12.17 CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA

1985年,在美國聖地亞哥某Pizza店樓上的一個小房間內,氣氛莊嚴而凝重。

“取雞狗馬之血來!” 艾文·雅各布斯博士神情嚴肅,目光如炬。昏黃的燈光照射在他的身上,在雪白的牆壁上投射出巨大的影子。

六位兄弟,圍著那盛血的銅盤站成一圈,依次捧起一抔殷紅的鮮血,緩緩地塗在嘴唇之上。他們本來自五湖四海,為了同一個目標,義無反顧地走在了一起。

“今日,我們歃血為盟,共創高通,誓為全球蒼生提供高質量通信服務!”艾文·雅各布斯博士唸完誓詞,七雙大手緊密地握在了一起。

“吾等基業,萬古長青!”這鏗鏘有力的喊聲穿透那簡陋的小房間,直衝雲霄。

這一年,據言有人發現中國深圳的天空中有兩條金龍在盤旋飛舞,氣吞山河,道道金光射衝斗府。天有異象,必有大事發生。果不其然,是年,中國通信巨擘中興通訊在深圳成立。而華為,則還要晚上兩年。

注意!上述文字僅為蜉蝣君的杜撰。如此寫法只為博大家一笑。

就像漢高祖斬白蛇起義的傳說一樣,主角在功成名就真正擁有主角光環之後,其身上發生的故事也就豐富多彩且神奇了起來。

實際上,沒人知道在高通公司成立時,艾文·雅各布斯博士和另外六位聯合創始人到底說了什麼,做出了什麼樣的計劃。只留下了下面這張照片。

CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA

中間穿黑西裝的就是帶頭大哥:艾文·雅各布斯博士。

無論如何,高通公司是正式成立了。正是這家公司創造了本文的主角CDMA,並鑄就了它的輝煌,同時也為CDMA的過早消亡埋下了伏筆。

好,下面我們正式開始。


一、高通的誕生和CDMA的擴張

話說高通公司成立之後,艾文·雅各布斯博士慧眼識珠,敏銳地嗅到了一個被冷落多年的技術——CDMA的價值,並將其作為公司研究的最主要方向。

當時的移動通信業界正值2G蓬勃發展時期,各大運營商正在瘋狂的建基站,然而大多數人都選擇用基於FDMA+TDMA的GSM技術。高通提出的CDMA技術,當然直接被無視。

但是高通並沒有放棄,經過高通堅持不懈地驗證,人們才終於認識到CDMA技術的優勢:通話質量高,手機功率小,網絡運營成本也更低。於是,累累碩果朝著高通撲面而來。

1993年,CDMA終於被公認為行業標準。

1995年,第一個商業性CDMA網絡系統在香港建立。同年,CDMA技術在韓國得到大規模商用。隨後,日本、美國、澳大利亞等國家也相繼跟進。

1996年,美國也建立了第一個CDMA網絡。

1997年,中國的CDMA實驗網建成。之後經過聯通和電信的多年經營,中國成為了全球最大的CDMA網絡。

1999年,國際電信聯盟把CDMA選作3G的基礎技術。

……

總而言之,在高通的努力下,CDMA從最初的技術構想變成了可以和GSM分庭抗禮的一個全球性通信技術標準,CDMA通信網絡也在全球各地被建立起來。

而高通,通過大量的研發投入,此時已經積累了3900多個CDMA專利,處於事實上的絕對壟斷地位。

起初,高通是產業鏈通吃,既授權專利,還設計芯片,又造手機,甚至還造基站,形成了產業鏈的閉環,儼然一個CDMA帝國。

可是,隨著CDMA的發展繁榮,很多廠家開始造CDMA手機和基站了,但他們顧慮重重。因為作為高通的直接競爭對手,他們隨時可以被高通用專利來卡脖子,絲毫沒有安全感。

於是,高通在2000年作出了一個重要的決定,將手機業務賣給了日本的京瓷,並把基站等系統設備業務賣給了愛立信,自己專注於芯片設計和專利授權。

正是這個決定,讓高通站在了CDMA產業鏈的最上游,任何想使用CDMA技術的公司都必須向它交錢,相當於是擁有了至高無上的話語權,可以說是予取予求。

在3G時代,三個主流通信標準中的WCDMA和TD-SCDMA的底層技術都是CDMA,另外一個CDMA2000直接來自高通對CDMA 2G的演進。可以說,CDMA技術統治了3G時代,而這背後的統治者就是高通。

於是,專利授權成了高通最主要的收入來源。

2014年,高通的淨利潤的70%都來源於專利許可費。高通甚至還在總部一層和二層建了專利牆,上面赫然掛著1395份CDMA專利,彰顯著高通公司的榮耀,也是高通賺錢的法寶。

CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA


本來呢,由於其實高通在研發上投人巨大,收取專利費也是業界通用做法,大家都認可。但高通在收取的方式上別具一格:不是按照專利使用的數量來收,而是一律按手機售價的5%來收,被業界稱為“高通稅”。這就有些不太合理了。

比如說,你手機買100塊,就得給高通交5塊;

你手機買1000塊,就得給高通交50塊;

你手機買5000塊,就得給高通交250塊......

其實,5000塊的手機和1000塊的手機裡面用到的高通專利是一樣的,為什麼要多交專利費呢?手機多賣的4000塊錢跟你高通有毛關係?然而高通並不準備講道理,5%照收不誤,不想交?有本事就別用我的專利啊。

為此蘋果老大庫克槓到:“高通在標準專利方面表現非常出色,但這只是iPhone的一小部分。高通的技術與顯示器、Touch ID或無數其他的創新毫無關係,這些都是蘋果的發明。所以我們認為這是不對的,對此我們採取了原則性的立場。”

高通這樣的做法,使其成為了行業公敵,都恨得牙癢癢,於是就打官司唄。因此高通也成為了參與訴訟最多科技公司,很多人稱在高通的員工裡,律師比工程師還多。

這種竭澤而漁的做法,讓高通成長為無可替代的行業翹楚,但同時也讓CDMA這個原本非常優秀的技術蒙上了層層陰霾。

從巔峰到低谷,往往只有一步之遙。


二、4G的誕生和CDMA的邊緣化

2007年,WiMAX被國際電聯接納為繼WCDMA,TD-SCDMA和CDMA2000之後的第四個3G技術(號稱3.5G)。

WiMAX的誕生在業界掀起了一股風暴。其20MHz單載波2x2MIMO的下行理論峰值速率可達110Mbps!甚至,如果單個用戶可以獨佔全部信道的話,峰值速率竟然能達到驚人的1Gbps!

這下3GPP慌了,這還得了,自己的親兒子,WCDMA跟TD-SCDMA這倆3G兄弟在WiMAX面前完全不堪一擊啊,得趕緊搞出新一代的4G技術來戰鬥了!

那麼,4G該選用什麼基礎技術呢?

這個基礎技術,就是該怎麼樣把有限的資源分給儘可能多的用戶去用,最大限度地提升資源利用率。那麼到底有哪些資源可以分呢?

最容易想到的資源是頻率和時間。

CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA


移動通信是使用一定頻率的電磁波來傳輸數據的,如果我們把一段頻譜劃分成一個個小塊,不同的用戶就可以使用不同的頻點來獨立收發數據。這種方式就叫做頻分多址,英文Frequency Division Multiple Access,簡稱FDMA。

在FDMA中,我們可以把頻率資源想象成一塊地皮,在上面蓋起多個小房子,給要打電話的每個用戶都分上一個房子,大家各自在各自的房子裡打電話,隔音效果自然很好,互不打擾。

如果我們換一種思路,所有用戶都使用相同的頻譜,但是在不同的時間上輪流發送數據,這樣也能把用戶區分開來。這種方式就叫做時分多址,英文Time Division Multiple Access,簡稱TDMA。

在TDMA中,我們同樣把頻率資源想象成一塊地皮,但是上面只蓋了一間大房子。如果多個人都要打電話,那麼對不起,大家按時間輪著來。甲進去說兩句再出來,乙再進去說他自己的,然後到丙。雖然每個人每次用的時間很短,但每次都能獨佔一間大房子。

這時就有人想到,既然都已經在頻率資源上蓋好一間大房子了,那為啥不讓大夥一同進去用呢?這樣最大的問題是,這麼多人一起說話,咋分清哪句話是誰說的呢?於是,有工程師想到:讓這些人都說不同的語言,也只能聽懂自己的語言,這樣不就區分出來彼此來了嗎?

這種“用不同的語言來區分用戶”的思想就是碼分多址。技術上碼分多址用來區分用戶的不再是頻率或者時間,而是第三個維度:“碼”,也就是Code。因此碼分多址的英文Code Division Multiple Access,簡稱CDMA,也就是本文的主角。

然而2G的GSM標準就已經在使用FDMA+TDMA技術了,把這倆貨用在4G上必然滿足不了需求;並且,現在業界都在想方設法地避開高通專利的“魔爪”,除非逼不得已,CDMA技術也是斷然不能選的。

根據香農定理,想提升無線通信的速率,要麼從擴大頻譜帶寬著手,要麼從信噪比著手。可是信噪比已很難有提升的空間,最容易實現的就是增加頻譜帶寬,用帶寬去換速率。3G的WCDMA的載波帶寬是5MHz,4G就把帶寬給增加個幾倍,不信速率上不去!

可是,如果通過提升頻譜帶寬來提升數據傳輸速率,必然導致碼元速率的提升,碼元速率上去了,就導致碼元週期的縮短。碼元週期一縮短,無線通信中的多徑傳播問題會帶來致命的符號間干擾。這可咋辦?

於是,3GPP決定師夷長技以制夷,從WiMAX那裡學來了OFDM技術。OFDM的全稱是Orthogonal Frequency Division Mulplexing,中文叫“正交頻分複用”。

CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA


OFDM其實是一種特殊的FDMA形式,它的各個不同頻率的子載波是正交的。也就是說,對於兩個相鄰的子載波,當子載波1位於波峰時,子載波2的振幅剛好是零;相反,當子載波2位於波峰時,子載波1的振幅剛好是零,因此它們之間沒有干擾,可以部分重疊,實現比FDMA更為緊密的頻分複用。

OFDM技術的優勢是,可以採用串並轉換技術,將原來的大帶寬,高碼元速率,低碼元週期的數據流承載在多個小帶寬、並行的、低碼元速率、高碼元週期的子載波上,在大帶寬下比CDMA在實現起來更加方便。

並且,由於OFDM技術很早就出現了,只是因為早期的硬件限制而無法得到規模應用,相關的專利已經過期,沒有像CDMA一樣的專利問題。近年來的數字信號處理器件的迅猛發展讓OFDM實現的難度大幅降低,因此成為了4G技術的不二之選。

在OFDM和MIMO技術的基礎上,3GPP提出了LTE標準。各路不堪忍受高通CDMA專利壓榨的各個廠家紛紛投奔LTE,棄CDMA如敝履。畢竟LTE的話語權比較分散,不存在一家獨大的情況,有錢大家一起賺,其樂融融。

高通當然不願意放棄自己的主場CDMA,它本來是打算帶著3GPP2搞自己的4G標準UMB(也就是CDMA2000的下一步演進目標)的。可是,沒人敢往新的火坑跳,UMB根本沒有廠商願意參與,徹底淪為了孤家寡人。高通感覺堅持下去毫無希望,只能放棄UMB標準。

CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA


平心而論,UMB標準不但延續了CDMA技術,也把OFDM和MIMO很好地引入進來,融合了CDMA和OFDM各自的優勢,從技術上來說應該是一個非常優秀的系統。最終胎死腹中,只能說是造化弄人。

至此,CDMA技術停滯在了CDMA 1x和3G標準EVDO,向前演進的道路已經斷絕。隨著4G乃至5G的洶洶而至,等待CDMA的,只能是緩慢的消亡了。


三、中國:全球最大CDMA網絡的終結

2008年,中國聯通將CDMA網絡以及2800萬用戶(運營這麼多年才2800萬)整體出售給中國電信,中國電信喜獲移動通信牌照,開始接手CDMA網絡的運營。

彼時,CDMA手機少,價格貴,然而中國電信沒有辦法,面對如此困境,只能去塑造“天翼”品牌,強推“全網通”手機。電信曾經給上百家手機廠商下了100萬的手機訂單,但最終遲遲只提供了27萬,結果電信很多營銷活動都沒辦法開展,時任電信總裁的王曉初在會上公開質問供應商:你們汗顏不?

但就在這樣的困境下,2011年,中國電信的CDMA網絡已突破一億戶。憑藉一己之力,電信竟能重塑整個CDMA終端生態,讓這個“非主流”制式成為主流之一。這是CDMA在全球最後的高光時刻。

2013年,工信部正式向三大運營商發佈4G LTE TDD牌照(2015年,中國電信和聯通又獲得了4G LTE FDD牌照)。歷史的車輪滾滾向前,無法向4G演進的CDMA,只能被迫走上退網的不歸之路。

2016年,中國電信啟動800M頻譜重耕,壓縮CDMA載波數量,推進4G全網覆蓋,加速用戶的數據業務從3G制式CDMA2000向4G LTE遷移。

2018年底,中國電信宣佈全國各省市均已支持VoLTE業務。至此,打電話再也不需要CDMA 1x的支持了,直接在LTE上即可完成,為CDMA退網提供了條件。

2019年初,電信在800M頻譜上再獲1M帶寬,並被允許開通4G LTE以及NB-IoT和eMTC等物聯網新技術。CDMA至此徹底成為網絡演進的絆腳石:5G要來了,打電話和上網4G也都能搞定,NB-IoT還對800M頻譜垂涎欲滴,還要你CDMA做啥?

終於,在2019年底,5G正建設地如火如荼之際,電信的一紙文件,終於正式宣告了CDMA的宿命:從2020年起,所有5G終端不允許存在CDMA頻段和制式,同時要求不允許存在VoLTE開關。

CDMA消亡史:電信要求5G手機不得支持CDMA


雖然這個文件只是要求5G手機不得支持CDMA,但無疑是CDMA加速退網的重要舉措。從此CDMA用戶只會流出,不會有任何流入,終將乾涸為一具死寂的空殼。

再見,CDMA!

你好,5G!


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