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Marvell白皮书-TD-SCDMA与中国3G
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概要
中国3G技术时分同步码分多址（TD-SCDMA）自开发伊始即遭遇了众多质疑。然而，自2009年起，该技术迅速走向商业化，用户数迅速增长，尤其在2011年下半年，达到4500万，所有质疑烟消云散。TD-SCDMA独特的时分双工和频谱带宽，使其具有更高的性价比，既适用于人口稠密的都市区域，也适用于人口稀疏的农村地区。中国领土辽阔，大都市人口密集，TD-SCDMA显得尤为重要。2011年，Marvell通信处理器支持的TD-SCDMA普及型智能手机投入市场，消费者对3G技术的需求更加迅猛。Marvell致力于支持TD-SCDMA标准，为全世界OEM厂商的产品发展提供广阔的机遇。不仅在中国，同时为发展全球手机平台带来广阔天地，其中包含智能手机、平板电脑和其它移动设备等。现时，正是OEM厂商在全球范围内寻求市场机遇的最好时机。
简介
自移动电话发明及应用以来，其移动性为通讯事业带来高速发展。20世纪90年代，3G技术面市，并于本世纪的头10年进一步发展。迄今为止，全球范围内主要有三种3G标准，宽带码分多址（WCDMA）,CDMA2000和EVDO（演变数据优化），以及TD-SCDMA。其中，WCDMA于2000年率先发布，数据处理速度达384kbps，在美国被AT&T和T-Mobile采用；随后是CDMA2000和EV DO，于2002年发布。到2011年中期，全球主要运营商都使用这两种3G技术。世界上人口最多的中国开发了自己的3G技术TD-SCDMA，它是通用移动通信系统（UMTS）的一部分。TD-SCDMA的许多特点，使得它具备部署和商业化的独特优势，并开始在这个14亿人口的国家形成发展势头。本白皮书旨在讨论该3G技术及其独有的特征，介绍中国3G市场最新动态，以及针对这一令人振奋的市场机遇，Marvell 提供的TD-SCDMA产品系列的最新信息。
3G技术起源
TD-SCDMA历史
TD-SCDMA由中国电信科学技术研究院（CATT）与西门子共同开发。TD-SCDMA始于无线本地环路（WLL）系统的研究，之后与时分双工（TDD）和网络技术相结合。1998年，TD-SCDMA首次被提交到国际电信联盟（ITU），以TDD与CDMA同步技术的基础，作为第3代公用陆地移动通信标准之一。2000年5月，ITU批准TD-SCDMA与WCDMA和CDMA2000一起，成为全球3个3G标准之一。2001年3月，作为联合各个电信标准机构的组织，第3代合作伙伴项目（3GPP）接纳了TD-SCDMA，将它作为其通用移动通信系统（UMTS）第4版的一部分，使得TD-SCDMA与CDMA2000和WCDMA一起，成为全球三个主要的3G通信标准。
TD-SCDMA网络的语音通话于2001年4月首次实现，同年7月，视频通话也第一次实现。2002年，TD-SCDMA的技术认证完成。2001年，进行实网试验。2005年，开始在保定、青岛和厦门进行仿真网络测试。2006年，开始进行大型TD网络试验，并由三家电信运营商扩展到全国10个城市。全球最大的移动网络运营商中国移动通信集团公司（CMCC），拥有63万用户，在8个城市部署1.4万个TD基站。CMCC是TD-SCDMA标准的主要推动者，并在2009年中国批准3G业务后形成增长势头。到2010年末为止，CMCC已拥有2000万TD用户。
3G技术的比较
TD-SCDMA的基本特征是采用双工模式。与WCDMA和CDMA2000所使用的对称下行（DL）和上行（UL）频谱有所不同，TD-SCDMA能够在同一频段下实现下行和上行传输，这得益于的TD-SCDMA独特的架构，如图1所示，每个无线帧长10毫秒，被分为2个分别长5毫秒的子帧。每个子帧又包含7个常规时隙（TS）及3个特殊时隙。常规时隙可以很灵活地用于下行或上行传输，TS0和TS1除外，这两个帧始终分别用于上行和下行。这种时隙可针对上行和下行的灵活配置的模式，是提供非对称数据服务的理想之选，如互联网浏览或社交网络等。由于其时分的性质，TD-SCDMA下行和上行传输可使用单一频段，而WCDMA与CDMA2000则需要成对频段，一个用于下行传输，另一个用于上行传输，这就使得TD-SCDMA较之这二者更容易部署，相应频谱管理更加简单。
2. Subframe子帧
3. DwPTS下行传输特殊帧
4. UpPTS上行传输特殊帧
在进行TD-SCDMA设计时，应用了多种先进的信号处理技术，如智能天线和联合检测方法。由于上行（UL）和下行（DL）传输占用相同的频率资源，便可以通过接收到的UL信号预测DL多路径特性，这样就有可能在基站中使用智能天线技术，降低终端间的相互干扰和提高有效信号功率。通过使用天线阵列和DSP高级算法，智能天线技术可以获取移动终端的位置信息，并将发射波束集聚于指定终端。空间波束赋形的优势在于减少对同一通道的干扰，从而提高下行容量。使用智能天线有利于同时在人口密集的城市和人口稀疏的农村地区高效部署网络，这在中国尤为关键。
多址接入干扰是CDMA系统的主要问题。联合检测技术视所有用户的信号为有用信号，并对信号进行并行处理。TD-SCDMA模式下任何给定时隙的用户数量最多不会超过16，因此，联合检测处理的复杂度能够得到有效控制。
同所有TDMA系统一样，TD-SCDMA的另一个特性是用户终端与基站的同步。该特性可使终端的信号传输实现准确的定时超前，由此，来自不同用户的信号可以以同步帧到达基站。这样，基站有效地进行联合检测。同步化使得在小区切换过程中能够快速寻找到相邻小区，从而无需进行软切换。
表1.3G技术比较
3G技术比较见表1。可以看出，TD-SCDMA与WCDMA和CDMA2000有许多类似的地方，但是都具备自己独有的特性。WCDMA与CDMA2000都属于频分多址技术。WCDMA需要两个独立的5MHz宽频谱带，一个用于下行传输（从发射塔到手机），另一个用于上行传输（从手机到发射塔），CDMA2000也需要两个1.25MHz频带。而TD-SCDMA仅需要一个1.6MHz频带，便可以满足上行和下行的传输。换句话说，TD-SCDMA仅需要频谱资源的1/6至2/3。在现有频谱紧缺的状况下，需要尽量少的频带可使部署移动网络更加简单。同时，它也节约了网络和终端设备的制作成本，因为需要采样的频带缩小。此外，由于上下行射频（RF）链工作于同一频带，因而可以很大程度地进行再利用。
中国3G市场状况
2009年1月，中国政府发放3G牌照。中国移动接管TD-SCDMA网络，中国联通和中国电信分别接管WCDMA和CDMA网络。根据他们2010年发布的年度报告，中国移动已经部署了19.9万多个基站，到2011年中期将覆盖656个城市。据称，中国3G用户市场呈现井喷态势。而根据iSuppli2的市场分析，中国移动将在中国3G用户市场占据最大份额。图2是iSuppli按照接入技术对2010-2014年的手机市场所做的预测。自从TD商用之后，中国移动便通过投资产业链推动TD市场。到2010年末，中国移动已经拥有2000万用户，截止2011年11月底，TD用户已突破4800万，2011年，TD用户有望净增3000万。
相信在中国移动的普及型智能机计划推动下，TD市场将加速扩展。从2011年上半年采购情况看，70%的中标机型是中低端智能机，零售价格在900元到1600元之间。在接下来的几个月中，其它厂商的很多TD终端有望推出，这都将有利于推动TD技术的应用。
2010年11月末，已有356款TD手机通过中国移动认证。
MarvellTD解决方案
认识到TD-SCDMA在中国的市场潜力，Marvell于2008年做出了一项战略投资决策，即开发支持TD-SCDMA技术的单芯片智能手机解决方案。基于Marvell前沿的单芯片技术以及与中国移动的合作伙伴关系，开发了世界上第一个商用化的TD-SCDMA单芯片解决方案MarvellPXA920平台，这款平台集高性能、低功耗的应用处理器和先进的多模调制解调器于一体，同时支持GSM/EDGE网络和TD-SCDMA网络。PXA920框图如图3所示。
具备内置视频和三维图像加速器，PXA920可以提供针对移动数据业务的出色性能，如成像、高清视频、音乐、游戏和其它流行的移动应用程序。
Marvell为PXA920提供了一套完整的解决方案，包括射频收发器、电源管理集成电路（PMIC）以及WLAN/BT/FM无线集成芯片。除了PXA920以外，Marvell还提供了具有HSPA(高速封包存取)调制解调功能的PXA978通信处理器。PXA978是首款同时支持WCDMA和中国标准TD-SCDMA增强版HSPA+的单芯片解决方案。PXA978旨在让移动终端厂商设计出全球范围内均能使用的3G移动终端和平板电脑。而且，作为对TD-SCDMA技术的认同，Marvell进一步扩展TD-SCDMA产品线，发布了MarvellPXA1202，这是针对多媒体手机而推出的先进、高度集成的3G调制解调器。
自PXA920平台推出以来，几十家世界顶尖手机厂商在中国设计和发布基于PXA920的产品。大量产品已经启动，包括智能手机、平板电脑和MiFi移动热点设备。PXA920使得人们期待已久的畅销TD智能手机售价降至1000元，就像WCDMA和CDMA2000一样，能为用户带来更丰富的TD智能手机选择。
结论
自2009年推出以来，TD-SCDMA技术已经向市场证明了它的技术成熟度和商用化可行性。消费者使用TD-SCDMA的比例迅速增加。TD-SCDMA技术将不断发展，推出新的功能。例如，在3GPP第8版中应用了TD-HSPA+（时分高速封包存取）技术，该技术应用了64-QAM调制技术和增强的L2技术，包括CPC和CELL_FACH、接收分集和双载波聚合。在下一代移动技术长期演进技术（LTE）中，时分（TD）技术相应于频分（FDD）技术具有同样重要性。两种LTE技术均由业界一流的技术供应商开发，并由顶级的移动运营商部署。
Marvell将不断致力于TD-SCDMA技术的研究和开发。MarvellPXA920集成高性能、低功耗的应用处理器，并配备先进的多模调制解调器，既支持GSM/EDGE网络，也支持TD-SCDMA网络；内含HSPA调制解调器的MarvellPXA978通信处理器，以及针对数据卡、移动热点和多媒体手机应用的先进的、高集成度的3G轻薄型调制解调器MarvellPXA1202，都有助于实现TD和全球性手机平台终端。TD市场将继续为包括智能手机、平板电脑和移动热点设备在内的新设备提供充分的机遇，Marvell承诺继续在这一重要的、成长中的市场保持创新力度，帮助全球的OEM厂商共享这一令人兴奋的市场机遇。
参考文献
【1】《中国移动年度报告》（2011年7月）
【2】iSuppli，《中国3G手机市场分析》（2011年2月）
作者简介：
张路博士
移动产品总监
张路博士是Marvell移动产品总监，主要负责移动通信处理器相关业务，包括PXA920家族系列、PXA1202和PXA1802。在加入Marvell之前，他曾于PicoMobile公司出任信号处理总监，领导了VoIP和视频电话多媒体处理技术的开发。在此之前，他曾在Sonim科技公司工作，负责开发了具有领先地位的语音和信息交换应用IMS解决方案。他在摩托罗拉工作了近10年，领导了信号和音频处理以及模式识别技术的研究和开发。张路博士在加拿大金斯顿皇后大学获得电气工程博士学位。
中国3G技术时分同步码分多址（TD-SCDMA）自开发伊始即遭遇了众多质疑。然而，自2009年起，该技术迅速走向商业化，用户数迅速增长，尤其在2011年下半年，达到4500万，所有质疑烟消云散。TD-SCDMA独特的时分双工和频谱带宽，使其具有更高的性价比，既适用于人口稠密的都市区域，也适用于人口稀疏的农村地区。中国领土辽阔，大都市人口密集，TD-SCDMA显得尤为重要。2011年，Marvell通信处理器支持的TD-SCDMA普及型智能手机投入市场，消费者对3G技术的需求更加迅猛。Marvell致力于支持TD-SCDMA标准，为全世界OEM厂商的产品发展提供广阔的机遇。不仅在中国，同时为发展全球手机平台带来广阔天地，其中包含智能手机、平板电脑和其它移动设备等。现时，正是OEM厂商在全球范围内寻求市场机遇的最好时机。
简介
自移动电话发明及应用以来，其移动性为通讯事业带来高速发展。20世纪90年代，3G技术面市，并于本世纪的头10年进一步发展。迄今为止，全球范围内主要有三种3G标准，宽带码分多址（WCDMA）,CDMA2000和EVDO（演变数据优化），以及TD-SCDMA。其中，WCDMA于2000年率先发布，数据处理速度达384kbps，在美国被AT&T和T-Mobile采用；随后是CDMA2000和EV DO，于2002年发布。到2011年中期，全球主要运营商都使用这两种3G技术。世界上人口最多的中国开发了自己的3G技术TD-SCDMA，它是通用移动通信系统（UMTS）的一部分。TD-SCDMA的许多特点，使得它具备部署和商业化的独特优势，并开始在这个14亿人口的国家形成发展势头。本白皮书旨在讨论该3G技术及其独有的特征，介绍中国3G市场最新动态，以及针对这一令人振奋的市场机遇，Marvell 提供的TD-SCDMA产品系列的最新信息。
3G技术起源
TD-SCDMA历史
TD-SCDMA由中国电信科学技术研究院（CATT）与西门子共同开发。TD-SCDMA始于无线本地环路（WLL）系统的研究，之后与时分双工（TDD）和网络技术相结合。1998年，TD-SCDMA首次被提交到国际电信联盟（ITU），以TDD与CDMA同步技术的基础，作为第3代公用陆地移动通信标准之一。2000年5月，ITU批准TD-SCDMA与WCDMA和CDMA2000一起，成为全球3个3G标准之一。2001年3月，作为联合各个电信标准机构的组织，第3代合作伙伴项目（3GPP）接纳了TD-SCDMA，将它作为其通用移动通信系统（UMTS）第4版的一部分，使得TD-SCDMA与CDMA2000和WCDMA一起，成为全球三个主要的3G通信标准。
TD-SCDMA网络的语音通话于2001年4月首次实现，同年7月，视频通话也第一次实现。2002年，TD-SCDMA的技术认证完成。2001年，进行实网试验。2005年，开始在保定、青岛和厦门进行仿真网络测试。2006年，开始进行大型TD网络试验，并由三家电信运营商扩展到全国10个城市。全球最大的移动网络运营商中国移动通信集团公司（CMCC），拥有63万用户，在8个城市部署1.4万个TD基站。CMCC是TD-SCDMA标准的主要推动者，并在2009年中国批准3G业务后形成增长势头。到2010年末为止，CMCC已拥有2000万TD用户。
3G技术的比较
TD-SCDMA的基本特征是采用双工模式。与WCDMA和CDMA2000所使用的对称下行（DL）和上行（UL）频谱有所不同，TD-SCDMA能够在同一频段下实现下行和上行传输，这得益于的TD-SCDMA独特的架构，如图1所示，每个无线帧长10毫秒，被分为2个分别长5毫秒的子帧。每个子帧又包含7个常规时隙（TS）及3个特殊时隙。常规时隙可以很灵活地用于下行或上行传输，TS0和TS1除外，这两个帧始终分别用于上行和下行。这种时隙可针对上行和下行的灵活配置的模式，是提供非对称数据服务的理想之选，如互联网浏览或社交网络等。由于其时分的性质，TD-SCDMA下行和上行传输可使用单一频段，而WCDMA与CDMA2000则需要成对频段，一个用于下行传输，另一个用于上行传输，这就使得TD-SCDMA较之这二者更容易部署，相应频谱管理更加简单。
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1. Radio Frame无线帧
2. Subframe子帧
3. DwPTS下行传输特殊帧
4. UpPTS上行传输特殊帧
图1.TD-SCDMA框架结构
在进行TD-SCDMA设计时，应用了多种先进的信号处理技术，如智能天线和联合检测方法。由于上行（UL）和下行（DL）传输占用相同的频率资源，便可以通过接收到的UL信号预测DL多路径特性，这样就有可能在基站中使用智能天线技术，降低终端间的相互干扰和提高有效信号功率。通过使用天线阵列和DSP高级算法，智能天线技术可以获取移动终端的位置信息，并将发射波束集聚于指定终端。空间波束赋形的优势在于减少对同一通道的干扰，从而提高下行容量。使用智能天线有利于同时在人口密集的城市和人口稀疏的农村地区高效部署网络，这在中国尤为关键。
多址接入干扰是CDMA系统的主要问题。联合检测技术视所有用户的信号为有用信号，并对信号进行并行处理。TD-SCDMA模式下任何给定时隙的用户数量最多不会超过16，因此，联合检测处理的复杂度能够得到有效控制。
同所有TDMA系统一样，TD-SCDMA的另一个特性是用户终端与基站的同步。该特性可使终端的信号传输实现准确的定时超前，由此，来自不同用户的信号可以以同步帧到达基站。这样，基站有效地进行联合检测。同步化使得在小区切换过程中能够快速寻找到相邻小区，从而无需进行软切换。
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表1.3G技术比较
3G技术比较见表1。可以看出，TD-SCDMA与WCDMA和CDMA2000有许多类似的地方，但是都具备自己独有的特性。WCDMA与CDMA2000都属于频分多址技术。WCDMA需要两个独立的5MHz宽频谱带，一个用于下行传输（从发射塔到手机），另一个用于上行传输（从手机到发射塔），CDMA2000也需要两个1.25MHz频带。而TD-SCDMA仅需要一个1.6MHz频带，便可以满足上行和下行的传输。换句话说，TD-SCDMA仅需要频谱资源的1/6至2/3。在现有频谱紧缺的状况下，需要尽量少的频带可使部署移动网络更加简单。同时，它也节约了网络和终端设备的制作成本，因为需要采样的频带缩小。此外，由于上下行射频（RF）链工作于同一频带，因而可以很大程度地进行再利用。
中国3G市场状况
2009年1月，中国政府发放3G牌照。中国移动接管TD-SCDMA网络，中国联通和中国电信分别接管WCDMA和CDMA网络。根据他们2010年发布的年度报告，中国移动已经部署了19.9万多个基站，到2011年中期将覆盖656个城市。据称，中国3G用户市场呈现井喷态势。而根据iSuppli2的市场分析，中国移动将在中国3G用户市场占据最大份额。图2是iSuppli按照接入技术对2010-2014年的手机市场所做的预测。自从TD商用之后，中国移动便通过投资产业链推动TD市场。到2010年末，中国移动已经拥有2000万用户，截止2011年11月底，TD用户已突破4800万，2011年，TD用户有望净增3000万。
相信在中国移动的普及型智能机计划推动下，TD市场将加速扩展。从2011年上半年采购情况看，70%的中标机型是中低端智能机，零售价格在900元到1600元之间。在接下来的几个月中，其它厂商的很多TD终端有望推出，这都将有利于推动TD技术的应用。
2010年11月末，已有356款TD手机通过中国移动认证。
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ThousandsofUlts（千台）
图2.中国3G手机市场动态2
MarvellTD解决方案
认识到TD-SCDMA在中国的市场潜力，Marvell于2008年做出了一项战略投资决策，即开发支持TD-SCDMA技术的单芯片智能手机解决方案。基于Marvell前沿的单芯片技术以及与中国移动的合作伙伴关系，开发了世界上第一个商用化的TD-SCDMA单芯片解决方案MarvellPXA920平台，这款平台集高性能、低功耗的应用处理器和先进的多模调制解调器于一体，同时支持GSM/EDGE网络和TD-SCDMA网络。PXA920框图如图3所示。
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图3.MarvellPXA920单芯片系统框图
具备内置视频和三维图像加速器，PXA920可以提供针对移动数据业务的出色性能，如成像、高清视频、音乐、游戏和其它流行的移动应用程序。
Marvell为PXA920提供了一套完整的解决方案，包括射频收发器、电源管理集成电路（PMIC）以及WLAN/BT/FM无线集成芯片。除了PXA920以外，Marvell还提供了具有HSPA(高速封包存取)调制解调功能的PXA978通信处理器。PXA978是首款同时支持WCDMA和中国标准TD-SCDMA增强版HSPA+的单芯片解决方案。PXA978旨在让移动终端厂商设计出全球范围内均能使用的3G移动终端和平板电脑。而且，作为对TD-SCDMA技术的认同，Marvell进一步扩展TD-SCDMA产品线，发布了MarvellPXA1202，这是针对多媒体手机而推出的先进、高度集成的3G调制解调器。
自PXA920平台推出以来，几十家世界顶尖手机厂商在中国设计和发布基于PXA920的产品。大量产品已经启动，包括智能手机、平板电脑和MiFi移动热点设备。PXA920使得人们期待已久的畅销TD智能手机售价降至1000元，就像WCDMA和CDMA2000一样，能为用户带来更丰富的TD智能手机选择。
结论
自2009年推出以来，TD-SCDMA技术已经向市场证明了它的技术成熟度和商用化可行性。消费者使用TD-SCDMA的比例迅速增加。TD-SCDMA技术将不断发展，推出新的功能。例如，在3GPP第8版中应用了TD-HSPA+（时分高速封包存取）技术，该技术应用了64-QAM调制技术和增强的L2技术，包括CPC和CELL_FACH、接收分集和双载波聚合。在下一代移动技术长期演进技术（LTE）中，时分（TD）技术相应于频分（FDD）技术具有同样重要性。两种LTE技术均由业界一流的技术供应商开发，并由顶级的移动运营商部署。
Marvell将不断致力于TD-SCDMA技术的研究和开发。MarvellPXA920集成高性能、低功耗的应用处理器，并配备先进的多模调制解调器，既支持GSM/EDGE网络，也支持TD-SCDMA网络；内含HSPA调制解调器的MarvellPXA978通信处理器，以及针对数据卡、移动热点和多媒体手机应用的先进的、高集成度的3G轻薄型调制解调器MarvellPXA1202，都有助于实现TD和全球性手机平台终端。TD市场将继续为包括智能手机、平板电脑和移动热点设备在内的新设备提供充分的机遇，Marvell承诺继续在这一重要的、成长中的市场保持创新力度，帮助全球的OEM厂商共享这一令人兴奋的市场机遇。
参考文献
【1】《中国移动年度报告》（2011年7月）
【2】iSuppli，《中国3G手机市场分析》（2011年2月）
作者简介：
张路博士
移动产品总监
张路博士是Marvell移动产品总监，主要负责移动通信处理器相关业务，包括PXA920家族系列、PXA1202和PXA1802。在加入Marvell之前，他曾于PicoMobile公司出任信号处理总监，领导了VoIP和视频电话多媒体处理技术的开发。在此之前，他曾在Sonim科技公司工作，负责开发了具有领先地位的语音和信息交换应用IMS解决方案。他在摩托罗拉工作了近10年，领导了信号和音频处理以及模式识别技术的研究和开发。张路博士在加拿大金斯顿皇后大学获得电气工程博士学位。
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