深入了解在蜂窩通信中發(fā)揮核心作用的三項(xiàng)高通技術(shù)

Lorenzo Casaccia， Qualcomm歐洲公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)副總裁

在之前的文章中，我曾用樹(shù)做比喻，說(shuō)明高通是全球5G技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)軍企業(yè)。我解釋了蜂窩通信領(lǐng)域的不同技術(shù)如何發(fā)揮不同的作用，并具有不同的重要性，這與大樹(shù)的不同部分相類似。一些基礎(chǔ)性的想法在基礎(chǔ)層面確保了蜂窩通信得以實(shí)現(xiàn)，就像樹(shù)干一樣支撐了整個(gè)通信系統(tǒng)。其他一些想法宛如樹(shù)枝，助力蜂窩通信技術(shù)向不同應(yīng)用和最終用例擴(kuò)展。還有一部分想法聚焦改進(jìn)和優(yōu)化，這很像樹(shù)葉——小且眾多，就其個(gè)體而言不如樹(shù)干和樹(shù)枝重要。高通是全球蜂窩通信技術(shù)研發(fā)和發(fā)明的領(lǐng)軍企業(yè)，因?yàn)槲覀儗Ｗ⒂?G之樹(shù)的樹(shù)干和樹(shù)枝，即實(shí)現(xiàn)蜂窩通信的最基本想法、理念和突破性技術(shù)。

在本文中，我想更深入地探討這些基礎(chǔ)發(fā)明中的幾個(gè)關(guān)鍵例子，以此說(shuō)明高通的蜂窩技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力：其中一項(xiàng)新發(fā)明構(gòu)成了5G的基礎(chǔ)，另一項(xiàng)發(fā)明在LTE中出現(xiàn)并在5G中得到演進(jìn)，最后一項(xiàng)發(fā)明正將5G擴(kuò)展到最前沿的全新垂直行業(yè)。

第一個(gè)例子：

先進(jìn)信道編碼——高效地傳輸數(shù)據(jù)

在無(wú)線通信中，不可能僅僅通過(guò)無(wú)線電波發(fā)送原始數(shù)據(jù)并期望它以發(fā)送時(shí)的狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)用戶。無(wú)線信號(hào)可能隨著距離衰減、被遮擋或因干擾或噪聲而產(chǎn)生混亂，這意味著在傳輸過(guò)程中會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)通過(guò)無(wú)線電波發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)向數(shù)據(jù)中額外加入信息，以便恢復(fù)丟失的信息。這稱之為“信道編碼”：在傳輸過(guò)程中增加額外信息，確保接收器可以檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤，從而讓用戶收到所有數(shù)據(jù)。生成和傳輸數(shù)據(jù)越快，也就需要越快地加入額外信息，這樣編碼和解碼消耗的功率就越多。5G具有超快數(shù)據(jù)傳輸速度，顯然已有的4G編碼方案（稱為“Turbo編碼”）無(wú)法進(jìn)一步降低功耗。

預(yù)見(jiàn)到上述基本需求，高通在5G商用前十多年開(kāi)始研究先進(jìn)LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)）信道編碼技術(shù)。廣義而言，自二十世紀(jì)六十年代最初發(fā)明以來(lái)，LDPC碼已經(jīng)存在數(shù)十年了。對(duì)于5G，我們從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，將LDPC和混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ，蜂窩通信工作原理的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)）相結(jié)合，這樣可以支持向高達(dá)數(shù)十Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度擴(kuò)展，同時(shí)將功耗最小化。

我們?cè)诙x5G正式標(biāo)準(zhǔn)的全球協(xié)作組織3GPP 宣傳、演示和推動(dòng)該想法。新的5G數(shù)據(jù)信道編碼方案曾有多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性備選方案，但最終高通的LDPC設(shè)計(jì)入選最佳方案。目前，5G中所有數(shù)據(jù)都在使用高通的先進(jìn)LDPC創(chuàng)新，這使得5G的超高數(shù)據(jù)速率成為可能，同時(shí)還控制了功耗，從而縮減了電池大小。

第二個(gè)例子：

免許可頻譜——擴(kuò)展蜂窩通信“不動(dòng)產(chǎn)”

頻譜是很稀缺的自然資源，堪稱無(wú)線通信的“不動(dòng)產(chǎn)”。頻譜由政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)管理，通常對(duì)不同頻譜頻段進(jìn)行拍賣(mài)，或者許可給各家電信運(yùn)營(yíng)商使用，這成為這些運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)。在美國(guó)最近的一次拍賣(mài)中，3 GHz空間的一小段頻譜競(jìng)價(jià)超過(guò)800億美元。

不過(guò)，一些頻譜通常一直沒(méi)有被許可（比如未分配給任何運(yùn)營(yíng)商），而是以免許可的方式被用于其他應(yīng)用（例如Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)）。傳統(tǒng)上，這些免許可頻譜被認(rèn)為無(wú)法用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，但數(shù)年前高通開(kāi)始探索利用免許可頻譜滿足日益增長(zhǎng)的LTE帶寬需求，與此同時(shí)仍然可靠地與Wi-Fi用途共享這些頻譜。2013年12月，我們針對(duì)LTE引入了上述想法，而在此五年之前，高通就已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)研究。我們?cè)谠妇啊⒀芯俊⒔逃?biāo)準(zhǔn)化和商用工作中發(fā)揮了引領(lǐng)作用，消除了生態(tài)系統(tǒng)中許多公司的懷疑態(tài)度。漸漸地，我們成功地論證了這個(gè)想法不僅奏效，而且顯著地改進(jìn)了LTE。

得益于高通技術(shù)公司的研發(fā)愿景和領(lǐng)導(dǎo)力，該技術(shù)被證明是成功的，以“許可輔助接入”(LAA，License-Assisted Access）這一名稱被納入LTE標(biāo)準(zhǔn)Release 13。LAA為千兆級(jí)LTE提供了支撐，開(kāi)啟了全新的容量、速度和部署能力。目前，LAA在大量終端中被廣泛使用，包括諸多大受歡迎的Android手機(jī)和目前全部iPhone機(jī)型。

此后，我們持續(xù)改進(jìn)免許可頻譜的使用，并在5G中加以演進(jìn)，在5G中這項(xiàng)技術(shù)被稱為“NR-U”。高通在5G NR-U領(lǐng)域的發(fā)明有助于緩解頻譜約束，增強(qiáng)部署和速度，賦能基于免許可頻譜的5G企業(yè)專網(wǎng)，后者可以為部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供支撐。

第三個(gè)例子：

衛(wèi)星通信——將5G擴(kuò)展到新高度

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在數(shù)十年了，但傳統(tǒng)上一直使用專有技術(shù)和專用設(shè)備。這導(dǎo)致衛(wèi)星通信規(guī)模有限并且服務(wù)昂貴，在大眾市場(chǎng)使用場(chǎng)景中遙不可及。

從二十世紀(jì)九十年代初開(kāi)始，高通長(zhǎng)期研究衛(wèi)星通信。進(jìn)入5G時(shí)代，衛(wèi)星通信界被充滿活力的5G生態(tài)系統(tǒng)吸引，在3GPP中啟動(dòng)了一些相關(guān)項(xiàng)目，最初是將公共安全應(yīng)用、固定無(wú)線接入和窄帶物聯(lián)網(wǎng)連接作為早期目標(biāo)。在高通，我們很早就認(rèn)識(shí)到，智能手機(jī)有可能將衛(wèi)星通信作為5G中的核心特性加以充分利用，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于業(yè)界最近對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注。我們推動(dòng)該項(xiàng)目的核心部分進(jìn)入智能手機(jī)，這一領(lǐng)域蘊(yùn)含著最廣闊的機(jī)遇，但也最為復(fù)雜，因?yàn)槭謾C(jī)的小巧外形不允許使用大天線。高通技術(shù)公司在3GPP最新的5G Release 17標(biāo)準(zhǔn)中引領(lǐng)了衛(wèi)星通信功能的研發(fā)，并將在5G Advanced中繼續(xù)面向最終用戶終端和物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展。

為智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)帶來(lái)5G衛(wèi)星通信（也稱為“非地面網(wǎng)絡(luò)”，NTN），將賦能真正完整的全球覆蓋。衛(wèi)星通信正在從 SMS應(yīng)急短信功能（比如最近推出的Snapdragon Satellite）向提供真正的衛(wèi)星移動(dòng)寬帶擴(kuò)展。通過(guò)這種擴(kuò)展，5G有可能連接極端地域和偏遠(yuǎn)地區(qū)，支持面向遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)終端的網(wǎng)絡(luò)，并在發(fā)生自然災(zāi)害等重大地面故障時(shí)提供備用支持。

持續(xù)發(fā)明創(chuàng)新

目前蜂窩通信技術(shù)已經(jīng)成為我們生活、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中的一個(gè)重要方面。三十多年來(lái)，高通公司通過(guò)全球領(lǐng)先的研發(fā)、測(cè)試、創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)導(dǎo)力和商用工作持續(xù)推動(dòng)移動(dòng)技術(shù)發(fā)展，從早期2G和3G，到擴(kuò)展移動(dòng)寬帶功能的4G，再到具有實(shí)現(xiàn)超快速度和智能網(wǎng)聯(lián)邊緣的5G，乃至目前的5G Advanced和未來(lái)通信。我們的想法構(gòu)成了移動(dòng)通信之樹(shù)的樹(shù)干和樹(shù)枝，整個(gè)通信系統(tǒng)以此為基礎(chǔ)，這讓高通成為蜂窩技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的研發(fā)領(lǐng)軍企業(yè)。賦能全球連接的下一代技術(shù)進(jìn)步，高通永遠(yuǎn)值得信賴。