摘要 在即将到来的3G时代,运营商之间移动数据业务的竞争将日益激烈,通过终端统一展现其增值业务和品牌能更有效地使用户体验和订购业务,终端将起到越来越重要的作用。文章从3G终端的体系结构入手,分析了3G终端的关键技术,指出了3G终端的发展趋势。

1、全球3G终端市场发展状况

  伴随着技术的发展和用户的增长,WCDMA终端出货量一路攀升,2004年全年的终端销售量为1600万部,比2003年增长了357%。2005年的终端销售持续保持高速增长的态势,达到4000万部,增长率为150%。伴随着全球WCDMA市场的蓬勃发展,尤其是来自中国市场的拉动作用,预计到2007年全球WCDMA市场的销售量有望达到1亿部,2008年更是达到创纪录的1.4亿部。

  韩国和日本是EV-DO终端的主要消费国,2004年1000万部的EV-DO终端绝大多数在日韩销售,比2003年增长了143%。考虑到中国市场的潜力,EV-DO终端销售将继续保持强劲增长的态势,预计到2008年EV-DO终端的全球销售量约为3500万部。

  TD-SCDMA终端的增长存在较大的变数,但随着TD-SCDMA的研究和开发不断升温,产业链的逐步完备,相信将有众多的厂商能够提供种类丰富的终端产品,推动TD-SCDMA的商用化进程。

2、3G终端体系结构

  随着移动通信的发展,移动终端的功能已发生了巨大的变化,移动终端已经不仅仅是一个简单的通话工具,而逐渐变成一个移动的个人信息收集和处理平台,向着智能终端的方向发展,在3G系统表现尤为突出。智能终端都对操作系统有一个明确的要求,那就是开放性和通用性。为了适应这种发展趋势,大部分移动终端都已经具有多任务的开放式操作系统核心,有的甚至拥有功能强大的、开放型的开发平台。开放式操作系统的普遍应用极大地促进了移动终端产品开发的速度和应用水平。

  典型的具有开放式操作系统的终端架构如图1所示,自下而上可以分为五层:硬件驱动层、操作系统层、业务能力层、用户界面层(UI)和应用层。 
                               
                                                     图1 开放式操作系统终端逻辑结构图

  (1)硬件驱动层

  硬件和驱动组成了硬件驱动层,它是操作系统的下一层,也是操作系统一切功能的基础,它确保了操作系统的稳定性、各种性能以及有效的功率管理。同时,它也提供给操作系统层一个抽象的概念,使同样的一个操作系统能在不同种类的硬件设备上运作,具有很灵活的移植性,使业务和设备的持续发展成为可能。

  (2)操作系统层

  操作系统用于为其它终端软件提供核心功能和不同接口。操作系统为用户使用终端设备上的不同硬件设备提供了一种简单统一的方式,并隐藏了实际设备功能之间的物理差异。此外,操作系统还负责管理软件的多任务功能,以支持移动终端所需的实时功能。

  (3)业务能力层

  该层是操作系统和各种软件应用之间的夹层,往往是操作系统厂商为了更方便地实现对操作系统的开发而推出的,它的开放性直接关系到第三方的进入便利性和产业链的结构。该层提供部分重要的终端功能,这些功能总体上分为通用功能和通信功能两大类型。
  通用功能提供关键的操作系统功能,包括多媒体子系统和安全子系统。多媒体子系统为操作系统提供多媒体应用和业务支持,安全子系统提供数据保密、整合以及授权,为安全通信协议提供底层的支持。通信功能为由通话功能、串行和短距离通信功能、网络功能等子系统组成,通过支持无线协议栈和IP协议栈等协议栈来完成这些功能。

  (4)UI层

  UI层即用户界面层,最终用户通过终端的用户界面了解终端的各种功能。用户界面设计必须反映出终端设备的可能的使用情形。用户界面个性化定制是一项重要的功能,能够方便用户使用和提升用户体验,更有效地展现运营商的品牌和增值业务。

  (5)应用层

  应用层是提供给用户的各种手机具体应用的集合,这些应用是基于业务能力层所提供的功能筑建的。该层的一些典型应用包括个人信息管理、消息类业务、位置类业务和电子商务类业务等。

3、3G终端关键技术

  3.1 硬件关键技术

  3G终端的硬件关键技术主要指处理器技术、射频技术、显示技术、电池和功耗、摄像技术。

  (1)处理器技术应逐步适应3G终端的多样化、高功能化和高品质发展趋势。

  (2)射频技术主要包括接收机性能、发射机性能和天线性能等方面。3G射频的特点是带宽宽、全双工、零中频技术、多模等。
  (3)显示技术主要包括彩屏、触摸屏、分辨率、亮度等技术。其中,彩屏包括STN、TFT/TFD和OLED等种类。STN是目前市场主流,其功耗和价格较低,但像素也较低,不足以显示高像质的活动图像。TFT/TFD能够显示高像质的高速视频,但功耗稍大且价格贵。OLED可不需要背光。

  (4)3G终端在平均功耗方面与2G相比有很大的增加,增加最多的是基带、照相机、内存及显示模块,同时要求3G终端的电池容量增加。为适应功耗的增加,3G终端应采用新的电源管理技术,能够自动调整、按需分配。

  (5)摄像头应采用耗电量和体积上具有综合优势的技术,并同时支持静态和视频成像。摄像头主要有CCD传感器和CMOS传感器两种。CCD图像质量优良,但其功耗和体积较大,需要多种电源且产能有限。CMOS传感器在体积、功耗上具有优势,在移动终端上应用较多。

  3.2 软件关键技术

  3G终端的软件平台包括硬件驱动软件、操作系统、系统协议栈及管理、业务能力、应用程序、UI等,其中,操作系统和系统协议栈是软件平台的核心。

  (1)操作系统

  操作系统用于为其它终端软件提供核心功能和不同接口。操作系统为用户使用终端设备上的不同硬件设备提供了一种简单统一的方式,并隐藏了实际设备功能之间的物理差异。此外,操作系统还负责管理软件的多任务功能,以支持移动终端所需的实时功能。

  操作系统通常可分为封闭式操作系统和开放式操作系统。以前绝大多数终端功能很简单,只具备通话、短消息、电话薄等简单功能,通常采用封闭式的操作系统。随着手机硬件配置和功能的提升,封闭式的操作系统已不能胜任,取而代之的是一些开放式的操作系统,这也将是3G终端操作系统的发展趋势。

  ◆封闭式操作系统

  简单地说,封闭式操作系统是指那些用户不能装卸任何第三方软件的操作系统。也就是说,不能像用电脑那样从网上下载或将第三方软件装上去。这类操作系统多数直接嵌入在机器的芯片上,采用的是嵌入式处理器。它的优点是占用储存空间小、造价低、耗电量小,缺点是功能简单,而且用户没任何自由变通的余地。这类手机的用户只能使用厂商提供的功能,而不能自行扩展。这些都阻碍了移动终端产品开发的速度和应用水平。

  目前手机上封闭式的操作系统绝大多数是Symbian的。Symbian除了拥有封闭式的操作系统外,还有开放式的操作系统。

  ◆开放式操作系统

  开放式操作系统允许用户随时装卸第三方软件,可以从网上下载支持该操作系统的软件装上去,还可以随时删除该系统里的任何软件。它的优点是功能丰富,用户可自行升级或装卸软件,缺点是造价高、占用储存空间大,耗电量也大。

  目前市场上的开放式操作系统主要有:Symbian、Windows Mobile、Linux和Palm。目前开放式操作系统中占领市场份额最大的当数Symbian,其次是Windows Mobile和Linux。Palm由于其部分产品中具有移动语音通信能力才进入此市场,市场份额并不大。这四种操作系统在移动性、性能、扩展能力、模块化程度、耗电量等方面各有千秋。表1列出了这几种操作系统的特点。

                表1 几种常见开放式操作系统的特点 
                    


  (2)系统协议栈

  系统协议栈包括无线协议栈和IP协议栈等。无线协议栈提供无线终端最基本的业务能力,与基带处理逻辑配合,共同完成系统的通信功能,例如GSM/GPRS/WCDMA、CDMA、WLAN、IrDA等无线协议栈。IP协议栈提供最基本的IP数据业务能力。

4、3G终端发展趋势

  3G终端将向着功能增强、多模化、定制化、平台开放化的方向发展。

  (1)功能增强

  3G终端的功能将逐渐不再以通话为主,而是具备各种我们日常需要的处理和通信功能。

  3G终端支持的主要业务种类包括基本语音和短信业务、即时通信类、广播媒体类、音乐类、移动电子商务类、移动浏览类、个人信息管理类、导航类等。丰富而强大的业务功能,使得3G终端具有更为复杂、更为智能化和个性化的特点,需要支持更多的功能与业务,提供更多的互联接口。

  (2)单模向双模/多模发展

  WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种制式并存以及第二代移动通信不会在短期内退出市场的现实情况,将促使终端从单模向双模/多模发展,以支持更灵活的网间漫游。目前市场上已有GSM/WCDMA、GSM/CDMA2000、CDMA2000 1X/HRPD双模终端。随着芯片集成度的持续提高,在终端中同时集成多种不同协议的能力也会逐渐增强。

  (3)定制化

  所谓终端定制就是终端制造商按照运营商提出的要求来生产终端,而生产出来的规定数量的终端通过包括运营商在内的各种渠道推向最终用户的商业运作模式。

  在即将到来的3G时代,移动数据业务的多样性和复杂性对手机提出了更高的要求,终端独立发展的模式不再适应移动数据业务的广泛开展,移动运营商对终端进行定制成为必然趋势,韩日电信运营商已经从中获取了巨大价值。

  终端定制有助于避免由于移动终端的配置不支持新业务导致的新业务推广的终端壁垒。从运营商和厂商的角度来看,这种合作方式无疑让新的技术和产品能更快地得到普及,有益于新业务的快速开展;从用户的角度来看,定制手机的方式有利于用户迅速接受新产品、新技术,提高对产品的认知程度和忠诚度。

  (4)封闭式操作系统向开放式操作系统发展

  开放式操作系统的普遍应用将极大地促进移动终端产品开发的速度和应用水平,以使更灵活丰富的应用和内容共享。

  为顺应终端的发展趋势,下一代移动终端的体系结构应具备以下重要特征:

  ◆在主要子系统之间设置开放的软硬件接口,以便于第三方集成和扩展。

  ◆通过交换、添加和构建模块提高可扩充性,从而创建更广泛的功能。

  ◆通过插入式协议和软件组件支持所有重要的蜂窝无线接口标准。

  ◆适用蜂窝和互联网信息应用市场。

5、结束语

  随着3G技术的发展以及微电子技术、大规模集成电路技术、芯片技术、操作系统软件技术的不断进步,移动终端必将出现新的变革,进入全新的发展时期。未来的3G终端将是具有强大的移动通信功能,同时,集PDA、数码相机、多媒体播放器等功能于一体的高科技产品。在不久的将来,移动用户就可以使用3G终端享受更加丰富的业务。