關于4G，GregRaleigh做了些什么

　　4G其實是基于MIMO開發(fā)，在無線連接中，它使用多天線輸入和輸出。我在上世紀九十年代中期發(fā)現(xiàn)這個概念。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)字計算證明了這樣是可行的，然后我把這個直接移入到信號處理設計、編碼和無線電子架構，這讓我們可以去搭建第一個商用的MIMO系統(tǒng)。在理論被驗證以后，我則試驗了不同的MIMO模型來探究其優(yōu)缺點，最后得出的結論是基于FFT，并帶多維信號解碼的MIMO-OFDM是成本最低，性能最高的。這個MIMO-OFDM隨著蜂窩、802.11N、802.11AC和WIFI的4GLTE標準的普及而被采納。

　　MIMO的本質其實就是在多個接發(fā)天線中使用多維度的編解碼來接收多維度的信號，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問題，但簡而言之就是這樣：

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

　　其實MIMO與眾不同的地方就在于：在信號連接過程中，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，用每一個信后反射路徑去產生一個新的通信鏈路來傳送信息。假設你有1000條反射路徑、1000個發(fā)射天線和1000個接收天線，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。這個革新了信號科學。

　　每個成功的事件背后都有很多耕耘者，很多人會說他們對4G做出了多少貢獻，但GregRaleigh在4G的概念、理論、實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這個概念，但當時有很多爭議，因為很多人說我們還沒完全普及3G呢，你就開始暢談4G了。但GregRaleigh覺得這是沒沖突的，因為他認為3G并不能在傳送視頻和音樂的時候提供可靠的速度支持，他認為隨著應用的增加，3G網(wǎng)絡將會很快堵塞。所以他覺得我們需要極大的提高速度，這就是MIMO技術產生的原因。

　　在完成了博士學位以后，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)絡系統(tǒng)這個同樣是點對點的多點系統(tǒng)產品線以后，這個公司被思科收購了。

　　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完全無線的家庭和辦公環(huán)境。這在當時是聞所未聞的。最初，他們嘗試去說服WIFI行業(yè)去接受MIMO-OFDM系統(tǒng)，因此他們特意設計了一套全新的交互操作標準。此時，MIMO能夠通過多路徑提高速度的觀點已經被逐漸接受，但那個時候還有很多人懷疑是否現(xiàn)實中是否有足夠的路徑讓MIMO能夠獲得相應的速度提升。誠然，那時候也有很人認為沒有人能夠為消費產品開發(fā)不貴的MIMO芯片。因此他們拒絕了我的建議標準。因此我們只能繼續(xù)往前走，開發(fā)出了價格便宜的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。到這個時候，越來越多的WIFI消費設備制造商開始接受他們的技術，并采用其芯片組開發(fā)出新一代的WIFI消費產品。根據(jù)第三方的測試顯示，新產品較以往產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，業(yè)界認可了我們的標準，并將其納入了802.11NWIFI標準。

　　一旦證明了MIMOOFDM能夠實現(xiàn)，并且擁有更高的性能和更便宜的芯片組，類似的MIMO技術很快就被4G標準所采納。例如4GLTE/4GWiMax和其他。之后高通收購了Airgo，之后轉入高通的Airgo團隊制定了802.11AC標準，這提高了MIMOOFDM的帶寬。這個團隊同樣提供了核心的MIMO信號處理協(xié)議，這幫助高通奠定了當前在LTE芯片領域的定位。

　　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)的無線技術概念去解決多路徑的問題。我問了一個相差很遠的問題——“如果你的輸入輸出都有多組天線，你用哪種無線技術去實現(xiàn)無線連接呢？”正是由于這個問題，讓我開發(fā)出了全新的無線技術標準，提高了十倍的速度。

　　5G是否開發(fā)出了一個新模式？

　　關于5G的概念和4G的比較，GregRaleigh認為5G在目前來說只是一個營銷概念，因為目前來說它并不能代表什么，5G只不過是一個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補充說。實際上很多關于5G的概念是可以執(zhí)行，并能提高速度，這是不容置疑的。但是如果你跟十個不同的人，不同的公司，不同的運營商談“什么是5G”這個問題，你會得到十個不同的答案。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，可以對無線基礎設施有很大的提升，而這些都會產生很大的差異化。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。小基站的配合增強了MIMO的作用。MIMO并不需要在一個基站接發(fā)，你可以將MIMO應用在多天線、多基站的環(huán)境，讓他們工作在同一個無線鏈路下，這就叫做分布式MIMO。在1994年左右，GregRaleigh就獲得了相關專利，這個就扮演了微處理器和芯片組的角色，執(zhí)行數(shù)字信號處理，這種足夠強悍的處理能力通過光纖將所有數(shù)字信號帶回到中心處理點，這樣你就可以同時處理多個信號。當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，但其實這些在技術演進的過程中，是必然會被蜂窩網(wǎng)絡鎖接收的，所以我認為5G這個概念是濫用了。

　　全球運營商的5G現(xiàn)狀

　　GregRaleigh認為運營商們并不需要一個5G標準，如果你已經涉及分布式MIMO，那么你就需要一個標準，但小蜂窩是不需要什么標準的，因為這些都已經在應用。美國有很多郊區(qū)城市，哪些地方都已經布置了數(shù)百個小蜂窩。隨著這些技術的發(fā)展和小蜂窩的大范圍不止，那么郊外城市的網(wǎng)絡容量會提高十倍。Verizon，AT&T和其他運營商正在做世界各地做這樣的工作，其實能做到這個的技術早就已經存在了，對運營商來說，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基站布置到每一個街角，或許你可以拋棄WIFI，因為你獲得了比WIFI更大的可控范圍。其實目前的WIFI提供的網(wǎng)絡并不如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，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，但你可以花費數(shù)百元在家里布置一個LTE基站，甚至運營商會為你提供一個，這樣他們就可以保持主網(wǎng)容量。雖然這比WIFI接入多花點錢，但速度的提升是明顯的，同時隨著真題規(guī)模的變大，這些成本也是會下降的。

　　當你注意到布置小蜂窩的成本時，你就會發(fā)現(xiàn)基站布置不再成為運營商網(wǎng)絡的大頭，同時它不需要占領太大的空間，4G小蜂窩解決方案帶來了明顯的收益。有人會說WIFI會替代4G，我也很驚訝竟然有人在做同樣的事情。擁有LTE頻譜的運營商能夠控制網(wǎng)絡質量，所以我不明白為什么會有人愿意花那么多錢去布置WIFI基礎設施。

　　LTE真的能取代WIFI嗎？

　　關于這個問題，GregRaleigh的觀點是：在未來你仍然會看到WIFI被應用在家庭和辦公場所，因為這是私人網(wǎng)絡。而運營商也會用類似Boingo等公司的WIFI和WIFI設備，同時WIFI會覆蓋那些只有WIFI模塊而沒有LET模塊的設備。但這并不會阻止他們去布置跟過的LTE小蜂窩，因為他們能夠控制網(wǎng)絡的質量，而不會發(fā)生用戶通過私人WIFI蜂窩影響網(wǎng)絡質量的狀況，他們也不擔心競爭對手用WIFI去影響他們的網(wǎng)絡。

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

　　隨著終端設備的增加和用戶對帶寬要求的遞增，現(xiàn)存基站容量將會耗盡，那樣小型蜂窩就變得更加重要了。我在三四年前就預見到了這個現(xiàn)狀，并和投資人商討，準備建立一個公司來研究了進階的MIMO技術，但坦白講，我們最后放棄了，因為我們覺得這在未來很長的一段時間是不需要的。我們知道提高小型基站容量的方法是uberMIMO技術，但降低小蜂窩的尺寸可以讓運營商在未來五到十年借助現(xiàn)存的技術降低基站花費，并增強網(wǎng)絡布局。同時我們也認為讓人接受一個新標準需要更多的時間，所以我們暫停了這個項目。

　　一旦運營商耗盡了小蜂窩的帶寬資源，那么接下來又有技術要做了。這些蜂窩可以和MIMO結合，因此再產生一個新標準并不是什么難題，但這需要時間。

　　移動設備制造商面臨的挑戰(zhàn)

　　GregRaleigh認為既然現(xiàn)在的LTE芯片組和LTE已經向下兼容3G，那么在在你建造小型蜂窩的時候，你可以獲得更多的頻譜容量，因此設備上就不需要去替換設備的modem，他認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準，并把這個modem做進了手機，因此在有大革新的技術出現(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。當然，提高IT系統(tǒng)，讓用戶可以輕易獲得服務也是一個方式，例如通過網(wǎng)絡購買或者開通無線服務。隨著網(wǎng)絡容量的擴大，如何通過這些容量為運營商掙錢就成為關鍵。