通信人家园

 找回密码
 注册

只需一步,快速开始

搜索

军衔等级:

  大校

注册时间:
2004-3-3
发表于 2017-10-22 10:16:47 |显示全部楼层
芙蓉落叶 发表于 2017-10-19 09:46
是吴军博士的那本《浪潮之巅》吗?

是的。

军衔等级:

  副版主

注册时间:
2014-12-31
发表于 2017-10-30 22:10:33 |显示全部楼层
继续期待大元帅的最新更新~

点评

lifanfu12345678  期待  详情 回复 发表于 2018-8-18 13:07
h68810115  各几期更新一回,因为C114的编辑器太难用了。  详情 回复 发表于 2017-11-3 15:07

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-11-3 15:07:52 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-11-3 15:08 编辑
芙蓉落叶 发表于 2017-10-30 22:10
继续期待大元帅的最新更新~

隔几期更新一回,因为C114的编辑器太难用了。

军衔等级:

  副版主

注册时间:
2014-12-31
发表于 2017-11-3 22:13:48 |显示全部楼层
建议先编辑到word里,再复制到C114里

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-11-4 15:48:30 |显示全部楼层
当然是Word里啊,我不可能在C114的编辑器里面敲。
从word拷贝到C114,排版,上图都很费力。我在微信里面搞很快,在内网发布基本不用调整,都很快。C114发一篇至少来回编辑4-5遍,才能达到我预期的样子。

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-11-5 22:27:30 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-12-5 10:01 编辑

2.4.3    马车到高铁--互联网接入技术的进步

      随着戈尔的信息高速公路计划的推进,互联网业务开始蓬勃发展,互联网也逐渐由高校及商业机构组网逐渐渗透到了老百姓的生活中,而老百姓的互联网就涉及了电信用户的接入,这个也就反映在了电信设备的逐步变化和改进。这个变化和改进涉及了两个方面,单个用户的接入方式和骨干网络的长时间多次的逐步改进。

      用户普通拨号与ISDN

     在互联网初期,老百姓和运营商唯一的渠道就是电话线。虽然进入互联网时代之后,公司和商业机构可以用更高速的方式接入到互联网,但是要立即将网线或者光纤拉到用户家里还是不现实的,主要的原因是成本和时间。

     那个时候的交换机或者光纤通信的成本还是很高,比如一台交换机可以卖几千几万,甚至办公室的一个不带交换的HUB都要好几百块,这些都是卖给商业机构,可以承担高成本交换机或者光纤(成本更高),但是普通老百姓就没法承担这么高的成本,也就是说运营商没法推广。而那个时候电话的普及率已经比较高,而且还在快速的普及,并且各项建设成本在快速下降。因此电话线就是老百姓接入的唯一途径。

2.4 05Modem.jpg
                              
      从时间上来说,要在这么短的时间里快速的部署一张完整数据网络也是不现实的,这个就是和几年前,有些区域是可以实现光纤接入的,但是有区域无法光纤到户的道理一样,能够支持光纤到户区域只是因为运营商已经将光纤接入的设备部署了小区所在的楼里面而已。因此从时间上和成本上,最开始的用户互联网接入都是从拨号上网开始。

      因为程控电路交换机(和网口的交换机LanSwitch区分开)已经是全数字化,但是交换机和电话之间的电话线还是传输的模拟信号,因此调制解调器也就应运而生。调制解调器上网之前都需要先拨一个号码,比如163或者169(还需要另外付电话费),对交换机来讲,就相当于打电话,接通之后,调制解调器完成的工作就是将要发送的数据包变成模拟信号,再有程控交换机透传互联网接入服务器(再付上网费),再由接入服务器转换成数据数据包,发送出去。接收的过程就是反过来。而调制解调器(Modem)一般都是插在计算机里面或者是外置的,速率也由最开始的14.4K经过28.8K、33.6K,再到最高57.6Kbps演进。

       由于程控交换机已经完全数字化,而使用拨号Modem的原因仅仅是电话的用户线没有数字化,因此下个技术的演进就是很自然的了,也就是ISDN综合业务数字网(IntegratedService Digital NeTwork),也就是用户直接发送和接受数字信号,不再经过数字和模拟的转换,基本的单元2B+D,也就是相当于有两个64Kbps的通道,如果只用一个的话,还可以一边上网一边打电话。ISDN除了一般家庭接入的最高128K的速率之外,还有供商业机构使用的30B+D,也就是2Mbps带宽的接入。不过由于既然已经将用户线路数字化了,就可以用用户线路传输更高的速率,也就是ADSL,因此ISDN实际上应用的范围并不是很广,应用的时间也不是很长(在中国)。ISDN实际上也是通信产业界都没有赚到钱的一种失败的技术,也曾经被嘲笑为I Still Dont kNow(不知道如何用),在技术研究了10年之后仍然没被大规模商用。

        有拨号,这必然有拨号接入的服务器,也就是用户电话接入端,这个在技术上面也不是特别复杂,主要是实现上网数据的调制解调。产品的生命周期也不是很长,满打满算从90年开始,到21世纪初期ADSL普及开始也就10年左右的生命周期,这里也就不详细介绍。

         ADSL

        ADSL是AsymmetricDigital Subscriber Line的简写,也就是非对称数字用户线路,是提供基于电话线路提供高速数据传输的一种方式。ADSL是基于当时互联网接入的特点,下行(从网络到计算机)流量远高于上行(从计算机到网络)的业务特点,提供的上行和下行带宽不对称,因此叫非对称。

       ADSL技术采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道,从而避免了相互之间的干扰。用户可以边打电话边上网。

2.4 03ADSL.jpg

        一般情况下,ADSL 速率完全取决于线路的距离,线路越长,速率越低。ADSL技术能够充分利用现有电话铜线线路,只须在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高宽带服务,无需重新布线,从而可极大地降低宽带部署成本,也加快宽带服务部署的时间。同时ADSL用户到局端是独享带宽,线路专用,不受用户增加的影响。

2.4 06ADSL猫.jpg

        随着ADSL 的商用,ADSL的标准也逐渐演进,最新的ADSL2+技术可以提供最高24Mbps的下行速率。不过ADSL速率也有很大的限制,就是用户离局端设备的距离,如果超过了5Km,就没有太多的实际商用意义,不过一般情况下,城市的距离一般都是比较近的。各版本的标准的速率如下:


  
版本
  

下行速率


上行速率


标准时间


ADSL


8.0 Mbit/s


1.0 Mbit/s


1998


ADSL2


12.0 Mbit/s


3.5 Mbit/s


Jun-05


ADSL2+


24.0 Mbit/s


3.3 Mbit/s


2008



       ADSL是xDSL铜线技术最初应用的标准名称,实际上在标准上,除了ADSL之外,后续还制定了VDSL(Very High Speed Digital Subscriber Line)的标准,VDSL最大的传输速率最高达到56Mbps,已经相当于最开始的光纤到户的商用速率标准(运营商限速,实际能力能力远不止这个几十M)。虽然标准上交VDSL,但是实际上业务推广里面实际上都统称为ADSL的宽带业务,并没有严格的区分技术的名称。

      xDSL技术的传输速率主要是取决于传播的距离和铜线的质量,关键指标包括速率和出线率。传播的距离很好理解,距离越远,则速率越低。而出线率则是运营商运营的关键指标,和线路的质量相关,也和厂家的技术能力相关。

       所谓出线率,就是用户电缆中能够支持ADSL的用户数。一般情况下,电话用户的电缆都是由100或者几百对的用户铜线在一起,因为ADSL调制的频率比较高,用户之间的也会有一定的干扰,如果过多的用户使用ADSL,则相互之间的干扰就比较严重了,对提供业务的速率就有很大的影响。业界一般情况下出现率在20%~30%之间,也就是100对电话线,最多就20到30户的ADSL用户。不过这个指标已经足够满足任何用户申请安装ADSL了,主要是基于两个原因:很多电话用户不安装ADSL以及并不是所有的ADSL用户都在同时使用。

        ADSL的局端设备则是DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer数字用户线路接入复用器),主要的功能是接纳所有的DSL线路,汇聚流量到运营商的数据网络中,相当于一个二层交换机。DSLAM最初的底层的交换技术是基于ATM,ATM到数据网络之间还需要转换,随着IP技术的胜出,DSLAM也很快演进为IPDSLAM了。

       ADSL实际也是一个过渡性的技术方案,是在无法大规模部署光纤情况下的一种过渡性解决方案,虽然现在铜线最高的速率G.Fast已经能够在小于100米情况下已经能够达到500M-1000M/s,但是和光纤的性能和速率比起来还是限制太多。在光纤到户成本高昂的情况下,xDSL有很大的市场空间,随着光纤到户的成本逐步降低,xDSL的接入技术只能成为光纤不能到户的一个补充。

       光纤接入

       实际上在宽带接入中,在实现真正的光纤到户之前,还存在光纤到楼(FTTB,Fiber-To-The- Building),光纤到路边(FTTH,Fiber-To-The- Curb)等中间状态,在光纤推广的初期,后两种是用户在拨号上网和ADSL之外降低成本的宽带接入一种方式。

        光纤到路边是将光纤拉到住宅区,将光纤接入(ONU OpticalNetwork Unit)设备放置于路边机箱,利用ONU出来的同轴电缆传送信号到用户。光纤到楼是将将ONU设置在大楼的地下室配线箱处,在大楼里的布线采用电缆接入。这种方式一般比光纤到路边能够提供更高一点的速率。

        而作为用户宽带接入未来最终的、一劳永逸的宽带接入解决方案,是将光纤和终端ONU直接部署于用户的家中,在楼道里设置分光网,并汇聚接入局端设备的一种解决方案。因为光纤通信的高速率,理论上可以给单个用户几个G的接入速率,只不过由于用户的需求及汇聚带宽的限制,因此在当前的实际应用中,一般运营商会做速率限制。
2.4 02光纤入户.jpg
光纤用户的组网图

        在实际的组网中,虽然可以给用户提供更高速率,但是所有的用户都需要共享汇聚点A的向上通信速度,并且一般家庭用户的接入速度需求并不是特别高,如果在汇聚点A配置更高的速度,则会增加接入设备的成本,同时会要求更高等级的光纤,因此,为了降低成本,一般会限制终端用户的接入速率,比如10Mbps或者100Mbps。

        实际上,光纤到户并不是一个新概念,在光纤通信刚诞生的时候,这个概念就已经提出,但是受限当时昂贵的光纤的设备和光纤成本,并且当时传输的骨干网络还没有普及,因此光纤到户也仅仅是一个用于未来的概念。光纤到户的真正第一次初步尝试是在1995年左右的美国和日本,随着互联网的发展,用户对宽带的需求逐渐强烈,原本计划是通过批量推广,加大用户发展量来降低设备的成本,但是由于当时用户虽然有宽带需求,但是实际互联网的应用对带宽需求还未达到几十Mbps,并且平均到每用户的设备成本相对于用户愿意承担的服务费来说,还是显得比较贵,因此未形成批量的推广。

         随着技术的进一步发展,光传输在电信网络及其他各行各业的应用,光纤和光器件使用量的增多,光纤和光器件的成本和价格呈几十倍几百倍的下降,使得从光纤到户的真正迎来普及的契机。光纤的价格从原来每芯每米十几元甚至几十元,降低到每芯每米只需几毛钱,而这个价格已经低于普通铜线的价格。随着光传输设备的使用量越来越大,设备成本也快速降低,平均每用户的含施工的综合成本,也从这个世纪初的几万块快速降低到以千为单位成本,使得光纤接入的投资回报期降低到了3年左右。


        在平均每用户的建设成本降到普及门限之后,用用户为单位的成本降低速度减慢,但是每比特速率的成本还是会随着技术和期间的进步在降低,这个时候设备商和运营商的重点就放在了逐步提高单用户的接入速度上,也就是当前比较热门的“提速降费”的模式上。



2.3.4    IP技术年谱
2.4 07IP通信产业年谱.jpg


军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-11-5 22:34:40 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-11-5 22:38 编辑

2.5 明星边上的绿叶,其他通信产品

       因为笔者是做无线产品的(下一章讲无线的),交换,传输和IP还是属于主流产品,因此多少有点了解,但是对于明星产品(主流产品)之外其他的产品,则真是一知半解,因此只做简单的介绍,可能不完整,也可能会出现错误,敬请指出和谅解。这里说的其他产品,一般情况下市场规模都不是很大,占设备商的收入比例以及运营商的投资比例都不是很高(其中用户交换机还不算运营商的投资),因此关注度并不是很高。

        用户交换机

        用户交换机也叫总机,PBX(Private Branch Exchange)等,功能上是实现企业内部用户之间通话以及内部用户与公共电信网络的用户之间的交换和连接,通常在内部布线和连接之外,还有一定数量的外部公网电话用户线路。外部线路一般可以实现一个总机号码但是有多条物理线路,以便满足内外部多个用户同时通话的需求。华为和中兴都是从用户交换机做起的。

       最初的时候,用户交换机的首要优势就是节约内部通话上的消费,处理系统内部的线路转换从而减少电话收费。但是随着单位规模的逐渐增大,用户交换机的容量也逐渐增多,随之而来的用户交换机的维护的工作量也相对就大了起来,并且单位规模越大,对用户交换机的稳定性要求就越高。

       随着公网程控交换机的“虚拟交换机”功能的使用,在集团用户同意安装普通电话,但是内部用户之间通话时使用短号并且免费的功能,并且外部用户能够直拨某个具体电话用户,也可以实现通过集团总机转分机的方式转接到某个具体电话用户。这种方式既可以充分利用公网利用率相对比较低程控交换机容量,提升装机容量,也可以节省集团用户在用户交换机上面的投资,节省维护费用和维护效率。

      当然现在随着手机普及,固定电话的使用频率越来越低,因此用户交换机的市场规模也越来越小。当前用户交换机的市场有一些中小厂商,但是主流的品牌厂商则是一些一直根植于企业网市场老的交换机品牌,也可以理解为这些主流的交换机厂商退到用户交换机市场成为了领导品牌,AVAYA(一直聚焦于企业网市场),阿尔卡特,西门子,松下,东芝,NEC等,这些小用户交换机也是作为整体企业通信解决方案的一部分。
2.5 01PBX.jpg
                              

        现在PBX的技术也从当初的传统的TDM程控交换机逐渐演进到了IP PBX用户交换机,也就用户交换机的软交换机架构,这样能够实现容量扩展的便捷性和整个系统的经济性。

       智能网

       智能网发源于80年代中期的美国,在引入新业务的时候避免因为单个业务引起全网的交换机功能升级,在当前的程控交换机网络之上叠加一层覆盖某个区域的业务控制系统,能够实现对新业务的引入和控制。

      在此基础上,1992年国际电信联盟的前身CCITT发布了智能网的第一个建议INCS-1。智能网主要解决传统电话系统提供新业务的问题。智能网的核心思想是交换功能和业务控制功能分离。它在原有通信网的基础上设置了一层叠加网络,能够快速实现业务的部署。

      在固网领域智能网主要实现了虚拟专用网,800被叫付费业务,声讯业务,电话卡业务。电话卡业务在国内有印象应该是200长途电话卡业务以及曾经风行高校的201校园卡业务。

      而移动领域,智能网的架构差不多,但是协议和固网的智能网的协议略有差异。在90年代中后期,随着GSM标准的逐渐成熟,在GSM的协议中引入了预付费的业务并制定了Camel标准。对于Camel标准在国内的应用,大众所知的就是99年下半年开始试验的预付费业务,并在2000年推行的中国移动的神州行的业务,业务的主要特点就是能够支持实时话费的扣费并做余额管理,大大降低移动用户的使用和入门标准,加快移动用户的普及率。
2.5 02神州行.jpg

       但是随着业务的发展,固定,移动多种智能网标准不能实现互通,多业务运营商无法实现智能网的互联互通,因此在原来BOSS基础之上,逐渐增加智能业务控制的功能和协议,能够实现多种业务捆绑及新业务的快速投放。因此也可以认为智能网是在BOSS功能还不太完善的特定时间段内为了固定和移动增值业务发展而定义的专项标准,随着BOSS的功能逐渐完善和功能强大,智能网也就逐渐失去原有的地位和作用。

       BOSS

        运营支撑系统BOSS(Business &Operation Support System,BOSS)是运营商在设备之外的最主要的运营系统,主要的功能包括计费系统,营业与账务系统、客户服务系统和决策支持系统,实际上是一个综合框架统称,是建立在对运营商的运营全流程基础上的多个子系统的统称,当然在有充分顶层架构设计之下的各子系统之间会有比较紧密的配合和交互。

       实际BOSS也是一个根据业务发展逐渐明晰和动态增加功能的业务系统,他说包含的内涵在不同的运营商可能也不太相同,虽然BOSS所包含的基本功能是相类似的,但是不同运营商在业务发展的阶段是不一样的,因此在不同阶段的业务诉求和需求也是不一样的。比如对于中国移动,在刚刚成立的时候,由于各省的计费系统系统虽然满足计费的规范和标准,但是各省的系统都是单独开发和维护的,因此在功能和业务灵活性上面存在很大的差异。因此在移动BOSS初期的目标就是先实现全国的计费单独业务能力和灵活性标准化和功能拉齐。随着就将主要的发展放在业务的管理和发放上,实现移动BOSS的两级(集团-省公司)三层(接入层,业务层和数据层)的架构,便于集团统一管理。

        当然上面中国移动的简单举例只是说明BOSS系统的内涵和目标是动态变化的,不同运营商之间的需求是存在一定的差异的。而BOSS需求和规格的稳定性取决于运营商和BOSS系统供应商对业务运营的理解深度和发展目标。

        总体而言,BOSS系统由于运营商需求的独特性,在标准化上面存在很多的不足,因此难以形成一个统一的大市场,一般都是以在统一产品平台基础上的部分定制为主,因此很多BOSS系统或者某个子系统是由某个本地的供应商提供,总体是一个相对分散的市场。

         呼叫中心

        呼叫中心就是在一个相对集中的场所,由一批服务人员组成的服务机构.通常利用计算机通信技术,处理来自企业、顾客的电话垂询,尤其具备同时处理大量来话的能力,还具备主叫号码显示,可将来电自动分配给具备相应技能的人员处理,并能记录和储存所有来话信息。现在的呼叫中心除了人工服务之外,主要还是靠电话语音导航及应答系统实现用户自助服务为主,人工服务的业务量可能反而相对系统处理量来说要低一些,当然不同行业的应用可能会很大的差异。

2.5 03呼叫中心.jpg

        典型的呼叫中心就是银行的电话银行系统,电信运营商的10000号和10086的呼叫系统,这些系统本身就是运营商BOSS系统的一部分,应用系统可能是更加关键。呼叫中心对设备商而言主要就是排队机,在早期程控交换技术还是处于人才缺少的情况下,呼叫中心的稳定可靠的排队机还基本上是由设备商提供的,但是随着后来由于芯片集成度提高,交换技术的成熟,人才外溢,呼叫中心中业务管理比重越来越高,因此排队机的在整个呼叫中心作用越来越低,很多系统提供商也掌握排队机技术,再加上新型媒体和客户接入方式的增加(Web,微信等),因此现在主流的设备商已经和呼叫中心没有太多的关系了。

         BITS时钟系统和STP信令转接点

         BITS:在通信网络中,由于计费,网络管理,七号信令监测等业务功能对设备内部以及设备间的时间同步提出较高的要求,但是由于各种通信设备本身的时间进度由于成本的原因,不可能设计得太精确,就算有能力设计精确,也会有与多厂家能力之间还是会有差异,因此通常情况下,整个通信网络中的时钟同步一般都由专门的时钟同步设备来实现整个同步,这个设备一般就是BITS(Building Integrated Timing System),通信楼综合定时系统。

         BITS实现的功能一般会有采用GPS等卫星系统实现授时,然后由BITS系统再通过多路输出分发给机房中各种不同的设备,以实现不同设备之间的时钟同步。BITS时钟由于使用量比较少,因此市场规模不是很大,并且整个技术复杂度相对其他的主流产品也不算太高,因此除了主流设备厂商之外,也有很多第三方厂家在提供BITS时钟设备。

          信令转接点STP(Signaling Transfer Point

         在数字化设备大发展的90年代和21世纪的最初几年,几乎所有的现网设备都采用7号信令,7号信令是网络中不同设备之间传递信息的主要的技术手段,实现运营商自己的通信网络里面实现计费、漫游或者其他电信业务。而为了实现电信业务的互联互通,不同通信运营商之间,特别是不同国家的运营商之间都会采用统一的7号信令系统。

        当然虽然都是7号信令系统,但是不同国家存在不同的版本,比如中国使用的中国7号信令系统,美国,加拿大和日本用的美国版本的7号信令系统,欧洲国家采用的则是欧版。不同版本的七号信令系统之间会采用网关将其他版本的信令转换实现互联互通。

        在网络中的每个使用7号信令的设备中,都会有一个信令点编码,有点类似于我们普通的电话号码。而STP信令转接点,则有点类似于交换机,实现了不同设备的信令转发到相应的目的设备去,实现这两个设备之间的信令交互。

        STP虽然使用数量不多,但是整个网络能够可靠运行的关键和基础,因此价格相对来说比较高。但实际上技术复杂度也不是特别高,主要是要求稳定。因为数量较少,因此整体市场规模也不是很大,相对来讲,由于参与的设备商也不是很多,竞争也不是特别激烈,当前已经从之前的TDM信令转接点逐渐向IP 信令转接点设备演进。

        总的来讲,对于固网通信来说,从最开始的程控交换机和光传输通信开始,到后面IP化之后,程控交换机的市场存在了接近30年,最终随着固话用户逐渐下降,市场消失。而光传输由于是所有通信和管道的基础,现在成为了固网通信的核心,从光纤到户的接入网,到城市内部的城域网再到长途传输的骨干网,另外就是一些辅助的设备和系统,包括BOSS,时钟,信令转接点等。而在运营商网络中运行的核心路由器和大容量的交换设备则是另外一块大颗粒度的设备市场,不过这一块市场传统设备商的份额相对来说不是很高。

         当然还有风靡一时的寻呼系统及寻呼机,这个主要的供应商就是摩托罗拉,而其他几个主要设备商基本都没怎么涉及,主要还是因为摩托在无线系统上面积累比较早而其他的设备商进入无线系统相对比较晚。

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-11-5 22:45:01 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-11-7 08:17 编辑

3 移动通信

       无线通信主要包括微波通信,卫星通信以及移动通信,无线通信是在无线电报的基础上,经过长时间的技术演进而综合产生。目前面向大众的更多的是移动通信(手机),并且笔者也是从事无线通信相关工作,因此这里的无线通信主要是介绍移动通信系统,对于微波通信和卫星通信就不做介绍。这里的移动通信也不包括面向行业(比如公安系统)的无线对讲系统。

3.1  写在移动通信之前
     频率介绍

    频率,是单位时间内完成周期性变化的次数,是描述周期运动频繁程度的量,常用符号f,单位为秒分之一,符号为/s。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献,人们把频率的单位命名为赫兹,简称“赫”。一秒变化一次就是1Hz。

      无线电技术中涉及的频率一般较大,一般是千赫兹(KHz),兆赫兹(MHz)或者吉赫兹(GHz)的度量。1GHz=1000MHz,1MHz=1000KHz ,1kHz=1000Hz。而我们常用的频率一般都是几百M赫兹以上,而3G的标准频段则定在了2000M也就是2G赫兹以上,4G的标准频段则又高一些。
     频率划分

    频率划分是指把某个特定的频带列入频率划分表,规定该频带可在指定的条件下供一种或多种地面或空间无线电通信业务或射电天文业务使用的过程。

     频率划分一般要遵循国际无线电规则,无线电规则是由联合国下属机构,国际电信联盟来确定频率的使用范围建议。一般各个国家还有无线电管理委员会,根据国际电联的建议,确定本国的无线频率的确定的划分,以及在电信领域,频率在运营商之间的分配。
     无线的主要频率介绍

    下图是当前的主要的频段划分

3.1 01无线频率.jpg
                              

      27M左右:这段频谱是开放频谱,也就是说不需要申请,可以直接使用,主要是用在短距离小功率通信,比如,遥控汽车,但是频谱宽度相对来说比较窄。
     45M和48M:这段频谱主要是用在模拟无绳电话,频谱使用也相对规范。
     88M~108M:这个是调频广播使用,也就是我们经常经常听的调频广播所使用的频率。
     167M~800M:是无线电视的广播频率,由于电视行业起步相对比较早,那个时候的移动通信还没谱,因此电视就占据了绝对多的频谱。不过随着城市里面主要是有线电视,数字电视也开始广播,现在的电视行业已经不需要这么多的频谱了,因此部分区域,比如欧洲,已经将这中间的部分频率用来做通信使用。
     800M-960M:移动通信频谱,2G的标准频谱,也就是我们经常说的通信的黄金频谱。
     1.7G~2.1G:移动通信频谱,主要是3G的标准频谱
     ~2.4G:数字无绳电话,蓝牙通信,无线WiFi,我们常用的WiFi除了2.4G之外,还有高频的频谱,不过每个WiFi路由器都会支持这个最基本的频谱。
    2.5~2.6G: 移动通信频谱,是4G的标准频谱。

    由于无线频率是客观存在的物理资源,频率一但规定并发放,这其他无线系统都不能再使用,否则两个不同用途之间的无线频率会形成干扰。但是也有例外,就是将已经发放的频谱收回再重新发放使用,比如在欧洲,由于无线电视部分频率关闭,欧洲统一将800M频率从无线电视的用途改为无线移动通信的频谱。
      移动通信的几个要素
     无线通信一般是要包含4个要素才能真正运营,分别是牌照,频谱,网络和终端。

3.1 02通信要素.jpg
        牌照:一般情况下,电信运营在全球都是采用政府许可的方式,也就是一个运营商如果需要成立,首先要获得各个国家获得的电信业务运营商牌照,在牌照中一般规定可以运营的业务范围,比如是否可以运营电话业务,是否可以运营无线业务等。在某些国家,牌照还会规定在一定时间里面要覆盖多少人口或者覆盖多少国土面积(无人区除外),以保证运营商不能仅在赚钱的大城市运营业务,也需要运营商承担人口较少的农村或者边远地区的通信的普遍服务。

      牌照对于运营商来说是一个准入的门槛,比如在电信移动分家之后,虽然移动通信发展的趋势是很明显和很明确的,但是电信和老网通没有移动牌照,只能突击发展小灵通系统,以支撑收入增长,但是仅仅几年之后小灵通网络就面临彻底的淘汰。而在发放3G牌照的同时做了国内电信的重组,实现了3家主要运营商包括固定,移动的全业务。
     频谱:如果要运营无线业务,则运营商还需要获得无线频谱,比如中国移动和中国联通就有900M的2G频谱,而中国电信有850M的2G频谱。无线频谱在发放的时候部分国家会规定该频谱的运营制式(2G还是3G还是4G),比如欧洲的800M基本上都是运营在4GLTE,而中国的900M频谱都是运行2G上面,目前政府还不允许在900M频谱上面运行4G的业务。随着2G的业务量的逐步减少,部分国家会将2G的频谱用在3G或者4G,也就是说运行什么制式,由运营商根据自己业务的需求确定,政府只管频谱的发放,不再管评估的事情的制式,这个是行业的一个趋势。

     一般情况下,频谱经常会和牌照一起发放。比如中国联通新建GSM网络的时候,国家在发放牌照的同时也给了联通对应的频谱资源。中国在发放4G牌照的时候也同时给国内三家运营商发放了相应的频谱。
       网络:运营商有了牌照和频谱之后,就需要购买无线设备建设覆盖相对完善的无线网络,这个也是设备商的主要市场所在。运营商一般情况下每年都会投资网络,不过一般在投资的前期资本支持相对多一些,因为要在短期内建设一张覆盖全国的网络,这个基本上是硬性要求,而后期的一般是在现网的基础扩容,加密,根据实际需要规划和建设,因此资本支出相对要小一些。实际上除了电信设备的投资之外,其他的配套投资也是很大的,比如站点的机房租赁和铁塔的建设,这些投资大多数的时候要比设备的投资要高。一般运营商在网络的投资密度(投资金额/收入)大概在10%~20%之间算是比较正常的。
      终端:在建设网络的同时也需要终端能够支持相应的业务,如果在网的终端不能支持网络,那么建设再好的网络也是白搭。比如在3G发展的初期,没有吸引人的业务,并且3G终端要比2G终端贵很多,因此大多数的用户在购买手机的时候还是购买2G的终端,这就极大的影响了3G的用户发展,直到iPhone引爆智能手机。在中国刚刚发放4G牌照的时候,市面上大多数终端还是不支持4G的,因此4G发展的初期,中国移动对终端进行了大量的补贴,用户以承诺在网时间就可以以低于移动采购的价格购买终端,这样就大大促进4G用户的发展,使得用户快速从2G或者3G迁移到了4G的网络。因为网络速度的优势,用户使用了4G网络快速,再回到慢速3G网络绝对是受不了的。
      移动业务几个特点

     在移动通信系统中,除了我们用户手中的终端之外,更重要的是无线网络系统。现代无线网络系统一般分为两大部分,一部分是核心网(Core Network),另外一部分是无线接入网络(Radio Access Network)。一般情况下,核心网所使用的设备集成度较高,每套设备可以支持几万,几十万甚至几百万用户同时连接的业务处理,因此一般情况下,核心网的设备数量比较少,比如一个城市的核心网可能只有几个集中机房就可以集中安装所有的核心网设备,所以核心网的网络投资相对也比较小。

      无线运营商大部分投资主要是用来建设无线基站系统,由于单个基站的覆盖面积有限,支持的用户数也就是几十个到几百个用户同时发起业务,因此无线基站的数量是巨大的。比如光上海市就有几万个站点,中国移动4G仅仅几年就建设了100多万站点,并且每个站点都要有机房,供电,传输网络等配套,因此运营商大部分移动通信的投资在基站部分。
3.1 03无线通信网络.jpg

       由于每个基站的覆盖有限,因此在实际运营中,一次无线移动业务可能会由于用户的移动(比如坐在车里面打电话)涉及到多个基站之间的协作,因此一般情况下,一个连续覆盖的区域里面设备一般都是由一个设备供应商提供,这样无论是对运营质量还是运营商的维护效率都是有好处的。这也造成了移动网络建设的主要特点之一,跑马圈地。一个设备商如果是一个区域的设备供应商,那么这个区域在范围里增加基站,一般情况下,还是会购买这个供应商的设备,除非在区域内统一替换设备或者区域部分连续覆盖部分整体替换成其他设备商的设备。这也就是为什么对于无线设备商来讲,存量网络是生存的基础。

      在新建网络的时候,因为运营商的网络是一张白纸,有绝对的选择权,并且大家都知道后续的扩容只能选择自己,因此新建一张网络的招标就杀价很厉害。

      正是由于跑马圈地的竞争特点,在移动网络领域,强者更强弱者更弱的马太效应就特别明显,移动设备商的先发优势就非常重要了,只要先在一个城市占住一个点,基本不用担心销售,只等着运营商下单就可以了。

      比如爱立信很早就占据了中国移动最大广东省的网络全网,一直到06年才有华为作为第二家设备商引入,广东06年全省有7000多万用户,中国移动占了大头,从90年代中期到2006年的10年期间,支持几千万的用户网络设备都是由一家来供应,每年都是几十亿上百亿人民币,没有是否销售的问题的,双方谈的只有价格的问题。因此华为中兴作为后来者,能够在移动网络设备上有所斩获是非常不容易的。

3.2 移动通信系统史前,无线对讲系统(0G):

      在进入20世纪之后,一般的技术的发展和应用开端都是从专用系统和军用系统再转向民用,无线也不例外。无线通信真正发展之前,实际上已经经过20世纪20年代的无线对讲系统,再到二战中摩托罗拉的对讲系统,经过这两个不讲成本的使用阶段之后,才有了无线系统的进一步萌芽,最终才有了(土豪)^2的非独立的移动电话系统MTS和IMTS,这两个系统也是后面真正移动通信系统的最坚实的基础。
      无线电台

      在无线电报投入实际使用之后,很快就有人想到了,既然无线电报能够传播电报的相关信号,那么应该也可以应用无线系统来传播语音。早在20世纪20年代,已经有多个公司开发出来短波频段上的专用电台系统,以美国底特律市警察使用的车载无线电系统为例,该系统工作频率为2MHz,到40年代提高到30~40MHz,可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段。二战前,美国军方已经认识到无线电通信的重要性,开始研制便携式无线通信工具,并且自己研制出一款报话机(WalkieTalkie)SCR-194,但是非常笨重,不很适用。

       1940,摩托罗拉(当时的高尔文制造公司)收到了来自军方的合同,开发一个便携式的,电池供电的语音无线电接收器/发射器的步兵单位现场使用。摩托罗拉的射频团队就样子开发出了SCR-300系统:SCR-300工作在40MHz至48MHz的频率范围,这个系统已经在频率范围内将无线空中接口信道化。在最终验收的测试中,SCR-300展示了良好的抗干扰能力和通话质量。摩托罗拉在二战中生产了近5万部的SCR-300步话机。

       这个对讲系统在电影《拯救大兵瑞恩》中的抢滩中曾经出现过两个镜头,虽然没显示出作用,但是从这个细节就可以看出这个电影的抢滩场景还原度是非常高的。
3.2 01摩托Scr300.png
摩托罗拉SCR-300

     在此基础上,摩托罗拉有开发了第一真正的手持步话机,SCR-536包括电池重2.3公斤,工作频率在3.5MHz~6MHz,输出的功率只有360毫瓦,通信的距离在几百米到2Km,主要是受限于比较短的天线。1941年7月,SCR536也大规模生产。1944年6月奥马哈海滩诺曼底登陆战中,29步兵师每个连都配置了6个SCR536步话机,一个留在连,其他的都放到排。

      德国人在西西里岛缴获了几台SCR300和SCR536步话机之后对美军的无线通信工具很吃惊。在二战中,一共生产了13万SCR-536。也正是由于摩托罗拉在军品供应上的超前和高质量,也扩大摩托罗拉在无线射频技术上独孤求败的优势。
3.2 摩托SCR536.jpg
摩托罗拉SCR-536

       随着射频技术的提升,各种电子元器件的进步,系统使用的频率也从原来几十兆赫开始提升到几百兆赫,随着晶体管的出现,这些专用无线电话系统成本大幅度降低,体积大大缩小,被广泛的应用在了公安、消防、出租汽车等行业中。但这些仅能在少数特殊人群中使用且携带不便,能不能有更小更方便适合大众使用的个人移动电话?随后,通用的无线电话系统就出现了。
      无线电话系统

     虽然电报和电话的诞生大大方便了人们的在通信方面的需求,但是有线电话还是一个固定的地点,还必须要有固定的电话线路,大大限制了个人在通信便利性方面的需求。实际上,早在1946年6月,第一个移动电话(MTS,MobileTelephone Service)就已经由AT&T完成研发,并在美国圣路易斯AT&T的网络诞生。该系统由AT&T下属的贝尔系统公司开发,终端设备重36公斤。该系统使用VHF(150M)频段,连接到公共交换电话网网络,但是刚刚投入使用的系统,整个系统只有3个信道,也就意味着,最多只能有3个用户同时通话,并且还必须是打给其他的固定电话用户,后来AT&T也只是将信道增加到32个信道,但是因为公众的需求还是很强烈,因此服务很快达到饱和。在1946年,摩托罗拉也开发类似的设备并在芝加哥投入使用。

3.2 02汽车移动电话系统.jpg

        在此基础上,AT&T还在1964推出了IMTS(ImprovedMobile Telephone Service),也就是改进的移动电话服务,该系统共有三个频段,32个信道。在IMTS系统中,已经有蜂窝通信的基本技术,采用大区制(一个基站覆盖40-60英里),允许终端电话进行特定的漫游,电话的发射的功率也已经降低到25W(对应的第一代模拟系统是3W,而现代手机仅0.6W)。

IMTS人工交换系统.jpg

       不过IMTS系统基本都是采用人工交换的方式,因此集中交换的机房也是很可观的。

       IMTS系统当时是一个非常先进的系统,当时的集成电路是很少的,最常见的系统终端是摩托罗拉tld-1100系列,所有硬件都是由分离的晶体管实现(类似于AT&T用独立的晶体管实现CPU一样)。由于IMT大区制的技术,严重限制了系统的用户总数。在20世纪70年代和80年代初,在推出更先进的移动系统之前,有等待安装这种电话的用户需要排队等待长达3年,并且是建立在其他用户不再使用,他们才能获得机会。

3.2 03汽车移动电话系统.jpg

        正是因为系统容量低,用户少,导致IMTS系统非常昂贵。每个终端用户需要花费20世界70年代的4000美金(相当于现在2万美金以上),每个月需要120美金的月租费,每分钟通话需要0.70-1.20美元,这在当时来说,不是一般富裕阶层可以使用的,基本上只能属于极少数的富人采用享受的服务。

       因此容量和成本就成为了那一代系统的主要瓶颈,但是在上述的两个系统的使用过程中,设备商和运营商已经充分理解无线运营的相关技术,需求,并在此基础上建立起完整的移动通信系统理论框架和技术架构,并为到来后面的移动通信大发展打下坚实的基础。

军衔等级:

  中士

注册时间:
2008-6-4
发表于 2017-11-6 14:52:06 |显示全部楼层
终于到了现代通信。。。

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-12-4 20:25:02 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-12-4 23:09 编辑

3.3 春秋战国--模拟系统(1G)

     1G(First Generation wirelesstelephone technology)是第一代移动通信系统,从美国贝尔实验室的先进移动电话系统AMPS(Advanced Mobile Phone System)开始, 1979年开通测试网络(频率未获得美国联邦通信委员会正式划定),但是首个商用网络在日本。

    1G实际上是后来回头给模拟系统添加的概念和名称,在模拟系统推出的当时并没有明确后续演进计划,2G,3G的概念实际上是在GSM和CDMA商用之后,国际电信联盟提出了3G计划之后,2G的概念才为大众所知,顺便就倒推模拟系统为1G,不过1G大家说得并不多,大多数还是叫模拟系统。

    第一代模拟除了美国的AMPS之外,还包括北欧移动电话(NMT Nordic MobileTelephone),英国的总访问通信系统(TACS)以及日本的JTAGS,西德的 C-Netz,法国的Radiocom 2000和意大利的RTMI等系统。

    多种系统之间存在一定的竞争,不过一旦一个国家或者运营商确定了一种标准,一般情况下都会一直延续这个标准的扩容和新建。标准之间的竞争类似以春秋战国,基本互不兼容,也无法漫游,但是各个标准又蓬勃发展。

3.3 00 1G系统.jpg

                              
      第一代移动通信系统的最显著的特点就是以较小的频率支持一个或者多个用户,以小区(Cell)为基本单元,采用类似蜂窝状的小区频率规划实现频率复用,从而实现高系统容量。

      频率是移动通信系统的核心,在模拟移动通信之前,在MTS中,使用的频率在150M左右的频段,而IMTS这是采用了450M左右的频段。频率的特性是频段越低,基站发出信号就越远。比如同样的塔高,450M如果能够覆盖的半径60公里的话,那么800M的频段就可能只能覆盖30-40公里。

     频率是一种物理存在,这个频段被用在了通信系统或者广播系统,那么这个频率就不能做其他用处了,这个就是政府无线频率的规划。因此在给定的频率内,如何尽量多的接入用户,就成为移动通信系统的核心,第一代移动系统之所以很快就普及并在全球快速增长,最核心的就是两个因素:频率复用的方式提升了容量,集成化和相对低成本的终端,这个强调相对低是指和第一代系统的终端成本相比,虽然模拟系统终端的成本比后续的2G,3G等数字终端的成本还是要很多。容量的提升和终端成本的降低大大降低了系统的成本,也使得使用门槛相比0G系统要低不少。

3.3.1    模拟通信的理论基础



       贝尔实验室在之前的MTS及IMTS基础上,已经发现了频率的稀缺和用户容量之间的瓶颈,从而创造性的提出蜂窝通信理论,摒弃在过去移动系统中的大区制基站,而采用小区制的基站,在移动网络中采用蜂窝的结构,通过在相邻的小区使用不同的频率,在相距较远的小区就采用相同的频率。这样既有效地避免了频率冲突,又可让同一频率多次使用,节省了频率资源。这一理论巧妙地解决了有限高频频率与众多高密度用户需求量的矛盾和跨越服务覆盖区信道自动转换的问题。

      蜂窝理论的主要要点包括:

       a.小区制:蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式,将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域,称为蜂窝小区。一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区,在较小的区域内设置相当数量的用户。通过在一个服务区中设置多个基站,从而实现容量的提升。

      b.频率复用:频率是指蜂窝系统的基站工作频率,由于基站信号传播损耗只能覆盖一定距离,在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率,称为频率复用。例如,用户超过一百万的大城市,若每个用户都有自己的频道频率,则需要极大的频谱资源,采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾,增加了用户数目或系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率,这是使系统容量趋于无限的极好方法。

     c.多信道共用:由若干无线信道组成的移动通信系统,为多个用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术,称为多信道共用技术。多信道共用技术利用信道占用的间断性,使许多用户能够任意地、合理地选择信道,以提高信道的使用效率,这与在一个单位中,如果有100个人,有100部电话,但是实际单位的总机只需要10-20条线路就可以满足这个单位对外通话需求的道理类似,因为大多数的电话还是单位内部的通话,不需要对外的总机线路,并且在某一个时刻,真正需要对外通信的用户在概率上也是一定的。

     d.切换和位置更新:采用蜂窝式组网后,由于每个基站的服务半径就会变得相对比较小。比如大区制的基站,可以覆盖40-60公里以上,那么一个用户在通话中移动到小区外的概率还是比较小的,因此不需要做切换处理。但是小区制就不一样了,因为小区变小,每个小区的半径可能只有1-2公里,那么用户如果是在汽车里面,只要1-2分钟就可能移动到小区边缘,为了保持用户的通话不断,就需要将这个用户从当前服务的小区切换到相邻的小区,因此切换技术就成为了蜂窝系统的一个关键技术,不同的多址接入系统切换技术也会有所不同。
位置更新是移动通信所特有的,由于移动用户要在移动网络中任意移动,网络需要在任何时刻都能联系到用户,以有效的管理移动用户,比如当有人需要打这个人电话的时候,系统就需要知道这个用户是A小区还是B小区,这个就需要用户的终端定时将自己的位置报告系统,完成这种功能的技术称为移动性管理。

      频率复用的原理
3.3 01频率复用.jpg
频率复用示意图

        如上图,这个就是频率复用的一个示意图。假设小区1(Cell 1)使用的频率是f1,只要保证Cell 1相邻的6个小区Cell2~Cell7不使用f1,则理论上,Cell1里面 无线信号就不会受到干扰,通话质量和容量都能够保证,那么围绕Cell 1一圈之外的小区外面,比如Cell8,这可以重复使用Cell1的频率f1,又可以提供和Cell1一样的容量和语音质量。

       就和地图涂色类似,只要保证相邻小区之间使用的频率不同,就形成了整个系统的频率复用。实现了频率复用了之后的移动通信系统,可以通过缩减小区覆盖而增加小区数量,这在理论上可以提供无限的系统容量,比如从之前覆盖10公里半径的小区改为几个覆盖5公里的小区,则在这个10公里范围里面的系统容量就增加了几倍。

       上述是理论上的频率复用,在现实中的小区规划不会如此整齐,还有地形,发射天线的高度及用户分布等各种因素,因此形成了移动通信中特有的工作,无线网络规划和优化,规划是规划如何建站,如何分配频率,实现最优的频率复用。优化就是在当前现在的网络上,通过分析现在网络里面的干扰,调整网络参数,比如降低功率,更换频率,调整天线的角度等,减少小区之间的无线干扰,从而提高网络的质量和容量。


3.3.2    第一代系统的研发

       我们可以将第一代模拟系统的研发分为两个部分,一个是终端的研发,另外就是系统的研发。

      集成化手机终端

      人们一般把1973年第一部手机的问世归功于当年的摩托罗拉总设计师马丁·库珀。
3.3 01手机之父.jpg
马丁·库珀

      上世纪60年代的通讯巨头AT&T公司,在MTS和IMTS之后也一直在研究无线方面的系统,如何提高系统的容量。但是贝尔实验室对于终端方面的研究则要弱很多,他们认为应该基于当时的IMTS系统的汽车电话,后续的电话也是使用在汽车上,由汽车供电,因此终端的电话大小是无所谓的。

       但是摩托罗拉当时的移动系统的研发主管John F. Mitchell在研究移动系统的同时,也在考虑改进终端电话,并指定马丁·库帕(Martin Cooper)博士负责终端的研发。1928年马丁·库珀在美国出生,26岁加入摩托罗拉公司,接手手机研发任务时,贝尔实验室还是认为需要的是车载电话,而库帕团队认为无线系统希望是人和人的通话,希望手机能够方便移动。1973年马丁·库珀带领他的团队用了6周的时间就完成了世界通讯史上的巨大突破,研制出“便携式”移动电话,并申请了专利。在随后的时间里面,摩托罗拉就继续在原型机上面进行优化设计,形成了AMPS系统的第一代手机DynaTAC。

3.3 02第一部手机.jpg

       DynaTAC完成充电大约要花了10个小时,但是仅能提供30分钟的通话时间。手机包括了数字化显示屏,手机上可以存储30个电话号码。它在80年初期的售价为3995美元(相当于2017年的9400美元),而DynaTAC是DynamicAdaptive Total Area Coverage的缩写,意思是“动态自适区域覆盖“,一个相当技术化的名称。

       在设计出模型机之后,摩托罗拉DynaTAC后续开发了好几个型号,并且随着其他系统的应用和推广,并逐渐增加不同频率的信号,直到1993年停止生产。自始至终,DynaTAC是作为第一个手机,在媒体和大众眼中,都是作为一个财富和土豪的象征,这个我们在香港90年代的电影中有多次看到(因为我们的现实生活中没有接触过拿模拟手机的土豪),特别是黑社会老大,标志性的就是带着一个模拟电话,因此当时的手机也被称为“大哥大”,只是到了后来更先进的GSM手机出来之后以及终端价格降低之后,在名称上,才更改为“手机”。

       第一个1G移动系统AMPS

        1964年,当美国国会从AT&T公司拿走了卫星通信商业使用权后,贝尔实验室组建了自己移动通信研究部门,早期的无线研究只关注了话音通信。早在1964–1974年期间,贝尔实验室就开始开发一种叫作大容量移动式电话系统(High-Capacity Mobile TelephoneSystem,HCMTS)的模拟系统,随后这个系统使用了广为人知的新名称:AMPS——先进移动电话服务(Advanced Mobile Phone Service)。

        在系统的研发过程中,是贝尔实验室主导包括系统和终端的研发,由于AT&T当时在美国通信行业是属于垄断地位,在系统及终端研发出来之后,美国联邦通信委员会(FCC)由于贝尔实验室涉嫌垄断,最终裁定AT&T不能制造通信终端,因此AT&T就授权了包括摩托罗拉在内的3家公司制造车载电话系统,在1977年芝加哥的实验网络中一共制造了2000台的车载电话,注意,这个时候还不是真正的手机,还是以摩托罗拉制造的根据AT&T要求的车载电话。

       虽然AMPS实验系统已经开通,但是由于无线产业是一个新产业,当时也没有任何标准化的组织,在前面讲过,由于频率的物理特性,分配了,用过了,其他系统就不能再用。并且系统和终端之间也需要标准化的接口,因此标准化就成为了AMPS真正投入商用的一个主要障碍。AT&T就根据自己的设计,整理出了第一代移动系统的标准,并提交了美国的电子工业协会(ElectronicIndustrial Association,EIA),并和电信产业协会(TelecommunicationIndustrial Association,TIA)合作,形成了移动通信系统第一个实际的标准,TIA-EIA标准。

3.3 03AMPS.jpg

        标准确定之后,AMPS的蜂窝系统还是一直没有能够实现真正的商业化运作,直到1983年联邦通信委员会FCC 将10MHz的频谱分配给AT&T用做商业运营才算真正的将AMPS商用。在AMPS商用之后,用户发展很快,FCC又追加了部分频谱作为移动系统扩展频率。

      因为美国FCC在标准化上面的延迟确使得日本成为了第一个宣布蜂窝系统商用的国家。在1979年,日本的NTT公司(日本电话电报公司)在东京部署它的AMPS版本,并很快宣布商用,因此日本就成为了世界上第一个商用蜂窝系统的国家。

      不过由于NTT网络系统在基站上没有采用贝尔推荐的分集方案,使用的信令是速率为300音频/秒的多音信令,因此他的通话质量不是很高,而服务成本却很高。美国的FCC批准频率之后,AMPS在美国部署的是完整的技术方案,话音质量显著高于日本,而且整体的服务成本比NTT系统低。

        AMPS系统也是第一个实现了全自动处理的移动系统,从用户拨号,到被叫号码的振铃,都是由系统自动完成,不需要人工干预和介入。而在之前的IMTS系统,虽然呼叫可能也是自动的,但是移动系统自己没有呼叫处理和管理的能力,需要将无线系统接入固定电话的系统中进行管理,只是一种由无线完成连接的固定电话,通俗的讲,离开连接的交换机,两个无线终端是无法通话的。类似于当年中国的小灵通系统的架构,自己不能单独组网,必须要接入固定交换机。而AMPS系统则是已经可以独立进行呼叫及用户的管理,真正成为了一个独立的网络。

        因此,其实到1977年,第一个真正的模拟系统应该是已经面世,只是因为各种原因,没有在当年及时投入商用,最终使得日本成为了第一个正式商用移动系统的国家。


3.3.3    第一代移动系统的发展
       模拟系统的开通

        AMPS在日本1979年首先实现了商用,而美国是1983年10月实现商用,以色列1986,澳大利亚1987,新加坡1988,巴基斯坦1990。

        在美国AMPS开始试验了之后,英国VDF对AMPS系统设备进行了一些修正,即将信道带宽改为25kHz,以3000万英镑将合同授予给爱立信,爱立信负责系统的设计,建设和初始的网络包括100个基站,并将名称改为TACS全球接入通信系统(Total AccessCommunication System)。除此以外,北欧移动电话(Nordic MobileTelephone,NMT)主要部署在北欧四国。

         1987年11月,中国移动电话业务正式起步,第一个TACS制式模拟移动电话系统在广州建成并投入商用,首批用户只有700个,实现了移动电话用户“零”的突破,并逐渐在全国部署。1988年,我国移动电话用户仅3000户,1990年达到1.8万户,1994年激增到了157万户,在最高峰的时候,模拟中国移动用户一共有600多万用户,随着2G的发展,中国移动在2001年关闭了模拟移动系统。
3.3 04大哥大.jpg

       在此之外还有德国的C450系统和英国的无绳电话2(Cordless Phone 2,CT2)也曾经投放市场,但这两个不是真正的蜂窝系统,应用的范围也很窄。

       模拟系统的王者—摩托罗拉

       摩托罗拉公司原名加尔文制造公司(GalvinManufacturingCorp),创立于1928年,由创始人之一的保罗.加尔文的名字命名。它最早是生产汽车里的收音机的,摩托罗拉则是这种收音机的品牌。摩托罗拉(Motorola)一词的前五个字母Motor表示汽车,在二战中,摩托罗拉开始研制和制造了便携式无线通信工具(就是之前提到的SCR300和SCR-536等),并取得了极大的成功,也使得摩托罗拉在无线射频技术方面形成了绝对领先的优势。作为美国军方和政府部门的供应商,摩托罗拉产品的稳定性和质量都非常好。二战后,摩托罗拉作为品牌名气越拉越大,1947年公司干脆改名摩托罗拉。
3.3 05摩托黑金刚.jpg
摩托黑金刚1984

       作为移动通信的先发着,在AMPS系统研发过程中就参与了,因此在第一台模拟系统和手机上有很强的先发优势,第一代移动通信是基于模拟信号的,天线技术和模拟信号处理技术的水平决定了产品的好坏,这个是摩托罗拉的强项,摩托在二战时期就已经为军方制造模拟的对讲系统,在射频技术上面很深的技术积累,再加上摩托罗拉在产品质量上的可靠性,在一个因为稀缺还未关注产品外观样式的情况时代,摩托罗拉在第一代全球4000多万用户中占有率达到70%,这是一个无以伦比的高市场占有率,也造就摩托罗拉成为模拟时代的王者和高利润,其它公司要想和摩托罗拉竞争,只能寄希望于下一代了。

       王者的前身—NMT

        北欧移动电话NMT(Nordic Mobile Telephone)北欧的瑞典,丹麦,芬兰和挪威一起制定的第一代模拟电话系统,由北欧通信管理局PTT(Nordic telecommunicationsadministrations) 1981年制定了相关的标准,同年在瑞典和丹麦首先开通。他包括了两个频段,450M和900M频段,也是基于模拟信号系统。而爱立信和Nokia是作为首批供应商,随后摩托罗拉也参与了系统设备和手机的制造商行列。
3.3 06诺基亚第一款车载手机.jpg
诺基亚研发生产的第一款车载手机,它重达21斤,配带有音响装置

       由于北欧都是小国,国内市场都不大,因此在标准制定上面就很注意统一标准,以此来提高设备的使用量,并且在标准上采用开放的态度,不做专利控制,允许所有的国家运营该系统,也允许所有的设备制造商制造系统和终端设备,因此NMT很快就在各个国家流行起来,NMT主要应用在北欧4国,波罗的海国家、冰岛,瑞士、荷兰、匈牙利、波兰、保加利亚、罗马尼亚、捷克共和国、斯洛伐克、斯洛文尼亚、塞尔维亚、土耳其、克罗地亚、波斯尼亚、俄罗斯、乌克兰和亚洲。广泛的使用使得左右下一代系统的GSM在推广时极其占有优势,与此相对照的,美国的国家标准是系统投入测试之后几年才明确了标准,给运营商发放了频谱,才最终给了准生证,造成虽然系统是美国第一个研发出来的,但是实际上的一个商用网络缺是日本的。

       另外,通过标准化组织的初次尝试以及广泛的推广,使得欧洲在电信产业的标准化和产业推广上远远的走在美国的前面。早在第一代模拟系统刚刚开始在应用的时候,1982年,欧洲电信标准化协会ETSI(European Telecommunications Standards Institute)的前身就开始研究第二代的移动通信系统GSM(Global System for Mobile Communications),并在1987年由协会的来自13个欧洲国家的15名代表签署谅解备忘录,将GSM定为整个欧洲的第二代移动电话的标准。

        正是由于欧洲在电信的标准化上面团结和开放,使得欧洲在移动电信产业上面始终处于前列,也造就了类似爱立信和诺基亚的产业巨头,这个可以在后续章节讲解。
3.3 07欧洲主要国家的模拟系统.jpg
欧洲主要国家的模拟系统

        在模拟系统的发展过程中,由于用户总数基数比较低,发展速度也比较快,但是由于本身系统和手机都比较贵,那时欧洲都把移动电话看成豪华通信,手机也比较土,没有现在的手机时尚,数字系统商用前的1991年,经过10年的发展,整个移动用户数也1600万,91年虽然已经有了2G系统商用,但是发展用户的主力还是模拟系统。下表是从1980年到1995年全球移动用户数,数据来源:Google PublicData ICT统计:
3.3 08欧洲主要国家的模拟系统.jpg

         其中92,93年之后的用户数会包含少部分2G用户,到1995年,GSM的用户数大概在1000万左右,美国的D-AMPS应该会高一些。整个模拟系统的用户数最高峰大概在4000万多一些。从上表也可以看出,94,95年的用户发展的速度明显高于前两年,就是2G开始发展的功劳。

        模拟系统的关闭

        全球大多数的国家都在21世纪初期关闭了模拟移动电话系统,中国在2001年关闭了模拟的网络。关闭移动网络的主要原因就是要将最黄金的900M频谱让出来给2G系统使用。

         大多数的用户都在2G发展起来之后自行转到2G上,毕竟无论是语音质量,手机的可选择性,都是要比模拟系统好很多。但是也有少部分用户因为各种运营不愿意转网,这个时候运营商一般会提高补贴,以促进用户转网,好让老网络关闭。比如免费提供手机,免费提供几个月的呼叫转移(一般情况下专网会涉及到号码的转换),提供话费补贴等。因为这些毕竟是少数用户,相比维护一张网络以及浪费频谱资源来说都是小钱,因此在用户降低到一定的程度,运营商都是愿意出钱促进用户的转移。


3.3.4    第一代模拟系统的问题

      虽然第一代模拟电话系统推广和应用都很广泛,但是由于第一代系统存在的固有问题,导致几大阵营都很快制定出了数字化的第二代移动电话标准,并对第一代系统形成了替代,加快移动通信产业的发展。
      标准多且不统一:虽然都是第一代系统,除了美国的AMPS(47个国家)和NMT应用相对较多之外,其他的比如英国TACS,德国的450C频段,加拿大的450MHz移动电话系统(MobileTelephone System,MTS)等系统应用范围都不是很广,并且就算是AMPS和NMT,在不同的国家,还会有适当的改动和定制,因此造成各个国家的设备市场都存在差异,并没有形成统一的市场和设备。
      安全的问题:由于第一代模拟系统的空中的无线电是没有加密的,这也就意味着,任何人都可以通过空中的无线电,通过特定的仪器实现监听,这个在比较老的香港电影中曾经出现过。除了窃听的问题之外,还存在拷机的问题,因为实际上用户的手机是听过电子标示来标示某个用户,而且没有对用户的身份进行认证,因此如果某个手机经过别人手读取了某些信息,则就可以实现对该手机的拷机,拷贝的手机可以随便通话,还不需要花钱,可以由被拷贝的机器买单。安全问题是模拟移动通信系统最大不足,曾经也在各个国家出了不少事情。
      漫游问题:第一代系统主要是基于本地电话设计,并不涉及到用户的在不同网络中漫游,因此各移动系统之间是不能漫游的,甚至在一个国家内不同省份之间也不能漫游,这个就给商务人士带来很大的不变(当然相对于原来的固定电话,还是方便很多),虽然后期的部分系统做了人工漫游的功能,但是这个是建立在用户到一个新本地网之后主动打电话给运营商,进行人工漫游登记才实现。因此漫游是第一代模拟系统普遍存在的不足。
        频谱效率低且频谱少:因为在70年代底80年代初,移动通信还是一种非常高的消费,应用范围不广,因此各个国家在建立系统推广之初就定位于少量的应用,在频率规划和应用上也缺乏相应的经验,因此各个国家的频谱规划都不算多,并且由于自身是模拟技术的原因,频率的使用效率不是很高,虽然理论上可以提供无限的容量,实际上在应用在可获得的容量相对较小。
       服务质量:由于模拟系统在技术上面普遍存在的不足,模拟系统的用户语音质量相对比较差,特别是到后期用户数量相对比较多之后,基站之间的干扰和无线信号不稳定,自身系统没有太多纠错功能设计,导致用户感知的语音质量比较差。

        正是有了上述第一代模拟系统的不足,才导致各个国家(有系统研发能力的国家)在第一代模拟系统商用后不久,就开始了第二代移动通信系统(2G)的开发。

3.3.5    1G系统年谱
3.3 09模拟产业年谱.jpg




军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-12-4 20:39:19 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-12-4 21:11 编辑

3.4  多国并存时代的2G

       在2G之前的1G时代,各个国家的各种通信系统虽然类似,但是由于系统之间本身的互联互通性比较差,并且用户量也不是很多,用户虽然有漫游需求,但是需求还并不是那么强烈。从第二代移动通信开始,由于通信的全程全网(用户在不同国家享受相同服务)需求,导致设备的标准化要求更高。

        在设备标准化的同时,就会带来在原来公司之间竞争的同时,又引入了产业链之间的竞争,而且产业链之间的竞争要先于公司之间的竞争,只有产业链竞争胜利了,这个产业链内的公司才继续生存和发展,而在产业链竞争失败的公司,基本上是将自己的这一块业务就给让出来了,如果公司能够找到其他的增长点或者业务转型比较成功,那么公司还能继续生存,而如果竞争失败了,并且转型还不顺利,则可能会导致整个公司的覆灭。

       随着产业上面的公司越来越多,技术复杂度越来越高,在产业上面的研究投入也越来越大,像贝尔实验室原来一家独大的情况就不存在了。实际上在20实际80年代到90年代,由于欧洲的电信标准化是走在了美国的前面,因此也造就了欧洲在20世纪后期及21世纪前期主导电信设备标准的情况。而美国正是由于标准上面的各自为政,导致在移动标准上面的话语权旁落,在固定通信向移动通信以及模拟通信向数字通信的转型过程中,美国的通信企业基本上都没落。这个会下面的章节还会再介绍。

       2G时代各标准的格局就是类似于南宋时期的中国格局,GSM因为先发优势,类似于南宋,还是中国的主体,CDMA则挟技术优势来势汹汹,在全球快速扩张,类似鼎盛时期的金,而日本的PDC标准则是类似于大理国,与世无争,自己的标准在国内用,而美国的D-APMS和iDen则类似于吐蕃和西辽,虽然也有相对的领土和范围,但是毕竟是实力有限,随着时间的推移,吐蕃和西辽又重新回归到中华民族的大家庭。

3.4 00 南宋与金.jpg

                              
3.4.1    2G主要标准介绍

     TDMA和CDMA

      在介绍2G标准之前,先将2G时候的两大流派TDMA(timedivision multiple access,TDMA)和CDMA(code division multiple access,TDMA)的核心差别和相同点讲一下。
      相同点:

      应该说TDMA和CDMA在大多数的技术上面都是相同的,网络架构,加密,用户管理等主要功能都是相同的,虽然可能在加密算法,信令等方面在实现上面略有差异,但是功能的原理及作用都是差不多的。最大的差异就是在空口。

      空口的双工和大的复用方面也是一样的,上下行(上行:手机给基站发信号,下行:基站给手机发信号)双工都是采用的对称FDD,双工类似于高速公路要双向通车,高速公路都是两个方向对等的,也就是上行和下行采用的都是相同带宽相近但是不同的频率;在大的复用方面,也就是说10M(上下行各10M)频谱如何划分成更小的管理单元,TDMA和CDMA都是先采用FDMA(frequency divisionmultiple access)频分多址来实现将大的频谱划分为更小的管理单元。就类似一条单向16米,双向32米的高速如何管理,双工就是在中间建设一个隔离带(类似上下行中间的频率间隔),然后每一个方向再按照4米一个车道,划分成单向4车道双向8车道,这样就形成了高速公路。如下图所示:

3.4 001频分双工.jpg
     不同点:

      由于2G系统中划分每一个频点的带宽足够大,每一秒种能够传输的数据超过1个用户1秒钟话音所产生的语音数据包,因此可以将这个频点给多个用户使用,如何标示和区分这多个用户,就有了TDMA和CDMA两种技术实现方式。在2G不同的标准中,TDMA每个频点相对窄(因为编码,管理机制及硬件能力等因素综合),比如GSM是200K,而CDMA的每个频点相对宽,1.25M,相当于6倍的GSM频点宽度。

      对于这两种多址方式,我们打个比方。有一队48个班军队在行军过程中,碰到一条河,需要在规定的时间穿过河,这个时候工兵连需要搭建浮桥,以便让所有的士兵都能够过河。为了便于清点人数,要求过河之后各个班的士兵都站在一起。这个时候工兵连有两种方式搭建浮桥:

      方式一,小浮桥:搭建6个小的浮桥(相同带宽TDMA有6个频点),首先先将这48个班分成6组,每8个班用一座浮桥,在每一座浮桥前面,这8个班每个班都排成一个纵队,先是第一个班的第一个人过浮桥,然后是第二班的第一个人过浮桥,等第8个班的第一个人过了浮桥之后再有第一个班的第二个人浮桥,然后是第二个班的第二个人,直到所有人过完。过了桥的人还是按照过桥的顺序恢复成原来的8个纵队,也就是每个班的人都还是在一起。

       方式二,大浮桥:搭建一个宽一点的浮桥,可以并列走48个人,在过河之前也排成48个纵队,这个时候有人就拿了48种颜色的马甲(类似CDMA的码)发给每一个人,并且保证每个纵队(班)颜色都是一样的,并且和其他班的颜色都不一样。首先排在第一位的48个人站出来,一起过桥,下桥的地方有另外一个人在指挥,特定颜色马甲的人站到特定的圆圈里面,然后每个纵队的第二个人过桥,直到每个班的人都过完。过完河的士兵根据不同颜色的马甲(CDMA码)都还是在一起,也就是每个班的人都还在一起。

       上述方式一就是时分多址(TDMA),分时使用浮桥,靠的是时间顺序区分,而方式二则是码分多址(CDMA),多个班的多个人同时使用浮桥,靠的是不同颜色的马甲区分。每一个士兵相当于一个语音数据包,而一个班就是连在一起的数据包组成的一句话。

      在介绍完核心差异之后,再来说2G的不同的标准。
      最成功的2G标准---GSM

      标准阵营的分化和站队,从GSM的讨论开始开始。在尝试到NMT标准化和联合的成功之后,欧洲共同体(欧盟的前身)组织之一,欧洲邮电管理委员会(CEPT  European Conference of Postal andTelecommunications Administrations)在1982年就设立了一个工作组Groupe Spécial Mobile committee(一个法语组织名称)开始讨论欧洲下一代数字化无线通信系统,随后该组织改名,缩写还是不变,但是将英文改名为GlobalStandard for Mobile Communications,以便于在全球的推广。

      在这个组成立后不久就在巴黎设立一个固定的技术组,做详细的技术讨论。在5年之后的1987年,作为最主要的工作成果,GSM的最初技术标准给出了初稿。同年,来自13个国家的15名代表在哥本哈根签署了联合研发和部署GSM标准的谅解备忘录,并且规定GSM作为欧盟内部的强制标准,并获得欧洲4大国(英法德意)的支持。由于该协议的通过,使得欧洲各国运营商纷纷表示将部署GSM网络,也使得欧洲的主要设备商(爱立信,Nokia,阿尔卡特等)在通过的主要技术标准之上快速进行设备的开发,因为有政府的支持,运营商的需求,虽然设备开发上面投入不小,但是面对政府和运营商确定性的表态,产品的应用应该不存在任何问题。

3.4 01GSM.jpg
GSM网络架构图

        GSM的网络架构中,BTS(BaseTransceiver Station)主要是负责接收发送无线信号,BSC(BaseStation Controller)主要是控制基站并做呼叫相关处理,MSC (Mobile Switching Center)主要负责电话交换,而HLR(Home location register)则出存储了所有的用户信息,每次呼叫的时候,MSC都会和HLR核对,看这个用户信息是否合法。

        之所以将第二代系统叫数字化是因为在空口Um接口上发送和接受的是调制解调后的数字信号,而对应的,第一代模拟系统则传递的是模拟信号。在设备的接口中,空中接口Um是完全标准化的接口,这样就保证了手机生产厂商完全不需要和系统厂商捆绑,可以独立根据标准接口进行手机的开发,而A接口在商用的初期标准化还不算太完善,在商用化之后就完全标准化,也就是意味着,运营商的BSS和MSC可以分别用两家的。一般Abis接口是则是各设备厂家的私有化的接口,这就要求运营商BSC和基站使用一个厂家的设备。

        GSM的协议组织在技术协议完善性和商用时间的把握上面还是比较好的,虽然能够想到业务和功能比较多,GSM协议组织在开始就将协议和功能分为几个阶段,Phase1,Phase2,Phase2+,比如,虽然GSM在91年就实现了商用,但是支持数据业务的协议是到了1993年才发布的,为GSM的商用赢得了时间。协议在随后的几年里面增加了1800M频段,短消息,预付费以及后来的数据业务(GPRS和EDGE),特别是预付费业务,使得用户能够以更低的成本使用移动电话,大大促进了GSM用户的发展,虽然从现在看,这个只是一个运营策略问题,但是在那个时候通过协议的制定,在业务流程支持预付费业务加快了业务普及的速度。就以中国为例,在预付费业务推出之前,手机需要有50块的月租费,然后每分钟通话0.4元,短消息0.1元,而预付费业务推出之后,没有预付费,但是每分钟通话贵一点,0.6元,短消息0.15元。在预付费业务推出之后,加快了手机消费的门槛,不需要每个月必须有50块以上的费用,而是根据自己的经济情况自己控制使用。

        1991年7月1日,芬兰首相用Nokia和西门子联合建设,由Radiolinja(由本地电话公司和金融结构投资的合资公司,后被Elisa收购)运营的网络打通第一个GSM商用电话,拉开了GSM在全球部署的序幕,随后很快在欧洲全面部署。1993年澳洲电信的部署是欧洲以外的第一个网络,中国则在1993年在浙江嘉兴开通了实验网,1994年正式在广东开通商用网络,拉开中国移动建设的大幕。到1996年,全球的GSM用户超过1亿,02年5亿,04年10亿,截止到2016年年底,有212个国家和地区运营GSM网络。

       澳大利亚的澳洲电信在2016年12月1日在全球第一个关闭了GSM的网络,主要由3G和4G标准为用户服务,2017年1月,美国AT&T移动关闭GSM网络。
        晚生了几年最好的2G标准---CDMA

       CDMA技术的基础原理和专利虽然提出得很早,但是真正的把这项技术研究出来,并能够投入实际的商用缺是经过了很长的一段时间。

      CDMA之母:海蒂·拉玛

      讲到CDMA,就不得不提一个人,海蒂·拉玛(Hedy Lamarr), CDMA之母。

      1914年11月9日,海蒂·拉玛出生于奥地利的首都维也纳;父亲是当地的犹太银行家,这个显赫的家庭给予了海蒂从小生活富裕,衣食无忧的生活环境并受到良好的教育。1931年,海蒂·拉玛放弃了正在攻读的通信专业,跟随戏剧导演马克斯·莱因哈特去了德国柏林学习。

3.4 02海蒂·拉玛.jpg
海蒂·拉玛

        凭着自己在外貌上的优越条件及对表演的追求,海蒂·拉玛很快在演艺圈打开了局面。真正使得海蒂·拉玛出名的是1933年《神魂颠倒》,在这个电影中海蒂·拉玛担任了女主角,并且是世界上首位全裸出镜的女演员。奥地利的军火大亨曼德尔在看过海蒂的《神魂颠倒》之后便对她着迷不已;一年后,两人在舞会上一见钟情;3个月后,闪电结婚。

       曼德尔也是一名犹太人,但他支持纳粹,甚至成为纳粹主要军备的奥地利军队供应商。他很重视无线电信号遥控鱼雷和无线通信干扰技术。虽然无线通信技术在当时属于国家最高级别军事机密,但曼德尔与武器专家谈论相关技术时,他允许海蒂旁听甚至记录。他没想到通信专业出身的海蒂在数月后基本掌握了这项技术。不过,曼德尔不愿妻子在外抛头露面。她曾提过想继续拍电影,被曼德尔粗暴地拒绝了,甚至连游泳和上街的自由都没有。这让海蒂对曼德尔彻底死心了。1937年海蒂在一次晚宴上中途退席后用迷药迷昏了随从侍女跳窗而逃,乘当天的火车连夜逃至法国巴黎,随后就到好莱坞发展。

         新生活和电影事业蒸蒸日上之时,在好莱坞的一次宴会上,拉玛结识了同样极度痛恨纳粹的乔治·安塞尔。此人本是个欧洲音乐家,後来因二次大战爆发,他被迫回到好莱坞。海蒂向乔治提起一个秘密通讯系统(SecretCommunications System)的想法,想要研发出能够抵挡敌军电波干扰或防窃听的军事通讯系统。在战时,军事通讯的保密与否几乎可以决定战争的胜败。于是,一心想要对德作战有所贡献的乔治便很积极地配合海蒂进行这项研究。并最终制成了这个以。

      靠着两人的智慧以及其他科学家的帮助,他们完成了以自动钢琴为灵感的模型的技术研究,并且在1942年的8月得到专利号为2,292,387的“保密通信系统”的美国专利。这就是“扩频通讯技术”。注:Hedy Kiesler Markey是真名,而Hedy Lamarr是艺名。
3.4 03CDMA专利.jpg

       专利说明描述了一种引导鱼雷的通信方法:在一段固定时间内,在载波频率之间发射方和接收方用一种同步的通信方式。被发射方(飞机)和接收方(鱼雷)所采用载波频率同步的编号,是由一种类似自动钢琴音乐筒的装置控制,该装置有一个独特的由88个可能的阶梯组成的序列。通过在每个频率上仅发送整个信息的一小部分,鱼雷能受到操纵。干扰通信的企图通常一次只能是一条信道失去作用,而在其他信道上的信息足以保证鱼雷做出必要的方向矫正,以击中目标。他们将这项专利送给美国政府,希望能够对当时正如火如荼进行中的二次大战有帮助。可是美国军方的科学家完全不把他们的研究当一回事。

        1997年,当以CDMA为基础的通信技术开始走入大众生活时,科学界才想起了已经83岁高龄的海蒂,美国电子前沿基金会授予了五十年前这项专利第一申请人海蒂·拉玛的发明颁发“电子国境基金-先锋奖”。这一奖项对海蒂在计算机通信方面的贡献给予了承认,科学家尊称海蒂为:CDMA之母。

        CDMA 之父–高通公司

       虽然在二战期间,军方并没有将扩频通信用于鱼雷等军事领域,但是进入50年代之后,这项专利还是引起了军方的注意,并对扩容通信做了充分的研究,在军方的无线通信中得到了应用。在雅各布的高通公司接触了CDMA的技术之后,才使得CDMA的军用转民用,有了CDMA的辉煌。

       高通公司由欧文·雅各布斯(Irwin Jacobs)博士在1985年创建,高通公司的英文名字Qualcomm,来源于QualityCommunication的缩写,意思是高质量的通信。高通成立之后的第一份合同来自于和美国军方签订的CDMA技术研究项目(CDMA之前是美国军方的安全无线通信技术)。

3.4 04欧文雅各布.jpg

       尽管高通成立之时便致力于将CDMA技术商业化,但是高通最先推动变革的行业却是交通运输业,1988年高通推出OmniTRACS卫星定位和通讯服务,主要用于运输行业跟踪卡车的位置服务。

       在1988年的一次偶然的机会,艾文雅各布博士及其他几位高通创始人探讨CDMA技术用于卫星通信系统时,他们忽得灵感,只要经过调整,CDMA将可能在民用地面移动通信上大有作为, CDMA技术被用于通过卫星为卡车提供运输通信服务时经常拥塞,如果将蜂窝网基站当成卫星,通过基站传输,则解决拥塞问题,这就是CDMA通信系统的初始来源。而高通则一直致力于CDMA通信系统研究。

        当时高通面临的情况是,很多业界专家对于CDMA用于蜂窝系统并不是很看好,都认为CDMA技术过于复杂,商用成本昂贵,甚至某个斯坦福大学的一位著名教授还刻薄的批评CDMA是违反物理定律。与此同时,欧洲各主要国家已经在开发GSM系统,并初步冻结了协议。在模拟的AMPS基础上正在研究基于TDMA的数字化的AMPS,也就是D-AMPS获得美国蜂窝电信工业协会(CTIA)初步支持。而在通信行业,如果不获得政府部门在标准上面的支持,绝对不可能成功。几乎所有人都认为CTIA对TDMA的支持将对高通形成了毁灭性的打击。

       但是,高通比任何人都了解扩频以及CDMA技术用于移动通信的极大优势,在几个月的研究和调研之后,雅各布对此优势变得更加有信心。对他而言,真正的难题是找到一条最佳途径使别人也接受这个事实。1989年初,雅各布去华盛顿拜访FCC(美国联邦通讯委员会),以确保一旦有运营商对CDMA感兴趣时可以使用它。由于FCC当时的政策是鼓励开放电信市场以及放松电信管制,因此雅各布得到了肯定的答复:一旦某家运营商希望使用CDMA技术,FCC将不会设置任何障碍,条件是CDMA技术不和目前的模拟技术AMPS冲突,而且入网设备要经过FCC认证。

         在就在这个前提下,高通公司只能先自行研究和开发CDMA系统来证明CDMA是可行的,并且能够说服某个或者某些运营支持CDMA系统。长期以来,困扰无线运营商最大的问题就是网络容量,只有解决好容量的问题,才能真正引起运营商的兴趣。

          首先,雅各布及高通公司在理论上证明了CDMA可以提供40倍于模拟系统AMPS的容量,与此同时,高通攻克了一系列技术难题,研制了CDMA的手机和网络设备,最终于1989年11月3日,举行了一场成功的演示。当时,吸引了全球250多家的网络运营商和设备商到现场参观。当天下午,移动环境下的首次CDMA语音通话等实际演示取得了巨大成功。不仅证实了CDMA是模拟AMPS系统容量的至少10倍以上,而且其话音质量也极其出色。CDMA所有的优势都在演示和相关模拟中得到了验证。这对当时的高通公司来说无疑是一场巨大的胜利。

         随后CDMA的开发与部署就进入了快车道,1990 年2月NYNEX移动公司和高通公司在纽约成功演示了CDMA 。同年8 月,高通公司与美国AT&T、NYNEX和Ameritech签署数百万美元合同,用以发展和提供CDMA技术。1991 年高通和韩国电子和通信研究所签署CDMA联合开发协议。

        1992 年US West New Vector宣布计划在1993年底在西雅图部署CDMA网络。同年3月,CDMA软切换方法获得专利。1993年3月美国电信行业协会(TIA)公布CDMA为北美数字蜂窝标准(IS-95A标准)。随后贝尔大西洋移动通信公司宣布采用CDMA系统建网,同时韩国也宣布采用CDMA技术作为国家无线技术。

        1994 年Sprint宣布采用CDMA技术。·1995 年PrimeCo公司指定CDMA技术作为其PCS网络的基础。·1996 年韩国推出CDMA商用网络。同年11月,运营商PrimeCo(即现在的Verizon Wireless)在美国14个城市推出CDMA网络。在1996年CDMA发展组织(CDG)宣布,CDMA用户突破100万。
至此CDMA作为通信标准终于从生存危机中走了出来,走到发展壮大的方向上。
        分散了力量的两个美国标准D-AMPS和iDEN

          D-AMPS

          D-AMPS(Digital -AMPS),顾名思义,就是数字化的AMPS,是在原来移动网络上升级,系统空口也是基于TDMA系统,在每个30K的频点上,划分为3个子信道,每个子信道可以支持一个语音用户,因此D-AMPS可以提供3倍模拟AMPS的语音容量,而在后续半速率改进更使得一个频点支持6个语音呼叫,基本上也是等于6倍的语音容量。AMPS和D-AMPS起源于北美移动电话市场,但其全世界范围内,高峰时期超过7400万用户。

         D-AMPS还有一大特点就是可以兼容模拟的AMPS手机,也就是说,在实际应用中,如果客户使用的是模拟数字双模手机,那么系统会在数字信道上面接入使用,而如果客户使用的是模拟的老手机,则还在模拟信道上使用。在这一点设计上,保证了客户使用的平滑,也使得运营商的运营更加平滑,随着用户手机的更新逐渐减少模拟信道数量。这一点在后来2G,3G,4G的转移过程中也采用了同样的策略。

        D-AMPS是在1990年由TIA电讯工业联合会定为美国的第一2G数字系统的标准,称为为 IS-54。D-AMPS和GSM,日本的PDC称为2G时代3大TDMA标准(按用户数)。他是战胜了摩托罗拉的Narrowband AMPS(窄带AMPS,依然使用模拟信号,但是比之前的AMPS提升了容量)确定了美国的第一个2G标准。随后又推出了改进的协议IS136,增加了业务类型,改进频谱效率,更好的支持分组业务。

        D-AMPS实际主要就在北美市场(美国和加拿大)广泛使用,再加上面提到CDMA2G系统,导致北美市场并没有GSM系统,因此很多国家的人到美国出差,手机都是无法漫游的。但是随着GSM应用的越来越广泛,并且在向3G标准演进中失利,导致后来运营D-AMPS的AT&T Wireless,Rogers等运营商纷纷专网,关闭D-AMPS网络,重新建设GSM/UMTS网络。

       AT&T mobiility作为美国最大的D-AMPS运营商,对于运行在1900Mhz上的D-AMPS服务,在2007年5月30日,在19个地区关闭了服务,其他地区的D-AMPS服务也在同年7月关闭,转为GSM和UMTS系统。对于运行在850MHz的D-AMPS服务,也在2008年2月18日和3月1日关闭。

       Rogers Wireless在2007年5月31日关闭了D-AMPS和AMPS网络,将剩余的客户迁移到其GSM网络上。
Alltel 在2008年9月关闭了D-AMPS和AMPS网络。
       iDENintegratedDigital Enhanced Network:成功在集群

        在D-AMPS之外,美国还有第三种数字系统,那就是iDEN

        iDEN项目最开始名称是MIRS (MotorolaIntegrated Radio System)(摩托罗拉综合无线电系统),由摩托罗拉在1991年启动研究。该项目开始是一个软件实验,主要是想利用不连续频谱。在1994年,MIRS改名为iDEN。

         在1994年之后,iDEN的发展方向做了部分调整,主要是增加了PTT(Push To Talk),也就是我们通常所说的集群,再通俗一点,就是对讲机,主要应用在专业移动通信领域。和普通的移动通信不同,集群通信最大的特点是,PTT通话就是以一按即通的方式接续,被叫无须摘机即可接听,且接续速度较快,并能支持群组呼叫等功能。
3.4 05Moto iDEN手机.jpg
Moto的iDen手机

       在技术方面,iDEN 同时兼具集群调度和电话互联功能,他的电话系统的功能和GSM或者CDMA的功能差不多,但是GSM和CDMA并没有集群功能;iDEN使用一个25K的频率能够支持6个语音用户,频谱效率要高于GSM。

      由于iDEN推出的时间比较晚,作为面向大众的市场,iDEN只有Nextel一家在运营,但是iDEN在集群呼叫上面的强大功能使得他在专网市场大获成功,到目前为止,仍然是全球使用最广泛和用户最多的集群系统,这也算是无心插柳柳成荫的一种成功。

      摩托罗拉从一个通信巨头逐渐衰败之后,公网设备和手机都因为亏损而被并购,而集群业务就作用一个独立的业务单元一直持续盈利,并且也作为现在摩托罗拉公司当前存在的唯一业务,现在全球年销售还在50亿美金以上,并且保持高利润率。
      最封闭应用最少的2G标准—日本PDC

        PDC (Personal Digital Cellular),个人数字蜂窝网,是一种由日本开发及使用的2G移动电话通讯标准。
PDC同样采用了TDMA技术,标准由日本电信产业协会在1991年4月制定,主要设备供应商是NEC和爱立信,主要日本的主要运营商NTTDoCoMo,软银和KDDI都是用该标准。

        与GSM相比,PDC系统的发射功率相对较小,从而可以是用比较小的电池并制造出比较小的手机。PDC最高峰时期曾有接近8000万使用者,在2003年12月有6182万用户,2005年12月用户数字为4585.6万,2007年3月底的使用者为2621万人(约占27.1%),到2008年10月末用户数字为1040万。目前已被3G技术如W-CDMA或 CDMA2000替代。

点评

投身通信深似海  愚以为海蒂·拉玛应该是“扩频通信技术之母”,如果我没有记错,她但是发明的是跳频技术,而不是CDMA。  详情 回复 发表于 2018-10-15 13:07

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-12-4 20:43:27 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-12-5 10:07 编辑

3.4.2     美国在2G标准上面的分裂

      标准说了,我们再来说说国家。

      欧洲在90年的时候有多少人口?7亿。1990年,美国多少人口?2.4亿。

       为什么说这个问题?因为在第二代系统时候,整个欧洲7亿人口只搞了一个标准,但是美国一个国家,2.4亿人口,就搞出了3个标准,并且还是在时间不占优的情况下。当然iDEN也不能完全算是标准,因为仅仅是一家运营商采用,并且iDEN系统在集群系统中还是比较成功的。

      美国有几个运营商?美国全国性的移动运营商(WirelessCarrier)有四家:AT&T, T-Mobile, Verizon, Sprint,这四家公司在全美绝大部分地区都分别有自己的网络,同时也拥有最多的用户,通常被称为"Big Four",而拥有美国第五大移动网络的US Cellular则是地区性运营商,只在部分地区有自己的网络。其余的基本上就是使用四大网络的子运营商,例如Cricket(AT&T), MetroPCS (T-Mobile), Boost Mobile (Sprint)和VirginMobile (Sprint)。

        先说最主流标准的但是原来很小的,T-MobileUSA。

        T-Mobile USA 前身是VoiceStream (已收购其他小的无线运营商 Aerial 和Omnipoint等)。VoiceStream从1994年开始,就在1900M频段开始建设GSM标准的网络,首先是在盐湖城,随后在其他区域开始扩展。2001年5月德国电信收购VoiceStream,和美国南部的区域运营商Powertel,随后在01年9月改名为T-MobileUSA,总部设在华盛顿。T-Mobile USA是美国市场上四大运营商之一,也是唯一一家在欧洲和美国使用统一品牌的移动电话公司,通过国际漫游协定连接到德国电信并与其他GSM网络兼容, T-MobileUSA的用户比任何一家美国无线运营商提供更方便的全球范围内的漫游服务。在统一品牌之后迅速开始部署UMTS制式的3G的网络,这个也是最主流的3G网络。

         再说AT&TWireless,实际在1984年AT&T被拆分之后,各小贝尔也纷纷组建无线运营,因为的无线运营商都是从各区域运营商通过不停的并购才成为大运营商。AT&TWireless的前身Cingular,成立于2000,而Cingular又是西南贝尔(SBC)和南方贝尔的合资公司,合并之后,Cingular成为美国第二大无线运营商,在合资之前,Cingular的前身则合并了100多家公司,包括12家相对较大的区域运营公司。由于组成的网络比较复杂,大多数的网络都是从模拟的AMPS,在2G时代基本上都是运营的D-AMPS,只有比相对较大的太平洋贝尔无线和南方贝尔无线在2G时代是运营的GSM的网络。随着贝尔的系列并购,运作,2007年,AT&T Wireless成立, 2G的网络建设开始以GSM为主,及后续3G的标准UMTS。

         在各区域小运营商在向2G的系统演进过程中,推出了模拟和数字双模的D-AMPS系统,就比较自然使用D-AMPS系统。D-AMPS双模的概念还是比较超前的,或者说,是第一家做出现网终端兼容模式,这个和GSM,UMTS双模的标准是类似的。但是其他的模拟网络向GSM系统演进的时候多数是不兼容的,用户必须更换手机。

         Verizon无线公司(Verizon Wireless)最开始大西洋贝尔(AT&T拆分之后的公司之一)的子公司,在2000年的时候和沃达丰在美国的无线业务合并而成,前者持股55%,后者持股45%,Verizon是美国的最主要的CDMA运营商之一。

        另外的一个CDMA运营商是Sprint,Sprint的历史比较悠久,成立与1899年,从有线电话开始。In 1993, Sprint 并购 Centel,开始进入无线市场,1995年获得了1900M PCS频谱,开始运营CDMA网络,和Verizon 两个是美国最主要的CDMA运营商。

        至于其他运营商,比如MetroPCS,在数字化时,建立的是CDMA网络,2012年被T-Mobile USA收购、U.S. Cellular,在模拟AMPS的基础上,升级到D-AMPS,2003年又切换为CDMA网络。
3.4 06美国运营商份额.png
                              

        从上面的简单介绍,就可以看出美国无线市场的几个特点:1. 随着AT&T公司的拆分成7个小贝尔,在无线领域主导性的公司不存在了。2.美国无线引入时代,有无数个区域性的小公司在运营,因此在标准的选择上面也是百花齐放。

       在2G时代,3种主要的2G系统在美国都很多的部署,也是因为AMPS的庞大的用户的包袱,导致很多运营商是以AMPS和D-AMPS网络为主。而等到93-94年CDMA网络成熟时,又有几家主流的运营商选择了CDMA网络,而GSM的网络是部署得比较晚的,并且初期的规模也比较小,直到2000年的T-Mobile USA成立和改网以及AT&TWireless成立之后改为GSM网络。这个从王建宙的《移动时代生存》中的描述也可以看出来:
        “美国的电信运营商在2G的初期并没有采用GSM技术。当时美国业界开展了CDMA和TDMA的技术之争,讨论究竟哪一种技术更有优势,结果这两种技术分别被不同的运营商采用。但是,当时在美国采用的TDMA技术不是GSM,而是美式的D-AMPS。由于当时美国没有GSM网络,那些使用GSM手机的外国旅行者到了美国以后无法漫游。1998年,国际电信联盟在美国的明尼阿波利斯举行全权代表大会时,为了满足与会代表的GSM漫游,不得不从欧洲的GSM系统拉几个基站到会议所在地。

          由于D-AMPS在演进上面的不足,因此几乎所有的D-AMPS运营商(含加拿大)都将网络重新改造为GSM/UMTS网络。
3.4 07美国主要运营商2G制式.jpg
美国主要运营商的标准

       美国在2G标准上话语权丧失,正是由于运营商多,并且有模拟AMPS的存量用户,导致在最开始的2G系统上,运营商开始都是瞄准D-AMPS。再加上高通在CDMA技术演示上面的过于成功,在1989年就证明了CDMA能够支持10倍以上的AMPS系统的容量,导致部分运营商等待CDMA的网络,但是由于CDMA系统标准成熟得晚,1994年才开始商用,导致美国的无线设备供应商除了在CDMA标准在全球推广中占有了优势,在GSM上面,虽然有摩托罗拉在GSM设备供应上面有一定的市场份额,但是在标准定义上面的话语权却不大,这也使得在后续的标准中,整个美国设备商并没有太多发言权。

3.4.3   2G是如何解决模拟系统的不足

       由于2G的标准主要的差异在空中接口,是频谱效率竞争,是同一水平下不同系统之间的竞争,当时这些系统在解决模拟系统的不足上面做得都挺好,下面就以GSM标准为例,说明一下2G数字系统是如何解决模拟系统存在的问题。

       首先我们回顾一下,模拟系统有什么不足?模拟系统的不足主要有,标准多且不统一,安全的问题,漫游问题,频谱效率低且频谱少,服务质量不足。
        标准多且不统一

       在标准的问题上,欧洲通信主管部门应该最先意识到标准化的重要性,也最早标准化的组织和协作上稳步推进的。从最开始确定开发第二代系统,到组织各个公司设立常设技术组讨论和制定技术规范,再到说服欧洲英法德意等大国同意并支持GSM标准。

        在争取到国家和运营商支持以后,设备商在标准上的投入,以及在系统设备开发上面的投资也就更保险了。通过第一个技术协议之后,做标准的还继续进行研究,而设备商的主力则立即投入了系统设备的开发,在第一个局点商用以后立即在全球进行标准的推广,为了推广,还将GSM的法文名称(移动特别组Groupe Spécial Mobile committee)改为英文名称(全球移动通信标准GlobalStandard for Mobile Communications),简写不变,但是含义改变,有利于标准在全球的推广。
         安全问题

         模拟系统的安全问题有两个,第一个是系统很容易被窃听,因为当时空口传递的是模拟信号,并且是连续的,也是未加密的,因此只要有特定的工具,可以类似调收音机方式连续扫描频率,确定了某个信道是要被监听对象的通话的信道,那么就可以毫无声息的监听。

        而数字化之后的空口发送的是数字信号,如果要监听,监听的工具要复杂很多,因为要不同层的协议层层解码,才能得到相应的语音编码的数据包,这个是从技术复杂度上讲。另外一个机制就是GSM本身编码和频率系统本身就比较复杂,比如GSM有跳频的技术,就是一个用户的语音在不同时间在不同的频点上发送(技术本身是为了提升频率效率),客观上加大了无线空口信号跟踪的难度。

         最后也是最重要的,就是GSM的空口是加密的,手机在发送信号之前用一个加密算法加密,网络接收之后再解密,这个加密算法还是很牛的,一直到了2008年才黑客破解了算法,但是由于计算能力的原因,不可能投入实际中去破解某个用户的语音。。国外的GSM空口一般都是加密的,而中国的空口是没有加密的,原因不得而知。

          模拟网络另外一个安全的问题是容易手机容易被拷机,也就是说另外一个手机用和正常手机一样的号码,造成正常用户的损失。出现这样问题的原因号码和手机是一体的,网络对用户的认证较为简单。在2G的数字化系统中,则采用了机卡分离的设计方式,真正的用户标示是以SIM做标示的,并且手机在向网络注册和呼叫的时候,网络需要通过用户身份鉴权来确认用户身份是否合法。鉴权开始时,网络发送一个随机数给手机,SIM卡根据卡中存储的密钥Ki,使用特定算法,计算出一个结果发送给网络,网络比对返回的结果,如果符合预期,则鉴权通过,如果不符合,则判断用户非法,则用户不能注册和发起业务。由于鉴权算法相对比较可靠,安全性较高,因此到现在为止,用户身份认证体系到目前为止还未出现过问题。

3.4 08 伪基站.jpg

         上述是网络来认证终端,现在社会上已经出现一些伪基站,就是说,随便在车上放一个小基站,发送空口信号,骗周围的手机接入到自己的基站上,然后以任意定义的号码发送大量垃圾短信来诈骗,甚至还可能会有更恶劣的结果,2015年4月,国内某互联网安全平台发布了一则名为“某新伪基站钓鱼网站导致大量银行卡泄露”的漏洞,该漏洞造成了包含用户银行卡在内的大量用户资料泄露。出现这个安全问题的根本原因是,当前GSM系统是30年前定义的,只定义了网络对用户(终端)的单向认证,但是未规定终端对网络进行认证,因为那个时候认为基站系统是比较复杂的系统,伪造基站的可能性几乎是不存在的。

3.4 09麒麟芯片识别伪基站.jpg

        在这种情况下,只能靠终端主动识别伪基站,这个需要从芯片的底层进行修改,而不能通过手机操作系统和应用软件搞定。华为使用了16年后的手机由于使用了新的芯片(免费给我厂做个广告哈),都支持这个功能。如何识别?其实也不是很复杂,真基站的发射功率、C1/C2小区以及一些通讯过程中的参数都是完整的,也都是有一定的逻辑关系的,有相应的相邻小区的信息,而伪基站的发射功率以及一些其他参数的完整性及逻辑关系一般或多或少存在问题,根据对这些参数的校验就能够区分真基站和伪基站。当然,后面的标准也增加了手机对基站的认证流程,避免了假基站的产生。

         漫游问题

       模拟系统在早期或者标准协议中是不能实现漫游的,即一个城市的移动电话拿到另一个城市是不能使用的。后期在部分国家通过改造实现了人工漫游,通过人工登记获得一个临时号码,手机就可以在漫游地使用,再后来,又有了自动漫游,也就是不用换号码也能跨区使用手机。

        而GSM系统则在一开始就能够实现自动漫游,无论手机是在哪里开机,首先根据上报的SIM卡信息,通过GSM系统互联的信令系统,到你手机号码注册地去认证,看你是否是合法用户,如果是,则允许你在网络上面驻留并发起业务。这个是国内,如果是国外,还需要你的运营商和漫游的运营商签署过漫游协议。所以在国内,到了一个新地方,就会有“欢迎你到XX城市”,到海外会有“欢迎你达到XX国家,这个国家的领事馆联系方式是XX,这个国家拨打电话XX元,接听电话XX元”等注册欢迎信息,在你收到这些信息之前,当地的网络已经到你老家打听过一遍了,确保你的信息是正确的。

3.4 10 漫游注册短信.jpg
        频谱效率和容量
         由于GSM系统采用了高效的调制解调器,信道编码,交织,跳频等各种提升频谱效率的技术手段,并且采用更加紧密的频率复用的方式,使得GSM系统比原来的模拟系统有了很大的提高。再加上采用更小的小区,分层网络等,也能够更好的提升系统的容量。GSM整体的容量是原来的模拟系统的3-5倍。因为这个涉及到更多的技术和细节,这里就只简单提一下,只要知道GSM的频谱效率要高很多,容量也会大很多。
         语音质量
      通过数字化的编码技术,在编码过程中加了不少纠错的措施,使得部分信号丢失也能够做一些恢复,也保证了只要信号质量在一定门限以上,语音质量就达到一定的水准。而模拟系统传递的是模拟信号,任何信号的丢失都会影响语音质量。

         因此从系统设计来讲,GSM已经基本解决了模拟系统中的不足,能够快速部署,大量的发展移动用户。当然,频谱效率和容量的提升是移动系统永远的追求,因此在后续2G向3G和4G的演进中,新的标准又进一步提升了频谱效率。

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-12-4 20:45:08 |显示全部楼层
全在人工审核。。。。。。。。。

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-12-4 20:50:09 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-12-4 21:01 编辑

3.4.4    高通皇帝一鱼四吃下的CDMA与GSM的产业链竞争
      
     2G的系统在标准上面的竞争,主要是在GSM和CDMA之间。

      说到GSM和CDMA的产业竞争,首先可以谈一下哪个系统的技术相对较好。在系统的架构上面,两者的架构都差不多,无论是控制+基站的无线网络结构,还是无线之上的核心网的结构,功能,性能及集成度差异不大,最主要的差异就是基站及基站对应的空中接口有本质的差异,而基站也是移动网络投资的最主要的部分。

       CDMA的技术优势

       纯粹从技术看,CDMA系统应该是远好于GSM的系统,主要的技术包括:

       1. 频谱效率和容量高于GSM:数字通信系统的频谱效率定义为净比特率(有用信息速率)或最大吞吐量除以通信信道或数据链路的带宽(单位:赫兹)。以最常用的语音举例,模拟系统AMPS每个语音占用大约在224KHz,而英国的TACS大概在180Kz,而D-AMPS系统约70KHz,GSM在75KHz,而CDMA大概在22.5KHz。从几个系统的频率效率看,TDMA系统大概是原模拟系统的3倍左右,而CDMA的频谱效率又差不多是GSM的系统3倍。当然实际应用中频谱效率的并没有这么大。

       2. 单个基站的覆盖能力高于GSM: GSM每个基站覆盖半径最大35公里,超过这个距离,无线信号传输的时间就会干扰到下一个用户。而CDMA系统接收机的性能好于GSM,无线链路性能高于GSM3-6dB,而按照CDMA组织发布的对比,覆盖1000平方公里,GSM覆需要的基站数量是CDMA2倍以上,这个在农村或者地广人稀的地方有一定的优势,但是实际上一般网络中基本上都是以容量为主,每个基站的覆盖范围都不是很广,一般1000-2000米是比较常见的。

      3. CDMA运营商频率规划简单:GSM网络最大的问题数干扰,规划不好的网络相邻小区就会互相干扰。而CDMA网络本身就是同频系统,相邻的小区可以相同的频点,是采用码字将小区分开,可以大幅度简化CDMA的网路规划和优化的工作量。

      4. CDMA采用软切换,切换是在从一个小区移动到另外一个小区的时候手机的连接从原小区切换到新小区的过程。在切换过程中,CDMA用户与原基站和新基站都保持通信链路,只有当移动台在新的小区建立稳定通信后,才断开与原基站的联系。而GSM则是硬切换,先在新基站分配好资源,然后断开老基站的连接,再在新基站上面接入,这样就会发生中间的联系中断(人不太感知),并且有一定概率因为在新小区无法接入而掉话。

      5.CDMA语音编码的质量高于GSM,CDMA的语音编码的质量可以根据无线信号质量自行调节速率,语音质量也高于GSM当时的编码。GSM是到了后期才支持变速率编码,将语音质量提升。

      6. CDMA向未来演进更加平滑:CDMA主要是高通公司一家在主导标准,因此在2G向3G甚至向4G的演进过程中,标准更加平滑,基站设备都不用更换,只需要增加单板和升级软件,而GSM向后演进,则需要增加一个完整的3G基站,在标准演进上面则远远差于CDMA系列的标准。

      关于CDMA和GSM的比较,原联通董事长王建宙在他的《移动时代生存》中也做了相应的比较:

    “GSM和CDMA究竟哪种技术好?很难说清楚,但是,我至今还是认为CDMA在频率利用,抗干扰、软切换、过滤背景噪音等方面具有许多特殊的优点,由于CDMA的频谱利用率高、容量大、覆盖广等特点,在网络建设和运营中可以减少投资和降低运营成本。

        用一个例子就可以说明CDMA的技术优势。2003年1月4日上海磁悬浮列车正式开始商业运营,磁悬浮列车专线西起上海轨道交通2号线的龙阳路站,东至上海浦东国际机场,专线全长30公里,列车运营时速达430公里。在当时的技术条件下,要在这样快的列车上提供移动通信服务是一件十分困难的事情。但是,上海联通用CDMA技术实现了全线的移动通信覆盖,通信效果很好。”
      
      总的来讲,CDMA系统频谱效率,使用成本,语音质量等各方面都要好于GSM,为什么技术上面有这么大优势,但是在和GSM竞争中失利了呢?主要原因是GSM的标准化和推广比较早,在产业链上分布比较分散,产业的专利费相对较低。

      下图是GSM和CDMA的用户数统计,其中GSM不包含UMTS的用户数,而CDMA则是包含CDMAOne,1X和EV-DO的所有用户。GSM的用户是平均分布在全球(北美地区相对少一些),而CDMA的用户数则主要就在几个国家在发展,美国,中国,韩国,印度,拉美,及其他区域的部分运营商。
3.4 11 GSMCDMA用户发展对比.jpg
                              

       GSM的先发优势

       在前面介绍GSM的时候,已经大概介绍了GSM产生过程,1982年欧洲邮电联盟提就提交建议书,要发展整个欧洲的电信业务规范,并成立专门组织 “移动特别小组 Groupe Spécial Mobile)来定义有关的标准和建议书。欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议无线系统进行了现场实验,选定了主要的无线传输技术。并与1987年就标准达成一致,而对比美国,出发晚(最早的标准是91年商用),但是标准还比较多。1987年年9月签署了谅解备忘录(MoU),同时成立了MoU组织,致力于GSM标准的推广和发展。1989年,ETSI将GSM定义为国际数字蜂窝技术标准,GSM成为ETSI的一个技术委员会。1990年GSM协议 Phase 1规范完成,开始了设备研发和商用。

        1991年在欧洲开通了第一个系统,同年GSM完成了1800MHz频段的协议定义,1992年首个国际漫游协议由芬兰电信和英国沃达丰签署。到1992年12月,有7个国家的13个GSM网络运营。下表是GSM用户数,使用的国家和运营商。特别是1994年,当时的电信总局因为CDMA系统还不成熟,等待CDMA系统的时间还未知,又面临联通已经开始部署GSM网络的压力(联通用GSM与模拟系统竞争),决定在中国电信(当时中国移动还未从中国电信分拆)开始GSM网络,使得CDMA未能在第一时间作为中国的建设标准。

3.4 12 GSM网络数.jpg

       在组织上,在1987年签署了MoU之后,就已经设置了常设组织,当时该组织也仅仅是作为GSM运营商,设备商的一个临时组织,在GSM商用化之后,在1995年,GSMA(GSM Association)GSM协会正式成立,使得GSM的协议发展,标准化以及GSM在全球的推广有了一个正式的管理机构。GSMA的总部设在伦敦,在亚特拉大,香港,上海,巴塞罗那,布鲁塞尔,巴西利亚,内罗毕以及新德里都设有分支机构。

3.4 13 GSMA.jpg

      而作为CDMA对应的,1988年11月才提出CDMA蜂窝系统,1989年才完成第一次系统演示,1993年宣布CDMA为美国2G的标准之一,并在1993年12月成立CDMA发展组织(CDMADevelopment Group)推广CDMA,并且CDG基本上是高通公司一家独大,到1994年~95年才有商用系统,而到1996年才突破100万用户。1996年时,GSM已经有94个国家的167个运营商,服务5000万用户。
3.4 14CDG.jpg

         因此虽然CDMA在技术上是领先的,但是在商用时间和商用成熟度上面至少落后了GSM标准3-4年时间,这开始的3,4年实际上是系统推广的最关键的时间。

        GSM的产业链比较广,专利费用比较低

       GSM获得广泛应用,还有一个主要原因就是GSM的产业链的分布远远广于CDMA产业链,使得GSM的研发和供应成本都远远小于CDMA。

        在GSM研究的初期,欧洲的主要设备商,爱立信,诺基亚,西门子,阿尔卡特等欧洲的主要设备商以及德电,沃达丰,法电等主要的欧洲运营商都参与了GSM技术规范的讨论,当然,技术方面还是以设备商为主,并且在早期的各种技术争议中达成妥协,并形成了第一个规范。因此GSM系统的专利是分散在各设备商中,并不存在一个设备商独霸标准的情况。在这种情况下,GSM在产业链也就存在的优势,GSM系统设备的供应商在早期有超过10家,而作为手机的基础,基带芯片(手机空中接口的协议)芯片也有包括高通,德州仪器(TI),意法半导体(ST),博通,飞思卡尔(2003年从摩托罗拉剥离),英飞凌(1999年从西门子剥离)等多家供应商,形成了充分的竞争,因为市场有利可图,在产业发展的后期,也还有联发科,海思及展讯等厂商不断加入竞争。

         在产业发展和推广的初期,这些公司的主要精力都是放在协议的完善,系统的推广上面,主要是因为产业专利比较分散,虽然有一些公司的专利会多一些,但是因为相对分散,因此各厂家之间基本上是专利互相授权(国内厂商华为和中兴除外,华为中兴在2G的专利是很少的),基本没有办法从专利上获得太多的收益,因此就算没有专利的厂商进入这个产业,专利费用也是比较低廉的。

        由于产业链分布广,厂商之间形成了充分的竞争,专利费用相对低廉,才使得GSM无论是系统还是终端产品的价格都要远远低于CDMA。特别是终端,GSM的终端种类和销量是远远多于CDMA,低价终端也比CDMA低价终端要低50-100美金。

      多厂商参与还有一个好处,就是在标准和技术演进上面会有多种观点,也有竞争,所有的厂商都会尽量将自己的技术方案引入到协议中,这样就能够在标准有更多的基本专利。而在系统出现缺陷或者需要改进的时候,会有多个厂商提出多种方案。这也是为什么GSM系统演示到商用系统改进都很快的原因,而CDMA的关键技术都掌握在高通一家手里,CDMA比较成功的系统演示到真正商用,中间差不多用了4-5年的时间。

      在产品的架构体系里面,GSM还有一个技术是比CDMA方便的,也就是机卡分离的技术,也就说SIM和手机所起的作用不同,用户号码的标示是由SIM完成的,而手机只是一个通话终端而已,某号码的SIM可以插在任何手机都是这个号码,这也使得使用GSM手机换手机很方便,不需要经过运营商。而CDMA系统则是机卡一体的,如果要更换手机,则必须要到运营商的营业厅重新烧号码。但是国内在上CDMA的时候,则要求手机厂商实现了机卡分离。

      CDMA独特的产业链---高通皇帝一鱼四吃

封面.jpg

       CDMA是由高通一家推动实现,虽然技术比较好,但是由于高通在产业链的独特的盈利模式,也是CDMA在2G时代失利的主要原因之一。

        高通在CDMA系统初步商用化之后,因为在标准上的一家独大,虽然有北电,朗讯等企业也在制造CDMA设备,但是专利基本都在高通掌握之中。围绕CDMA,为了高通自己的收入和利润,高通打造了令人窒息的商业模式,特别是在1999年将自己的系统设备制造部门卖给爱立信(爱立信在2005年退出CDMA市场,将在中国的份额以协议方式转让给了中兴)和将手机制造部门卖给日本的京瓷之后,高通由一家CDMA产品供应商转变为以技术开发和芯片设计纯技术公司,只能靠卖芯片和收取专利费获得所有的收入。

         据高通发布的官方资料,CDMA及相关技术的美国专利和专利申请达3900多项。高通不仅注重核心技术,而且关注全产业链上的专利。高通为了自我保护,围绕专利权精心打造了一套严密、完整的经营体系、公关体系及法律服务体系。

         高通公司利用自身与美国政府非同一般的的关系,对合作方策略施压,动用政府的力量,向需要推广的国家施加影响。比如除了美国之外,初期用户量最大的几个国家就是日本,韩国和加拿大。在中国入世谈判时,CDMA就是中国入世交换条件之一。在后来中国政府在调查高通垄断时,也通过美国政府的不同部门向中国政府及有关负责人施加影响,甚至以“威胁”的口吻告诫中国政府不要以“反垄断”调查的手段排挤外国公司。在此之外,高通还利用有偿舆论的方式,组织报告,发布新闻来影响政府的决策。

       高通除了政府关系之外,公司内部还保留了一个庞大的律师团队,主要是应对正常的商业诉讼和反垄断诉讼。也曾经有媒体开玩笑地称,在高通美国圣地亚哥的总部办公室里,律师的数量都要多于工程师。

      一鱼四吃

       想成为CDMA的供应商,在任何场景任何时候都会面临高通的收入抽成。就以运营商一直质疑但是高通永远不回答的CDMA手机为例,说明一下高通如何实现一鱼四吃。

       首先,任何手机厂商在要做CDMA手机之前,需要先支付500万美元购买高通CDMA的知识产权,获得“牌照”,也就是进入CDMA市场的入门费。当年在中国入世谈判时,各手机厂商在入门费上也支付不少。

       其次,只要开始研发,则需要CDMA手机的研发平台,支撑手机的研发,并且针对不同的芯片,要分别购买。虽然购买芯片开发支撑平台是一种通用行为,但是因为GSM芯片平台很多,芯片平台之间是相互竞争的,芯片厂商会尽量降低平台的费用,因为基于自己芯片平台开发的手机最后肯定是用自己的芯片。比如联发科的平台费用只要28万美金,而CDMA因为基本没有其他厂商,因此平台购买的费用要高很多。

      再次,几乎所有厂商都还需要向高通购买芯片,虽然除高通之外还有威盛可以提供CDMA手机芯片,但是威盛也是需要向高通交专利费的,因此威盛的芯片也并不便宜,并且中高端机型,高通的芯片还是占据绝对优势。CDMA手机的芯片相比GSM的手机的芯片,价格要高不少,并且由于高通接近垄断,芯片的议价空间几乎不存在。

       最后,CDMA手机做出来了,在整机上市之后,高通还要依据整机销售价格抽成,并且这个抽成的比例还不低。如果像TCL手机一样,在手机上镶了颗钻石,高通也会根据整机价格从中抽成,也就是说,你TCL卖钻石,也要按照一定的百分比给高通缴费。高通卖芯片给苹果,如果芯片只卖10美元,iPhone手机卖出了600美元,那么需要支付整个iPhone的5%作为专利费,也就是30美金,也就是苹果手机的屏幕、摄像头、内存、GPS等硬件也被抽成了。

       一个在业内广为流传的段子:某运营商高管在一个场合遇到高通全球CEO,对他提意见说,我觉得你们收专利费用的方式很不合理。将来汽车里面都需要有通信模块实现车联网,如果宝马车里面也用你高通芯片的话,我是不是就得把整个宝马售价的5%作为专利费交给你?高通全球CEO略有所思,点了点头说:“理论上是这样的。”

       因此高昂的专利费及前期相关的费用成为阻碍终端厂商进入CDMA市场的主要门槛,这也让高通公司成为CDMA产业链上的众矢之的。在系统领域,入场费,购买芯片及按照系统收专利费一样不少,可能少的,仅仅只有平台购买费用,因为系统厂商的研发能力相对都比较强,都是芯片购买之后自行设计。

      高通的经济收益

      高通公司正是通过入场费,芯片和专利许可等方式的高额收费,成就了高通在收入和利润上面的快速成长。
随着CDMA逐渐推向全球市场,高通公司开始成为股票市场的宠儿。1999年一年之内,高通的股价从最低不到7美元上升到了176美元,涨幅达25倍之多。在卖出了CDMA系统和手机的制造业务之后,将专利收费模式推向了极致,从2001年到2005年的五年间,高通的销售收入翻了一番,而净利润增长了四倍。在2006年4月最新公布的《美国财富500强》名单,高通上升至381位。

       在2005年的销售收入中,58%的业务来自于芯片的生产和销售,另有27%来自于专利授权,而净利润中,有大约80%来自于授权和专利费用。这还是建立在高通芯片占据90%的市场份额份额基础上。2006年的第三财季,高通CDMA芯片和专利授权的营收同比分别增长了48%和63%,也就是说授权业务的收入增长远高于芯片的收入的增长。

       正是由于高通这种涸泽而渔的收费方式,导致众多企业基本上不太敢投入CDMA的产业链,就算投入了,也会因为利润不高而退出。爱立信早在05年就退出了系统设备生产,而诺基亚早前就退出CDMA手机芯片领域,并随后也退出了CDMA手机生产的行业(诺基亚未进入设备生产领域)。

       在CDMA出现衰败之前,正是由于高通这种近乎印钞机的盈利模式(05年Q4,高通收入15.6亿美金,利润5.38美金),才有了本世纪初的“三流的企业卖产品,二流的企业卖技术;一流的企业卖标准”口号。所谓卖产品,就是技术门槛不高,基本上谁都可以搞,比如手机制造业。卖技术的含义就是公司的产品已经有一定的技术含量,系统或者产品本身比较复杂,一般企业难以涉及,比如无线通信系统的开发。卖标准就是靠专利授权赚钱,就正如引起讨论的高通,专利授权贡献了公司的大部分利润。

3.4.5     2G产业的发展

       在之前模拟用户从1980年的2万用户发展到1991年GSM诞生,总共也只有1600万用户,虽然2G系统在91年就开始商用了,但是商用的前两年主要还是在网络部署,用户的发展应该还没有上量,直到1994年和1995年,移动用户的发展才又开始加速。这里的用户数是所有的移动用户数据,包括了05年之后的3G和11年之后的4G,单位:百万用户。
3.4 17 2G用户的发展.jpg

        从上面的发展可以明显看出,在基数比较小的时候,模拟系统从90年开始,发展速度逐渐降低,而从93年开始,移动用户的增速又开始加速,并且连续4年以60%以上的速度在增加,并在1996年全球用户突破1个亿。随后每年的新增的移动用户数量都是以亿计,并在2010,11年间,年增加新用户达到6亿绝对值顶峰,但是增速从96年之后由于基数的逐渐增大而逐渐下降,从60%逐渐降低到2015年仅增长3%,并且超过了全球人口数量。之所以超过人口数量,主要是由于两个原因,一个是一人多号,特别是在一些网间(运营商之间)通话比网内(运营商之内)通话要贵很多的国家,另外一个原因是近几年逐渐有一些物联网的应用增加用移动用户数。

      GPRS和EDGE

       在应用最广泛的GSM,为了弥补GSM系统只能进行电路域的数据交换,且最高传输速率为9.6kbit/s不足,GSM的协议组织,欧洲电信标准委员会(ETSI)推出了GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)的Phase 2+协议。GPRS在原GSM网络的基础上叠加了支持分组数据的相关功能,向用户互联网功能,推动了移动数据业务的初次发展。GPRS还是采用了原来的空口调制技术,只是将原来传输语音包换成了IP数据包,因此GPRS的最高速率可以支持114Kbps。

        在推出了GPRS之后, Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出了EDGE的概念。同年,ETSI批准了EDGE的可行性研究,并开始进行技术标准的讨论。EDGE可以被视为一个提供高比特率、3G技术在GSM网络上面的一种提前应用,并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的、有效的通用无线接口技术。最高可以支持384Kbps的用户速率,主要是在空口采用了新的调制方式,业界也有把GPRS成为2.5G而EDGE称为2.75G。
EDGE第一个部署是2003年在美国的Cingular (AT&T的前身),并很快在全球获得了广泛的应用,

      GSMA(GSM协会)的统计数据显示:共有213个国家和的确的604个网络使用了EDGE。虽然ETSI后面还定义了最高2Mbps的EDGE+(2.9G)的协议,但是由于3G(最初的版本可以支持2Mbps,后面最高可以支持84Mbps)网络已经开始逐渐部署,因此EDGE+协议实际上没有投入实际商用。

      2G的不足

     虽然2G在产业发展上面是空前成功的,但是2G也有不足,主要表现如下的两个方面:

      1. 频谱效率不是很高:虽然GSM相对模拟系统频谱效率(一定频率带宽下支持的用户数)要提高3-4倍,但是随着芯片处理能力及相关器件的发展,又有更高频谱小的CDMA技术在继续演进提升,因此研究和制定下一代系统也就是自然而然的事情了。

      2. 数据业务支撑能力不足:虽然GSM的GPRS技术支持114Kbps速率的分组业务(开始制定3G协议时,还没有EDGE的功能),但是这个速率还是显得比较慢,不足以支持用户的需求。并且GSM系统本身是基于做语音设计的,因此后来叠加的分组业务本身的资源利用率不高,用户过多使用分组业务,还会抢占通话的资源,而当时运营商的主要的业务收入还是语音业务。因此分组业务实际上是做3G标准研究的主要动力。

3.4.6     2G产业年谱
3.4 15 2G产业年谱.jpg





军衔等级:

  下士

注册时间:
2010-1-28
发表于 2017-12-5 08:13:57 |显示全部楼层
GSM是目前最成功的移动通信标准,没有之一。

军衔等级:

  列兵

注册时间:
2017-7-28
发表于 2018-1-2 11:25:51 |显示全部楼层
赞赞

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2018-1-3 08:19:14 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2018-1-3 08:31 编辑

3.5      三国鼎立的3G标准

     3G是什么?3G是在一种速度的定义,是要求在室内环境下速率至少2Mbps,室外步行至少384Kbps速率,室外车速至少144kbps速率就可以称为3G。这个标准是由国际电信联盟1996年提出的IMT-2000中定义的。

      IMT-2000除了在速度标准之外,还在业务的机制上面提出了两个要求,第一是传输速率能够按需分配,对应的2G时代,语音不管是否需要,资源都是占用,永不释放的,因此在3G标准的要求上面就提到按需分配;第二就是上行(手机到网络的传输)、下行(网络到手机的传输)链路适应于传输不对称业务的需要,提出这个原因是,在互联网领域,下行的流量是远远大于上行的,主要以浏览和视频下载为主,这个业务特点社交软件出现之后略有改观,因为社交软件用户的上行需求也逐渐增多,当然因为广播的原因,还是下行远远大于上行,比如在一个微信群,一个用户上传了视频,增加了上行,但是群里面多个用户都会下载这个视频,则下行增加的流量会更多。
   
       IMT-2000,International Mobile Telecom System-2000,国际移动电话系统-2000,也就是第三代移动通信系统,意思是该系统工作在2000MHz频段,最高业务速率可达2000kb/s,预期在2000年左右得到商用。ITU(国际电信联盟)只提出一个具体的业务标准和愿景,但是并不具体负责技术标准的制定。主要目标是形成全球统一的频率和统一的标准,实现全球的无缝漫游,提供多种业务。实际上在ITU的定义里面,2G系统的EDGE+系统实际也算3G,但是由于是基于2G的系统,并且EDGE+并没有投入实际商用,业界习惯上还是将EDGE+当做2G系统看待。
3.5 00 3G标准.jpg
                              
IMT2000的标准
   
       从1997年开始,由于第二代移动通信系统的巨大成功,2G用户的高速增长与2G系统容量不足,2G数据业务能力不足两大弱点逐渐成为制约移动业务发展,因此从1997年开始,3G标准的制定就进入了实质阶段。
   
       ITU于1997年7月发出征集无线传输技术的通函,要求各国于1998年6月底前提交候选无线传输技术方案。到截止日期,共有10个组织提交了十几个候选方案。1999年11月在芬兰召开的ITU第18次会议上,正式确定了IMT-2000的三种主流标准,包括欧洲提出的WCDMA标准,中国提出的TD-SCDMA标准和美国提出的CDMA2000标准。其中,WCDMA和TD-SCDMA可以后向兼容GSM,CDMA2000后向兼容第二代CDMA系统。
   
       3种实际投入使用的3G,由于出身不同,商用时间的不同,应用的范围不同,虽然都是号称3种标准,但是实力差距还是很大的。TDSCDMA如蜀汉,CDMA2000如东吴,而WCDMA则如魏曹。
3.5 01三国疆域图1.jpg

   
       TDSCDMA是应用范围最窄的,也是成熟最晚,商业成功有限的一个标准,就类似与三国时期的蜀汉,固守西南,虽然蜀汉受到战乱影响少,经济相对比较好,但是蜀汉“二十八万,人口九十四万,吏四万,兵十万余,共有二十二郡、仅益州一州”,在人口,兵员及人才上相比魏和吴都略逊一筹,因此蜀汉在稳固发展及建国大将都消逝之后,灭亡也就是自然而然的事情了。
   
       而CDMA2000在3G产业的初期,无论是技术标准的成熟度,设备的演进与兼容性上都比WCDMA要好一些,但是架不住GSM的存量用户多,产业链完整,并且CDMA2000产业链里面本身就存在着利益不均的问题。这就和三国时的东吴差不多,吴国“有户五十二万余,人口二百三十万,兵二十三万,共有三十二郡及三州,属于实力相对较强的一方,初期看不出差距,但是等各方都开始聚焦于内部发展的时候,存量的基数不足就对比出来了。
   
       WCDMA在产业的初期在标准的成熟度,设备演进的方便性上面都要差于CDMA,但是WCDMA标准有GSM庞大的用户作为基础,就类似于魏国,在群雄割据之时,由于魏所在的是原来东汉的政治经济中心,受战争影响最大,等曹操统一北方之初,实力也不是很强,等三国鼎立之势确立之后,各自聚焦内部发展的时候,魏国“户有百万余,人口四百四十余万,兵六十万,共有八十七郡及十二州”的优势就发挥出来了,实力迅速提升,为后续统一打下坚实的基础。
   
       因此三种技术标准竞争的结果也是不言而喻的,有GSM的广泛的基础,完善和充分竞争的产业链的WCDMA就肯定会胜出。


3.5.1   
3G标准竞争和暗战
   
       3G标准前的主要阵营
   
       正如前面2G章节中介绍的一样,全球的主要标准包括全球占比70%以上的GSM标准,全球应用相对广泛的CDMA标准(1X),仅在北美(美国和加拿大)使用的D-AMPS,以及仅在日本使用的PDC,以及在美国也仅一家使用的iDEN。3G的演进标准就主要在这几家设备商之间竞争和较量。
   
       在2G标准的应用的基础上,实际上形成了两个主要阵营:以爱立信,Nokia,西门子,阿尔卡特为主的欧洲阵营,是以GSM标准为基础的演进阵营。另外一个阵营就是以高通,朗讯,北电及摩托罗拉为主的美洲阵营,是以CDMA标准为基础的演进阵营。
   
       这两大阵营各有优势,GSM标准是应用广,用户数量多,CDMA标准是技术相对领先,在向更高速的标准演进中兼容性相对较好,技术复杂度相对较小。
   
       在IMT发出征集技术标准之后,各设备商和各国政府也积极运作,各自站队。由于高通是美国公司,并且拉美各国也有很多的CDMA现网用户,因此包括美国的美洲基本上站在CDMA阵营也是自然的事情。韩国由于政府希望本国企业在移动通信国际市场上能有所突破而自愿决定采用CDMA技术作为3G的技术标准。
   
       竞争的关键是欧洲阵营,从技术上说,CDMA技术因为频谱效率高,基础技术用CDMA也应该是必然的选择。再加上高通在欧洲的推广,向各大设备商及中小设备商游说和技术转让,下一代的技术方案中采用CDMA技术也就逐渐形成了共识。高通与爱立信在1998达成了共识,联手推动和发展下一代的基于CDMA标准的3G标准,也就是WCDMA(WidebandCDMA),宽带CDMA技术方案。
   
       这两个阵营的技术标准都是频分双工的,也就是上行和下行是由对称的频率区分,也就是说上下行是对称的。
   
       TDD技术标准的失败
   
       德国的西门子在下一代标准研究上面最初主要是研究方向TDD,也就是时分复用,时分复用能够更好的满足IMT-2000中的关于上、下行链路适应于传输不对称业务的业务定义,在本章开头已经阐述了这条的意义所在,而TDD从理论上可以更好的满足这一条的需求。
3.5 02FDD示意.jpg

   
       就以道路交通打个比方,上班时,大家都从郊区往市区开,因此郊区往市区的方向比较堵,而从市区往郊区的方向路则比较空闲。下班时就相反,市区往郊区方向的空而郊区往市区方向堵,这个就造成每个时间段总有道路资源是浪费的。而现在出现的“潮汐道路”,则很大程度解决这个问题。在上班时,将市区往郊区方向的两个车道改为为郊区向市区反向,而下班的时候反方向该,这样就能够使得车道得到更好的利用。
3.5 03TDD示意.jpg

   
       而在移动网络的数据业务就和下班时的道路差不多,就是下行的流量远远超过上行的流量(以浏览居多),因此使用上下行对称的FDD做双工频分,上行的频率存在一定的浪费,因此就有了TDD的设计思路。比如FDD的上下行各60M频谱,则需要120M频谱,如果TDD也分配120M频谱,可以根据上下行的流量的不同,灵活分配上下行的频谱,实现频谱使用效率的最大化。
   
       虽然在频谱利用率上会有所提高,但是也带来另外一个问题,也就是技术复杂度的提升,也就是产品设计将会比较复杂,成本也会有所上升。因此在欧洲标准组织关于3G标准的竞争时,首先是西门子TDD的技术方案和以爱立信、诺基亚等支持的WCDMA标准的竞争,这里说的都是空中接口的技术方案,因为移动系统复杂的就是空中接口和基站,其他的设备的技术复杂度不是很高。欧洲大多数国家投票支持了FDD,而以西门子和德国为首的TDD由于技术方案复杂而失败。并且因为西门子是德国公司,作为欧洲公司就要服从欧洲的整体利益,因此后来西门子公司也全力支持FDD,也就是后来的WCDMA标准,也就基本放弃了TDD的研发,转向研发WCDMA。
   
       而WCDMA也是欧洲多个公司以及日本NTTDocoMo技术的综合结果,因为产业的专利也相对分散,在排除了TDD之后欧洲主要设备商以及欧洲和日本的政府也开始为WCDMA站台,这也是WCDMA成为3G标准的基本基础。
   
       WCDMA协议之协议
   
       前面提到,高通曾经和爱立信达成过一致,联手推动WCDMA网络,也就是保证了CDMA技术在第三代系统中的核心地位,高通在此基础上面还提出了一个诉求,就是WCDMA系统要能够兼容2G的CDMA系统,这样就能够保证2G CDMA网络运营商可以自行选择使用哪一种3G系统,W-CDMA或CDMA2000(基于CDMA的自然演进)。
   
       高通的这个诉求,虽然在技术方案上并不是很复杂,因为WCDMA与GSM之间的差异要远大于WCDMA和CDMA之间的差异,但是那个时候的高通在CDMA产业链上面高收费的模式已经引起所有的设备商及手机厂商的警觉,也引起欧洲的标准化组织ETSI的关注。因此欧洲通信标准协会(ETSI)赞成回避高通公司专利的第三代CDMA标准。比如在WCDMA系统中,可以不依赖于GPS时钟而采用传输网络自身的时钟,而CDMA系统必须在每个站点上安装GPS接收机,依赖于GPS时钟实现基站的时钟同步,如果基站丢失了GPS信号,可以保持3天的运行,3天之后基站系统无法运行造成网络的瘫痪,这个也会造成网络本身的安全隐患。
   
       ETSI在回避高通专利的同时试图调和CDMA技术标准与既已存在的网络之间的矛盾,但是这种回避高通专利的做法将使得高通公司蒙受减少专利收益和丧失经济规模的代价,引起高通的不满。1998年1月,ETSI说他们非常关注最好的技术标准,因此他们不准备回避高通的核心专利。言下之意,在这几个核心的技术专利之外,其他专利就别想收费了,也不会在在WCDMA系统中兼容2G的CDMA。ETSI甚至将整个系统的名称叫做通用移动通信系统(UMTS,UniversalMobile Telecommunication System),而不是WCDMA系统。
   
       高通在这种情况下,一方面自行攻关和向欧洲标准化组织施压,另外也向美国政府求助,希望借助政府的力量向欧洲施压。1998年8月5日,高通公司向ETSI提交了最后通牒,除非ETSI同意一个兼容欧洲网络和美国数据网络的标准,否则,它将求助于知识产权保护,并向世界贸易组织起诉。在求助美国政府方面时,却没有得到如意的结果,时任美国联邦通信委员会(FCC)主席肯纳德表示,华盛顿是鼓励竞争的,“当市场决定一种标准的时候,消费者应该得到最好的服务,因为市场决定的标准优越于政府附属的标准”。
   
       最终结果也是显而易见的,WCDMA只兼容了2G的GSM网络而不能兼容2G的CDMA网络,高通也没有在WCDMA中得到更多的专利利益(核心专利还是有的),当然高通最终也没有向世贸组织起诉。

3.5.2     3G主要标准
   
       经过一番暗战之后,UMTS(WCDMA)和CDMA2000的标准已经基本确定,1999年11月在芬兰召开的ITU第18次会议上,正式确定了IMT-2000的三种主流标准,也就是UMTS(WCDMA),CDMA2000 1X和我国提出的TD-SCDMA标准。这里主要是描述各种标准的概况。虽然TD-SCDMA的协议和WCDMA是并列包含在UMTS系统中,体现为FDD和TDD两种不同的技术,但是由于TD-SCDMA仅在中国实现商用,因此现在UMTS一般情况特指WCDMA,UMTS和WCDMA基本是混用的。
   
       UMTS(WCDMA)
   
       WCDMA,宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access),也就是宽带CDMA,起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动。欧洲在1988年2G初步确定标准之后就开始了下一代系统标准的研究,设立RACE(Research in Advanced Communications development technologiesEurope)欧洲先进通信技术开发和研究计划,而RACE项目是欧洲共同体设立的“尤里卡计划”的一部分。20世纪80年代,面对美国、日本日益激烈的竞争,西欧国家制定了一项在尖端科学领域内开展联合研究与开发的计划,即“尤里卡计划”。
   
       欧共体在RACE项目一共投资了5.5亿欧元,为期5年,主要是依托各公司进行研究,当然RACE计划不仅仅只针对3G,还包括了集成开关电路,光电子学等其他其他项目。RACE第一期到1992年6月结束,并在启动了1992年到1995年的RACE第二期。在1995年建立的先进通信技术和业务ACTS(AdvancedCommunications Technologies and Services)研究组最终给出了UMTS的多种可选技术方案。在上述早期各项政府资助的研究中,对各种接入技术的可行性,网络架构及性能做了实验和评估,为WCDMA技术奠定了早期的基础,也为欧洲能够提出一致同意的标准提供实际的依据。
   
       UMTS的详细技术规范则是由3GPP(3rd GenerationPartnership Project)第三代伙伴计划制定,一开始3GPP只负责了UMTS网络的协议制定,随着3G协议的进展,又将这个组织的工作范围改为负责GSM,UMTS及后续的LTE协议的制定,成为这个演进技术体系的协议制定组织。3GPP的会员包括3类:组织伙伴,市场代表伙伴和个体会员。组织会员是各个区域或国家的官方组织,包括欧洲的ETSI、日本,韩国,美国和中国的官方标准化机构。市场代表会员不是官方的标准化组织,它们是向3GPP提供市场建议和统一意见的机构组织,比如GSM协议,UMTS论坛,TD-SCDMA论坛等,其他都是公司会员。
   
       UMTS在最开始的第一个版本(R99,99年发布的版本)网络结构和GSM基本类似,都包含基站,基站控制器和核心网,核心网也是分为CS域和PS域,CS域就是处理语音的,PS域是用来处理分组业务的,也就是上网业务的。其他终端,SIM卡以及HLR等结构都是和GSM类似,只不过各网元的功能和协议做了增强,这样就使得运营商能够在UMTS网络建设初期,基本可以重用核心网的基础设施,只要在原设备上面通过软件升级,支持新的协议就可以投入商用。
3.5 04 3G组网图.jpg

   
       UMTS完全全新的则是基站和基站控制器,UMTS的空中接口就是采用的WCDMA技术,每个频点采用的是5MHz的频谱宽度,最初由UMTS标准定义频段是2100M频段,后根据美洲的频谱分配情况,又定义了850M和1900M频段。空口WCDMA是源于欧洲和日本几种技术的融合。其中直接扩频的技术是最早在日本NTT DoCoMo 在90年代后期以FOMA(Freedom of Mobile Multimedia Access)形式进行试验。正是由于日本贡献了空口的关键技术,因此在在1998年6月,欧洲和日本一起宣布了支持UMTS,并且NTTDoCoMo也因为贡献了WCDMA的关键技术而向各设备商都收取了一定的专利费。
   
       UMTS的基站支持异步和同步的基站运行方式(而CDMA必须要有GPS实现同步运行),而实际使用中基本是以非同步方式运行,这样就从技术上面规避了很多CDMA的核心专利。在规避的同时,引入了CDMA的快速功控,软切换等关键技术,大大减少了系统的多址干扰,提高了系统容量,同时也降低了平均发射的功率。在基站中通过更加高效的调制和解调,更灵敏的接收机等技术手段,使得系统的容量相比GSM有很大的提高。
   
       UMTS系统兼容GSM的方式就是分别在GSM和UMTS系统中增加了系统间互操作,UMTS手机在商用的时候都是UMTS/GSM双模手机(也就是同时支持GSM和UMTS),如果一个UMTS用户走到没有UMTS覆盖的地方,他的手机会自动切换到GSM模式,如果用户在通话中走到UMTS覆盖边缘,那么电话将会切换到GSM网络上,而普通GSM手机不能在UMTS网络使用。而在空闲中的终端,可以根据网络提供的参数信息,终端能够自动的在两个网络间进行选择更适合网络。
   
       正是由于这种兼容性,使得所有的GSM网络的运营商在部署3G时都选择了UMTS的网络,而2G CDMA网络由于不能和WCDMA网络之间进行互操作,因此就不能部署UMTS的网络,只能使用CDMA2000的3G系统。
在R99版本发布之后,只是实现了初步的3G系统,3GPP在R99版本的基础上又连续发布了R4,R5,R6,R7,R8及R9等6个版本的协议,主要是改进了空口的性能,提升了单用户的最大的速率,也改进了核心网的架构,在各接口间也引入了IP作为承载(之前的物理承载还是TDM传输)。
   
       比如R4版本引入了控制和媒体网关分离架构的核心网,使得核心网的容量可以大幅度提升而成本大幅度的降低。R5之后的几个协议版本分别引进了HSDPA(High SpeedDownlink Packet Access 用户下行最大可以达到14Mbps),HSUPA(High Speed Uplink Packet Access,用户上行速率最大可以达到5.76Mbps),HSPA+(HSPA Evolution 用户下行最高可以达到42Mbps,上行可以达到22 Mbps)。正是由于这些协议的演进,使得UMTS和CDMA2000竞争中处于优势地位,UMTS用户的最高速率始终高于CDMA2000的3G用户。
   
       CDMA2000
   
       CDMA系统向3G的演进没有GSM和UMTS的演进那么明显,对于GSM和UMTS来讲,要演进到3G,必须要新增3G的基站和控制器,而基站的空中接口则从每个200K频率宽度增加到5M的频率宽度。而CDMA系列的演进,则兼容性比较好,所有的演进都不需要完全新增基站,只需要新增部分板件或者软件升级就可以实现,而载频的频率宽度都保持原来的1.25M的宽度。
   
       CDMA2000的协议虽然由高通公司主导,因为UMTS的标准成立了3GPP组织,CDMA也成立了3GPP2(名字都显得那么山寨)的组织来进行协议标准的讨论和制定。虽然在3GPP2的框架下讨论和制定协议,但是协议的主要贡献者还是高通,其他公司在CDMA2000的协议演进上面基本没有太多的贡献。3GPP2的会员结构和3GPP基本类似。
3.5 06 CDMA2000手机设计研发产业联盟.jpg

中国CDMA2000手机设计研发产业联盟
   
       CDMA2000的协议版本划分也不如UMTS那么明确,CDMA200的协议版本分为1X,EV-DO(EvolutionData Only),EV-DV(Evolution Dataand Voice)。因为1X的最大的速率只有300Kbps左右,因此将1X归为2.5G,真正的3G是从EV-DO算起。后为了更好的体现技术兼容性,这将EV-DO的Date Only改名为Date Optimized,也将EV-DV改为EV-DO的Rev.C,和DO之前的版本统一。
   
       EV-DO,顾名思义,就是只能做数据业务,在网络中做DO高速数据业务的信道和2G的信道是分开配置的,而手机用户则是上网就不能打电话,打电话就不能上网。EV-DO又分了及个版本,Release0,Rev.A,Rev. B,Rev.C,最初发布的Release 0最高单用户的速率2.4Mbps,而Rev.A支持3.1Mbps,Rev.B单个载波最高可以支持4.9Mbps,多个载波则可以支持9Mbps以上的速率,而ReV.C 理论上可以支持更高的速率,但是实际Rev.B 和Rev.C 基本没有投入实际商用。
   
       另外一个中国的3G标准,在下一节单独介绍。

军衔等级:

  中士

注册时间:
2008-6-4
发表于 2018-1-3 09:28:38 |显示全部楼层
期待了一个月,终于有新货了,新年新气象,赞一个

军衔等级:

  大元帅

注册时间:
2004-8-10

爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2018-1-4 21:41:24 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2018-1-4 21:49 编辑

3.5.3    TD-SCDMA的前世今生

     TD-SCDMA(TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access),时分同步码分多址,是中国提出并纳入ITU3个3G标准之一,主要是依托于邮电部电信科学技术研究院,后来大唐电信为主,进行标准制定,并在中国移动实现商用。

     技术来源

     TD-SCDMA的技术来源应该分为3部分,TDD,SCDMA和智能天线

     TDD技术有部分来自于西门子,西门子在3G研究的初期是聚焦于TDD研究的,但是在欧洲初步技术筛选中,败给了以爱立信和Nokia为代表的WCDMA阵营,并且西门子作为欧洲公司,还要联名和投资支持欧洲阵营的UMTS,因此之前的TDD投资基本上就打了水漂。后来在西门子研究部参与3G研发的李万林的推荐下,西门子决定用这一技术与中国人合作,再结合SCDMA技术,由中国人来提出新的3G标准,也就是说,TDD技术部分来自于西门子。

     SCDMA和智能天线都来源于之前的无线数字用户环路(WiLLWireless Local Loop)研究相关。

     智能天线最开始用于雷达等军事领域,主要用于移动目标的跟踪,后逐渐应用到通信领域,包括WCDMA频分领域也曾经研究过智能天线的可行性,但是结论是智能天线在郊区宏蜂窝环境下的干扰抑制水平比较理想,而在市区微蜂窝环境下的干扰抑制能力则与环境杂波有关,因此在UMTS协议中并没有引入智能天线相关技术。

3.5 07 TDSCDMA.jpg
TD-SCDMA基站,天线比常规天线要宽

     在1994年,时任电信科学院院长的李世鹤了解到之前一起工作过的,并在美国读博士的陈卫及美国大学执教的徐广涵合作在合作研究智能天线。两人开发出智能天线的无线通信系统模型,为了推广这个这个技术,还成立了Cwill公司。在199年6月,三人经过深入的技术沟通,认为SCDMA在无线传输上是个极具潜力的技术。在1995年,将SCDMA技术介绍到邮电部,并带领邮电部专家到美国考察和演示,得到邮电部相关领导的高度认可,决定将相关技术进入国内。1995年11月,电信科学技术研究院和Cwill公司合资成立了信威公司,李世鹤任董事长,陈卫任总经理。紧接着,SCDMA被列入“九五”科技攻关计划,得到1500万元的资助,还得到国家计委的1000万元资助。被李世鹤和周寰看好的SCDMA技术,成了后来TD-SCDMA的雏形。

      而SCDMA技术最开始的应用更倾向于本地的固定接入,90年代中后期,因为部分区域安装固定电话的布线成本很高,通过无线技术完成最后一公里的接入,从而能够以低成本解决农村地区的电话接入的问题。当时中国电信研究院和信威了无线环路的研究,华为,中兴也曾经投入了相应的研究,当然电信研究院推出了SCDMA接入的产品(大灵通),中兴依托于这个团队推出了CDMA移动系统,在后来联通的CDMA建设中大赚一笔,而华为在研究完成之后,并没有在此基础上推出产品。

     标准提出过程

     ITU在1997年发文征集提案,并在1998年6月30日截止。中国当时接到征集函后,就有了好几次关于“中国要不要做、究竟怎么做”的集中讨论。由于当时还没有自己3G标准准备,中国决定成立3G无线传输技术评估协调组,跟踪相关的技术标准的进展。1997年的时候,中国在移动通信领域经验是一片空白,华为、中兴当时也主
要是生产程控交换机设备,连GSM设备还在研制开发过程中,对3G和标准更是一片空白。

     在开了无数次的大大小小 “中国标准怎么办,怎么做”的会议之后,在1998年1月开了一个关于标准决策的至关重要的会议,讨论关于候选技术提交和中国确定3G候选技术策略的香山会议。在此次会议上来自全国高校的教授和研究院所分别介绍了各自在3G技术研究方面的一些基础和观点,其中包括提出TD-SCDMA技术的邮电部电信科学技术研究院。在会议上,徐广涵以“科学技术研究院的高级顾问”的身份,代表邮电科学技术研究院介绍了以SCDMA为基础构建3G标准框架的设想,并介绍SCDMA在重庆的实验网络,引起了与会代表的广泛讨论。

     参加会议的有二三十人争论得非常厉害,大多数人都持怀疑态度。国际标准从来都是外国人的天下,搞移动通信标准,成本非常高,难度非常大,并且WCDMA和CDMA2000已经研究了快10年,而我们的技术标准虽然有信威的基础,但是用于移动,还没有充分评估。争议声中,邮电部相关领导最后作为最后的拍板:“中国发展移动通信事业不能永远靠国外的技术,总得有个第一次。第一次可能不会成功,但会留下宝贵的经验。我支持他们把TD-SCDMA提到国际上去。如果真失败了,我们也看作是一次胜利,一次中国人敢于创新的尝试,也为国家作出了贡献。”至此,“香山会议”为TD-SCDMA一锤定音。

     接下来提案的事情就顺理成章,经过电信科学院的“艰苦卓越的努力”,组织队伍,在SCDMA技术的基础上,研究和起草符合IMT-2000要求的中国的TD-SCDMA建议草案。该标准草案以智能天线、同步码分多址、接力切换、时分双工为主要特点,在1998年6月29日提交到了ITU,从而成为IMT-2000的最初的15个候选方案之一。

     标准的落地

     当时,很多国家都没想到在原有的几大标准外又杀出了一个标准,而且是来自此前在标准领域没有任何建树的中国,而且当时ITU最初的目标是统一成一种3G标准的,在中国标准提交之前,已经基本形成了WCDMA和CDMA两个阵营,再加上其他10多个相对较弱的标准,竞争形势非常不客观。

     在这种情况下,邮电部将领导把几乎全部国际巨头公司的高层请到一起开了会,明确地传递给众多的国际巨头企业一个信号:就算国际上不接纳TD-SCDMA,中国也要自己做TD-SCDMA!而当时有移动网络的中国移动和中国联通(电信当时还没移动网络)也表示,只要中国的技术设备一出,我们必定采用中国的!中国的强硬态度,使得西方的相关公司都不能在明面上反对中国的标准,因为当时中国国内的移动通信市场是最大的,用户数发展是最快的,并且在可预见的几年内,将成为全球用户数第一,因此西方各公司必须关注中国政府和运营商的态度。

     经过多方施压以及大唐自身在标准上面的逐渐完善,1999年11月5日,3G技术委员会宣布了TD-SCDMA被写入建议书。并最终在2000年5月,在土耳其召开的国际电联全会上,经投票表决,由中国提出的TDD模式的TD-SCDMA系统,与欧洲提出的WCDMA和美国提出的CDMA2000同列为国际3G三大标准之一。

     上面只是技术方案纳入标准,真正的挑战还是在技术协议的标准化和产品化。在1999年9月份的一次会上,中国提交了一篇文稿,希望TD-SCDMA能在3GPP中标准化,最后,这次会议接受了大唐提出的1.28M的TD-SCDMA的码片速率,这意味着,TD-SCDMA标准化开始进行正途。最终,2001年3月,TD-SCDMA标准被3GPP接纳,成为了真正意义上的可商用国际标准。

     标准的产业化

     虽然标准通过,当时没有产业化的标准就是一个纸面成绩,不会产生任何社会效益。

     最开始电信研究院以为预计TD-SCDMA实现产业化的时间最长不超过3年,但是实际的时间是远远超过3年。2002年3月,大唐移动通信设备有限公司挂牌成立,拉开了中国TD-SCDMA技术全面产业化的序幕。

     一般设备商和芯片厂商的思路是这样的,研发生产某种设备,满足运营商需求,卖设备和服务给他们,收钱。运营商的思路是这样的,建设使用某种技术的网络,满足用户需求,为用户提供服务,收钱。

     一个技术火了,设备商闻风而动,积极参与它的设备生产和标准演进,竞争激烈但市场起来大家都有钱赚;运营商通常也会选择比较火的技术,这样风险比较小。

     如果没火,就正好相反,设备商会首先缩减这方面研发,于是这个技术的演进变慢甚至停止,最终当这一个产品线出货量不足以维持利润的时候就退出,死守这个技术的厂家甚至死掉,比如北电的WiMax。还没有选型的运营商会优先选择火的技术,已经选型的运营商会考虑缩减在这种技术上的投资。

     对于UMTS和CDMA产业链,因为部署的运营商和用户数的预期在那里,在整个产业链大家都是挤破头去投资,比如芯片产业就有高通,TI,英飞凌,意法半导体等多家投资,测试仪器仪表则有安捷伦,罗德施瓦茨等多家投资,手机投资厂商就更多了,而几乎所有的设备商都投资了UMTS,部分投资了CDMA。

     而TD-SCDMA则情况不一样,在标准讨论阶段,除了大唐和少数公司参与标准讨论之外,基本没有太多的大公司在标准上面投入。对于产业化,除了中国表明了要部署TD-SCDMA之外,没有其他的任何国家和地区准备部署TD-SCDMA。因此国际上主要的设备商都没有在TD上面投入做设备开发,而02,03年的华为还处于冬天状态,无线的销售金额又很小,无线业务亏损严重,整个公司主要还是靠固网,传输和智能网,因此在无线领域的投资也仅仅限于GSM和UMTS,连CDMA的投资都很少。因此TD-SCDMA的产业化,大到基站、系统,小到测试仪表、终端、芯片,初期都要靠大唐,但是大唐移动本身并没有销售,所有的研发投入都相当于要有外部资金的投入,自身并不能造血。

     在2002年的时候,《通信世界》总编项立刚对时任爱立信全球总裁的杨迈的一次采访中,问及“爱立信是否会在TD-SCDMA进行研发和投资”时,杨迈笑着回答:“我们完全有能力做TD-SCDMA,但是我们不会做。”这也基本表明了当时主流的设备商的态度。

     产业化的转机

     
频谱分配:在2012年,鉴于TD-SCDMA产业现状以及欧洲牌照拍卖的进展,国家决定无线频谱的分配。当时大唐就代表TD-SCDMA产业向无线电管理局提出频率申请的报告,在报告中提出155M TDD频谱分配的需求。2002年10月23日,信息产业部通过《【2002】479 号文件》公布了3G 的TDD频谱规划,为TD-SCDMA 标准划分了总计155MHz 的非对称频段。中国政府对TD-SCDMA的政策倾斜使TD-SCDMA同时也获得了政治上的优势。当时有外电由此分析说,中国政府已敦促国内产业界采取行动支持中国自己的电信业标准。国内一些相关部委的官员也在一些非公开场合透露,不排除将TD-SCDMA标准采用和3G牌照挂钩的方式,进行政策性推动。

     产业联盟成立:早在2001年底,大唐就提出了产业联盟的想法,在联盟内部,部分知识产权共享,看似大唐吃了小亏,但整个产业起来了,大唐才能生存下来。“当时,我们还以为华为、中兴不会加入呢,谁知和华为的领导一谈,他们就非常爽快地答应了,中兴也是这样,和中兴的中层谈了几次也没谈成,后来约到了他们的一位副总裁,就很快达成了协议。”(腾讯新闻:TD-SCDMA正传)。2002年10月30日,包括大唐、南方高科、华立、华为、联想、中兴、中电、中国普天在一起的8 家国内知名通信企业成立了TD-SCDMA产业联盟。

3.5 08 TDSCDMA产业联盟.jpg

     2003年底,凯明、展讯、天碁、重邮信科、海天、海信成为TD-SCDMA产业联盟成员,联盟成员扩大到14家,2006年初,联盟的企业已经扩展到26家。从系统到终端,从核心网到接入网,从芯片到软件,TD-SCDMA的产业链和产业环境不断成熟与完善。

     产业配合:在系统设备方面,通过协调和运作,形成大唐与阿尔卡特、华为与西门子、中兴与爱立信、普天与诺基亚的中外合作关系,至少在面上,各大企业都参与了TD的产业。在芯片方面,以天碁、凯明、展讯、重邮等为代表的芯片企业设计出了TD-SCDMA单模,TD-SCDMA/GSM双模多种商用芯片,并推出了各种终端解决方案,在芯片的基础上,各家手机企业也开发了多款手机。

     虽然产业化上出现了部分转机,但是当时的运营商都还没表态要部署TD-SCDMA,甚至没有一个运营商真正愿意部署TD,中国移动、中国联通和中国电信都在左躲右闪,希望避免发展TD的任务最终落在自己头上,也在各种场合表达希望能够使用成熟的标准,TD作为热点地区进行补充。

     转变为国家意志

     不过,这样的支持不足以使已经在商业化进程中落后的TD-SCDMA被运营商接纳。最终将发展TD-SCDMA推进为国家意志的,是2005年的一封信。大唐相关领导找到时任中国科学院院长、中国工程院院长、中国科学技术协会主席等重量级科学家,请他们联名上书国家相关部门,支持中国“自主创新”的TD-SCDMA。国内三大科研机构的领导联名上书,引起了决策层的重视。高层批示:此事重大,关系到我国移动通信的发展方向。这被解读为中国要“举全国之力”做好TD-SCDMA。

     在这之后不到两个星期,TD-SCDMA被明确定为中国3G通信标准。再接下来开展规模试验、划拨研发基金、进行友好用户体验等,TD-SCDMA的商用化进程明显加快。2007年6月国家开发银行和大唐金融合作协议,从国家层面给大唐以资金支持,积极践行国家自主创新战略,为TD-SCDMA技术及产品研发及后续技术演进、完善TD产业链等工作奠定坚实的基础。
3.5 09 国开行与大唐签协议.jpg


     2008年4月,相关人员再次上书,明确建议由中国移动来做TD-SCDMA,理由是中国移动有用户优势、有充足的资金且是国际品牌。这一建议很快得到批示。最终,中国移动被钉在了TD-SCDMA上。2008年5月,工信部召集三大运营商开会,要求“TD只能成功,不能失败”。随后的5月8日,中国移动董事长王建宙表态:中国移动将发展TD-SCDMA作为义不容辞的责任。至此,中国移动接盘TD-SCDMA大局已定。

     2009年1月7日下午,工信部举行了一个小型的内部发牌仪式,将TD-SCDMA给了中国移动,与此同时,中国联通获得WCDMA牌照、中国电信获得CDMA2000牌照。
3.5 10三家运营商.jpg


     至此,TD-SCDMA的商用事宜确定,当然只发一张TD-SCDMA牌,且发给中国移动,工信部实际上有平衡三大运营商的考虑,因为当时中国移动太强了,这个在4GLTE上只给移动发LTE TDD牌照,而给联通电信发了LTETDD和FDD牌照类似。

     最短命的3G网络

     从2009年1月开始,一直到2013年12月发放4G 牌照为止,满打满算也只有5年,在这5年中,中国移动一共投资了50万站点,投资金额大概1880亿,另外在终端上还有几百亿的补贴,估计实际投入在2000亿以上,但是实际的效果却很不好。

     TD的3G网络体验很差,网速上不去。3G相对2G的优势就是数据传输速度。一般情况下,无论是网络建设,还是终端,只要砸钱进去,给予一定时间,最终问题都会解决。但TD-SCDMA的技术本源决定了它的低速率,再怎么优化也赶不上其他的3G标准。移动的3G网速在多数情况下只能达到1Mbps。而2013年,中国联通的WCDMA下载速度普遍可达21兆/秒,中国电信的CDMA2000普遍达到3.1兆/秒。

     在终端上,中国移动开始卖的终端只能是大唐、新邮通研发的低端机,当时联通和电信则是卖的主流手机厂商诺基亚,摩托罗拉和三星的高中低端都包含。

     在终端和网络的夹击之下,中国移动的高端客户流失严重,但是无还手之力。在2011和12年时,由于3G的网络不给力,移动还花了很大的精力建设了WLAN(WiFi)网络,尽量提升客户的体验,而这个WiFi网络随着4G牌照的发放,也就偃旗息鼓了。

     在3G刚开始商用的2009年,中国移动的用户数为5.22亿,在全国7.25亿移动用户中占比达72%,其次为中国联通,占比20%,刚刚运营CDMA网络的中国电信占比为8%。2013年11月,4G商用之前,中国移动、中国联通、中国电信的移动用户占比分别为62.2%、 22.7%、 15.1%。最终TD-SCDMA的3G用户也只有2.4亿,网络的利用率也只有3成。

     为了避免3G的继续拖累,移动将目光瞄向4G,在国际上LTE-TDD标准确定之后,2010年底,TD-SCDMA网络商用不到两年,在中国移动推动下,工信部批复了TD-LTE工作小组提交的《TD-LTE规模技术试验总体方案》。而早在2009年,中国移动在建设TD-SCDMA站点时,就明确提出硬件要兼容后续的LTE-TDD标准,等后续4G牌照发放时,能够快速的支持4G。

     由于LTE都是为数据传输服务的,要支持语音,则核心网需要做很大的改动,这对中国移动来说立即改动还不太实际。因此国际上大多数的运营商都是选择回落到2G或者3G,也就是用户只要发起电话的业务,则将用户切换到2G或者3G网络。中国移动经过反复讨论,决定从LTE回落到2G,主要是考虑到2G网络的覆盖比较好。

     为尽快上马4G,中国移动的TD-LTE基站建设规模从2012年的2万个迅速增加到2013年的20万个,再到2014年的70万个,远远超过多年来TD-SCDMA基站的总和,移动在数据业务上面劣势迅速改观,4G用户的发展势头远超电信和联通。同时,业务流量快速向4G迁移的同时,也使得3G网络的负载也快速降低。

     TD-SCDMA的意义

     TD-SCDMA虽然在网络应用上并没有取得很大的成功,但是就提标准这个事情来说,应该是一个突破。在20年前,国内的通信产业无论是在技术上,系统上还是终端和芯片上,都还是一个小很弱小的,在当时的环境下,由当时的领导拍板,决定搞出自己的标准,对国内的通信产业应该是一个绝对很正面的促进作用,虽然大家没有从这个产业上面赚到钱,但是从这个标准上积累了经验,完善了产业链。

     在当时,很多很著名的经济学家,北邮和南邮的技术专家都是都是极力反对TD的上马,因为经济上的确不是那么划算,技术和产业上推广也很有限,但是毕竟搞了中国人自己的标准,以此为基础产业链的运作和联盟,技术的积累和提升,标准的玩法应该还是起到了很大作用。

     任何事情,任何产业都不可能一蹴而就,谁也不可能一下子就走到产业的前端,都是要经过从不成熟运作到成熟运作的积累过程,而TD-SCDMA标准就是这个过程的具体体现。当然这个过程的代价稍微有点大,投资稍微有点猛,移动稍微有点苦。

     总结就是:标准和积累上是成功的,经济上的投资不算成功。

       TD-SCDMA 大事记  -- From
《中国标准TD-SCDMA之殇:2000亿投资打水漂》
3.5 11 TDSCDMA大事记.jpg


军衔等级:

  中士

注册时间:
2008-6-4
发表于 2018-1-5 09:09:37 |显示全部楼层
越来越精彩,期待下文

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册 |

Archiver|手机版|C114 ( 沪ICP备12002292号 )|联系我们 |网站地图  

GMT+8, 2020-12-2 02:03 , Processed in 0.125000 second(s), 19 queries , Gzip On.

Copyright © 1999-2020 C114 All Rights Reserved

Discuz Licensed

回顶部