中國3G的發展及其演進走向分析

中國3G的發展及其演進走向分析
上網時間:2008年01月29日

2007年的中國電信業在平穩的發展中少見亮點，但在10城市中進行的TD-SCDMA擴大網絡規模技術試驗卻是中國電信業畫卷中具有開創性和震憾力的濃墨重彩。展望2008年及未來5-10年，中國的3G將在以TD-SCDMA為主要力量的方向上快速起步和發展；3G的演進也會在堅持自主創新的前提下，融合先進技術，繼續向移動通信的前沿領域挺進。

1. 中國3G決策己經明朗

在「3G在中國」2007峰會上，信息產業部科技司司長聞庫以「TD-SCDMA已經實現了跨越式的發展，已經形成了包括系統、終端、芯片、軟件等較完善的TD-SCDMA產業鏈」的論述，再次肯定了TD-SCDMA的進展。實際上，今年3月26日到4月5日，成為影響中國3G未來格局和走向最為重要的十天，中國移動對TD-SCDMA網絡試驗進行主設備招標，成為中國「沒有發令槍的」3G建設競賽的起點，也成為中國3G的商用進程的標誌性事件。隨之，信息產業部在確定了三大3G標準為我國通信行業標準之後，又發佈了涉及WCDMA、CDMA2000、TD—SCDMA三大3G技術的 130項推薦性通信行業標準。3G標準體系基本確立，無疑對中國3G的商用和產業化起到極大的促進作用。同時，信息產業部明確，中國已完成WCDMA與 CDMA2000的兩種3G標準系統測試，這意味著，在中國三種3G標準都被首肯，其進程有了實質性突破。

TD網絡試驗進展順利，解開了糾纏中國發展3G的核心之結；3G三大國際標準都已確立為我國通信行業標準，解決了標準選用之惑，中國發展 3G只差牌照發放了。而TD擴大網絡規模試驗正是規避了敏感的牌照問題，取得TD建設之實的精彩之筆，蠃來了TD成熟的時間和寶貴的試商用經驗，為中國以 TD為主發展3G產業奠定了基礎。

儘管TD仍然存在新建基站選址困難，設備和終端的完善以及網絡的規劃、優化方面都暴露出不足，但在政府強力支持與推進下，在業界的共同努力下，TD的成熟與成功無須存疑。中國3G看TD，TD引領中國3G的決策己經明朗。有人形象的比喻，2007年中國的3G像上膛的子彈，一觸即發，目前只是處於爆發前的暫時沉默。2008年，中國3G將如出膛子彈般一往無前。來自TD陣營的聲音，描繪了TD-SCDMA的商用前景，在今年底或明年初放號 200萬至300萬，在2008年上半年計劃放號1200萬，這標誌著不論我國3G牌照發放與否，TD都可迅速佔領以數據業務為主的高端市場。TD- SCDMA產業聯盟最近預測稱，在未來中國3G終端市場中，TD將佔據50%的份額。而一旦3G牌照發放，WCDMA與CDMA2000借助國內外強大的技術、商用與資本實力會迅速形成規模，三種3G制式在中國的風雲際會，一定會演繹出如火如荼的競爭與發展的「大戲」。

2. 發展3G是移動通信產業的主流

信息產業部科技司司長聞庫在近日的演講中強調，目前E3G技術標準發展比較快，仍然是產業發展的主流。從全球角度看，國際上出現了第二次 3G高峰，3G產業己逐漸步入良性發展的環境。到2007年的6月份，全球的3G網絡共部署了171個WCDMA的商用網，其中128是HSDPA商用網，還有71個CDMAEV-DO商用網。僅今年上半年就新增15個WCDMA商用網絡，31個HSDPA的商用網絡和10個CDMA1X的網絡。 WCDMA的用戶有1.27億用戶，預計2007年底WCDMA的用戶會達到2.1億戶，比2006年底增長超過1億戶。到2007年上半年HSDPA的建網速度超過了WCDMA。在上半年重大的3G商業網中1X的數量佔32%，WCDMA佔19%，而HSDPA卻佔到了38%。綜合來看，包括HSPA和 EV-DO在內的3G增強型技術已經成為3G發展的主流技術。


圖1 3G的演進有三條路徑

與此同時，中國移動通信製造企業在產品開發和產業化方面逐步走向成熟，系統設備廠商已完全具備系統設備的設計、製造、新系統開發能力和產業化能力，產品已經能和國外企業產品站在同一起跑線上，具備較強的國際競爭力。在移動終端方面，中國已經初步具備了研發和產業化的能力，尤其是TD-SCDMA的出現，促使從最原始的芯片研發入手，到解決方案提供和產品出廠，都已經達到了非常高的水平。另外，運營企業積極參與了國內和國際標準的制定，不僅是在業務標準方面，在網絡運行、維護、技術、性能標準的制定中都能看到運營企業的身影，總體技術的創新能力和核心競爭能力不斷提高。因此，在2008年以後一個時期內，3G及其增強型技術將順理成章的成為中國的發展主流。

對中國3G及其增強型技術形成衝擊的是WiMAX，WiMAX如同一匹「黑馬」，加速著寬帶化和移動化的進程。特別是移動WiMAX (IEEE 802.16e)己正式向國際電聯(ITU)提出申請為成3G標準，期望在全球獲得統一的2.5GHz頻段。在今年10月19日ITU的世界無線電通信全會上，WiMAX以絕對優勢獲得通過成為全球新的3G標準，儘管它還需要得到今年在日內瓦召開的世界無線電通信大會的最後批准，但WiMAX成為3G標準的勢頭己不可阻擋。

去年底推出的WiMAX802.16m標準則面向IMT-Advanced(4G)，欲與3G演進的LTE、UMB 爭雄。但是，WiMAX在中國一直遭到冷遇，近日，信產部官員還明確表示，WiMAX無論從技術還是產品上，由於存在很多爭議，尚沒有成熟的產品推出。與此相呼應的是，在中國提交給ITU的IMT-Advanced(4G)頻譜方案中，也將2.5GHz頻段作為4G的必選頻率，從而否定了在中國為 WiMAX分配此頻率的可能。

由此可以看出，中國堅持3G及其演進技術為主導產業，那麼在TD實現規模商用以及3G產業鏈壯大之前，WiMAX作為移動通信產業存在的可能性很小。 ?

3. 自主創新在3G演進中的延續與強化

目前，3G的演進有三條路徑，其一是以3GPP為基礎的技術軌跡，即從第二代的 GSM、2.5代的GPRS到第三代的WCDMA、第三代增強型的HSDPA，HSUPA，以及LTE發展路線，最後演進到IMT-Advanced，即 B3G/4G。其二是以3GPP2為基礎的技術路線，即從第二代的 CDMA2000到2.75代CDMA2000 1X，再到第三代的CDMA2000 1X EV-DO，以及長期演進的UMB升級版本，最後演進到B3G/4G。以上是移動通信演進的兩個主流路線，也是佔世界絕大多數移動通信市場的路線。其三是以WiMAX為以基礎的技術路線，是寬帶無線接入技術向著高移動性、高服務質量的方向演進的結果。但是，移動WiMAX的情況要複雜許多，作為大規模應用的、基於IP移動網絡的全新技術，它不像3G那樣是對已有技術的逐步升級，沒有經過在真實移動複雜環境中的實際考驗；另一個不確定的因素是WiMAX至今沒有全球統一和足夠的頻譜支持，特別是在中國，至今尚未批准任何WiMAX的頻率規劃。



圖2 TD-SCDMA演進路線

LTE、UMB和移動WiMAX雖然各有差別，但是它們也有一些共同之處，三個系統都採用OFDM和MIMO技術以提供更高的頻譜利用率。在未來的發展演進過程中，哪一種技術路線勝出，將是各國政治、經濟、科技與技術力量博弈的結果。但是LTE、UMB和移動WiMAX並不屬於第四代移動通信技術，第四代移動通信技術(即B3G/4G)是在2005年10月ITU-R WP8F工作組的赫爾辛基會議上被正式命名為IMT-Advanced。ITU將用3年的時間來完成IMT-Advanced技術的標準化開發工作，然後用2～3年的時間完成標準完善和產品商用化過程。IMT-Advanced技術將成為未來5～15年間主流的移動通信技術。

中國的3G演進路線也己明確，即進一步提高我國移動通信領域自主創新與核心競爭力，以TD-SCDMA為主制定和推出3G演進技術路線，爭取在IMT-Advanced技術中取得更大的成功。經過多次會議和多家國內外廠商的大量的討論和方案融合，2005年11月，大唐聯合我國相關企業共同推動的OFDM後續TD-SCDMA演進方案被3GPP接受，這就意味著TD-SCDMA系統可以平滑地向LTE演進。3GPP最近推出了LTE TDD系統的演進版本，其中在LTE TDD Type 2版本中，TD-SCDMA現有的核心技術大部分得到了繼承，如智能天線、基於幀結構的物理過程設計等，構成TD-SCDMA進一步演進的LTE+ TDD方案。在此方案中，TD-SCDMA特色核心技術的擴展和增強，與MIMO 、OFDMA主流技術有機結合，顯著提高MIMO OFDMA系統性能，包括了BR-OFDMA、基於智能天線的多流MIMO、基於BR-OFDMA的聯合檢測、基於TD-SCDMA演進幀結構的同步、小區搜索、隨即接入、尋呼等物理過程。在OFDMA+MIMO共性技術和現有標準基礎上進一步完善和增強，進一步提高系統性能，包括多用戶聯合映射、分層調製、軟頻率復用、LDPC編碼、中繼（Relay）和分佈式天線、用於MBMS的分層MIMO技術等。

通過艱苦的國內外博弈，TD-SCDMA LTE中長期獨立演進的戰略問題基本得到解決，中國繼續掌握著TD-SCDMA LTE的核心知識產權。在向4G技術的繼續演進中，以TD-SCDMA LTE中長期獨立演進戰略為基礎，已形成一批擁有知識產權的技術創新點，為積極形成具有自主創新特色的4G標準創造了有利條件。中國政府也明確提出，要在目前的基礎上，繼續推動TD-SCDMA不斷成熟和商用；要推動落實信息產業鼓勵自主創新的政策，並加強規劃和指導；要繼續實施標準戰略，加強信息產業的標準制定工作。信產部相關官員近日表示，「不僅要看到我們這一代有TD，TD還要想到給全民，給我們產業界，給運營商、製造商提供一個思路，要打造我們國家的創新能力。」

因此，以TD為核心的3G獨立演進路線己確定為中國移動通信向未來發展的主要走向。

4. 結束語

在2008年及以後的一個時期內，即使移動WiMAX被ITU批准為3G標準，

中國仍會沿著成熟和壯大TD-SCDMA產業，以及以TD為核心的3G獨立演進路線發展，並且倡導自主創新的未來寬帶移動通信技術與標準，力爭在4G時代有更大的突破。

作者：國家無線電頻譜管理研究所高級顧問 何廷潤

諾基亞將關閉德國工廠 德國決定抵制其手機

中國日報網環球在線消息：芬蘭手機製造商諾基亞公司上周宣布將關閉在德國的手機生產基地，這一決定將直接導致至少2300名德國人失業。一時之間，德國抵制諾基亞的呼聲四起，一些政治家也公開表示將不再使用諾基亞產品。

諾基亞手機遭封殺

據法國媒體報導，德國社會民主黨主席庫爾特‧貝克表示，他已經禁止家人使用諾基亞手機。他說：“我家中不會再出現諾基亞手機。公開呼籲公眾去抵制一種產品，這其實不是我做事的風格。

但毫無疑問，對我以及其他德國人而言，諾基亞不再是一個好的詞匯。我不想每次打電話的時候都想起這件讓人氣憤的事情。”

德國社會民主黨議會黨團主席彼得‧施特魯克則在18日表示，他已經交出他的諾基亞N95手機。“我讓我的辦公室另外再給我找個手機。”

德國消費者保護部長霍斯特也暗示說他將禁止他的部門使用諾基亞手機。就連德國總理默克爾也毫不諱言，稱消費者有權優先選擇“德國製造”的產品。

上周末公布的一份民調顯示，自從宣布關閉波鴻工廠的消息以來，諾基亞的形象已經在德國遭受嚴重打擊。不少消費者對諾基亞做的質量評價明顯低于它的競爭對手摩托羅拉和愛立信。

波鴻將舉行示威遊行

上周二，諾基亞公司宣布將在今年關閉位於德國西部城市波鴻的工廠，改在勞動力成本較低的羅馬尼亞建廠。這一決定除了將直接導致2300人失業外，還將有數千人因此間接失業。德國最大工會IGMetall指責諾基亞的這項決定是一樁“醜聞”。波鴻將於當地時間22日舉行大規模遊行示威抗議，不過德國財政部長施泰因布呂克認為挽回諾基亞工廠的可能性不大。

諾基亞方面表示，關閉波鴻工廠的原因是在當地製造手機的成本不具有競爭力，因為波鴻的勞動力價格是羅馬尼亞的10倍。但德國方面懷疑諾基亞在羅馬尼亞設廠是為了得到歐盟為幫助新成員開展結構性改革而發放的補貼。對此，歐盟方面否認向諾基亞公司在羅馬尼亞設廠提供了額外補助。歐盟強調，德國和羅馬尼亞都得到了歐盟的補貼。

歐盟委員會主席巴羅佐在接受《德國經濟周刊》採訪時表示：“我們確實對一些地區提供了經濟上的支持，這同樣發生在德國。”

讓德國人感到格外憤怒的是，為了留住諾基亞工廠，德國聯邦政府和波鴻所在的州政府在過去數年內向諾基亞公司提供了8000萬歐元的補貼。歐盟委員會負責企業和工業的委員、德國人費爾霍伊根表示，此次事件將促使各國重新考慮補貼企業的政策。他說：“波鴻所在的北萊茵-威斯特伐利亞州沒有必要為了吸引企業提供這麼多的補助。

更好看、好用 智慧手機越來越受消費者青睞

更好看、好用　智慧手機越來越受消費者青睞
上網時間 : 2008年01月14日

市場研究公司IMS Research估計，智慧手機在2007年佔整體手機市場比例略高於10%，但到2012年該比例將超過25%。新款智慧手機更加便於消費者使用，也推動智慧手機市場成長。該機構並指出，從歷史上來看，新技術一直被定位成手機的獨特賣點，如MP3和相機功能就是這樣；這些功能對客戶有吸引力，但迄今為廠商提供的收入回報很有限。

透過採用最新技術，可消除妨礙消費者使用能為廠商創造營業收入的服務與應用的關鍵障礙，因此下一代智慧手機將得到更多消費者的青睞，其中包括改善外觀、可用性和功能性。IMS Research表示，製造商和廠商已從過去的失誤中吸取了教訓，現在不只是把技術看作獨特的賣點，而且也看重其創造收入的能力。這些技術包括 GPS/LBS、電容器觸控式螢幕、增強語音應用和重新設計圖形化使用者介面。

IMS Research的行動技術主管John Devlin表示：「開發商和製造商正設計平滑的、易於管理的系統，使終端用戶能夠毫不困難地存取想要存取的應用──它們現在開始看起來是設計師設計，而不是工程師設計。」

包括電容觸控式螢幕、感測器、高級語音技術和明顯改善的圖形化使用者介面，都促進了智慧手機的銷售，吸引了更多的消費者，並幫助提高了廠商的每用戶平均收入(ARPU)。這些在輸入方面的技術改進，不僅減少了選單的層次以鼓勵用戶嘗試各種應用和找到新的功能，而且提供了創新性的新型輸入方法。

IMS Research預測，未來四年語音I/O市場將成長四倍，觸控式螢幕(電阻及電容器觸控式螢幕)到2012年將佔智慧手機市場的45%。

語音技術、GPS和行動搜尋技術相結合，也將改善用戶體驗和有助於消費者接受智慧手機。「這些技術將使行動網際網路搜尋變得更加容易，搜尋結果關聯性提高。這種體驗將不同於PC，可以根據位置和時間對資訊進行過濾。」分析師Patrick Connolly表示：「Google和微軟(Microsoft)等主要網際網路搜尋公司，正針對這方面斥鉅資收購其它公司和進行研發。透過利用其在廣告方面的經驗，營業收入潛力非常大。」

「這些業界動態讓我們相信，智慧手機市場成長速度將繼續高整體手機市場。」Devlin表示：「實際上，根據IMS Research的資料庫顯示，2012年四分之一以上的手機將是智慧手機，屆時其銷售量將超過15億支。由於這種高階產品的利潤較高，廠商已經開始到這個領域淘金，這是很自然的。」

侵犯博通專利 高通被判禁銷三項手機晶片

侵犯博通專利 高通被判禁銷三項手機晶片
劉聖芬／綜合外電報導

手機晶片大廠高通(Qualcomm)遭美國法官裁定須停止行銷侵犯博通公司(Broadcom)三項專利的手機晶片。不過，只要高通付權利金給博通，則可在未來十三個月繼續銷售部份晶片。

博通在與高通的專利權訟訴戰中再下一城，美國區域法官賽爾納周一做出以上判決。這兩家總部皆位於南加州的晶片製造商在未能談成專利授權協議後，展開一連串互告動作。

博通於二○○五年五月向加州聖塔安那的美國地區法院提告，指控高通侵犯該公司三項專利，分別是影像技術、讓手機能同時使用兩個或更多網路進行通信的技術、以及讓使用者可將手機當成無線對講機的「隨按即說(Push-to-talk)」技術。

一位法官在兩年後裁定博通勝訴，下令高通要付給博通一千九百六十四萬美元損害賠償。賽爾納接著針對是否要禁止高通銷售侵害這些專利的晶片進行裁決，於周一裁定高通須停止行銷侵犯博通專利的手機晶片。不過，對於現已在市面上的一些手機晶片，高通只要付權利金給博通，則可繼續銷售到二○○九年一月。

高通要繼續銷售涉及博通的數位影像專利之晶片的權利金，為該公司自這些產品所獲營收的六％；涉及同時使用雙網通信專利的晶片之權利金比率為四．五％；法官下令要這兩家公司協商隨按即說專利的權利金比率。

博通的智慧財產權副總羅斯曼恩說，他無法預估根據法官的判決高通將須支付多少錢。但他表示，博通對此判決感到「非常高興」。

4G 無線技術是SoC 架構的演進還是分水嶺？

4G 無線技術是SoC 架構的演進還是分水嶺？
( 1 月 1 日 2008 年)
Ron Wilson，執行編輯，EDN雜誌

幾乎像神話一般的第四代無線服務 4G 可能是思考全新系統單晶片（system-on-chip，SoC）架構的源頭。或者，它只是推動現今基頻無線 IC 的一次自然演進。它可能會為消費端客戶帶來全新類型的行動服務。也可能只是把你的電子郵件附件處理得比較好一點罷了。它也可能是一項努力要在2015年實現且沉重的工程挑戰。也可能在今後數年內就實現。

要瞭解 4G 可能對 SoC 設計產生的影響，就必須深入去了解一下人們在使用這個辭彙時的意義，瞭解一些有關支持這種服務的計算挑戰，並聽聽一些系統架構師如何因應這些挑戰的做法。

有關 4G 影響的很多不同觀點都有一個共同的來源：缺乏明確的定義。德州儀器公司無線首席技術長 Bill Krenik 警告說：“我們必須從定義開始。因為圍繞著該名詞所存在的大量爭議與混亂，已經使它幾乎失去了意義。”

Krenik 說，很多人都認為 4G 是一種到處都有無線連接的新世界，是真正的任意時刻和任何地點；並且意味著這種連接可以支持互動、基於地點（location-based），以及豐富媒體的服務。想像你走在一個不熟悉城市的街道上，手裡拿著手機，看著它即時且連續地顯示出前方街道的移動影像以及地圖資料、建築物標記以及感興趣的地點、到達目標的路徑，以及你的通訊錄中所登錄人員的位置。或再想像一下，同一部手機還能把城市的街道變成一個多人視頻遊戲，你與其他遊戲玩家的化身、立體顯示的怪獸和武器相互競爭，並能呈現出虛擬戰鬥中逼真的受傷影像。

對於那些要實現該基本系統的（underlying system）其他人來說，這些人通常把 4G 看成是更具體的辭彙。Krenik 解釋說：“在 TI，我們不會試圖對 4G 下一個教條性的定義。而寧願用名稱來稱呼這些真實的技術：高速封包存取+（high-speed packet access plus，HSPA+）、WiMax、長期演進（long-term evolution，LTE）。到 3G 時，美國提出了一個標準，而其他所有事情都還只是意見。”他進一步指出，最好有一個組織，負責推廣 GSM 通信的部署以及朝 3G 的演進。

還有其他的工程師則持一種較定量的（quantitative）觀點。Nokia Siemens Networks 的高級射頻產品經理 Alan Brown 說，這些工程師在定義 LTE 時，也在推動著第三代夥伴專案（Third Generation Partnership Project，3GPP）的方案，他們將 4G 構想成“對行動設備有 100 Mbps 的峰值流量，對筆記型電腦等遊牧（nomadic）設備有 1 Gbps 的峰值。”每種觀點都對實現 4G 手機的基頻 SoC 提出了不同期望的組合。

發展基頻 SoC

從最簡單的期望組合開始（即 LTE 的展望），行動設備將以某種方式實現至少 100 Mbps 的下行鏈路峰值數據速率。飛思卡爾半導體公司副總裁兼高級院士（Senior Fellow） Ken Hansen 說：“在功能上，它要求的基頻與我們今天用於全球行動電信系統（Universal Mobile Telecommunications System ，UMTS）的沒有區別。”功能區塊包括用來執行採樣率功能的硬體加速器、執行介質存取控制（MAC）的 CPU 核心、一個安全引擎，以及一個主控介面。

來自射頻、並以採樣速率行進的數據，會經過類比數位的轉換、經過一些前端數位處理，然後進入一個快速傅利葉轉換（fast-Fourier-transform，FFT）引擎，此一引擎將正交頻分多工（orthogonal-frequency- division-multiplexed ，OFDM）信號分離成其許多的組成頻率段（constituent frequency band）。然後頻域信號經過進一步的數位調整，進入一個檢波器（detector），不是不像（not unlike）硬碟中的讀取通道，該檢波器會對每一載波上的 64 QAM（正交振幅調幅法）信號進行解碼，從每個有效載波產生一個符號。這些符號經由加速的（turbo）解碼來進行解壓縮。

在這種架構中，3G 與 4G 之間的區別在於量的差異，而不是種類。Qualcomm CDMA Technologies的產品管理高級總監 Peter Carson 指出：“在 3G 時，我們在每一赫茲頻寬提取出大約 1 bps。要實現 100Mbps 的流量，4G 基頻必須要遠多於此一數字：在更寬的頻段上，每赫茲至少是 3 或 4 bps。”

實際應用中，這種情況與 UMTS 900 使用者的 5 MHz 通道相比，意味著要在一個 20 MHz 通道上分佈更多的載波頻率。這也可能意味著要用多輸入/多輸出（multiple-input/multiple-output ，MIMO）結構的多支天線。今天，MIMO 配置通常用於通道均衡：找出一種將兩支天線信號組合在一起的方法，以獲得最好的接收效果。但 4G 還有一些其他東西：用波束成形（beam-forming）演算法，使每對基地台的天線和接收機天線成為一個獨立的通道，從而使有效頻寬倍增。 Hansen 說：“研究顯示，在多接收機的情況下，可以用兩根天線獲得 1.75 倍的資料速率。”

所有這些功能都需要矽晶片。較高的採樣率和更寬的通道意味著需要一個更大、更耗電的 ADC，以及一個更快、更寬的 FFT 引擎。但最大的問題是來自於提供一個 100 Mbps 峰值流量的要求，這意味著要有更快的符號速率（symbol-rate）處理器、大量的記憶體，以及一個用於 MAC 的更快處理器。Hansen 說：“我們看到進入 MAC 的 10 倍數據速率，而某些交易（transaction）所允許的延遲只有 1/10。但考慮功率的因素，MAC的運行頻率必須要遠低於位元率（bit rate）。這個問題很有意思。”

Qualcomm的 Carson 對此也表示同意。他說，“峰值資料速率直接轉化為晶粒（die）尺寸。架構師必須自問的一件事是：設定的峰值資料速率與所需晶粒尺寸是否與網路實際提供的平均數據速率相適應。”

如果對晶片成本的敏感性很低，則這種速率的基頻架構可以有所改進。Carson 說，Qualcomm當前的 Snapdragon 架構對擴充至 30 到 40 Mbps的峰值資料速率仍然有充分的因應能力。這個速度並沒峟滿足 LTE 規範，但 LTE 稍後才會出現，有些人稱它為後期的演進（late-term evolution），這可能使 32 nm CMOS 製程有時間擺脫此一架構。

非演進式設計

演進式架構（evolutionary architecture）的第一個挑戰是來自於 MIMO。Infineon Technologies AG 通信服務事業群的功能電話業務單位的 Thuyen Le 博士解釋說：“MIMO 是用來提高無線鏈路的品質。一種構想是把它當作發射機和接收機的分集（diversity），以對抗衰減（fading）。另一種構想是將衰減用於空間多工，這樣就可以在多個發射天線上，同時傳輸獨立的資料串流，從而增加了使用者的資料速率。不過這種方法取決於通道矩陣安排的情況有多好而定。因此，根據這兩種想法，我認為實現高資料速率必須使用 MIMO。”

過去空中介面設計者要採用一對接收天線來改善通道均衡，現在他們轉而採用分域多工（spatial-division multiplexing）來建立多個實際通道，這樣，射頻部分重複的硬體數量就會大幅增加。每一天線都需要自己的類比前端和數位前端，而射頻也需要為多數的數位基頻複製或增加流量（圖 1）。這種要求本身並不會強制要求架構的創新（只是非常類似），但還有功耗的問題。


圖 1 Infineon對 LTE 下行鏈路接收器的觀點顯示，哪怕處理雙天線 MIMO 也很複雜。

所有 4G 架構都有一個限制因素，即射頻部分必須以當前功耗的一小部份來處理 10 倍的峰值資料速率，以便騰出電量用於能耗大幅增加的應用級處理。市場調查公司 Forward Concepts 總裁 Will Strauss 估計，一款 4G 手機的計算功率最終將是當前 3G 手機的 100 倍。Strauss 認為：“所有人的最大希望都在 32 nm 製程，但現實是新製程的能耗並沒有下降這麼多。你在動態功耗上所獲得效益，洩漏功耗可能會讓你賠回去。這可能歸結為尋找新穎的架構和電源管理方法，否則就要隨身帶著一個手機電池。”

還有其他的因素也在讓人們思考新穎的架構。這就是前面所提到的，一是簡單表述一個峰值資料速率（如 LTE 規範），另外則是想像一種新的手機使用方法（例如很多正在對投資者宣講4G 未來的很多空想家），它們之間是不同的。

想像未來

大學校際微電子中心（Interuniversity Microelectronics Center，IMEC）科學總監 Liesbet Van der Perre 表示：“4G現在沒有明確的定義是真的。但我相信，我們應該是在談論一個異質網路（heterogeneous network），它可以比現有網路支援更高的行動性和資料速率。今天，如果是真正的行動應用，速度不會超過 2 Mbps，但 4G 應意味著 10 至 20 Mbps 的實際流量。對良好的視頻應用，至少要有穩定的 10 Mbit，而不是峰值，例如，3G 的缺點之一就是它無法為良好的視頻應用提供穩定的資料速率。”

Van der Perre 及其它研究人員描述了一種環境，它比今天無線網路可以實現的任何事情都更有活力。她說：“今天，一家手機矽晶片供應商面臨的情況是 30 個空中介面、多個非連續的通道，以及很多同時運行、差異很大的服務。”但一家供應商的手機只支援這種複雜現象中的其中一個小子集，這就大幅簡化了複雜性。

今後，為同時確保有足夠的連續頻寬（想像一下跟隨行動手機的位置與方向而調整的即時視頻）和能效（總是選擇正好夠用的頻寬和和用於當前混合任務的編碼長度），一種行動設備可能要與多個供應商進行連續協商，所有這些都要一次同時使用多個基地台的許多空中介面（圖 2）。突發資料、視頻串流、控制資訊和鍵盤與攝影鏡頭的返回通道都可能即時地在不同的服務上傳送並切換。例如，保持攝影鏡頭靜止，可以用 H.264 來進行運動補償，從而大幅減少將其連接到遊戲伺服器農場（game-server farm）所需的位元率。因此，這個動作可以讓射頻控制器選擇一個有較低位元率的空中介面。


圖 2 IMEC 研究人員想像一種可即時重新配置的資源陣列，當頻寬需求改變時，它能立即在空中介面和通道條件之間進行轉移。

Van der Perre 表示，從這種世界的觀點來看，用今天的硬體處理流水線結合專用的區塊，就是一種中間的選擇。她發現了可以設定的相似處理器之模組化、異質簇（heterogeneous cluster），以及一個可配置的互連網路，它能實現即時動態處理器配置以及任務映射。在此一架構中，積極的能量管理技術也成為可能，包括快速的電壓- 頻率調節、空閒單元的適度細粒度（fine-grained）之電源閘控，以及演算法在軟體與硬體之間的敏捷行動。確實，儘管採用了 32 nm CMOS 製程，這種方案可能是唯一一種滿足真正 4G 終端能效需求的方法。

所有這些元素都在 IMEC 的各種研究計畫中逐漸成形，也許這解釋了 Van der Perre 的世界觀。但這絕不是一種孤立的觀點，至少在私底下是這樣的。各家公司都公開表示自己專注基於流水線的硬體架構，但只有一個頗有地位的業內消息人士表示，一些主要矽晶片供應商都有深度介入、大規模投資的研究小組正在探索 4G 平臺的大型多核心架構。

多數大型多核心架構的一個重要挑戰在這裡卻不是問題：高位元率基頻處理中的大多數負荷正是業界感覺為難的並行處理。僅靠分割資料方法難以分配任務。但設計成功的關鍵是系統控制、動態負載均衡，以及（也許是最重要的）能量管理工作，它們新穎而複雜。從這點看，4G 其實並不是革命性的，而是穩步的前進，在這個過程中，設計者要將全新的即時嵌入式處理塑造成形。

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