TD-SCDMA移动多媒体业务及终端

[导读]介绍了TD-SCDMA的系统及关键技术，阐述了TD-SCDMA所能提供的独具特色的移动多媒体业务，并介绍了TD-SCDMA移动多媒体终端的技术，最后探讨了TD-SCDMA移动多媒体终端的发展前景。

　　第三代移动通信（3G）是全球通信界关注的焦点问题。中国具有自主知识产权的第三代移动通信系统TD-SCDMA正在逐步走向商用。第三代移动通信与第二代移动通信最主要的差别是可以提供移动多媒体业务，新的移动多媒体业务无疑将成为整个移动通信产业链未来发展的关键和重要基础之一。

　　3G业务与3G终端互相制约、共同发展。3G终端已经成为3G业务非常重要的承载平台。另一方面，随着3G业务的不断推出，与之对应的新的手机应用与技术层出不穷，3G终端技术将成为今后通信市场中一个重要的新兴产业，其发展空间和市场价值不可限量。

　　一、TD-SCDMA的系统及其关键技术

　　TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）是由中国无线通信标准化组织（CWTS）制定，并被ITU（International Telecommunications Union，国际电信联盟）接纳的三大3G无线通信主流标准之一。TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA这三种基本传输模式的灵活结合，具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等特点。它使用1.28Mchip/s的低码片速率，扩频带宽为1.6MHz。TD-SCDMA的关键技术主要集中在基带部分，如智能天线技术、联合检测技术、时分双工、同步技术、动态信道分配技术、软切换技术、无线网络技术、功率控制技术、软件无线电技术、信道估计与补偿技术等一系列高新技术，从而大大增加了系统容量，提高了系统抗干扰性能，大大降低了发射功率，节约了制造成本。

　　1．智能天线技术

　　智能天线（Smart Antenna，SA）利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行波束形成和赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。

　　在第三代移动通信系统中，TD-SCDMA是应用智能天线技术的典型范例。TD-SCDMA系统采用TDD方式，使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能，可实现接力切换，减少信道资源浪费。

　　2．联合检测技术

　　联合检测（Joint Detection，JD）技术是在多用户检测（Multi-User Detection，MUD）技术基础上提出的。该技术是减弱或消除多址干扰、多径干扰和远近效应的有效手段，能够简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码相关性不理想所带来的消极影响，从而改善系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖范围。TD-SCDMA采用联合检测技术，实现了智能天线和联合检测技术的有机结合。

　　3. 时分双工

　　时分双工模式是TD-SCDMA与FDD系统的根本区别。工作在TDD模式下的 TD-SCDMA系统在同一载波上进行上、下行链路传输，而不需要像FDD系统所必须的上、下行对称频谱。除了充分利用频率资源，　极大地提高了频谱利用率以外，TDD模式的优势还在于系统可以根据不同的业务类型来灵活调整上、下行转换点，从而提供最佳的业务容量和频谱利用率。

　　4. 上行同步

　　上行同步是指在上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，它通过软件及物理层设计来实现，这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问题，提高了 TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率，还可以简化硬件电路，降低成本。

　　5. 动态信道分配

　　TD-SCDMA所采用的动态信道分配技术可以实现在时域、空域和码域对无线的灵活配置。采用动态信道分配技术使得TD-SCDMA系统能够较好地避免干扰，使信道重用距离最小化，从而高效率地利用有限地无线资源，提高系统容量。此外，通过使用时域地动态信道分配，可以灵活分配时隙资源，动态地调整上、下行时隙的个数，从而灵活地支持对称和非对称的业务。

　　二、TD-SCDMA提供的移动多媒体业务

　　随着3G技术的逐渐成熟，3G业务变得越来越丰富，而多媒体是3G业务的主要特征。目前可以将3G业务划分为三大类：通信类、信息服务类和信息业务类。同时，TD-SCDMA可以实现真正的高速速率数据，提供从384k~2Mbit/s宽大范围的比特率，智能天线可以根据业务质量的级别和要求，为不同用户动态地分配功率。良好的抗干扰能力，丰富的频谱资源能满足多媒体业务的需求。

　　（1）通信类：指业务提供者只提供业务传输功能，向用户提供透明的业务服务，不参与内容提供的业务。主要包括语音电话、可视电话、移动可视电话、移动电子邮件、即时信息、SMS、MMS、Web浏览、文件下载等。TD-SCDMA频谱分布灵活，收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无线环境一致性很好。由于频谱利用率高，系统容量更大，导致运营成本降低，间接使单位用户的通信成本降低。

　　（2）信息服务类：指由内容提供商提供业务服务内容，用户根据需要选择相应的业务服务。如新闻类信息（新闻、交通、天气、股票等等）、位置信息（城市交通、城市地图、车辆跟踪等）、移动广告等。

　　（3）信息业务类：指业务服务在网络提供商提供传输功能外，附加其他应用平台或软件才能使用的业务服务，用户使用业务时需要实时参与业务的完成。如交易类，包括电子钱包、移动支付、移动银行、移动证券、信用卡查询等；娱乐类，如流媒体业务（VOD、AOD）、个性化LOGO下载、网络游戏、音乐铃声下载播放等；效率应用类，如个人信息化管理、移动办公、移动企业资源调配等。

　　另外，由于TD-SCDMA的技术特点，它更适合于更精确的定位业务和不对称的移动互联网业务以及PTT、P2P和M2M移动多媒体业务的应用。

　　（1）定位业务

　　由于TD-SCDMA采用智能天线和终端同步技术，从而使单基站定位成为可能。与WCDMA和cdma2000系统相比，TD-SCDMA系统能够提供单基站更为精准的信源定位（包括波达方向和时延估计）；而且，不需要增加额外的GPS模块，这样在节约成本、简化设计的同时提高了系统的安全性，而且定位的速度更加迅速，系统同时提供的定位用户数目更高，定位精度更加准确。

　　（2）不对称的移动互联网业务

　　在无线传输上，TD-SCDMA依靠其独特的操作模式，可根据传输要求的不同，灵活地选择传输模式，充分利用现有的频谱资源，满足多种不同的需要，TD-SCDMA系统特别适合于非对称移动数据应用，它具有更高的频谱利用率和频谱灵活性。

　　（3）TD-SCDMA的技术特点适合PTT、P2P和M2M业务的应用。

　　● TD-SCDMA频率分配灵活，上下行数据不对称，非常适合PTT（移动对讲）技术的实现。采用TD-SCDMA承载PTT业务，不仅适合于以公众运营为目的的公共网络，而且也适用于军队、电力、油田、水利等专用集群通信网络。由于TD-SCDMA具有中国自主知识产权的，包括核心芯片在内，国内厂商基本掌握其核心技术，可以为专用网提供加密、调度应用功能等。同时PTT业务与视频通信相结合，将拓展3G时代商用市场。

　　● P2P（终端自连）通信允许两个移动终端直接对话，业务数据勿需经过基站或者中央控制器转发。由于TD-SCDMA是惟一工作在纯时分双工模式（TDD）的蜂窝系统，因此TD-SCDMA可以利用不同时隙收发信号，移动终端的射频模块勿需任何改动，是目前惟一可支持P2P功能而勿需两套射频收发信机的系统。利用P2P技术，可节约端到端连接的一半无线资源，还可降低基站和终端的发射功率，增加运营网络的容量，延长手机电池的寿命。

　　● M2M（机器对机器）属于针对设备的业务。TD-SCDMA可以实现真正的高速速率数据，使M2M业务将得到巨大的发展空间。几乎所有日常生活中涉及到的设备都有可能成为潜在的服务对象，汽车及其相关配件、加油站、电子测量表、电梯、停车计费设备以及其他在家庭中使用的设备，都可以传输和接收数据业务。从应用前景来看，M2M业务具有非常广阔的发展空间。M2M业务的应用将越来越广泛，M2M技术的具体应用将非常广阔和丰富。

　　三、TD-SCDMA移动多媒体终端技术

　　无论是TD-SCDMA、WCDMA还是cdma2000，3G所提供的强大功能和业务平台以及增值典型服务商所提供的众多异彩纷呈的应用必须通过终端的配合才能为最终用户提供丰富的业务。

　　1．TD-SCDMA移动多媒体终端结构

　　TD-SCDMA移动终端主要由射频模块、功率管理芯片、基带处理芯片和多媒体芯片四部分组成。

　　（1）射频模块的功能主要是提供无线收发信通道，即终端设备的模拟射频处理部分。

　　（2）功率管理芯片主要负责各个功能模块的供电，并负责省电模式下的管理。

　　（3）基带处理芯片包括模拟基带（ABB）和数字基带（DBB）两大模块

　　● ABB模块主要由AD/DA（模数/数模转换器），频率合成器及模拟话音处理等部分构成。

　　● 数字基带模块主要包括DSP（数字信号处理器）和ARM（嵌入式微处理器）以及相关的手机专用电路。DSP主要实现TD-SCDMA物理层软件的所有功能，ARM完成TD-SCDMA协议栈软件、人机界面软件和应用层软件的功能。TD-SCDMA手机专用电路主要包括TD-SCDMA定时同步电路、联合检测电路，Turbo（涡轮码）与Viterbi（维特比）电路、射频控制电路、FIR（Finite Signal Processing，有限冲激响应）滤波电路等。

　　（4）多媒体芯片主要是实现MEPG-4、MP3、JPEG等多媒体编解码功能。

　　2．TD-SCDMA移动多媒体终端基带芯片的实现技术

　　作为TD-SCDMA移动多媒体核心部件的基带芯片的开发涉及多方面的工作。在系统设计方面，需要根据TD-SCDMA标准，提出基带芯片总体构架，确定基带芯片的任务划分。确定相应的测试平台配套软件及功能模块的设计方案。同时研究实现算法，进行传输链路级仿真，进行算法筛选，确定主要技术指标。根据基带芯片的任务，设计总体电路构架，确定电路实现方法，用硬件电路描述语言进行行为描述与仿真。通过电路综合和仿真，排出电路设计问题。

　　在芯片验证方面，主要进行布局布线设计和修改、DRC（Design Rule Checking）、LVS（Layout Vs. Schematic）、寄生参数提取和后仿真等校验测试工作。测试无误后，送出流片。

　　芯片流片封装完成后，进行TD-SCDMA手机电路板的设计，包括射频电路及PCB设计、小型化设计、驱动程序设计等。芯片中嵌入的物理层软件需要通过信源编解码、信道编解码、调制解调、同步测量、功率/增益/频率控制、联合检测等等的软件处理来完成物理层的功能，并进行相应的省电模式控制。在实时操作系统方面，要配合芯片而完成包括硬件驱动、内存管理、实时任务调度、多进程处理、中断处理在内的系统程序。

　　四、TD-SCDMA移动多媒体终端发展前景

　　从目前移动多媒体市场的发展态势来看，影响3G开展的瓶颈就是3G终端的制约。3G时代的多媒体业务最终必须通过具有更强数据处理能力、更高显示质量及音像效果的3G终端作为载体展现在用户面前。对普通消费者而言，3G终端是其感受3G应用最直接的途径，3G终端的发展将影响3G应用的发展。只有外形美观、功能完备、性能稳定、符合用户需求的3G终端才能吸引用户接受3G业务。

　　中国手机市场无疑是全球竞争最激烈的市场。50多个品牌，上千个型号争夺每年6000万~7000万部的手机市场。国内的手机产能已经达到了2.3亿部，占全球的1/3。但由于2G核心技术的缺乏，国产手机与国际品牌竞争失利，国产品牌之间又恶性价格竞争，国产手机长时期处于被动状态，发展形势跟不上国际潮流的变化。2005年上半年国产手机第一军团全线报亏。

　　TD-SCDMA具有中国自主知识产权。我国可以在第一时间内利用不断更新的TD-SCDMA手机芯片通过不断开发新功能来占领高端市场，提供最新的语音、数据及移动多媒体功能。同时又由于不再需要向国外公司支付高额的手机版权和芯片版权费，保证TD-SCDMA手机在低端市场的价格优势，将极大的促进国产手机在高端市场和低端市场的份额。目前TD-SCDMA芯片企业已成功支持十几家终端企业进行终端的开发。可以预见，只要TD-SCDMA标准启动运营，终端企业的核心竞争力将得到根本性的提升，2G时代受制于人的局面将一去不复返。

　　我国目前需要进一步加大TD-SCDMA终端的研发力度，进一步提高产品的成熟度。加强手机核心技术的研发，从核心芯片入手，进行基带芯片、射频芯片以及多媒体处理芯片的研制和开发工作，提高中国TD-SCDMA终端产品的技术水平和竞争能力，开发基于TD-SCDMA的多层次全方位的高中低端手机，提供符合TD-SCDMA技术特色的移动多媒体终端的应用。

　　未来5年，第三代移动通信（3G）将会在全球范围内迅速普及，手机的多媒体服务以及相关产业也将得到空前地发展，产业规模将超过1500亿美元。中国TD-SCDMA移动多媒体产业的发展无疑将对世界移动通信市场产生深远的影响，特别是在TD-SCDMA移动多媒体终端产业方面将为全球3G产业的发展做出贡献。