移动智能终端技术与测试
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1.2 移动终端的发展过程

移动终端又称为移动通信终端,其移动性主要体现在移动通信能力和便携化体积。早期的移动终端通常指移动电话,或称为手机,是在移动过程中可以通过无线链路发起或者接听电话的设备。移动电话通过接入移动运营商的蜂窝网络来实现通话功能。这类传统手机通常也叫非智能手机(Feature phone)或者“功能机”,只具备基本的电话功能。在功能机的基础上,逐渐发展演变出了移动智能终端。

1.2.1 从模拟手机到数字手机

追溯手机的发展史,源于20世纪初。1902年,一个叫内森·斯塔布菲尔德的美国人在肯塔基州默里的乡下住宅内制成了第一个无线电话装置,这部可实现无线移动通信的电话是人类对“手机”技术最早的探索研究。

1938年,美国贝尔实验室为美国军方制成了世界上第一部“移动电话”。

图1-3 第一个商用的移动终端:DynaTAC 8000x

1973年4月,美国摩托罗拉公司工程技术员马丁·库帕发明了世界上第一部面向民用的手机,它是一个4.4磅(2公斤)的大“砖头”,马丁·库帕从此也被称为现代“手机之父”。1983年,第一个商用的移动终端出现了,它是摩托罗拉公司的DynaTAC 8000x,重1公斤多,充电时间为10小时,但通话时间只有半小时,当时销售价格为3995美元。第一台手机进入中国市场是在1987年,型号为摩托罗拉3200,造型设计和摩托罗拉DynaTAC 8000x基本一致,是当时非常流行的“大哥大”,如图1-3所示。

第一个商用的自动蜂窝网络Nippon Telegraph and Telephone1979年在日本投入使用。1981年,北欧移动电话系统(NMT)在丹麦、芬兰、挪威和瑞典同时投入使用。20世纪80年代中期其他的几个国家也加入进来。以上的这些蜂窝系统都使用模拟技术,被称为第一代移动通信技术。1991年,GSM数字蜂窝技术在芬兰投入使用,此后的移动通信制式都采用了数字技术。十年后的2001年,全球第一个商用第三代移动通信技术,NTTDoCoMo的WCDMA在日本投入使用。后续的蜂窝通信技术不断发展,还陆续出现了3.5G、3G+、3G增强技术(HSPA)、4G等技术,手机的通话质量越来越高,数据速率越来越快,功能从模拟时代的通话扩展到短信、邮件、网页浏览等,应用也得到了极大丰富。一般来说,移动电话都有以下基本特点:

(1)每个手机使用一个唯一的IMEI号来识别。

(2)具备输入接口,人们通过输入接口来操控手机。传统的功能机使用键盘,智能机大多使用触摸屏。

(3)具备屏幕,对用户的输入产生反应,显示文字或者图形信息,与用户交互基本的移动电话业务,使用户可以收发语音和信息。

(4)大多数手机使用卡来识别账户,这也使一个账户可以使用在不同的手机上。所有的GSM手机使用SIM卡,一些CDMA手机使用R-UIM卡。

(5)具有电池,为手机的工作提供电能。

1.2.2 移动智能终端的雏形

最早的移动智能终端就是智能手机。智能手机“smart phone”一词最早出现在1995年,AT&T BELL LAB的Pamela Savage在《Designing a GUI for business telephone user》一文中称“PhoneWriter Communicator”为“smart phone”。

第一款可以认为是智能手机的蜂窝设备是IBM的“SIMON”(如图1-4所示)。“SIMON”是IBM于1992年在COMDEX计算机工业展会上展出的原型机,1994年,BELLSOUTH开始销售其修改后的版本:Simon Personal Communicator。除了拨打和接听蜂窝电话外,SIMON可以收发传真、E-mail,并可以通过触摸屏完成一些应用功能如地址本、日历、日程表、计算器、世界时间和记事本。SIMON是第一款具有PDA特性的智能手机。

图1-4 IBM SIMOR和充电座(1994)

20世纪90年代后期,许多移动电话的使用者都另外带着PDA,这些PDA运行的操作系统有Palm、BlackBerry、Windows CE/Pocket PC等,这些操作系统后来也逐渐演变为移动终端操作系统。

1996年8月,NOKIA发布了Nokia 9000 Communicator,它由基于GEOS V3.0操作系统的Geoworks(PDA)和数字蜂窝电话NOKIA2110组成,两个设备通过类似合页连接在一起,使用翻盖设计,打开后,上部是屏幕下部是键盘,它具备收发E-mail、日历、地址簿、计算器、记事本、基于文本的Web浏览、收发传真等功能。当合上设备的时候,它可以作为数字蜂窝电话使用。

1999年6月,Qualcomm公司发布了CDMA数字PCS智能手机“PDQ Smartphone”,集成了Palm PDA,具备Internet功能。

1999年,NTT DoCoMo公司发布了一款运行在-i Mode(一种在日本很普及的移动互联网服务)上的手机,这是第一款获得大量用户的智能手机,这款手机支持9.6 kbit/s的数据传输速率。与后来的无线服务不同,NTT DoCoMo的i-Mode使用CHTML,这是一种对传统的HTML进行了限制的语言,提高了数据速率。受限的功能性,小的屏幕使手机可以使用更低的数据速率完成相应的功能。i-Mode业务使NTT DoCoMo在2001年底前增加了约4000万用户,为日本第一全球第二的市场占有率,这势头直到3G时代的到来才衰落下去。

2000年,Ericsson发布了R380,它具备PDA和移动电话的功能,具有使用手写输入设备的电阻触摸屏,支持有限的Web浏览。

2001年,Palm推出了Kyocera 6035,集成PDA和移动电话功能,可运行于Verizon网络,也支持有限的Web浏览。

到2005年左右基于微软的Windows Mobile在美国的商业人士中有所普及。此后黑莓在美国得到了大量用户,“刷机”在2006年成为美国人熟悉的词,黑莓公司最早在2003年发布的是GSM BlackBerry 6210、BlackBerry 6220和BlackBerry 6230手机。

早期(在安卓、iOS和黑莓之前)的智能手机大多运行Symbian系统,如图1-5所示,在2010年最后一个季度前,最初由Psion开发的Symbian系统是世界上使用最多的智能手机操作系统。Symbian系统是塞班公司为手机设计的操作系统。2008年12月2日,塞班公司被诺基亚收购。由于缺乏新技术支持,塞班的市场份额日益萎缩。截至2012年2月,塞班系统的全球市场占有量仅为6.8%,中国市场占有率则降至11%。2012年5月27日,诺基亚宣布,彻底放弃继续开发塞班系统,取消塞班Carla的开发,最早在2012年年底,最迟在2014年彻底终止对塞班的所有支持。

图1-5 塞班系统代表:诺基亚N8,全球首款采用塞班3操作系统,具有强大的拍照功能

1.2.3 iOS、Android等操作系统的崛起

苹果iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统。苹果公司最早于2007年1月9日的Macworld大会上公布了这个系统,最初是设计给iPhone使用的,后来陆续用到iPod touch、iPad以及Apple TV等苹果产品上。系统原名为iPhone OS,直到2010年6月7日WWDC大会上宣布改名为iOS。

2007年,苹果公司推出了iPhone,它率先引入了多点触控技术和全新的用户界面,让用户用手指触摸即可控制手机,并将桌面级电子邮件、网页浏览、搜索、地图等功能有效融合,带来用户体验的极大提升。2011年4月,在美国加利福尼亚州举行的Let's talk iPhone的新品发布会上,苹果发布运行iOS 5系统的新一代iPhone手机iPhone 4S。iPhone 4S在硬件和软件方面都有了较大的提升,全新siri智能语音助手和iCloud云端服务,在硬件方面,搭载苹果A5双核处理器,正面配有3.5英寸IPS玻璃硬屏,分辨率为960×640像素,背照式镜头像素提升至800万。

2008年Android操作系统的手机开始出现。Android是一个开放源代码平台,由Andy Rubin创立,2005年由Google收购注资,并组建开放手机联盟开发改良,逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。虽然在开始的时候Android的市场增长缓慢,到了2010年,Android的市场开始加速增长,现在Android已经是市场上占有统治地位的手机操作系统。2014年智能手机操作系统份额,Android占比81.5%, iOS占比14.8%。

第一款Android手机T-Mobile G1代号Dream(如图1-6所示),它是滑盖手机,可以触摸操控,也可以使用键盘。使用3G网络、内置Chrome浏览器、支持YouTube在线观看、图案解锁等。通过Android Market可以搜寻和下载适合自己的软件与游戏。从这一款手机开始,Android逐步打造了一个开放式的操作系统生态。这款手机的代工厂商HTC也开始了自己的梦想,一度占据Android市场的最大份额,只不过辉煌已经成为历史。

图1-6 第一款Android系统手机T-Mobile G1

Windows Phone是微软发布的一款手机操作系统,它将微软旗下的Xbox Live游戏、Zune音乐与独特的视频体验整合至手机中。2010年10月11日,微软公司正式发布了智能手机操作系统Windows Phone,界面如图1-7所示,同时将谷歌的Android和苹果的iOS列为主要竞争对手。2011年2月,诺基亚与微软达成全球战略同盟并深度合作共同研发,双方在智能手机领域进行深度合作。

图1-7 诺基亚首款Windows Phone手机Lumia 800,正面增加了三个Windows Phone按键

iOS和Android的出现和迅速占领市场使以前的平台走向衰落。为了应对iOS和Android,微软用Scratch开发了Windows Phone操作系统。NOKIA放弃了塞班操作系统,和微软合作在智能手机上使用Windows Phone。Windows Phone由此成为市场占有率第三的操作系统。此外,惠普公司收购了Palm的WebOS后又把它卖给了LG电子,LG电子把它使用在LG的智能电视上。黑莓公司也用Scratch开发了一个新的平台:BlackBerry 10。

2015年度中国手机市场上,搭载Android系统的手机获得82.02%的关注比例,占据绝对主流;其次为苹果iOS系统,获得15.03%的关注比例;Windows Phone系统关注度为2.01%(数据来源:ZDC)。到了2016年上半年,搭载Android与iOS系统的智能手机合计占据98.9%的市场份额,同比增长22%,其中Android的全球市场占有率达到85.1%, iOS市场占有率为13.8%。

1.2.4 智能终端时代的到来

电容式触摸屏给智能手机的样式带来了巨大的影响。2007年以前,手机不论是翻盖、滑盖还是直板样式,一般都具有物理键盘。2007年的苹果iPhone带来的触摸屏对智能手机的影响深远,它推动了手机产业的快速发展,其后的几年时间里,整个手机市场格局都改变了。2010年以后,那些销量较高的主流智能机都没有物理键盘了。十几年后再来看这块玻璃,它由3.5英寸慢慢变成4英寸最后扩展到4.7英寸和5.5英寸,玻璃由平面变成了2.5D。短短的数年之间这块神奇的玻璃,魔力般地将所有的智能机带入了玻璃脸世界,就连以实体全键盘为傲的黑莓也在2013年推出了全屏幕触摸手机。

智能手机在3G时代到来后经历了爆炸性的增长,2012年第三季度,全世界拥有智能手机超过了10亿部(Don Reisinger(October 17,2012).Worldwide smartphone user base hits 1 billion.CNet.CBS Interactive, Inc.Retrieved, July 26,2013.)。2013年初,全球智能手机的销量开始超过功能机(“Smartphones now outsell ‘dumb'phones”.3 News NZ.April 29,2013.),带有通信功能的平板业也随之出现。如图1-8所示,可以看出,2008年后的国内市场上,智能机开始迅速替代功能机,智能手机的时代真正来临。目前的移动智能终端带有高级移动操作系统(个人电脑操作系统与移动手持终端使用特性相结合的操作系统),具有传统移动电话机和其他一些流行的移动设备如PDA、Media Player、GPS终端相结合的功能。大部分的移动智能终端可以使用Internet,具有触摸屏,可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序,通过此类程序不断对手机的功能进行扩充,可以播放音视频,具有摄像头和拍照功能。

图1-8 中国手机市场销售量、销售额及均价图(数据来源:GFK)

回顾移动智能终端的发展历程,从早期具有PDA功能的终端开始摸索发展,到2007年iPhone推出后推动智能终端的迅速普及,智能化引发了移动终端基因突变,移动智能终端在几年内迅速转变为互联网业务的关键入口和主要创新平台,成为了新型媒体、电子商务和信息服务平台,成为了互联网资源、移动网络资源与环境交互资源的最重要枢纽,其操作系统和处理器芯片甚至成为当今整个ICT产业的推动力和战略制高点。移动智能终端引发的颠覆性变革揭开了移动互联网产业发展的序幕,开启了一个新的技术产业周期。