无线通信技术演进

同样，空中接口的核心技术也在物理层，每一代移动通信是由这些核心技术所定义的。这些核心技术，也就是《通信原理》课程里面的知识。

3G核心技术

空中接口的核心技术可以分为5个大类，分别是调制、编码、多址、组网和多天线。 比核心技术更基础的是基础理论，包括电磁理论和信息论。 如上图所示。

大家都知道，高通公司开发了CDMA技术，并且成为3G三大标准（ WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA）的核心技术，从而一跃成为芯片业巨头。 上图所示的是WCDMA的核心技术。高通的贡献主要在多址和组网两个领域。

虽然普遍认为高通开发了CDMA技术，但是CDMA并不是高通发明的，发明人是好莱坞艳星海蒂.拉玛。CDMA技术的标准接收机叫Rake接收机，也于1950年代由贝尔实验室发明。 实际上由于当时普遍认为CDMA的保密性好，一直应用于军事通信。 而高通解决的是CDMA的民用问题，这在当时是普遍不被看好的。

高通解决CDMA民用有三招，分别是功率控制（Power Ctrl）、同频复用（UFR）和软切换。 功率控制解决远近效应，同频复用提升频谱效率，软切换解决切换连续性。 这构成了高通CDMA的技术体系。 这里只简要介绍一下，技术人员可以参考我的书《通信之道》。因为UFR并不是专利，所以高通其实在CDMA上就两个核心专利，其中软切换专利获得美国专利局的授权还载入了高通发展史。

3G在编码领域的主要进展是采用了Turbo码，这是法国电信所资助的教授发明的，是通信发展史上的里程碑，因为它首次充分逼近了香农在1948年所提出的信道容量。

在多天线领域，Alamouti编码应用到了广播信道多编码。因为广播信道在整个业务当中的比重并不大，所以这个编码的作用相对重要性低一些。但是这个编码是多天线技术领域的里程碑，有非常大的影响力。

调制是最基础的通信技术，没有之一。因为基础，所以稳定，一直到现在的5G都没有太大的变化。

可以看出，高通在3G的多址和组网两个方面拥有核心技术。当然，在把核心技术工程化的过程当中也建立起由几千个专利组成的专利组合。 凭着这些专利和芯片的联合运作，收取了大量的高通税。

其实从现在的眼光看，Turbo码和Alamouti码是更重要的核心技术。但这两个核心技术在法国电信和ATT这样的大公司里面，没有进行商业化运作的机制，只是收了一些专利费，没有形成象高通这么大的商业。

4G核心技术

到了4G之后，CDMA技术被OFDM技术所取代。主要的原因是CDMA存在自干扰的问题。高通的功率控制和软切换试图去解决这个问题，但采取的方法是在CDMA缺陷的基础上进行补救，但是怎么补也补不彻底。

而OFDM从根本上克服了CDMA自干扰的缺陷，使得频谱效率得到了很大的提高，那这些补救措施也就没必要了。 所以在4G时代，高通的技术体系被摧毁了。 采用OFDM技术带来了新的问题，解决这些问题导致了三个创新的出现，这就是我在华为提出的sOFDM和软频率复用（SFR）以及爱立信提出的SC-FDMA技术。 我在华为还提出了随机波束赋形（random beam forming）技术，解决了非常火热的循环延时分集（Cyclic Delay Diversity）的严重缺陷。 在调制和编码领域仍然采用了3G的方案。

可以看出，华为在4G的核心技术上已经取代了高通。 但是很可惜，由于华为公司的跟随基因，无法发挥手上的专利核武的威力，还要向高通交钱，也只是向苹果收了点小钱。 但是华为因此避免了专利核武打击，加上华为在产品上的优势，所以华为日子过得很好，在4G时代成为第一大设备制造商。

5G核心技术

5G标准已经制定完成了，盖棺定论后已经可以看得很清楚了。

首先调制这块还是没有变，太基础了，想变也变不动。

因为联想投票门的事情，编码这块的故事很多人都知道。相比于3G/4G采用的Turbo码，5G采用了LDPC和Polar码。 这两个码都是鼎鼎大名，是Turbo码之后通信技术发展的里程碑性的技术。 但是由于Turbo码已经比较接近香农限，虽然这两个码更接近，但是对系统容量的提升已经不大，大概是1～2%左右。

多址这块，对于5G三大场景之一的eMBB这块没有变，还是采用了OFDM。其中爱立信提出的SC-FDMA 从4G的必选项变成了可选项，这是因为它相对于OFDMA并没有什么技术优势。

多址这块NOMA有很大的热度，一度被公认为5G的必选技术。5G标准的早期，几乎所有的厂家都支持这个方向。 但是经过我的论证，NOMA比OFDM的增益严格为零，这是用信息论严格证明的。 所以NOMA既复杂又没增益，属于技术退步。

另外华为还推了F-OFDM，与sOFDM正好相反。sOFDM的思想是所有的带宽所有的环境都用统一的参数，从而获得规模经济效应。F-OFDM强调对不同的环境采用不同参数从而更好的适应环境。 这种做法并没有什么增益，反而丢失了规模效应这个大西瓜，也属于技术退步。

组网方面没有听到什么消息，工作假设应该还是同频复用。SFR和CoMP都是组网方案。SFR非常简单，不需要标准化。 CoMP虽然一度被认为是更先进的技术，但经历了轰轰烈烈的标准工作和产品开发之后，已经是失败了。

多天线这块最响亮的就是massive MIMO，号称可以成百倍地提升系统容量，从媒体上看几乎可以是5G的代名词。 MIMO这个理论1995年提出，已经23年了。它所揭示的对容量的巨大提升致使它一直是学界和工业界的热点。 但是这个技术一直到4G都不是很成功。这个技术有个特点，一演示就成功，一实用就趴窝。 记得20年前我还是小白的时候，在电信展上就看到厂家演示空分复用，用相同的时频资源实现两个用户的同时通信，还互不干扰。 在一个选择的场景下MIMO技术是很容易演示成功的，但是在复杂的实际环境中所涉及的问题的难度，是两个数量级的差别。当然MIMO是一个有潜力的领域，但是其实用化问题仍然没有解决。

MIMO的问题还在于，虽然能够提高容量，但是要增加设备，有成本的。 其实MIMO最朴素的应用就是古老的三扇区天线，一个全向小区分割成三个扇区，容量在理论上增加了三倍，这就是MIMO的原理，虽然说是古板了一点。 所以粗暴一点，搞个9扇区，12扇区，也就是mMIMO了，这个华为已经有产品了。 这和是不是5G没关系。

综合来看，5G相对于4G来说，几乎没有技术进步，在一些地方还退步了。 比如说NOMA，F-OFDM，还有为了保证短时延而采用的自包含结构。

还有，5G采用了更高的频谱。在中国是3.5GHz，还好一点。美国用了28GHz。频率越高覆盖越小，这是无线通信的基本知识。所以同样的网络覆盖， 比起4G的2.6GHz，3.5GHz的投资要高出50%（我也是看来的，看起来合理），而28GHz实现覆盖就是开玩笑了，花5倍的银子也是正常的。

所以从技术角度看，5G比4G没有进步，成本会更高。