全球5G标准竞争：信道编码之争

第一代移动通信主流技术标准就是20世纪80年代美国制定的AMPS，商用的国家和地区超过了72个。同时，英国的TACS制式也有超过30个国家和地区使用。此外，还有日本的NTT、德国的C450、法国的RC2000、意大利的RTMS、瑞典的Comvik和北欧的NMT。第一代移动通信8种不同标准之间相互独立难以兼容互通，仅在欧洲就有6种。因此，第一代移动通信标准只是一个区域性标准。参与争夺1G标准主导权的国家主要有美国、日本、英国、法国。1G时代，美国的技术先发优势和用户的优势使AMPS标准占据了主导地位，美国成为通信市场的佼佼者，美国的摩托罗拉、朗讯等公司占有第一代移动通信市场硬件设备的巨大份额。

第二代移动通信技术国际主流标准有3种：欧盟的GSM、美国的CDMA和日本的PDC。3种标准都是在各自区域内的第一代通信技术的演进，有着各自的技术特点。参与争夺2G标准主导权的主要有美国、欧洲和日本。欧洲众多的移动通信标准给出行者带来极大的不便，因此，早在1982年欧洲邮电管理委员会（CEPT）就开始提出欧洲移动通信标准的统一，进行GSM标准研究，爱立信、诺基亚、西门子和阿尔卡特等电信巨头都积极参与。1987年9月7日，欧洲13个国家的运营者和管理者在丹麦首都哥本哈根签署了谅解备忘录，达成履行规范的协议。1991年，GSM在欧洲正式实施。美国高通公司的CDMA技术标准到1989年才获得美国的认可，1995年才开始正式商用。此时，GSM在欧盟的推动下已经有69个国家在使用。尽管CDMA、PDC标准在性能上优于GSM标准，但是GSM在竞争中仍毫无悬念地胜出，成为主流标准。GSM主要终端制造商诺基亚也迅速崛起，占据了美国和日本的主流手机市场。至1999年，诺基亚公司成为全球移动通信设备最大的制造商，超过了摩托罗拉公司。

第三代移动通信标准出现了“三足鼎立”之竞争态势，主要有中国主推的TD-SCDMA、欧盟和日本主推的WCDMA以及美国和韩国主推的CDMA2000。为了使各自标准被国际电信联盟采用，美国、欧洲、中国都对各自的标准给予了极大的支持。与2G技术标准失之交臂使美国开始觉醒，对高通公司的CDMA采取了一系列的优惠政策，使CDMA在美国本土很快有了广泛的应用。此外，美国还利用国家影响力，成功说服国外的设备制造商支持CDMA标准，并在南美洲和亚洲市场实现商用，为CDMA赢得了全球第二大移动通信市场。于是，美国高通与朗讯、摩托罗拉、北电以及日本研发机构一道研究向ITU提出了CDMA2000标准。欧洲国家为保证在GSM成功运营中获利的欧盟运营商和设备制造商能够继续维持权益，与日本共同提出了WCDMA标准，甚至试图通过立法把WCDMA标准作为发放3G运营频段许可证的前提条件。中国的TD-SCDMA是一项全新的标准，它是中国第一次拥有自主知识产权的通信技术标准，在用户数量、终端数量、运营地区上与WCDMA、CDMA2000有一定的差距。即使如此，中国的TD-SCDMA在提交ITU的过程中，美国公司曾试图联合欧洲、日本的公司对其加以封杀，但是在中国电信主管部门做出“即使ITU枪毙掉TD-SCDMA，中国也有足够的市场空间支持中国标准”的强硬表态后，ITU才最后接纳中国标准作为国际标准之一。无论是WCDMA、CDMA2000还是TD-SCDMA都是基于CDMA技术，高通公司都要收取一定的专利费，高通公司也因此成为3G时代的最大赢家。(www.xing528.com)

第四代移动通信标准主要有TD-LTE和FDD-LTE两种，争夺4G标准主导权的主要有中国和欧洲。LTE（Long Term Evolution），顾名思义，是通用移动通信系统（UMTS）技术标准的长期演进。2004年，LTE作为欧洲4G标准在3GPP多伦多会议上被正式立项并启动。LTE以正交频分复用（OFDM）技术为基础，可分为基于TD-SCDMA的TD-LTE和基于WCDMA的FDD-LTE两种。二者在无线接口和接入网接口的高层规范等方面基本是一致的，主要差别在于对物理层的不同处理方式。TD-LTE是由TD-SCDMA平滑进化而来，主要由中国主导创立。FDD-LTE是由WCDMA演化而来，主要由欧盟主导创立。中国的TD-LTE使LTE标准占据了绝对优势，让高通公司2007年提出的CDMA2000的演进升级版本UMB败北。2008年，高通公司不得不宣布加入3GPP的LTE阵营。LTE成为全球唯一的移动通信标准，尽管有TD-LTE和FDD-LTE两种，但差别极小。4G标准实施以来，美国除了高通公司外，摩托罗拉、朗讯、北电等公司很快消失，美国再次输给欧洲，而且还不得不接受中国的崛起。

第五代移动通信标准是5GNR。LTE成为全球唯一的移动通信标准后，3GPP开始完全主导5G标准的研究与确立。关于信道容量技术，2G用的是TDMA（时分多址），3G用的是CDMA（码分多址），4G用的是OFDMA（正交频分多址），信道容量逐代提升。然而，5G时代3GPP用的还是OFDMA技术，所以信道容量的提升成为5G的一个重要问题。根据香农的“有噪声信道定理”，信道容量就是信道能几乎无误差地传送信息的最大速度，有噪声信道在一定条件下可以可靠地工作。但是，“有噪声信道定理”是一个限制性定律，只指出了无误差“传信率”的上限，并没有给出如何对具体信道计算这个上限。直至今天，寻找最佳编码仍是通信工程和信息论在实践和理论上不断探讨的问题。因此，5G标准竞争实质上就是信道编码之争。几十年来，信道编码技术经过几代人的努力，已经越来越接近香农极限。因为编码方案涉及各国的专利话语权，所以用什么样的编码技术就成为一个焦点。欧洲爱立信公司主张用欧洲人提出的Turbo码，美国高通公司主张用美国人提出的LDPC码，中国华为公司主张用土耳其人提出的Polar码。华为公司主推的Polar码编码技术被认为是迄今唯一能够达到香农极限的编码方法，其纠错性能也超过目前广泛使用的Turbo码、LDPC码。2016年，欧洲编码方案被淘汰后欧洲转而支持美国LDPC码，最终形成了短码用LDPC、控制信道用Polar码的二分局面。5G的编码方案标准之争反映了中国、美国和欧盟的行业主导权之争。在5G标准的制定中，中国三大运营商以及华为、中兴两大设备巨头都积极参与，而且中国移动是唯一报告人和协议主编，领导完成了5G空口场景和需求研究项目，输出5G空口技术纲领性文件。5G标准制定中，中国不再是一个参与者，而是一个领导者。