3G終端的關鍵技術和發展趨勢

    摘要　
    在即將到來的3G時代，運營商之間移動數據業務的競爭將日益激烈，通過終端統一展現其增值業務和品牌能更有效地使用戶體驗和訂購業務，終端將起到越來越重要的作用。文章從3G終端的體系結構入手，分析了3G終端的關鍵技術，指出了3G終端的發展趨勢。 

    1、全球3G終端市場發展狀況 
　　伴隨著技術的發展和用戶的增長，WCDMA終端出貨量一路攀升，2004年全年的終端銷售量為1600萬部，比2003年增長了357%。2005年的終端銷售持續保持高速增長的態勢，達到4000萬部，增長率為150%。伴隨著全球WCDMA市場的蓬勃發展，尤其是來自中國市場的拉動作用，預計到2007年全球WCDMA市場的銷售量有望達到1億部，2008年更是達到創紀錄的1.4億部。 

　　韓國和日本是EV-DO終端的主要消費國，2004年1000萬部的EV-DO終端絕大多數在日韓銷售，比2003年增長了143%。考慮到中國市場的潛力，EV-DO終端銷售將繼續保持強勁增長的態勢，預計到2008年EV-DO終端的全球銷售量約為3500萬部。 

　　TD-SCDMA終端的增長存在較大的變數，但隨著TD-SCDMA的研究和開發不斷升溫，產業鏈的逐步完備，相信將有眾多的廠商能夠提供種類豐富的終端產品，推動TD-SCDMA的商用化進程。 

    2、3G終端體系結構 
　　隨著移動通信的發展，移動終端的功能已發生了巨大的變化，移動終端已經不僅僅是一個簡單的通話工具，而逐漸變成一個移動的個人信息收集和處理平台，向著智能終端的方向發展，在3G系統表現尤為突出。智能終端都對作業系統有一個明確的要求，那就是開放性和通用性。為了適應這種發展趨勢，大部分移動終端都已經具有多任務的開放式作業系統核心，有的甚至擁有功能強大的、開放型的開發平台。開放式作業系統的普遍應用極大地促進了移動終端產品開發的速度和應用水平。 

　　典型的具有開放式作業系統的終端架構如圖1所示，自下而上可以分為五層：硬體驅動層、作業系統層、業務能力層、用戶界面層（UI）和應用層。 

    圖1　開放式作業系統終端邏輯結構圖 

　　（1）硬體驅動層 
　　硬體和驅動組成了硬體驅動層，它是作業系統的下一層，也是作業系統一切功能的基礎，它確保了作業系統的穩定性、各種性能以及有效的功率管理。同時，它也提供給作業系統層一個抽象的概念，使同樣的一個作業系統能在不同種類的硬體設備上運作，具有很靈活的移植性，使業務和設備的持續發展成為可能。 

　　（2）作業系統層 
　　作業系統用於為其它終端軟體提供核心功能和不同接口。作業系統為用戶使用終端設備上的不同硬體設備提供了一種簡單統一的方式，並隱藏了實際設備功能之間的物理差異。此外，作業系統還負責管理軟體的多任務功能，以支持移動終端所需的實時功能。 

　　（3）業務能力層 
　　該層是作業系統和各種軟體應用之間的夾層，往往是作業系統廠商為了更方便地實現對作業系統的開發而推出的，它的開放性直接關係到第三方的進入便利性和產業鏈的結構。該層提供部分重要的終端功能，這些功能總體上分為通用功能和通信功能兩大類型。 

　　通用功能提供關鍵的作業系統功能，包括多媒體子系統和安全子系統。多媒體子系統為作業系統提供多媒體應用和業務支持，安全子系統提供數據保密、整合以及授權，為安全通信協議提供底層的支持。通信功能為由通話功能、串行和短距離通信功能、網絡功能等子系統組成，通過支持無線協議棧和IP協議棧等協議棧來完成這些功能。 

　　（4）UI層 
　　UI層即用戶界面層，最終用戶通過終端的用戶界面了解終端的各種功能。用戶界面設計必須反映出終端設備的可能的使用情形。用戶界面個性化定製是一項重要的功能，能夠方便用戶使用和提升用戶體驗，更有效地展現運營商的品牌和增值業務。 

　　（5）應用層 
　　應用層是提供給用戶的各種手機具體應用的集合，這些應用是基於業務能力層所提供的功能築建的。該層的一些典型應用包括個人信息管理、消息類業務、位置類業務和電子商務類業務等。 

    3、3G終端關鍵技術 
　　3.1　硬體關鍵技術 
　　3G終端的硬體關鍵技術主要指處理器技術、射頻技術、顯示技術、電池和功耗、攝像技術。 

　　（1）處理器技術應逐步適應3G終端的多樣化、高功能化和高品質發展趨勢。 
　　（2）射頻技術主要包括接收機性能、發射機性能和天線性能等方面。3G射頻的特點是帶寬寬、全雙工、零中頻技術、多模等。 

　　（3）顯示技術主要包括彩屏、觸控螢幕、解析度、亮度等技術。其中，彩屏包括STN、TFT/TFD和OLED等種類。STN是目前市場主流，其功耗和價格較低，但像素也較低，不足以顯示高像質的活動圖像。TFT/TFD能夠顯示高像質的高速視頻，但功耗稍大且價格貴。OLED可不需要背光。 

　　（4）3G終端在平均功耗方面與2G相比有很大的增加，增加最多的是基帶、照相機、內存及顯示模塊，同時要求3G終端的電池容量增加。為適應功耗的增加，3G終端應採用新的電源管理技術，能夠自動調整、按需分配。 

　　（5）攝像頭應採用耗電量和體積上具有綜合優勢的技術，並同時支持靜態和視頻成像。攝像頭主要有CCD傳感器和CMOS傳感器兩種。CCD圖像質量優良，但其功耗和體積較大，需要多種電源且產能有限。CMOS傳感器在體積、功耗上具有優勢，在移動終端上應用較多。 

　　3.2　軟體關鍵技術 
　　3G終端的軟體平台包括硬體驅動軟體、作業系統、系統協議棧及管理、業務能力、應用程式、UI等，其中，作業系統和系統協議棧是軟體平台的核心。 

　　（1）作業系統 
　　作業系統用於為其它終端軟體提供核心功能和不同接口。作業系統為用戶使用終端設備上的不同硬體設備提供了一種簡單統一的方式，並隱藏了實際設備功能之間的物理差異。此外，作業系統還負責管理軟體的多任務功能，以支持移動終端所需的實時功能。 

　　作業系統通常可分為封閉式作業系統和開放式作業系統。以前絕大多數終端功能很簡單，只具備通話、短消息、電話薄等簡單功能，通常採用封閉式的作業系統。隨著手機硬體配置和功能的提升，封閉式的作業系統已不能勝任，取而代之的是一些開放式的作業系統，這也將是3G終端作業系統的發展趨勢。 

　　封閉式作業系統 
　　簡單地說，封閉式作業系統是指那些用戶不能裝卸任何第三方軟體的作業系統。也就是說，不能像用電腦那樣從網上下載或將第三方軟體裝上去。這類作業系統多數直接嵌入在機器的晶片上，採用的是嵌入式處理器。它的優點是占用儲存空間小、造價低、耗電量小，缺點是功能簡單，而且用戶沒任何自由變通的餘地。這類手機的用戶只能使用廠商提供的功能，而不能自行擴展。這些都阻礙了移動終端產品開發的速度和應用水平。 

　　目前手機上封閉式的作業系統絕大多數是Symbian的。Symbian除了擁有封閉式的作業系統外，還有開放式的作業系統。 

　　開放式作業系統 
　　開放式作業系統允許用戶隨時裝卸第三方軟體，可以從網上下載支持該作業系統的軟體裝上去，還可以隨時刪除該系統里的任何軟體。它的優點是功能豐富，用戶可自行升級或裝卸軟體，缺點是造價高、占用儲存空間大，耗電量也大。 

　　目前市場上的開放式作業系統主要有：Symbian、Windows Mobile、Linux和Palm。目前開放式作業系統中占領市場份額最大的當數Symbian，其次是Windows Mobile和Linux。Palm由於其部分產品中具有移動語音通信能力才進入此市場，市場份額並不大。這四種作業系統在移動性、性能、擴展能力、模塊化程度、耗電量等方面各有千秋。表1列出了這幾種作業系統的特點。 

    表1　幾種常見開放式作業系統的特點 


    （2）系統協議棧 
　　系統協議棧包括無線協議棧和IP協議棧等。無線協議棧提供無線終端最基本的業務能力，與基帶處理邏輯配合，共同完成系統的通信功能，例如GSM/GPRS/WCDMA、CDMA、WLAN、IrDA等無線協議棧。IP協議棧提供最基本的IP數據業務能力。 

    4、3G終端發展趨勢 
　　3G終端將向著功能增強、多模化、定製化、平台開放化的方向發展。 

　　（1）功能增強 
　　3G終端的功能將逐漸不再以通話為主，而是具備各種我們日常需要的處理和通信功能。 

　　3G終端支持的主要業務種類包括基本語音和簡訊業務、即時通信類、廣播媒體類、音樂類、移動電子商務類、移動瀏覽類、個人信息管理類、導航類等。豐富而強大的業務功能，使得3G終端具有更為複雜、更為智能化和個性化的特點，需要支持更多的功能與業務，提供更多的互聯接口。 

　　（2）單模向雙模/多模發展 
　　WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三種制式並存以及第二代移動通信不會在短期內退出市場的現實情況，將促使終端從單模向雙模/多模發展，以支持更靈活的網間漫遊。目前市場上已有GSM/WCDMA、GSM/CDMA2000、CDMA2000 1X/HRPD雙模終端。隨著晶片集成度的持續提高，在終端中同時集成多種不同協議的能力也會逐漸增強。 

　　（3）定製化 
　　所謂終端定製就是終端製造商按照運營商提出的要求來生產終端，而生產出來的規定數量的終端通過包括運營商在內的各種渠道推向最終用戶的商業運作模式。 

　　在即將到來的3G時代，移動數據業務的多樣性和複雜性對手機提出了更高的要求，終端獨立發展的模式不再適應移動數據業務的廣泛開展，移動運營商對終端進行定製成為必然趨勢，韓日電信運營商已經從中獲取了巨大價值。 

　　終端定製有助於避免由於移動終端的配置不支持新業務導致的新業務推廣的終端壁壘。從運營商和廠商的角度來看，這種合作方式無疑讓新的技術和產品能更快地得到普及，有益於新業務的快速開展；從用戶的角度來看，定製手機的方式有利於用戶迅速接受新產品、新技術，提高對產品的認知程度和忠誠度。 

　　（4）封閉式作業系統向開放式作業系統發展 
　　開放式作業系統的普遍應用將極大地促進移動終端產品開發的速度和應用水平，以使更靈活豐富的應用和內容共享。 

　　為順應終端的發展趨勢，下一代移動終端的體系結構應具備以下重要特徵：
　　在主要子系統之間設置開放的軟硬體接口，以便於第三方集成和擴展。
　　通過交換、添加和構建模塊提高可擴充性，從而創建更廣泛的功能。 
　　通過插入式協議和軟體組件支持所有重要的蜂窩無線接口標準。 
　　適用蜂窩和網際網路信息應用市場。 

    5、結束語 
　　隨著3G技術的發展以及微電子技術、大規模集成電路技術、晶片技術、作業系統軟體技術的不斷進步，移動終端必將出現新的變革，進入全新的發展時期。未來的3G終端將是具有強大的移動通信功能，同時，集PDA、數位相機、多媒體播放器等功能於一體的高科技產品。在不久的將來，移動用戶就可以使用3G終端享受更加豐富的業務。 

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