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一、HSDPA終端的發(fā)展現(xiàn)狀
2005年，運(yùn)營(yíng)商測(cè)試的HSDPA終端主要是12類別的終端和峰值1.8Mbit/s的數(shù)據(jù)卡，在2006的巴塞羅那通信展上，LG、NEC公司已經(jīng)展示了12類別的終端。目前部分廠商已經(jīng)可以提供峰值3.6Mbit/s的終端及數(shù)據(jù)卡，如日本最大的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TTDoCoMo已于8月31日推出3.5Gbit/s的HSDPA服務(wù)，下載速度達(dá)3.6Mbit/s，上行384kbit/s，公司已經(jīng)發(fā)售HSDPA手機(jī)3GFOMAN902iX。此外，中興通訊公司推出的3.6Mbit/s的高速下行鏈路分組接入(HSDPA)數(shù)據(jù)卡MF330開(kāi)始為歐洲主流運(yùn)營(yíng)商批量供貨。芯片方面，高通支持7.2Mbit/s和HSDPA芯片已面世，杰爾宣布推出3.6Mbit/s HSDPA芯片組，英飛凌則面向中端多媒體電話市場(chǎng)推出了7.2Mbit/s HSDPA處理器樣品。
據(jù)GSA統(tǒng)計(jì)，截至2006年7月31日，HSDPA的終端已發(fā)展到51款，包括25款數(shù)據(jù)卡、3款路由器、3款USB接口卡和20款手持終端。25款數(shù)據(jù)卡的生產(chǎn)廠商分布分別是：華為、中興、摩托各1款，共3款；西門(mén)子2款；NovatelWireless6款；OptionWireless6款；SierraWireless7款；NTT Docomo1 FOMA數(shù)據(jù)卡款。3款路由器分別是：Topex、Option、Sarian各一款；3款USB接口卡ZadaCOM、華為、Option各1款。20款手持終端生產(chǎn)廠商分別是：BenQ-Siemens1款；LG5款；三星5款；Motorola 3款；HTC(包括Qtek)3款；NEC1款；Fujisu 1款；Dopod 1款。相對(duì)過(guò)去的6個(gè)月，終端種類增長(zhǎng)了80%。
此外，已經(jīng)內(nèi)置HSDPA數(shù)據(jù)卡功能的PC機(jī)品牌已達(dá)到7家，分別是Acer、Dell、Dialogue、Fujitsu-Siemens、HPCompaq、Lenovo、Panasonic，他們以與運(yùn)營(yíng)商，如Vodofone、T-Mobile、Cingular等合作的方式為用戶提供HSDPA的服務(wù)。隨著HSDPA網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步建設(shè)，商用模式的成功，將會(huì)有越來(lái)越多的HSDPA終端提供商及更多類型的終端面世。
二、決定HSDPA終端性能的要素
按照3GPP25.306的定義，HSDPA(FDD)的終端共分為12類，如表1所示。
表1詳細(xì)列出了不同類別的終端對(duì)應(yīng)的峰值速率以及影響峰值速率的各種因素。影響HSDPA終端的關(guān)鍵因素包括如下各種。
1.支持的最大碼字?jǐn)?shù)
HSDPA采用固定SF=16的碼道，單小區(qū)除公共信道占用一個(gè)SF=16的碼字外，HSDPA最大可用的碼字?jǐn)?shù)為15個(gè)。從表1可見(jiàn)，12類終端支持的最大碼字?jǐn)?shù)分別為5、10、15。依據(jù)WCDMA的通信原理，信號(hào)從信源編碼到信道編碼，再進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制到3.84Mchips/s的帶寬上，因此如果是QPSK調(diào)制，HSDPA單碼道的極限傳輸能力是480kbit/s。
如果是16QAM調(diào)制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是960kbit/s。
由此可見(jiàn)，HSDPA的速率與可使用的碼道數(shù)緊密相關(guān)，在其它條件一致的情況下，使用的碼道數(shù)越多，能夠達(dá)到的峰值速率越大。
2.軟信道容量
針對(duì)上述12類終端，規(guī)范分別定義了相應(yīng)的軟信道容量，HARQ的虛擬IR緩存，即HS-DSCH能傳輸?shù)目傂畔⒘俊?br />
混合ARQ是HSDPA的關(guān)鍵技術(shù)之一。它完成信道編碼后的輸出比特?cái)?shù)與映射進(jìn)HS-PDSCH物理信道集合的總比特?cái)?shù)的匹配。HARQ功能由冗余版本(RV)參數(shù)控制。混合ARQ的輸出比特的精確設(shè)置依賴于輸入比特?cái)?shù)、輸出比特?cái)?shù)和RV參數(shù)。
HARQ功能包括2次速率匹配和1個(gè)虛擬IR緩存，也稱為軟信道容量組成，如圖1所示。
第一次速率匹配過(guò)程將輸入比特?cái)?shù)匹配到虛擬IR緩存，虛擬IR緩存由高層配置。如果輸入比特?cái)?shù)不超過(guò)虛擬IR緩存的能力，那么這一步是透明的，不需被打掉任何比特，否則需要去掉多余的比特。
第二次速率匹配過(guò)程將第一次速率匹配后的比特?cái)?shù)匹配到該TTI中多個(gè)HS-PDSCH物理信道集合的總比特?cái)?shù)。速率匹配輸出的所有比特被平均分配到多個(gè)物理信道。
由此可見(jiàn)，軟信道容量決定了混合ARQ的第一次速率匹配，會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)側(cè)使用的傳輸格式(RV)，一定程度上影響了UE的傳輸能力，當(dāng)然該容量越大對(duì)應(yīng)有效的傳輸信息越大，UE的速率會(huì)越高。
例如，當(dāng)基站采用“顯示”方式來(lái)處理時(shí)，UTRAN根據(jù)資源占用情況及終端能力分配終端最大進(jìn)程數(shù)，并且給終端的每個(gè)HARQ進(jìn)程配置相應(yīng)的傳輸量，即通過(guò)HS-SCCH攜帶的信令信息逐一告知終端每個(gè)HARQ進(jìn)程可攜帶的最大信息量；如果基站采用“隱式”方式處理時(shí)，UTRAN根據(jù)資源占用情況及終端能力分配終端最大進(jìn)程數(shù)，但是每個(gè)進(jìn)程數(shù)承載的信息量相同，以避免每2msUE就對(duì)HS-SCCH的相應(yīng)信息進(jìn)行一次解碼，節(jié)省了信令流程，減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度。目前大部分廠商是采用“隱式”的處理方式。但上述兩種方式都必須滿足HS-DSCH內(nèi)的軟信道容量要大于或等于UE所有進(jìn)程承載的信息量之和。
3.HARQ的進(jìn)程數(shù)
上面提到，HSDPA關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用了混合ARQ技術(shù)，同時(shí)混合ARQ進(jìn)程數(shù)的多少也嚴(yán)重影響UE的性能，從上述列表也可見(jiàn)。HARQ的進(jìn)程數(shù)(即在一個(gè)信道上同時(shí)并列進(jìn)行SAW(stopandwait)傳輸?shù)膫�(gè)數(shù))越多，并列傳輸?shù)男畔⒘吭酱�，單位時(shí)間內(nèi)能達(dá)到的速率越高。當(dāng)然進(jìn)程數(shù)太多，會(huì)增加UE的內(nèi)存并且可能增加業(yè)務(wù)的延遲。一般推薦采用4～6個(gè)進(jìn)程，既保證了解碼的效率同時(shí)也兼顧了時(shí)延。
4.最小TTI的間隔
HSDPA采用資源共享的方式，幀長(zhǎng)TTI為2ms，碼分方式下，每個(gè)TTI可同時(shí)容納4個(gè)用戶。假如在資源分配許可的情況下，UE可以一直占用資源，而且每個(gè)TTI都有信息發(fā)送，那么可實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化。但是UE在占用TTI的情況下，卻不能發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)資源。例如最小TTI間隔為2或3的UE，與TTI間隔為1的相比，在傳輸同等信息量的情況下，前者的速率是后者的1/2或1/3，因?yàn)樗加玫臅r(shí)間比別的長(zhǎng)2～3倍。因此最小TTI間隔也影響終端的性能。當(dāng)最小TTI的間隔越小，代表可發(fā)送信息的機(jī)會(huì)越多，可實(shí)現(xiàn)的速率越大。性能低的手機(jī)在網(wǎng)時(shí)，即較高的Inter-TTI會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)側(cè)基站頻譜利用效率降低。
當(dāng)然從目前的各芯片廠商的研發(fā)來(lái)看，開(kāi)發(fā)最小TTI間隔較大的終端不太可能，如Category1、2、3、4類的終端。
三、技術(shù)難點(diǎn)及存在問(wèn)題
1.高效的解調(diào)性能
HSDPA的終端不同于cdma20001xEV-DO的終端，后者單純地使用一個(gè)新頻點(diǎn)，不存在與1x的語(yǔ)音業(yè)務(wù)相互干擾的問(wèn)題，而前者可以而且強(qiáng)烈推薦使用在與原R99/R4混合載頻組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)里(因?yàn)榛旌陷d頻的承載效率要高于單載頻組網(wǎng)的效率)，但是對(duì)目前普遍以話音為主的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在混合載頻的配置中，資源的使用上R99/R4的原CS業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音、視頻享有較高優(yōu)先級(jí)，而HSDPA的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)低，通常是充分利用R99/R4剩余的資源，如功率、碼字等。因此在引入HSDPA后，引入網(wǎng)絡(luò)整體干擾的情況下，要保證原業(yè)務(wù)容量、覆蓋等因素的不變，同時(shí)充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，需要提高終端的解調(diào)性能，提高靈敏度。
2.高性能電池
眾所周知，目前3G終端耗電量略高于2G終端，這與3G技術(shù)的復(fù)雜性相關(guān)。3G的CDMA技術(shù)復(fù)雜，基帶數(shù)據(jù)處理量大，射頻功率放大器的線形度要求很高，導(dǎo)致3G終端基帶處理芯片和射頻芯片組的耗電量相對(duì)增加。但是HSDPA提供了比R99/R4更加復(fù)雜的基帶及射頻技術(shù)，更短的幀結(jié)構(gòu)、物理層的HARQ軟合并，動(dòng)態(tài)的功率及碼資源調(diào)整，16QAM的引入等導(dǎo)致HSDPA具有較R99/R4更高的功耗。此外，速率越快，對(duì)手機(jī)天線的性能要求越高，所消耗的電量也越大。目前的手機(jī)電池基本滿足不了Category9和Category10的手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間單獨(dú)上網(wǎng)的要求。
3.芯片滯后
目前高通、EMP等主要芯片開(kāi)發(fā)廠家的已上市芯片只能支持Category12(最大傳輸速率為1.8Mbit/s)，支持Category5和Category6(最大傳輸速率為3.6Mbit/s)的芯片預(yù)計(jì)在今年年底會(huì)有生產(chǎn)。
更高速率的芯片(Category9,Category10)還在研發(fā)階段。高通宣布的芯片計(jì)劃的主要信息如表2所示。
四、HSDPA終端的發(fā)展展望
HSDPA終端的下一步發(fā)展主要集中在接收機(jī)的增強(qiáng)上，根據(jù)3GPP的定義，將HSDPA的終端分為三類：類型一，接收分集；類型二，LMMSE均衡，即碼片級(jí)均衡；類型三3，類型一+類型二。
1.接收分集
從CDMA的發(fā)展來(lái)看，接收分集一直都是作為終端的一個(gè)可選項(xiàng)在進(jìn)行研究，由于接收分集至少需要在終端上安裝2根天線，會(huì)增加終端的體積。由于手持的方便性，小巧輕薄類的終端一直受到客戶的青睞，因此，在終端體積及接收性能上，行內(nèi)廠商普遍選擇了非接收分集。但是隨著HSDPA的引入，高速數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)而對(duì)終端提出了更高的要求，接收分集的引入勢(shì)在必行。
2.LMMSE接收機(jī)
WCDMA系統(tǒng)是直擴(kuò)CDMA系統(tǒng)的典型應(yīng)用，其接收機(jī)能夠在受到衰落和其他信道失真影響下有效地實(shí)現(xiàn)無(wú)線接收。當(dāng)從不同用戶接收到的信號(hào)不能完全正交或信號(hào)功率值大小不同，TD-SCDMA系統(tǒng)中就會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)近問(wèn)題。在這種情況下，多址干擾(MAI)可能會(huì)完全破壞低功率用戶的接收。為了防止性能的惡化，可靠的做法是采用抗遠(yuǎn)近效應(yīng)的接收機(jī)。這樣即使在有理想功率控制的情況下，也能進(jìn)一步提高接收性能。
MMSE檢測(cè)器在解調(diào)用戶信號(hào)(去除MAI)和不增強(qiáng)背景噪聲之間作出平衡,它考慮了背景噪聲并利用了接收信號(hào)的功率值，它的基本思想是使實(shí)際數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)檢測(cè)器軟輸出之間的均方差最小。
線性LMMSE-RAKE接收機(jī)基于線性均衡，需要使用短擴(kuò)頻碼序列以保證在足夠短周期內(nèi)MAI的循環(huán)不變性。此時(shí)不必要知道干擾用戶的所有信息，所以非常適合下行使用。因此，LMMSE已成為WCDMA下行鏈路最有實(shí)用前景的接收機(jī)，是HSDPA終端的發(fā)展的目標(biāo)之一。
當(dāng)然，如果考慮終端性能的進(jìn)一步增強(qiáng)，可考慮上述兩者的結(jié)合。
五、總結(jié)
我們討論了HSDPA終端的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，當(dāng)然終端的發(fā)展是與網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及發(fā)展密切相關(guān)，有了一定的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，必定會(huì)有大量的芯片及終端廠商的加入，為用戶提供高性能和高質(zhì)量的終端。不可否認(rèn)，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，終端的缺陷會(huì)給網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)一定的制約。
----《通信世界》
