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一、HSDPA終端的發(fā)展現(xiàn)狀
2005年，運營商測試的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，如日本最大的移動運營商NTTDoCoMo已于8月31日推出3.5Gbit/s的HSDPA服務(wù)，下載速度達3.6Mbit/s，上行384kbit/s，公司已經(jīng)發(fā)售HSDPA手機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開始為歐洲主流運營商批量供貨。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推出了7.2Mbit/s HSDPA處理器樣品。
據(jù)GSA統(tǒng)計，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。相對過去的6個月，終端種類增長了80%。
此外，已經(jīng)內(nèi)置HSDPA數(shù)據(jù)卡功能的PC機品牌已達到7家，分別是Acer、Dell、Dialogue、Fujitsu-Siemens、HPCompaq、Lenovo、Panasonic，他們以與運營商，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)的進一步建設(shè)，商用模式的成功，將會有越來越多的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詳細列出了不同類別的終端對應(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.支持的最大碼字數(shù)
HSDPA采用固定SF=16的碼道，單小區(qū)除公共信道占用一個SF=16的碼字外，HSDPA最大可用的碼字數(shù)為15個。從表1可見，12類終端支持的最大碼字數(shù)分別為5、10、15。依據(jù)WCDMA的通信原理，信號從信源編碼到信道編碼，再進行擴頻調(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，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，能夠達到的峰值速率越大。
2.軟信道容量
針對上述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數(shù)與映射進HS-PDSCH物理信道集合的總比特數(shù)的匹配。HARQ功能由冗余版本(RV)參數(shù)控制�；旌螦RQ的輸出比特的精確設(shè)置依賴于輸入比特數(shù)、輸出比特數(shù)和RV參數(shù)。
HARQ功能包括2次速率匹配和1個虛擬IR緩存，也稱為軟信道容量組成，如圖1所示。
第一次速率匹配過程將輸入比特數(shù)匹配到虛擬IR緩存，虛擬IR緩存由高層配置。如果輸入比特數(shù)不超過虛擬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。
第二次速率匹配過程將第一次速率匹配后的比特數(shù)匹配到該TTI中多個HS-PDSCH物理信道集合的總比特數(shù)。速率匹配輸出的所有比特被平均分配到多個物理信道。
由此可見，軟信道容量決定了混合ARQ的第一次速率匹配，會影響網(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，當然該容量越大對應(yīng)有效的傳輸信息越大，UE的速率會越高。
例如，當基站采用“顯示”方式來處理時，UTRAN根據(jù)資源占用情況及終端能力分配終端最大進程數(shù)，并且給終端的每個HARQ進程配置相應(yīng)的傳輸量，即通過HS-SCCH攜帶的信令信息逐一告知終端每個HARQ進程可攜帶的最大信息量；如果基站采用“隱式”方式處理時，UTRAN根據(jù)資源占用情況及終端能力分配終端最大進程數(shù)，但是每個進程數(shù)承載的信息量相同，以避免每2msUE就對HS-SCCH的相應(yīng)信息進行一次解碼，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所有進程承載的信息量之和。
3.HARQ的進程數(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)，同時混合ARQ進程數(shù)的多少也嚴重影響UE的性能，從上述列表也可見。HARQ的進程數(shù)(即在一個信道上同時并列進行SAW(stopandwait)傳輸?shù)膫�數(shù))越多，并列傳輸?shù)男畔⒘吭酱�，單位時間內(nèi)能達到的速率越高。當然進程數(shù)太多，會增加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個進程，既保證了解碼的效率同時也兼顧了時延。
4.最小TTI的間隔
HSDPA采用資源共享的方式，幀長TTI為2ms，碼分方式下，每個TTI可同時容納4個用戶。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TTI都有信息發(fā)送，那么可實現(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)，就會浪費系統(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，因為它占用的時間比別的長2～3倍。因此最小TTI間隔也影響終端的性能。當最小TTI的間隔越小，代表可發(fā)送信息的機會越多，可實現(xiàn)的速率越大。性能低的手機在網(wǎng)時，即較高的Inter-TTI會造成網(wǎng)絡(luò)側(cè)基站頻譜利用效率降低。
當然從目前的各芯片廠商的研發(fā)來看，開發(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)難點及存在問題
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新頻點，不存在與1x的語音業(yè)務(wù)相互干擾的問題，而前者可以而且強烈推薦使用在與原R99/R4混合載頻組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)里(因為混合載頻的承載效率要高于單載頻組網(wǎng)的效率)，但是對目前普遍以話音為主的網(wǎng)絡(luò)來說，在混合載頻的配置中，資源的使用上R99/R4的原CS業(yè)務(wù)，如語音、視頻享有較高優(yōu)先級，而HSDPA的業(yè)務(wù)優(yōu)先級低，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，同時充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢，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，導致3G終端基帶處理芯片和射頻芯片組的耗電量相對增加。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，動態(tài)的功率及碼資源調(diào)整，16QAM的引入等導致HSDPA具有較R99/R4更高的功耗。此外，速率越快，對手機天線的性能要求越高，所消耗的電量也越大。目前的手機電池基本滿足不了Category9和Category10的手機長時間單獨上網(wǎng)的要求。
3.芯片滯后
目前高通、EMP等主要芯片開發(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)計在今年年底會有生產(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的增強上，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，即碼片級均衡；類型三3，類型一+類型二。
1.接收分集
從CDMA的發(fā)展來看，接收分集一直都是作為終端的一個可選項在進行研究，由于接收分集至少需要在終端上安裝2根天線，會增加終端的體積。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)的傳輸進而對終端提出了更高的要求，接收分集的引入勢在必行。
2.LMMSE接收機
WCDMA系統(tǒng)是直擴CDMA系統(tǒng)的典型應(yīng)用，其接收機能夠在受到衰落和其他信道失真影響下有效地實現(xiàn)無線接收。當從不同用戶接收到的信號不能完全正交或信號功率值大小不同，TD-SCDMA系統(tǒng)中就會出現(xiàn)遠近問題。在這種情況下，多址干擾(MAI)可能會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近效應(yīng)的接收機。這樣即使在有理想功率控制的情況下，也能進一步提高接收性能。
MMSE檢測器在解調(diào)用戶信號(去除MAI)和不增強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的功率值，它的基本思想是使實際數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)檢測器軟輸出之間的均方差最小。
線性LMMSE-RAKE接收機基于線性均衡，需要使用短擴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下行鏈路最有實用前景的接收機，是HSDPA終端的發(fā)展的目標之一。
當然，如果考慮終端性能的進一步增強，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)狀及存在的問題，當然終端的發(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，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，終端的缺陷會給網(wǎng)絡(luò)的運營帶來一定的制約。
----《通信世界》
