不过站在国家大义的角度看,中国移动强推TD-SCDMA是值得的,2G时代中国移动比较依赖国外设备商,而从TD开始,中国企业渐渐成为了中国移动的主流供应商,展讯等芯片公司也成长了起来。
TD-SCDMA基站
更重要的是,我们让西方人明白了一件事,如果在标准制定中不增加中国的话语权,中国完全有能力自己搞一个标准出来,到时候极有可能失去中国市场。因此,欧洲在制定4G标准时极力拉拢中国加入。
欧洲的4G标准是2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动的,取名为LTE(Long Term Evolution,长期演进),顾名思义是UMTS技术标准的长期演进。引入OFDM和多天线MIMO等技术。
当时3G发展并不好,欧洲着急搞4G标准主要是受到了WiMAX的刺激。
WiMAX用的就是WiFi技术,2003年IEEE引入正交频分复用技术(OFDM),WiFi传输速度从原先的11Mbps提升至54Mbps。后来Intel搞WiMAX就用了OFDM技术,这个技术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更有优势。
OFDM并不是什么新技术,早在60年代贝尔实验室发明OFDM后,技术框架在80年代便已建立完成。但是中国与美国欧在制定3G标准时,OFDM的硬件还不成熟,便排除在3G标准之外。
如果Intel和 IT大厂没有在WiFi上将OFDM技术发扬光大,电信业没有一家会注意到早期不被重视的OFDM。由于WiMAX的关系,OFDM才又重新进入电信业和学术界的视野中。
所以欧洲在制定LTE标准时也采用了OFDM技术,若能有效将4G传输速率提升,又能绕过高通的CDMA专利地雷,是再好不过了。当然也看到了OFDM的发展前景,2005年就耗资六亿美元,战略性收购了专门研发OFDM技术的Flarion公司。
中国的积极性也很高,2005年6月在法国召开的3GPP会议上,大唐联合国内厂家,提出了基于OFDM的TDD演进模式的方案,同年11月,3GPP工作组会议通过了中国针对TD-SCDMA后续演进的LTE TDD技术提案。
LTE核心技术
随着中国的加入,LTE阵营如虎添翼,天平很快就倒向了欧洲这边。高通在2007年提出的CDMA2000的演进升级版本UMB(CDMA+OFDM+MIMO),由于没人支持而迅速式微,隔年高通就把UMB停掉、宣布加入3GPP的LTE阵营了。
2010年,Intel在WiMAX失败后,宣布将支持LTE技术,自此LTE标准一统江湖,虽然同时存在FDD和TDD两种方案,但实际上差别非常小。
2013年12月,工信部向三大运营商同时发放TD-LTE牌照,中国移动在TD上有先发优势,因此成了最大赢家,仅2014年就建设了50万个基站,逐渐形成了覆盖全国的TD-LTE网络。
华为在2012年中国移动TD-LTE招标中获得约25%的份额,仍是中国移动的第一大合作伙伴,这为华为在2013年营业收入超过爱立信打下了坚实的基础。
从3G到4G的过程中,最郁闷的就是美国了,摩托罗拉、朗讯、北电一下子全没了,就剩下了高通。4G时代,高通的专利封锁线也被毁掉了,不仅没竞争过老对手欧洲,而且眼睁睁地看着中国的崛起,美国人急需在5G时代扳回一城。
五
4G时代LTE一统江湖,3GPP2逐渐被边缘化,3GPP开始完全主导5G标准,中国与美国欧都要按照3GPP的要求来搞。
3GPP定的5G标准是峰值速率高达20Gbps,用户面时延要低至0.5ms(URLLC),峰值速率是LTE的20倍,时延是LTE的1/10。其中最难实现的是低时延,目前业界对于5G的攻克主要体现在速率上。
实现更高的速率主要有两种方法,其一是增加频谱利用率,其二是增加频谱带宽。
在2G到4G的发展过程中,从TDMA(时分多址)到CDMA(码分多址)再到OFDMA(正交频分多址),均增加了信道容量。但是到了5G,用的还是OFDM技术,所以容量的提升要大大增加频宽。
4G时代,中国移动TD-LTE的最高频率为2635MHz,频宽为130MHz,相比之下,3GPP将5G的频段分成了两个范围:FR1为450MHz-6000MHz,FR2为24250MHz-52600MHz,这显然不是一个量级的。
三大运营商频率分布
5G频率如此之高,速率自然能够得到大幅度提升,但是根据“光速=波长×频率”公式,频率越高,波长就越短,5G波长可以短至毫米级,也就是我们说的毫米波,覆盖范围会比4G小得多。
再来说增加频谱利用率,主要通过信道编码技术来实现,这是“信息论之父”克劳德·香农在1948年提出的,同时他还提出了著名的香农极限,即在给定带宽上以一定质量可靠地传输信息的最大速率,信道编码技术可以实现无限接近但不能超过这一速率。
几十年来,信道编码技术经过几代人的努力,已经越来越接近香农极限。1991年法国人发明的Turbo码被认为是第一个接近香农极限的编码方案,1999年3GPP采用Turbo码作为3G UMTS系统的信道编码。
这时候,另一种信道编码技术LDPC码进入了学术界的视野,它是MIT的Robert Gallager在1962年的博士毕业论文中提出的。但是由于计算能力的不足,缺乏可行的译码算法,长时间被人们所忽略。
到了1996年,有研究表明,采用LDPC长码可以达到Turbo码的性能,随后学术界对LDPC投入了大量的关注,对编码矩阵构造、译码算法优化等关键技术展开研究。其中,高通公司对LDPC的发展有着不小的贡献。
近二十年来,LDPC码被广泛应用于深空探测,卫星和地面数字电视、WiFi、以及 HDD、SSD存储系统等,当年WiMAX也采用了LDPC码。
其实2006年在确立4G标准时,就有人提出了编码应该用LDPC码取代Turbo码,但是通信标准从来就不是技术之争,Turbo码是欧洲人提出的,在欧洲主导的4G标准中当然只能用Turbo码。
前两年在制定5G标准时,欧洲(主要是法电、爱立信)主张5G还用Turbo码。但在5G时代,Turbo解码复杂的缺点就暴露了出来,所以要选择解码速度快延时低的方案,降低对硬件要求,LDPC被认为是一个好的选择。
本来LDPC是5G编码的唯一选择,高通也可以借此扬眉吐气了,但是美国人没有想到的是,华为搞出了Polar码,被认为是迄今唯一能够达到香农极限的编码方法。