今天,第三代移動通信3G格外引人矚目,成為無線通信產業的最大熱點。首先,從技術角度來看,3G主流技術已經基本成熟。cdma2000由于技術本身的平滑演進特性,進入3G的障礙不大。WCDMA以前受版本不斷更新的影響,阻礙了商用進程,但目前主體標準已經定型,具備了規模商用的基礎。TD-SCDMA技術要相對滯后一些。
總的說來,當前的3G技術已經能夠支持規模化的商用網絡部署。
其次,目前歐美等運營商已經進入了3G網絡部署階段。3G網絡的商用部署正在全球一步步地鋪展開來。截至2004年3月底,就WCDMA而言,全球已經發放了120份牌照,簽署了91份商業部署合同,目前已有二十多家網絡投入商用,預計到2004年年底總數將超過40家。目前兩家韓國運營商STK和KTF在使用cdma2000 1x EV-DO,日本KDDI也開始了EV-DO網絡的商用,而Verizon也即將參與該制式下3G網絡的部署。
應該說,2004年已經進入了全球3G的商用部署年。
第三,部分運營商的3G用戶數量開始呈現快速增長的局面。最早推出3G商用業務的NTT DoCoMo近期宣布,在距離突破200萬用戶僅僅兩個月的時間內,他們的3G用戶總數就增長至300萬大關。5月中下旬,和記黃埔表示,在過去兩個月中,3G用戶數出現了快速增加,目前在全球范圍內已經達到了173萬。截至2004年1月1日,全球使用cdma2000(包括CDMA 1X)系列和WCDMA標準制式的3G用戶數已經達到了7300萬。
從全球來看,3G商用在部分地區已取得了初步成功。
第四,我國3G處在黎明的前夕。我國對3G一直采取積極穩健的態度,目前,我國正在進行第二階段的網絡技術試驗,或稱外場測試。自今年3月起,開始啟動WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA的測試工作,由6大運營商分別在北京、上海、廣州三地進行。測試的重點包括:3G網絡覆蓋、容量等性能試驗;不同3G技術之間、3G和2G技術之間的干擾、共存;各種3G業務及業務兼容性試驗;3G終端和系統之間互操作試驗;3G和2G之間的互操作試驗。
預計此階段試驗將在今年10月份完成,試驗將對我國對3G的決策工作起到重要的參考作用。由于此次試驗由運營商參與,且屬于網絡試驗。因此,預計若此次試驗結果令人滿意的話,我國的3G牌照發放工作有可能順勢展開。
趨勢分析 3G一波三折,曾經有一段時間,人們對3G的前途失去了信心,并在今天留下了心理陰影。對3G問題,我國應如何把握呢?筆者認為,目前,3G已處在商用的爆發階段,由于3G技術和產品的成熟,3G的商用已不容置疑地擺在了我們面前。歐美等國運營商加緊部署3G網絡以及日韓等國3G用戶的快速增長,表明3G已經成為全球移動通信領域新的成長點,我國需要當機立斷,盡快開展3G牌照的發放工作和商用部署工作。這樣才不至于坐失機遇,在本來領先的移動網絡建設中落后。同時,3G也為國內的電信制造商提供了絕佳的機遇,這也是我國移動通信產業的一次發展良機。
應該說,目前3G還存在一些問題,主要表現在市場還處在啟蒙階段,殺手級的業務還沒有呈現,終端還不夠多。在我國,政府將考慮對市場競爭度的把握,涉及3G網絡發放幾張牌照的問題,同時,還將考慮設備國產化問題。這些問題已經屬于次要矛盾,目前最重要的是要選擇恰當時機盡快推動3G網絡平臺的建設,這才是解決以上矛盾的關鍵環節和引導環節。
這主要是因為我國3G網絡建設不同于西方發達國家,我國移動話音用戶市場還有很大的成長空間,這就能夠避免出現因為發展初期新應用新業務不足無法支撐網絡生存的狀況。同時,我國有迫切需要進入移動市場的“新”運營商,中國電信和中國網通如果被允許經營移動通信業務,其網絡建設必然會選擇3G,這從中遠期的網絡成本上要遠遠低于2G技術。此外,盡快發放3G牌照,對解決現有的小靈通(PHS)的矛盾,也有重要的戰略意義。目前,日本都已經棄PHS而轉攻3G,其目的十分明顯,即要糾正自己早期大上帶有強烈本土化特征的PHS導致失去移動領域國際領先地位的失誤,重新用全球性的先進技術武裝自己的移動通信產業,實現在該領域的戰略性崛起。如果我國反其道而行之,將是不明智的,這關鍵還是政府的決策引導問題,而不能抱怨運營商。總之,3G不是一蹴而就的,如果遲遲不進行網絡的建設,其他的矛盾將繼續積聚,難以得到根本性的解決。
對于某些應用,可以選擇一種單芯片來實現無線鏈接。在上個月的CES(消費電子展)上,Marvell公司展示了自己的Avastar系列無線連接器件,用于永遠開機型的消費電子設備,如手機、便攜媒體播放器、電子閱讀機、打印機、數碼相機、上網本、數字電視、機頂盒、DVD播放機、游戲機,甚至恒溫器。Marvell公司預計將在今年上半年推出該系列的四款以上器件。
對于需要在微控制器設計中增加無線功能的嵌入系統開發者,Microchip Technology公司提供一站式購買方案。嵌入系統設計者可以用ZeroG器件,通過SPI(串行外設接口)為Microchip的任何8、16或32位PIC微控制器增加無處不在的Wi-Fi連網協議。
Microchip公司的PIC微控制器包含了來自ZeroG公司的Wi-Fi模塊,后者最近剛被Microchip公司收購,該微控制器用于嵌入系統應用。ZeroG器件包括了內存、介質訪問控制數字基帶功能、一個加密引擎、電源管理、低壓差穩壓功能,以及功率放大器和其它RF功能。Wi-Fi設備通過一個SPI鏈路連接到微控制器。
Microchip公司還支持其它無線標準,包括ZigBee。該公司在12月宣布,它已經收到了對自己新的ZigBee-RF4CE平臺的認證,這是一個用于ZigBee的開發套件,包括XLP PIC控制器、一個針對802.15.4 ZigBee網絡的MRF24J40收發器,以及一個FCC認證模塊。這個套件帶有ZigBee應用的認證協議棧。
XLP PIC處于平臺的中心,它集成了用于電容觸摸檢測、USB接口以及模擬I/O等的多種外設。套件的其它工具包括MPLab集成開發環境、MPLab Real ICE系統、MPLab ICD 3、Pickit 3調試器/編程器,以及C編譯器。
你也可以找到手機的單芯片實現方案。例如,英飛凌公司提供的單芯片X-Gold 116 GSM/GPRS(通用無線分組業務)實現,它采用65 nm CMOS工藝,用于短信手機。該芯片在一個8mm×8mm封裝內集成了GSM基帶、RF收發器、電源管理功能、SRAM,以及FM收音功能。該平臺集成了一個基于ARM11的微控制器、基帶數字與模擬功能,以及電源管理功能,它還提供用于相機 、顯示屏、USB端口,以及內存卡的專用接口。
XMM6130平臺面向入門級互聯網瀏覽手機市場,支持3G HSDPA。它集成了一個基于ARM11的微控制器、基帶數字與模擬功能,以及電源管理功能(英飛凌公司提供)。
另外用單片GPS實現也已出現。Atheros通信公司上個月發布了其GPS產品系列的最后一個成員,第三代的單片AR1520 GPS接收器,以及與之一起使用的Atheros FYX 1.0軟件組件。與該公司前代產品相比,它提供了更高的導航精度、更快的位置修正、改進的接收靈敏度,以及更低的功耗。這些特性使AR1520適合用于移動消費產品,如PND(個人導航設備)、上網本、智能本、便攜游戲設備、媒體播放器,以及智能手機等。
同時,ST-Ericsson正在采用一種技術平臺方案來滿足消費者對隨處上網的需求。該公司副總裁兼2G、EDGE、TD-SCDMA與連網產品總經理Thierry Tingaud表示,移動設備已經成為多種無線技術對消費者的融合點,包括GPS與Wi-Fi,以及移動操作。ST-Ericsson提供用于智能手機、特色手機,以及入門級手機的平臺,還提供連網設備的平臺,如筆記本電腦中的無線modem。
該公司在12月宣布,它正在與諾基亞合作開發TD-SCDMA技術,這是ST-Ericsson與諾基亞在中國開展的一項長期合作。作為合作內容之一,諾基亞將把ST-Ericsson作為自己基于Symbian的TD-SCDMA設備組合的芯片組平臺主要供應商。該公司稱合作將增強兩家公司在中國移動系統市場上的領先地位。諾基亞公司于10月份推出了第一款基于Symbian的TD-SCDMA手機6788,并且宣布在北京建立一個專門的TD-SCDMA研發團隊。ST-Ericsson通過其在中國的子公司T3G Technology公司,已開發TD-SCDMA技術與設備長達6年以上。
無縫連接
Broadcom公司無線連網業務副總裁兼無線個人局域網總經理Craig Ochikubo稱,該公司正在做很有意思的工作。Ochikubo說,關鍵的著眼點在于提供無縫連接所需要的軟件驅動和應用。他補充說:“這不再只是制造芯片的問題,而是要把一切用軟件集成在一起,并且以非常互補的方式包含硬件部分。”
Ochikubo詳述了軟件的挑戰。“我們能夠將一個藍牙芯片裝入一臺PC,或將類似的芯片做到手機里,但這些應用相關的軟件是完全不同的。”即使在PC市場上,Broadcom公司也要為微軟Windows 7和過去的XP與Vista系統提供不同的軟件包。Ochikubo說:“我們希望做一種采用新興Android操作系統的手機,但我們希望能實現市場上現有的最先進功能。這促使我們不斷擴充自己提供的產品范圍。”
他指出,Broadcom公司提供的軟件隨著操作系統或最終用戶而有很大變化。在PC市場,Broadcom公司提供直到用戶界面的所有軟件,例如,藍牙體驗超出了Windows可以提供的程度。同樣,Broadcom公司為Windows Mobile操作系統提供的用戶界面與微軟截然不同。不過,對于特色手機,三星、LG和其它供應商希望保持自己用戶界面的外觀和感覺。對于這些客戶,Broadcom公司提供了一組API(應用編程接口),使客戶可以快速實現諸如立體聲流和數據同步等功能。
Broadcom公司還專注于藍牙 3.0,它可以使藍牙設計者采用802.11的物理層,在一個藍牙環境中提供Wi-Fi速度的數據傳輸。Ochikubo稱,Wi-Fi設計者的另一個標準是Wi-Fi Direct,它能實現Wi-Fi設備之間的連接與數據分享,而無需加入一個在家庭、辦公室里傳統的網絡或熱點網絡。他說,無論客戶選擇什么,他認為Broadcom公司新近推出的InConcert Maestro軟件平臺都能使最終用戶實現簡單而透明的運行。
除了注重于藍牙3.0 Wi-Fi物理層提供的更高速度以外,藍牙特殊興趣小組還把注意力放在 “藍牙低功耗”或藍牙4.0規范的低功耗應用上。藍牙低功耗將面向保健、運動與健身、安保和家庭娛樂等市場。
ST-Ericsson在去年12月發布了其CG2900器件,它整合了藍牙低功耗技術。該公司報告說,使用了CG2900后,手機可以成為一系列由鈕扣電池供電設備的一個可變化的生態中心,這些設備包括手表、醫療與運動監控器、家居與接近傳感器、電池電量監控器,以及溫度與壓力指示器等。手機還可以作為游戲、小玩藝和家居設備的控制器。
多種標準
在一件產品中支持多種通信標準的有效方式是采用一個技術平臺或參考設計。例如,高通公司的Snapdragon平臺可支持3G移動寬帶、Wi-Fi、藍牙,以及GPS。二代版提供1080像素的高清晰視頻錄制與回放(前代是720 像素),改進的Adobe Flash性能,以及更廣泛的多模式UMTS(通用移動電信系統)與CDMA 3G移動寬帶連接選擇,還支持Wi-Fi、藍牙、GPS、1200萬像素相機,以及手機電視。二代芯片組實現了優于2800-Dhrystone-MIPS的性能,功耗只有350 mW,而前一代的兩個指標分別為2200 Dhrystone MIPS和500 mW。二代的待機功率不到10 mW。
據高通稱,Acer、HTC、索尼愛立信以及東芝等公司均已推出了采用第一代Snapdragon的手機。該公司預計今年還會有相當多的Snapdragon手機與智能本推向市場。在上個月的CES展上,聯想公司推出了Lenovo Skylight,這是使用ARM處理器的智能本設備,采用了高通的Snapdragon平臺。Skylight在美國與AT&T的3G移動寬帶服務相連接。另外在CES上,高通還表示它正在與惠普合作開發一種基于谷歌Android的智能本設備,其中采用了Snapdragon芯片組。
聯想公司在CES展會上推出了Sky-light智能本,采用高通公司的Snapdragon芯片組平臺。
選擇芯片
英飛凌技術公司RF業務高級營銷經理Clay Melugin說,自己采購芯片和設計有很多方法。他解釋說:“很多人低估了在產品中增加無線功能的成本。他們問的是一個芯片組多少錢。”然而Melugin強調說,芯片組的初期成本只是一款無線產品進入市場成本的一部分。如果你選定了一個芯片組,就必須為參考設計支付許可費用,然后花時間和精力作產品開發與認證。Melugin說:“如果你希望把產品快速推向市場,避免在產品中嵌入無線(尤其是蜂窩無線)的高成本,模塊化可能是一種很現實的方案。如果你某款產品每年產量在2萬臺以上,則可以考慮嵌入式Wi-Fi和藍牙,但蜂窩功能則需要每年20萬臺以上,才值得去做。”他補充說,無論你的批量如何,都需要在選擇芯片或模塊時,對成本、大小、功耗和性能等基本參數作比較。
如果你的批量足夠,并且希望嵌入一個芯片組,Melugin建議去尋找那些包含了基帶、RF、協議棧和參考設計的平臺,它已經通過了測試和認證,直接可進入運營商網絡的測試。采用這種方式后,就避免了一款嵌入設計推向市場的諸多麻煩。他說:“我們發現很多公司都希望在自己產品中嵌入蜂窩移動功能。但一般來說,他們都低估了一款嵌入產品通過認證過程的費用。”如果你在芯片選擇過程中擁有批量和資源投資,應看看該芯片供應商的未來路線圖,包括他們對未來新標準的發布情況。Melugin表示:“你不希望做一錘子買賣吧。”另外你也會期待自己的供應商能支持從一代平臺到下一代平臺的軟件重用。他警告說:“可能情況下,你肯定不愿意在芯片組跨代升級時重新編寫代碼。要找一家能穩定這個過程的供應商,它應保持芯片組的通用接口,這樣當發布新的芯片組和平臺時,你就能方便地移植過去。”
軟件定義無線電
英飛凌公司正在開發一種用于衛星與地面通信的SDR(軟件定義無線電)架構。Melugin稱:“這里的市場需要SDR”,并且它將成為有意思的新興角色。“SDR基本上使得更改所運行的射頻成為可能。從軟件方面這很容易,但在RF方面則是一個非常大的挑戰。”SDR的靈活性與尺英寸將促使設計者采用這種技術,但他們要面對成本與功耗之間的權衡。Melugin認為SDR方案是服務于目標市場的需求,而不是從技術演化改變的角度,為一個產品設計的“未來驗證”提供一個普遍的方案。他補充說,較小尺英寸設計的功耗較低,因此SDR在未來更有吸引力。
Sigmatix公司是一家只有18個月的新興公司,專注于LT E與WiMax 4G技術,它正在積極從事于一種蜂窩應用的SDR方案。據該公司總裁兼首席執行官Dave Kelf稱,SDR概念已有大約20年之久,已在一些應用中尋找到位置,不過尚未達到蜂窩移動業主流公司所需要的性能水平。Kelf預計,隨著SDR設計者開始充分利用現代處理器的全部并行與并發性能,這種情況將會改變。Sigmatix公司計劃用一種多模式矢量射頻來利用現代處理器的性能,這種射頻使用了具有寬SIMD(單指令/多數據)和VLIW(超長指令字)架構處理器的矢量處理性能。他說:“我們可以從這些處理器獲得更高的性能。”Sigmatix可以在這些處理器上編寫4G基帶功能,性能提高30%,或者相同性能下功耗降低。該公司預計在下個季度正式地宣布這個產品。
Kelf認為這種方案在兼有LTE、GSM、CDMA和Wi-Fi標準的手機中有著應用機會。他說:“如果你看一款典型的手機,就會發現需要五至六個基帶芯片,分別用于LTE、WiMax、GSM、CDMA和Wi-Fi。每只芯片的價格可能要4美元~5美元,而HSDPA則要高達15美元~16美元。而第一款WiMax芯片上市的價格高達68美元,這太高了。”他補充說,所有這些標準都有類似的處理需求,而手機供應商正在尋找軟件使用的方式,用一個芯片處理所有標準。
Kelf指出,蜂窩基站已經使用了大量的軟件處理,但功耗很高。他認為新興的毫微微蜂窩基站(femtocell)有低功耗SDR的機會,它可以容納100英尺半徑內的300部左右手機,而傳統基站是管理數英里半徑內的300部手機。他說:“femtocell是一個真正改變市場的技術。”臨時接入設備也為SDR技術提供了機會。與手機或計算機不同,這類設備(包括電表和電子書)只需要間歇地接入到蜂窩網絡。例如,電表可能每三個月報告一次家庭用電,而GPS導航設備可能會在每次旅行開始時下載交通信息。電子書只有當主人購買了一本新書時才需要接入蜂窩網。所有這些都有處理器,可以讓它運行SDR算法。這樣,設備就不需要成本10或20美元的基帶芯片,總物料單可能只有40美元~50美元。
并行編程
OctoScope公司的Mlinarsky詳細說明了對SDR所提供靈活性的需求。挑戰是要設計出需要無處不在連接能力的設備,它可以判斷出哪個頻譜有空閑,在白空間的頻譜中哪個可以(短期)租用(而不是購買)。Mlinarsky說:“編程能力正越來越重要,這就是Sigmatix公司自身的定位。”她曾為Sigmatix以及Atheros和英特爾等公司作過咨詢。英特爾過去也曾試圖將模擬與RF問題轉變為軟件問題,用處理器來處理。
曾經必須用FPGA或ASIC實現的基帶功能現在也可以用軟件實現了。隨著3G、WiMax和LTE的引入,設計者很快開始明白,很多基帶功能都共享著一些共同的結構,用于不同的協議、編解碼、完成FFT(快速傅里葉變換)、IFFT(反向FFT),以及一系列其它功能。這些功能自身就固有并行性,可以運行在并行處理器架構上。Mlinarsky稱:“問題是人類并不十分擅長并行編程,因為大腦中要保存成千上萬件信息。人類不善于做,而編譯器則更糟。今天,我們擁有這樣一個世界,摩爾定律不再允許進一步縮放單處理引擎,使之足夠獲得更多計算能力,因此我們開始看到多核PC。但大多數應用并不能利用多核處理器的優勢,因為沒人知道怎么為它們寫程序。于是它們只是在那里烘烤我們的膝蓋。”
問題并不在于計算硬件,而在于算法。她說:“SDR的處理必須并行完成,這是因為基帶算法的特性,也是因為我們正在用盡摩爾定律的能力,”進一步促使單核處理器的性能增強。Mlinarsky補充說:“我們可以廉價地放置很多核心。但如何以一種人類思維可以應付的方式,為它們編寫最有效的程序?你不希望使用超人類的程序員;你也不可能找到足夠多的這種人。你需要在編譯器和硬件之間找到些東西,使SDR架構正常工作。”顯然,Sigmatix公司和很多傳統的無線芯片供應商都希望解決這個問題。
無線技術領域的活躍除表現在新技術不斷涌現外,還表現在其傳輸能力的不斷拓展。近兩年,一項超高速的無線接入技術受到了大家的關注,那就是UWB。
UWB是一種時域通信技術,它采用超短周期脈沖進行調制,把信號直接按照0或1發送出去,而不使用載波,這與此前的無線通信截然不同。脈沖調制產生的信號為超寬帶信號,譜密度極低,信號的中心頻率在650MHz~5GHz之間,平均功率為亞毫瓦量級,抗干擾和多徑的能力強,具有多個可利用信道。與CDMA系統相比,時域通信系統結構簡單,成本相對較低。UWB技術具有高速率、低成本、低功耗的顯著特性。
UWB最引人注目的特點是具有很高的數據傳輸速率。Xtreme Spectrum公司預測,他們即將開發出的產品具有在10米內傳輸約100Mbps的能力,Intel則把目標定在了500Mbps。
趨勢分析 對于UWB技術,我們應該這樣看待,它以其獨特的速率鋒芒以及特殊的應用范圍,也將在無線通信領域占據一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點,它很適合組建家庭的高速信息網絡。它對藍牙技術具有一定的沖擊,但對當前的移動技術、WLAN等技術的威脅不大,甚至可以成為其良好的能力補充
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