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回顾:从1G到5G 看通讯产业技术发展与竞合

2016-12-31 02:20
瑾年Invader
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在数位通讯刚起步时,欧洲各国意识到:单打独斗在技术上将难以和美国抗衡。二十年来,欧盟始终不甘落于美国之后,若各自搞出一个不同的标准、很难在世界上占主导优势(标准这东西就是人多, 说话大声拳头硬的就赢了, 总不能全世界只你一个人跟别人用不一样的)。它们吸取了各自为政的失败教训、加强内部联盟,终于在2G通讯时代超越了美国。

1982年起欧洲邮电管理委员会成立的一系列“行动专家组”负责通讯标准的研究。GSM的名字即是行动专家组(法语: G roupe S pécial M obile)的缩写,后来这一缩写的含义被改为“全球行动通讯系统”( G lobal S ystem for M obile communications),以方便GSM向全世界推广。

GSM的技术核心是 分时多工(TDMA)。如前述所言,有限的讯号频率是通讯技术一大限制,多数关于通讯技术的突破都是在于如何更有效的利用讯息通道。GSM的特点是将一条讯息通道平均分给八个通话者,一次只能一个人讲话、每个人轮流用1/8的通道时间。

GSM的缺陷是容量有限,当用户超载时,就必须建立更多的基地台;然而GSM技术建置容易,更采用全新的数位讯号编码取代旧有的类比讯号。在其它方面GSM的性能也相当优异,不但开放国际漫游(各国电信业者的规矩都统一了, 当然能打电话)、提供了SIM卡(Subscriber Identity Module)方便用户在更换手机时仍能储存个人资料,GSM手机还能传送160字长度的文字简讯。通讯技术与应用在2G时期有了惊人的进展。

1991 年,Ericsson和Nokia率先在欧洲大陆上架设了第一个GSM通讯网路。短短十年内, 全世界有162个国家建立GSM通讯网路,使用人数超过1亿、市占率高达75%。

在欧洲人野心勃勃地想要超越美国称霸世界时,美国人同时间却搞出了三套通讯系统。其中两种同样是基于TDMA技术上做发展、第三种则是高通成功设计出的 分码多工技术(CDMA)。

TDMA的通道一次仅供一个人使用、八个用户得轮流着讲,容量有限;然而CDMA使用资料加密技术、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。从技术上来看,CDMA系统用户的乘载量是GSM的10倍以上。

从1950年代起,CDMA就是美军军方的通讯技术之一。在创办人艾尔文.雅各比(Irwin Jacobs)和安德鲁.维特比(Andrew Viterbi)领军下,高通在1989年成功将CDMA应用在行动通讯上。

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。早期有关CDMA的报导都是相当消极的,基地台设施不能达到预期目标,CDMA手机也无处可买。总体而言CDMA就是雷声大,雨点小。

在2G时代,CDMA是个失败者。当欧洲大力投注资源在GSM上,短短数年建立了国际漫游标准、在全球广布基地台时,CDMA起步较GSM晚了一步、美国国内资源又被分散的结果,失去的就是大半江山。(人家基地台都建好建满了, 总不能打掉说换我这个的吧)

另一方面,美国在通讯标准之争上的失败,间接也影响了摩托罗拉手机的竞争力。当数位行动电话渐渐取代类比行动电话时,摩托罗拉仍在类比行动电话市场有四成以上占有率;数位行动电话却不到二成。对于数位通讯的威胁,摩托罗拉错估了类比手机的通讯周期,当时的高阶主管表示:“四千三百万个类比电话机用户,错不了的!”

当然,如同有线电话公司AT&T当初不愿砸钱在无线电话部门上头一般,摩托罗拉当中最赚钱、说话也最大声的类比手机部门更不可能会让资源流到数位手机部门里。同样的故事亦可见于而后的Nokia与智能手机之争。企业巨头的倒下很少是单一外在因素,多在于现有企业内资源处处受把持、导致技术进程缓慢。

摩托罗拉终于在全球行动电话市占率中,从1997年的50%、暴跌至1999年的17%,并逐渐下滑。二十年来的第一大手机大厂被1992年才推出第一支数位手机(先前还是间制纸公司)的Nokia所击沉。

第三代(3G)通讯霸主: 高通

我们在上一篇文中提到,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已早一步布署基地台,并于短时间内快速推行于全世界,以致资源相对薄弱的CDMA在当时是雷声大雨点小,高通也一度陷于危机之中。

在3G 时代,局势却大大地逆转了回来。究竟为什么呢?这边,让我们先来讲讲高通的历史。

高通的专利布局之战

走进高通位于加州圣地牙哥的本部,迎面而至的一堵厚厚的专利墙上,镶嵌着高通所持有关于行动通讯将近1400项专利。高通的一切都明明摆摆的写在了这面墙上:财富、垄断、成功… 高通就像一只毒蛇,深谙扼住宿主脖子、获取高额利润之道。

冷战时期,美国军方所使用的通讯方式能将资讯进行加密与解密,称为分码多工(CDMA)技术,以确保资讯传输时不被苏联所窃取。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讯和无线通讯技术。

Linkabit的两位创办人皆是通讯界的著名研究人员── 雅各布(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。另外一外创办人 维特比(Andrew Viterbi)提出的 维特比演算法(Viterbi algorithm)则在数位通讯以及语音辨识系统上有着突破性的发展。

1980年,雅各布和维特比将Linkabit卖给同属通讯领域的M/A-COM公司,并于1985年创办了高通(Qualcomm),意即有品质的通讯(Quality Communications)。1989年时,高通大幅改善了CDMA的功率问题,并成功将其商用化。

可惜的是,此时欧洲通讯标准协会已着手进行GSM技术标准的制定,随后很快推行到了欧洲与日本市场;美国本土的通讯工业协会也认定GSM所采用的分时多工(TDMA)技术为2G标准。CDMA比TDMA的容量更大、通话品质更好,但技术复杂程度太多,大半电信商不相信技术的可行性。

从1G到5G,不能错过的通信标准变迁史回顾


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