３Ｇ终端现状及发展趋势研究

【摘要】文章根据目前国内3G业务发展情况和放号量,介绍了3G手机终端的业务发展情况,分析了3G终端由于种类不多、市场销量不佳而面临的发展困局,深入探讨了3G手机终端面临的问题,最后提出了围绕用户特征和需求进行价值链整合、关注用户群体的解决思路。

【关键词】3G手机终端 手机应用 用户引导和培养 价值链

1 3G终端市场现状

1.1 全球3G终端现状

截至2009年第二季度,全球移动用户达到 41.65亿。如图1所示,GSM、WCDMA-HSPA用户总计为37.2亿,占市场总额的89.4%,其中WCDMA-HSPA用户约为3.29亿。 CDMA用户为4.04亿,占市场份额的9.7%。

在全球3G市场中,WCDMA-HSPA用户为3.29亿,CDMA 1x EV-DO用户为1.2亿,WCDMA-HSPA用户约占3G市场份额的73.3%。

截至2009年第二季度,HSPA终端约1470款(包括手机598款、数据卡、上网本、USB调制解调器、Femto、无线网关等);CDMA终端约646款(EV-DO Rel.0 528款,EV-DO Rel.A 118款)。

1.2 国内3G终端市场现状

截至2009年6月,中国联通WCDMA手机、上网卡及上网本已发货近30万台。

TD终端方面,已经有125款TD终端获得进网许可,其中多数支持HSDPA。这125款终端中,支持HSDPA的数据卡有65款。全国TD手机销量已超过1万台。

CDMA终端方面,已有20款天翼3G手机陆续上市,其中包括多款中国电信定制的3G手机。电信天翼3G终端到货量已突破27万台,截至目前已经销售10万台。

2 3G终端发展趋势

2.1 操作系统的发展

图2表示出2008年底全球3G手机操作系统的市场份额。Linux、Symbian、Windows Mobile仍然占据主要市场份额。

3G时代操作系统的发展趋势如下:

(1)业界正在把关注的焦点从硬件转移到手机操作系统上。各大厂商为了满足市场需求,纷纷推出各自的产品。谷歌推出了Android,苹果推出了应用于iPhone手机的Mac OS,再加上Symbian、Windows mobile、Linux、Palm,手机操作系统已经发展为“六国演义”。手机操作系统的混战,说明终端厂商、软件厂商、互联网运营商已经看到了移动通信与互联网融合市场所孕育的商机,希望能在未来的手机互联网市场占得先机。

(2)多种操作系统共存,有利于市场竞争,但过多的手机操作系统也会给用户、手机厂商和运营商带来麻烦。种类繁多的手机操作系统阻碍了移动互联网的发展,软件兼容面临瓶颈,后续开发困难重重。

◆ 用户方面,各个操作系统对文件格式的定义不同,在某型号手机上正常运行的文件到了另一型号手机上会出现运行错误。目前基于移动互联网的服务很多,但用户对操作系统不熟悉,无法正常使用这些业务应用。以彩信为例,虽然彩信接收成功率在96%以上,仍然有用户无法接收,问题在于很多用户不知道怎么在手机终端上进行设置,导致无法接收。

◆ 手机厂商方面,手机操作系统一般都是由手机制造商自行开发或加以改造。这种相对封闭的研发方式,导致其他软件厂商很难为这些操作系统开发应用软件,造成系统兼容性不强,开发应用困难。

◆ 在运营商方面,手机操作系统与网络不能很好地结合,很多运营商推出的服务不能得到很好的应用,影响了运互联网业务的推广。

统一与整合操作系统涉及各方的根本利益,运营商掌握产业主导权是解决市场混乱的良策。

(3)解决手机操作系统的问题,需要手机厂商、软件厂商、运营商共同努力。在手机操作系统整合过程中,运营商必须有话语权。手机操作系统是承载手机信息服务的平台,地位非常重要。运营商对手机用户需求很了解,对终端产品有控制力,可以利用用户群优势,从定制手机延伸到定制手机操作系统,对现有手机操作系统进行整合。例如,全球3G发展最成功的NTT Docomo就采用在Symbian、Windows mobile、Linux之上建立统一的FOMA平台的方式,并取得了成功。

(4)越来越多的业务应用对手机的操作系统和软件开发平台提出了更高的要求,操作系统及其开发平台需要支持复杂的上层应用和常见的多处理器系统,并应具备以下特性:

◆可以帮助实现智能手机的功能特性。

◆满足3G手机对非常复杂的上层应用的支持。

◆对多核的支持;内核可以同时支持ARM和DSP,两个版本的API几乎一样,从而使ARM上的代码和DSP上的代码可以非常容易地相互移植。

◆具有优良的电源管理功能。

◆支持灵活的用户界面。用户可能要求在一天内有不同的用户界面,比如工作时间是一个用户界面,工作外时间是另外一个用户界面。因此运营商和手机销售商要求一个开放、灵活、易用、易开发的软件平台,具有本地浏览器引擎,从而使用户界面、应用和服务成为手机的一部分。

2.2 手机定制

从终端定制层次划分,可以分为深度定制、中度定制、深度定制和完全控制模式(见图3):

◆ 浅度定制,主要包括开关机动画、LOGO、手机预设置等,主要针对低端用户。

◆ 中度定制,是在浅层定制的基础上,加载运营商的业务能力和应用,可以主推几个特殊业务定制。

◆ 深度定制,是运营商从市场需求直接触发终端产品的规划和定制项目,并全程参与产品定义和开发过程,主导终端的测试和验收。目前,绝大多数主流运营商均为深层定制,即定制终端需要符合运营商的业务规范要求。

◆ 完全控制模式,不仅制定包括软硬件规格在内的终端规范,把遵守规范作为终端入网的条件,而且根据自身需求直接给出手机型号让终端厂商进行排他性生产,而且手机上主要突出运营商品牌。

运营商在3G时代手机定制的发展趋势如下:

(1)3G初期,建议国内运营商先采用深度定制模式,待到3G比较成熟后,再逐步采用完全控制模式。

(2)移动运营商制定手机定制战略、选择手机定制的模式,必须遵循手机定制的客观规律和探究影响选择手机定制模式的关键因素,必须考虑成本与收益,并针对不同对象采取不同的合作模式。

(3)由于环境随时间而变化,移动运营商3G手机定制战略及定制模式必须根据各因素的变化和3G产业生命周期的演进而不断调整。

(4)移动运营商进行手机定制的根本目的是更好地推动3G业务的发展,不仅是为了获得利润而定制手机,因此,移动运营商是终端产业链的“整合者”,移动运营商与手机厂商和渠道商之间更多是互补的合作关系。

2.3 产业链整合

中国的移动终端市场经过近十年的发展,手机从高端奢侈产品到进入普通消费者视线,产业飞速增长,市场竞争日益激烈,手机厂家生存环境日趋严峻。市场的增长不会是无限的,消费者的要求也将越来越高,终端产品价格不断下降,行业利润整体下滑,产业整合的需求越来越迫切。3G时代的到来,是触发整合的一次催化剂,对手机厂家来说是一次机遇,利用得当,可能会占据更大的市场份额;利用不好,曾经辉煌的品牌可能消失。

从总体看,随着3G时代的到来,对手机厂家提出了如下挑战:

(1)终端研发能力。这是在3G市场领先的关键。NOKIA、MOTO、三星等著名国外厂家在3G手机的研发上投入巨大,并在很多国家的3G市场占据了大量份额。国内厂家技术上虽然相对落后,但目前越来越重视研发,仍然有后来居上的机会。目前,3G手机需要改进的地方仍然很多,如待机时间、互通性等。为实现用户在不同网络之间的漫游,就要研发出能够支持不同3G标准的双模或多模手机。

(2)产业链协作能力。3G最大的亮点是丰富的增值业务,业务的提供需要整个产业链的合作。运营商在产业链中应发挥主导作用,手机厂家要加强同SP的交流以了解不同业务对手机支撑能力的需求,并在3G手机的研发、市场推广方面紧密依靠运营商。对运营商需求反应迟钝的厂家可能会失去市场机会。

3 3G终端新技术

3.1 软件无线电

软件无线电强调以开放性最简硬件为通用平台,尽可能地用可升级、可重配置的不同应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。其中心思想是构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等功能用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。灵活应用这些基本软件模块,可使软件无线电台具备对传播条件的多种自适应能力(包括频率、功率、速率及多径分集等的自适应),性能超群的多种抗干扰能力(包括自适应天线调零、自适应干扰抵消、扩频及跳频等),以及灵活的组网与接口能力等,可以满足用户的多种业务需求(包括话音、传真、数据及图像等)。通过使用软件无线电,可以快速改变信道接入方式或调制方式,利用不同软件即可适应不同标准,构成具有高度灵活性的多模手机,这将大大有利于第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的过渡,不同通信体制就可以实现互联互通,“一机在手,全球漫游”的个人通信的梦想就可以实现。

最近,软件无线电的体系结构出现了一些新的发展趋势:

(1)软件无线电采用了开放式的模块化即插即用的系统结构,并按层或级的方式来组织,使得软件无线电的结构具有高度的结构化。

(2)软件无线电的结构分析数学化。利用拓扑学来研究软件无线电的结构,提高了即插即用结构的应用和有效重用。

(3)Joseph Mitola在软件无线电基础上提出了认知无线电。认知无线电可以感知周围电磁环境,通过无线电知识描述语言(RKRL)与通信网络进行智能交流,并实时调整传输参数(通信频率、发射功率、调制方式、编码体制等),使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应,而且能与环境相匹配,以达到无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。SDR关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理,而认知无线电强调的是无线系统能够感知操作环境的变化,并据此调整系统工作参数,实现最佳适配。所以,认知无线电是智能化的软件无线电。

(4)3G系统面向的是个人服务,因此软件无线电技术需要面向对象设计。软件无线电本身具有很强的灵活性,使得对象也具有很强的选择性,通过灵活的取舍来满足不同对象的要求。

3.2 协作分集

第三代无线移动通信和以提供语音业务为主的前两代移动通信系统有很大不同,它将更多地提供高速据率的多媒体业务和数据业务,因此要求系统必须采用更先进的算法以提高信息传输速率。无线信道具有的多径衰落特性是影响无线通信传输速率与质量的重要瓶颈,如何克服多径效应便成为提高通信质量要解决的首要问题。

分集是抵抗多径衰落的有效方式,有时间分集、频率分集、空间分集多种方式,其中空间分集从不同的位置(天线)发送信号,从而在接收端得到经历独立衰落的多个信号副本,可以有效地消除多径衰落的影响,并且由于不需要占用额外的时间和频带资源,可以和其他信号处理方式相结合,因此得到了广泛的关注。多入多出(MIMO,Multiple Input-Multiple Output)技术在通信链路的发送端与接收端均使用多个天线,它能够将传统通信系统中存在的多径因素变成对用户通信性能有利的因素,在抗多径衰落、提高通信链路的通信速率和质量方面有着明显的优势,它的空域发射分集技术已经成为3GPP的WCDMA标准协议。

理想的MIMO多天线系统要求相邻天线之间的间距要远大于电波波长,并且多个收发天线之间的传输信道是不相关的,而由于质量、体积和功耗等的限制,移动终端很难实现多个天线的安置。Sendonaris等人提出了一种新的空域分集技术——协作分集,其基本原理是:每个单天线的移动终端都有一个或多个合作伙伴(Partner),它除了要传输自己的信息之外,还要负责传输其合作伙伴的信息。这样,相当于相互协作的移动终端共享了彼此的天线,构造了一个“虚拟”的MIMO。在“虚拟”MIMO系统中,每个终端在传输信息的过程中既利用了自己又利用了其它终端的空间信道,从而获取了一定的空间分集增益,实现了单天线移动终端的空域分集。在平衰落环境下,虚拟MIMO可以扩大系统容量,提高网络服务质量,改善系统性能。

3.3 Mobile Widget

随着3G牌照的发放,移动互联网时代即将到来。目前,从业务开发及使用的角度看,还存在着很多问题。

从业务开发角度看,目前的开发模式无法适应移动互联网的要求,主要表现在:

(1)开发者门槛较高、接口复杂、开发模式陈旧、周期冗长,无法适应灵活多变的服务要求;

(2)创新能力匮乏,业务同质化。

从业务使用角度看,目前移动用户获取业务的途径主要是通过运营商或SP的自有渠道。业务同质化使得用户使用移动业务的兴趣降低,移动用户需要差异化服务以及获取这些服务的快速途径。

Widget的中文名称是“微件”,在W3C中,对widgets定义为交互式的单功能应用,显示和更新本地数据或web数据,打包为单一的下载包,并可安装到用户设备或移动设备上。截至2008年,全球各大Widget平台上的应用已经超过20万个,用户下载量超过50亿次。

Widget具备网络依赖性、轻量级的开发模式、桌面化使用模式、时尚个性的视觉表现力,满足业务特征和时代特点。

目前,Mobile Widget已经引起了业界的广泛关注,必将为即将到来的移动互联网业务创新起到推波助澜的作用,也将带来更为新颖和良性的商业模式。

3.4 智能卡Web服务器

智能卡Web服务器是一个在嵌入在移动设备中的智能卡(如SIM卡、(U)SIM、UICC、R-UIM、CSIM)中运行的HTTP服务器。它允许网络运营商通过广泛使用的HTTP/1.1协议,为其用户提供最新的智能卡业务。

用户在使用手机终端要更新某些菜单的时候,传统方式是通过OTA下载得到,通过这种方式得到的菜单格式单调,表现方式有限。智能卡Web服务器是开放移动联盟提出的,在手机智能卡中提供Web服务的应用,可以大大丰富运营商为用户手机终端提供的定制菜单。

3.5 动态电源管理

3G手机的电源管理与二代手机完全不同,它不仅支持语音功能,还有获取互联网服务的功能,以及MP3播放或PDA这样的娱乐和商务功能,还有视频功能,这些功能会消耗大量的电能。因此,必须在电源管理上采用全新的方法,否则这种功能密集的设备在电池寿命上可能远达不到用户的期望值。

动态电源管理DPM(Dynamic Power Management)技术提供一种操作系统级别的电源管理能力,包含CPU工作频率和电压,外部总线时钟频率,外部设备时钟/电源等方面的动态调节、管理功能。通过用户层制定策略与内核提供管理功能交互,实时调整电源参数并同时满足系统实时应用的需求,允许电源管理参数在短时间空闲或任务运行在低电源需求期间,可以被频繁地、低延迟地调整,从而实现更精细、更智能的电源管理。

动态电源管理分为平台挂起/恢复、设备电源管理以及平台动态管理等三类。平台挂起/恢复目标在于管理较大的、非常见的重大电源状态改变。设备电源管理用于关断/恢复平台中的设备。而平台动态管理目标在于频繁发生、更高粒度的电源状态改变范围之内的管理。系统运行的任务可以细分为普通任务和功率受监控的任务。前者不作电源管理,后者对功率敏感,在被调度时可以通过DPM来设置其电源管理状态,要求运行在不同的电源级别。

【作者简介】

黄东巍：毕业于北京航空航天大学电子工程系，博士学位。目前工作于中国联通技术部，主要的研究方向为3G终端以及3G新业务研究。