手机基带芯片简史（下）4G到5G，中国何以崛起？

　　上一篇文章，我们讲到CDMA在2G时代落后于GSM，还和高通手握CDMA大量核心专利有关。这一篇，我们来看一下4G、5G时代，各国如何在通信专利上＂去高通化＂。
　　手机基带芯片简史（上）：从2G到3G，高通发家致富的＂武功秘籍＂高通埋下的两颗＂雷＂
　　当时高通在提出CDMA通信标准时，就将研发的CDMA技术藏在自己提出的标准里。如果使用高通提出的这套标准，那这里面90%的技术都是高通的专利。这是高通为了＂收税＂，给业界埋下的第一个＂雷＂。
　　第二是，我们知道高通也设计手机芯片。在研发芯片时，高通直接将CDMA算法嵌入到了集成芯片之中，用一颗芯片来整合信号的发送与接收、电源管理和数字与模拟信号转化。这也是为什么高通的骁龙系列芯片能够在3G时代迅速崛起的关键原因。
　　这两个＂雷＂布下来，结果到90年代时，业界就开始流传着一句话：＂高通在CDMA上的专利太多了，以至于即使在公开场合说这四个字母都需要支付专利费。＂
　　确实如此，手机厂商每卖出一部手机，就得给高通平均售价的5%专利使用费。有人说，用高通芯片，交点专利费也是合理的。但是之所以说高通是＂专利流氓＂，在于两点：
　　一是，高通并不是说专利费值多少，就收多少钱，而是本着＂分红＂的架子，手机卖多少钱，就得给高通交整机售价的5%，手机价格卖得越高，给高通交的钱就越多。像小米这种可能觉得无所谓，但是苹果就感觉自己＂亏大发＂了。所以，苹果和高通一直不对付，官司不断。
　　二是，即便不采用高通的芯片，比如你用了联发科的芯片，但是你的手机卡制式是CDMA的或者用到了相关技术，那你也得给高通交税。
　　此外，高通在专利上还采用了一种＂反向授权＂的条款，也就是一家手机厂商买了高通的专利，就必须将自己申请的专利开放给高通在专利上的合作伙伴。这意味着，即使没有核心专利的厂商，也可以通过购买高通这个＂保护伞＂的专利，来获得其他手机厂商的专利使用权。
　　这导致不仅苹果和高通打官司，就连功能机时代的诺基亚和爱立信等通信巨头，和高通也是官司不断。但是厂商们从欧洲告到日本，最终都是高通获胜。当年魅族侵犯了高通的4G/3G通信专利，不仅被高通索赔5.2亿，还被高通断掉了骁龙芯片。曾经被视为可以和小米抗衡的魅族，最终沦为三线小厂。
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　　1998年，国际电信联盟征集3G标准，欧洲为了对抗美国高通，拉上中国、日本、北美等国家和相关协会，成立了3GPP组织。而高通也不甘示弱，拉上韩国、日本、美国成立了自己的3GPP2组织。
　　说到这里，你肯定很好奇：为什么从技术到诉讼，厂商们都拿高通没办法呢？原因在于，高通的通信技术经过几十年发展，通过CDMA这个技术，基本上好走的路，都被高通占领了。其他厂商要么绕远路避开高通的专利，要么就乖乖交＂买路钱＂。虽然说条条大路通罗马，但是有些路绕得远了，还不如直接给高通交专利费划算。
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　　其实从3G时代三大通信标准的名字也可以看出，这些标准的技术基础还是CDMA，只不过欧洲和中国的通信标准尽量绕过了高通的很多专利。 不过，幸好3G在中国发展的时间并不算长，很快就迎来了4G时代。接下来我们继续来说4G和5G时代，各国是怎样＂去高通化＂的。 4G时代：中欧联手
　　在3G时代因为＂高通税＂吃尽了苦头的中国和欧洲，4G时代干脆另起炉灶，研发出了OFDM和MIMO等关键技术，开创了4G的LTE时代。
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　　4G在全球主要有两个标准：LTE FDD和TD-LTE。不知道你看到后面这个标准开头的＂TD＂是否还有印象，我国自主研发的3G通信标准TD-SCDMA，也是这两个字母打头。虽然两者技术上顺承的关系不是很大，但这是我国第二代自主研发的国际通信标准，意义非同凡响。
　　相对于3G时代的TD-SCDMA来说，TD-LTE无论在技术上，还是供应链上都成熟了很多。而工信部也不再让移动一家担起国产通信标准的大旗，在2013年12月4日，分别向三大运营商颁发了TD-LTE 4G牌照。
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　　这下中国移动可算松了一口气。3G时代，被＂坑＂一把，这次终于可以把失去的市场找回来了。而联通则从2014年开始，进入负增长时代。
　　高通这边，虽然相比3G时代没有了那么多专利费可收了，但是经过多年发展，在2G时代还默默无闻的骁龙系列芯片，已然成为安卓手机的标配。
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　　而且，最关键的是，高通税并未因此退出历史舞台。这一方面是由于绝大部分安卓厂商都还是需要采购高通的芯片，另一方面是因为虽然3G时代已过，但是3G网络还在服役，4G手机的基带芯片还得向下兼容2G和3G网络，所以还得用到高通的专利。而且高通＂耍流氓＂的本性未改，提出4G专利必须和3G、2G打包使用，还是要强制收取3%~5%的专利授权费。
　　相对于3G时代，高通的一家独大来说，4G时代的专利非常分散。 据统计，LTE相关专利的市场份额，高通占比14%，而其他两个美国公司InterDigital P和T分别持有13%和10%，中国公司中华为、中兴分别持有8%和7%，而像欧洲的诺基亚、爱立信，韩国的三星，日本的松下等公司，均占有比例不低的4G专利。
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　　这种专利高度分散的行业格局，也使得基带芯片行业一度繁荣起来。高通、英特尔、三星、华为海思、联发科、展讯、博通、中兴等厂商，也纷纷推出自己4G基带芯片。
　　从这里我们也可以看出，基带芯片这个东西，完全是通信标准下的产物，它不是一种纯技术的东西，而是协调全球大部分国家的通信网络，在克服专利壁垒后，还需要对不同频段、组网模式以及不同设备兼容度进行调试的一种长时间积累起来的通信技术。
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　　说到这里，你应该也能大概明白，为什么技术实力强如苹果，已经能够自研A系列芯片十多年，但一直以来就是搞不定基带芯片。而搞不定基带芯片，信号就不可能好。可以说，基带芯片对于苹果来说，就像一块白墙上的黑点，让库克很难受。
　　不过，最近苹果为了加快基带芯片的研发进度，斥资4.45亿美元买下惠普园区，iPhone用户应该还是可以期待一波最近几年苹果自研基带芯片的。 5G进行时：谁与争锋？
　　时间来到2019年。这一年的6月6日，工信部正式向四大运营商发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。
　　对于我国移动通信技术的发展，有个总结是：1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步，而到了5G时代，我国的移动通信技术已经全球领先。
　　这一特点也表现在通信牌照的发放上。无论是3G还是4G时代，我国颁发的牌照相比欧美等国家来说，普遍要晚5~10年。而在5G时代，四大通信运营商拿到5G牌照的时间几乎和国外同步。
　　这里面既有我国的5G技术成熟度已经很好了，不再需要摸着欧美的石头过河，也有我国想要引领5G发展的决心和意愿。而通过这几年5G在国内的发展速度也表明，我国确实是站立在了5G技术发展的潮头。
　　5G的技术标准，在4G的OFDMA和MIMO基础技术上，采用LDPC、Polar新型信道编码方案、性能更强的大规模天线技术等。国际电信联盟将5G的应用场景分为三个方面：增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)。其中，eMBB是和手机关系最为密切的场景。
　　5G标准的制定过程中，经过3GPP组织成员的多番探讨下，在eMBB场景下确定了三个比较有前途的编码：法国电信的Turbo code、美国高通主推的LDPC Code和华为主推的Polar Code。  之所以说这三个编码方案比较有前途，是因为他们三在理论上非常接近香农定律的带宽极限。不过抛开技术因素，我们还是再次看到了中美欧三方在通信标准话语权上的争夺。
　　这三者的争夺，最终在2016年11月14日~18日迎来了答案。在数据信道投票上，由高通主导的LDPC长短码方案胜出，而在控制信道投票上，华为主导的Polar短码方案胜出。中美企业之间可以说各有胜负。
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　　不过在5G专利数量上，华为的优势要大一些。中国通信院发布的《全球5G专利活动报告（2022年）》显示，华为所拥有的有效全球5G专利族数量占比为14%，位列第一，高通占比9.8%、排名第二，三星以9.1%的占比位列第三。而中国企业中兴、大唐、OPPO等也有上榜。
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　　从5G通信标准制定，到5G专利数量，中国都处于世界领先水平。
　　基带芯片方面，相比4G时代的百花齐放，5G时代则走向了寡头和自研。目前市场上能够研发5G基带的厂商，除了高通外，就剩下华为海思、三星、联发科和紫光展锐四大厂商。
　　在华为没被制裁前，海思和高通在基带芯片上可以说是神仙打架，各有千秋。比如，高通虽然早在2016年就发布了5G基带芯片X50，但只不支持独立组网。而华为虽然晚了一年多推出5G基带芯片巴龙5000，但支持NAS和SA两种组网方式。
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　　但是，自从华为被制裁后，高通基本上就形成了一家独大的局面。 基于＂没有专利授权，就没有芯片＂这一大前提，尽管我们来到了5G时代，但是＂高通税＂仍不可避免。 原因我们前面已经说了，这里不再阐述。
　　此外，在5G时代，高通是唯一一家集＂5G基带+射频前端+毫米波＂三位一体的厂商。不仅OPPO、vivo和小米要依赖高通，就算强如苹果、三星，即便不考虑3G、4G的技术专利，两大巨头要用5G芯片也要给高通交税。
　　值得一提的是，我国芯片厂商紫光展锐也在2019年2月，发布了首款基带芯片春藤510。紫光展锐试图以5G为契机，突围高端芯片市场，是一个不可忽视的玩家。 写在最后
　　回顾整个手机基带芯片的发展，我们不难发现，作为通信协议标准下的产物，没有专利也就没有基带芯片，更不可能有手机这种可以打电话、上网的物种。
　　由小见大，从1G时代摩托罗拉的一家独大，2G诺基亚和德州仪器的珠联璧合，再到3G时代高通的崛地而起、4G中欧联手再到5G中美对垒，我们会发现的，移动通信的发展史，不仅是技术的发展，归根结底还是话语权的争夺史。
　　主要参考来源：
　　201912，紫金山科技，《CDMA：功名十八年，一部跌宕史》
　　201912，小枣君，《CDMA往事》
　　202006，方正证券，《国产基带芯片研究框架》
　　202103，全球半导体观察，《2G往事：帝国的崛起》
　　202103，全球半导体观察，《2G往事：围剿CDMA与中国崛起》
　　202205，差评，《现在性能拉满的手机芯片，原来是被它牵着鼻子走的？》
　　202207，半导体产业纵横，《高通凭什么成为基带芯片之王？》