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王建宙:移动通信如何改变世界?

igoseo.net   2021年07月06日

  始于20世纪80年代的蜂窝式移动通信,只用了30多年的时间,就实现了在全世界的普及。如今,手机是人们随身携带的使用频率最高的工具。手机改变了人类的沟通方式,改变了人类生活,工作和娱乐的方式,甚至改变了人类自己。移动通信发展的历史给我们留下了很多启示。

需求是发展的原动力

  人类对速度有着天然需求,但是在很长时间内,人类使用的所有工具都无法满足对速度的追求。正如斯蒂芬·茨威格在《人类群星闪耀时》一书中所说:

  自从被称为人的这种特殊生物踏上地球以来的数千年乃至数万年间,除了马的奔跑,车轮的滚动或帆船的风扬以外,地球上还没有一种更高速度的连续运动。在我们称为世界历史的这一记忆所及的狭隘范围之内的一切技术进步,都未能使运动节律获得明显的加快。

  电信业的出现,改变了这种状况。电报的问世使相隔千里的人们能够互传信息,电话更使人们能够将自己的声音传到远方。电信业满足了人类对速度的追求,使整个世界的运动节律都加快了。

  但是,在移动电话出现之前,人们在通信方面还是会受到时间和空间的限制。人们只能在一个固定的地方,或是电信营业点,或是办公室,或是自己家里发电报,打电话。他们感到不方便,不满足,迫切希望有一天能够在任何地方,任何时间使用电信工具。

  19世纪,人类发现了电磁波,发现了它高达30万千米/秒的惊人速度。此后,科学家一直在寻找让电磁波为人类服务的方法。移动通信便是使用电磁波传递信息的最普及的通信方式,充分满足了人类对速度的追求,满足了人们希望在任何时间,任何地点与任何人通信的愿望。

  早期的移动通信都是车载移动电话系统,但很快就转向了便携式移动电话系统。一开始,电信公司对移动电话的定位是对固定电话的补充,即在没有固定电话的地方提供移动电话服务。后来的实际情况是,移动电话很快就替代了固定电话。

  1876年,贝尔发明了电话,但是100年之后,只有欧美实现了住宅电话的普及,在广大的新兴市场,特别在农村地区,电话的普及率非常低。但移动电话的发展速度就完全不一样了,在一些农村地区,许多人没有见过固定电话,他们使用的第一个电话机就是移动电话。还没等人们完全反应过来,手机就已经从只有少数人用得起的高档消费品变成了几乎人人都有的生活必需品。

为什么手机能普及得如此之快?

  首先,固定电话只提供两个固定地点之间的通信,而移动电话可以实现人到人的通信。固定电话的基本普及点仅限于工作地点和家庭,而移动电话的基本普及点是个人。移动电话的使用带来了人与人之间沟通的一次飞跃。

  其次,手机消解了人与人之间的距离。无论何时何地,无论相隔多远,使用移动电话在几秒钟之内就能与亲友同事取得联系。正因如此,人有了手机以后会有更多的安全感。有人说,只要有手机在,就不会孤独,随时都觉得亲人和朋友近在咫尺。反之,如果手机一时不在身边,就会心生不安。

  再次,手机实现了通信工具的个人化。手机不是固定于某一地点的通信工具,而是个人专属的通信工具。手机的使用提升了沟通效率,固定电话往往需要经他人转接,而移动电话能直接对接电话的拥有者。

  最后,随着手机的应用越来越多,人们越来越依赖手机的各种功能,享受手机的各种新应用。当衣食住行都与手机结合在一起时,人们就更离不开手机了。

  人天生具有不同层次的需求,而手机从满足人的沟通需求开始,进而满足人的日常生活需求,安全需求,社交活动需求等各种层次的需求。人们当从手机里看到自己在社交网络上获得朋友的点赞时,会心生一种满足感,此时手机的功能已经远远超过了辅助人们衣食住行的需求。

  当一种新的信息技术出现之初,消费者本身往往不知道这种新技术能够满足他们哪些方面的需求。2000年,当3G出现的时候,人们不知道3G有什么用处,直到iPhone等xpj手机的出现。5G来了,人们又在问,5G有什么用,所以发现用户需求的过程,本身就是一个创新的过程。

  事实上,人们的需求也常常随着技术的演进而发生变化。最早的公众电信服务是电报,主要为人们传递文字信息。电话的问世,实现了语言的传递,通话者不仅可以听到对方真实的声音,也省去了录入的过程。此后,话音成为电信业最主要的业务,电报等非话音业务逐渐没落。

  但这种情况随着移动通信的出现和升级换代又发生了变化。1G只提供话音服务,从2G开始出现了传递文字的功能。记得当年厂商在向我们介绍GSM网络的功能时,特别介绍了语音信箱和短信这两种新业务。语音信箱类似于电话留言,短信则是通过移动电话传递文字信息。按照运营固定通信网络的经验,一开始我们都看好语音信箱业务,而对短信业务没有特别关注。

  然而,语音信箱一直没有火起来,人们不习惯这种非实时的语音沟通。出人意料的是短信业务快速发展,很快就成了一种重要的沟通手段。人们发现,有时候发一条短信远胜于拿起手机通话,简单,快捷,明了,还不会打扰人。人们又发现,短信还可以发段子,写诗,写故事。这就像打开了闸门的水流,发短信成了一种时尚。

  随着3G,4G的到来,社交网络成了人们沟通的新渠道,随之又带来了新的需求,比如人们用社交网络聊天,发照片,发视频,传音乐。此时,话音业务在整个网络业务量中只占很小的比重。

  物联网的出现,使移动通信不仅可以承载人与人之间的连接,还可以实现人与物,物与物的连接,移动通信业又出现了新的更大的需求。

  作为移动通信从业者,当移动电话普及率很低的时候,我们担心移动电话网络建设好了却没有人用。后来,移动电话的普及率提高了,我们又担心人人都有手机了,我们还如何实现业务增长。但是,事实证明,随着技术的发展,人们会对移动通信产生各种新的需求,而我们的预测往往偏于保守。在移动通信的发展过程中,不断会出现新的事物,这些新技术,新功能,新服务将不断给我们带来新的增长动力。

半导体是基础

  为什么移动电话能从几十千克重的车载台变成可以放入衣服口袋的便携手机?

  为什么如今一部xpj手机的性能会超过当年的一台大型计算机?这是因为最近几十年,信息通信制造技术发生了巨大的变化,而xpj手机集中体现了制造技术进步的成果。

  如果要给为手机做出巨大贡献的行业授予勋章的话,那么最高荣誉的勋章应该授予半导体行业。没有半导体行业突飞猛进的发展,移动通信业不可能有今天的累累硕果。

  1947年12月,贝尔实验室的威廉·肖克莱,约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿组成的研究小组,研制出点接触型的锗晶体管。

  同样是1947年12月,贝尔实验室的工程师道格拉斯·H.瑞和W. 瑞伊·杨建议用六边形蜂窝的方式建立车载型移动电话的收发基站,提出了蜂窝式移动通信系统的初步概念。

  此后,移动通信的每一步发展都与半导体业的发展紧密相关。半导体业的每一次突破,都会带来移动通信业的响应和突破。

  1963年,罗伯特·维德拉在仙童半导体公司设计了第一个单块集成运算放大器电路μA-702。

  几年后,贝尔实验室的理查德·H. 弗兰基尔,在乔尔·S. 恩格尔和菲利普·T·波特的协同下,展开了对蜂窝移动通信网络的研究。1966年,他们将道格拉斯·H. 瑞和W. 瑞伊·杨于1947年12月提出的技术报告变为可操作的方案,把早期蜂窝系统的设想具体化,并制订了初步的规划。

  1971年,英特尔推出第一片DRAM存储器。

  1973年,摩托罗拉发明了第一部手持式移动电话。

  1988年,16M DRAM 问世,一平方厘米大小的硅片上集成了3 500万个晶体管,这标志着半导体产业进入超大规模集成电路时代。

  1991年,芬兰电信运营商瑞德林嘉开通并运营了第一个GSM网络。2000年,容量超过1GB的DRAM存储器投入市场。

  2001年12月,挪威Telenor 开通了第一个完全采用UMTS标准的WCDMA 3G 网络。2011年,半导体集成电路制造工艺进入28纳米阶段,2012年移动通信业进入4G时代。

  2018年,半导体集成电路制造工艺进入7纳米阶段,2019年移动通信业进入5G时代。

  半导体每前进一步,移动通信业也随之向前一步。

  英特尔创始人之一戈登·摩尔提出,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数量,每隔18~24个月会增加一倍,性能也将提升一倍。这就是著名的摩尔定律。

  几十年来,半导体集成电路一直按照摩尔定律的预测在往前走。一方面不断地实现集成电路的小型化,使同等面积可以容纳更多的元器件,提升了产品的性能,另一方面集成电路产品的价格在不断下降。

  这两个趋势支撑了移动设备的发展。移动设备是便携式设备,体积很小,集成电路的小型化,使得小小的手机能够具备早年大型计算机的功能。同时,移动设备是大众消费品,对价格比较敏感,正是因为集成电路价格不断下降,市场才能保持手机的合理价格,使之为普通消费者所接受。

生态系统的变化

  自电报发明以后,电信行业经过100多年的发展,形成了一套独特而且成熟的生态系统。模拟移动通信出现以后,其基本功能仍是话音,所以生态系统并没有大的变化。

  这是一个什么样的生态系统呢?电信经济学认为,电信部门本身不产生信息内容,电信的功能是使信息实现空间地点的变动而仍然保持原有的信息内容,从而提升信息的效用。电信的生产过程与用户的消费过程是同时完成的,生产过程就是消费过程。

  在这样的定义下,用户使用电信服务的整个过程完全是由电信企业提供的,电信企业建立了一个全封闭的信息传输系统,不允许任何外部设备随意连接这个系统。为了确保通信质量,甚至连用户家里的电话机也由电信企业提供,用户是不能随意更换电话机的。

  电信行业经历了从电报到话音,从人工电话到自动电话,从固定电话到移动电话的变迁。尽管业务变化了,设备变化了,但是,无论如何变化,电信运营商总是处在电信行业价值链各个环节的中心位置。价值链上的其他各个环节,如设备供应,工程建设,网络代维,营业代理,增值业务等,都是围绕运营商这个中心环节,通过运营商向最终用户提供服务。从2G开始,语音不再是移动通信唯一的业务。先是出现了短信,后来又出现了GPRS,EDGE等数据业务,之后移动互联网出现了。在移动互联网发展初期,手机的处理能力还很弱,存储量小,输入方式简单,无法像计算机那样直接使用各种桌面互联网的浏览器。于是,业界制定了一个专门适用于移动终端和移动网络的互联网协议(WAP)。有了WAP,人们利用手机就可以享受各种原来只能在桌面互联网才能享有的服务,如新闻浏览,玩游戏,听音乐,阅读,看动漫等。

  WAP被定义为移动互联网的专用平台,所以可见整个行业仍然在沿用过去的生态系统,由电信运营商统一管理各种移动互联网业务。移动互联网的花园建立起来了,但这是一个带围墙的花园。

  2007年之后,xpj手机开始大普及。xpj手机的处理能力完全可以与计算机媲美,xpj手机摒弃了WAP,用户可以像在计算机上一样直接访问各种互联网的网站。各种各样的内容提供者和网络提供者不需要得到电信运营商的同意,就可以通过电信运营商的移动网络提供各种移动互联网服务。这就像花园的围墙被拆除了,人们不再需要购买门票,也不需要征得花园主人的同意,就可以随意进入花园了。

  于是,市场上就有了OTT这个说法。OTT即over the top,常指移动互联网应用服务的提供者通过移动网络向用户直接提供各种应用,但是不受拥有移动网络的电信运营商的管理和控制。OTT既可以提供许多传统电信业中不曾有过的服务,如社交网站,应用商店,视频,搜索,购物,游戏,聊天,支付等,又可以提供许多直接替代传统电信业的服务,而且价格低廉,甚至免费,如语音通话,视频通话,文字信息传送,多媒体信息传送等。

  xpj手机的出现给移动互联网生态带来了巨大变化。

  首先,网络连接与应用服务解耦了。此前,网络的应用服务与网络连接是耦合在一起的。在电报和电话时代,电信业的生产过程就是用户的消费过程,网络应用与网络连接完全耦合在一起。即便到了移动互联网初期,这种耦合状态依然没有改变。xpj手机的出现改变了这种状况,信息服务提供商在其服务范围内,成了价值链的主导者,应用服务与网络连接解耦,二者相互依赖但完全独立运作。这种解耦带来的是移动互联网应用服务的大发展,开发者开发出无数网络应用程序,开启了应用服务百花争艳的局面。

  应用服务与网络连接的解耦使电信运营商的定位也发生了变化。以消费类服务为例,过去电信运营商与消费者的关系是B2C(商对客电子商务模式)的关系,但是,由于应用服务商提供了最底层的应用,手机用户与应用服务商之间的联系比与电信运营商的联系还要紧密。例如,当消费者使用手机支付时,商家会问消费者使用的是阿里巴巴的支付宝还是腾讯的微信支付,而不会问消费者用的是哪家电信运营商的服务。有人说,电信运营商与消费者的关系,已经从B2C变成了B2B2C,中间这个字母B就是指应用服务的提供商。这样的说法不无道理,这也是移动通信运营商面临的新的挑战。

  为此,电信运营商制定了新的战略。有的电信运营商收购媒体公司,直接进入内容领域。有的运营商大力开拓云服务,以在新的技术领域内争取主动地位。

  随着万物互联时代的到来,移动通信业的生态系统还会发生更加深刻的变化。通信技术与互联网信息技术融为一体,移动信息从人与人的连接扩展到人与物的连接,物与物的连接,可以预见,移动通信的连接数量还将以几何级增长。移动互联网的发展依然波涛汹涌,5G与人工xpj的结合将会迎来新的应用爆发。

  面对生态系统的变化,电信运营商也要努力改变自己。这种改变不仅仅是方法上的改变,而应涉及电信运营商的网络组织,运维方式,人力资源和管理方法等各个方面。

  1.从硬件驱动到软件驱动

  通信网络设备是电信运营商最主要的资产。移动通信技术大约每10年换代一次,在每次换代之间,还有多次技术升级。每一次升级换代都要大规模更替硬件设备,以致电信运营商巨额的资本开支多年来一直居高不下。电信设备制造商盈利飙升的时候,便是移动运营商资本开支猛增之时。由于技术更新太快,在电信运营商的会计核算中,固定资产中网络硬件设备的精神磨损远远大于物理磨损。年复一年的网络扩容,升级,演进,不仅令运营商耗费巨额的资本开支,而且还带来了庞大的折旧成本。折旧成本是运营商长期背负的巨大包袱,运营商也伤透了脑筋,但无论是采取延长折旧年限的方式,还是采取缩短折旧年限的方式,通过快速折旧来为长期发展留余地,都没有从根本上解决问题。

  业界已经意识到,只有将电信网络从硬件驱动变为软件驱动,才能提升基础设施的效率,降低电信运营商的资本开支。毫无疑问,网络的云端化是未来电信网络发展的趋势。以云技术为基础的网络功能虚拟化和软件定义网络可以使整个通信网络系统从硬件驱动变为软件驱动。

  网络功能虚拟化将网络功能从硬件设备中剥离出来,实现了软件和硬件解耦后的独立运作。由于使用了通用的计算,处理和存储设备,实现了硬件的通用化,大量减少了硬件设备。网络功能可以通过软件实现,采用网络切片技术,将一个物理网络切割成多个端到端的不同功能的虚拟网络,每一个虚拟网络在逻辑上都是独立的。实现软件定义网络的过程,也就是电信运营商从硬件驱动向软件驱动转型的过程。

  在这种情况下,运营商仍然可以提供多种服务,但不需要为每一种服务都单独建立网络,运营商的网络仍然可以不断地升级换代,但技术升级主要通过软件升级来实现,这就能大幅减少运营商的硬件投资。

  独立组网的5G新无线标准,就是按照网络切片的原则来制定业务规范的。以5G为新起点,软件定义网络将成为电信业网络新结构的趋势。网络硬件和软件解耦后,运营商既可以灵活地提供各种业务,又可以大幅降低资本开支。按照这种趋势,电信运营商近年来提出的变硬件企业为软件企业的目标是有可能实现的。

  2.让网络共享成为主旋律

  移动通信业竞争带来的效果是明显的,在激烈的市场竞争中,移动运营商争先恐后地建设网络,改善服务,降低价格,使电信业许多原来饱受诟病的问题都迎刃而解。

  但是这种建立在各运营商单独建网基础上的经营方式也存在问题。一方面,每一家移动通信运营商都积累了庞大臃肿的固定资产,并为此支付巨大的成本。在移动通信业发展初期,尽管单独建网的成本很高,但由于那时移动电话的资费高,大部分移动运营商都能赢利。但是移动通信的资费一直在下降,而每一家运营商为了保持自己的竞争实力,仍需要不断对网络进行扩容和升级,这样运营商的营业收入难以增长,而网络建设和运营成本一直居高不下。国际上,一些营收规模较小的移动运营商已经出现了经营困难,只要拿到移动牌照就能赚钱的日子已经一去不复返了。

  另一方面,这种单独建网的方式也带来了大量重复建设,造成了资源的浪费。

  要解决这个问题有两个途径,一是减少移动通信运营商的数量,二是使运营商共享网络资源。

  运营商共享资源其实早就开始了,铁塔资源与运营商分离就是很好的例子。国际上,投资银行给铁塔公司上市的估值明显高于电信运营商,可见市场对共享资源的期望值是很高的。

  目前,运营商之间共享资源的积极性越来越高,仅仅共享铁塔和传输资源已经远远不够了。3GPP曾制定过运营商网络共享的规范,在制定5G标准时,3GPP 又强调5G的各个层面都要符合网络共享的要求。运营商共享网络在技术上没有什么问题,现有技术完全可以满足各种不同程度的合作和共享。不同的运营商可以共享频率,共享基站,也可以共享整个网络。

  共享基础网络不会影响运营商的差异化,随着电信网络的云端化,不同的运营商可以通过软件来提供不同的网络服务功能,实现网络应用功能的差异化。共享基础网络以后,移动市场的竞争并不会削弱,因为共享资源与市场竞争并不冲突。共享基础网络不仅不会影响移动市场的服务质量,而且可以集中使用频率资源,集中物力和财力,进一步提升网络的覆盖密度,提高网络的质量,改善网络服务。

  事实上,互联网本身强调的就是网络共享。任何一个互联网公司,无论其规模有多大,都不可能单独去建立全面覆盖的互联网基础网络。当移动通信进入移动互联网阶段后,基础网络共享应该成为移动行业网络运营的主旋律。

  3.扩大连接的内涵

  在新的生态系统下,应用服务与网络连接解耦,拓宽了应用服务的发展天地。以提供网络连接为责任的电信运营商也在努力进入应用服务的领域,开发各种移动互联网的应用服务。

  诚然,电信运营商可以探索从网络连接向外拓展,进入互联网的应用服务,甚至进入制造业,并努力取得协同效应。但是,即便在网络连接领域,也还有许多增长的驱动因素。

  首先,网络连接的概念可以进一步拓展。过去,从电报,电话到手机,运营商提供人与人之间的连接,随着物联网的发展,网络连接延伸到人与物,物与物。今后,物与物的连接数量将远超人与人的连接。这对于电信运营商来说无疑是一个巨大的增长驱动力。

  伴随着信息通信技术的发展,连接的内涵也在发生变化,电信运营商还可以从连接的内涵变化中寻找新的发展机会。

  传统电信的功能是通过传输链路,为两个或多个端点提供连接服务。这种连接服务包括话音,短信,互联网接入,专线接入等。云计算和云服务的出现,扩展了信息和通信基础设施服务的范围,扩大了连接的内涵。

  有了云服务,用户可以通过互联网直接进入信息通信资源的共享池,使用各种计算资源。在这种情况下,原先的端到端的连接服务变成了端到云的连接服务。云服务将专线接入,服务器,存储器等都融为一体,使基础设施虚拟化,用户通过互联网按需要购买云服务,这与原先的租赁专线,托管服务器的概念完全不一样。电信运营商需要适应这种连接方式的变化,而且要成为云服务的主要提供者。

  从端到端延伸到端到云,连接的内涵扩大了,这对电信运营商来说既是新机会,又是新挑战。

  云服务是一种基于基础设施的新型服务,此时运营商已经积累了丰富的基础设施服务经验,并拥有完整的营销和支撑体系。与互联网应用服务采取的后向收费的方式不同,云服务的经营模式通常是按实际使用计费,这与传统的电信经营模式很接近。电信运营商不仅具有基础设施服务的经验,而且拥有云服务所需要的丰富的传输资源和数据中心设施。

  互联网公司,软件开发商,设备制造商和电商企业都早已有所作为,市场竞争已经相当激烈了,但就云服务巨大的市场而言,云服务还有非常大的发展潜力。

  对电信运营商来说,真正的挑战其实还是在知识领域。今天,网络基础设施的概念已经改变了,电信技术与互联网技术已经全面融合。公众基础设施服务已经从传输网服务,接入网服务延伸到云服务。电信运营商必须快速充实互联网技术知识,改变自己的知识结构,扩大自己的知识范围。

  端到云的连接只是连接的内涵延伸的一个方面,在万物互联的5G时代,连接的内涵还将进一步扩大。当海量的设备通过5G网络连接,这些设备产生的动态数据需要在瞬间得到分析和处理。边缘计算的应用,使得许多分析和控制通过本地设备就可以实现。这样,对数据的计算和分析将实时分布于整个网络结构。万物互联将会进一步改变网络连接的结构和规则,继续改变行业的生态系统,对电信运营商来说,这个过程中将会出现更多的新机会。

  作者

  王建宙 中国移动原董事长

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