關(guān)于4G，GregRaleigh做了些什么

　　4G其實(shí)是基于MIMO開發(fā)，在無線連接中，它使用多天線輸入和輸出。我在上世紀(jì)九十年代中期發(fā)現(xiàn)這個(gè)概念。很多人一開始并不相信這種方式能夠工作，但我通過精確的數(shù)字計(jì)算證明了這樣是可行的，然后我把這個(gè)直接移入到信號(hào)處理設(shè)計(jì)、編碼和無線電子架構(gòu)，這讓我們可以去搭建第一個(gè)商用的MIMO系統(tǒng)。在理論被驗(yàn)證以后，我則試驗(yàn)了不同的MIMO模型來探究其優(yōu)缺點(diǎn)，最后得出的結(jié)論是基于FFT，并帶多維信號(hào)解碼的MIMO-OFDM是成本最低，性能最高的。這個(gè)MIMO-OFDM隨著蜂窩、802.11N、802.11AC和WIFI的4GLTE標(biāo)準(zhǔn)的普及而被采納。

　　MIMO的本質(zhì)其實(shí)就是在多個(gè)接發(fā)天線中使用多維度的編解碼來接收多維度的信號(hào)，它利用多路徑來乘以速度，提高了無線鏈路通信的可靠性，而不需要提高頻率帶寬。它的工作方式是很高深的算術(shù)問題，但簡而言之就是這樣：

　　在現(xiàn)實(shí)世界的無線手機(jī)和無線設(shè)備應(yīng)用中，信號(hào)并不是按照所有的設(shè)置直接從發(fā)射天線跑到接收天線，它會(huì)反彈。如果你深入考慮一下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在你使用手機(jī)的時(shí)候你很少看見基站，一般來說基站是隱藏在建筑、高山、樹木或者其他掩蓋物上。你收到的信號(hào)其實(shí)只是一個(gè)反射信號(hào)。并不是從一個(gè)發(fā)射體傳過來，而是經(jīng)過了成百上千的物質(zhì)反射。這樣的話，從發(fā)射端到接收端就已經(jīng)產(chǎn)生了很多不規(guī)則的傳送路徑。近百年來，這種信號(hào)反射給傳統(tǒng)的信號(hào)帶來了不少問題，因此科學(xué)家和工程師就想了各種方法去解決這個(gè)問題，試圖解決這種多徑效應(yīng)。

　　其實(shí)MIMO與眾不同的地方就在于：在信號(hào)連接過程中，如果你有足夠多的輸入和輸出天線，那么你就可以在相同頻道下，用每一個(gè)信后反射路徑去產(chǎn)生一個(gè)新的通信鏈路來傳送信息。假設(shè)你有1000條反射路徑、1000個(gè)發(fā)射天線和1000個(gè)接收天線，那么你可以傳送1000倍的信息，或者換句話說以1000倍的速度傳送。這個(gè)革新了信號(hào)科學(xué)。

　　每個(gè)成功的事件背后都有很多耕耘者，很多人會(huì)說他們對4G做出了多少貢獻(xiàn)，但GregRaleigh在4G的概念、理論、實(shí)際解決方案里面扮演了很重要的角色。從1996年，他就定義了4G這個(gè)概念，但當(dāng)時(shí)有很多爭議，因?yàn)楹芏嗳苏f我們還沒完全普及3G呢，你就開始暢談4G了。但GregRaleigh覺得這是沒沖突的，因?yàn)樗J(rèn)為3G并不能在傳送視頻和音樂的時(shí)候提供可靠的速度支持，他認(rèn)為隨著應(yīng)用的增加，3G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)很快堵塞。所以他覺得我們需要極大的提高速度，這就是MIMO技術(shù)產(chǎn)生的原因。

　　在完成了博士學(xué)位以后，GregRaleigh和他的朋友建立了其第一家公司ClarityWireless，他們開發(fā)出了以MIMOOFDM為核心的原型，他們建立了一個(gè)多路徑的高性能無線系統(tǒng)，這套系統(tǒng)比市面上現(xiàn)存的任何系統(tǒng)都快。在開發(fā)出了多天線的OFDM無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這個(gè)同樣是點(diǎn)對點(diǎn)的多點(diǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品線以后，這個(gè)公司被思科收購了。

　　在思科工作了幾年以后，GregRaleigh開創(chuàng)了其第二家公司——AirgoNetworks，他們創(chuàng)造這家公司的目的是為了提升WIFI的速度和可靠性，這樣就可以搭建一個(gè)完全無線的家庭和辦公環(huán)境。這在當(dāng)時(shí)是聞所未聞的。最初，他們嘗試去說服WIFI行業(yè)去接受MIMO-OFDM系統(tǒng)，因此他們特意設(shè)計(jì)了一套全新的交互操作標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，MIMO能夠通過多路徑提高速度的觀點(diǎn)已經(jīng)被逐漸接受，但那個(gè)時(shí)候還有很多人懷疑是否現(xiàn)實(shí)中是否有足夠的路徑讓MIMO能夠獲得相應(yīng)的速度提升。誠然，那時(shí)候也有很人認(rèn)為沒有人能夠?yàn)橄M(fèi)產(chǎn)品開發(fā)不貴的MIMO芯片。因此他們拒絕了我的建議標(biāo)準(zhǔn)。因此我們只能繼續(xù)往前走，開發(fā)出了價(jià)格便宜的MIMO-OFDM芯片組，他們是和802.11.a/b/g芯片組兼容，但性能和速度得到了很大的提升。到這個(gè)時(shí)候，越來越多的WIFI消費(fèi)設(shè)備制造商開始接受他們的技術(shù)，并采用其芯片組開發(fā)出新一代的WIFI消費(fèi)產(chǎn)品。根據(jù)第三方的測試顯示，新產(chǎn)品較以往產(chǎn)品的速度有了十倍的提升。這加速了我們客戶搶占市場的速度。到這時(shí)，業(yè)界認(rèn)可了我們的標(biāo)準(zhǔn)，并將其納入了802.11NWIFI標(biāo)準(zhǔn)。

　　一旦證明了MIMOOFDM能夠?qū)崿F(xiàn)，并且擁有更高的性能和更便宜的芯片組，類似的MIMO技術(shù)很快就被4G標(biāo)準(zhǔn)所采納。例如4GLTE/4GWiMax和其他。之后高通收購了Airgo，之后轉(zhuǎn)入高通的Airgo團(tuán)隊(duì)制定了802.11AC標(biāo)準(zhǔn)，這提高了MIMOOFDM的帶寬。這個(gè)團(tuán)隊(duì)同樣提供了核心的MIMO信號(hào)處理協(xié)議，這幫助高通奠定了當(dāng)前在LTE芯片領(lǐng)域的定位。

　　這就是4G的來歷，我想這里面最讓人感興趣的是MIMO的發(fā)明，而不是過去一百年里面所有人都做了些什么，例如嘗試使用傳統(tǒng)的無線技術(shù)概念去解決多路徑的問題。我問了一個(gè)相差很遠(yuǎn)的問題——“如果你的輸入輸出都有多組天線，你用哪種無線技術(shù)去實(shí)現(xiàn)無線連接呢？”正是由于這個(gè)問題，讓我開發(fā)出了全新的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高了十倍的速度。

　　5G是否開發(fā)出了一個(gè)新模式？

　　關(guān)于5G的概念和4G的比較，GregRaleigh認(rèn)為5G在目前來說只是一個(gè)營銷概念，因?yàn)槟壳皝碚f它并不能代表什么，5G只不過是一個(gè)不同概念和想法的混合體，GregRaleigh說，但這也并不是說5G是毫無意義的，GregRaleigh補(bǔ)充說。實(shí)際上很多關(guān)于5G的概念是可以執(zhí)行，并能提高速度，這是不容置疑的。但是如果你跟十個(gè)不同的人，不同的公司，不同的運(yùn)營商談“什么是5G”這個(gè)問題，你會(huì)得到十個(gè)不同的答案。4G是非常具體，那是基于MIMO開發(fā)的。而5G是一個(gè)混合體，可以有更多的MIMO，并且MIMO的變化比4G更多，塔有小蜂窩，可以對無線基礎(chǔ)設(shè)施有很大的提升，而這些都會(huì)產(chǎn)生很大的差異化。小蜂窩是速度提升的重要原因，其他方案雖然很有意義，但需要很長時(shí)間去執(zhí)行，小蜂窩的提升無疑是很明顯的。小基站的配合增強(qiáng)了MIMO的作用。MIMO并不需要在一個(gè)基站接發(fā)，你可以將MIMO應(yīng)用在多天線、多基站的環(huán)境，讓他們工作在同一個(gè)無線鏈路下，這就叫做分布式MIMO。在1994年左右，GregRaleigh就獲得了相關(guān)專利，這個(gè)就扮演了微處理器和芯片組的角色，執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理，這種足夠強(qiáng)悍的處理能力通過光纖將所有數(shù)字信號(hào)帶回到中心處理點(diǎn)，這樣你就可以同時(shí)處理多個(gè)信號(hào)。當(dāng)中最重要的角色就是小蜂窩和分布式MIMO，因此你的小蜂窩需要光纖讓這些東西工作。所以你可以把分布式MIMO叫做5G，但其實(shí)這些在技術(shù)演進(jìn)的過程中，是必然會(huì)被蜂窩網(wǎng)絡(luò)鎖接收的，所以我認(rèn)為5G這個(gè)概念是濫用了。

　　全球運(yùn)營商的5G現(xiàn)狀

　　GregRaleigh認(rèn)為運(yùn)營商們并不需要一個(gè)5G標(biāo)準(zhǔn)，如果你已經(jīng)涉及分布式MIMO，那么你就需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但小蜂窩是不需要什么標(biāo)準(zhǔn)的，因?yàn)檫@些都已經(jīng)在應(yīng)用。美國有很多郊區(qū)城市，哪些地方都已經(jīng)布置了數(shù)百個(gè)小蜂窩。隨著這些技術(shù)的發(fā)展和小蜂窩的大范圍不止，那么郊外城市的網(wǎng)絡(luò)容量會(huì)提高十倍。Verizon，AT&T和其他運(yùn)營商正在做世界各地做這樣的工作，其實(shí)能做到這個(gè)的技術(shù)早就已經(jīng)存在了，對運(yùn)營商來說，最大的挑戰(zhàn)是如何挽起袖子來加大布置幅度。如果你把4GLTE基站布置到每一個(gè)街角，或許你可以拋棄WIFI，因?yàn)槟惬@得了比WIFI更大的可控范圍。其實(shí)目前的WIFI提供的網(wǎng)絡(luò)并不如LTE那么高速有效。

　　因此小蜂窩是毫無疑問的選擇，現(xiàn)在并沒有理由阻止人干這個(gè)，目前需要做的是如何降低小型LTE基站的成本。雖然從可靠性上看，有些不同，但你可以花費(fèi)數(shù)百元在家里布置一個(gè)LTE基站，甚至運(yùn)營商會(huì)為你提供一個(gè)，這樣他們就可以保持主網(wǎng)容量。雖然這比WIFI接入多花點(diǎn)錢，但速度的提升是明顯的，同時(shí)隨著真題規(guī)模的變大，這些成本也是會(huì)下降的。

　　當(dāng)你注意到布置小蜂窩的成本時(shí)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)基站布置不再成為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的大頭，同時(shí)它不需要占領(lǐng)太大的空間，4G小蜂窩解決方案帶來了明顯的收益。有人會(huì)說WIFI會(huì)替代4G，我也很驚訝竟然有人在做同樣的事情。擁有LTE頻譜的運(yùn)營商能夠控制網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，所以我不明白為什么會(huì)有人愿意花那么多錢去布置WIFI基礎(chǔ)設(shè)施。

　　LTE真的能取代WIFI嗎？

　　關(guān)于這個(gè)問題，GregRaleigh的觀點(diǎn)是：在未來你仍然會(huì)看到WIFI被應(yīng)用在家庭和辦公場所，因?yàn)檫@是私人網(wǎng)絡(luò)。而運(yùn)營商也會(huì)用類似Boingo等公司的WIFI和WIFI設(shè)備，同時(shí)WIFI會(huì)覆蓋那些只有WIFI模塊而沒有LET模塊的設(shè)備。但這并不會(huì)阻止他們?nèi)ゲ贾酶^的LTE小蜂窩，因?yàn)樗麄兡軌蚩刂凭W(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，而不會(huì)發(fā)生用戶通過私人WIFI蜂窩影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的狀況，他們也不擔(dān)心競爭對手用WIFI去影響他們的網(wǎng)絡(luò)。

　　同時(shí)GregRaleigh對目前小型蜂窩發(fā)展過慢的現(xiàn)狀感到奇怪，他認(rèn)為運(yùn)營商應(yīng)該加大在這方面的投入，雖然在大城市，你的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況還很不錯(cuò)，但在有些地方4G網(wǎng)絡(luò)還是成問題的，MIMO技術(shù)的結(jié)合會(huì)降低蜂窩的大小，并增加LTE的容量，和成本，這樣就可以推進(jìn)布置，帶來更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

　　隨著終端設(shè)備的增加和用戶對帶寬要求的遞增，現(xiàn)存基站容量將會(huì)耗盡，那樣小型蜂窩就變得更加重要了。我在三四年前就預(yù)見到了這個(gè)現(xiàn)狀，并和投資人商討，準(zhǔn)備建立一個(gè)公司來研究了進(jìn)階的MIMO技術(shù)，但坦白講，我們最后放棄了，因?yàn)槲覀冇X得這在未來很長的一段時(shí)間是不需要的。我們知道提高小型基站容量的方法是uberMIMO技術(shù)，但降低小蜂窩的尺寸可以讓運(yùn)營商在未來五到十年借助現(xiàn)存的技術(shù)降低基站花費(fèi)，并增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)布局。同時(shí)我們也認(rèn)為讓人接受一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)需要更多的時(shí)間，所以我們暫停了這個(gè)項(xiàng)目。

　　一旦運(yùn)營商耗盡了小蜂窩的帶寬資源，那么接下來又有技術(shù)要做了。這些蜂窩可以和MIMO結(jié)合，因此再產(chǎn)生一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)并不是什么難題，但這需要時(shí)間。

　　移動(dòng)設(shè)備制造商面臨的挑戰(zhàn)

　　GregRaleigh認(rèn)為既然現(xiàn)在的LTE芯片組和LTE已經(jīng)向下兼容3G，那么在在你建造小型蜂窩的時(shí)候，你可以獲得更多的頻譜容量，因此設(shè)備上就不需要去替換設(shè)備的modem，他認(rèn)為這是一件顯而易見的事情。市場花了很多年去說服制造商去接受新標(biāo)準(zhǔn)，并把這個(gè)modem做進(jìn)了手機(jī)，因此在有大革新的技術(shù)出現(xiàn)之前，并不需要去要求制造商做大變化。

　　我花了二十年去解決無線的問題，我認(rèn)為現(xiàn)在需要解決的最大問題是去提高核心網(wǎng)的容量而不是基站。當(dāng)然，提高IT系統(tǒng)，讓用戶可以輕易獲得服務(wù)也是一個(gè)方式，例如通過網(wǎng)絡(luò)購買或者開通無線服務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)容量的擴(kuò)大，如何通過這些容量為運(yùn)營商掙錢就成為關(guān)鍵。