張路博士
移動產(chǎn)品總監(jiān)
Marvell
2012年1月
概要
中國3G技術(shù)時分同步碼分多址(TD-SCDMA)自開發(fā)伊始即遭遇了眾多質(zhì)疑。然而,自2009年起,該技術(shù)迅速走向商業(yè)化,用戶數(shù)迅速增長,尤其在2011年下半年,達到4500萬,所有質(zhì)疑煙消云散。TD-SCDMA獨特的時分雙工和頻譜帶寬,使其具有更高的性價比,既適用于人口稠密的都市區(qū)域,也適用于人口稀疏的農(nóng)村地區(qū)。中國領(lǐng)土遼闊,大都市人口密集,TD-SCDMA顯得尤為重要。2011年,Marvell®通信處理器支持的TD-SCDMA普及型智能手機投入市場,消費者對3G技術(shù)的需求更加迅猛。Marvell致力于支持TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn),為全世界OEM廠商的產(chǎn)品發(fā)展提供廣闊的機遇。不僅在中國,同時為發(fā)展全球手機平臺帶來廣闊天地,其中包含智能手機、平板電腦和其它移動設(shè)備等?,F(xiàn)時,正是OEM廠商在全球范圍內(nèi)尋求市場機遇的最好時機。
簡介
自移動電話發(fā)明及應(yīng)用以來,其移動性為通訊事業(yè)帶來高速發(fā)展。20世紀(jì)90年代,3G技術(shù)面市,并于本世紀(jì)的頭10年進一步發(fā)展。迄今為止,全球范圍內(nèi)主要有三種3G標(biāo)準(zhǔn),寬帶碼分多址(WCDMA), CDMA2000和EV DO(演變數(shù)據(jù)優(yōu)化),以及TD-SCDMA。 其中,WCDMA于2000年率先發(fā)布,數(shù)據(jù)處理速度達384kbps,在美國被AT&T和T-Mobile采用;隨后是CDMA2000和EV DO,于2002年發(fā)布。到2011年中期,全球主要運營商都使用這兩種3G技術(shù)。世界上人口最多的中國開發(fā)了自己的3G技術(shù)——TD-SCDMA,它是通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)的一部分。TD-SCDMA的許多特點,使得它具備部署和商業(yè)化的獨特優(yōu)勢,并開始在這個14億人口的國家形成發(fā)展勢頭。本白皮書旨在討論該3G技術(shù)及其獨有的特征,介紹中國3G市場最新動態(tài),以及針對這一令人振奮的市場機遇,Marvell 提供的TD-SCDMA產(chǎn)品系列的最新信息。
3G技術(shù)起源
TD-SCDMA歷史
TD-SCDMA由中國電信科學(xué)技術(shù)研究院(CATT)與西門子®共同開發(fā)。TD-SCDMA始于無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)的研究,之后與時分雙工(TDD)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合。1998年,TD-SCDMA首次被提交到國際電信聯(lián)盟(ITU),以TDD與CDMA同步技術(shù)的基礎(chǔ),作為第3代公用陸地移動通信標(biāo)準(zhǔn)之一。2000年5月,ITU批準(zhǔn)TD-SCDMA與WCDMA和CDMA2000一起,成為全球3個3G標(biāo)準(zhǔn)之一。2001年3月,作為聯(lián)合各個電信標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)的組織,第3代合作伙伴項目(3GPP)接納了TD-SCDMA,將它作為其通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)第4版的一部分,使得TD-SCDMA與CDMA2000和WCDMA一起,成為全球三個主要的3G通信標(biāo)準(zhǔn)。
TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的語音通話于2001年4月首次實現(xiàn),同年7月,視頻通話也第一次實現(xiàn)。2002年, TD-SCDMA的技術(shù)認(rèn)證完成。2001年,進行實網(wǎng)試驗。2005年,開始在保定、青島和廈門進行仿真網(wǎng)絡(luò)測試。2006年,開始進行大型TD網(wǎng)絡(luò)試驗,并由三家電信運營商擴展到全國10個城市。全球最大的移動網(wǎng)絡(luò)運營商中國移動通信集團公司(CMCC),擁有63萬用戶,在8個城市部署1.4萬 個TD基站。CMCC是TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的主要推動者,并在2009年中國批準(zhǔn)3G業(yè)務(wù)后形成增長勢頭。到2010年末為止,CMCC已擁有2000萬TD用戶。
3G技術(shù)的比較
TD-SCDMA的基本特征是采用雙工模式。與WCDMA和CDMA2000所使用的對稱下行(DL)和上行(UL)頻譜有所不同,TD-SCDMA能夠在同一頻段下實現(xiàn)下行和上行傳輸,這得益于的TD-SCDMA獨特的架構(gòu),如圖1所示,每個無線幀長10毫秒,被分為2個分別長5毫秒的子幀。每個子幀又包含7個常規(guī)時隙(TS)及3個特殊時隙。常規(guī)時隙可以很靈活地用于下行或上行傳輸, TS0和TS1除外,這兩個幀始終分別用于上行和下行。這種時隙可針對上行和下行的靈活配置的模式,是提供非對稱數(shù)據(jù)服務(wù)的理想之選,如互聯(lián)網(wǎng)瀏覽或社交網(wǎng)絡(luò)等。由于其時分的性質(zhì),TD-SCDMA下行和上行傳輸可使用單一頻段,而WCDMA與CDMA2000則需要成對頻段,一個用于下行傳輸,另一個用于上行傳輸,這就使得TD-SCDMA較之這二者更容易部署,相應(yīng)頻譜管理更加簡單。
Radio Frame無線幀
Subframe子幀
DwPTS下行傳輸特殊幀
UpPTS上行傳輸特殊幀
圖1. TD-SCDMA框架結(jié)構(gòu)
在進行TD-SCDMA設(shè)計時,應(yīng)用了多種先進的信號處理技術(shù),如智能天線和聯(lián)合檢測方法。由于上行(UL)和下行(DL)傳輸占用相同的頻率資源,便可以通過接收到的UL信號預(yù)測DL多路徑特性,這樣就有可能在基站中使用智能天線技術(shù),降低終端間的相互干擾和提高有效信號功率。通過使用天線陣列和DSP高級算法,智能天線技術(shù)可以獲取移動終端的位置信息,并將發(fā)射波束集聚于指定終端??臻g波束賦形的優(yōu)勢在于減少對同一通道的干擾,從而提高下行容量。使用智能天線有利于同時在人口密集的城市和人口稀疏的農(nóng)村地區(qū)高效部署網(wǎng)絡(luò),這在中國尤為關(guān)鍵。
多址接入干擾是CDMA系統(tǒng)的主要問題。聯(lián)合檢測技術(shù)視所有用戶的信號為有用信號,并對信號進行并行處理。TD-SCDMA模式下任何給定時隙的用戶數(shù)量最多不會超過16,因此,聯(lián)合檢測處理的復(fù)雜度能夠得到有效控制。
同所有 TDMA系統(tǒng)一樣,TD-SCDMA的另一個特性是用戶終端與基站的同步。該特性可使終端的信號傳輸實現(xiàn)準(zhǔn)確的定時超前,由此,來自不同用戶的信號可以以同步幀到達基站。這樣,基站有效地進行聯(lián)合檢測。同步化使得在小區(qū)切換過程中能夠快速尋找到相鄰小區(qū),從而無需進行軟切換。
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TD-SCDMA |
WCDMA |
CDMA 2000 |
● 通道帶寬 |
1.6MHz |
5MHz |
1.25MHz |
● 雙工 |
TDD |
FDD |
FDD |
● 幀頻 |
10ms |
10ms |
20ms |
● 碼片速率 |
1.28Mchips/s |
3.84Mchips/s |
1.228Mchips/s |
● 擴頻因子 |
1、2、4、8、16 |
4…256 UL,4.256 DL |
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● 調(diào)制 |
QPSK/8PSK/16QAM |
QPSK/16QAM |
QPSK/8PSK/16QAM |
表1. 3G技術(shù)比較
3G技術(shù)比較見表1。可以看出,TD-SCDMA與WCDMA和CDMA2000有許多類似的地方,但是都具備自己獨有的特性。WCDMA與CDMA2000都屬于頻分多址技術(shù)。WCDMA需要兩個獨立的5MHz寬頻譜帶,一個用于下行傳輸(從發(fā)射塔到手機),另一個用于上行傳輸(從手機到發(fā)射塔),CDMA2000也需要兩個1.25MHz頻帶。而TD-SCDMA僅需要一個1.6MHz頻帶,便可以滿足上行和下行的傳輸。換句話說,TD-SCDMA僅需要頻譜資源的1/6至2/3。在現(xiàn)有頻譜緊缺的狀況下,需要盡量少的頻帶可使部署移動網(wǎng)絡(luò)更加簡單。同時,它也節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備的制作成本,因為需要采樣的頻帶縮小。此外,由于上下行射頻(RF)鏈工作于同一頻帶,因而可以很大程度地進行再利用。
中國3G市場狀況
2009年1月,中國政府發(fā)放3G牌照。中國移動®接管TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò),中國聯(lián)通®和中國電信®分別接管WCDMA和CDMA網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)他們2010年發(fā)布的年度報告,中國移動已經(jīng)部署了19.9萬多個基站,到2011年中期將覆蓋656個城市。據(jù)稱,中國3G用戶市場呈現(xiàn)井噴態(tài)勢。而根據(jù)iSuppli2的市場分析,中國移動將在中國3G用戶市場占據(jù)最大份額。圖2是iSuppli®按照接入技術(shù)對2010-2014年的手機市場所做的預(yù)測。自從TD商用之后,中國移動便通過投資產(chǎn)業(yè)鏈推動TD市場。到2010年末,中國移動已經(jīng)擁有2000萬用戶,截止2011年11月底,TD用戶已突破4800萬,2011年,TD用戶有望凈增3000萬。
相信在中國移動的普及型智能機計劃推動下,TD市場將加速擴展。從2011年上半年采購情況看,70%的中標(biāo)機型是中低端智能機,零售價格在900元到1600元之間。在接下來的幾個月中,其它廠商的很多TD終端有望推出,這都將有利于推動TD技術(shù)的應(yīng)用。
2010年11月末,已有356款TD手機通過中國移動認(rèn)證。
Thousands of Ults(千臺)
圖2. 中國3G手機市場動態(tài)2
Marvell TD解決方案
認(rèn)識到TD-SCDMA在中國的市場潛力,Marvell于2008年做出了一項戰(zhàn)略投資決策,即開發(fā)支持TD-SCDMA技術(shù)的單芯片智能手機解決方案?;贛arvell前沿的單芯片技術(shù)以及與中國移動的合作伙伴關(guān)系,開發(fā)了世界上第一個商用化的TD-SCDMA單芯片解決方案——Marvell PXA920平臺,這款平臺集高性能、低功耗的應(yīng)用處理器和先進的多模調(diào)制解調(diào)器于一體,同時支持GSM/EDGE網(wǎng)絡(luò)和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)。PXA920框圖如圖3所示。
圖 3. Marvell PXA920單芯片系統(tǒng)框圖
具備內(nèi)置視頻和三維圖像加速器,PXA920可以提供針對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的出色性能,如成像、高清視頻、音樂、游戲和其它流行的移動應(yīng)用程序。
Marvell為PXA920提供了一套完整的解決方案,包括射頻收發(fā)器、電源管理集成電路(PMIC)以及WLAN/BT/FM無線集成芯片。除了PXA920以外,Marvell還提供了具有HSPA(高速封包存取)調(diào)制解調(diào)功能的PXA978通信處理器。PXA978是首款同時支持WCDMA和中國標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA增強版HSPA+的單芯片解決方案。PXA978旨在讓移動終端廠商設(shè)計出全球范圍內(nèi)均能使用的3G移動終端和平板電腦。而且,作為對TD-SCDMA技術(shù)的認(rèn)同,Marvell進一步擴展TD-SCDMA產(chǎn)品線,發(fā)布了Marvell PXA1202,這是針對多媒體手機而推出的先進、高度集成的3G調(diào)制解調(diào)器。
自PXA920平臺推出以來,幾十家世界頂尖手機廠商在中國設(shè)計和發(fā)布基于PXA920的產(chǎn)品。大量產(chǎn)品已經(jīng)啟動,包括智能手機、平板電腦和MiFi移動熱點設(shè)備。PXA920使得人們期待已久的暢銷TD智能手機售價降至1000元,就像WCDMA和CDMA2000一樣,能為用戶帶來更豐富的TD智能手機選擇。
結(jié)論
自2009年推出以來,TD-SCDMA技術(shù)已經(jīng)向市場證明了它的技術(shù)成熟度和商用化可行性。消費者使用TD-SCDMA的比例迅速增加。TD-SCDMA技術(shù)將不斷發(fā)展,推出新的功能。例如,在3GPP第8版中應(yīng)用了TD-HSPA+(時分高速封包存?。┘夹g(shù),該技術(shù)應(yīng)用了64-QAM調(diào)制技術(shù)和增強的L2技術(shù),包括CPC和CELL_FACH、接收分集和雙載波聚合。在下一代移動技術(shù)長期演進技術(shù)(LTE)中,時分(TD)技術(shù)相應(yīng)于頻分(FDD)技術(shù)具有同樣重要性。兩種LTE技術(shù)均由業(yè)界一流的技術(shù)供應(yīng)商開發(fā),并由頂級的移動運營商部署。
Marvell將不斷致力于TD-SCDMA技術(shù)的研究和開發(fā)。Marvell PXA920集成高性能、低功耗的應(yīng)用處理器,并配備先進的多模調(diào)制解調(diào)器,既支持GSM/EDGE網(wǎng)絡(luò),也支持TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò);內(nèi)含HSPA調(diào)制解調(diào)器的Marvell PXA978通信處理器,以及針對數(shù)據(jù)卡、移動熱點和多媒體手機應(yīng)用的先進的、高集成度的3G輕薄型調(diào)制解調(diào)器Marvell PXA1202,都有助于實現(xiàn)TD和全球性手機平臺終端。TD市場將繼續(xù)為包括智能手機、平板電腦和移動熱點設(shè)備在內(nèi)的新設(shè)備提供充分的機遇,Marvell承諾繼續(xù)在這一重要的、成長中的市場保持創(chuàng)新力度,幫助全球的OEM廠商共享這一令人興奮的市場機遇。
參考文獻
【1】《中國移動年度報告》(2011年7月)
【2】iSuppli,《中國3G手機市場分析》(2011年2月)
作者簡介:
張路博士
移動產(chǎn)品總監(jiān)
張路博士是Marvell移動產(chǎn)品總監(jiān),主要負(fù)責(zé)移動通信處理器相關(guān)業(yè)務(wù),包括PXA920家族系列、PXA1202和PXA1802。在加入Marvell之前,他曾于 PicoMobile公司出任信號處理總監(jiān),領(lǐng)導(dǎo)了VoIP和視頻電話多媒體處理技術(shù)的開發(fā)。在此之前,他曾在Sonim科技公司工作,負(fù)責(zé)開發(fā)了具有領(lǐng)先地位的語音和信息交換應(yīng)用IMS解決方案。他在摩托羅拉工作了近10年,領(lǐng)導(dǎo)了信號和音頻處理以及模式識別技術(shù)的研究和開發(fā)。張路博士在加拿大金斯頓皇后大學(xué)獲得電氣工程博士學(xué)位。