TD-SCDMA移動多媒體業(yè)務及終端

 

    [導讀]介紹了TD-SCDMA的系統(tǒng)及關鍵技術，闡述了TD-SCDMA所能提供的獨具特色的移動多媒體業(yè)務，并介紹了TD-SCDMA移動多媒體終端的技術，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）是全球通信界關注的焦點問題。中國具有自主知識產權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，新的移動多媒體業(yè)務無疑將成為整個移動通信產業(yè)鏈未來發(fā)展的關鍵和重要基礎之一。

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

    一、TD-SCDMA的系統(tǒng)及其關鍵技術

    TD-SCDMA（TimeDivisionSynchronousCode Division Multiple Access，時分同步碼分多址）是由中國無線通信標準化組織（CWTS）制定，并被ITU（International Telecommunications Union，國際電信聯(lián)盟）接納的三大3G無線通信主流標準之一。TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA這三種基本傳輸模式的靈活結合，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強等特點。它使用1.28Mchip/s的低碼片速率，擴頻帶寬為1.6MHz。TD-SCDMA的關鍵技術主要集中在基帶部分，如智能天線技術、聯(lián)合檢測技術、時分雙工、同步技術、動態(tài)信道分配技術、軟切換技術、無線網(wǎng)絡技術、功率控制技術、軟件無線電技術、信道估計與補償技術等一系列高新技術，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

    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，通過先進的算法處理，對基站的接收和發(fā)射波束進行波束形成和賦形，從而達到降低干擾、增加容量、擴大覆蓋、改善通信質量、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是應用智能天線技術的典型范例。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

    聯(lián)合檢測（JointDetection，JD）技術是在多用戶檢測（Multi-UserDetection，MUD）技術基礎上提出的。該技術是減弱或消除多址干擾、多徑干擾和遠近效應的有效手段，能夠簡化功率控制，降低功率控制精度，彌補正交擴頻碼相關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，實現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測技術的有機結合。

    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)務類型來靈活調整上、下行轉換點，從而提供最佳的業(yè)務容量和頻譜利用率。

    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器處完全同步，它通過軟件及物理層設計來實現(xiàn)，這樣可以使正交擴頻碼的各個碼道在解擴時完全正交，相互間不會產生多址干擾，克服了異步CDMA多址技術由于每個移動終端發(fā)射的碼道信號到達基站的時間不同，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)信道分配技術可以實現(xiàn)在時域、空域和碼域對無線的靈活配置。采用動態(tài)信道分配技術使得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無線資源，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。

    二、TD-SCDMA提供的移動多媒體業(yè)務

    隨著3G技術的逐漸成熟，3G業(yè)務變得越來越豐富，而多媒體是3G業(yè)務的主要特征。目前可以將3G業(yè)務劃分為三大類：通信類、信息服務類和信息業(yè)務類。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)務質量的級別和要求，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)務的需求。

    （1）通信類：指業(yè)務提供者只提供業(yè)務傳輸功能，向用戶提供透明的業(yè)務服務，不參與內容提供的業(yè)務。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）信息服務類：指由內容提供商提供業(yè)務服務內容，用戶根據(jù)需要選擇相應的業(yè)務服務。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)務類：指業(yè)務服務在網(wǎng)絡提供商提供傳輸功能外，附加其他應用平臺或軟件才能使用的業(yè)務服務，用戶使用業(yè)務時需要實時參與業(yè)務的完成。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（VOD、AOD）、個性化LOGO下載、網(wǎng)絡游戲、音樂鈴聲下載播放等；效率應用類，如個人信息化管理、移動辦公、移動企業(yè)資源調配等。

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

    （1）定位業(yè)務

    由于TD-SCDMA采用智能天線和終端同步技術，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的信源定位（包括波達方向和時延估計）；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，定位精度更加準確。

    （2）不對稱的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務

    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)應用，它具有更高的頻譜利用率和頻譜靈活性。

    （3）TD-SCDMA的技術特點適合PTT、P2P和M2M業(yè)務的應用。

    ●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）技術的實現(xiàn)。采用TD-SCDMA承載PTT業(yè)務，不僅適合于以公眾運營為目的的公共網(wǎng)絡，而且也適用于軍隊、電力、油田、水利等專用集群通信網(wǎng)絡。由于TD-SCDMA具有中國自主知識產權的，包括核心芯片在內，國內廠商基本掌握其核心技術，可以為專用網(wǎng)提供加密、調度應用功能等。同時PTT業(yè)務與視頻通信相結合，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)務數(shù)據(jù)勿需經(jīng)過基站或者中央控制器轉發(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)信機的系統(tǒng)。利用P2P技術，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)絡的容量，延長手機電池的壽命。

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

    三、TD-SCDMA移動多媒體終端技術

    無論是TD-SCDMA、WCDMA還是cdma2000，3G所提供的強大功能和業(yè)務平臺以及增值典型服務商所提供的眾多異彩紛呈的應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。

    1．TD-SCDMA移動多媒體終端結構

    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，即終端設備的模擬射頻處理部分。

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

    （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)模轉換器），頻率合成器及模擬話音處理等部分構成。

    ●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）以及相關的手機專用電路。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、人機界面軟件和應用層軟件的功能。TD-SCDMA手機專用電路主要包括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）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

    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)設計方面，需要根據(jù)TD-SCDMA標準，提出基帶芯片總體構架，確定基帶芯片的任務劃分。確定相應的測試平臺配套軟件及功能模塊的設計方案。同時研究實現(xiàn)算法，進行傳輸鏈路級仿真，進行算法篩選，確定主要技術指標。根據(jù)基帶芯片的任務，設計總體電路構架，確定電路實現(xiàn)方法，用硬件電路描述語言進行行為描述與仿真。通過電路綜合和仿真，排出電路設計問題。

    在芯片驗證方面，主要進行布局布線設計和修改、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，進行TD-SCDMA手機電路板的設計，包括射頻電路及PCB設計、小型化設計、驅動程序設計等。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、調制解調、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，并進行相應的省電模式控制。在實時操作系統(tǒng)方面，要配合芯片而完成包括硬件驅動、內存管理、實時任務調度、多進程處理、中斷處理在內的系統(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)務最終必須通過具有更強數(shù)據(jù)處理能力、更高顯示質量及音像效果的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應用最直接的途徑，3G終端的發(fā)展將影響3G應用的發(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。

    中國手機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6000萬~7000萬部的手機市場。國內的手機產能已經(jīng)達到了2.3億部，占全球的1/3。但由于2G核心技術的缺乏，國產手機與國際品牌競爭失利，國產品牌之間又惡性價格競爭，國產手機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年上半年國產手機第一軍團全線報虧。

    TD-SCDMA具有中國自主知識產權。我國可以在第一時間內利用不斷更新的TD-SCDMA手機芯片通過不斷開發(fā)新功能來占領高端市場，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版權和芯片版權費，保證TD-SCDMA手機在低端市場的價格優(yōu)勢，將極大的促進國產手機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)進行終端的開發(fā)?？梢灶A見，只要TD-SCDMA標準啟動運營，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返。

    我國目前需要進一步加大TD-SCDMA終端的研發(fā)力度，進一步提高產品的成熟度。加強手機核心技術的研發(fā)，從核心芯片入手，進行基帶芯片、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終端產品的技術水平和競爭能力，開發(fā)基于TD-SCDMA的多層次全方位的高中低端手機，提供符合TD-SCDMA技術特色的移動多媒體終端的應用。

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

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