华的比较：思路、优势与应用领域

位于圣迭戈的高通公司总部如图4-4所示。

图4-4 位于圣迭戈的高通公司总部

高通公司的创始人欧文·雅各布出生于美国马萨诸塞州贝福德的一个犹太家庭。雅各布小时候对于数学与物理兴趣浓厚，据说十一岁时他就在他父母租住房子的走道里建立了自己的小实验室，他的小学、中学学习成绩都非常优异。不过他在大学专业方向的选择上却有点曲折。高中毕业时，学校的职业辅导老师告诉他，学数理化没太大前途，要学管理才有出息，辅导老师还建议他学习酒店管理。就这样，雅各布听从老师的意见申请并进入了康奈尔大学学习酒店管理。

当时，他的一个室友是学化学工程的，室友不断地调侃他说学酒店管理太容易了，还吹嘘说学酒店管理的学生肯定学不了工科，而学工科的学生要学管理则易如反掌。这种说法激发了雅各布强烈的好胜心，正好他的另一个好友是学电机工程的〔美国的电机工程(Electrical Engineering或double E)包含了电子和电机两个方向〕，他和朋友聊了转专业的想法，最后决定申请转到电机工程系学习。

雅各布在电机工程系的表现非常出色，大学毕业后他如愿进入麻省理工学院攻读信息论方向的研究生，并获得了GE fellowship的奖学金。

获得博士学位后，雅各布接受了麻省理工学院的教职，成为一名讲师。在此期间，雅各布编写了一本通信教材，这本和John Wozencraft合著的Principles of Communication Engineering后来成为通信领域比较经典的教材之一。

1966年，雅各布申请并获得了加利福尼亚大学圣迭戈分校的教职。在收到加利福尼亚大学的正式邀请后，雅各布对要不要去犹豫了几天。后来，还是波士顿阴冷的天气和拥堵的地铁帮他下了决心，带着妻子和3个小孩，义无反顾地前往阳光灿烂的加利福尼亚州圣失戈。(他的3个小孩中，Jeff、Paul后来都成为高通的高管，Paul还继雅各布之后成了高通公司的CEO。)

在加利福尼亚大学当教授期间，雅各布有幸遇到了后来的合伙人，当时在加利福尼亚大学洛杉矶分校电机工程系当教授的安德鲁·维特比(Andrew Viterbi)。

说起维特比，搞通信的恐怕没有不知道的，他在通信理论方面的贡献非常大。维特比1935年出生在意大利北部城市贝加莫，四岁就跟随父母移民到了美国。维特比在1952年进入MIT电子工程系学习。1957年维特比硕士毕业后前往加利福尼亚州，在喷气实验室(JPL)工作，并在南加利福尼亚大学攻读数字通信方向的博士学位。维特比后来成为加利福尼亚大学洛杉矶分校电子工程专业的教授。

1966年，维特比当时正在研究信道编码的解码器。他觉得当时在课堂上教给学生的用于卷积码解码的最大似然估计方法过于复杂，并且难于理解。他构想了一种相对简单易懂的算法，可以达到同样的解码效果，以方便教学之用。后来，又经过一年时间的反复琢磨推敲，维特比进一步完善了这一算法，并在IEEE Transaction on Information Theory上发表了题为“Error bounds for convolutional codes and an asymptotically optimum decoding algorithm”的论文。

论文中提出了一种针对卷积码信道编码的解码方法，即著名的维特比算法。该算法利用了“软”决定，即概率信息，通过分析一串接收到的符号和状态转换信息找到最大似然的路径，以准确地匹配发射序列。相对于传统的解码器，这一算法大大地降低了解码的误码率和计算量。维特比解码网格示意如图4-5所示。

图4-5 维特比解码网格示意图

注：码率=1/2，K=3(从接收到的带有错误的数据序列中恢复原始数据序列)。

维特比算法的设计十分巧妙，该算法是目前应用最多的卷积码的解码算法。它把一种指数复杂度的解码问题变成了线性复杂度的解码问题。维特比的这一发明奠定了他在通信业界的地位。后来，他还和雅各布一起创办了Linkabit和高通公司，大大地推进了CDMA的商业应用，改变了整个通信行业。维特比有个女儿，后来成为高通的资深工程师。2007年，维特比荣获麦克斯韦奖。2008年9月，由于发明了维特比算法以及对CDMA无线技术发展的贡献，维特比又获得了美国国家科学奖章。

1968年，雅各布、维特比和Kleinrock教授3个人聚在一起，决定把他们各自的数字通信咨询业务合在一起，并各自出资500美元，在Kleinrock的家里成立了一家叫Linkabit的公司，3人每周大约花一天的时间运行这项咨询业务。

Linkabit初期主要承接美国政府和军方的项目，如卫星和军用飞机上的通信系统，后来又开始为像7-Eleven和沃尔玛这样的大公司开发无线计算系统。随着业务的蒸蒸日上，1971年，雅各布决定从学校休假一年(美国大学的规定，教师每过若干年就可以休假一年，去干自己想干的事情)，尝试一下当全职商人。虽然这对于他获得大学的终身教职是个威胁，但是雅各布认为，“如果你配得上终身教职，那你也就不需要它，因为你随时可以把它要回来”。后来Linkabit的业务发展很好，一年后，雅各布就决定彻底从加利福尼亚大学辞职，专职发展公司业务。

就这样，Linkabit的业务发展迅速。一直到1980年，以60%年增长速度发展的Linkabit被从事射频器件业务的公司M/A-Com以4 000万美元收购。那一年，Linkabit的销售额达到了1.5亿美元。此后，雅各布等人在M/A-Com的管理层又呆了几年才彻底离开并退休。

1985年年底，已经实现财务自由的雅各布以及Franklin Antonio、Dee Coffman、Andrew Cohen、Klein Gilhousen、Harvey White等6个Linkabit的老伙伴在雅各布圣迭戈La Jolla的家中聚会，决定创立今天的高通(Qualcomm)公司。

Qualcomm这个名字来源于英文Quality Communications的缩写，意为有质量的通信。公司的宗旨十分明确，就是要把一直应用于军事通信的CDMA技术应用于民用领域。

高通研究的是基于直接序列的CDMA技术，其基本原理如图4-6所示。这种CDMA技术在基带将数字信号用一个采样率高得多的随机序列进行扩展，然后再进行通常的调制。和跳频通信一样，这一处理过程同样达到了扩展频谱、抗干扰和保密的效果。虽然同样是扩展频谱，但是它与以前军用的跳频系统还是有所区别的。

图4-6 直接序列CDMA扩谱通信原理示意

在DS-CDMA系统中，不同用户的数据流被相互正交的码加扰，然后通过同一个频率和时间资源进行通信。打个比喻，这个就好像在同一个房间里有很多人使用不同国家的语言在说话，虽然环境嘈杂，但人们相互间还是可以沟通并听懂相同语言的对话。而对于不懂这些语言的外人来讲，则完全听不懂他们在说什么。因此，CDMA具有很强的抗干扰性和保密性。

多径效应历来是无线通信中一个令人很头痛的问题，CDMA却可以十分巧妙地通过一种叫RAKE的接收机(最先由MIT林肯实验室的Bob Price和Paul Green发明，用于雷达信号)处理接收。在这种接收机中，若干相关检测器分别捕获发送信号通过不同无线路径的接收版本信号，并通过信号处理方法把结果整合起来，做出最优的判断，获知发射端的信号，从而有效地利用无线通信中令人头痛的多径效应。

高通公司在成立之初的第一个产品是利用CDMA技术开发的卡车通信系统，称之为Omni Tracs。这种卡车通信系统利用Ku频段卫星通信，这一频段原先大多用于拥有较大天线的定向固定卫星接收终端。由于FCC规定任何小型化的移动终端都不能对原有的通信形成干扰，因此高通提议采用CDMA扩谱技术，正好避免对原有Ku频段的VSAT产生干扰。其原因就在于扩展后的宽带信号对于窄带信号而言看起来就像是一个低幅度的宽带的干扰，通过窄带滤波可以消除其中绝大多数的干扰能量。

高通设计了一种10英寸(1英寸=2.54 cm)的小型定向天线，其可以准确灵敏地接收来自卫星的信号，此外还有配套的小型化的信号处理装置以及显示终端和键盘，可以安装在卡车上供司机使用。这个系统在1988年获得了FCC的许可。这个系统利用卫星把卡车和公司总部联系起来，使卡车公司可以掌握所有车辆的状况，这对于卡车公司来讲非常有价值。1988年10月，OmniTracs的第一个客户Schneider卡车公司在其约10 000辆的卡车上安装了OmniTracs的卫星装置。后来，这个卫星系统一直发展到拥有上百万用户。

OmniTracs部门成了当时高通的现金牛，在第二代移动通信系统产生收入之前支撑了公司的运转和对陆基CDMA系统以及芯片业务的高研发投入。(www.xing528.com)

CDMA在卡车卫星系统上获得成功后，创始人之一的Gilhousen建议高通进入蜂窝网移动通信领域。这和维特比的想法有点不谋而合，后者在1982年的一篇论文中就曾提出过这一想法。不过，把CDMA技术应用到陆基移动通信并不容易，有很多困难需要克服。

比如，在卫星通信中，地面接收终端到卫星的距离大体是相同的，因此，卫星接收到的来自各个终端的信号大致也相差不大。而在蜂窝移动通信系统中，终端和基站的距离可以变化很大，有些终端在基站附近，有些则在小区的边缘地带，这样，当系统采用CDMA技术时，就会产生所谓的远近效应(near far effect)，即距离基站较近的终端对处于小区边缘的距离基站较远的终端的接收信号产生严重干扰。这是CDMA系统在蜂窝网中应用时要克服的一个很大的困难。学术界研究了很多的方案，以克服这一现象，如各种基于信号处理的多用户检测技术。后来，高通公司开发了功率控制技术并解决了此问题，即靠近基站的终端采用较低的发射功率，而在小区边缘的终端采用较高的发射功率，使得基站接收到的来自不同用户的信号大致相同。这样减少了终端的功耗，电池使用寿命也得到了延长。在CDMA的实际应用中，还有开环控制和闭环控制两种方法，控制频率可以高达每秒1 500次。

除了通过功率控制技术解决远近干扰问题，高通还发明了小区间的同频复用和软切换，以及可变速率的Vocoder等技术。这些核心技术和专利日后成为高通的一大收入来源。高通公司申请专利有一个特点，不是简单地申请单一的核心技术专利，而是申请一大批相关的专利组合，以使他人无法绕过其核心专利。正是因为他的专利城墙足够高，护城河足够宽，而且非常严密，高通才从他的专利中受益匪浅。当时的高通既聚集了美国通信业界最优秀的学者和工程师，也聚集了最优秀的专利法律师。

早期高通的公司文化非常像大学，招收业界最优秀的工程师，给予优厚的待遇和充分的自由，甚至每人都有自己的办公室。公司还有健身房，每天早上和晚上提供各种免费的美食与水果。高通曾经是美国成长最快的企业之一。

高通招人的面试也很有特点，通常面试官很少直接询问专业知识，而是给出基本的条件假设，让面试者用所谓的第一原理(first principle)去解决一个问题(比如数学问题)。通过被面试者解决问题的过程来考察其智力水平和解决问题的能力。对工程师的管理，高通的名言是“没有人会告诉你做什么，你应该自己发现该做什么”。

高通网罗了美国通信业界优秀的人才，维特比和雅各布就是业界大牛。距离高通不到2英里(1英里=1.61 km)的加利福尼亚大学圣迭戈分校(UCSD)为高通提供了充分的人才。许多优秀的毕业生加入高通，另外，很多通信业界的知名学者都在UCSD任教。因此，和位于加利福尼亚圣何塞(San Jose)的硅谷相对应，高通公司和UCSD所在的圣迭戈索伦托峡谷(sorrento valley)又被称为“无线谷”(wireless valley)。

在20世纪80年代到90年代初期，高通公司虽然在技术上十分先进，但在财务上却基本处于亏损状态。通过IPO(首次公开发行股票)融资来的钱，以及OmniTRACS和Eudora电子邮件软件获得的利润基本上都被投入CDMA系统的开发中去。当时的人们对于CDMA技术还持怀疑观望态度。

幸运的是，美国的移动通信行业协会(Cellular Telecommunication Industry Association，CTIA)认为，美国的2G应该要超越欧洲的GSM系统，并设定了比早期的AMPS容量提高10倍以上的目标。当时，AT&T和摩托罗拉等公司提出的AMPS演进版本(即基于IS-54的D-AMPS)无法达到这个宏伟目标，这样就给了主推CDMA的高通一个机会。就这样，在1989年，高通向CTIA正式提出了基于CDMA的蜂窝网解决方案。

与在D-AMPS和GSM中广泛使用的TDMA技术相比，CDMA有很多优点，具体如下。

①频谱效率高。CDMA在同一频谱资源上叠加了很多用户的信号，它的频谱效率大约可以达到TDMA系统的3倍。

②基站覆盖范围大。在接收端采用RAKE接收机可以有效地利用无线信道多径效应，CDMA的链路增益超过GSM 3～6 dB。

③同频复用。同一个频率资源可以在不同小区甚至相邻小区反复使用，大大地简化了网络规划。

④跨越小区时采用软切换。即终端同时和几个基站通信，切换时不需要先切断再连接，用户体验好，不易发生切换失败。

1989年，高通说服了运营商Pac Tel一起开始对CDMA系统进行现场测试。

当时Pac Tel的CTO是华裔学者William Lee(著有Mobile Wireless Communication一书)，他对CDMA这种新技术持非常支持的态度。现场测试的成功极大地提高了人们对CDMA系统的信心。1993年，美国的电信工业联盟(TIA)决定同意采纳CDMA为工业标准。运营商Sprint和Verizon也决定采用高通的CDMA系统(而不是当时非常流行的GSM)。TIA批准了CDMA的第一个标准IS-95(意为Interim Standard 95，又称为cdmaOne)。从此，2G出现了3个标准，即GSM、D-AMPS、cdmaOne。至此，高通终于摆脱了发展的停滞和前景的不确定性，走上了快速增长的道路。

此时，高通的CDMA技术已经非常成熟，除了芯片设计部门(主要设计基于CDMA基站和手机的芯片，具体生产则通常交由台积电等芯片生产厂商完成)，还成立了CDMA基站和CDMA手机业务部门。此外，高通还授权CDMA技术给其他的芯片和终端设备厂商。

高通的专利授权模式比较奇特，即不仅被授权的芯片公司要向其支付专利使用费，使用该芯片的设备商(如手机制造商)也得按手机数量向其支付专利费，有时专利费甚至高达手机价格的7%。因此，其每年的专利费收入就非常可观了。据传有人曾经在一次会议上问高通的CEO，“高通的芯片如果有一天被用于汽车上，那汽车公司是否也要按整车价向高通支付专利费呢?”据说他略作思考后幽默地回答道，“理论上，好像是应该这样。”

1998年后，高通调整公司架构，把基站部门(连同位于Lusk Blvd的具有象征意义的Q号楼，即总部大楼)出售给了瑞典的爱立信，把手机部门出售给了日本的京都陶瓷，公司进一步聚焦于CDMA技术开发授权和移动芯片的设计。次年，高通在纳斯达克的股价翻了26翻，成为当时美国股价上涨最快的公司。也就是在这一时期，有不少早期元老卖掉股票，离开公司，享受生活去了。到2000年，高通已经拥有6 300名员工，销售额超过了320亿美元，利润达6.7亿美元。其主要收入来源于CDMA芯片、技术授权和其他的无线通信。

移动通信进入了3G时代后，CDMA由于其具有当时最优异的特性，成为唯一主选的波形和多址技术。虽然在这一时期，3G又分为欧洲的WCDMA、美国的cdma2000，以及中国的TD-SCDMA，但是高通作为CDMA技术的主导者，具有的技术优势无可动摇，继续通过专利授权和芯片销售获得了极其可观的收益。

2005年后，雅各布的儿子保罗(原手机业务部的副总)继任公司CEO。保罗调整研发项目，进一步聚焦于物联网领域。

2013年，Mollenkopf成为CEO，公司进一步调整，聚焦于汽车、可穿戴设备和其他新兴市场。

在通信界很多大公司都通过收购兼并来增强自己的实力，弥补不足，在这方面高通做得比较成功。从1997年起，高通共进行了超过50次的收购，这些收购多数获得成功。通过收购，高通获得了公司进一步发展所需要的技术，巩固了其在无线通信领域的竞争优势。

高通是一家通过颠覆性的技术创新获得成功的公司，他独自推动并开创了一代移动通信技术，对于通信技术的进步贡献非常大。在获得成功后，他并没有固步自封，或者染上高福利、低效率、远离客户等大企业常见的毛病，而是通过研发以及收购等手段不断获得新的技术，建立新的竞争优势。虽然起步于2G和3G时代，但是在4G和5G时代，他仍然是最大的移动通信芯片供应商和专利授权者之一。