TD-SCDMA移動多媒體業(yè)務(wù)及終端

 

    [導(dǎo)讀]介紹了TD-SCDMA的系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)，闡述了TD-SCDMA所能提供的獨具特色的移動多媒體業(yè)務(wù)，并介紹了TD-SCDMA移動多媒體終端的技術(shù)，最后探討了TD-SCDMA移動多媒體終端的發(fā)展前景。

    第三代移動通信（3G）是全球通信界關(guān)注的焦點問題。中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代移動通信系統(tǒng)TD-SCDMA正在逐步走向商用。第三代移動通信與第二代移動通信最主要的差別是可以提供移動多媒體業(yè)務(wù)，新的移動多媒體業(yè)務(wù)無疑將成為整個移動通信產(chǎn)業(yè)鏈未來發(fā)展的關(guān)鍵和重要基礎(chǔ)之一。

    3G業(yè)務(wù)與3G終端互相制約、共同發(fā)展。3G終端已經(jīng)成為3G業(yè)務(wù)非常重要的承載平臺。另一方面，隨著3G業(yè)務(wù)的不斷推出，與之對應(yīng)的新的手機(jī)應(yīng)用與技術(shù)層出不窮，3G終端技術(shù)將成為今后通信市場中一個重要的新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展空間和市場價值不可限量。

    一、TD-SCDMA的系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

    TD-SCDMA（TimeDivisionSynchronousCode Division Multiple Access，時分同步碼分多址）是由中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（CWTS）制定，并被ITU（International Telecommunications Union，國際電信聯(lián)盟）接納的三大3G無線通信主流標(biāo)準(zhǔn)之一。TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA這三種基本傳輸模式的靈活結(jié)合，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點。它使用1.28Mchip/s的低碼片速率，擴(kuò)頻帶寬為1.6MHz。TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在基帶部分，如智能天線技術(shù)、聯(lián)合檢測技術(shù)、時分雙工、同步技術(shù)、動態(tài)信道分配技術(shù)、軟切換技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、功率控制技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、信道估計與補(bǔ)償技術(shù)等一系列高新技術(shù)，從而大大增加了系統(tǒng)容量，提高了系統(tǒng)抗干擾性能，大大降低了發(fā)射功率，節(jié)約了制造成本。

    1．智能天線技術(shù)

    智能天線（SmartAntenna，SA）利用信號傳輸?shù)目臻g特性和數(shù)字信號處理技術(shù)，通過先進(jìn)的算法處理，對基站的接收和發(fā)射波束進(jìn)行波束形成和賦形，從而達(dá)到降低干擾、增加容量、擴(kuò)大覆蓋、改善通信質(zhì)量、降低發(fā)射功率和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。

    在第三代移動通信系統(tǒng)中，TD-SCDMA是應(yīng)用智能天線技術(shù)的典型范例。TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD方式，使上下射頻信道完全對稱，可同時解決諸如天線上下行波束賦形、抗多徑干擾和抗多址干擾等問題。該系統(tǒng)具有精確定位功能，可實現(xiàn)接力切換，減少信道資源浪費。

    2．聯(lián)合檢測技術(shù)

    聯(lián)合檢測（JointDetection，JD）技術(shù)是在多用戶檢測（Multi-UserDetection，MUD）技術(shù)基礎(chǔ)上提出的。該技術(shù)是減弱或消除多址干擾、多徑干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的有效手段，能夠簡化功率控制，降低功率控制精度，彌補(bǔ)正交擴(kuò)頻碼相關(guān)性不理想所帶來的消極影響，從而改善系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)容量、增大小區(qū)覆蓋范圍。TD-SCDMA采用聯(lián)合檢測技術(shù)，實現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

    3.時分雙工

    時分雙工模式是TD-SCDMA與FDD系統(tǒng)的根本區(qū)別。工作在TDD模式下的TD-SCDMA系統(tǒng)在同一載波上進(jìn)行上、下行鏈路傳輸，而不需要像FDD系統(tǒng)所必須的上、下行對稱頻譜。除了充分利用頻率資源，極大地提高了頻譜利用率以外，TDD模式的優(yōu)勢還在于系統(tǒng)可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型來靈活調(diào)整上、下行轉(zhuǎn)換點，從而提供最佳的業(yè)務(wù)容量和頻譜利用率。

    4.上行同步

    上行同步是指在上行鏈路各終端發(fā)出的信號在基站解調(diào)器處完全同步，它通過軟件及物理層設(shè)計來實現(xiàn)，這樣可以使正交擴(kuò)頻碼的各個碼道在解擴(kuò)時完全正交，相互間不會產(chǎn)生多址干擾，克服了異步CDMA多址技術(shù)由于每個移動終端發(fā)射的碼道信號到達(dá)基站的時間不同，造成碼道非正交所帶來的干擾問題，提高了TD-SCDMA系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，還可以簡化硬件電路，降低成本。

    5.動態(tài)信道分配

    TD-SCDMA所采用的動態(tài)信道分配技術(shù)可以實現(xiàn)在時域、空域和碼域?qū)o線的靈活配置。采用動態(tài)信道分配技術(shù)使得TD-SCDMA系統(tǒng)能夠較好地避免干擾，使信道重用距離最小化，從而高效率地利用有限地?zé)o線資源，提高系統(tǒng)容量。此外，通過使用時域地動態(tài)信道分配，可以靈活分配時隙資源，動態(tài)地調(diào)整上、下行時隙的個數(shù)，從而靈活地支持對稱和非對稱的業(yè)務(wù)。

    二、TD-SCDMA提供的移動多媒體業(yè)務(wù)

    隨著3G技術(shù)的逐漸成熟，3G業(yè)務(wù)變得越來越豐富，而多媒體是3G業(yè)務(wù)的主要特征。目前可以將3G業(yè)務(wù)劃分為三大類：通信類、信息服務(wù)類和信息業(yè)務(wù)類。同時，TD-SCDMA可以實現(xiàn)真正的高速速率數(shù)據(jù)，提供從384k~2Mbit/s寬大范圍的比特率，智能天線可以根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量的級別和要求，為不同用戶動態(tài)地分配功率。良好的抗干擾能力，豐富的頻譜資源能滿足多媒體業(yè)務(wù)的需求。

    （1）通信類：指業(yè)務(wù)提供者只提供業(yè)務(wù)傳輸功能，向用戶提供透明的業(yè)務(wù)服務(wù)，不參與內(nèi)容提供的業(yè)務(wù)。主要包括語音電話、可視電話、移動可視電話、移動電子郵件、即時信息、SMS、MMS、Web瀏覽、文件下載等。TD-SCDMA頻譜分布靈活，收發(fā)在同一頻段上，上行鏈路和下行鏈路的無線環(huán)境一致性很好。由于頻譜利用率高，系統(tǒng)容量更大，導(dǎo)致運營成本降低，間接使單位用戶的通信成本降低。

    （2）信息服務(wù)類：指由內(nèi)容提供商提供業(yè)務(wù)服務(wù)內(nèi)容，用戶根據(jù)需要選擇相應(yīng)的業(yè)務(wù)服務(wù)。如新聞類信息（新聞、交通、天氣、股票等等）、位置信息（城市交通、城市地圖、車輛跟蹤等）、移動廣告等。

    （3）信息業(yè)務(wù)類：指業(yè)務(wù)服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)提供商提供傳輸功能外，附加其他應(yīng)用平臺或軟件才能使用的業(yè)務(wù)服務(wù)，用戶使用業(yè)務(wù)時需要實時參與業(yè)務(wù)的完成。如交易類，包括電子錢包、移動支付、移動銀行、移動證券、信用卡查詢等；娛樂類，如流媒體業(yè)務(wù)（VOD、AOD）、個性化LOGO下載、網(wǎng)絡(luò)游戲、音樂鈴聲下載播放等；效率應(yīng)用類，如個人信息化管理、移動辦公、移動企業(yè)資源調(diào)配等。

    另外，由于TD-SCDMA的技術(shù)特點，它更適合于更精確的定位業(yè)務(wù)和不對稱的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以及PTT、P2P和M2M移動多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

    （1）定位業(yè)務(wù)

    由于TD-SCDMA采用智能天線和終端同步技術(shù)，從而使單基站定位成為可能。與WCDMA和cdma2000系統(tǒng)相比，TD-SCDMA系統(tǒng)能夠提供單基站更為精準(zhǔn)的信源定位（包括波達(dá)方向和時延估計）；而且，不需要增加額外的GPS模塊，這樣在節(jié)約成本、簡化設(shè)計的同時提高了系統(tǒng)的安全性，而且定位的速度更加迅速，系統(tǒng)同時提供的定位用戶數(shù)目更高，定位精度更加準(zhǔn)確。

    （2）不對稱的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

    在無線傳輸上，TD-SCDMA依靠其獨特的操作模式，可根據(jù)傳輸要求的不同，靈活地選擇傳輸模式，充分利用現(xiàn)有的頻譜資源，滿足多種不同的需要，TD-SCDMA系統(tǒng)特別適合于非對稱移動數(shù)據(jù)應(yīng)用，它具有更高的頻譜利用率和頻譜靈活性。

    （3）TD-SCDMA的技術(shù)特點適合PTT、P2P和M2M業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

    ●TD-SCDMA頻率分配靈活，上下行數(shù)據(jù)不對稱，非常適合PTT（移動對講）技術(shù)的實現(xiàn)。采用TD-SCDMA承載PTT業(yè)務(wù)，不僅適合于以公眾運營為目的的公共網(wǎng)絡(luò)，而且也適用于軍隊、電力、油田、水利等專用集群通信網(wǎng)絡(luò)。由于TD-SCDMA具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的，包括核心芯片在內(nèi)，國內(nèi)廠商基本掌握其核心技術(shù)，可以為專用網(wǎng)提供加密、調(diào)度應(yīng)用功能等。同時PTT業(yè)務(wù)與視頻通信相結(jié)合，將拓展3G時代商用市場。

    ●P2P（終端自連）通信允許兩個移動終端直接對話，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)勿需經(jīng)過基站或者中央控制器轉(zhuǎn)發(fā)。由于TD-SCDMA是惟一工作在純時分雙工模式（TDD）的蜂窩系統(tǒng)，因此TD-SCDMA可以利用不同時隙收發(fā)信號，移動終端的射頻模塊勿需任何改動，是目前惟一可支持P2P功能而勿需兩套射頻收發(fā)信機(jī)的系統(tǒng)。利用P2P技術(shù)，可節(jié)約端到端連接的一半無線資源，還可降低基站和終端的發(fā)射功率，增加運營網(wǎng)絡(luò)的容量，延長手機(jī)電池的壽命。

    ●M2M（機(jī)器對機(jī)器）屬于針對設(shè)備的業(yè)務(wù)。TD-SCDMA可以實現(xiàn)真正的高速速率數(shù)據(jù)，使M2M業(yè)務(wù)將得到巨大的發(fā)展空間。幾乎所有日常生活中涉及到的設(shè)備都有可能成為潛在的服務(wù)對象，汽車及其相關(guān)配件、加油站、電子測量表、電梯、停車計費設(shè)備以及其他在家庭中使用的設(shè)備，都可以傳輸和接收數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從應(yīng)用前景來看，M2M業(yè)務(wù)具有非常廣闊的發(fā)展空間。M2M業(yè)務(wù)的應(yīng)用將越來越廣泛，M2M技術(shù)的具體應(yīng)用將非常廣闊和豐富。

    三、TD-SCDMA移動多媒體終端技術(shù)

    無論是TD-SCDMA、WCDMA還是cdma2000，3G所提供的強(qiáng)大功能和業(yè)務(wù)平臺以及增值典型服務(wù)商所提供的眾多異彩紛呈的應(yīng)用必須通過終端的配合才能為最終用戶提供豐富的業(yè)務(wù)。

    1．TD-SCDMA移動多媒體終端結(jié)構(gòu)

    TD-SCDMA移動終端主要由射頻模塊、功率管理芯片、基帶處理芯片和多媒體芯片四部分組成。

    （1）射頻模塊的功能主要是提供無線收發(fā)信通道，即終端設(shè)備的模擬射頻處理部分。

    （2）功率管理芯片主要負(fù)責(zé)各個功能模塊的供電，并負(fù)責(zé)省電模式下的管理。

    （3）基帶處理芯片包括模擬基帶（ABB）和數(shù)字基帶（DBB）兩大模塊

    ●ABB模塊主要由AD/DA（模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器），頻率合成器及模擬話音處理等部分構(gòu)成。

    ●數(shù)字基帶模塊主要包括DSP（數(shù)字信號處理器）和ARM（嵌入式微處理器）以及相關(guān)的手機(jī)專用電路。DSP主要實現(xiàn)TD-SCDMA物理層軟件的所有功能，ARM完成TD-SCDMA協(xié)議棧軟件、人機(jī)界面軟件和應(yīng)用層軟件的功能。TD-SCDMA手機(jī)專用電路主要包括TD-SCDMA定時同步電路、聯(lián)合檢測電路，Turbo（渦輪碼）與Viterbi（維特比）電路、射頻控制電路、FIR（FiniteSignalProcessing，有限沖激響應(yīng)）濾波電路等。

    （4）多媒體芯片主要是實現(xiàn)MEPG-4、MP3、JPEG等多媒體編解碼功能。

    2．TD-SCDMA移動多媒體終端基帶芯片的實現(xiàn)技術(shù)

    作為TD-SCDMA移動多媒體核心部件的基帶芯片的開發(fā)涉及多方面的工作。在系統(tǒng)設(shè)計方面，需要根據(jù)TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，提出基帶芯片總體構(gòu)架，確定基帶芯片的任務(wù)劃分。確定相應(yīng)的測試平臺配套軟件及功能模塊的設(shè)計方案。同時研究實現(xiàn)算法，進(jìn)行傳輸鏈路級仿真，進(jìn)行算法篩選，確定主要技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)基帶芯片的任務(wù)，設(shè)計總體電路構(gòu)架，確定電路實現(xiàn)方法，用硬件電路描述語言進(jìn)行行為描述與仿真。通過電路綜合和仿真，排出電路設(shè)計問題。

    在芯片驗證方面，主要進(jìn)行布局布線設(shè)計和修改、DRC（DesignRuleChecking）、LVS（LayoutVs. Schematic）、寄生參數(shù)提取和后仿真等校驗測試工作。測試無誤后，送出流片。

    芯片流片封裝完成后，進(jìn)行TD-SCDMA手機(jī)電路板的設(shè)計，包括射頻電路及PCB設(shè)計、小型化設(shè)計、驅(qū)動程序設(shè)計等。芯片中嵌入的物理層軟件需要通過信源編解碼、信道編解碼、調(diào)制解調(diào)、同步測量、功率/增益/頻率控制、聯(lián)合檢測等等的軟件處理來完成物理層的功能，并進(jìn)行相應(yīng)的省電模式控制。在實時操作系統(tǒng)方面，要配合芯片而完成包括硬件驅(qū)動、內(nèi)存管理、實時任務(wù)調(diào)度、多進(jìn)程處理、中斷處理在內(nèi)的系統(tǒng)程序。

    四、TD-SCDMA移動多媒體終端發(fā)展前景

    從目前移動多媒體市場的發(fā)展態(tài)勢來看，影響3G開展的瓶頸就是3G終端的制約。3G時代的多媒體業(yè)務(wù)最終必須通過具有更強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力、更高顯示質(zhì)量及音像效果的3G終端作為載體展現(xiàn)在用戶面前。對普通消費者而言，3G終端是其感受3G應(yīng)用最直接的途徑，3G終端的發(fā)展將影響3G應(yīng)用的發(fā)展。只有外形美觀、功能完備、性能穩(wěn)定、符合用戶需求的3G終端才能吸引用戶接受3G業(yè)務(wù)。

    中國手機(jī)市場無疑是全球競爭最激烈的市場。50多個品牌，上千個型號爭奪每年6000萬~7000萬部的手機(jī)市場。國內(nèi)的手機(jī)產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了2.3億部，占全球的1/3。但由于2G核心技術(shù)的缺乏，國產(chǎn)手機(jī)與國際品牌競爭失利，國產(chǎn)品牌之間又惡性價格競爭，國產(chǎn)手機(jī)長時期處于被動狀態(tài)，發(fā)展形勢跟不上國際潮流的變化。2005年上半年國產(chǎn)手機(jī)第一軍團(tuán)全線報虧。

    TD-SCDMA具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)。我國可以在第一時間內(nèi)利用不斷更新的TD-SCDMA手機(jī)芯片通過不斷開發(fā)新功能來占領(lǐng)高端市場，提供最新的語音、數(shù)據(jù)及移動多媒體功能。同時又由于不再需要向國外公司支付高額的手機(jī)版權(quán)和芯片版權(quán)費，保證TD-SCDMA手機(jī)在低端市場的價格優(yōu)勢，將極大的促進(jìn)國產(chǎn)手機(jī)在高端市場和低端市場的份額。目前TD-SCDMA芯片企業(yè)已成功支持十幾家終端企業(yè)進(jìn)行終端的開發(fā)?？梢灶A(yù)見，只要TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)啟動運營，終端企業(yè)的核心競爭力將得到根本性的提升，2G時代受制于人的局面將一去不復(fù)返。

    我國目前需要進(jìn)一步加大TD-SCDMA終端的研發(fā)力度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的成熟度。加強(qiáng)手機(jī)核心技術(shù)的研發(fā)，從核心芯片入手，進(jìn)行基帶芯片、射頻芯片以及多媒體處理芯片的研制和開發(fā)工作，提高中國TD-SCDMA終端產(chǎn)品的技術(shù)水平和競爭能力，開發(fā)基于TD-SCDMA的多層次全方位的高中低端手機(jī)，提供符合TD-SCDMA技術(shù)特色的移動多媒體終端的應(yīng)用。

    未來5年，第三代移動通信（3G）將會在全球范圍內(nèi)迅速普及，手機(jī)的多媒體服務(wù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)也將得到空前地發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過1500億美元。中國TD-SCDMA移動多媒體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展無疑將對世界移動通信市場產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，特別是在TD-SCDMA移動多媒體終端產(chǎn)業(yè)方面將為全球3G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn) 
  
 

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