３．５Ｇ／ＨＳＤＰＡ技術(shù)架構(gòu)與手機(jī)開(kāi)發(fā)議題

目前在手機(jī)市場(chǎng)上來(lái)勢(shì)洶洶的一個(gè)新名詞，正是號(hào)稱(chēng)3．5G的HSDPA(高速下行分組接入)。它會(huì)成為市場(chǎng)上關(guān)注的話題，有其時(shí)代上的意義，一是由于CDMA2000在3G市場(chǎng)已取得領(lǐng)導(dǎo)性的優(yōu)勢(shì)，讓W(xué)CDMA陣營(yíng)感到極大的壓力；另外則是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)陣營(yíng)推動(dòng)的WiMAX聲勢(shì)浩大，也讓W(xué)CDMA陣營(yíng)急需推出新一代的技術(shù)，以鞏固既有的江山。

先來(lái)看看目前3G市場(chǎng)推展的現(xiàn)況。根據(jù)GSA及CDG的統(tǒng)計(jì)，2O04年年中時(shí)wCDMA、CDMA20001X和CDMA2000lxEV-DO的商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量分別只有37、87和10個(gè)，而截至2005年6月，全球共已開(kāi)通了223個(gè)3G商用網(wǎng)絡(luò)，其中CDMA2000 1X網(wǎng)絡(luò)123個(gè)，CDMA2000 1x EV-DO網(wǎng)絡(luò)22個(gè)，相較之下，WCDMA網(wǎng)絡(luò)只有78個(gè)；預(yù)計(jì)明年將有22個(gè)CDMA2000 1X EV-DO網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃開(kāi)通，WCDMA網(wǎng)絡(luò)則有七家電信公司準(zhǔn)備進(jìn)入商用階段。

對(duì)于同時(shí)兩項(xiàng)規(guī)格并行的國(guó)家來(lái)說(shuō)，這種態(tài)勢(shì)讓采用WCDMA的電信業(yè)者感到憂心忡忡，擔(dān)心好不容易上升的用戶數(shù)會(huì)流失到另一個(gè)陣營(yíng)。代表性的國(guó)家分別是日本、美國(guó)和中國(guó)，其中日本NTTDoCoMo從2004年開(kāi)始就計(jì)劃在兩年內(nèi)投資3．5億美元，資助6家終端廠商(富士通、三菱電子、摩托羅拉、NEC、松下、夏普)加快HSPDA手機(jī)終端的研發(fā)，以對(duì)抗KDDI的無(wú)線高速資料服務(wù)，KDDl日前宣布將在2006年底將開(kāi)通CDMA2000lx EV-DO Rev．A網(wǎng)絡(luò)，將上行／下行速率提升到1．8／3．1Mbps。

美國(guó)方面，Verizon Wireless布建的EV-DO系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了32個(gè)城市，在人口覆蓋率上則超過(guò)30％，并計(jì)劃到2005年底超過(guò)40％。美國(guó)最大的行動(dòng)通訊服務(wù)商Cigular為了應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)，于2004年底宣布對(duì)WCDMA系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，計(jì)劃2005年底率先在美國(guó)的幾個(gè)主要城市的城區(qū)和效區(qū)部署HSDPA網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)方面，中國(guó)聯(lián)通已開(kāi)始大力推展CDMA2000lx EV-DO系統(tǒng)，這無(wú)疑將對(duì)中國(guó)移動(dòng)造成競(jìng)爭(zhēng)壓力。為此，中國(guó)移動(dòng)表示在3G牌照發(fā)放后，中國(guó)移動(dòng)將首先在沿海發(fā)達(dá)及重要城市部署HSDPA網(wǎng)絡(luò)。

兩大3．5G標(biāo)準(zhǔn)比較

回顧兩項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)規(guī)格的發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP／3GP~在2000年分別啟動(dòng)這兩項(xiàng)技術(shù)。lxEV-DO方面，3GPP2目前已完成Rev0、RevA(反向增強(qiáng))的標(biāo)準(zhǔn)化工作，正在制定Rev B的標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)2006年初會(huì)完成Rev B版本的標(biāo)準(zhǔn)化。

3GPP則將HSDPA的演進(jìn)分三個(gè)階段，第一階段從2000年啟動(dòng)，在R5版本定義了基本HSDPA，目前該階段已完成，在導(dǎo)入HS．DSCH通道、AMC和HARQ等技術(shù)后，其理想峰值速率可達(dá)14．4Mbps；第二階段是R6版本定義的增強(qiáng)型HSDPA，通過(guò)采用MIMo技術(shù)將峰值速率提高至30Mbps；第三階段將聯(lián)合采用OFDM和64QAM調(diào)制技術(shù)，使峰值速率達(dá)到50Mbps以上。請(qǐng)參考(表1)、(圖1)、(圖2)。

為了保障業(yè)者的投資，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都基于對(duì)既有網(wǎng)絡(luò)做最小更動(dòng)的原則來(lái)進(jìn)行演進(jìn)設(shè)計(jì)，也就是盡量不更動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和核心網(wǎng)絡(luò)，而且使用既有的頻譜資源。在此情況下，就必須透過(guò)先進(jìn)的技術(shù)來(lái)進(jìn)行革新，而兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都運(yùn)用了AMC、HARQ等技術(shù)作法，以下將做一比較說(shuō)明。1xEV．DO

l xEV—DOfEvolution·DataOptimized)是一項(xiàng)已商業(yè)化的可行3G技術(shù)，能將數(shù)據(jù)傳輸率提高到2Mbps，所使用的頻寬是1．25MHz，比起CDMA2000 1 xRTT和WCDMA這兩種以語(yǔ)音服務(wù)為中心的技術(shù)快上3～4倍。

lxEV-DO雖然是CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)的一部分，但它完全沒(méi)有仰賴CDMA語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)中的任何組件來(lái)提供服務(wù)、行動(dòng)性或漫游。系統(tǒng)業(yè)者不需要行動(dòng)交換中心(M obil eSwiShing Center，MSC)或如家庭和訪客位置注冊(cè)(home and visitorlocation registers，HLR/VLR)的網(wǎng)絡(luò)組件。因此不管系統(tǒng)業(yè)者目前使用的是何種語(yǔ)音技術(shù)，只要具有1．25MH z的成對(duì)頻譜(pai redspectrum)，就能夠建置l xEV-DO。

在lxEV-DO網(wǎng)絡(luò)有三個(gè)主要單元，如(圖3)所示。

·無(wú)線節(jié)點(diǎn)(Radio Nodes，RNs)

·無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(Radi0Network Controller，RNC)

·封包數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PacketData Serving Node，PDSN)

每個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)一般皆支持三個(gè)區(qū)域(sector)和服務(wù)一個(gè)蜂窩系統(tǒng)，而每個(gè)區(qū)域中有一個(gè)專(zhuān)屬發(fā)射器，用來(lái)擷取用戶調(diào)制解調(diào)器和無(wú)線節(jié)點(diǎn)之間的空中連結(jié)。1xEV-DO中的更高層協(xié)議會(huì)在RNC中處理，RNC也負(fù)責(zé)傳遞RN和PDSN之間的用戶數(shù)據(jù)。PDSN是一臺(tái)用來(lái)連結(jié)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的無(wú)線邊緣路由器(EDGE Router)。這個(gè)架構(gòu)和一些其它的3G無(wú)線技術(shù)不一樣的地方，在于它不需要依賴行動(dòng)交換中心(MSC)。

除了RNC和PDSN，lxEV-DO數(shù)據(jù)中心還有一臺(tái)聚合路由器(aggregation router)、一臺(tái)組件管理系統(tǒng)(element management system，EMS)和數(shù)臺(tái)ISP服務(wù)器。聚合路由器擷取從RN來(lái)的IP信息，再傳送到RNC；EMS負(fù)責(zé)管理無(wú)線接取網(wǎng)絡(luò)。至于常用的ISP服務(wù)器包括網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)系統(tǒng)(Domain Name System，DNS)、動(dòng)態(tài)主機(jī)組態(tài)協(xié)議(DynamicHostConfigurationPr0tOc01．DHCP)、和認(rèn)證／授權(quán)／稽查(Authentication，Authorization and A c cOunting，AAA)等標(biāo)準(zhǔn)IP服務(wù)器。

整體來(lái)說(shuō)，lxEV技術(shù)(也稱(chēng)為High Data Rate“HDR”)是一種高效能和符合成本效益的因特網(wǎng)解決方案，這項(xiàng)高速的技術(shù)能與CDMA網(wǎng)絡(luò)兼容，并提供最佳化的封包數(shù)據(jù)服務(wù)。更特別的是，它以最小的網(wǎng)絡(luò)和頻譜資源來(lái)達(dá)成其效能表現(xiàn)，是一項(xiàng)高頻譜效率的技術(shù)。HSDPA HSDPAfHigh-Speed DownlinkPacket Access)是基于3GPP R99／R4架構(gòu)的附加方案，也就是UMTS的一種空中接口，其架構(gòu)中主要包含三個(gè)組件，分別是用戶設(shè)備(UserEquipment，UE)、Node B和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)，如(圖4)所示。在基本型的標(biāo)準(zhǔn)下，采用耙式接收器(rake receiver)的6類(lèi)(category 6)行動(dòng)用戶，其尖峰數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)3．6Mbps；采用先進(jìn)接收器方案的10類(lèi)(category 10)行動(dòng)用戶則可再提升到14．4Mbps。

HSDPA是基于現(xiàn)有WCDMA網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本主要用于Node B(基地臺(tái))和RNC的軟／硬件升級(jí)。它將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理從RNC轉(zhuǎn)移到Node B，使數(shù)據(jù)處理與空中接口更靠近，從而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)傳輸量并改善服務(wù)質(zhì)量。不僅如此，HSDPA還能擴(kuò)大系統(tǒng)容量，與現(xiàn)有的WCDMA技術(shù)相比，HSDPA能在同一個(gè)無(wú)線載頻上為更多的高速率用戶提供服務(wù)。

基本上HSDPA是WCDMA下行鏈接的封包式數(shù)據(jù)服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳送速率在5MHz的頻寬下可達(dá)8—1OMbp s(采用MIMO系統(tǒng)可達(dá)20Mbps)。它加入一項(xiàng)新的高速下行共享通道(High Speed Downlink Shared Channel，HS-DSCH)，這個(gè)通道采用分割代碼的方式，將主信道分成了15個(gè)子信道，而且配合縮短的TTI(transmission time interval)作法，在2ms的時(shí)間內(nèi)對(duì)不同用戶進(jìn)行信道時(shí)間分配。這樣一來(lái)，多個(gè)用戶就能同時(shí)分享頻寬，進(jìn)而提升了頻譜的利用率。

此外，它也在實(shí)體層(PHY)導(dǎo)入更短的TTI(2ms)、采用自適應(yīng)性調(diào)制和編碼和HARQ的快速重傳等技術(shù)，讓高速傳送能夠?qū)崿F(xiàn)。其技術(shù)特色如下：

·自適應(yīng)性調(diào)制和編碼(Adaptive Modulation and Coding，AMC)

為了提供每個(gè)用戶最佳的數(shù)據(jù)速率，在HSDPA中采用了自適應(yīng)的調(diào)制和信道編碼方案，以滿足目前的通道條件。

·快速調(diào)度(fast scheduling)

在WCDMA中，分組調(diào)度由RNC負(fù)責(zé)。在HSDPA中，分組調(diào)度轉(zhuǎn)到了Node B本身，因此能夠大幅減小因條件改變帶來(lái)的延遲。為了得到調(diào)度數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)淖畲笮?，HSDPA使用了信道質(zhì)量信息、移動(dòng)終端能力、QoS和可用的功率／代碼。

·快速重傳(fast retransmission)

發(fā)生鏈路錯(cuò)誤時(shí)就需要進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，目前的WCDMA系統(tǒng)在RNC重新響應(yīng)前必須等待lOOms或更長(zhǎng)的時(shí)間量級(jí)。將此功能引入到Node B中，該延遲將減小一個(gè)量級(jí)，達(dá)到10ms左右。此作法使用了混合ARQ(HARQ)技術(shù)，在該技術(shù)中，先前傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與重傳數(shù)據(jù)以一種特殊方式結(jié)合，可以改進(jìn)譯碼效率和分散度增益。

綜合比較

目前看起來(lái)，1xEV-DO的商業(yè)化腳步較快，這和CDMA一系列標(biāo)準(zhǔn)的兼容性高有很大的關(guān)系，不像從GSM／GPRS升級(jí)到WCDMA需要大幅更動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。不過(guò)，發(fā)展腳步慢也意味著有較多的經(jīng)驗(yàn)足供參考，因此HSDPA的技術(shù)版本具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率，也能完全使用剩余的語(yǔ)音頻寬，此外，HSDPA能同時(shí)支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)。

不過(guò)，這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)之路才剛起步，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的發(fā)展方向仍不會(huì)有太大的出入。在實(shí)體層上，仍會(huì)繼續(xù)提升頻譜的利用率；在高層的協(xié)議方面，QoS是必備的技術(shù)，因?yàn)橐尪喾N服務(wù)或應(yīng)用能同時(shí)進(jìn)行；至于在收發(fā)與調(diào)制的技術(shù)上，各個(gè)無(wú)線技術(shù)都無(wú)例外的朝向采用MIMO、OFDM和智能天線等策略發(fā)展中。

HSDPA手機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)挑戰(zhàn)

雖然說(shuō)HSDPA強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不需大幅的更動(dòng)，即可提供更高速的服務(wù)，也就是只要采用既有的WCDMA／3G手機(jī)就能享有更高的下載速率，不過(guò)，要想達(dá)到最佳的接收速率，行動(dòng)終端的制造商仍得面臨極大的開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)。

在現(xiàn)階段HSDPA手機(jī)的發(fā)射端基本上還不需改變，首先面臨沖擊的是接收技術(shù)的提升。所有的蜂窩通信系統(tǒng)均面臨著兩個(gè)基本問(wèn)題：多址干擾和多徑干擾，而近年來(lái)看到的空中接口技術(shù)革命，如FDMA、TDMA、CDMA等，都可歸功于多址技術(shù)的進(jìn)步。至于在克服多徑干擾上，則已出現(xiàn)智能天線、耙式接收器(rake receiver)和OFDM等技術(shù)，目前針對(duì)HSDPA推出的先期接收方案，大都采用耙式接收器，雖然具有提升效果，但仍不能達(dá)到第一代的14．4Mbps峰值下載速率。

因此，下一步是從天線與接收器的設(shè)計(jì)架構(gòu)下手。其中的一種作法是采用分集式接收技術(shù)(DiversityReception)，也就是增加第二個(gè)天線和接收器，透過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的訊號(hào)接收路徑來(lái)接收訊號(hào)，并透過(guò)復(fù)雜的調(diào)變與編碼技術(shù)將兩者結(jié)合，以獲取更佳的訊號(hào)結(jié)果。不過(guò)，此一作法的設(shè)計(jì)難度高，額外的電路也可能增加設(shè)備的尺寸，而為了獲得最佳的差異效益，兩天線需分離越遠(yuǎn)越好，這也會(huì)造成設(shè)計(jì)工程上的挑戰(zhàn)。

另外一個(gè)類(lèi)似的策略，則是采用當(dāng)紅的MIMO技術(shù)，這也是3GPP在第二階段HSDPA中的應(yīng)用技術(shù)。MIMO顛覆多徑干擾的基本理論，反而提出空間多任務(wù)(spatia1Multiplexing)的理論，強(qiáng)調(diào)透過(guò)多徑反射來(lái)改善傳輸效率。目前在WLAN的新產(chǎn)品(Pre N)中已實(shí)際導(dǎo)入MIMO技術(shù)而能突破100Mbps的傳輸率，未來(lái)在蜂巢式的系統(tǒng)中也將看得見(jiàn)。

解決方案市場(chǎng)現(xiàn)況

目前HSDPA手機(jī)的商業(yè)化仍處于起步階段，相關(guān)的硬件解決方案仍然相當(dāng)有限。領(lǐng)先市場(chǎng)的廠商無(wú)疑是CDMA的龍頭Qualcomm，該公司已推出兩代的HSDPA解決方案，包括第一代的MSM6275芯片組和第二代的MSM6280芯片組，今年10月底在北京國(guó)際通訊展(P x／E x P oWireless)由Sierra Wireless和華為推出的兩款HSDPA數(shù)據(jù)卡，即采用Qualcomm的MSM6275，下傳速率為1．8Mbps。Qualcomm在今年lO月推出的MSM6280，除了采用90奈米制程外，并整合了接收分集和均衡器等先進(jìn)接收技術(shù)，一舉將下傳速率提升到7．2Mbps。

Freescale在2005年初推出的i．300-30 3G平臺(tái)，則是一款同時(shí)支持GSM、EDGE GPRS、WCDMA與HSDPA的多模解決方案，其中對(duì)HSDPA的下傳速率可達(dá)3．6Mbps。TI有TMS320TCl6482 DSP可支持HSDPA，不過(guò)這是針對(duì)無(wú)線基站的基帶解決方案；手機(jī)部分，其OMAP—V o x系列的先期產(chǎn)品OMAPVl030芯片組目前主要支持GSM／GPRS／EGDE，不過(guò)已承諾將協(xié)助此系列的客戶順利過(guò)渡到UMTS和HSDPA。

軟件協(xié)議部分，TTPCom也與Icera合作開(kāi)發(fā)了HSDPA／EDGE解決方案。該方案采用TTPcomRelease 5多種模式無(wú)線協(xié)議堆棧，可支持現(xiàn)有的GSM、GPRS及EDGE、WCDMA與HSDPA無(wú)線終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)3．6Mbps。此外，TTPCom也和ARM達(dá)成合作協(xié)議，共同設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)整合ARM處理器和TTPCom的行動(dòng)基帶引擎(cBEmacro)的3G平臺(tái)。

在測(cè)試儀器方面，HSDPA也為這個(gè)市場(chǎng)帶來(lái)了極大的商機(jī)，包括安捷倫、泰克和羅德史瓦茲等測(cè)量大廠早已有所布局，針對(duì)手機(jī)制造商及電信業(yè)者推出一系列從設(shè)計(jì)到互通性測(cè)試的各種儀器。安捷倫與Anite合推一套整合GsM、GPRS、EGPRS、W-CDMA、以及HSDPA等測(cè)試能力于一身的單一平臺(tái)上-SAT測(cè)試平臺(tái)，這是一套針對(duì)初期開(kāi)發(fā)所設(shè)計(jì)的從Layer 1到Layer 3的發(fā)展工具，以Agilent8960無(wú)線通訊測(cè)試系統(tǒng)為基礎(chǔ)，內(nèi)容從設(shè)計(jì)初期的RF與通訊協(xié)議測(cè)試，到完整的符合性(conformance)與互通性(inter-operability)驗(yàn)證均包含在內(nèi)。泰克在HSDPA方面的主力產(chǎn)品為NetTek測(cè)試儀，這是一套R(shí)F實(shí)地測(cè)試工具，允許RF技術(shù)人員和性能測(cè)試工程師們精確地分析NodeB發(fā)射器的性能并熟練地診斷問(wèn)題；此外，NetTek測(cè)試儀同時(shí)也提供解調(diào)制測(cè)試，其中包括對(duì)于理解RF信號(hào)環(huán)境非常關(guān)鍵的EVM。羅德史瓦茲也提供一系列的HSDPA工具，包括射頻通訊測(cè)試儀(cMu 200／300)、協(xié)議測(cè)試儀、信號(hào)分析儀等等。

搜索HSDPA，電子產(chǎn)品世界網(wǎng)站有52篇相關(guān)文章。