高通:5G技術革命,早在上個世紀就開始了

高通:5G技術革命,早在上個世紀就開始了

據統計,截至今天,來自各大知名終端設備品牌,已經和正在開發中的 5G 智慧型手機,現已超過150款。包括中、美等國在內的主流行動電信商均已在 2019 年內完成商用化測試,而隨著基地台裝機工作的開啟,2020 年將成為 5G 進入千家萬戶的元年。而高通的首席技術長詹姆斯‧湯普森博士 (Dr. James Thompson) 卻透露,5G 的時代,其實早在上個世紀就開始了。

高通在 1993 年首次在無線射頻的基礎上實現了全 Internet 協議資料封包的收發,並且完成了 CDMA 通訊技術的驗證,開啟了 3G 時代。湯普森指出,工程師在當時的研究,是無線通信從模擬向行動 Internet 躍遷的重要進程中的重要一步。

當時,無線通訊工業界意識到,當時現有的 Internet 協議套件存在它們的缺點,如果將來基於無線射頻的行動通訊技術想要獲得長足發展, TCP/IP 必須加入新的協議、連接埠設計。在那之後,高通在 CDMA 的基礎上開發出了 CDMA2000 和 EV-DO 空中連接埠。在高通的積極推動參與下,它們最終通過了行業標準制訂機構 3GPP 的審議,成為了 3G 時代的主要標準技術之一。

在 EV-DO 空口的研發經驗上,高通在隨後的時間裡不斷優化架構和開發新的技術,比如非授權頻段的 LTE 網路,解放了有限的頻譜資源,提升了基地台所能夠承載的終端數量和終端使用者的使用體驗。

2019 年被稱為 5G 爆發的準備期。到了2020年,預計將有上百款終端支援非獨立組網技術和獨立組網技術的5G終端發佈,使得從現有 4G 基地台向 5G 的升級的腳步變得更加順暢。而高通再一次領導了技術的革新。

從 2015 到 2017 年,高通先後提出了基於毫米波的全新 5G 通信系統設計,完成了非視距內傳輸的概念驗證,並發布了第一款支援毫米波通訊的基頻晶片和射頻解決方案。2018 年,高通再次更新了基頻晶片的能力,實現了毫米波+6GHz 以下頻段多模支援,將下行和上行速率分別提升至了 7Gbps 和 3Gbps,展現出超越 Wi-Fi 的能力。不僅如此,在 3GPP 組織內圍繞 5G 的優化方向爭論一度喋喋不休,而高通找到並提交了一套統一的解決方案,同時解決了對大量設備、增強行動性,和面向擴展現實頭顯等特殊任務方向優化的難題。

回顧 5G 的演進歷程,高通工程師們的一個共識是,如果公司沒有 EV-DO 和 2G、3G 時代等關鍵技術方面的積累,他們可能無法取得今天 5G 時代的成就。「5G 的時代其實很早之前就開始了,」湯普森表示,「走到今天,花了 30 年的時間。」

高通公司工程副總裁,5G無線研發負責人莊思民 (Dr. John Smee) 指出,「EV-DO 仍然是我們目前行動寬頻技術的基礎。到今天,我們把同一個技術啟動的速率從Mbps 提升到了Gbps 的水準。」

高通技術許可業務高級副總裁陳立人則介紹,該公司在 4G 時代獲得的 75%的專利與其在 5G 時代的技術研發相關。5G-NR (New Radio) 標準的波形、網路架構和載波聚合等很多技術跟前代是共通,且有延展性的。

從 2G 到 5G 的演進,伴隨了高通從創辦至今的三十餘年。就像半導體領域有製程和架構交替更新兩年一輪迴的「嘀嗒」模型 (tick-tock),每一代行動通信技術在高通內部的主力研發幾乎也以十年為週期。

在一個週期內,前面的七、八年可能都在先期開發,後面兩三年在代際之內繼續改進性能、功能推陳出新。一個週期內的兩個階段,往往是以當前代際行動通信技術的正式大規模商用化為分界線的。

這就意味著,在每一代行動通信技術正式被市場和公眾所接受之前,高通和其他重要的開發者需要提前多年就投入一項技術的研發。高級副總裁兼首席行銷長鮑德溫(Penny Baldwin Leonard) 這樣形容:「在高通,我們總是要做巨大且長期的賭注。」

多年以來,行動通信行業的技術標準制定都透過 3GPP 組織制定。參與方往往需要冒著巨大的風險,提前 5-6 年在他們將要提交到組織的技術方向上投入幾十甚至上百億美元的投入——一場在標準制定和商業化之前就進行的「豪賭」。

陳立人表示,「我們發現,最基礎的研發一定要領先行業5-10年,只有這樣才能擁有更有價值的專利」(高通方面透露,在過去的三十多年裡,該公司在研發方面的投入已經超過了580億美元,目前擁有 14 萬項專利。)

這種超前式的,同時曠日持久的「豪賭」,的確有其風險存在。但經過了四代行動通訊技術代際的演進,高通似乎已經找到了儘量降低投入風險的方法。莊思民透露,雖然公司在確定的技術方向上投資超前,他們也會在很早的階段就和重要的合作夥伴,比如基地台設備、終端廠商、電信商,展開深度的合作。

鮑德溫指出,這種儘早展開合作的做法,和長期持續研發投入本身同樣重要,因為整個行動通訊和行動 Internet 產業都需要高通這樣做,才能繼續茁壯地發展。隨著科技的進步,許多新技術啟動的新使用情境誕生,比如 4K 超高解析行動影片串流媒體、自動駕駛和車對車、車對萬物的聯網,或者擴展現實等,都對高頻寬、低時延產生了極大的需要。如果高通不提前投入大量資源研發並與整個產業深度合作,意味著產業夥伴的發展也將受到阻礙。

除了合作夥伴之外,高通確保不「賭輸」的另一項持之以恆的任務,就是積極參與 3GPP 通信標準組織的工作。

作為高通在3GPP標準組織多年的代表之一,5G 研發高級總監季庭方曾擔任組織內射頻與性能標準工作組 (RAN4) 的副主席,參與了多個標準版本的制定和發佈 (Release, 通常後面會跟一個數位代表版本) 工作。

積極參與 3GPP 的工作,提交高品質的、對其他參與方有價值的貢獻,才能讓參與者以及其所代表的公司或標準機構在組織內獲得聲望和發言權。比如,在最終確認的 5G 標準裡的「幀結構」部分,就是採用的高通提交的版本。

高通展示了 5G 終端最初的概念驗證原型機,後來尺度逐漸縮小,最終成為了平常智慧型手機大小的參考設計機型。

同時,參與企業在產業裡的市場佔有率和影響力,是無法直接映射到 3GPP 組織內的。「公司一般派 100 名工程師去 3GPP,但在他們的背後其實有 1000 個人在提供支援。只有我們提交的技術提案品質高,這樣討論的時候大家才會尊重我們,」季庭方表示,他堅信最終透過討論可以達成共識,「不管對方如何反對,我們始終堅信雙方可以共同解決分歧,這樣才能贏得其它公司的尊重。」

目前,高通正在積極參與 3GPP 的 R16版本的制定,即主攻 5G 技術下一階段商用化的規範制定工作,預計將在 2021 年發佈。與此同時,季庭方在 3GPP 的同事(他本人已經不再參與 3GPP 日常工作)已經在探討 R17 版本的事務。高通在 R17 中力推其認為十分重要的特殊使用情境研究項目已經獲得3GPP全會的正式批准,比如擴增實境、虛擬實境、擴展現實和雲端遊戲等。

高通 CEO 史蒂夫‧莫倫科夫指出,和諸如量子通訊等全新範式的通訊技術相比,基於無線射頻的行動通訊技術仍會有長足的發展,「至少在我本人的壽命之內不可能過時」,「我認為,我們還會有很多機會讓計算變得更強,讓計算和通訊離得更近。

高通方面認為,有一天 5G 會變成像電力一樣無處不在的通用技術,預計將為全球經濟帶來 13 萬億美元的增長,創造 2200 萬就業,就像煤和電力將人類社會推進了工業時代, Internet 和數位化推進了訊息時代,5G 將造就一個「發明的時代」,新的技術、產品、功能和體驗將以爆炸式的速度加快誕生,重新定義人們對通訊,對科技的認知。

而這一切,都來自於十年前,甚至三十年前的一場「豪賭」。未來,這樣的「豪賭」只會越來越多,越來越大。

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