今天產業(yè)科技君來聊一聊從1G到5G的演進，這是一場人類與信息載體的長期斗爭，其背后大國之間關于通信標準爭奪較量，更是蘊含著數不清的暗流涌動。

讓世界分裂，從前核武器能做到的，今天網絡通信或許也能做到。從信息的生成、傳輸到接收，人類為了縮短世界的寬度，改變信息的傳遞方式，不斷通過技術將有界限的一切變成趨近于無限。

模擬之王摩托羅拉

說起第一代移動通信系統，就不能不提摩托羅拉。如果說當年AT&T是有線通信之王，摩托羅拉就是移動通信的開創(chuàng)者。

最初，無線通信主要應用于國家級的航天與國防工業(yè)，帶有軍事色彩。我們常在二戰(zhàn)電影里看到美國通訊兵身上背的那個重達15公斤的玩意，就是摩托羅拉研發(fā)出的第一代跨時代的無線通信產品SCR-300。

直到1973年，摩托羅拉工程師馬丁·庫珀發(fā)明了世界上第一臺移動電話——大哥大。移動電話是造出來了，傳輸用什么網絡？AT&T公司的貝爾實驗室給出了一個沿用至今的答案，那就是蜂窩網絡，也稱為移動網絡。

蜂窩網絡的原理是把移動電話的服務區(qū)分為一個個正六邊形的小子區(qū)，每個子區(qū)設一個基站，這些基站形成了酷似“蜂窩”的結構，并受一個移動電話交換機的控制。在這個區(qū)域內任何地點的移動電話都可以和其他地域進行通信，同時，在兩個或多個移動交換機之間，只要制式相同，還可以進行自動和半自動轉接，從而擴大移動臺的活動范圍。

1978年，貝爾實驗室基于蜂窩網絡開創(chuàng)了最早的移動通信標準——以模擬技術為基礎的高級移動電話系統（AMPS，Advanced Mobile Phone System），這就是第一代移動通信系統(1G，1st Generation)。

同年，國際無線電大會批準了800/900 MHz頻段用于移動電話的頻率分配方案。5年后，這套系統在芝加哥正式投入商用，許多國家陸續(xù)都開始建設基于頻分復用技術（FDMA，Frequency Division Multiple Access）和模擬調制技術的第一代移動通信系統。

同一時期，歐洲各國也不甘示弱，日本、加拿大等國也積極跟進，紛紛建立起自己的第一代移動通信標準。瑞典等北歐四國在1980年研制成功了NMT-450移動通信網并投入使用；聯邦德國在1984年完成了C網絡（C-Netz）；英國則于1985年開發(fā)出頻段在900MHz的全接入通信系統（TACS，Total Access Communications System）。這些網絡實際上是美國AMPS的修改版本，主要是頻段、頻道間隔、頻偏、信令速率不同，其他完全一致。

當時，中國使用的是英國的TACS標準，中國自己的移動通信系統還是一片空白，固定網絡設備也全靠進口。

可以說，1G時代的王者非摩托羅拉莫屬，它不僅在全球攻城略地壟斷了移動電話市場，還是AMPS系統的設備供應商，全球超過70個國家應用AMPS標準。這也意味著美國把第一代移動通信標準牢牢把持在手中。

TDMA與CDMA之爭

雖然美國制定了第一代標準，但是1G先天不足。

首先AMPS它是一個模擬標準，很容易受到靜電和噪音的干擾，而且也沒有安全措施阻止掃描式的偷聽，到了90年代，抄襲成為了工業(yè)界的流行病，一些偷聽者采用特制的設備可以截取到移動電話的信息；其次，AMPS還存在容量有限、只能傳輸語音流量、系統太多、系統不兼容、通話質量差、設備昂貴、無法全球漫游等一籮筐缺點。

為了提高通話質量，業(yè)界提出2G用數字通信替代模擬通信，提升容量主要有兩種解決方案，時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA），當時歐洲和美國幾乎所有的電信巨頭都選擇了TDMA，只有剛成立的高通在堅持CDMA。

1G所采用的FDMA技術，一個用戶在通話時占用一個信道。TDMA則可實現在單個信道內服務多個用戶的能力，它將無線信道分成8個時隙，供8個用戶得輪流使用，從而提升了容量。舉個例子，用100Hz表示1，105Hz表示0，但是第1秒給甲用，第2秒給乙用，第3秒給丙用，只要輪換的好，5Hz的帶寬就夠3個手機用，就是延時嚴重點而已，這就是TDMA。

從技術上來看，后來1989年CDMA被證明系統的容量是TDMA的10倍以上，CDMA在各自的信號前面加上序列碼，再揉成一串發(fā)送，接收端按序列號只接受自己的信號，就好像快遞員一次性送了一疊信過來，大家按照信封上的名字打開各自的信，只可惜，CDMA系統標準成熟得晚，錯失了先機。

標準這東西就是人多嗓門大、拳頭硬的就贏了，總不能全世界就你一個人跟別人用不一樣的。在2G時代，美國的CDMA輸給了歐洲的TDMA，這也間接成為了摩托羅拉跌下神壇的起點。

各國在TDMA上達成共識，接下來就要討論標準，這時歐洲各國吸取了1G時代各自為政的失敗教訓，1982年，歐盟聯合成立了GSM（GlobalSystem for Mobile communications）負責通信標準的研究，愛立信、諾基亞、西門子和阿爾卡特等電信巨頭都加入了進來。

最初GSM是法語移動專家組的縮寫，后來這一縮寫含義被改為全球移動通信系統，以此彰顯歐洲人將GSM標準推廣到全球的雄心。

可以說，進入2G時代以后，移動通信的技術與應用有了驚人的進步。GSM易于部署，采用了全新的數字信號編碼取代原來的模擬信號，除了語音，支持國際漫游、提供SIM卡方便用戶在更換手機時仍能儲存?zhèn)€人資料，還能發(fā)送160字長度的短信。

高通的銅墻鐵壁

但是高通不死心，不得不說，高通確實是個狠角色，在CDMA上孤注一擲。

為了證明CDMA比GSM好用，高通花了數年時間進行實地實驗、驅動測試以及行業(yè)演示，高通不僅要做標準，還要做芯片。

當所有人的注意力還在TMDA上時，高通圍繞著功率控制、同頻復用、軟切換等技術構建了專利墻，幾乎申請了與CDMA應用所有的相關專利，從一開始他們就打算獨享利潤，掐死下游公司的脖子。

高通雇傭了一個無比龐大的律師團，律師團們負責申請專利、談專利價格、控告侵權，通過并購、控告對手專利侵權等法律戰(zhàn)，將所有CDMA相關專利收攏過來，使核心專利牢牢掌握在自己手里，這也是高通“專利流氓”綽號的來源。

歐洲的GSM是開放的，當時是歐洲運營商和愛立信，諾基亞等設備商共享知識產權，不收專利費。但高通是一家公司，他們還把CDMA的演算法嵌入集成芯片，只要使用CDMA技術的手機，就必須按銷售價向高通交納一筆5%-10%的專利費，這個專利費不是一次性的，是按生產了多少部手機來算，可以說是一個霸王條款，當前中國的小米、OPPO、VIVO等品牌到現在還在交這筆費用。

1994年，高通與摩托羅拉合作在香港建立起全球第一個“小白鼠”CDMA網，但效果和服務質量都太差，更別提歐洲運營商對CDMA的質疑，高通的“保護費”根本沒地方收，這也是早期CDMA干不過GSM的重要原因。

隨著技術的成熟，高通迎來轉機。1990年，高通和電子通信研究院簽署有關CDMA技術轉移協定，高通答應把每年在韓國收取專利費的20%交給韓國電子通信研究院、協助其研究，韓國政府也宣布CDMA為韓國唯一的2G移動通信標準，并全力支持韓國三星、LG等投入CDMA技術的商用化。

1996年底，韓國的CDMA用戶達到一百萬，第一次向市場證明CDMA正式商用的可能性，讓美國一些運營商及設備廠商對CDMA技術開始恢復信心，也讓韓國廠商在CDMA市場上初露頭角。這之后，美國的朗訊、摩托羅拉，加拿大的北方電訊都成了高通的支持者，CDMA在北美登堂入室，運營商Verizon是CDMA的最大支持者，1996年建成了美國第一個CDMA網絡。

美國政府還極力向中國推銷CDMA，要求中國引進高通的CDMA技術。據原國家計委副主任張國寶回憶，“美國政府向中國施加了不小的壓力，理由是說中國與美國之間有貿易逆差，要求中國買美國的技術?！?/p>

“三國”斗法

到了90年代，數據量越來越大，2G玩不轉了。

隨著全球手機用戶快速增長，GSM網絡容量有限的缺點不斷被暴露，在網絡用戶過載時，就不得不構建更多的網絡設施。在此背景下，必須要把通信技術進行升級到3G，3G最大的優(yōu)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30幾倍。

在當時，沒有一種技術被證明優(yōu)于CDMA。愛立信、諾基亞、阿爾卡特等實力雄厚的歐洲廠商深知TDMA難敵CDMA的優(yōu)勢，TDMA更難以作為3G核心技術，但誰也不想接受高通霸道的方案。

為了繞開高通的鐵壁銅墻，1998年，愛立信、諾基亞、阿爾卡特聯合歐洲各國廠商成立了一個叫3GPP(3rdGeneration Partnership Project)的組織，商討措施負責制定全球第三代通信標準。

3GPP小心翼翼地參考CDMA技術，最終開發(fā)出了3G標準——通用移動通信系統(UMTS，UniversalMobile Telecommunications System)，采用W-CDMA技術，就是寬帶CDMA的意思。雖然還是繞不開高通的底層技術，專利費是交定了，就是多少的問題，

W-CDMA不斷擴展著自己的版圖，1999年開始，歐洲國家基于WCDMA標準，發(fā)了不少3G牌照，英國單單通過拍賣5張3G執(zhí)照而獲得近225億英鎊收入。

這可嚇壞了高通，高通趕緊與韓國聯合組成3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) 與3GPP抗衡，推出了CDMA2000。

與此同時，在經歷了1G空白、2G追隨之后，目光這時候來到了中國，中興、華為、巨龍、大唐幾家通訊設備商逐漸發(fā)展起來了。起初中國是支持歐洲W-CDMA的，在吃了閉門羹之后，這時候中國也想在3G上爭奪一些話語權，天無絕人之路，中國找到了一個突破口：TDD技術。

實際上，無線電通信大會給3G分配的頻率的時候就有FDD（頻分雙工）和TDD（時分雙工）兩種。由于歐洲地廣人稀，基站數量不多，歐洲的W-CDMA是基于FDD技術的，在相同頻率相同功率的條件下，FDD比TDD能提供更好的覆蓋。但是中國人口稠密，基站本來就建得多，所以無人問津的TDD成了中國的突破口。更重要的是，國外廠商關注TDD比較少，中國在TDD領域提自己的標準，成功的希望要大一些。

1998年6月，以大唐電信為主的研發(fā)團隊提出了中國自己的TD-SCDMA標準。2000年5月，在國家信息產業(yè)部、中國移動和中國聯通等運營商的強硬表態(tài)支持下，國際電信聯盟正式宣布將中國提交的TD-SCDMA，與歐洲主導的WCDMA、美國主導的CDMA2000并列為三大3G標準。

雖然與其他兩大標準來比，TD-SCDMA最弱雞，以至于即便在九年后中國移動拿到3G牌照時，中國依然在心里打鼓，全球建設TD-SCDMA的只此一家，壓力可想而知。

但是，中國對于TD-SCDMA的研發(fā)，就相當于通信領域的“兩彈一星”?，F在看來，這個戰(zhàn)略是無比英明的，展訊等一批芯片公司逐漸成長起來，從此之后，我們在技術標準上不再受制于人。更重要的是，我們讓西方人明白了一件事，如果在標準制定中不增加中國的話語權，中國完全有能力自己搞一個標準出來，到時候極有可能失去中國市場。因此，歐洲在制定4G標準時極力拉攏中國加入。

標準也有了，按說3G之爭應該如火如荼的進行，但實際上在2000年初，3G建設的推進十分緩慢。因為對當時的人們來說，3G多出來的網速根本用不上，打電話和發(fā)短信，2G的GSM足夠了。

首先是2000年，IT泡沫破滅。最遭殃的是歐洲，前期投入巨大的3G項目無法暫停，沃達豐、法國電信、T-MOBILE等運營商背負了巨大的財務壓力，法國電信還因為陷入巨幅虧損搞得不少員工自殺了。

美國陰差陽錯躲過一劫，高通的CDMA2000標準出來得晚一些，美國還沒來得及在IT泡沫破滅之前發(fā)3G牌照，直到2004年才開始大規(guī)模開展3G業(yè)務。不過，高通也沒好到哪去，本來靠專利躺著都可以收錢，但是那幾年全球3G市場根本不行，而高通還要養(yǎng)著上千名律師。

華為也在3G上也是受盡折磨。實際上華為做移動通信已經非常晚了，1998年才啟動GSM研發(fā)，不過發(fā)展速度很快，一年半之后就中標第一個GSM商用項目，當時趁著東南亞金融危機的影響，華為憑借比競爭對手低30%的價格，拿下了東南亞的大片市場。

在GSM上賺到錢的華為對3G充滿信心，投入大量人員和資金攻克3G技術。華為采取了三頭下注的策略，對三個3G標準都進行了技術研發(fā)投入，給公司造成了很大的資金壓力，華為迫切希望政府盡快發(fā)放3G牌照，哪個標準都行。

很可惜，中國政府遲遲沒有發(fā)放3G牌照。當時，中國在3G領域可以說是要啥啥沒有，沒有芯片，沒有手機，沒有基站，沒有儀器儀表，一切都要從基礎做起，如果當時發(fā)放3G牌照，無疑將是WCDMA和CDMA2000的天下。

華為當時唯一上量的業(yè)務，是用3G數據卡做便攜機上網，數據卡因而銷售火爆。當時華為改進了數據卡，在歐洲大受歡迎。但是賣數據卡賺的錢，和3G研發(fā)投入相比仍是杯水車薪，2008年任正非還動了賣掉終端業(yè)務的念頭，只是未能成功。

再之后，2007年金融危機爆發(fā)，西方電信設備商遭遇當頭棒喝。

大幅虧損的朗訊賣身阿爾卡特，諾基亞和西門子的電信部門合并，后來諾基亞收購阿爾卡特-朗訊，加上北電破產、摩托羅拉分拆出售，到最后，市場上僅剩下愛立信、諾基亞、中興、華為、三星五家主要移動設備供應商。中興、華為啥也沒干，排名就上升好幾位。

LTE一統江湖

這時候，一個穿著萬年不變的牛仔褲和藍色上衣的人，笑微微的走上了歷史前臺。

2007年，iPhone橫空出世。史蒂夫·喬布斯用IOS系統和iPhone手機這樣的完美組合重新定義了智能手機，幾乎在同一時間，Google發(fā)布了安卓系統，高通發(fā)布了第一代驍龍芯片。

iPhone的出現，重塑了終端市場的格局，諾基亞被拉下神壇，曾經的手機大國日本徹底退出了終端市場，而這些空缺都在日后被中國廠商所填補。

iPhone更深遠的意義則在于，APP Store帶動了移動互聯網業(yè)務井噴，創(chuàng)業(yè)者用APP創(chuàng)造出豐富的內容和業(yè)務，人們對網速提升的需求一下子被引爆。經歷了命途多舛的七年之后，3G終于找到了它的歸宿。

隨著智能手機的發(fā)展， W-CDMA隨后演進出3.5G的HSDPA、3.75G的HSUPA ，但其中的CDMA技術框架沒有改變。本來照這樣發(fā)展下去，以CDMA為核心的技術或許有可能一路稱霸到4G，可惜事與愿違。

半途中有一號人物殺進市場將一切計劃打亂，他叫Intel。

IT界的Intel在WiFi上取得成功后野心膨脹，想進一步蠶食CT(通信技術)的地盤。普通WiFi對應的標準是IEEE802.11，搶地盤的標準是802.16，這是一個城域網標準，就是覆蓋范圍更廣大，在商業(yè)上的名稱是WiMax。

Wimax采用了OFDM技術。OFDM并不是新技術，早在1960年代貝爾實驗室就發(fā)明了，到1980年代建立了比較完整的鏈路技術框架，OFDM技術已經在ADSL，DVB等領域獲得了商用，并且1998年征集3G提案的時候，也有幾個基于OFDM的提案，但是沒有敵不過高通大法師Viterbi領軍的CDMA陣營。

OFDM通過循環(huán)前綴和頻域均衡等不太復雜的技術，有效地消除了用戶間干擾，效果遠遠優(yōu)于CDMA。

OFDM的重回視野，除了高通以外，眾家電信巨頭都樂得不行：又能有效將4G傳輸速率提升，又能繞過高通的CDMA專利陷阱，終于不用再看高通面子了。

2008年時，3GPP提出了長期演進技術 (Long TermEvolution, LTE) 作為3.9G技術標準。因為技術上需要澄清，加上高通的專利陷井太深，3GPP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，轉而采用OFDM。

4G的標準終于統一到了LTE，高通失去了優(yōu)勢處在危機當中。

高通當然也看到了OFDM的發(fā)展前景，手握重金的高通終于發(fā)現美國有一個公司叫Flarion，專門研究用OFDM做移動通信，它們開發(fā)的系統叫做Flash-OFDM，高通公司立刻在2006年斥巨資8億美金將其收購，“專利流氓”擁有了Flarion的全部專利。

高通主要看中Flarion解決了OFDM同頻復用的問題，采用了干擾平均化的思路，高通的軟切換技術還可以繼續(xù)在LTE當中應用。2007年，高通提出了CDMA2000的演進升級版本UMB（CDMA+OFDM+MIMO），想繼續(xù)維持CDMA的優(yōu)勢。

可是高通高興的太早了，被高通專利費虐慘了的LTE，絕不支持高通的方案，將他的軟切換專利全部排除，況且全球覆蓋率最高的基站正是W-CDMA，因此，各大運營商無不紛紛決定采用LTE-Advanced當作第四代通信技術標準。

2005年，LTE陣營新加入了一支重要力量。中國在法國召開的3GPP會議上，大唐聯合國內廠家，提出了基于OFDM的TDD演進模式的方案，同年11月，3GPP工作組會議通過了中國針對TD-SCDMA后續(xù)演進的LTE TDD技術提案。

LTE陣營如虎添翼，天平很快就倒向了歐洲這邊。高通眼看著自己在3G所建立的技術體系被摧毀了，UMB因為沒人支持而迅速憋了下去，隔年高通就把UMB停掉、宣布加入3GPP的LTE陣營，4G時代美國不僅沒競爭過老對手歐洲，還眼睜睜地看著中國的崛起，

LTE的核心專利，有SFR，sOFDM，SC-FDMA，Turbo code，Alam-outicode。Turbo和Alam-outicode是史詩級的技術，但是專利已經過期或者快過期了，華為發(fā)明了前兩項，在LTE的核心專利上占據領先的地位

自此，中國作為手握4G核心專利的巨頭之一，成為了美國在世界上最重要的對手。

不容有失的較量

4G時代LTE一統江湖，在普及的過程中，5G時代拉開帷幕。

5G通將比4G實現單位面積移動數據流量增長1000倍；在傳輸速率方面，典型用戶數據速率將提升10到100倍，峰值傳輸速率可達10Gbps（4G為100Mbps）；同時，端到端時延縮短5-10倍，頻譜效率提升5-10倍，網絡綜合能效提升1000倍。5G的速率可以這樣形容，下載一個文件大小1G的電影，只需要一秒鐘。

5G頻率如此之高，對于我們來說，對5G的印象可能只局限在VR、AR、無人駕駛這些終端應用上，但是站在國家層面來說，在人工智能方面和大數據領域方面5G也是一個重要的轉折點，它對經濟、軍事、國際關系的重塑，足以用革命性三個字來形容。

那至少是未來十年的國運。

根據“光速=波長×頻率”公式，頻率越高，波長就越短，5G波長可以短至毫米級。再來說增加頻譜利用率，主要通過信道編碼技術來實現，這是“信息論之父”克勞德·香農在1948年提出的，同時他還提出了著名的香農極限，即在給定帶寬上以一定質量可靠地傳輸信息的最大速率，信道編碼技術可以實現無限接近但不能超過這一速率。

幾十年來，信道編碼技術經過幾代人的努力，已經越來越接近香農極限。

1991年法國人發(fā)明的Turbo碼被認為是第一個接近香農極限的編碼方案。

1996年，有研究表明采用LDPC長碼可以達到Turbo碼的性能，高通公司對LDPC的發(fā)展有著不小的貢獻。

2007年，華為的Polar碼由Erdal Arikan教授提出，Polar碼所能達到的糾錯性能超過目前廣泛使用的Turbo碼、LDPC碼，被認為是迄今唯一能夠達到香農極限的編碼方法。

至此，三大編碼已經誕生。在2016國際通信大會上，多家科技巨頭開展了關于5G-eMBB(增強型移動寬帶)領域通訊標準，關于高通的LDPC方案、華為的Polar方案、歐洲的LDPC+Turbo方案的激烈討論，大會圍繞5G技術進行了投票，在Turbo碼徹底沒戲后，歐洲公司開始站隊LDPC碼，原因是他們有更多的LDPC碼專利，從1G到4G，美國、歐洲的利益從未如此統一過，面對強大的對手，美國、歐洲終于在5G時代站到了一起，5G標準之爭從中國與美國歐三國殺演變成了中國和美歐的對峙。

最終，高通以一票的微弱優(yōu)勢勝過了華為，在5G-eMBB標準方面全面獲勝，而華為僅是獲得了5G短碼的國際標準。當前，在5G的三大場景中eMBB場景的編碼方案已經確定，但URLLC(超可靠、低時延通信)、mMTC(海量機器類通信)場景的標準仍待爭奪。

高通獲得了制定5G標準的專利權后，按照老套路很快就宣布了使用該項專利權要收取的費率標準，不管其他零件芯片用誰的，只要使用了LDPC網絡，單模（5G）的手機收取2.275%，多模（5G/4G/3G）收取的費率收取3.25%。

如果以國產手機目前的出貨規(guī)模來估算的話，每年最低要給高通支付約三、四百億專利費。

但華為也不是吃素的。2019年6月，德國專利數據公司Iplytics將全球各大公司占有的5G標準必要專利數量進行排序，全球5G必要專利持有量過百的廠商共有11家，華為以1554個位居世界首位，中興、大唐、OPPO的專利數量分別為1208個、545個和207個，高通的5G專利數量排名第六位，共846個。

去年，華為還要求美國最大運營商Verizon支付超過230項專利的許可費用，總金額超10億美元，這些專利涵蓋了核心網絡設備、有線基礎設施和物聯網技術。

雖然華為的專利數量最多，但高通的專利卻更為核心，5G通訊領域中，涉及到了太多的專利技術，多家公司都分別掌握著不同技術的專利權，導致了5G領域出現了一個復雜的交叉授權協議，高通使用華為的短碼標準需要繳納一部分專利費，華為使用高通的5G標準也需要繳納專利費，但整體上，華為交給高通的專利費用更多。

于是，美國又瞄準華為的手機業(yè)務，高通、ARM、谷歌等重要供應商均表示中止與華為的合作，要在芯片和操作系統層面對華為造成打擊。從一開始，5G的標準之爭就不是華為、中興一兩家企業(yè)的事，而這場較量，至今還未蓋棺定論。

5G的市場夠大，卻并不如想象中那么大，這個市場是有上限的。這場較量在美國看來就是“零和”游戲，別人所得就是美國所失。對它的殘酷性，中國不能有任何僥幸，歸根結底，這也是一場不容有失的大國較量。