我国LTE终端发展现状和展望

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我国LTE终端发展现状和展望

王景尧（工业和信息化部电信研究院，北京100191）

摘要：当前，智能终端已经成为各大通信企业重要的利润来源，其对于通信产业的发展意义重大。可以说，终端技术的革命不仅成就了过去10年信息技术产业的重大变革，更深刻改变了整个通信信息产业的产业格局。从LTE终端的发展现状出发，对LTE终端的关键技术、困难和挑战进行论述，并对我国未来LTE终端的发展进行展望。关键词：LTE，智能终端，产业链Abstract：Currently,smartterminalhasbecomethemajorprofitsourceofcommunicationscompanies;ithasimportantsignificancefordevelopmentofthecom原municationsindustry.Itisbelievedthattheterminaltechnologymaketherevolutionofinformationtechnol原ogyindustryinpast10years,butalsoprofoundlychangedthepatternoftheentirecommunicationin原dustry.ThispaperdiscussesthecurrentdevelopmentofLTEterminal,thekeytechnologyofLTEterminalandthechallengestomeet.Atlast,theprospectoffutureLTEterminaldevelopmentisgiven.Keywords:LTE,smartterminal,industrychainLTE是我国通信产业近年来最重要的技术发展方向，这种以OFDM、MIMO为核心的无线接入技术，可以极大提升用户吞吐量和业务服务体验。当前，全球的移动通信产业都对LTE寄予厚望，期望这一技术能够增强移动通信产业持续发展的能力，并带来新的利润增长点。因此，发展LTE技术是提升我国通信产业竞争力，保持我国在技术和标准方面话语权的重要手段。而LTE终端是其中的一个重要方面。1LTE终端产业现状随着移动技术的发展，尤其是随着智能终端的不断普及，数据业务需求的爆发性增长已经成为了推动通信产业进步最重要的力量。目前，智能终端已经成为继PC之后电子信息领域增长最快的消费电子产品。统计数据表明，2013年全球智能终端的出货量已经突破了10亿部，同比增长38.4%，而同期PC的出货量只有3.16亿台，同比下降10%。与此同时，LTE终端也开始了“井喷”式的发展。根据GSA的最新调查，截至2013年8月累计共有1064款LTE终端面市，同比增长155%（图1）。美、日、韩三国目前处于全球领头羊的地位。截至2013年底，这三个国家市场的LTE用户数占了全球LTE用户数的86.9%，其中美国独占52.9%的份额。222014年2月第1-2期现代电信科技ODERNSCIENCE&TECHNOLOGYOFTELECOMMUNICATIONS现代电信科技M····························

图1LTE终端种

类增长趋势（资料来源：GSA）在美国，VerizonWireless自2010年开始大规模部署LTE，至2013年第一季度，其LTE网络已覆盖2.87亿的美国人口，LTE用户数超过2600万，仅2013年第一季度就有590万LTE终端被激活。日本市场LTE的领先者是NTTDoCoMo，自2010年开始部署LTE网络，截止到2013年8月，其LTE用户数应经突破2500万。而在韩国，LTE用户到2013年4月已超过2000万，LTE网络的数据流量已占全韩国无线网络数据流量的56.7%。LTE终端是LTE产业链上的重要一环，作为用户享受服务的直接媒介，终端的发展对于整个产业的发展和成熟意义重大。目前三星公司的终端占据了LTE市场的头把交椅，市场份额一度超过50%。紧随其后的是苹果公司，随着iPhone5LTE版本的上市，很短时间内就斩获27%的市场份额，将三星市场份额拖至40%。其他国际巨头也纷纷加入LTE终端市场的争夺战中，LTE终端市场已经成为各大国际终端厂家争夺的焦点。在这种情况下，我国也在积极发展LTE相关产业，尤其是参与主导了TD-LTE产业的发展。TD-LTE系统具有其自身的优势，由于对TD-SCD-MA现有核心技术进行继承、扩展和增强，TD-LTE在提高系统性能的同时大大增强了我国在移动通信标准化和核心技术领域的话语权。目前，国内企业和研究机构都在TD-LTE技术上投入大量精力，包括三大运营商、工信部电信研究院、中国通信标准化协会、大唐、普天、中兴通讯、华为、展讯等企业，都在TD-LTE的发展方面做出了巨大的努力。目前，随着TD-LTE牌照的发放，申请入网的终端数量出现了“井喷”式的增长，截止到2014年2月底，申请入网的LTE终端数量已经超过了80款。在这种情况下，终端标准是另一个亟待解决的问题。TD-LTE终端商用不仅需要解决语音服务的问题，还要有相当好的稳定性和功耗表现，并满足TD-LTE/TD-SCDMA/GSM多模操作稳定可靠的要求。同时，终端厂商在进行产品研制时还应当考虑到未来技术发展路线和产品升级问题。从产业链的角度来看，终端处于产业链最末端，因此其发展相对落后于产业链上游的各个环节。而从业务的角度来看，终端却是决定移动业务发展的重要因素。因此，发展我国LTE终端产业对我国LTE产业链的建设和LTE业务的开展都有着十分重要的意义。2LTE终端的标准和技术现状2.1LTE终端的标准化现状为了确保技术和运营的平稳发展，LTE在我国的标准化将分成几个阶段进行。目前，我国已经完成了LTE终端第一阶段的标准化。这一阶段的标准化以3GPPR8-R9阶段的LTE标准为基础，在总结了LTE规模试验中遇到的问题、取得经验的基础上，充分考虑了我国实际情况，形成了一套适应我国通信产业发展现状和电信运营特点的标准体系。该标准体系架构如图2所示。目前，TD-LTE的标准化工作完成得相对比较超前。为了适应不同的使用场景，已经完成了单模、三模和五模三类终端标准。其中单模标准主要用于数据卡、CPE、MiFi等数据设备的应用；三模标准主要满足中国移动国内用户的通信需求，提供GSM/TD-SCDMA/TD-LTE模式间的相互切换和互操作；而五模标准则会满足中国移动用户国际漫游的需求，提供GSM/TD-SCDMA/WCDMA/TD-LTE/LTEFDD间的切换和互操作。23eatrues本期特稿F

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图2我国LTE第一阶段标准体系架构2.2LTE终端的技术路线我国LTE终端发展所面临的一个重要挑战，是在未来相当长的时间内将存在不同制式的2G、3G和LTE网络共存的情况。在这种情况下，为了保障终端在不同网络覆盖下的服务质量和业务连续性，需要终端能够高效地实现不同网络制式间的切换。目前，针对多网共存的情况，终端可以采用的技术路线包括多模单待和多模双通两种。在两种技术路线中，多模单待终端需要支持不同模式间的互操作，因而存在场景多样化，复杂度高的特点；而多模双通终端则不涉及到模式间互操作问题。多模双通终端的工作原理可以视为两个独立的终端同时工作，其中语音业务通过2G/3G网络进行承载，而数据业务通过LTE网络进行承载。多模双待的优点是对现网改造较少，技术难度相对较小，可以很快地实现终端的产品化，并支持语音和数据业务的并发。其缺点是芯片和设备体积较大，成本较高；同时终端能耗较高，待机时间较短。多模单待终端只能同时附着在一个网络上，因此当网络情况或承载业务发生改变时，需要根据需要更改附着的网络。由于终端本身工作状态以及网络状况和配置的不同，终端在更改附着网络时采用的方式也不仅相同。当终端处于连接态时（例如正在进行通话），可以采用的操作包括切换、重定向以及小区变更；而当终端处于空闲态时，则通过小区重选就可以变更附着网络的类型。2.3LTE终端的语音解决方案由于LTE面向分组域提供业务，不能像传统的3G和2G网络那样提供电路域业务，因此如何在LTE网络提供语音业务成为业界关注的一个问题。如前文所述，采用多模双通的终端由于可以同时附着在LTE以及2G/3G网络，因此可以较好地解决LTE中语音提供的问题。在多模单待终端中，主要的语音解决方案包括CSFallback（CSFB）和SRVCC（Sin-gleRadioVoiceCallContinuity）。CSFB和SRVCC均为3GPP定义的LTE语音解决方案。SRVCC需要终端、无线和核心网的全面支持和优化，从目前来看实现复杂度较大。CSFB是在产业界未实现SRVCC时提出的一种较为简单的语音解决方案。SRVCC的基本原理是在LTE覆盖内采用基于IMS的VoLTE方案。当呼叫过程中用户移动出LTE覆盖范围时，进行向2G/3G电路域的切换以支持话音连续性。在SRVCC方案中，为实现语音业务，除了由SAE系统提供承载，还需要由IMS系统提供业务控制。通过IMS系统和SAE网络配合，可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。目前，各大厂商和运营商都展开了大量SRVCC的技术试验。根据试验结果来看，SRVCC的呼叫建立时延优于现网，语音质量接近传统话音质量；同时SRVCC具有较好的数据业务性能，并可以实现语音数据业务并发。然而，从目前的技术试验中反应出了SRVCC的一些不足，例如目前各厂商和运营商才用了一些非标准的设计和部署方式，影响了SRVCC的性能，同时SRVCC本身的切换过程也相对比较复杂。为了更好地支持SRVCC技术，未来还需要推进SRVCC技术的转化，并进一步优化切换流程；同时，运营商也需要尽快对核心网进行改造，使之支持IMS。CSFB的思路是在用户需要进行语音业务的

时242014年2月第1-2期现代电信科技ODERNSCIENCE&TECHNOLOGYOFTELECOMMUNICATIONS现代电信科技M····························候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域。当终端空闲态驻留在LTE网络时，呼叫建立前需先回落至2G/3G，由2G/3G电路域提供语音服务。这种方案的优点是对原有网络的改造量小；缺点是延迟相对较大。另外，由于主被叫均需回落至2G/3G网络后才能接续，呼叫建立时延增长，呼叫成功率可能降低。CSFB的时延已经引起了全球运营商和设备商的重视。为了减少终端回落到3G/2G网络的时间，3GPP提出了带系统消息的重定位功能，在重定位字段中携带3G/2G网络的系统消息，即在释放LTE的无线连接时，在释放消息中携带重定向字段，指出终端重新接入的制式和频点。然而，尽管如此，CSFB的用户体验依然还不理想。目前的情况是，2G/3G用户拨打LTE用户，最大时延在9~11s，比2G/3G用户互拨增加4~5s时延；而LTE用户拨打LTE用户，最大时延在12~17s，比2G/3G用户互拨增加7~11s时延。这样的拨打时延虽然对用户而言不是不可忍受的，但其带来的用户体验却很难令人满意。随着LTE技术的商用，语音业务IP化将是LTE语音业务发展的必然趋势。然而，真正实现VoLTE将是一个漫长的过程。因此，电路域语音业务将很长一段时间承载LTE的语音服务；基于双待机终端的语音解决方案和基于CSFB的语音解决方案也会在网路演进的过渡阶段发挥重要作用。最终，随着LTE和IMS网络的全面部署，基于SRVCC的语音解决方案将是最终的解决方案。3我国LTE终端发展的困难和挑战智能终端的发展对移动通信产业的发展影响巨大。在3G时代，智能终端已成为运营商产业链发展的核心驱动力；在LTE时代，智能中终端也依然会是产业链发展的关键，尤其是对我国TD-LTE产业来说，终端将是影响其商用化的关键因素。目前，我国LTE终端的发展机遇与挑战并存，主要面临的困难和挑战包括以下几方面。3.1芯片研发门槛提高，国内厂商技术薄弱在LTE终端产业发展过程中，芯片无疑是最为核心的要素。由于移动互联网的发展，LTE终端既需要承担大量的通信功能，又要求极高的业务处理和服务能力；不仅涉及到芯片本身的架构设计，还须能够对操作系统和应用进行支持。因此终端芯片复杂度急剧升高，给芯片设计企业带来了巨大挑战。芯片的功耗问题是另一个重要挑战。由于LTE终端芯片需要支持大量的实时信号处理和业务运算操作，加之应用处理芯片多核化，导致芯片功耗急剧上升。在这种情况下，为了将芯片功耗控制在可以接受的范围，就需要采用线宽更小的制程。目前，28nm已经成为国外LTE芯片的主流制程，然而受到国内芯片工艺的限制，国内芯片厂商还很难提供28nm的芯片产品。由于LTE终端芯片对设计和制造有着严格要求，目前LTE终端芯片基本被国外厂商垄断，尤其是高通凭借其在LTE终端芯片领域丰富的产品系列，强大的芯片处理能力以及产品稳定性，占据了LTE终端芯片、特别是LTEFDD终端芯片市场近90%的市场份额，处于绝对领先的地位。国内LTE芯片厂商面临着巨大的技术和市场门槛，这也在很大程度上影响了LTE商用的进程。3.2运营商尚无明确的LTE终端演进路线目前，虽然国内已经发布了TD-LTE的牌照，但是未来运营商支持的技术演进路线还不明确，尤其是对于下一阶段的LTE-A演进路线和技术需求还尚有大量工作需要完成。另外，国内在LTE的相关标准和业务部署上也没有很好的达成统一。例如，在LTE不同场景下的语音解决方案方面，目前各个运营商还没有达成统一；而LTE与原有通信系统间的相互干扰问题也没25