揭秘4G核心专利并不在高通！在中国！
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下面正文
从2012年10月份决定写《通信之道》,到现在差不多两年半的时间,第一版终于成稿,以此文作结。
3G霸主
1985年,在美国硅谷成立了一家叫Qualcomm(高通)的公司。
这家公司把军用的CDMA技术用于民用通信,推出了IS-95标准,成为与欧洲的GSM竞争的第二代移动通信系统。
在第二代的商业竞争当中,GSM还是取得了的胜利。
但是在高通公司的创始人当中有一位世界级的科学家,叫做Andrew Viterbi,就是那位Viterbi译码算法的发明人,IEEE Fellow,并获得了美国最高科技奖。
在他的推动下,产业界相信了CDMA代表了无线通信技术的发展方向,因此第三代移动通信的三个国际标 准,WCDMA, CDMA2000和TD-SCDMA都采用了CDMA技术。
高通在开发CDMA技术的时候,将大大小小的技术都申请了专利,专利的具体数字不是很清楚,一般说来是两千项左右。
其中最核心的有两项技术,一是软切换,二是功率控制。
CDMA并不是高通的原创发明, 其发明人是大美女海蒂.拉玛,关键的raker接收机技术也于1970年代发明。
也就是说,在高通之前,基本的CDMA链路技术已经具备,高通解决的是应用于蜂窝通信当中的组网问题。
Raker接收机, 功率控制,同频复用,软切换构成了CDMA系统的技术框架,其中高通把软切换专利获得USPTO授权载入了公司发展史。
当初除了高通之外,所有人都不看好CDMA的民用前景,所以高通垄断了CDMA专利。
美欧对知识产权的保护力度非常大,当CDMA技术成为3G的唯一技术 方向后,高通利用其专利收取了巨额的许可费用,从一家小公司发展成为行业巨头,并取代Intel成为最大的IC公司。
业界把交给高通的专利许可费俗称为高通税。
这个税对不同的厂家是不一样的,具体多少要看双方的专利实力的对比,以及商业和政治上的多种因素。
对于一些终端厂商,高通税可以达到手机售价的7%, 是整机价格的7%, 而不是利润的7%,简直就是抢钱。
为了避开高通的专利牵制,欧洲厂家其实是蛮拼的。
本来高通已经有了IS-95标准,既然3G大家都同意采用CDMA技术,3G的活交给高通干了就行了。
但如果是这样的话就会被高通死死捏住,欧洲作为2G的老大,是绝对不能忍的。
于是欧洲国家联合起来,又拉拢了中日韩成立了3GPP标准组织,制定3G的通信标准WCDMA,处处要跟高通搞得不一样。
高通对3GPP是不屑的,CDMA技术的所有专利都是我的,你还能变出什么花样来?
所以高通对3GPP的参与是消极的。
但是欧洲打着国际组织的旗号,占据了道德的制高点,一个公司和国际组织对抗是不行的。
于是高通拉了几个美国公司成立了3GPP2,制定CDMA2000标准。
3GPP2虽然也是国际组织,但其实就是高通开的,大小事都是高通说了算,开放程度远不及3GPP,所以2。
当然大家都很清楚了,3G还有第三股力量,就是中国的TD-SCDMA,也是在3GPP里面。
这样就形成了WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三国演义的局面,偏离了ITU提出的在3G实现统一标准的目标。
3GPP是众人拾柴火焰高,在3G市场上占据了大部分的份额。
高通一开始全力经营3GPP2,对3GPP并不积极,后来看到3GPP势头强劲,也积极参与3GPP 的活动。
主导WCDMA标准制定的诺基亚、爱立信,都宣称自己拥有WCDMA百分之二三十的专利份额,而一些统计机构说高通只占有百分之十左右的专利。
但实际上,无论是爱立信还是诺基亚,都是要向高通缴纳专利费的。 这是为什么呢?
在国家自主创新战略的驱动下,媒体对专利也非常感兴趣,但是一说到专利就陷入了谁谁占百分之多少的语言格式。
专利是最不能用数量来衡量的东西之一。
只说有多少个专利, 就象数钱只数张数而不看面值一样荒唐。
人民币的面值最大100元, 最小1毛,相差1000倍。
而一个专利的价值,大可以到数亿美金,而小可以为负数,动态范围比人民币大得多。
当然,专利的价值估计比较复杂,不象钞票那样印在脸上。
尽管高通在WCDMA上的专利数量没有诺爱多,但还是要收它们的专利费。
且不讨论商业模式的问题,高通掌握CDMA的核心技术,这个大家都是承认的。
那么什么叫核心技术呢?
由谁来认定核心技术呢?
会有人说,核心专利不是在ETSI声明吗?
不是有专利评估机构吗?还有人会认为是中央电视台说了算。
其实这些都被利益方操纵,都不靠谱。
谈论专利的时候我经常会用茶杯作例子。
一个茶杯,大概有三项核心技术,可以这样排列:1. 盛液体的容器,2. 杯座,3. 杯把。
第一项是最核心的,漏水就什么都不要说了。
茶杯要放在一个地方,所以需要一个杯座,要拿在手里,需要一个把。
后两项也是核心,但是如果不怕麻烦,也不是非有不可。
比如说用化学烧瓶做茶杯,圆底可以找个架子放,没有把可以拿着脖子,但是这毕竟太麻烦了。
茶杯一般还会有杯盖,但是很多时候杯盖砸了,平民百姓还是照用。
还会画个画镀个金什么的,就更漂亮了,这些对于喝茶的功能来说就不是很重要了。
当然,我们不是谈茶杯作为奢侈品或者艺术品的功能,从艺术品的角度能不能盛水倒不是很重要。
从茶杯的例子我们大概可以体会如何判断核心技术,就是如果避开这项技术对整个系统的影响如何。
如果不能盛水,就变成篮子了,所以是最核心的。
如果没座没把,日常使用太麻烦,所以也是核心,但是重要性低了一些。
有了这三项,就完成了茶杯的基本功能。
加个盖子也很好,没有它也能用,重要性又降低了一点,至于其他的,是圆的还是八角的,写什么字画什么画,就不是核心技术了。
现在有一个口号,叫做“技术专利化,专利标准化”,一是强调专利的作用,二是强调专利要写入标准。
当然,技术如果没有专利,就是对人类做贡献了,必须有专利才能在商业上获利。
如果专利写入了标准,就成为标准必要专利,意味着只要 标准实施了,专利就会被侵权,就可以主张权利了。
3GPP就是一个角斗场,各方合纵联合,唇枪舌剑,熬夜加班,为的是将自己的专利写进标准里面。
欧洲抛弃IS-95重新搞一个WCDMA标准,是产业竞争 的需要,也是为了把自己的专利写进标准。
但是高通已经搞出了一个基于CDMA技术的通信标准,并且进行了专利覆盖,在CDMA的框架里搞是难以搞出核心专利的。
就像别人已经做出了一个茶杯,能盛水,有座有把,连盖和画都有了,再搞一个也就是能写个不同的字,画个不同的画,断不可把座和把去掉的,否则就卖不出去了。
WCDMA标准本着故意不同的原则,也搞出了很多专利,但是没有核心的,高通的核心专利软切换和功率控制是躲不过去的,CDMA原理和raker接收机当 然更是躲不过去,只不过专利已经过期了。
诺爱等厂家, 虽然没有特别核心的专利,但是标准是它们主导制定的,专利也有一大把,它们的宣传口径就是我们制定的标准,专利当然是我们多,占多少多少云云。
而高通呢, 由于掌握核心专利,天天在学术界说软切换,功率控制如何如何重要。
因为有大师Viterbi领军,而且确实能说出花样来,学术界都相信了。
而其他厂家,心里虽然恨, 但是要在学术界混点名堂出来,也得说这几样,说点细枝末节的东西没人理会。
这样一来学术文章上扑天盖地都是软切换,功率控制什么的,想说人家不核心都不行。
从这里你可以看出学术界的这种公开透明的体系对技术价值评判的重要性,没有这个,你再有理也是说不清的。
但是,从后来的发展来看,我认为3G里最重要 的技术应该是Turbo码和Alamouti码。
所以, 即使在WCDMA标准上,高通也掌握了核心专利,所以能够挥舞专利大棒到处收钱。
而这些欧洲厂家,也可以欺负一下华为中兴等厂家,华为是在HSDPA阶段才开始参加3GPP的标准活动的。
技 术是不断发展的,一个通信标准要想有生命力,必须给大家指出发展前景是如何的辉煌,所以无论是3GPP还是3GPP2,都要不断地描绘演进路线。
WCDMA按照R99, HSDPA,HSUPA的路线演进,而CDMA2000向EV-DO的方向演进。
本来大家都是按照既定计划办事,没想到半路杀出个程咬金,打乱了原来的进程。
4G变局
新杀入的力量是Intel,是IT(Information Technology)界人士,就是搞计算机互联网那边的。
现在有一个无人不晓的东西叫做WiFi,是IT界搞出来的东西。
在Wifi取得了成功后, IT界的野心膨胀,想进一步蚕食CT(Comunication Technology)的地盘。
WiFi对应的标准是IEEE 802.11,是无线局域网协议,而用于抢地盘的标准是802.16,是一个城域网标准,说白了就是比局域网的覆盖范围大,在商业上的名称是WiMax。
CT 这边是CDMA一统天下,而Wimax却采用了OFDM技术。
说起来OFDM也不是什么新技术了,是1960年代贝尔实验室的Chang发明的,到1980年代建立了比较完整的链路技术框架,这个跟CDMA的发展历 程有些相似,从时间上大概晚了十多年。
OFDM技术已经在ADSL,DVB等领域获得了商用,并且1998年在ITU征集3G提案的时候,也有几个基于OFDM的提案,但是实在敌不过Viterbi老先生领军的CDMA阵营,没闹出什么动静就被毙掉了。
随着CDMA技术的商用,其技术缺陷日益显现,这时候OFDM又杀回了无线通信领域。
CDMA最大的弱点就是自干扰,为了克服这个缺点,多用户检测(MUD)技术成了当时的研究热点。
TD-SCDMA最核心的技术叫联合检测,就是多用户检测技术,而我所发明的频域算法至今都是业界效率最高的可商用算法。
MUD的问题在于复杂度有点高,而且WCDMA和CDMA2000的系统设计对MUD的支持也比较困难,无法商业化。
但是经过这么一番研究之后,发现MUD可以 使容量加倍,反过来也可以衬托CDMA的固有缺陷。
这个时候由于Wimax的搅局,OFDM进入了CT的视野,它通过循环前缀和频域均衡等不太复杂的技术,有效地消除了用户间干扰。
也就是说, OFDM和MUD的效果是差不多的,但是复杂度小了很多。
这个时候CT界的小伙伴门明白过来了, 原来大家伙都被高通的这位Viterbi老先生给忽悠了。
Wimax使用了OFDM技术,立刻使得CT的小伙伴们亚历山大。
这时候出现了三股力量,一是技术上的澄清,二是高通的专利之困,三是Wimax的竞争,三股力量的合力使得3GPP在2004年底开始了LTE项目。
LTE 的英文是Long Term Evolution,就是长期演进的意思。 现在LTE已经商用了,就是大家所熟知的4G,但是刚提出来的时候为什么羞羞答答地叫LTE而不是4G呢?
其实WCDMA一直在演进着,最初的版本叫Release 99,就是1999年的版本,后来的版本改变了命名规则,叫R4, R5, R6, R7, 每个版本都加入一些特性,但是CDMA的技术框架没有变。
到了LTE,要把CDMA干掉而采用OFDM,实际上已经不能叫演进, 而是革命了, 正确的叫法就是4G。
但是概念刚提出的时候要争取到运营商的支持,运营商天性是守旧的,因为它已经在3G上投入巨资,当然不愿意被革命掉,所以玩了个文字 游戏叫长期演进。
而实施商用的时候,面对的是用户,当然是4G更高大上,消费者更愿意买单。
3GPP 启动了LTE,高通掌控的3GPP2也启动了UMB项目,算是应景之作。
3GPP搞LTE是为了摆脱高通的牵制,高通搞UMB当然不想把自己干掉。
高通在业内已经赚得了流氓的恶名,和小伙伴们越走越远,UMB没人支持,日渐式微。
最终高通还是明智的,把UMB停掉了。
在3G时代,高通垄断了CDMA的核心 专利,并且IS-95标准在前,因此高通可以任性地单独搞一个CDMA2000。
尽管如此,在产业上还是处于劣势。
在4G时代,高通已经没有了这种优势, 再任性下去是死路一条。
4G的标准终于统一到了LTE,从这个角度看,高通是为产业做了贡献。
当然, LTE分FDD和TDD两个模式, 但还是一个标准。
高通放弃了UMB,当然就全力参与LTE了。
做了这么多年的CDMA,而且相当成功,赚取了大把的银子,肯定是很自恋的。
在这种公司当中,一般是容不下异己的力量存在的。
典型的例子就是柯达,明明是自己发明的数码相机,结果老是让人家当配角,结果被自己的发明革掉了命。
在高通是CDMA派说了算,即使有技术专家研究 OFDM也是讨不到好的,因此高通在OFDM上是没有技术积累的。
现在搞LTE要用OFDM,肚子饿了现种粮食哪来得及呢?
但是高通有大把的银子,可以买饭来吃。
美国是一个创新型的国家,各种技术初创公司层出不穷。
有一个公司叫Flarion,就是研究用OFDM做移动通信的,它们开发的系统叫做Flash- OFDM,翻译成中文可以叫做"一闪一闪的OFDM"。
高通公司相中了Flarion, 于2006年用8亿美金收入囊中,当然是冲着它的专利去的。
一时间媒体舆论大哗,高通又垄断了OFDM的核心专利,大家又要为高通打工了。
其实媒体并不懂技术,咋就得出这个结论呢?媒体的逻辑很简单:高通又不是傻子,如果没有核心专利,干嘛花8亿美金啊?
这种由果及因的推理方法其是是蛮不靠谱的。人家柯达几百亿地赚,你以为是傻子么?还不是照样倒闭了。
前面已经介绍了,OFDM并不是新技术,链路技术框架已经在1980年代就基本完备了。
它已经用于ADSL和DVB,ADSL就是一个链路,DVB虽然需要 组网,但是所有天线发射相同信号,本质上也只是链路技术。
现在要用于移动通信,需要解决组网问题,这和高通在CDMA上需要解决的问题是相同的。
Flash-OFDM是Flarion的商标,脸面上的东西当然就是最得意的东西,这个一闪一闪的Flash,就是Flarion解决OFDM用于移动通信的组网方案。
OFDM的中文名称是正交频分复用。
既然是频分复用,本质上就是FDMA了,这是第一代移动通信的多址技术,大家都是清楚的。
就是因为清楚这个, FDMA的弱点也成为对OFDM的担心。
FDMA要采用比较大的复用因子,而CDMA凭借同频复用统一了3G的天下,OFDM要怎么办呢?Flarion 提出了快跳频的OFDM方案,现在归类于干扰随机化方案。
一个OFDM载波被划分成了很多个很窄的子载波,有些子载波上的功率大,对相邻小区的干扰就大;有些功率小或者没有使用,干扰就小或者无干扰。
但是在频率复 用的设计上要照顾到最坏的情况,就要求使用比较大的复用因子,降低了系统的频谱效率。
而CDMA技术通过扰码的随机性使得干扰比较平均,所以实现了同频复用。
受CDMA的启发,通过快速的跳频也可以使得OFDM系统的干扰平均化,这样就不必照顾最差的情况,而按照平均情况进行频率复用方案的设计,从而实现同频复用。
解决了OFDM同频复用的问题,Flarion应该是非常得意的,所以把这个方案作为自己的技术商标。
高通也是看中了这个,才肯出那么高的价钱。更为关键的是,采用了干扰平均化的思想后,高通的软切换技术还可以继续在LTE当中应用,这可是高通的命根子。
有人可能会很奇怪,为什么这么凑巧,Flarion开发的技术这么对高通的脾气?这是因为在3G时代高通的CDMA已经一统江湖,其大杀器就是同频复用。
Viterbi先生说,由于CDMA复用效率高,使得其频谱效率是AMPS的20倍,这可真是把小伙伴们都吓傻了。
还有另外一位厉害的角色叫做David Tse,是加州伯克利的教授,他继承了信息论鼻祖Claude Shannon的衣钵,是信息论的第三代掌门。
在其名著《无线通信基础》当中,他用信息论证明了同频复用的效率最高。
这样,同频复用就成了移动通信的标杆,是没有人敢于怀疑的。
然而同频复用并不是专利技术,高通在此基础之上建立了软切换技术,成为了CDMA最基础的专利。
Flarion的Flash- OFDM,也是建立在同频复用的基础上的, 所以才和高通的技术体系如此匹配。
这些故事我在2004年的时候是不知道的。
在这一年,我发明了软频率复用(softfrequency reuse)技术。
在这之前,我做了很长时间的TD-SCDMA的研究,我的频域联合检测算法就是在这个阶段提出的。
那个时候,TDS因为采用短扩频码而被指责无法实现同频复用。
而我已经相信,由于采用了联合检测技术,TDS应该采用复用因子3而不是同频复用,原因是联合检测消除了小区内部干扰,邻区干扰成为主要矛盾,通过 较大的复用因子可以极大降低邻区干扰,从而提高频谱效率。
2007年Wimax开始了, 一些同事在研究OFDM,我知道OFDM和TDS的复用方案应该是相同的, 但是复用3也不是什么专利,遇到产品线的同事跟他们说一声,他们也听不进去。
直到有一天在西单的大马路上,我突然想到了复用3只适用于小区边缘,而小区内部应该采用全部频谱,这就是软频率复用方案了,赶紧申请了专利。
后来的现场实验表明,SFR可以有效提升小区边缘容量,很多场景可以达到30%,有些场景甚至可以达到100%。
2004 年11月,3GPP的LTE项目启动,提出了增强小区边缘速率的需求,而SFR技术恰好契合这个需求,就好像是因为华为有SFR专利而推动3GPP提出这个需求似的,其实推手另有其人。
我将SFR技术完善了一下,补充了理论结果,在2005年5月的RAN1 41次会议上提出了SFR技术,提案号是R1-050507,这次会议是3GPP LTE的第一次技术会议。
十年以后,SFR被广泛研究和应用,发展成为小区间干扰协调(ICIC)这一重要领域,学术界已经发表了近万篇文章。SFR推翻 了高通和D. Tse所建立的同频复用的标杆,增强了频率复用这一蜂窝通信的基石概念,成为移动通信新的基础。
2005年8月份,针对LTE需要支持从1.25MHz到20MHz 6种带宽的需求,我在提出了提案R1-050824,建议统一6种带宽的采样率和FFT点数,提高产业的规模效应。
并且建议用一个IFFT承载多个载波, 在基带实现多载波的合路。
这个方案可以叫做scalable OFDM,虽然极其简单,但是极大简化了发射机的结构,提高了产业的规模效应,也是LTE-A提出的载波聚合技术必须采用的方案,对LTE产业的影响是极其巨大的。
可以说sOFDM是LTE最基础的OFDM专利,商业上的重要性甚至比SFR还要高,因为SFR是系统侧的,而此技术系统和终端都要使用。
只是由于其过于简单,一点就透,没有什么研究空间,影响力没有SFR大。
采用OFDM作为多址技术是LTE的基调,地位太重要了,大家都来争夺。
爱立信推动了SC-FDMA作为LTE的上行多址方案,它是OFDM的一种变体,主 要的技术理由是能够降低峰均比,降低对终端功放的要求。
这个理由倒是成立的,但是后来的研究和实践表明,SC-FDMA所带来的对导频设计的负面影响,要超过它的带来的好处,其性能还不如OFDMA+简单的削 波方案，也就是LTE的下行多址方案。
有一个阶段在“专利标准化”理念的指导下,大家都觉得只要进入标准的专利就是核心专利,其实蛮不是这么回事。
现在大家清楚了, 进入标准的专利叫标准必要专利,需要遵守FRAND原则,限制是比较多的。
从近年来的美国法院的判例来看,标准必要专利的重要性在下降,禁售是判不了的, 钱也赔得比以前少多了。
这里面的一个大的背景是通信已经发展到4G,创新已经很难。
虽然系统参数提高很多,但是专利都是一个个的技术点,多数是在以前方案上小的改动,没有多少创 造性。
标准人员为了完成绩效,拼命把垃圾专利塞入标准,降低了整个系统的效率,这个问题在3GPP已经很明显了。
SC-FDMA就是爱立信通过运作进入LTE标准的,获得了标准必要专利,却拉低了系统效率。我一直有个观点,对于标准必要专利,需要参照最高水平的已有 非专利技术,超出的部分要给钱,如果没有增益就不必给钱了。
这样大家就不必费力费钱地把垃圾专利塞入标准,鼓励真正的创新,有利于整个行业的发展。
4G 还有一个非常大的领域是MIMO,有开环和闭环方案。
开环方案有Alamouti和CDD,主要用于广播信道。
Alamouti是经典技术,就不必说了;CDD存在比较大的缺陷,会被我提出的随机波束赋形(random beamforming)技术所取代,论文已经发表在IEEE TVT上。
闭环方案从商用情况来看还不太理想,从技术上来看没有比较重要的原理性创新,象码本设计,秩的反馈等等,是比较惯用的技术手段。
高通在LTE上一直受挫。
首先LTE并没有采用Flarion的快跳频方案;在组网问题上逐渐收敛到了SFR;很要命的是,LTE决定不支持宏分集方案,就是把高通的软切换专利网全部排除。
这都是在LTE的study item阶段发生的,高通在开始阶段就失去了所有的制高点,它在3G所建立的技术体系被摧毁。
这里面的原因,一方面,大家对高通恨得牙疼,指导思想就是去 高通化;另一方面,也是因为高通的技术确实不过硬。
如果技术确实强,大的技术倒退在3GPP发生的概率还是很小的,如Turbo码和Alamouti码就 在4G继续使用。
这 里面其实还有一些不为外人所知的惊心动魄的故事。
高通有一个叫layeredfrequency reuse的专利和SFR非常象,并且时间要早半年,华为很多专家都知道这个专利。
当我第一次看到这个专利的时候非常灰心,又被高通抢在前面了。
但是在我揣着一颗冰冷的心仔细地审视了这个专利之后,发现它存在无法弥补的严重缺陷,价值为零。
而且其公开日在SFR专利的优先权在之后,不能破坏SFR 的创造性。
我当时花了很长的时间才得出这个结论,现在想想手心还都是汗。
后来,高通在UMB里面采用了一个非常奇怪的频率复用方案,可以推断它们并没有认识到这个技术方向的价值,从而导致出现如此低级的错误。而我是从理论上证明了SFR的增益。
后来我在微博里说:创新是一个窄门,窄到如白墙上的一道裂纹。
多数人只看到白墙,只有创新者才能通过那道窄门,发现别有洞天。
我的sOFDM专利在华为进行内部评审的时候,同事告诉我高通有一个相同的专利,不过这一次是比我晚了一个月。
既然比我晚我就不关心了, 有兴趣的同学自己去找找看。
这是很正常的,因为我的R1-050824提案已经提交到了3GPP,虽然只是建议了系统参数,但是明眼人一眼就能看出应该如何进行专利保护。
高通紧随其后申请了专利,也是寄希望我在专利布局上犯错误吧,就像奥运会上两次脱靶的那个哥们。
高通在3G的时候何等荣光,当然清楚核心技术的作用,所以它在LTE-A上推动了eICIC,从时域进行干扰协调,制造了一些新名词如Almost Blank Slot。
其实eICIC是对SFR的简单拷贝,况且我早在2005年就已经把SFR在时域上的对应技术soft time reuse申请了专利,只不过没有宣传而已。
从技术人员的角度去看,时域和频域是对偶的,大家都是通信资源,在时域适用的原理也同样适用于频域,如 Alamouti code在LTE里应用到频域叫SFBC,调度在频域里面进行叫频选调度FSS,等等。
也就是说,我在LTE上三次阻击了高通,高通在LTE上还没有任何核心专利。
还是强调一下,我说的核心专利,指的是金字塔塔尖上的专利,不要把它庸俗化。
高通的整体研究能力是很强的,只不过核心专利是靠个人而不是靠整体获得的。
这种核心专利,能看到的有SFR, sOFDM,SC-FDMA, Turbo code, Alam-
