五

4G時(shí)代LTE一統(tǒng)江湖，3GPP2逐漸被邊緣化，3GPP開始完全主導(dǎo)5G標(biāo)準(zhǔn)，中國與美國歐都要按照3GPP的要求來搞。

3GPP定的5G標(biāo)準(zhǔn)是峰值速率高達(dá)20Gbps，用戶面時(shí)延要低至0.5ms（URLLC），峰值速率是LTE的20倍，時(shí)延是LTE的1/10。其中最難實(shí)現(xiàn)的是低時(shí)延，目前業(yè)界對于5G的攻克主要體現(xiàn)在速率上。

實(shí)現(xiàn)更高的速率主要有兩種方法，其一是增加頻譜利用率，其二是增加頻譜帶寬。

在2G到4G的發(fā)展過程中，從TDMA（時(shí)分多址）到CDMA（碼分多址）再到OFDMA（正交頻分多址），均增加了信道容量。但是到了5G，用的還是OFDM技術(shù)，所以容量的提升要大大增加頻寬。

4G時(shí)代，中國移動(dòng)TD-LTE的最高頻率為2635MHz，頻寬為130MHz，相比之下，3GPP將5G的頻段分成了兩個(gè)范圍：FR1為450MHz-6000MHz，F(xiàn)R2為24250MHz-52600MHz，這顯然不是一個(gè)量級的。

三大運(yùn)營商頻率分布

5G頻率如此之高，速率自然能夠得到大幅度提升，但是根據(jù)“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，也就是我們說的毫米波，覆蓋范圍會比4G小得多。

再來說增加頻譜利用率，主要通過信道編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這是“信息論之父”克勞德·香農(nóng)在1948年提出的，同時(shí)他還提出了著名的香農(nóng)極限，即在給定帶寬上以一定質(zhì)量可靠地傳輸信息的最大速率，信道編碼技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無限接近但不能超過這一速率。

幾十年來，信道編碼技術(shù)經(jīng)過幾代人的努力，已經(jīng)越來越接近香農(nóng)極限。1991年法國人發(fā)明的Turbo碼被認(rèn)為是第一個(gè)接近香農(nóng)極限的編碼方案，1999年3GPP采用Turbo碼作為3G UMTS系統(tǒng)的信道編碼。

這時(shí)候，另一種信道編碼技術(shù)LDPC碼進(jìn)入了學(xué)術(shù)界的視野，它是MIT的Robert Gallager在1962年的博士畢業(yè)論文中提出的。但是由于計(jì)算能力的不足，缺乏可行的譯碼算法，長時(shí)間被人們所忽略。

到了1996年，有研究表明，采用LDPC長碼可以達(dá)到Turbo碼的性能，隨后學(xué)術(shù)界對LDPC投入了大量的關(guān)注，對編碼矩陣構(gòu)造、譯碼算法優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)展開研究。其中，高通公司對LDPC的發(fā)展有著不小的貢獻(xiàn)。

近二十年來，LDPC碼被廣泛應(yīng)用于深空探測，衛(wèi)星和地面數(shù)字電視、WiFi、以及 HDD、SSD存儲系統(tǒng)等，當(dāng)年WiMAX也采用了LDPC碼。

其實(shí)2006年在確立4G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就有人提出了編碼應(yīng)該用LDPC碼取代Turbo碼，但是通信標(biāo)準(zhǔn)從來就不是技術(shù)之爭，Turbo碼是歐洲人提出的，在歐洲主導(dǎo)的4G標(biāo)準(zhǔn)中當(dāng)然只能用Turbo碼。

前兩年在制定5G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，歐洲（主要是法電、愛立信）主張5G還用Turbo碼。但在5G時(shí)代，Turbo解碼復(fù)雜的缺點(diǎn)就暴露了出來，所以要選擇解碼速度快延時(shí)低的方案，降低對硬件要求，LDPC被認(rèn)為是一個(gè)好的選擇。

本來LDPC是5G編碼的唯一選擇，高通也可以借此揚(yáng)眉吐氣了，但是美國人沒有想到的是，華為搞出了Polar碼，被認(rèn)為是迄今唯一能夠達(dá)到香農(nóng)極限的編碼方法。

華為的Polar碼在2007年由Erdal Arikan教授提出，這位土耳其人是Gallager在MIT的學(xué)生。Polar碼兼具較低的編碼和譯碼復(fù)雜度，其所能達(dá)到的糾錯(cuò)性能超過目前廣泛使用的Turbo碼、LDPC碼。

Gallager（左）和Arikan（右）

2009年，Arikan教授關(guān)于Polar碼的論文在IEEE正式發(fā)表，開始引起通信領(lǐng)域的關(guān)注。那一年，華為開始5G研究，他們發(fā)現(xiàn)了Polar碼有作為優(yōu)秀信道編碼技術(shù)的潛力。

從2010年開始，華為做了非常多的試驗(yàn)和試用研究，華為在2013年11月6日宣布將在2018年前投資6億美元對5G的技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與創(chuàng)新，截至目前，華為5G基本專利數(shù)量占世界27%左右，排第一位。

其實(shí)中國與美國歐在編碼上提出各自的方案，說白了就是專利之爭，歐洲在Turbo碼上專利最多，所以無論如何也要保住Turbo碼，但是由于技術(shù)缺陷已經(jīng)沒什么競爭力。而高通和華為，雖然在LDPC碼和Polar碼都有技術(shù)積累，但是高通LDPC碼專利更多，華為反之，所以支持哪個(gè)方案不難做出決定。

在這樣的背景下，2016年3GPP召開了三次覺得5G編碼的會議，中國與美國歐提出了各自的方案，果然Turbo碼因?yàn)榉磳Φ娜俗疃喽钕缺惶蕴?。在Turbo碼徹底沒戲后，歐洲公司開始站隊(duì)LDPC碼，原因是他們有更多的LDPC碼專利，5G標(biāo)準(zhǔn)之爭從中國與美國歐三國殺演變成了中國和美歐的對峙。

在3GPP的RAN1#86會議上，關(guān)于5G eMMB場景該采用何種數(shù)據(jù)信道編碼方案，LDPC陣營和Polar陣營爭的不可開交。

華為陣營vs高通陣營

高通陣營提出LDPC作為編碼唯一方案，華為陣營提出Polar作為編碼唯一方案，而歐洲提出的是LDPC+Turbo組合方案，實(shí)際上天平已經(jīng)倒向LDPC了。高通和華為陣營互不妥協(xié)，這次會議什么也沒討論出來，只能擇日再議。

幾個(gè)月后，由中興牽頭提出了一個(gè)折中方案， 以數(shù)據(jù)信道數(shù)據(jù)塊大小分為長碼塊和短碼塊，其中數(shù)據(jù)信道長碼塊用LDPC碼，數(shù)據(jù)信道短碼塊用Polar碼。這樣一來，就已經(jīng)注定了LDPC在長碼上的勝利。

然后2016年11月RAN1#87會議討論了數(shù)據(jù)信道的短碼和控制信道編碼用LDPC還是Polar，之前支持Turbo的歐洲陣營轉(zhuǎn)頭支持了LDPC，因此在數(shù)據(jù)信道短碼上LDPC再下一城。

但是考慮到華為的強(qiáng)硬態(tài)度，高通陣營提議控制信道用Polar碼的建議，經(jīng)過激烈的爭論，華為陣營同意短碼用LDPC，控制信道用Polar碼。自此，在5G eMBB場景上，Polar碼和LDPC碼二分天下。

5G的編碼方案

然而5G之爭才剛剛開始，在5G的三大場景中只確定了eMBB場景的編碼方案，URLLC、mMTC場景的標(biāo)準(zhǔn)仍待確定，最終鹿死誰手依然不好說。所以美國對中國的警惕一直沒有放松，從1G到4G，美國、歐洲的利益從未如此統(tǒng)一過，面對強(qiáng)大的對手，美國、歐洲終于在5G時(shí)代站到了一起。

六

2018年2月，在巴塞羅那MWC上，華為面向全球正式發(fā)布首款5G商用芯片——巴龍5G01和5G商用終端——華為5G CPE。

這次高調(diào)亮相，徹底警醒了超級大國，美國向來對華為緊閉大門，而在去年，美國又開始要求澳大利亞、新西蘭、德國、意大利、英國在內(nèi)的盟友禁止購買華為的電信設(shè)備。

其中，澳大利亞和新西蘭已經(jīng)明確表態(tài)拒絕華為參與本國5G項(xiàng)目，英國電信（BT）也將華為排除在競標(biāo)供應(yīng)5G核心網(wǎng)合同的名單之外，要知道歐洲可是華為的傳統(tǒng)市場。

在這一系列的施壓后，2018年華為在移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施的全球份額上被愛立信反超，歐洲的5G項(xiàng)目幾乎都被愛立信拿下。

愛立信反超華為

但是今非昔比，華為的運(yùn)營商業(yè)務(wù)保持穩(wěn)定的同時(shí)，以手機(jī)為主的消費(fèi)者業(yè)務(wù)開始扛起大旗，2018年華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)增長45%達(dá)到3489億元，成為第一大業(yè)務(wù)，這在十年前是不可想象的。

于是，美國又瞄準(zhǔn)華為的手機(jī)業(yè)務(wù)，高通、ARM、谷歌等重要供應(yīng)商均表示中止與華為的合作，將在芯片和操作系統(tǒng)層面對華為造成打擊。

但是華為的強(qiáng)大不得不令人佩服，在歐美陣營中沒有一家公司有華為這樣完整的產(chǎn)業(yè)鏈，高通做底層技術(shù)，華為能做，高通、英特爾做手機(jī)芯片，華為也做，愛立信、諾基亞做電信設(shè)備，華為又做，蘋果、三星做終端，華為還做，蘋果、谷歌做操作系統(tǒng)，華為繼續(xù)做。

可惜華為畢竟只是一家企業(yè)，美國政府一句“安全問題”就可以讓華為喪失大片市場。但是，5G不是華為、中興一家兩家企業(yè)的事，其實(shí)從2016年的那次標(biāo)準(zhǔn)之爭開始，中國企業(yè)已經(jīng)形成一股合力。

目前在5G標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)并且通過的企業(yè)中，中國移動(dòng)10項(xiàng)、華為8項(xiàng)、中興2項(xiàng)、中國聯(lián)通1項(xiàng)，中國合計(jì)21項(xiàng)，而美國的高通+Intel只有9項(xiàng)，除中國外的所有國家合計(jì)29項(xiàng)，中國已經(jīng)占到40%以上。

電信設(shè)備商中興和華為占到全球市場40%的份額，基站數(shù)量中國有絕對優(yōu)勢，三大運(yùn)營商的4G基站超過350萬個(gè)，總基站數(shù)超過640萬個(gè)，而美國4G基站數(shù)不超過30萬個(gè)，全世界加起來都沒有中國多。

而且中國有強(qiáng)大的內(nèi)銷能力，占了全球近一半市場，排斥中國的結(jié)果就是失去世界上最大的5G市場。更何況不管是哪個(gè)陣營，都有大量專利掌握在對方手中，相信沒有人再愿意看到3G時(shí)代的混亂局面。