1G→2G→3G→4G→5G:一部波澜壮阔的移动通信史

2019-09-16 21:24 来源:未知

因此,在4G迅速发展、甚至5G研究已经纷纷起步的现在,爱立信、诺基亚、高通、苹果等也依然是专利巨头,仅依靠专利储备实力就足以在各个市场不平衡的竞争环境中确保自身利益不受损害。

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%。

这里不得不提到苹果公司,苹果推出了iPhone以及iPad等具有划时代意义的产品之后,在市场反映一片大好的形势下,苹果在欧洲市场曾遭遇摩托罗拉关于无线通讯专利的诉讼,导致iPad在德国地区遭遇禁售。此后苹果也接连与爱立信、三星、HTC等厂商发生专利纠纷的摩擦。

高通赶紧不落人后地与韩国联合组成3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) 与3GPP抗衡,推出了CDMA2000。

智能手机的进化史与构成智能手机的核心专利技术演变是并行发展的。拿最具代表性的诺基亚与爱立信来说,抛开智能手机业务不谈,两家还是在通信行业扮演领军角色的企业。在今年4月收购阿尔卡特朗讯之后,诺基亚成为全世界最大的移动通信网络供应商,而爱立信多年来一直在移动通信领域占据主导地位。

从1950年代起,CDMA就是美军军方的通信技术之一。在创始人Irwin Jacobs和Andrew Viterbi领军下,高通在1989年成功将CDMA 应用在移动通信上。

即使是手机业务被微软收购、市场前景已大不如前的诺基亚,其通过专利授权也依然能够保证每年一定量的可观营收。而由于掌握手机通信的核心技术,无论是2G、3G还是4G时代,其他手机厂商想要发展都绕不开专利授权这个问题,如若不然,面临的将是专利侵权与官司纠纷,避无可避。

此时,高通迎来了一根橄榄枝──来自于韩国政府。

据公开资料显示,爱立信目前是持有3G标准关键专利最多的公司,并持有25%与4G标准LTE技术相关的专利。数量上,爱立信一共拥有3.3万项以上的专利技术。而诺基亚截止到目前为止,涉及到手机通信相关的专利技术也有上万件,其中涵盖了2G、3G、4G以及无线网络等。据了解,包括苹果、三星、HTC、微软、黑莓、LG、索尼、摩托罗拉、华为等近40家公司都需要向诺基亚缴纳专利授权费。有相关人士估计,诺基亚每年至少可以获得5亿欧元专利收入。

苹果的迅速成功和Symbian的坎坷命运都是因为同一个原因:应用商店。

在2G时代,移动通信制式只包括GSM与CDMA两种,前者核心专利技术主要掌握在诺基亚、意法爱立信、摩托罗拉、阿尔卡特、西门子等老牌手机或通信厂商手中。CDMA几乎90%以上的相关专利属于高通,甚至彼时在中国国内,高通CDMA占有率已经达到100%,之后高通推动CDMA直接演进到cdma2000,成为3G时代的三大制式之一。

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。

移动通信技术的演进是一脉相承的。到3G时代,欧洲电联联合原GSM核心技术拥有者,将WCDMA确定为第三代数字蜂窝的技术标准,这也就意味着诺基亚、爱立信等2G时代的“班底”又直接掌握了WCDMA的核心技术专利。至于中国移动竭力主推的TD-SCDMA则是大唐电信、华为等“中国军团”与高通一起产生化学反应的结果。来到4G时代,在FDD LTE与TDD LTE发展起来之后,核心专利拥有者大体上并未发生很大变化,其中高通依然拥有部分LTE核心专利。

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。

几个巨头同时拥有大量专利储备的情况下,一方面彼此之间的授权与反授权问题、侵权与被侵权的摩擦不断;另一方面,为了维护市场竞争优势而排挤新进者的情况也会反复出现。

Intel也在2010年宣布放弃WiMax,加入LTE阵营。

从前的巨头,到现在依然是巨头

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。

智能手机时代,在世界范围内,像诺基亚、高通这类巨头来说,往往扮演着两种重要的角色:首先是手机或芯片生产商,同时还是该领域甚至通信领域核心技术的发明与专利拥有者。不论是过去还是现在,海外市场的各种专利纠纷中,现身的专利巨头基本也是诸如诺基亚、爱立信、高通、摩托罗拉等老牌通信、手机或芯片领域的厂商。

2007年1月9日,乔布斯发布了第一代iPhone。

专利授权的利益博弈

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。

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高通的一切都明明白白的写在了这面墙上:财富、垄断、成功… 高通就像一条毒蛇,深谙扼住宿主脖子、获取高额利润之道。

3G:高通的专利地雷与三大标准之争

可惜各家厂商都怕了高通,以前让你一人称山大王四处为虐,现在看你有倾颓之势还不墙倒众人推。

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为了能让各家厂商能根据同一个标准生产兼容的设备,让通讯器材能有互通性,1999年,IEEE分别推出了802.11b与802.11a两种WiFi标准,分别使用 2.4GHz和5GHz频段,彼此标准不相容。

这些未授权频谱早期无人重视,直到IEEE开始进行短距离无线传输的研究。

无论是二战期间的通信设备,之后第一款彩色电视机、半导体芯片、DSP通讯手机芯片,和1980年发明的“大哥大”、建立了AMPS (Advanced Mobile Phone System) 电话系统…

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。

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。

欧洲电信业一度处于溃败的状态。

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谁也不想被高通揩油,所以用CDMA2000的少;TD-SCDMA 只有中国使用;自然,最后的结果是W-CDMA的参与者最多,在三个3G通信标准中最成熟、市场占有率也最高。

不过,因三大通信技术都碰触到了CDMA的底层专利技术,仍无法避免地被高通硬生生啃掉一块利润大饼,高通可谓是3G时代最大的赢家。

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础,至今仍是通讯界圣经宝典。

现在我们使用的WiFi主要为802.11n, 与 802.11a、802.11b、802.11g皆兼容,并采用MIMO技术,使传输速度及距离都有所提升,速度甚至可达600Mbps。

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

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)。

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。

但到了3G时代,局势却有了反转。究竟是什么原因呢?

5G将会给我们带来怎样的改变?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。

早期在手机中安装APP的方式,都是先从网页上下载、用接线传输到手机,再自行安装。

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。

这就是著名的“Qualcomm Patent Wall”。

在发展CDMA之前,韩国运营商、手机等通讯设备制造业相当薄弱。1990年11月,高通和电子通信研究院 (ETRI) 签署有关CDMA技术转移协定。

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。

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。

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。

2008年时,3GPP提出了长期演进技术 (Long Term Evolution, LTE) 作为3.9G技术标准。

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。

iPhone跨时代的创新并不止于此。

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苹果成功地将过往各家大厂尝试的经验整合起来,一战成名。

专利律师的职责,就是申请专利、谈专利价格、控告侵权公司。

正如NGMN所定义的:

2G:GSM与CDMA之争

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。

智能手机于2005-2007年间起步,2008-2012年爆发性成长,转折点在于iPhone。智能手机的轰动,也成功拉动3G用户暴增,进而迎来4G更高速上网时代。

先简单介绍一下授权频谱那点事。1980年代以前,美国所有的无线设备都得经过频谱授权。后来美国通信委员会 (FCC) 将标准放宽,仅限于发射功率较大、容易产生信号干扰的无线设备需经过频谱授权,其他低发发射功率的设备可以使用未授权频谱。

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。

2、欧美中斗法:三大3G通信标准

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。

并在2007年提出了UMB(Ultra-Mobile Broadband) 计划,把CDMA和OFDM、MIMO都整入UMB标准中,想继续维持CDMA的优势。

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原标题:1G→2G→3G→4G→5G:一部波澜壮阔的移动通信史

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。

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。

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。

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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。

苹果要做什么呢?

简单来说就是CDMA太红,如果 Intel和 IT大厂没有在WiFi上将OFDM技术发扬光大,电信业没有一家注意到早期不被重视的OFDM。

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。

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。

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?

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。

在Windows Mobile与Symbian大乱斗,诺基亚依然一家独大的情形下,有一个角色正在偷偷地壮大势力,它的名字叫苹果。

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。

手机版官网,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。

OFDM+MIMO技术,解决了多径干扰,提升了频谱效率,大幅地增加系统吞吐量及传送距离。这两种技术的结合,使得WiFi取得了极大的成功。

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,准备把W-CDMA汰换掉,转而采用OFDM。

收集齐了专利地雷还不够,还要让人得踩到才行。

除此之外最关键的问题还是电信设备的兼容性。

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。

“最好的操作界面,就是我们的手指”,乔布斯在iPhone发布会上强调。

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。

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。

2005年,Intel和诺基亚、摩托罗拉共同宣布发展802.16标准,进行移动终端设备、网络设备的互通性测试。

CDMA不仅带动了韩国通信业的发展,也促进了整个韩国经济的发展。所以多有人说:“韩国人救了高通”,高通更从此成为全球性的跨国大公司。

真正有远见的企业家,是提早10年看到趋势并提早布局,最后在适当时机点推出产品,让市场爆发性成长。

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。

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。

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。

OFDM 不但能有效消除多径干扰,复杂度也比CDMA小了很多,相较于CDMA事实上更有优势。

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。

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。

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由于WiMax的关系,OFDM才又重新进入电信业和学术界的视野中。

1、高通的专利地雷

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。

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至于高通这边当然也看到了OFDM的发展前景。

可惜的是,一代巨头终究未能随市场趋势转型,最终轰然倒下。

随着智能手机的发展,移动流量需求上升,W-CDMA随后演进出3.5G的HSDPA、3.75G的HSUPA ,但其中的CDMA技术框架没有改变。而高通CDMA后续演进出的 1x EV-DO,于2001年被接受为3G技术标准之一。

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。

5G:改变社会

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。

1、Intel的逆袭 – WIMAX

不用3GPP打WiMax,这个阵营就先自己出了乱脚。

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。

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