑制、小区虚拟化技术、接入与回传联合设计等是超密集组网的重要研究方向。

新型多址技术:通过发送信号在空、时、频、码域的叠加传输来实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升。此外,新型多址技术可实现免调度传输,将显著降低信令开销,缩短接入时延,节省终端功耗。

全频谱接入:通过有效利用各类移动通信频谱(包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等)资源来提升数据传输速率和系统容量。信道测量与建模、低频和高频统一设计、高频接入回传一体化以及高频器件是全频谱接入技术面临的主要挑战。

接入云:支持多种无线制式的接入,融合集中式和分布式两种无线接入网架构,适应各种类型的回传链路,实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。

控制云:实现局部和全局的会话控制、移动性管理与服务质量保证,并构建面向业务的网络能力开放接口,从而满足业务的差异化需求并提升业务的部署效率。

转发云:基于通用的硬件平台,在控制云高效的网络控制和资源调度下,实现海量业务数据流的高可靠、低时延、均负载的高效传输。

5G通信有什么特点?

一是连续广域覆盖。在偏远山区、地下车库、高速移动状态下,以保证用户的移动性和业务连续性为目标,为用户提供100Mbps以上的高速业务体验。

二是热点高容量。在人口密集区为用户提供1Gbps用户体验速率和10Gbps峰值速率;在流量热点区域,可实现每平方公里数十Tbps的流量密度。

三是低功耗大连接。在保证终端的超低功耗和超低成本的前提下,面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,提供具备超千亿网络连接的支持能力,满足100万/km2连接数密度指标要求。

四是低时延高可靠。主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求,为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

写在后面

制定全球统一的5G标准已成为业界共同的呼声,国际电联已启动了面向5G标准的研究工作,并明确了工作计划:2015年将完成5G国际标准前期研究,2016年将开展5G技术性能需求和评估方法研究,2017年年底将启动5G候选方案征集,2020年年底完成标准制定。

目前,国内的中国信息通信研究院、中国移动、中国电信、华为、中兴、大唐等机构、公司正携手开发5G通信技术。随着中国通信产业日益强大,中国在全球5G通信标准的制定中的地位也水涨船高,在国际标准制定过程中的话语权也愈发响亮。

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