TD—LTE芯片及终端的发展现状与趋势

【摘 要】

阐述了目前国际国内TD-LTE芯片及终端的发展现状，结合移动互联网与消费电子的融合态势，对TD-LTE芯片及终端的技术和市场发展趋势进行了分析，并就TD-LTE知识产权问题的处理提出相关建议。

【关键词】

TD-LTE 芯片 终端 多模多频 知识产权

中图分类号：TN929.53 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2014）-01-0028-05

1 引言

在全球各国家和地区电信监管部门、运营商与设备制造企业的共同推动下，LTE的产业化和商用化发展迅猛[1]。截至2013年12月，全球已部署LTE商用网络251个，143个国家的499个运营商参与投资LTE产业。到2013年底，全球预计有260张LTE网络实现商用[2]。

同时，伴随着无线频谱资源的日益紧缺，TDD技术的优势与价值逐步凸显。目前，全球共有25张商用TD-LTE网络投入建设，中国也已发放TD-LTE运营牌照。而作为至关重要的产业环节，TD-LTE芯片及终端的发展水平将直接决定产业链的商用成熟度。

2 TD-LTE芯片及终端发展现状

2.1 TD-LTE芯片发展现状

目前，全球范围内已有超过20家芯片厂商投入TD-LTE核心芯片的设计与研发。

作为移动通信芯片领域的龙头企业，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多模多频芯片。同时，采用28nm HPm（High Performance mobile，移动高性能）工艺制程的四核SoC系列芯片Snapdragon 800，增加了对Windows RT系统的支持，这一与微软的合作将有利于进一步拓展LTE终端的多样性。

其他技术较领先的国际芯片企业同样也在多模多频、工艺制程等方面不断进行产品更新。其中，Marvell的四核SoC芯片PXA 1088 LTE已兼容TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/TD-SCDMA/GSM五种模式；MTK的MT6589芯片制程已达28nm工艺水平，支持GSM/TD-SCDMA/WCDMA三模，并计划于2013年底推出支持LTE五模的28nm芯片；英伟达、博通等芯片公司基于早期的优势业务，也陆续投入多模LTE芯片产业。

同时，国内企业也积极投入TD-LTE芯片的研发和产业化。基于3G阶段在WCDMA领域的积累，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年底将芯片工艺提升至28nm。展讯在TD-SCDMA/GSM双模四核SoC芯片中成功试验28nm工艺，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。联芯、中兴微电子推出的40nm TD-LTE/LTE FDD/TD-SCDMA/GSM四模芯片已基本达到商用水平，目前正积极投入工艺水平的提升和WCDMA制式的研发。

2.2 TD-LTE终端发展现状

TD-LTE芯片在多模多频、工艺水平、稳定性等方面的快速提升，为TD-LTE终端特别是手机的发展提供了坚实的基础。截至2013年11月，全球已有华为、中兴、酷派、联想、苹果、三星、索尼等超过50家终端厂商投入到TD-LTE终端产品的研发和生产中，共TD-LTE终端274款，其中包括多款数据卡、CPE、MiFi、平板电脑以及智能手机。

目前，TD-LTE手机在通信速率、功耗控制及产品稳定性等关键技术指标上已基本具备商用能力，具体参数如表1所示。

表1 TD-LTE手机关键技术指标

数据平均速率 >40Mbps

多小区环境下静止待机时长 >72h

手机待机电流 10mA以内，与FDD水平相当

无故障长时间稳定工作时长 200h，与3G手机相当

针对TD-LTE语音解决方案，目前全球产业界普遍选择双待和CSFB（Circuit Switched Fallback，电路域回落）技术作为语音过渡方案。双待方案对现有2G/3G网络无改造要求，可较好地保障用户的业务体验，但在功耗、体积和成本方面对终端的要求较高，并需解决终端双模互干扰问题。CSFB在终端上实现的难度较小，但需对网络进行改造，在回落网络、回落流程及返回机制等方面存在不同的技术方案，网络改造代价及用户体验均与所选取的具体方案有关。

基于以上两种方案的技术缺陷，产业界已基本将VoLTE作为LTE语音业务方案的最终目标。目前，韩国SKT、LG Uplus等已商用VoLTE，NTT DoCoMo、Verizon和Vodafone等均陆续启动VoLTE部署项目，而国内TD-LTE工作组也已就VoLTE的发展规划展开深入研究与讨论。鉴于VoLTE的技术复杂性，具体的技术指标及实现步骤仍有待明确，相关产品的成熟商用预计至少还需一年的时间。

3 TD-LTE芯片及终端发展趋势

3.1 TD-LTE促进终端产业链的技术创新

（1）多模多频是发展的必然趋势

目前，国际环境中2G/3G/LTE等多制式的通信网络呈现长期共存的发展态势，结合全球各国家和地区通信制式的多样化以及TDD/FDD融合组网的发展态势，支持多模多频是核心芯片及终端发展的必然趋势。

但是，考虑到全球2G/3G/LTE频段的分散化，以及LTE 20MHz带宽、多天线MIMO、载波聚合CA等技术特性的支持，多模多频需求无疑会在射频指标、多模互操作、功耗和集成度以及语音方案等方面提高终端产品的技术复杂度[3]。而相比国际企业，国内芯片制造业的优势主要在TDD领域，在WCDMA/CDMA/LTE FDD等制式的技术和市场上均不占优势。

目前，国际漫游大都以语音业务为主，数据业务漫游的需求尚在逐步发展中，因此短期内五模、六模产品需求主要存在于高端用户。从美国、日本和韩国等地的LTE发展经验来看，Verizon、SoftBank和SKT在发展LTE网络时均根据用户的实际需求和产业的发展情况，选择CDMA/LTE双模或者GSM/WCDMA/LTE三模作为过渡阶段终端多模多频的技术要求。

因此，国内TD-LTE在发展初期，在积极推动五模、六模终端发展的同时，引入两模或三模手机作为多模终端发展的中低端过渡产品，将有利于带动企业投入的积极性，促进TD-LTE手机的快速上量。而随着产品的进一步成熟、用户规模和市场需求的提升，运营商及终端制造企业可及时推动GSM/WCDMA/TD-SCDMA/CDMA/TD-LTE/LTE FDD全模智能手机产品的应用。

（2）芯片工艺演进周期缩短

伴随着用户需求的与日俱增，芯片产品的发展不再仅仅追求功能的提升，还需综合考虑性能、功耗与成本的平衡点。而相比于众多的电源管理方案，芯片工艺制程的演进在提升性能和降低功耗方面具备更实际的意义，转向更高制程无疑是提升芯片产品性能功耗比和市场竞争力最直接有效的办法。

2007年底，Intel率先宣布将芯片工艺制程提升至45nm，而台湾代工巨头TSMC随后开始为40nm芯片提供代工。随着芯片良率的不断提高，40nm工艺逐渐在移动通信终端芯片领域得以普及。

2012年初，高通宣布推出28nm多模多频LTE芯片。考虑到LTE阶段终端耗电问题所带来的芯片工艺与集成度的挑战，业界普遍认为28nm芯片工艺是标志终端环节成熟的关键因素。

目前，Intel等国际领先的芯片企业已陆续展开22nm/20nm工艺的研发，并公布了16nm/14nm的演进路线图，LTE时代的来临已使得全球芯片工艺的演进周期被逐步缩短。

但鉴于国内芯片工艺制程与国际领先水平之间的差距，若循序渐进地投入22nm/20nm工艺的研发生产，仍难免陷入被动跟随的僵局。因此，建议国内有实力的芯片厂商尽早布局16nm/14nm等下一代工艺，提前准备芯片IP（Intelligence Property，知识产权）模块及研发环境等，通过跨越式发展提升我国企业的市场竞争力。

（3）终端应用能力不断提升

伴随着TD-LTE的商用在即（2013年12月28日，中国移动宣布广州、深圳两地4G正式商用——编注），LTE技术的高速数据速率将引发用户对终端处理能力、屏幕显示等多方面需求的升级；而越来越多的终端企业也将谋求LTE终端的个性化、差异化发展。因此，TD-LTE技术的推广普及将带动终端技术和产品的创新与变革。终端应用能力的提升主要包括以下几个方面：

1）处理能力

iPhone 5S的正式拉开了手机CPU处理器从32位演进至64位的序幕，在高通、博通、MTK等芯片企业的支持下，包括三星在内的终端厂商也即将推出升级类产品，移动终端的硬件和软件生态系统将借助64位处理器带来PC级的用户体验。同时，终端的多媒体处理能力也将得到进一步提升，包括对OpenGL、DirectX等图像处理技术及H.265等视频编码技术的支持。

另外，运动健身、身体追踪等应用的普及使得用户对手机传感能力的需求持续增加，以M7协处理器为代表的传感设备能够通过加速感应器、陀螺仪和指南针等收集传感数据，适用于可穿戴设备的后续发展。

2）屏幕显示

眼球识别、柔性屏、裸眼3D等技术是近年来屏幕显示技术的创新亮点，而手机屏幕分辨率也有望于近年达到2K（2560*1440）甚至4K（3840*2160）的水平。结合全球智能手机、电视机和计算机等多屏合一的发展趋势，屏幕显示技术的创新将带来崭新的用户体验。

3）近场通信

目前，欧美、台湾、香港等部分地区已将内置NFC（Near Field Communication，近场通信）功能的手机应用于市政管理、金融支付等多个领域，而展讯、MTK等也已推出支持NFC功能的TD-SCDMA芯片解决方案。特别是将NFC、指纹识别等技术与TD-LTE终端相结合，能够进一步为移动支付提供安全方便的技术保障。

4）位置服务

位置服务是近年来移动通信网络和卫星定位系统合作的典范，特别是目前我国自主研发的北斗定位导航系统已正式民用，TD-LTE芯片及终端兼容北斗既是对国家自主创新技术的支持，也有利于保障我国移动互联网络的信息安全。

未来TD-LTE移动终端的发展依然应以人为本，多年的发展经验已说明单纯的硬件比拼或是软件更新并不能获得真正的商用价值，国内企业还需更多地探索合理的软硬结合，并积极推出贴近目标用户的市场细分产品。

3.2 TD-LTE终端业务应用场景广阔

近年来，随着移动互联网技术的蓬勃发展，国际运营商在建设智能管道的同时陆续投入应用服务领域的探索，传统通信技术服务的商业化倾向日益明显。而TD-LTE技术能够为日益增长的信息消费需求提供有力的网络支持，针对各类差异化应用场景的TD-LTE终端产品将具备广阔的应用场景。

一方面，国内终端企业可考虑将TD-LTE技术与消费电子领域的技术创新相结合，积极参与移动支付、智能家电等场景应用，借助国内巨大的用户规模及换机潜力进行差异化的产品设计和推广，并稳步积累参与国际市场的实力。

另一方面，借鉴国际领先运营商LTE网络的业务示范与产业拉动经验，国内可加强对行业应用的探索研究。特别是在公网支持之外，积极拓展政务、石油、电力等专网终端的示范应用领域，将目前丰富的信息资源，充分应用至现代服务业，推进基于TD-LTE的移动互联网、物联网、大数据和云计算的示范应用，从而促进TD-LTE产业化和商用化的健康持续发展。

3.3 TD-LTE终端产业链规模竞争空前激烈

目前，全球已有20余家芯片企业和50余家终端企业参与TD-LTE终端产业环节，其中以国内企业为主要代表的TD-SCDMA传统企业已基本全部演进至TD-LTE，来自GSM/WCDMA/LTE FDD领域的企业借助共平台设计支持TD-LTE，部分传统WiMAX及PHS终端企业陆续转向TD-LTE，而在美国Sprint等CDMA运营商的带动下，部分CDMA终端企业也将向TD-LTE升级演进，另外TD-LTE还吸引了部分新兴芯片及终端企业的参与。

相比3G阶段，TD-LTE与LTE FDD标准技术只有10%左右的差异，而共平台设计又在工程实现方面保证了TDD与FDD产业的融合发展。同时，印度、巴西、中国等TD-LTE规模市场的陆续启动，为全球终端制造企业提供了广阔的市场空间和全新的发展机遇。因此，TD-LTE核心芯片及终端环节拥有规模空前的产业链支持，多厂商环境将有利于终端产品的多样化以及产业的健康持续发展。

与此同时，终端产业规模的扩大必将使得原本激烈的市场竞争进一步升温。在核心芯片领域，瑞萨已宣布关闭移动通信modem业务，ST-Ericsson将部分业务分拆后宣布关闭；在终端领域，即使如苹果、三星等巨头也在不断更新产品线，苹果针对中低端市场推出了iPhone 5C，而三星则通过技术的推陈出新来吸引市场眼球。

面对国际企业的强势竞争，国内企业在TD-LTE核心芯片和终端领域将面临一定的风险与挑战，主要包括以下三个方面：

（1）核心技术及IP库

TD-LTE多模多频对核心芯片的工艺、功耗、IP模块和终端的集成度提出了巨大考验。相比于国际领先企业，国内核心芯片企业开发技术及经验积累仍有不足，终端企业的产品规划及创新能力有限，整个终端产业链在产品设计、研发和生产制造等方面仍存在一定的差距。

（2）研发测试环境

TD-LTE多模芯片及终端的设计开发需要研发、测试、生产环境的配套升级，但环境的建设意味着大量人力、物力、财力的投入。同时，LTE部分关键元器件、测试软件、仪器仪表等目前仍受到国外企业的垄断控制，国内芯片及终端企业在研发测试环境的建设方面存在一定的缺口。

（3）专利壁垒

一方面，全球TD-LTE专利数量巨大、专利权人分布零散，而中国企业的高质量专利数量有限。另一方面，国内企业在进入WCDMA、CDMA等领域时，同样将面临专利壁垒问题。

TD-LTE空前的市场规模将导致无法避免的产业竞争与行业整合。因此，在商用的后续发展过程中，国内企业必须提升自身的核心竞争力，加强商业市场的灵活应对能力。

3.4 TD-LTE终端产业链面临知识产权挑战

近年来，多家通信业巨头陆续陷入专利诉讼战中，特别是在终端领域，2011年以来先后爆发了诺基亚与苹果、摩托罗拉与苹果、三星与苹果诉讼案等多起知识产权纠纷。知识产权纠纷的高密度出现，一方面在于，新技术和新产业模式的出现对旧有产业格局产生冲击，导致传统势力在竞争中不断祭出专利诉讼的手段遏制新兴势力；另一方面，拥有技术优势的企业也需要通过专利等知识产权手段，保护自身技术与研发的现有利益。

在3G时代，我国提出了自主创新的TD-SCDMA技术标准，在一定程度上扭转了国内企业在国际通信标准中基本专利持有量低的被动局面。由于我国企业拥有TD-SCDMA的主要基本专利，TD-SCDMA成为市场上唯一不用国内企业向国际公司交纳专利费的3G技术制式。

步入4G阶段，我国企业更加重视移动通信领域的专利申请，专利总数显著提升。但LTE的国际化发展、FDD/TDD融合以及终端2G/3G/4G多模需求等加速了TD-LTE专利的分散态势，使得我国企业在TD-LTE专利领域的地位有所下降。根据ETSI披露的未经详细评估的LTE基本专利显示，截至2012年底，我国移动通信企业所持有的基本专利数量占比不到20%。特别是考虑到多模多频的需求，国内TD-LTE芯片及终端企业所面临的专利形势非常严峻，防御将是今后相当长时间内的主要任务。

2009年7月，日本INCJ（Innovation Network Corporation of Japan，日本产业革新机构）正式成立，成为日本唯一由官方和民间共同出资、决策权完全交由民间投资机构的知识产权保护组织。韩国在2010年成立的Intellectual Discovery，是由政府和民间合作建立的创新知识产权管理公司，通过保护和商业化优秀的专利来加强韩国技术的全球竞争力。可见，日本和韩国都选择通过第三方行业组织牵头建立专利公司，集中运营所拥有的专利，从而达到以企业间专利合作为纽带建立专利防御体系、推动产业发展的目标。

结合国际领先经验，笔者建议：

（1）尽快组建包括TD-LTE知识产权在内的移动互联网产业专利公司，专利公司正式运营后，主要以市场手段为企业提供知识产权风险防御。

（2）积极推动金融业进入知识产权保护领域，鼓励多种金融资本通过投资的方式支持专利公司，还可用政策引导吸引民间资本参与专利公司，提高专利与市场对接的可能性，支持专利公司的发展，以知识产权保护促进金融企业所投资企业、产业的健康发展。

（3）鼓励相关企业积极参加专利公司，以公司股东整体的专利资源构筑LTE阶段的知识产权保护体系，助力LTE市场与产业的健康发展。

4 结束语

综上所述，目前TD-LTE芯片在多模多频、工艺制程、功耗控制等方面已基本达到商用水平，TD-LTE终端类型日渐丰富，手机性能基本与LTE FDD持平。而凭借TDD双工的技术优势以及中国、印度、巴西等规模市场的发展潜力，TD-LTE吸引了越来越多运营商及制造企业的关注。在TDD和FDD融合的必然发展趋势下，TD-LTE终端产业环节所拥有的多厂商环境规模空前，产品更新演进迅速。将TD-LTE技术与各类新兴技术相结合并作为消费电子进行推广，将是后续TD-LTE终端产业链的发展趋势。

与此同时，国内核心芯片及终端企业在LTE阶段将面临更激烈的技术和市场竞争，进一步的行业整合不可避免，如何推动产品创新、提高核心竞争力值得深入研究和探索。另外，LTE阶段国内芯片及终端企业将面临严峻的专利形势，建议通过专利公司的市场运作模式，达到以企业间专利合作为纽带建立知识产权保护体系、推动产业健康发展的目标。

参考文献：

[1] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理及系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 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] 吴伟陵，牛凯. 移动通信原理[M]. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2009.

[5] 程慧. 智能手机的秘密[M]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2013.

作者简介

吴慧敏：硕士毕业于北京邮电大学通信与信息系统专业，现任职于TD产业联盟，主要从事TD核心芯片及终端业务应用与发展规划等相关工作。

王鹏：硕士毕业于电信科学技术研究院电磁场与微波技术专业，现任TD产业联盟产业部总监，长期从事TD技术研究、频率规划、产业协调等工作。

周立刚：北京邮电大学博士，现任职于TD产业联盟，主要从事移动通信领域的知识产权问题研究。