新形势下TD-SCDMA和WiMAX的演进研究与竞合分析.doc

新形势下TD-SCDMA和WiMAX的演进研究与竞合分析胡武婕1，2，马良山2，毕春丽1，吕廷杰1（1. 北京邮电大学经济管理学院 北京 100876；.中国移动通信集团公司 北京 100032摘要 不久前ITU正式批准WiMAX加入3G标准体系，加剧了其与TD-SCDMA之间的竞争。本文建立了一种4维定性分析模型，从技术特性、标准专利、商用前景和政府政策4个维度进行深入分析，评估了TD-SCDMA和WiMAX这两种无线宽带技术，并利用SWOT方法阐述了两者之间可能的竞争与融合的发展趋势，基于以上分析，最后提出了针对相关电信政策的建议。关键词TD-SCDMA；WiMAX；技术；标准；专利；商用；政策1前言2006年美国第三大移动运营商Sprint Nextel公司宣布采用移动WiMAX（worldwide interoperability for microwave access） （802.16e）标准在2.5 GHz频段建设全国性宽带移动网络，这标志着移动WiMAX已经正式被电信市场接受，商用即将全面启动。不过Sprint Nextel并未放弃3G网络的升级，而是选择了双网运行、优势互补的策略。就在宣布采用WiMAX的前一周，Sprint宣布将加速实施EV-DO Revision A，并计划将Power Vision网络全面升级到EV-DO Revision A。尽管WiMAX在美国首战告捷，与3GPP TDD、IEEE 802.20等技术相比，WiMAX已经领先了一大步，但要在全球市场获得认可，还需要克服频率资源这一难关。对于802.16e而言， 2.5 GHz和2.3 GHz是WiMAX提供移动业务的理想频段。目前美国、韩国、墨西哥和新加坡等一些国家已经将这个频段分配给WiMAX使用，但在欧洲和其他一些国家，则必须突破3G这个障碍，因为ITU已经将2.5 GHz频段分配给3G作为扩展频段，而2.3 GHz频段在我国已预留给TD-SCDMA使用。为此，以英特尔为首的WiMAX论坛建议各国向WiMAX开放2.5 GHz和2.3 GHz附近的频段，这一举措引起了3G阵营的反对，尤其在欧洲。欧盟计划将2.5 2.69 GHz频段于2008年进行分配，而这个频段是新进入者提供移动业务的惟一机会。2006年7月，GSM协会（GSMA）向欧盟委员会表示强烈反对WiMAX使用这一频段，GSMA表示如果将频段分配给不同的技术，会使市场支离破碎，无法形成规模效应。GSM的成功就建立在统一的频段之上。GSMA认为，如果WiMAX通过国际电联（ITU）的认可成为3G技术之一，那GSMA将会支持WiMAX使用这个频段1。2007年10月在瑞士日内瓦召开的ITU-R WP8F(IMT-2000&Beyond) RA(radio assembly)会议正式接纳移动WiMAX加入3G标准体系，并命名为OFDMA TDD WMAN，成为第6种3G空中接口技术。随后的WRC-07会议(wireless radio conference-07)又为4G无线通信技术分配了频谱资源。这两个事件的相继发生意味着作为后起标准的WiMAX已经正式成为3G标准之一，可以和3G标准同台竞技并分享珍贵的频谱资源。这为WiMAX的后续演进奠定了基础，创造了良好的条件，同时给原有的3G技术标准，尤其是同为TDD模式的TD-SCDMA技术带来了巨大的威胁和挑战。WiMAX的出现和应用正在逐渐改变移动通信现有技术格局，对移动通信产业产生重大而又深远的影响。2理论分析模型对新技术进行全方位评估是一项复杂的系统工程，需要综合考虑多方面的因素。选定一个好的评估方法和一套好的评估维度标准对于全面正确认识一项技术至关重要。Benson、Sage和Cook在1993年提出了一种评估新技术的分析方法triple-gateway定性分析法2，该方法指出可以从市场应用、产业链和技术特性3个方面对一项技术方案进行评估，借鉴该方法并考虑到分析对象是无线通信领域的技术，可以抽象出TD-SCDMA和WiMAX的4个重要共性：技术先进性、后续长期演进性、商用推广性和易受政策影响性。下面将从技术特性、标准专利、商用前景和政府政策4个维度对TD-SCDMA和WiMAX进行深入、全面的评估，表1是该4维定性分析模型的框架。3技术性能维度3.1TD-SCDMA技术分析TD-SCDMA是我国拥有自主知识产权的无线通信技术，并于2001年3月16日 3GPP RAN 第11次全会上被正式列为第三代移动通信系统标准（3G）之一。TD-SCDMA以同步CDMA（码分多址）和时分双工模式（TDD）为基础，采用了智能天线、联合检测、接力切换和软件无线电等多种先进技术，因此具有频谱利用率高、支持上下行非对称业务等优点3。为了确保TD-SCDMA的可持续发展性，在3GPP R5/R6标准中引入了TD-SCDMA的增强技术HSDPA/HSUPA，3GPP目前正在研究制定TD-SCDMA长期演进的标准TD-LTE。TD-LTE基于先进、成熟的TD-SCDMA关键技术，采用了OFDM（正交频分复用）、MIMO（多天线）等4G关键技术，并结合未来电信网IP化的趋势，是对TD-SCDMA技术的一次重大革新，也是联系3G增强型技术和未来4G技术的纽带。在功能业务方面，TD-LTE可以满足TD-SCDMA系统的平滑演进，支持高质量语音、移动互联网、宽带无线接入、手机电视等业务应用，并能提供全移动和漫游功能。TD-LTE和TD-SCDMA间比较好的平滑演进性将会带来基站设备复用性好、设备开发时间短且成本低、网络快速部署和升级等诸多优势。预计TD-LTE系统将在2010-2012年推出，并可以实现热点地区覆盖4。3.2WiMAX技术分析WiMAX物理层采用的OFDM为基本的宽带无线接入技术，利用了MIMO、AMC(自适应调制编码)等新技术提高无线资源的使用率，与TD-SCDMA系统相比有较大改进，但和TD-SCDMA长期演进系统TD-LTE所使用的关键技术基本相同；在MAC层和网络层的设计上，WiMAX目前协议设计的优化还不足，尤其是对移动性的支持还有待加强；在网络层面，WiMAX网络全IP化和扁平化是发展趋势，其网络结构比TD-LTE更简单，但是规范的成熟性还不足，如用户和业务管理方面。3.3对比分析与TD-LTE相比，WiMAX具有相对低的网络建设成本（CAPEX）和运营维护成本(OPEX)，且商用时间有所超前，但网络规模方面目前略逊一筹5。表2对TD-SCDMA和WiMAX及TD-LTE在技术性能方面进行了对比。4标准专利维度目前TD-SCDMA标准演进的研究制定工作主要集中在3GPP组织。图1所示为TD-SCDMA和WiMAX标准演进路线。4.1TD-SCDMA标准演进TD-SCDMA标准演进的研究制定工作主要集中在3GPP组织，由于3GPP是主流移动标准阵营，因此其支持者基本都是主流的移动运营商以及芯片、终端、系统设备制造商，相比WiMAX阵营，TD-LTE产业链更为强大。3GPP组织TD-LTE标准中原有TDD Type1（Generic-TDD）和TDD Type2（Alternative TDD）两种帧结构。前者基于LTE FDD，与其具有最大的技术共性和最好的兼容性，能与LTE FDD共芯片，但开展工作的厂商数量少，且由于基本全部采用FDD参数，针对TDD系统的性能优化较少，未完成性能评估；后者基于现有TD-SCDMA帧结构，与FDD具有共性并且有与LTE FDD共芯片的可能性，主要推进的厂商是大唐移动，得到中国政府的积极支持，且考虑了对TDD系统的性能优化，性能评估完成6。在2007年11月3GPP RAN1会上，中国移动、华为等公司极力倡导TD-LTE的演进按照TDD Type2方式，放弃TDD Type1演进路线，并获得通过7。3GPP TD-LTE统一帧结构为TD-SCDMA的后续演进排除了干扰，但增加了TD-LTE与LTE FDD的互联互通难度。目前TD-LTE已完成帧结构、智能天线、MIMO、同步技术、随机接入、数据复用、自适应和干扰控制等主体技术标准的制定，TD-SCDMA基本技术特征得到保留和优化。4.2WiMAX标准演进推动WiMAX标准演进的主要有IEEE和WiMAX论坛。前者主要侧重WiMAX技术方面的研究和标准制定，后者除研究制定技术标准外，还负责推动WiMAX的产业化和商用进程。后者成立于2001年，是由业界领先的通信产品及设备公司共同建立的非盈利组织，成员已达434家，形成了由英特尔主导，包括芯片制造商、系统设备制造商和非主流运营商等，产业链比较完整。IEEE 802.16标准又称为无线宽带空中接口标准，是适用于266 GHz的空中接口规范。到目前为止，IEEE 802.16标准系列包括已经发布的802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f标准以及正在制定中的802.16g、802.16h、802.16i、802.16j、802.16k和802.16m。IEEE组织目前已经启动802.16m的标准制定工作，并推动新型的专利合作组织WPA（WiMAX patent alliance），瞄准IMT-Advanced系统，拟与LTE系统尤其是TD-LTE技术形成竞争。4.3专利情况NGMN IPR工作组近期组织成员单位对3GPP LTE、3GPP2 UMB、802.16m和802.20 4个标准的基本专利许可费用情况进行了第二轮披露，其中分别有22家和20家设备制造商对LTE和802.16m享有基本专利，图2对GPP LTE（TDD和FDD）和802.16m标准基本专利许可费率进行了对比，图中比例为专利费用占产品总成本的比值。从图2不难看出，802.16系统的基本专利许可费用率要略高于3GPP LTE系统，基站的许可费率稍大于终端的许可费率，多模许可费率稍大于单模许可费率。高通对3GPP LTE和IEEE 802.16系统的专利控制程度都很高；华为声称其拥有LTE的专利可以基本保障其自身利益；目前NGMN正在努力推动降低3GPP LTE技术标准的IPR风险，如提高IPR政策的透明性等；英特尔也在力推WPA专利池，以避开高通专利并降低专利风险。如何使这些措施真正起作用仍需进一步研究。4.4对比分析表3针对专利方面对TD-SCDMA和WiMAX标准进行了对比。5商用维度5.1TD-SCDMA规模网络试验及产业发展情况TD-SCDMA作为中国拥有自主知识产权的3G国际标准，得到了国内政府部门的大力支持和国内包括运营商在内产业链上下游的全力推动。在原信息产业部的统一安排和部署下，中国电信、中国网通和中国移动于2007年分别在保定、青岛、北京、天津、上海、沈阳、秦皇岛、广州、深圳和厦门10个城市同时启动了扩大的TD-SCDMA规模网络技术试验，在试验过程中积累了大量宝贵的TD-SCDMA网络规划、优化经验，完善并提高了TD-SCDMA终端、基站以及业务提供性能，极大地推动了产业链的成熟与发展。截至目前，大唐、展讯、凯明、T3G 4家厂商能够提供较成熟的手机芯片平台，三星、LG等国际厂商开始制造TD-SCDMA商用终端，大唐、中兴、鼎桥、普天、爱立信、华为等多家厂商成为TD-SCDMA系统设备的主要提供商，鼎利、大唐、迈为、日讯等10多家国内厂商已经能够提供较完备的路测设备和软件。为保证TD-SCDMA网络成功运行，促进TD-SCDMA特色业务快速发展，2007年11月初，中国通信标准化协会（CCSA）发布了TD-SCDMA/GSM(GPRS)双模双待机手机系列标准并启动了TD-MBMS项目、2 GHz TD-SCDMA/WCDMA通用认证架构(第1阶段)、2 GHz TD-SCDMA/WCDMA通用认证架构(第2阶段)等通信行业标准的制定工作。尽管目前的产业链相比2006年初已有较大改善，但TD-SCDMA在终端设备、数据业务、2G/3G互操作等方面仍然存在不少问题。由于TD-SCDMA将作为中国通信领域的自主创新成果展示于奥运舞台，随着北京奥运会的临近，TD-SCDMA产业化的步伐也在进一步加快，相信TD-SCDMA距离大规模商用水平不会遥远。5.2WiMAX产业发展及商用情况随着WiMAX 802.16e标准的确定和技术逐渐成熟，移动WiMAX的商用芯片和系统设备都开始出现成熟产品。Beceem、Sequans、Runcom、GCT、ApaceWave、英特尔等公司已经或即将提供单芯片终端解决方案，诺基亚西门子网络公司、摩托罗拉、三星、中兴等公司已经可以提供全套的终端和系统设备解决方案。据不完全统计，WiMAX目前已经在美国、欧洲、亚太甚至南美和阿拉伯等国家和地区的20余个网络中进行商用，其中美国、韩国和日本的商用网络规模比较大。在美国，第三大移动运营商Sprint Nextel已经在2.5 GHz频段开始建设WiMAX商用网络，将其作为CDMA 2G+系统语音等传统通信的补充，提供PC和各种嵌入式专用终端的宽带上网，创新推出移动互联网业务；韩国第一大移动运营商SKT公司也早在2006年就启动了WiMAX商用部署，并于当年7月宣布商用，用户达到7万；日本已发布了FWA（固定无线接入）频谱并给小型电信运营商发放了WiMAX牌照。IT巨头英特尔公司正依靠其在IT芯片领域的地位和成功经验，积极推动着WiMAX的成熟和商业化。然而WiMAX全球商业化的进程也绝非一帆风顺，遭遇了诸如频谱、IPR、大运营商网络和运营模式改革等新问题。美国Verizon已公开宣布选择LTE，其他某些主流移动运营商对WiMAX比较冷淡，而传统电信设备制造商，如爱立信和高通等对WiMAX也持反对态度。WiMAX本身也存在问题，如：网络运营管理正处于探索阶段，商业模式仍不清晰稳定，计费方式单一等。尽管现阶段有美国Sprint Nextel、韩国SKT等公司积极推动WiMAX的发展，但其市场地位有限，WiMAX全球商业化迫切需要商业模式上的突破，打破现有的市场格局，大规模商用的路还很长。5.3对比分析表4对比了TD-SCDMA和WiMAX的商用进展情况。6政府政策维度TD-SCDMA是我国拥有自主知识产权的3G技术，WiMAX是有国外强大产业链支撑的宽带无线接入技术，不同的“出身”导致了中国政府对两者的定位、支持力度和牌照策略等一系列政策会有很大不同。表5分析比较了国、内外政府对两种技术的态度和政策。7综合分析与建议7.1SWOT分析及建议表6对TD-SCDMA和WiMAX进行了SWOT（strength, weakness, opportunity and threats）分析、对比。由表不难发现两者未来的演进与发展有以下两种可能性：一是TD-SCDMA沿着既定的演进路线升级到TD-LTE及LTE+；另一种是TD-SCDMA与802.16m融合。前者必然涉及到TD-SCDMA与WiMAX的竞争与合作，后者则意味着优势互补，融合共赢。下面将深入剖析这两种演进路线并提出不同路线下的建议。7.2TD-SCDMA向TD-LTE演进带来的与WiMAX的竞争TD-SCDMA向TD-LTE方向演进，与WiMAX呈竞争发展的态势：首先，中国政府扶持TD-SCDMA发展的力度很大，同时随着世界第一大运营商中国移动全力建设和推动TD-SCDMA的发展，TD-SCDMA的产业链必将不断发展、壮大，TD-SCDMA在中国取得成功是可以预见的；其次，目前WiMAX设备成熟度高，有比较强大的产业联盟支持，且在美、韩等国家已经商用，有在全球铺开的可能性。但是由于其主要推动力量来自IT厂商，技术标准、设备与现有2G/3G网络的兼容性不好，且其直接与TD-SCDMA发生冲突等原因，导致WiMAX要在中国占据一席之地希望渺茫，而在中国以外的国际市场WiMAX还要面临与LTE FDD的竞争，因此WiMAX的成功很难一帆风顺。如果采取竞争发展的演进路线，应当重视以下几方面： 政府应加大对TD-SCDMA产业的扶持力度，并为TD-SCDMA未来演进创造良好的产、学、研一体化产业环境； 运营商应加快TD-SCDMA网络优化和产品设计，吸引国外厂商加入设备研制队伍以提高产业整体水平，并注重传播TDD/FDD双模发展理念； 科研机构应加快TD-LTE标准制定进程，争取尽快拿出具有中国自主知识产权的技术方案，为TD-LTE产业化和国际化赢得宝贵时间。7.3TD-SCDMA与WiMAX的融合共赢TD-SCDMA演进目标应当是与国际主流标准的融合，借助国际先进制造商的力量壮大和发展自身产业链，有力推动TD-LTE标准国际化，不断扩大自身的市场份额并实现全球商用。而WiMAX为了扩大其市场份额，尤其是中国市场这块大蛋糕，也需要与TD-SCDMA融合。另外，通过与TD-SCDMA融合，WiMAX可以取得3GPP以及国际主流电信运营商和设备商的支持，成为LTE时代的主流标准。从长远看，由于TD-LTE标准制定过程中始终保持与LTE FDD很好的兼容性，TD-LTE与WiMAX的融合将有利于未来LTE 标准乃至4G标准的一体化。此外，在技术实现上，由于TD-SCDMA与WiMAX都采用TDD 制式，底层基础物理技术均为OFDM，两者的融合拥有得天独厚的优势，但具体来说两者融合还必须考虑业务能力、网络建设与部署能力、产业规模、国际漫游能力以及IPR占有率等方面的因素。如果采取融合发展的演进路线，应当重视以下几点： TD-SCDMA与WiMAX阵营不能计较眼前得失，而应用长远的眼光来看待技术、标准、专利、市场以及利益，拿出最大的诚意和信任开展合作； 在融合演进的过程中，政府要引导科研院所提高知识产权保护意识，始终保护好TD-SCDMA的原有知识产权并注重不断挖掘新的知识产权； 政府应号召运营商切实起到引导和推动TD-LTE产业链发展的关键作用，同时注重利用NGMN联盟促进TDD/FDD的双模发展，实现未来4G无线系统的全球互联互通。8结束语ITU已经批准了WiMAX加入IMT-2000标准体系，这对整个世界的3G格局将产生深远的影响，归纳起来有如下几个方面：加剧了3G市场的竞争，特别对TD-SCDMA产生了更为直接的影响和威胁；促进了3G技术更新，加速技术演进；增加3G空中接口的种类，增加系统间漫游的复杂性；为运营商在网络建设时增加了一种技术选择。TD-SCDMA与WiMAX各有优劣势，其演进都有较为强大的支持力量，各自发展并不存在生存危机，都有取得成功的基