1G 到 5G 的艱辛歷程:一部波瀾壯闊的行動通訊史

作者:美國消費   |   2017 / 09 / 30

文章來源:雪球   |   圖片來源:Jayroz


現代生活離不開行動通訊,從訊息的生成、傳輸到接收,網路通訊的背後蘊含著數不清的閃光智慧。從 1G 到 5G 的演進,時代的轉換一幕接一幕,其背後關於通訊標準的江湖紛爭也是波詭雲譎、激烈異常,最終匯出了一部波瀾壯闊的行動通訊史。

1G :模擬之王 — 摩托羅拉

講到雙向無線通訊,就不能不提摩托羅拉  (Motorola) 。如果說當年 AT&T 是有線通訊之王,摩托羅拉就是行動通訊的開創者。

最初,無線通訊技術主要應用於國家級的航天與國防工業,帶有軍方色彩,摩托羅拉的發展也是如此。

摩托羅拉創立於 1928 年,二戰時與美國陸軍部簽訂合約、協助其研發無線通訊工具。1941 年,摩托羅拉研發出了第一款跨時代產品 SCR-300,至今仍是電影中美國通訊大兵最經典的形象。

雖然 SCR-300 重達 16 公斤,甚至需要一個專們背負的通訊兵、或安裝在車輛和飛機上,然而由於 SCR-300 使用了 FM 調頻技術,使通話距離達到了前所未有的 12.9 公里,足以讓砲兵觀察員聯繫到砲兵陣地,也能讓地面部隊跟陸軍航空兵通訊。

15e8f0406f98dab3f78b78c8

無論是二戰期間的通訊設備,之後第一款彩色電視機、半導體晶片、DSP 通訊手機晶片,和 1980 年發明的“大哥大”、建立了AMPS  (Advanced Mobile Phone System)  電話系統…摩托羅拉作為模擬通訊技術的佼佼者,在行動通訊及電腦處理器領域中都是市場先鋒,更在 1989 年被選為世界上最具前瞻力的公司之一。

可惜的是,一代巨頭終究未能隨市場趨勢轉型,最終轟然倒下。

2G:GSM 與 CDMA 之爭

由於 1G 模擬通訊的通話質量和保密性差、訊號不穩定,人們開始著手研發新型行動通訊技術。1980 年代後期,隨著大規模整合電路、微處理器與數位訊號的應用更加成熟,當時的行動營運商逐漸轉向了數位通訊技術,行動通訊進入 2G 時代。

由於通訊產業為國家戰略產業,通訊標準之爭的背後是國與國、聯盟之間的綜合角力,一旦輸了的一方則須持續向對方聯盟繳納高額專利費,且更容易被對方掌握產業主動權。

摩托羅拉壟斷了 1G ,也意味著第一代通訊標準把持在美國人手裡。

在數位通訊剛起步時,歐洲各國意識到:單打獨鬥在技術上將難以和美國抗衡。二十年來,歐盟始終不甘落後於美國,若各自搞出一個不同的標準、很難在世界上占主導優勢  (標準這東西就是人多、說話大聲拳頭硬的就贏了;總不能全世界只你一個人跟別人用不一樣的) 。它們吸取了各自為政的失敗教訓、加強內部聯盟,終於在 2G 時代超越了美國。

1982 年起歐洲郵電管理委員會成立了“行動專家組”負責通訊標準的研究。GSM 的名字即是行動專家組 (法語: Groupe Spécial Mobile) 的縮寫,後來這一縮寫的含義被改為“全球行動通訊系統” (Global System for Mobile communications) ,以向全世界推廣 GSM 。GSM 的技術核心是時分多址技術  (TDMA) ,其特點是將一個通道平均分給八個通話者,一次只能一個人講話、每個人輪流用 1/8 的通道時間。

GSM 的缺陷是容量有限,當用戶過載時,就必須建立更多的基站。不過, GSM 的優點也突出:易於部署,且採用了全新的數位訊號編碼取代原來的模擬訊號;還支持國際漫遊、提供 SIM 卡方便用戶在更換手機時仍能儲存個人資料;能發送 160 字長度的短信。

可以說,行動通訊的技術與應用在 2G 時期有了驚人的進步。1991 年,愛立信 (Ericsson) 和諾基亞 (Nokia) 率先在歐洲大陸上架設了第一個 GSM 網路。短短十年內, 全世界有 162 個國家建成了 GSM 網路,使用人數超過 1 億、市場佔有率高達 75%。

在歐洲人野心勃勃地想要超越美國稱霸世界時,美國人同一時間卻搞出了三套通訊系統。其中兩套同樣是基於 TDMA  技術的、第三套則是高通推出的碼分多址技術 (CDMA) 。

TDMA 的通道一次僅供一個人使用、八個用戶得輪流使用,容量有限;然而 CDMA 採用加密技術、讓所有人同時講話也不會被其他人聽到 (好比編號 1 只能與編號 1 通話、編號 2 只能與編號 2 通話,互不干擾) ,容量大幅提升。

從技術上來看, CDMA 系統的容量是 GSM 的 10 倍以上。從 1950 年代起, CDMA 就是美軍軍方的通訊技術之一。在創始人 Irwin Jacobs 和 Andrew Viterbi 領軍下,高通在 1989 年成功將 CDMA  應用在行動通訊上。

15e8f0406b28c443fda248f6

然而高通 (Qualcomm) 沒有實際的手機製造經驗,歐洲的營運商們也對它的智慧財產權不感興趣。即使是在美國也只有極少數的營運商願意使用該系統。

早期有關 CDMA 的報導都是相當消極的,基站不能達到預期的性能, CDMA 手機也無處可買。總體而言就是雷聲大,雨點小。與此同時,歐洲大力投資 GSM ,短短數年內建立了國際漫遊標準,在全球廣佈 GSM 基站。自然, CDMA 起步較 GSM 晚了一步,加之美國國內資源又被分散, CDMA 失去了大半江山。

在 2G 時代,CDMA  是個失敗者。另一方面,美國在通訊標準之爭上的失敗,間接也影響了摩托羅拉手機的競爭力。當數位行動電話漸漸取代模擬行動電話時,摩托羅拉仍在模擬行動電話市場有 40% 的份額,但數位行動電話卻不到二成。

對於數位通訊的威脅,摩托羅拉錯估了模擬手機的壽命,當時其高層表示:4300 萬個模擬手機用戶,錯不了的!

如同 AT&T 當初不願砸錢在無線電話部門上一般,摩托羅拉當中最賺錢、說話也最大聲的模擬手機部門更不可能讓資源流到數位手機部門裡。同樣的故事也可見於而後的諾基亞與智慧型手機之爭。企業巨頭的倒下很少是源於單一的外在因素,多是由於企業內耗、導致技術推進緩慢。

1997 年,摩托羅拉終於走下神壇,其全球行動電話市場份額從 1997 年的 50% 暴跌到 17%。持續了 20 年輝煌的摩托羅拉終於被一家之前還在造紙、1992 年才推出第一部數位手機的公司 — 諾基亞擊垮。

15e8f0406518c433fc38909e

3G :高通的專利地雷與三大標準之爭

如前文所述,高通的 CDMA 技術在容量與通話質量上皆優於歐盟 GSM 的 TDMA 技術。但 GSM 早一步部署,短時間內快速推行全球,以致 CDMA 在當時不過是雷聲大雨點小,高通也一度陷於危機之中。

但到了 3G 時代,局勢卻有了反轉。究竟是什麼原因呢?讓我們先來講講高通的歷史。

1. 高通的專利地雷

走進高通位於加州聖地牙哥的本部,迎面而至的一堵厚厚的專利牆上,鑲嵌著高通所持有關於行動通訊將近 1400 項專利。

15e8f0406e28d193fe542d38
(這就是著名的“Qualcomm Patent Wall”)

高通的一切都明明白白的寫在了這面牆上:財富、壟斷、成功… 高通就像一條毒蛇,深諳扼住宿主脖子、獲取高額利潤之道。

冷戰時期,美國軍方所使用的通訊方式能將訊息進行加密與解密,稱為碼分多址 (CDMA) 技術,以確保訊息傳輸時不被蘇聯所竊取。Linkabit 是加州聖地牙哥  (San Diego)  第一家電子通訊技術公司,負責承接這筆訂單、為美國軍方和航太局開發衛星通訊和無線通訊技術。

15e8f0406698daa3fb50a13e

Linkabit 的兩位創始人皆是通訊界的大牛 ─ Irwin Jacobs 任教於麻省理工電機系,其著作《通訊工程原理》 (Principles of Communication Engineering) ,奠定了當時乃至於現在的通訊基礎,至今仍是通訊界聖經寶典。

另一位創始人 Andrew Viterbi 提出了著名的維特比算法  (Viterbi algorithm)  。

1980 年,Jacobs 和 Viterbi 將 Linkabit 賣給同屬通訊領域的 M/A-COM 公司,並於 1985 年創辦了高通  (Qualcomm) ,意即有品質的通訊  (QUAlity COMMunications) 。

1989 年,高通大幅改善了 CDMA 的功率問題,並成功將其商用化。可惜的是,此時歐洲通訊標準協會已著手進行 GSM 技術標準制定,隨後很快推行到了歐洲與日本市場。美國本土的通訊工業協會也認定 GSM 改採用的 TDMA 技術為 2G 標準。儘管 CDMA 比 TDMA 的容量更大、通話質量更好,但技術更複雜,大半營運商不相信技術的可行性。

高通發展的一大關鍵,在於 Jacobs 狡詐莫測的三大專利流氓手段:

(1) 造地雷:建立壟斷的專利佈局

高通圍繞著功率控制、同頻復用、軟切換等技術,構建了 CDMA 專利牆,相較於其他廠商在專利數量和品質上都有非常大的優勢。但高通不滿足於此,它要一人享用這筆豐厚的利潤。

在高通,養了一批不下於技術研發部門的龐大專利律師軍團,通過併購、控告對手專利侵權等專利戰,將所有 CDMA 的相關專利都一步一步攏絡過來。

專利律師的職責,就是申請專利、談專利價格、控告侵權公司。第二步是大量申請垃圾專利,用垃圾專利保證其核心專利 ─ 在舊有的專利保護到期之前便申請新的專利、或大量申請 CDMA 外圍專利,然後申告該技術為新技術的一環,封殺了關於 CDMA  內外圍的所有技術。

(2) 埋地雷:將專利技術套入通訊標準

收集齊了專利地雷還不夠,還要讓人得踩到才行。

首先要明白為什麼需要通訊標準?你總不能讓電信打不通行動的手機、三星 (Samsung) 打不通 iPhone 手機,制定統一的通訊標準的目的就是讓不同營運商、基站設備與手機之間能互聯互通。

由於 GSM 標準由歐洲營運商和設備商 (如愛立信、諾基亞) 共同提出,共同享有智慧財產權,專利基本上是開放的。但高通表面上提出了一套採用 CDMA 技術的 2G 標準,實際上將 CDMA 專利技術藏在了裡頭,等於使用該 2G 標準時,也就踩到了高通的專利。

這種以單一家公司專利而壟斷某一標準的行為,照理說不會發生於由各國成員組成的通訊標準制定小組裡,別的國家與廠商因本身利益衝突,必然會極力反對。然而,當時 2G 研究才剛起步,多數廠商的注意力仍在歐洲人所提出的 GSM 標準上,高通的 CDMA 技術並沒有多少人聞問,反而讓高通趁隙而入。

(3) 更多的地雷:將 CDMA 演算法整入晶片

高通的最後一步棋,是把 CDMA 的演算法嵌入整合晶片。其最大特點為整合訊號的發送與接收、電源管理和數模轉換等於單一晶片之上,即今天我們稱的 SoC (System on Chip,片上系統) 。

這樣一來,使用高通專利的手機廠商,必須先繳一筆授權費取得專利使用權。在晶片或產品量產後,再依據出貨量收取根據產品售價一定比例的費用,平均需繳納手機銷售額 5-10% 不等的權利金。

這點可是相當的不合理的 — 螢幕、鏡頭、機殼等零件全部與 CDMA 毫不相關,也得被抽銷售額的百分比。 (難道在手機上鑲了塊鑽石,利潤還得算在高通頭上嗎?)

那時高通提供了 SoC 一套完整的解決方案,大多數手機廠商還沒 SoC 整合的技術能力,也只能乖乖挨這一刀。

你設局,也要有人願意踩。高通專利的高門檻擋住了競爭對手,也擋住了 CDMA 的迅速市場化,多數營運商還是選擇了 GSM 系統,靠專利使用費養活的高通在美國活的並不好。

此時,高通迎來了一根橄欖枝 ─ 來自於韓國政府。

在發展 CDMA 之前,韓國營運商、手機等通訊設備製造業相當薄弱。1990年11月,高通和電子通訊研究院  (ETRI)  簽署有關 CDMA 技術轉移協定。

高通答應把每年在韓國收取專利費的 20% 交給韓國電子通訊研究院、協助其研究,韓國政府也宣佈 CDMA 為韓國唯一的 2G 行動通訊標準,並全力支持韓國三星、LG 等投入 CDMA  技術的商業應用。韓國不向支持 GSM 的歐洲靠攏、選擇了 CDMA 作為 2G 標準,主要是為了低廉的專利優惠,雖承擔了一定的風險,最終也獲得了相應的回報。

通過發展 CDMA ,韓國的行動通訊普及率迅速提高,短短五年內行動通訊用戶數達 100 萬,SK 電信成為全球最大的 CDMA 營運商。通訊設備製造商更是異軍突起,三星成為全球首家 CDMA 手機出口商。

CDMA 不僅帶動了韓國通訊業的發展,也促進了整個韓國經濟的發展。所以多有人說:“韓國人救了高通”,高通更從此成為全球性的跨國大公司。韓國的成功典型,第一次向世界證明了 CDMA 正式商用的可能性,也讓美國一些營運商及設備商對 CDMA 技術開始恢復信心。

在高通與韓國人賺的鉢滿盆滿笑呵呵的同時,讓我們把畫面拉回到歐洲這邊。2000 年後, 2G 的速度與容量上限逐漸面臨瓶頸,經歷了 1G 到 2G 眨眼間便大舉翻盤的技術變革,各大手機廠商吃了歷史教訓,個個提心吊膽著準備迎接 3G 時代。

2. 歐美中鬥法:三大 3G 通訊標準

3G 最大的優點是更快的網速, 2G 的下載速度約僅 9600bps~64kbps,而 3G 初期的速度則為 300k-2Mbps,足足提升了三十倍多。

愛立信、諾基亞、阿爾卡特 (Alcatel-Lucent) 等實力雄厚的歐洲廠商雖知 TDMA 難敵 CDMA 的優勢,更難以作為 3G 核心技術,但誰也不想接受高通霸道的方案。於是歐洲與日本等原本推行 GSM 標準的國家聯合起來成立了 3G PP 組織  (3rd Generation Partnership Project) ,負責制定全球第三代通訊標準。

3G PP小心翼翼地參考 CDMA 技術,以儘量繞過高通設下的專利陷阱,開發出了原理類似的 W- CDMA 。

高通趕緊不落人後地與韓國聯合組成 3G PP2  (3rd Generation Partnership Project 2)  與 3G PP 抗衡,推出了 CDMA 2000。

既然你們都有一套自己的標準,中國也硬是做了一個 TD-S CDMA 。

誰也不想被高通揩油,所以用 CDMA 2000 的少;TD-S CDMA  只有中國使用;自然,最後的結果是 W- CDMA 的參與者最多,在三個 3G 通訊標準中最成熟、市場佔有率也最高。

不過,因三大通訊技術都碰觸到了 CDMA 的底層專利技術,仍無法避免地被高通硬生生啃掉一塊利潤大餅,高通可謂是 3G 時代最大的贏家。

不過,真正讓高通大賺的,還是源於智慧型手機的興起。

3. 3G 的崛起,從 iPhone 開始

事實上,從 2000 年開始,通訊業界就在呼喊 3G ,但喊了幾年,直到 2007、2008 年才開始真正普及,這是什麼原因呢?很簡單,市場沒有殺手級的應用,你技術再強大也沒有用。反之,高通費盡心思將專利寫入標準,但標準沒人用,也是只能攤手。

真正讓 3G 火起來的、讓高通大賺的,還是源於行動通訊設備的革新 — 智慧型手機。一提到智慧型手機,大家自然就想到了賈伯斯 (Steven Jobs) ,蘋果在 2007 年推出了第一台 iPhone,從而推動了一個智慧型手機的時代。但想到智慧型手機這個 idea 的人並不是賈幫主,他也是從曾經的諾基亞 Symbian 手機與微軟 Windows Phone 借鑒而來的。

21 世紀初,電信業界描繪的 3G 世界如是說:任何人可以隨時、隨地,利用行動電話或其他行動設備  (例如 PDA) ,打電話、上網;除了傳送語音之外,還可以傳送數據、影片、電腦遊戲。

15e8f04070d8c453fc25b751

IBM Simon 在 1994 年開賣世界上第一台智慧型手機,完全使用觸控式鍵盤,也是第一台以軟體應用程式為賣點的手機。聽起來似乎相當熟悉?現今習以為常的場景,二十年前可是個宏大的理想。

3G 曾經承載著全球電信業的高度期待,2000 年時,英國、德國、法國、義大利和西班牙等國家,開始竟標 3G 牌照和無線頻譜拍賣,各家營運商總計投下約 900 億美元。德國更是創下了高達 458 億美元 3G 牌照的拍賣紀錄。

照理說,高額的投標將來都是要轉嫁到消費者身上。歐洲的 3G 牌照費約是部署系統的 3 倍,意思是從提供 3G 所產生的非語音收入  (也就是上網費用) ,必須是語音的 3 倍,整個投資才能回本。

在缺乏行動上網的殺手級應用的情況下,顯然是不可能的事情。於是研發者留下了負債和幾近無用的 3G 牌照就離開了,有些公司還試圖與發放牌照的政府打官司。不但後續融資與設備投資舉步維艱、股價重挫,也讓 3G 服務無法如期推出。

歐洲電信業一度處於潰敗的狀態。美國《彭博商業週刊》以“泡沫的故事”、“一場歐陸大災難”來形容歐洲 3G 願景的幻滅。直到四、五年後,歐洲營運商才逐漸恢復元氣,開始建設 3G 網路。

相較於早早燒完錢、以致於在 3G 轉型上慢了一步的歐洲人,美國營運商由於現有頻率占用 問題使得發放牌照時間延遲,直到 2004 年初才能發放 3G 牌照,這反使美國營運商保有更多餘力與資金投入 3G 網路,可以說是因禍得福。

有了完善的 3G 網路後,萬事俱備、只欠東風,就差一部智慧型手機了。

最早的智慧型手機操作系統是微軟在 1996 年發佈的 Windows CE。由於微軟在 PC 操作系統上沒有對手,面對全新的行動通訊市場仍沿用過去 PC 操作系統的思維方式,導致了系統速度緩慢的先天缺陷。

15e8f0409048c463feb24afd

另一方面,英國公司 Psion 和諾基亞、愛立信、摩托羅拉在 1998 年合資成立了 Symbian 公司,研發手機專用的操作系統以抵禦來勢洶洶的微軟。

15e8f0409e68d1a3fe691b1a

Windows CE 其實僅是精簡版的 Windows 系統, 而 Symbian 一開始就是為手機而生,穩定度有更出色的表現。

可惜的是,在 1999-2004 年間,Symbian 在發展上仍然以傳統手機功能為主,諾基亞內部的心態總是:最重要的是如何賣出手機,應用程式只是讓手機更好賣。Symbian 也建議過諾基亞在智慧型手機的開發上可以有更多其他的功能,無奈諾基亞就是聽不進去。

此景彷若當時的摩托羅拉從模擬向數位手機轉型,當時最賺錢、說話最大聲的部門是有鍵盤、好接聽的功能手機,觸控式螢幕、甚至是最關鍵的 App 生態系並不在 Nokia 高層的認知中。

在 Windows Mobile 與 Symbian 大亂鬥,諾基亞依然一家獨大的情形下,有一個角色正在偷偷地壯大勢力,它的名字叫蘋果 (Apple) 。

2005 年,蘋果收購了一家叫 FingerWorks 的公司,這家公司自 1999 年起便開始研發手勢識別、多點觸控等技術,但在當時這樣的應用並不為人們所看好,也沒人猜到蘋果買它來做什麼。

15e8f0409e98c473f934cf8d

蘋果要做什麼呢?2007 年 1 月 9 日,賈伯斯發佈了第一代 iPhone。

15e8f040a928d1b3fe6986f5

iPhone 1 主打的 iTunes Music Store、Safari、Email、Camera 等應用,皆以圖形化的方式呈現在簡潔優美螢幕上,搭配多點觸控螢幕技術,iPhone 去除掉了鍵盤、單以一個 Home 鍵和手指即可操作。

“最好的操作界面,就是我們的手指”,賈伯斯在 iPhone 發佈會上強調。iPhone跨時代的創新並不止於此。早期在手機中安裝 App 的方式,都是先從網頁上下載、用接線傳輸到手機,再自行安裝。

2008 年蘋果推出 iOS 2,新增了最重要的應用商店  (App Store) ,可以在該平台上下載安裝應用程式,開始了 App 生態系統的新時代。

你不會利用手機去推銷生態系統,只會利用生態系統去推銷手機。 Symbian 一直在示好並鼓勵第三方開發者,在 iPhone 發佈時,Symbian 平台上已有一萬多款應用程式。然而, Symbian 整整花費了 7 年時間在 App 生態系統上所取得的成績,蘋果在發佈 iOS 第一版的一年多後就超越了。

蘋果的迅速成功和 Symbian 的坎坷命運都是因為同一個原因:應用商店。通過統一平台,蘋果幫助使用者更方便地購買應用程式,只能說缺少應用商店是 Symbian 的一個致命失誤 ─ 沒有資源的人若想自行開發將會非常困難,而開發和維護成本也很高。

儘管智慧型手機不是蘋果發明的,但現在一般認知中的智慧型手機中所包含的四大功能:

  • 多點觸控 (multi-touch screen)
  • 手機操作系統 (Mobile Operating System)
  • 應用程式下載平台 (App  Platform)
  • 應用程式 (App)

蘋果成功地將過往各家大廠嘗試的經驗整合起來,一戰成名。真正有遠見的企業家,是提早 10 年看到趨勢並提早佈局,最後在適當時機點推出產品,讓市場爆發性成長。

3G 的部署與網路速度的提升,早在2005年左右便已完工  (若非歐洲破產重整、美國牌照延遲,早在 2000 年時 3G 技術已確立) ,同時,行動上網、應用程式 (App) 、手機操作系統也早已開展。

然而始終像一支蹩腳的足球隊一樣,缺乏臨門一腳,以至於 3G 用戶人數不多,始終無法普及。也因為資源早已備齊,所以才成就了iPhone的成功。

智慧型手機於2005-2007年間起步,2008-2012年爆發性成長,轉折點在於iPhone。智慧型手機的轟動,也成功拉動 3G 用戶暴增,進而迎來 4G 更高速上網時代。

4G :由 OFDM 引發的變局

隨著智慧型手機的發展,行動流量需求上升,W- CDMA 隨後演進出 3.5G 的 HSDPA、3.7 5G 的 HSUPA ,但其中的 CDMA 技術框架沒有改變。而高通 CDMA 後續演進出的 1x EV-DO,於2001年被接受為 3G 技術標準之一。

本來照這樣發展下去,以 CDMA 為核心的技術或許有可能一路稱霸到 4G ,可惜事與願違。

半途中有一號人物,殺進市場將一切計劃打亂,這個傢伙叫 Intel。

  • Intel的逆襲 –  WiMax

先簡單介紹一下授權頻譜那點事。1980年代以前,美國所有的無線設備都得經過頻譜授權。後來美國通訊委員會  (FCC)  將標準放寬,僅限於發射功率較大、容易產生訊號干擾的無線設備需經過頻譜授權,其他低發發射功率的設備可以使用未授權頻譜。

這些未授權頻譜早期無人重視,直到 IEEE 開始進行短距離無線傳輸的研究。WiFi 設備就是在  IEEE  的規定下發射功率不能超過 100mW,實際的發射功率可能也就在 60 到 70mW。

為了能讓各家廠商能根據同一個標準生產兼容的設備,讓通訊器材能有互通性,1999年, IEEE 分別推出了802.11b與802.11a兩種 WiFi 標準,分別使用 2.4G Hz和 5G Hz頻段,彼此標準不相容。 (所以我們才會常常在連 WiFi 時,看到 2.4G 和 5G 兩種頻段)

2003 年, IEEE 引入正交頻分復用技術  (OFDM) ,推出 802.11b 的改進版 802.11G 使傳輸速度從原先的 11Mbps 提升至 54Mbps。

現在我們使用的 WiFi 主要為 802.11n, 與 802.11a、802.11b、802.11G 皆兼容,並採用 MIMO 技術,使傳輸速度及距離都有所提升,速度甚至可達 600Mbps。OFDM+MIMO 技術,解決了多徑干擾,提升了頻譜效率,大幅地增加系統吞吐量及傳送距離。這兩種技術的結合,使得 WiFi 取得了極大的成功。

隨著版圖不斷擴大,IT 業巨頭們開始覬覦起蜂窩行動通訊市場大餅 —  4G 。

WiFi 標準是 IEEE 802.11,IT 巨頭進軍電信業的標準是 802.16 ,稱作 WiMax 。2005 年,Intel 和諾基亞、摩托羅拉共同宣佈發展 802.16 標準,進行行動終端設備、網路設備的互通性測試。

螢幕快照 2017-09-29 10.50.23(圖片來源:股感知識庫)

有 Intel 領頭的 WiMax 來勢洶洶,電信產業這邊卻是幾家歡喜幾家愁。

OFDM 說起來也不是新技術,早在 1960 年代貝爾實驗室發明 OFDM 後,技術框架約在 1980 年代便已建立完成。然而當時能支持 OFDM 的硬體不成熟, CDMA 又由高通領軍一時紅火,便淘汰在 3G 標準之外。

簡單來說就是 CDMA 太紅,如果 Intel 和 IT 大廠沒有在 WiFi 上將 OFDM 技術發揚光大,電信業沒有一家注意到早期不被重視的 OFDM 。由於 WiMax 的關係, OFDM 才又重新進入電信業和學術界的視野中。

耶!終於可以不用再被高通的 CDMA 技術揩油了。OFDM  不但能有效消除多徑干擾,複雜度也比 CDMA 小了很多,相較於 CDMA 事實上更有優勢。此時,除了高通以外,眾家電信巨頭都歡樂了起來:終於不用再看高通面子、繳高額的高通稅了!

若能有效將 4G 傳輸速率提升,又能繞過高通的 CDMA 專利陷阱,那是大好不過了! 3G PP 組織立即看風向轉向。 (承相~起風了~~) 2008 年時,3G PP 提出了長期演進技術  (Long Term Evolution,LTE )  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,準備把 W- CDMA 汰換掉,轉而採用 OFDM 。至於高通這邊當然也看到了 OFDM 的發展前景。

為了不落人後,在 2005 年 WiMax 進軍行動通訊業時,高通耗費了 6 億美元,戰略性收購了專門研發 OFDM 技術的 Flarion 公司。並在 2007 年提出了 UMB (Ultra-Mobile Broadband)  計劃,把 CDMA 和 OFDM 、MIMO 都整入 UMB 標準中,想繼續維持 CDMA 的優勢。可惜各家廠商都怕了高通,以前讓你一人稱山大王四處為虐,現在看你有傾頽之勢還不牆倒眾人推。

況且全球覆蓋率最高的基站正是 W- CDMA ,因此,各大營運商無不紛紛決定採用 LTE -Advanced 當作第四代通訊技術標準。UMB 因為沒人支持而迅速式微了下去,隔年高通就把 UMB 停掉、宣佈加入 3G PP 的 LTE 陣營了。

解決了高通這個難纏的對手後,那 WiMax 呢?不用 3G PP打 WiMax ,這個陣營就先自己出了亂腳。既然 WiMax 是由 WiFi 演進過來的技術,那麼 WiMax 到底是 IT 網路還是電信網路?WiMax 論壇  (WiMax  Forum)  的組成份子複雜,各懷鬼胎,在毫無共識的情況下產業發展整個亂了套。

除此之外最關鍵的問題還是電信設備的兼容性。如同高通敗在 W- CDMA 基站的廣覆蓋上, LTE 可兼容 W- CDMA,且利用現有基站配套設備,而 WiMax 基站卻要從頭建起。更何況 LTE 從頭到尾就是電信業主導的通訊標準,輪不到讓 Intel 這種 IT 巨頭分這塊餅。

此時此刻的高通已無法複製 3G 時代的榮景,4G 已經沒有再使用 CDMA 技術了。 (不過由於佈局廣,就算曾經的命脈 CDMA 被大幅削弱重要性,在 OFDM 上還是能收很多專利費)

Intel 也在 2010 年宣佈放棄 WiMax ,加入 LTE 陣營。

螢幕快照 2017-09-29 10.52.02

(圖片來源:股感知識庫)

5G:改變社會

2G 實現從 1G 的模擬時代走向數位時代,3G 實現從 2G 語音時代走向數據時代, 4G 實現 IP 化,數據速率大幅提升。

5G 將會給我們帶來怎樣的改變? 5G 最大的改變就是實現從人與人之間的通訊走向人與物、物與物之間的通訊,實現萬物互聯,推動社會發展。

速率方面:從 4G 的 100M bps 為單位,5G 可高達 10Gps,比 4G 快達 100 倍,輕鬆看 3D 影片或 4K 電影。

容量與能耗方面:為了物聯網 (IoT) 、智慧家庭等應用, 5G 網路將能容納更多設備連接、同時維持低功耗的續航能力;低時延方面:工業 4.0 智慧工廠、車聯網、遠程醫療等應用,都必須超低時延。

5G 的容量是 4G 的 1000 倍,峰值速率 10Gbps-20Gbps,意味著採用更高的頻段,建設更多的基站,並引入 Massive MIMO 等關鍵技術。

低時延和大規模物聯網連接,意味著網路能提供多樣化的服務,這就需要網路更加靈活和分佈,從而需要基於 NFV/SDN 向軟體化/雲化轉型,用 IT 的方式重構網路,實現網路切片。

而虛擬化打通了開源平台,讓更多的第三方和合作夥伴參與進來,從而在已運行多年的成熟的電信網路上激發更多的創新和價值。5G 是商業模式的轉型,也是生態系統的融合。

正如NGMN所定義的:5G 是一個端到端的生態系統,它將打造一個全行動和全連接的社會。 5G 主要包括三方面:生態、客戶和商業模式。它交付始終如一的服務體驗,通過現有的和新的用例,以及可持續發展的商業模式,為客戶和合作夥伴創造價值。

5G 的誕生,將進一步改變我們的生活和社會,推動一場新的訊息革命。就要到來,讓我們拭目以待。

雪球》授權轉載

【延伸閱讀】

喜歡這篇文章?加入你的S夾!

雪球
「雪球」是一個社交投資網絡,它有網頁版(xueqiu.com)和手機客戶端。用戶可以通過雪球:
● 訂閱股票、封基、ETF,全方位收取新聞、公告和用戶討論
● 通過自選股功能查看股票漲跌
● 通過持倉盈虧功能管理個人投資組合
● 和其他投資者實時交流互動
雪球的最新文章
More

社群熱門分享排行榜
本週
本月
追蹤股感的社群