張路博士
移動產品總監(jiān)
Marvell
2012年1月

概要
中國3G技術時分同步碼分多址（TD-SCDMA）自開發(fā)伊始即遭遇了眾多質疑。然而，自2009年起，該技術迅速走向商業(yè)化，用戶數迅速增長，尤其在2011年下半年，達到4500萬，所有質疑煙消云散。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村地區(qū)。中國領土遼闊，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技術的需求更加迅猛。Marvell致力于支持TD-SCDMA標準，為全世界OEM廠商的產品發(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備等。現時，正是OEM廠商在全球范圍內尋求市場機遇的最好時機。

簡介
自移動電話發(fā)明及應用以來，其移動性為通訊事業(yè)帶來高速發(fā)展。20世紀90年代，3G技術面市，并于本世紀的頭10年進一步發(fā)展。迄今為止，全球范圍內主要有三種3G標準，寬帶碼分多址（WCDMA）, CDMA2000和EV DO（演變數據優(yōu)化），以及TD-SCDMA。 其中，WCDMA于2000年率先發(fā)布，數據處理速度達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。世界上人口最多的中國開發(fā)了自己的3G技術——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產品系列的最新信息。

3G技術起源
TD-SCDMA歷史
TD-SCDMA由中國電信科學技術研究院（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）和網絡技術相結合。1998年，TD-SCDMA首次被提交到國際電信聯(lián)盟（ITU），以TDD與CDMA同步技術的基礎，作為第3代公用陸地移動通信標準之一。2000年5月，ITU批準TD-SCDMA與WCDMA和CDMA2000一起，成為全球3個3G標準之一。2001年3月，作為聯(lián)合各個電信標準機構的組織，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通信標準。

TD-SCDMA網絡的語音通話于2001年4月首次實現，同年7月，視頻通話也第一次實現。2002年， TD-SCDMA的技術認證完成。2001年，進行實網試驗。2005年，開始在保定、青島和廈門進行仿真網絡測試。2006年，開始進行大型TD網絡試驗，并由三家電信運營商擴展到全國10個城市。全球最大的移動網絡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標準的主要推動者，并在2009年中國批準3G業(yè)務后形成增長勢頭。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下行和上行傳輸，這得益于的TD-SCDMA獨特的架構，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，是提供非對稱數據服務的理想之選，如互聯(lián)網瀏覽或社交網絡等。由于其時分的性質，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框架結構

在進行TD-SCDMA設計時，應用了多種先進的信號處理技術，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，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。空間波束賦形的優(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村地區(qū)高效部署網絡，這在中國尤為關鍵。

多址接入干擾是CDMA系統(tǒng)的主要問題。聯(lián)合檢測技術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量最多不會超過16，因此，聯(lián)合檢測處理的復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準確的定時超前，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。

表1. 3G技術比較

3G技術比較見表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。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。在現有頻譜緊缺的狀況下，需要盡量少的頻帶可使部署移動網絡更加簡單。同時，它也節(jié)約了網絡和終端設備的制作成本，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網絡，中國聯(lián)通^®和中國電信^®分別接管WCDMA和CDMA網絡。根據他們2010年發(fā)布的年度報告，中國移動已經部署了19.9萬多個基站，到2011年中期將覆蓋656個城市。據稱，中國3G用戶市場呈現井噴態(tài)勢。而根據iSuppli²的市場分析，中國移動將在中國3G用戶市場占據最大份額。圖2是iSuppli^®按照接入技術對2010-2014年的手機市場所做的預測。自從TD商用之后，中國移動便通過投資產業(yè)鏈推動TD市場。到2010年末，中國移動已經擁有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技術的應用。

2010年11月末，已有356款TD手機通過中國移動認證。


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技術的單芯片智能手機解決方案。基于Marvell前沿的單芯片技術以及與中國移動的合作伙伴關系，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、低功耗的應用處理器和先進的多模調制解調器于一體，同時支持GSM/EDGE網絡和TD-SCDMA網絡。PXA920框圖如圖3所示。


圖 3. Marvell PXA920單芯片系統(tǒng)框圖

具備內置視頻和三維圖像加速器，PXA920可以提供針對移動數據業(yè)務的出色性能，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)調制解調功能的PXA978通信處理器。PXA978是首款同時支持WCDMA和中國標準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計出全球范圍內均能使用的3G移動終端和平板電腦。而且，作為對TD-SCDMA技術的認同，Marvell進一步擴展TD-SCDMA產品線，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調制解調器。

自PXA920平臺推出以來，幾十家世界頂尖手機廠商在中國設計和發(fā)布基于PXA920的產品。大量產品已經啟動，包括智能手機、平板電腦和MiFi移動熱點設備。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。
 
結論
自2009年推出以來，TD-SCDMA技術已經向市場證明了它的技術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技術將不斷發(fā)展，推出新的功能。例如，在3GPP第8版中應用了TD-HSPA+（時分高速封包存取）技術，該技術應用了64-QAM調制技術和增強的L2技術，包括CPC和CELL_FACH、接收分集和雙載波聚合。在下一代移動技術長期演進技術（LTE）中，時分（TD）技術相應于頻分（FDD）技術具有同樣重要性。兩種LTE技術均由業(yè)界一流的技術供應商開發(fā)，并由頂級的移動運營商部署。

Marvell將不斷致力于TD-SCDMA技術的研究和開發(fā)。Marvell PXA920集成高性能、低功耗的應用處理器，并配備先進的多模調制解調器，既支持GSM/EDGE網絡，也支持TD-SCDMA網絡；內含HSPA調制解調器的Marvell PXA978通信處理器，以及針對數據卡、移動熱點和多媒體手機應用的先進的、高集成度的3G輕薄型調制解調器Marvell PXA1202，都有助于實現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備在內的新設備提供充分的機遇，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
移動產品總監(jiān)
張路博士是Marvell移動產品總監(jiān)，主要負責移動通信處理器相關業(yè)務，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)，領導了VoIP和視頻電話多媒體處理技術的開發(fā)。在此之前，他曾在Sonim科技公司工作，負責開發(fā)了具有領先地位的語音和信息交換應用IMS解決方案。他在摩托羅拉工作了近10年，領導了信號和音頻處理以及模式識別技術的研究和開發(fā)。張路博士在加拿大金斯頓皇后大學獲得電氣工程博士學位。