【2022年第12期】创新引领中国移动通信发展

  以我国移动通信发展场景阐述走中国式现代化发展道路的重要意义。从基层通信员工的视角回顾我国移动通信发展经历的1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步、5G领先的过程，从中领悟“创新是引领发展的第一动力”。强调了创新在产业链发展和解决卡脖子问题中的关键作用。

  【关键词】创新；TD-SCDMA；TD-LTE；智能天线G；产业链；第三代半导体

  中国的二十大报告中22次提到“创新”，强调一定要坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，强调坚持创新在我们国家现代化建设全局中的核心地位。我国移动通信发展走过了1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步到5G引领的历程，充分说明创新是引领发展的第一动力，我国移动通信发展历史就是一部创新发展史。

  发展到2G时代后期，网上有了少量国产设备，而且是采用国外制式GSM或CDMA的数字蜂窝系统，笔者参与了部分测试工作。当时网络建设由外方督导，网络规划、网络优化也都由外方主导。如果网络出了问题，要请国外专家解决。我方要到机场接国外专家，来到后要管吃管住，住四星级以上的宾馆。从以上情况能够准确的看出，当时建网和经营成本非常高，老百姓购买手机和使用业务费用也就非常高。

  3G是我国移动通信取得突破性发展的时代。之所以说突破，可以从以下9个方面理解。

  （2）我国开始提出自己的通信系统标准，并得到国际标准化组织认可。3G国际标准包括有欧洲主导的WCDMA、美国主导的cdma2000、中国的TD-SCDMA等3种标准，基于码分多址（CDMA）技术，主要解决公众高速数据通信。后期美国IEEE提出的WiMAX成为第4种标准。

  （3）开始分配自己的移动通信系统全国公用网络使用频率。频率是移动通信运营商的基础和核心资源。2002年10月原国家信息产业部下发文件《关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知》（信部无[2002]479号）规定：将我国第三代公众移动通信系统主要工作频段规划为时分双工（TDD）方式，即1 880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz；补充工作频率为时分双工（TDD）方式，2 300～2 400 MHz。

  （4）首次在公众网上将具有我国知识产权的移动通信系统TD-SCDMA组网、商用。在此之前，移动通信网上设备一直采用国外设备或极少量的国外制式国产设备。通过检索能够正常的看到，世界上华人研究移动通信的很多，国内人员也很多。但是，很多人停留在发表文章，做出局部成绩，基本上没有人完成适合公众网的完整的移动通信系统。

  （5）网络建设、规划、优化全部由中国人自己完成。从这以后，培养了一大批中国的通信工程建设人员、设计人员和网络优化人员，自己能完成全部工作，不用外方公司督导或主导。

  （6）开始认识到产业链的作用，成立了TD产业联盟。2002年10月，在发改委、科技部、信息产业部的大力推动下，由大唐等8家企业发起成立TD产业联盟，形成了专利共享、共同开发、协同组织的机制，有效解决了知识产权、共有技术和测试平台建设等问题，降低了企业进入门槛，带动了更多企业进入TD产业领域，形成新的移动通信产业链雏形。

  （7）产业链上系统厂家、天线厂家、芯片厂家等得到提升发展。例如，3G初期，即便在国内规模较大的天线厂家也没有几个本科生，而发展到3G后期，不但本科生，硕士、博士都有了。以前，厂内都找不到几种振子，很难开发出新的振子，而今已有上千种振子。现在我们国家生产的天线已占全球最大比重。

  （8）运营商员工开始深入设备系统、网络组织进行研究，并提出创新完善的解决方案和专利。特别是一些将科研成果工程化、进而成为商品化过程中的创新，在这里举例如下。

  笔者被河北省选拔培养出国留学到加拿大麦克马斯特大学作访问学者，主要是学习3G技术，留学归来正赶上国家将具有我国知识产权的第三代移动通信TD-SCDMA系统交给中国移动挑大梁应用。笔者当时负责河北省网络的设计组织和技术管理。当时这个系统只是一个试验室成果性的技术，还不是成熟产品。所以遇到很多困难和被外界看不起的困境。中国移动员工们本着为国争气、有问题靠自己创新解决的思路，认识到这既是挑战也是机遇。这些想法在中国移动通信集团各级人员中间得到全力支持和广泛肯定。于是大家从该系统最关键，也是组网中遇到的最大困难的技术——智能天线入手。

  起初，TD-SCDMA智能天线根全向天线构成的圆柱结构天线阵。其仿真复杂，系统容量低，天面安装困难。经过在试验网的测试和沟通，改为使用板状天线。但新的问题是，当时这种板状天线像门板那般大，不仅风阻大、重量大，而且老百姓认为天线大辐射就大。因此影响到找站址、安装、维护和使用，工程进行不下去，想要将其小型化，但是依照国家给定的频段，8个由垂直极化振子构成阵元组成的板状阵列天线是没办法做到小型化的，因此，必须再次创新。于是双排结构或双极化的创新出现了，结构的变化使得天线宽度缩小一半，重量几乎减少到原来的一半。根据这个设计申请专利，出产品，现网实测确实可行，一举解决了工程化问题。如图1所示。该项创新获得了中国移动科学技术创新三等奖。

  智能天线是TD-SCDMA系统的关键技术，是从雷达天线原理转换过来的。它用于民用蜂窝通信组网中通信天线使用，要与TD-SCDMA系统上下行帧结构匹配才能达到蜂窝组网和收发信息的目的。按TDD工作原理，它采用2种工作模式：T0时隙建立手机与基站联系管理开销，以及进行广播业务时采用广播波束模式；T1—T6时隙进行客户业务收发时采用业务窄波束模式。广播波束场图要与蜂窝小区形状和大小相匹配，在整个网络运行期间保持稳定。业务波束在广播波束覆盖区域内，利用互易原理将收到的上行信道信息作为下行信道的参考信息，动态实时跟踪有效客户完成通信业务，见图2。在3G初期，当时往往看到窄波束就强调覆盖更远，殊不知超出小区之外的场强就是干扰信号了。另外，在无线网络规划、设计和优化中广泛沿用了GSM/WCDMA/cdma2000系统中的单天线单一工作模式，根本就没有调整广播波束权值去适应需要覆盖的小区场景，全国采用一种场图。这极度影响了智能天线发挥优势，所以网络指标不高。智能天线广播波束权值应用技术的创新解决了这样的一个问题，在全国各地得以推广使用后，使得全国网络指标大幅度的提高。这个创新获得中国移动科学技术进步一等奖、中国通信学会科技三等奖。

  TD-SCDMA系统组网二期工程结束至三期工程前后，由于全网采用了许多中国移动员工自己研究的创新解决方案，基本上把一个试验室成果性的技术完善成为可以工程化、商用的系统，网络运营指标与GSM同覆盖区域达到近似。需要说明的是，当时已是GSM网络的第八期建设工程。

  （9）创新的脚步永不停歇，即将进入4G时代之前中国移动员工在处理问题过程中，提出大量的解决方案，申请了更多专利，对TDD系统有了更新的认识。配合设备厂家完成了大量的系统测试，进行了大量的组网测试。在这样的一个过程中做出了很多创新工作，除了上面提到的，还有优化重组帧参数、异构网通信、不换卡不换号就可使用3G、2G/3G一体化天线等多项创新。这些都为后续4G/5G奠定了技术基础与产业基础。

  4G时代是我国移动通信能够与国际先进通信系统、网络和业务同步发展的时代。之所以说同步或并跑，从以下3个方面理解。

  （1）在国际标准中只剩FDD-LTE与TDD-LTE并列发展，世界没选CDMA的老路，结束了IEEE发展各种CDMA和WiMAX的演进路径。

  （2）网上设备FDD-LTE与TD-LTE设备数量几乎相当，甚至有可能TD设备还要多一点。

  （3）从3G开始，培养了一大批我国自己的移动通信网络建设、设计、网优人员，4G时代他们的技术水平明显提升。他们比以往任何一个时间里都深入网络设备内部和原理性的理解，不但完全由中国人完成国内这些任务，还能走向世界，带着中国的产品和解决方案，承担多国的移动通信网络建设、设计、网优，产生大量新的创新成果。在这里再举两个为满足实际需求的创新案例。

  4G时代，像全国很多城市一样，石家庄出现很多高层楼房，原有天线度，无法覆盖。于是笔者团队创新提出，将一整栋高楼看作一个立体小区。在这之前，全世界都一直是在平面上设置蜂窝小区。经过调整广播波束权值使场图与这栋楼的蜂窝小区形状和大小相匹配，业务波束采取垂直扫描的办法，参见图3。另外一个创新是，笔者所在团队提出话音时代重视场强覆盖，而流量时代还要重视干扰比SNIR值。也就是说，城市中的用户可能被附近多个基站信号场强覆盖，在网络优化中提高网络的SINR值，增强主站信号，降低或消除其他干扰信号，可以轻松又有效提升使用者真实的体验，参见图4。这些创新获得石家庄市科学技术进步一等奖，河北省科学技术进步三等奖。为了形成群体式长久创新，中国移动通信集团公司在中国移动通信集团设计院有限公司设立劳模工作室——晓明天线工作室。

  5G时代是我国移动通信能够在国际先进通信系统、网络和业务等领域领跑的时代。之所以说领跑，从以下6个方面理解。

  （1）5G是中国主导、全球集体制定的标准，必要专利声明数量中国占比超过38%。

  （2）中国科学家承担了ITU、3GPP等多个国际组织的工作组长、副组长职务。

  （3）全球主流设备大多数都是TDD，而且中国技术在多方面领先国外。例如从3G的智能天线D-MIMO，再演进成Massive MIMO，中国深度掌握其中的关键技术。

  （5）中国不但2C业务用户数领先，2B业务用户数也领先。为千行百业赋能，促进数字化转型，为经济高水平质量的发展做出贡献。目前网上物联连接数已超越个人用户数。

  （6）我国网络规模和复杂度远超其他任何一个国家。甚至存在同一块区域多家运营商的网上频率从低端700 MHz到6 GHz以下的同质业务、多种上下行波形和时隙场强信号覆盖，以及由系统和环境产生的交调、折射、散射等多种干扰；从每月仅上报几次小包数据、不用漫游切换的抄表业务，到VR超流量的视频业务，还有超高可靠低时延的机械控制业务。服务于我国的网络设计、建设、维护的能力，从技术上讲服务于其他几个国家没有大问题。这一段时期的创新，已确定进入“无人区”。之所以能设计建设、维护运营这样的网络，来源于深层次的持续创新，以及引入了大量数字技术、AI技术。

  例如近期，将BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）引入通信工程设计、施工和维护等领域的创新活动已经在雄安和部分省市开展，它能够在一定程度上帮助节省工期、减少不可预期缺陷、降低材料消耗，提高维护水平。另外，将AR技术用于设计勘察，有助于新员工快速入岗，迅速提高技能，且便于协同设计，提高质量、加快设计进度。此外，云计算、大数据的采用也使得勘察、设计提高了效率和准确性，而且便于建筑设计企业、设计单位、实施工程单位多方衔接和共同确认，并为今后维护交底打下更好的基础数据资料。AI自动提醒扩容需求也得到了广泛使用。

  目前，5G还在发展进程中，仍处在创新征程上，还有很大的创新空间。例如：应加大第三代半导体器件的应用，满足未来网络发展的需求。包括：用好GaN的高频宽带高效特性，用好SiC的高电压大功率节能特性，采用各种新材料技术、AI技术等解决耗能问题和效率不高问题。另外，减少一刀切式的产品和服务。包括，不再追求全国统一的基站天线挂杆高度，应因地、因时、因要选择。不再追求全频段、全协议、全接口的终端或模组，应提供差异化产品和服务，划分产品的子系列，把成本降下来。对于没有漫游、切换和高频次握手协议需求的场景模组，取消这类管理开销。崇尚节省资源提供高效服务的理念等。

  近期，晓明天线工作室团队认真组织学习党的二十大重要文件，结合参与中国移动通信发展实践的经验，更加坚信党的领导的重要性，增强理论自信、道路自信，将继续保持创新步伐不停歇。5G时代，更多的员工加入了这个创新团队，又创新出多个成果，包括700 MHz和更高频段的多频段、TDD-FDD双制式天线等。目前产品和服务已发往全国各地，不断提供具有自己特色的、差异化的网络设计服务。

  此外，5G时代在频率规划上，我国通过你自己的产业链状况提出先发展6 GHz以下，后发展毫米波，这也是以中国式现代化发展移动通信的例子。

  （1）从3G以来中国已经掌握了移动通信发展的脉搏，几乎每十年更新换代一次，研发人员早已提前布局，储备了大量创新技术等待纳入6G标准。

  （5）在党的二十大精神鼓舞下，移动通信人正在为实现网络强国战略而发奋努力。

  亲身经历和参与我国移动通信从1G到5G演进的全过程，使笔者切实看到，从全行业和产业的角度对比，目前仍有较大的提升和创新空间。例如，通信基础软硬件、工具、仪表等方面遇到的问题都急需用创新加以解决。应不断加大基础创新和原始创新。

  从以上我国移动通信发展的历程，包括列举的实例中能够准确的看出，只有创新才能引领发展，才能解决卡脖子问题。今后，我们将认真学习二十大文件，增强理论自信、道路自信，脚踏实地，继续创新，为国争光，保持我国移动通信发展的领头羊，描绘好中国式现代化移动通信发展场景。在此，笔者为我国移动通信发展提出以下建议。

  （1）深入学习贯彻二十大文件精神，坚定信念，坚持核心技术必须掌握在自己手里，坚持中国式现代化。

  （2）认线G网络建设和业务应用中遇到的问题，和6G可能会产生的新需求，提出中国的解决方案。

  （3）继续完善产业链、供应链、创新链以及相关联盟组织，提升短板，补齐欠缺，链长单位承担起为网络强国战略而努力的责任，各个产业链上游支持下游，大公司扶持小公司等。同时希望出现一大批专精特企业。

  （5）完善创新机制，允许创新失败，鼓励创新行为；重视培养人才，尊重人才和使用人才；重视新技术、新工艺、新成果的推广使用。

  （6）拓展移动通信的服务领域，包括服务各个行业，上天入地下海，陆海空天一体化。让移动通信更好造福人类。

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  （-1310）：教授级高级工程师，中国通信学会会士，享受国务院政府津贴，硕士毕业于清华大学电子工程系，现任中国移动通信集团设计院有限公司科技委副主任，河北省互联网协会副会长，河北省信息通信行业协会专家委员会主任，河北通信杂志总编。主要是做微电子、通信系统研制，电信网络运营维护管理，通信运营企业战略规划咨询，电信网、尤其是移动通信网网络建设、后评估、电信业务模式设定等方面的咨询、规划、设计和管理工作。

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