張路博士
移動產品總監
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域，也適用于人口稀疏的農村地區。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廠商的產品發展提供廣闊的機遇。不僅在中國，同時為發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
自移動電話發明及應用以來，其移動性為通訊事業帶來高速發展。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（演變數據優化），以及TD-SCDMA。 其中，WCDMA于2000年率先發布，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了自己的3G技術——TD-SCDMA，它是通用移動通信系統（UMTS）的一部分。TD-SCDMA的許多特點，使得它具備部署和商業化的獨特優勢，并開始在這個14億人口的國家形成發展勢頭。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，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。TD-SCDMA始于無線本地環路（WLL）系統的研究，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（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個常規時隙（TS）及3個特殊時隙。常規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，并將發射波束集聚于指定終端?？臻g波束賦形的優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高效部署網絡，這在中國尤為關鍵。

多址接入干擾是CDMA系統的主要問題。聯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，聯合檢測處理的復雜度能夠得到有效控制。

同所有 TDMA系統一樣，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，基站有效地進行聯合檢測。同步化使得在小區切換過程中能夠快速尋找到相鄰小區，從而無需進行軟切換。

表1. 3G技術比較

3G技術比較見表1?？梢钥闯觯琓D-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（從發射塔到手機），另一個用于上行傳輸（從手機到發射塔），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，中國政府發放3G牌照。中國移動^®接管TD-SCDMA網絡，中國聯通^®和中國電信^®分別接管WCDMA和CDMA網絡。根據他們2010年發布的年度報告，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年做出了一項戰略投資決策，即開發支持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?。┘夹g，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技術均由業界一流的技術供應商開發，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。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承諾繼續在這一重要的、成長中的市場保持創新力度，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
張路博士是Marvell移動產品總監，主要負責移動通信處理器相關業務，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，領導了VoIP和視頻電話多媒體處理技術的開發。在此之前，他曾在Sonim科技公司工作，負責開發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。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。