TD—LTE芯片及終端的發展現狀與趨勢

吳慧敏+王鵬+周立剛

【摘 要】

闡述了目前國際國內TD-LTE芯片及終端的發展現狀，結合移動互聯網與消費電子的融合態勢，對TD-LTE芯片及終端的技術和市場發展趨勢進行了分析，并就TD-LTE知識產權問題的處理提出相關建議。

【關鍵詞】

TD-LTE 芯片 終端 多模多頻 知識產權

中圖分類號：TN929.53 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-01-0028-05

1 引言

在全球各國家和地區電信監管部門、運營商與設備制造企業的共同推動下，LTE的產業化和商用化發展迅猛[1]。截至2013年12月，全球已部署LTE商用網絡251個，143個國家的499個運營商參與投資LTE產業。到2013年底，全球預計有260張LTE網絡實現商用[2]。

同時，伴隨著無線頻譜資源的日益緊缺，TDD技術的優勢與價值逐步凸顯。目前，全球共有25張商用TD-LTE網絡投入建設，中國也已發放TD-LTE運營牌照。而作為至關重要的產業環節，TD-LTE芯片及終端的發展水平將直接決定產業鏈的商用成熟度。

2 TD-LTE芯片及終端發展現狀

2.1 TD-LTE芯片發展現狀

目前，全球范圍內已有超過20家芯片廠商投入TD-LTE核心芯片的設計與研發。

作為移動通信芯片領域的龍頭企業，高通推出支持3GPP R10的LTE-Advanced/LTE FDD/TD-LTE/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA 1X/CDMA EV-DO/GSM/GRPS/EDGE多模多頻芯片。同時，采用28nm HPm（High Performance mobile，移動高性能）工藝制程的四核SoC系列芯片Snapdragon 800，增加了對Windows RT系統的支持，這一與微軟的合作將有利于進一步拓展LTE終端的多樣性。

其他技術較領先的國際芯片企業同樣也在多模多頻、工藝制程等方面不斷進行產品更新。其中，Marvell的四核SoC芯片PXA 1088 LTE已兼容TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/TD-SCDMA/GSM五種模式；MTK的MT6589芯片制程已達28nm工藝水平，支持GSM/TD-SCDMA/WCDMA三模，并計劃于2013年底推出支持LTE五模的28nm芯片；英偉達、博通等芯片公司基于早期的優勢業務，也陸續投入多模LTE芯片產業。

同時，國內企業也積極投入TD-LTE芯片的研發和產業化。基于3G階段在WCDMA領域的積累，海思已推出支持TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/TD-SCDMA/GSM的五模40nm芯片，并有望于2013年底將芯片工藝提升至28nm。展訊在TD-SCDMA/GSM雙模四核SoC芯片中成功試驗28nm工藝，并推出支持WCDMA/GSM的多模modem芯片，2014年第一季度有望推出28nm五模LTE芯片。聯芯、中興微電子推出的40nm TD-LTE/LTE FDD/TD-SCDMA/GSM四模芯片已基本達到商用水平，目前正積極投入工藝水平的提升和WCDMA制式的研發。

2.2 TD-LTE終端發展現狀

TD-LTE芯片在多模多頻、工藝水平、穩定性等方面的快速提升，為TD-LTE終端特別是手機的發展提供了堅實的基礎。截至2013年11月，全球已有華為、中興、酷派、聯想、蘋果、三星、索尼等超過50家終端廠商投入到TD-LTE終端產品的研發和生產中，共發布TD-LTE終端274款，其中包括多款數據卡、CPE、MiFi、平板電腦以及智能手機。

目前，TD-LTE手機在通信速率、功耗控制及產品穩定性等關鍵技術指標上已基本具備商用能力，具體參數如表1所示。

表1 TD-LTE手機關鍵技術指標

數據平均速率 >40Mbps

多小區環境下靜止待機時長 >72h

手機待機電流 10mA以內，與FDD水平相當

無故障長時間穩定工作時長 200h，與3G手機相當

針對TD-LTE語音解決方案，目前全球產業界普遍選擇雙待和CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）技術作為語音過渡方案。雙待方案對現有2G/3G網絡無改造要求，可較好地保障用戶的業務體驗，但在功耗、體積和成本方面對終端的要求較高，并需解決終端雙?；ジ蓴_問題。CSFB在終端上實現的難度較小，但需對網絡進行改造，在回落網絡、回落流程及返回機制等方面存在不同的技術方案，網絡改造代價及用戶體驗均與所選取的具體方案有關。

基于以上兩種方案的技術缺陷，產業界已基本將VoLTE作為LTE語音業務方案的最終目標。目前，韓國SKT、LG Uplus等已商用VoLTE，NTT DoCoMo、Verizon和Vodafone等均陸續啟動VoLTE部署項目，而國內TD-LTE工作組也已就VoLTE的發展規劃展開深入研究與討論。鑒于VoLTE的技術復雜性，具體的技術指標及實現步驟仍有待明確，相關產品的成熟商用預計至少還需一年的時間。

3 TD-LTE芯片及終端發展趨勢

3.1 TD-LTE促進終端產業鏈的技術創新

（1）多模多頻是發展的必然趨勢

目前，國際環境中2G/3G/LTE等多制式的通信網絡呈現長期共存的發展態勢，結合全球各國家和地區通信制式的多樣化以及TDD/FDD融合組網的發展態勢，支持多模多頻是核心芯片及終端發展的必然趨勢。

但是，考慮到全球2G/3G/LTE頻段的分散化，以及LTE 20MHz帶寬、多天線MIMO、載波聚合CA等技術特性的支持，多模多頻需求無疑會在射頻指標、多模互操作、功耗和集成度以及語音方案等方面提高終端產品的技術復雜度[3]。而相比國際企業，國內芯片制造業的優勢主要在TDD領域，在WCDMA/CDMA/LTE FDD等制式的技術和市場上均不占優勢。endprint

目前，國際漫游大都以語音業務為主，數據業務漫游的需求尚在逐步發展中，因此短期內五模、六模產品需求主要存在于高端用戶。從美國、日本和韓國等地的LTE發展經驗來看，Verizon、SoftBank和SKT在發展LTE網絡時均根據用戶的實際需求和產業的發展情況，選擇CDMA/LTE雙?；蛘逩SM/WCDMA/LTE三模作為過渡階段終端多模多頻的技術要求。

因此，國內TD-LTE在發展初期，在積極推動五模、六模終端發展的同時，引入兩?；蛉Ｊ謾C作為多模終端發展的中低端過渡產品，將有利于帶動企業投入的積極性，促進TD-LTE手機的快速上量。而隨著產品的進一步成熟、用戶規模和市場需求的提升，運營商及終端制造企業可及時推動GSM/WCDMA/TD-SCDMA/CDMA/TD-LTE/LTE FDD全模智能手機產品的應用。

（2）芯片工藝演進周期縮短

伴隨著用戶需求的與日俱增，芯片產品的發展不再僅僅追求功能的提升，還需綜合考慮性能、功耗與成本的平衡點。而相比于眾多的電源管理方案，芯片工藝制程的演進在提升性能和降低功耗方面具備更實際的意義，轉向更高制程無疑是提升芯片產品性能功耗比和市場競爭力最直接有效的辦法。

2007年底，Intel率先宣布將芯片工藝制程提升至45nm，而臺灣代工巨頭TSMC隨后開始為40nm芯片提供代工。隨著芯片良率的不斷提高，40nm工藝逐漸在移動通信終端芯片領域得以普及。

2012年初，高通宣布推出28nm多模多頻LTE芯片?？紤]到LTE階段終端耗電問題所帶來的芯片工藝與集成度的挑戰，業界普遍認為28nm芯片工藝是標志終端環節成熟的關鍵因素。

目前，Intel等國際領先的芯片企業已陸續展開22nm/20nm工藝的研發，并公布了16nm/14nm的演進路線圖，LTE時代的來臨已使得全球芯片工藝的演進周期被逐步縮短。

但鑒于國內芯片工藝制程與國際領先水平之間的差距，若循序漸進地投入22nm/20nm工藝的研發生產，仍難免陷入被動跟隨的僵局。因此，建議國內有實力的芯片廠商盡早布局16nm/14nm等下一代工藝，提前準備芯片IP（Intelligence Property，知識產權）模塊及研發環境等，通過跨越式發展提升我國企業的市場競爭力。

（3）終端應用能力不斷提升

伴隨著TD-LTE的商用在即（2013年12月28日，中國移動宣布廣州、深圳兩地4G正式商用——編注），LTE技術的高速數據速率將引發用戶對終端處理能力、屏幕顯示等多方面需求的升級；而越來越多的終端企業也將謀求LTE終端的個性化、差異化發展。因此，TD-LTE技術的推廣普及將帶動終端技術和產品的創新與變革。終端應用能力的提升主要包括以下幾個方面：

1）處理能力

iPhone 5S的發布正式拉開了手機CPU處理器從32位演進至64位的序幕，在高通、博通、MTK等芯片企業的支持下，包括三星在內的終端廠商也即將推出升級類產品，移動終端的硬件和軟件生態系統將借助64位處理器帶來PC級的用戶體驗。同時，終端的多媒體處理能力也將得到進一步提升，包括對OpenGL、DirectX等圖像處理技術及H.265等視頻編碼技術的支持。

另外，運動健身、身體追蹤等應用的普及使得用戶對手機傳感能力的需求持續增加，以M7協處理器為代表的傳感設備能夠通過加速感應器、陀螺儀和指南針等收集傳感數據，適用于可穿戴設備的后續發展。

2）屏幕顯示

眼球識別、柔性屏、裸眼3D等技術是近年來屏幕顯示技術的創新亮點，而手機屏幕分辨率也有望于近年達到2K（2560*1440）甚至4K（3840*2160）的水平。結合全球智能手機、電視機和計算機等多屏合一的發展趨勢，屏幕顯示技術的創新將帶來嶄新的用戶體驗。

3）近場通信

目前，歐美、臺灣、香港等部分地區已將內置NFC（Near Field Communication，近場通信）功能的手機應用于市政管理、金融支付等多個領域，而展訊、MTK等也已推出支持NFC功能的TD-SCDMA芯片解決方案。特別是將NFC、指紋識別等技術與TD-LTE終端相結合，能夠進一步為移動支付提供安全方便的技術保障。

4）位置服務

位置服務是近年來移動通信網絡和衛星定位系統合作的典范，特別是目前我國自主研發的北斗定位導航系統已正式民用，TD-LTE芯片及終端兼容北斗既是對國家自主創新技術的支持，也有利于保障我國移動互聯網絡的信息安全。

未來TD-LTE移動終端的發展依然應以人為本，多年的發展經驗已說明單純的硬件比拼或是軟件更新并不能獲得真正的商用價值，國內企業還需更多地探索合理的軟硬結合，并積極推出貼近目標用戶的市場細分產品。

3.2 TD-LTE終端業務應用場景廣闊

近年來，隨著移動互聯網技術的蓬勃發展，國際運營商在建設智能管道的同時陸續投入應用服務領域的探索，傳統通信技術服務的商業化傾向日益明顯。而TD-LTE技術能夠為日益增長的信息消費需求提供有力的網絡支持，針對各類差異化應用場景的TD-LTE終端產品將具備廣闊的應用場景。

一方面，國內終端企業可考慮將TD-LTE技術與消費電子領域的技術創新相結合，積極參與移動支付、智能家電等場景應用，借助國內巨大的用戶規模及換機潛力進行差異化的產品設計和推廣，并穩步積累參與國際市場的實力。

另一方面，借鑒國際領先運營商LTE網絡的業務示范與產業拉動經驗，國內可加強對行業應用的探索研究。特別是在公網支持之外，積極拓展政務、石油、電力等專網終端的示范應用領域，將目前豐富的信息資源，充分應用至現代服務業，推進基于TD-LTE的移動互聯網、物聯網、大數據和云計算的示范應用，從而促進TD-LTE產業化和商用化的健康持續發展。endprint

3.3 TD-LTE終端產業鏈規模競爭空前激烈

目前，全球已有20余家芯片企業和50余家終端企業參與TD-LTE終端產業環節，其中以國內企業為主要代表的TD-SCDMA傳統企業已基本全部演進至TD-LTE，來自GSM/WCDMA/LTE FDD領域的企業借助共平臺設計支持TD-LTE，部分傳統WiMAX及PHS終端企業陸續轉向TD-LTE，而在美國Sprint等CDMA運營商的帶動下，部分CDMA終端企業也將向TD-LTE升級演進，另外TD-LTE還吸引了部分新興芯片及終端企業的參與。

相比3G階段，TD-LTE與LTE FDD標準技術只有10%左右的差異，而共平臺設計又在工程實現方面保證了TDD與FDD產業的融合發展。同時，印度、巴西、中國等TD-LTE規模市場的陸續啟動，為全球終端制造企業提供了廣闊的市場空間和全新的發展機遇。因此，TD-LTE核心芯片及終端環節擁有規模空前的產業鏈支持，多廠商環境將有利于終端產品的多樣化以及產業的健康持續發展。

與此同時，終端產業規模的擴大必將使得原本激烈的市場競爭進一步升溫。在核心芯片領域，瑞薩已宣布關閉移動通信modem業務，ST-Ericsson將部分業務分拆后宣布關閉；在終端領域，即使如蘋果、三星等巨頭也在不斷更新產品線，蘋果針對中低端市場推出了iPhone 5C，而三星則通過技術的推陳出新來吸引市場眼球。

面對國際企業的強勢競爭，國內企業在TD-LTE核心芯片和終端領域將面臨一定的風險與挑戰，主要包括以下三個方面：

（1）核心技術及IP庫

TD-LTE多模多頻對核心芯片的工藝、功耗、IP模塊和終端的集成度提出了巨大考驗。相比于國際領先企業，國內核心芯片企業開發技術及經驗積累仍有不足，終端企業的產品規劃及創新能力有限，整個終端產業鏈在產品設計、研發和生產制造等方面仍存在一定的差距。

（2）研發測試環境

TD-LTE多模芯片及終端的設計開發需要研發、測試、生產環境的配套升級，但環境的建設意味著大量人力、物力、財力的投入。同時，LTE部分關鍵元器件、測試軟件、儀器儀表等目前仍受到國外企業的壟斷控制，國內芯片及終端企業在研發測試環境的建設方面存在一定的缺口。

（3）專利壁壘

一方面，全球TD-LTE專利數量巨大、專利權人分布零散，而中國企業的高質量專利數量有限。另一方面，國內企業在進入WCDMA、CDMA等領域時，同樣將面臨專利壁壘問題。

TD-LTE空前的市場規模將導致無法避免的產業競爭與行業整合。因此，在商用的后續發展過程中，國內企業必須提升自身的核心競爭力，加強商業市場的靈活應對能力。

3.4 TD-LTE終端產業鏈面臨知識產權挑戰

近年來，多家通信業巨頭陸續陷入專利訴訟戰中，特別是在終端領域，2011年以來先后爆發了諾基亞與蘋果、摩托羅拉與蘋果、三星與蘋果訴訟案等多起知識產權糾紛。知識產權糾紛的高密度出現，一方面在于，新技術和新產業模式的出現對舊有產業格局產生沖擊，導致傳統勢力在競爭中不斷祭出專利訴訟的手段遏制新興勢力；另一方面，擁有技術優勢的企業也需要通過專利等知識產權手段，保護自身技術與研發的現有利益。

在3G時代，我國提出了自主創新的TD-SCDMA技術標準，在一定程度上扭轉了國內企業在國際通信標準中基本專利持有量低的被動局面。由于我國企業擁有TD-SCDMA的主要基本專利，TD-SCDMA成為市場上唯一不用國內企業向國際公司交納專利費的3G技術制式。

步入4G階段，我國企業更加重視移動通信領域的專利申請，專利總數顯著提升。但LTE的國際化發展、FDD/TDD融合以及終端2G/3G/4G多模需求等加速了TD-LTE專利的分散態勢，使得我國企業在TD-LTE專利領域的地位有所下降。根據ETSI披露的未經詳細評估的LTE基本專利顯示，截至2012年底，我國移動通信企業所持有的基本專利數量占比不到20%。特別是考慮到多模多頻的需求，國內TD-LTE芯片及終端企業所面臨的專利形勢非常嚴峻，防御將是今后相當長時間內的主要任務。

2009年7月，日本INCJ（Innovation Network Corporation of Japan，日本產業革新機構）正式成立，成為日本唯一由官方和民間共同出資、決策權完全交由民間投資機構的知識產權保護組織。韓國在2010年成立的Intellectual Discovery，是由政府和民間合作建立的創新知識產權管理公司，通過保護和商業化優秀的專利來加強韓國技術的全球競爭力?？梢?，日本和韓國都選擇通過第三方行業組織牽頭建立專利公司，集中運營所擁有的專利，從而達到以企業間專利合作為紐帶建立專利防御體系、推動產業發展的目標。

結合國際領先經驗，筆者建議：

（1）盡快組建包括TD-LTE知識產權在內的移動互聯網產業專利公司，專利公司正式運營后，主要以市場手段為企業提供知識產權風險防御。

（2）積極推動金融業進入知識產權保護領域，鼓勵多種金融資本通過投資的方式支持專利公司，還可用政策引導吸引民間資本參與專利公司，提高專利與市場對接的可能性，支持專利公司的發展，以知識產權保護促進金融企業所投資企業、產業的健康發展。

（3）鼓勵相關企業積極參加專利公司，以公司股東整體的專利資源構筑LTE階段的知識產權保護體系，助力LTE市場與產業的健康發展。

4 結束語

綜上所述，目前TD-LTE芯片在多模多頻、工藝制程、功耗控制等方面已基本達到商用水平，TD-LTE終端類型日漸豐富，手機性能基本與LTE FDD持平。而憑借TDD雙工的技術優勢以及中國、印度、巴西等規模市場的發展潛力，TD-LTE吸引了越來越多運營商及制造企業的關注。在TDD和FDD融合的必然發展趨勢下，TD-LTE終端產業環節所擁有的多廠商環境規?？涨埃a品更新演進迅速。將TD-LTE技術與各類新興技術相結合并作為消費電子進行推廣，將是后續TD-LTE終端產業鏈的發展趨勢。

與此同時，國內核心芯片及終端企業在LTE階段將面臨更激烈的技術和市場競爭，進一步的行業整合不可避免，如何推動產品創新、提高核心競爭力值得深入研究和探索。另外，LTE階段國內芯片及終端企業將面臨嚴峻的專利形勢，建議通過專利公司的市場運作模式，達到以企業間專利合作為紐帶建立知識產權保護體系、推動產業健康發展的目標。

參考文獻：

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術原理及系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010： 1-2.

[2] GSA. Evolution to LTE Report[R]. 2013.

[3] GTI. 4G Multi-Mode Multi-Band Device Requirements and Architectures[R]. 2012.

[4] 吳偉陵，牛凱. 移動通信原理[M]. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2009.

[5] 程慧. 智能手機的秘密[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2013.

作者簡介

吳慧敏：碩士畢業于北京郵電大學通信與信息系統專業，現任職于TD產業聯盟，主要從事TD核心芯片及終端業務應用與發展規劃等相關工作。

王鵬：碩士畢業于電信科學技術研究院電磁場與微波技術專業，現任TD產業聯盟產業部總監，長期從事TD技術研究、頻率規劃、產業協調等工作。

周立剛：北京郵電大學博士，現任職于TD產業聯盟，主要從事移動通信領域的知識產權問題研究。endprint