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锐视角 | 通信世界的“通天塔计划”:5G的来处和去向

静静的读你 2019-12-18 15:53 330人围观 4K电视

锐视角 | 通信世界的“通天塔计划”:5G的来处和去向

(荷兰16世纪画家彼得·勃鲁盖尔名作《通天塔》)


《圣经·旧约·创世记》记载,人类联合起来,计划兴建一座能通往天堂的高塔。于是,上帝开始让人类说不同的语言,通天塔计划因此失败,人类自此各散东西。




因此,通天塔又被称为“巴别塔”。在希伯来语中,“巴别”是“变乱”的意思。追求的是天堂,得到的是变乱,还真是具有讽刺和警世的意味。




但,巴别塔的故事却从未在人世间停演。




01宽轨、窄轨和标轨




火车是人类工业革命的产物,但世界各国铁轨的宽度却五花八门。




世界上铁路的轨距主要有三个标准,标准轨、宽轨和窄轨。各国铁路凡直线轨距为1435mm的称标准轨距;大于1435mm的称宽轨距,小于1435mm的称窄轨距。



锐视角 | 通信世界的“通天塔计划”:5G的来处和去向

全球60%的国家,包括中国(大陆)、美国、加拿大及欧洲大部分国家都采用标准轨距;印度、巴基斯坦、阿根廷、智利等国主要采用1676mm宽轨距;俄罗斯采用1520mm宽轨距;日本一般铁路采用1067mm的窄轨,东海道、山阳等新干线则采用1435mm的标准轨距;非洲加纳、刚果、坦桑尼亚、赞比亚等国采用1067mm窄轨距。




各国设置不同轨距,历史原因不一。前苏联是出于军事防御的考虑,将铁轨宽度设置为宽轨,这样如果和其他国家交恶发生战争,敌人很难通过铁路来快速调兵遣将。




但在和平时期,轨距不一样真的有点坑。




以中欧班列为例,中欧班列要穿越很多国家,如果经过轨道宽度不一样的国家,火车就不得不通过一个换轨道站点进行“乾坤大挪移”。




这个站点是两个不同标准的火车轨道平行,然后将能分别在各自轨道上的火车进行平行停靠,然后通过设备将一个轨道上的车厢吊装到另外一个轨道的火车上,然后再运走。




人类一思考,上帝就发笑。不知上帝知晓了铁路轨距的事情,会不会发笑?




02从1G到4G:人性的味道




有人的地方,就有隔阂,就有藩篱。




铁轨时代如此,信息时代也不例外,从原始文明到高度文明的每个时代,如果走近了仔细闻闻,都沾满了人性的味道。




1G时代大哥大




都说“1G打电话,2G聊QQ,3G刷微博,4G看视频”,但你知道从1G到4G,人类是怎么一步一步走过来的吗?




一切都要从打“call”开始说起。




1980年代,电话出现了,人类通信进入1G时代。但当时人们使用的是模拟、仅限语音的蜂窝电话标准,被称为“第一代移动通讯技术”,即“1G”。代表设备是美国摩托罗拉8000X,只能打电话。

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(1G网络时期的手机,图片源于人民网)


1G时代主要用于语音通讯,各国标准也不统一。在1G时代,中国基本上是从零起步,手机只有少数人买得起,而且全部要从国外进口。




1987年,在先进国家部署1G网络近10年后,广州才出现了第一个1G网络。




摩托罗拉8000X,在中国有个响亮的称号,“大哥大”。在那个年代,要用上大哥大,首先要支付6000块的入网费,并且每分钟资讯0.5元。




这样的人,在当时,真的是大哥中的大哥。




2G时代全球通




大哥大当大哥没几年,就退出了历史舞台。




因为1G时代,每个国家的通信系统并不兼容,导致各国厂商设备无法互通。比如当年的巨头摩托罗拉和爱立信,各自的“大哥大”用的都是自家的频段标准,无法互相打call。




聪明的欧洲人,把时间分割成了周期性的帧(Frame),每个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号,这种技术叫做时分多址(TDMA)。




基于这个技术,欧洲瑞典、芬兰等通讯巨头联合起来,研制出了第二代通讯技术,俗称2G,立志于让全球的移动电话共同使用一个标准,让大家一部电话走天下。




1991年,欧洲开通了“全球通讯系统”(GSM, Global System for Mobile Communications)。说的这么高级,大家可能都不懂,但我换个说法,大家应该都知道了。




这全球通讯系统,就是我们之前在营业厅办电话卡时的“全球通”。它在传输速率和开放性上完胜1G模拟通信,很快便成为2G时代的主流标准。




这时的中国也组建了中国移动公司专门从事移动通讯业务,使用的是在国际上处于主流地位、由欧洲主导的GSM标准,技术是基于TDMA技术。




当时世界上移动通讯设备生产厂家有十几家,都是知名的电子企业,美国的摩托罗拉、朗讯,欧洲的诺基亚、爱立信、阿尔卡特,加拿大的北方电讯,日本的富士通,韩国的三星等都在其列。




中国的中兴、华为(成立于1987年)这时刚刚起步。




但是,美国也不甘示弱,高通带头很快整出来一个CDMA技术。



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(2G网络,图片源于人民网)


码分多址(CDMA),和时分多址(TDMA)有区别的是,它是靠信息的编码序列来分割成若干个码隙向基站发送信号,被称为2.5代移动通讯技术。




CDMA技术带来的承载量是GSM的10倍以上,在技术层面完爆TDMA。




1999年,中国联通开始与美国高通谈判关于引进基于CDMA技术的2G网络,直到2001年才尘埃落定。




已经去世的国家发改委原副主任、国家能源局原局长张国宝,生前曾撰文回忆道,“中国在引进CDMA技术时关于专利使用费和高通公司进行了艰苦的谈判”。

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(张国宝,1944.11.19 -2019.10.4.图片源于人民网)


张国宝说,美国政府当时极力向中国推销,要求中国引进美国高通公司的CDMA技术,也可以说向中国施加了不小的压力。他们当时的理由也是说中美之间有贸易逆差,中国有顺差,所以他们要求中国应该买美国的技术。




后来国务院决定,由联通公司来负责承接从高通公司引进CDMA技术,这样联通公司成了我国第二家移动通讯公司。




在2G时代,CDMA标准虽然速率比GSM快,但CDMA起步晚,基础差,所以暂时处于下风。在中国,GSM也是先行一步,所以那个时代联通明显干不过移动。




但3G时代很快到来。




3G时代三足鼎立




你也许从来没见过它的产品,但是你每天都在付钱给它。它是通讯行业最“拉仇恨”的公司。它就是高通。




高通在2G时代就是CDMA的推行者,奈何动作不够快,导致丢失市场。




但这之后,高通开始悄悄围绕功率控制、同频复用等技术构建CDMA专利墙,将所有有关CDMA技术的专利纳入麾下。




接着高通将CDMA算法嵌入芯片,提供一整套系统单芯片(System on Chip, SoC)解决方案。




当时大部分手机厂商没有将全部技术整合成芯片的技术能力。而高通做到了,他把通讯基带、CPU、GPU等等全部整合到芯片中,卖给了各大手机厂商。




手机厂家买了芯片,同时交通讯标准的专利费。高通开始疯狂收割,由此带领美国奠定了3G时代强悍的地位,完成对欧洲GSM标准的逆风翻盘。




高通这么一来,欧洲各大老牌通讯巨头坐不住了。1998年12月,欧洲领头成立了第三代合作伙伴计划(3GPP),并绕开了高通专利,完成了从GSM向WCDMA的过渡。而且WCDMA比高通的 CDMA2000 更好用。




至此,国际上移动通信技术在从2G到3G的技术升级中,主要形成了两个标准,一个是欧洲的WCDMA,另一个是美国的CDMA2000。




由于中国是最大的市场,这两种标准都拼命向中国推销,希望中国尽快发放三代移动通信技术牌照。但中国的情形已经发生变化。




中国的通讯技术工程研发人员,主要以原属邮电部的大唐电信科技产业集团、通信研究院为主,于1998年6月提出了中国自己的TD-SCDMA标准。




经过不懈的努力,这一标准2000年5月终于得到国际电信联盟(ITU)的批准,挤进了三代移动通信的标准,成为第三个三代移动通讯标准。




这个标准还是基于CDMA的,所以美国当然乐见其成。就这样,3G时代,中标TD-SCDMA,美标 CDMA2000 和欧标 WCDMA 在3G国际电信标准三足鼎立的格局就这么形成了。




直到这时,中国在世界通讯标准上,才插上了一脚。




虽然TD-SCDMA成为了国际三代移动通信标准之一,但实际上基础十分薄弱,没有芯片,没有手机没有基站,也没有仪器仪表,一切都要从基础做起。和已经有深厚基础的WCDMA、CDMA 2000相比,还是十分弱小。




“如果现在就发放3G通信牌照,无疑将是WCDMA和CDMA2000的天下,应该有一定的时间让中国的TD- SCDMA羽毛能够丰满起来。”张国宝说,当时国家发改委和信息产业部在这点上达成了一致,暂缓发放3G通讯牌照(中国于2011年正式发放3G牌照),并加大对TD-SCDMA标准实际应用的力度,为中国标准赢取时间。




4G时代二元标准




技术推动着标准的发展。4G核心正交分频多工(OFDM) 技术逐渐成熟,传输速率是 CDMA 的十倍以上。




OFDM技术调制模式有两种,一种时分双工(TDD),一种频分双工(FDD),两者互有优劣。




欧洲在他们原有的技术基础上发展了基于FDD(频分多址)技术的4G标准,美国也发展了基于TDD技术的4G标准WIMAX。中国则主攻基于TDD(时分多址)技术的TD-LTE标准。




这是第一个中国主导的、具有全球竞争力的4G标准。




欧洲的爱立信公司了解了TDD技术的优势和中国巨大的市场,主动与中国联合,共同采用TD-LTE4G标准,这使得TD-LTE标准力量强大起来。




而美国的WIMAX标准逐渐被边缘化。4G形成了TD-LTE和FD-LTE两个主要标准。




中国2014年发放了4G牌照,到了4G TD- LTE阶段需要大量的资金投入,通讯运营商中国移动以3G养4G,建设了50万个基站,逐渐形成了覆盖全国的TD-LTE网络。



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(图片源于中国移动官网)


2017年,TD-LTE 基站有200万,占全球4G基站的40%,全球支持 TD-LTE 的终端近4269款,支持 TD-LTE 的手机3255款以上。




中国在全球通讯的博弈中,终于成为了游戏规则制定者之一。




这个时期,我国手机品牌如华为、小米等迅速发展,开始与全球手机巨头三星、苹果同台竞技。




话外篇:一个神秘组织的诞生



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(图片源于华为心声社区)


在叙述5G时代之前,我们必须补一课,那就是1998年12月,欧洲领头成立的3GPP,第三代合作伙伴计划。它是现在5G全球标准的制定组织。




为了结束2G时代的标准混乱,为了实现GSM由2G网络到3G网络的平滑过渡的需求——“定义完整的端到端系统规范,确保符合行业需求,实现不同厂商之间的无缝互操作”,从而产生了这个组织。




如果将全球无线通讯比作一个村的话,那么这个组织好比是这个村里的村长,他让你“耕什么地”你就得耕什么地,它让你的“庄稼”长多高你的庄稼必须长那么高,否则对不起,你不属于这代通讯技术的标准,这个组织就是3GPP。




3GPP建立时,各国都在讨论谁当“老大”合适,谁掌握“话事权”。最后日本无线工业及商贸联合会(ARIB)、中国通信标准化协会(CCSA)、美国电信行业解决方案联盟(ATIS)、日本电信技术委员会(TTC)、欧洲电信标准协会(ETSI)、印度电信标准开发协会(TSDSI)、韩国电信技术协会(TTA)入围。




美国不甘心,高通曾经领头成立了个3GPP2,与3GPP竞争。但最终还是放弃了另立门户,回归组织。




有了组织就是好办事儿,4G时代变成二元标准,而5G时代有望实现统一标准。




5G时代“通天塔计划”会成功吗?




如果耳朵会说话,提到“5G”这个词,它肯定会抱怨:磨得我都出茧子了!




但到底什么是5G呢?




5G,学名“第五代通讯技术”。3GPP要求,5G必须要提高速率和降低时延——规定5G网络用户体验传输速率至少需符合100Mbps下载速度、50Mbps上传速度,网路延迟时间不得超过4毫秒,并且在时速500公里的高速列车上也能维持稳定网络连接。




高网速、低时延,对物联网、智慧城市和人工智能的作用,不言而喻。5G为我们身边的每一件物体变得智能化提供更好的通讯基础。




高通CEO莫仑科夫这么说:“5G是一种全新的网络,它能为大量设备提供支持。5G的诞生与电力或汽车同等重要,它将对经济和社会产生深远影响。”




但如果5G依然没有统一的标准,问题就大了。就像铁轨时代的宽轨窄轨悲剧一样,一趟穿越不同标准的地域的“5G班列”,需要不停地“换轨道”。




“没有统一的标准,没有产业的支持,5G将会是一座空中楼阁。统一的5G全球标准将对今后5G产业发展有着举足轻重的影响。”中国通信标准化协会理事长奚国华说。

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(2017年12月21日,3GPP TSG RAN全体会议。图片源于华为心声社区)


2017年12月21日

3GPP TSG RAN全体会议成功完成首个可商用部署的5G NR标准的制定,为5G大规模试验和商用部署奠定了基础。

2018年

英国、韩国、美国、意大利、芬兰、爱尔兰等国家陆续发放5G牌照。

2019年6月6日

中国国家工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。我国正式进入5G商用元年。




随着中国4块5G牌照应声落地,6月初,3GPP也发布了5G标准最新时间表,Release16将作为5G第二阶段标准版本,Release17的制定也已经启动。




统一的5G全球标准,可以说是通信世界的“通天塔计划”,它正在加速向前。这次人类会成功吗?




虽然3GPP的成员——全球各国500多家通讯企业及协会,发愿要建立统一标准,但成员之间依然存在激烈的竞争。争夺的部分就是把自己掌握的专利更多地写入到这个5G标准中。




你可以这样理解,5G全球标准是座通天塔,高通、华为、爱立信、诺基亚等这些成员手里都有水泥、钢筋、砖块等建材(专利),大家一起努力把这座塔建起来,然后把这座塔卖给全世界。




在塔的建造过程中,采用哪家成员的建材(专利)越多,谁在未来得到的分成就越多。




去年10月,多个通讯巨头都公布了5G专利收费标准。高通沿用了3G、4G时代的百分比收费标准,计划对每部5G手机按照批发价收取2.275%收取许可费,对多模5G手机,即同时支持3、4、5G的手机,收取3.25%收取许可费。




爱立信的专利费收取标准为高端手机每部收取5美元的最高额许可费用,低端手机则可以打折,只收2.5美元。




诺基亚专利费收取标准为每台设备的许可费用不会超过3欧元。




举例来说,一部3000元人民币手机,在专利许可费用上,手机厂商需要向高通缴纳68~97元,向爱立信缴纳最多35元,而向诺基亚缴纳最多24元。




华为对5G专利的收费规则还没公布,但华为表示,会继续致力于推动5G技术实施的权利人降低专利累计费率。




当下,世界通讯技术的格局又是什么样的呢?




变化巨大。中国从1G、2G时代的零基础,到3G、4G时代的标准制定者之一,如今世界的一只脚已经迈入5G时代,中国在5G标准制定的话语权已经今非昔比。




截至2019年4月,中国企业申请的5G通讯系统SEPs件数占全球34%,傲居全球第一。其中,华为更是拥有15%的SEPs,为世界5G专利龙头。




SEP,Standards-Essential Patents,即标准关键专利,也叫标准必要专利。拥有SEP的企业优势非常明显,主要表现在三方面:




1)拥有SEPs的企业可收取专利费,创造庞大财源。




2)拥有SEPs的企业能更低成本的打造5G基站、手机等设备,更低成本的建设5G网络,促进产业发展。




3)如果企业拥有SEPs数量多,重要性高,还能通过交叉授权,免费使用对手的技术。




在拥有SEP专利数量方面,全球排名前十位的企业依次是:




华为(中国)、诺基亚(芬兰)、三星(韩国)、LG(韩国)、中兴通讯(中国)、高通(美国)、爱立信(瑞典)、英特尔(美国)、中国电信科学技术研究院(中国)、夏普(日本)。




在全球5G标准制定组织3GPP中,中国企业和专家的“席位”也越来越多。




3GPP技术规范组(TSG)分为RAN、SA与CT三个组。RAN主要负责无线接入网络相关内容,SA主要负责需求、安全、业务和系统架构等,CT负责核心网技术。




2017年8月,中兴通讯专家高音当选了3GPP RAN3工作组副主席。




2019年11月,中国电信智能网络与终端研究院专家夏旭当选新一任3GPP SA1副主席。这是中国运营商专家首次担任SA1副主席职位。




11月19日,华为子公司“FutureWei”的RAN4首席标准专家陈翔,当选3GPP RAN4新一届主席。

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(3GPP RAN4主席陈翔,图片源于华为心声社区)


RAN4工作组的主要工作内容包括:定义移动通信系统包括5G系统的射频指标、接收机解调指标和无线资源管理指标,同时也包括基站的一致性测试。




可以说,RAN4是无线网络中很多重要特性落地产业的必经之路,是5G系统能够落地商用的重要保障。因此其标准职位也是国内外移动通信领域各公司的必争之地。




但是,好吧,以下是“但是部分”——有分析指出,在5G这条赛道上,美国高通、英特尔等企业依然在核心专利上占据优势,而且他们从“前5G时代”延续下来的专利优势,在未来依然发挥着不容忽视的力量。




5G出来以后,所有的2、3、4G手机、基站会与5G长期共存。这样总的来说,高通在5G时代,依旧有大量的专利费可以收取。




但无论如何竞争,3GPP的500多个成员好像真的已经达成一致,要建成这座通信世界的通天塔。

04结语

锐视角 | 通信世界的“通天塔计划”:5G的来处和去向

(马克斯·韦伯1864—1920)


竞争,是市场经济的灵魂推手。德国经济学家、哲学家马克斯·韦伯认为,时刻保持冷静克制,理性化、有计划地谋求经济成功,是现代资本主义的精神。这种精神是人类从理性之树上摘到的头茬果实。




但与韦伯、涂尔干并称“社会学古典理论的三大奠基人”的马克思却不这么认为,马克思更多指出了资本的疯狂和市场的盲目。




而且世界上,不仅有企业、资本和市场,还有国家和国家利益。




美国对5G志在必得,美国总统特朗普曾说:“在5G这个强大的未来产业中,我们不能允许任何国家超过美国……”




2018年以来,美国开始以安全为由,施压盟友排除中国企业华为参与当地的5G建设。目前,已经有美国、澳大利亚、日本等多个国家决定排除华为的5G设备。




不过,包括德国、比利时、印尼在内的越来越多的欧洲国家站出来反对美国的“华为禁令”。




在总理府的干预下,德国联邦网络局修改了5G网络安全标准草案,使得华为公司向德国5G网络提供设备成为可能。




美国《时代》周刊曾经发出灵魂追问:“未来5G技术会不会出现两大阵营,两大阵营彼此不通?”这确实是谁也无法预见和回答的问题。




华为创始人任正非说,5G标准是全球数十万科学家、工程师数十年的努力共同完成,不是政治家画条线就可以出现两个版本的。不同标准,会增加通讯运营商的成本,会增加消费者的支出。




德国更进一步提出建立全球统一的网络安全标准。今年11月,德国总理默克尔说,“德国在决定由谁来建造其5G网络时,着重的应该是安全标准,而非个别公司”。




5G全球标准这座“通天塔”能否建成和投入使用,看来真的需要另一座通天塔的辅助,那就是德国倡议的全球统一的网络安全标准。




统一的5G标准和网络安全标准才是理性的选择,但历史会选择哪一边呢?




在德国哲学家康德看来,国与国之间的理想状态是“永久和平”。康德认为,永久和平作为政治理想,它始终具有道德引领作用,是政治善的最高体现。




换句话说,和平是人类理性且道德的最佳选择。




然而,这只是一种伟大的理想。弗洛伊德恰恰认为,人类自认为理性,但其实他们的大多数行为、大多数选择都是潜意识和冲动在“暗箱操作”。




巴别塔是人类的伟大理想,搅乱人类计划的其实不是“上帝”,而是人类自己。




参考资料:

1.人民网2018年01月05日消息《3GPP是个什么组织 为啥5G标准离不开它》;

2.中国经济周刊2018年12月27日消息《张国宝:从1G到5G——中国移动通讯技术和设备的发展历程》;

3.人民日报2019年11月24日消息《5G标准必要专利,我国拥有量居全球首位》;

4.科技日报2019年11月22日消息《国际标准即共识,5G是世界的》;

5.人民网2019年09月30日消息《3GPP改选 中兴通讯实现“双主席”高配置》

6.华为心声社区2019年11月21日消息《华为子公司FutureWei陈翔当选3GPP RAN4新一届主席》

7.湖南师范大学社会科学学报 《康德目的王国的政治内涵及其道德愿景意义》,作者李育书,中国社科院哲学研究所博士后。

深圳卫视&壹深圳客户端记者 郭保瑞
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