高速下行分組接入(HSDPA)能提供比通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)更高的速率，但要求更強的處理能力、更大存儲容量和高階調(diào)制等新的性能，這些要求對接收端的設計帶來挑戰(zhàn)。本文分析了這些技術挑戰(zhàn)，并提出了采用均衡器、雙天線等解決思路。

許多有關HSDPA的討論都集中于這樣一個事實，即HSDPA可與傳統(tǒng)的UMTS業(yè)務共存于相同的無線網(wǎng)絡中。這使運營商能夠?qū)W(wǎng)絡進行逐步升級，從而盡可能減少用于改善基礎設施的投資，降低傳輸每比特業(yè)務的成本。盡管許多人都強調(diào)這種技術能為運營商帶來好處，包括從原有的UMTS順利過渡、更有效地利用現(xiàn)有設備以及更高的投資回報，但無線技術開發(fā)商卻很少談到它對手機設計的影響。

事實上，這種技術給手機設計帶來了挑戰(zhàn)，如果能夠有效解決這些挑戰(zhàn)的話，將為消費者提供3G的性能，使數(shù)據(jù)傳輸速率達到14.4Mbps，大大超過目前UMTS所能提供的速度。

在權衡HSDPA手機設計所面臨的挑戰(zhàn)時，有兩點需要考慮。其中最重要的一點是，該協(xié)議是第三代合作伙伴計劃(3GPP)規(guī)范的進一步擴展，而不是一種全新的技術。這種技術通過擴展在UMTS標準里已經(jīng)建立的技術來取得速度上的優(yōu)勢。它將關鍵的數(shù)據(jù)處理從無線電網(wǎng)絡控制器轉(zhuǎn)移到節(jié)點B(基站)，使數(shù)據(jù)處理與空中接口更靠近，從而實現(xiàn)更高的系統(tǒng)吞吐量并改善服務質(zhì)量。

由于HSDPA建立在3GPP規(guī)范基礎之上，因此手機OEM廠商在開發(fā)HSDPA設備時可重復使用大量已有的設計工作，但這些手機將需要性能更高的信號處理器件。

第二個需要考慮的是上行的性能，正如其名稱暗示的那樣，HSDPA只是運營商對下行性能的升級。在未來一定時間內(nèi)，對高速上行分組接入(HSUPA)的部署將會增加。目前，設計更改應該只是針對手機的接收部分，發(fā)射端(W-CDMA上行鏈路)基本保持不變，這對設計所需時間及復雜性的影響是顯而易見的。

接收器實現(xiàn)面臨的困難

并不是所有HSDPA的實現(xiàn)方式都是一樣的，注意到這點很重要。一些較早投入市場的HSDPA解決方案是基于CDMA耙式接收器(rake receiver)技術。盡管對傳統(tǒng)的UMTS而言，耙式接收器工作效果很好，能滿足HSDPA速率高達每秒數(shù)兆比特的系統(tǒng)要求，但要實現(xiàn)14.4Mbps的HSDPA峰值下載速率，則還需要更先進的接收器技術。通常需要在接收器中采用先進的均衡器來應對這一挑戰(zhàn)。

接收器分集是HSDPA性能決定于實現(xiàn)方式的另一個方面。雖然單天線系統(tǒng)適合某些實現(xiàn)方式，在最佳的空中接口條件下有可能提供全速的數(shù)據(jù)速率，但對更高性能的手機和PDA來說，采用具有接收器分集特性的雙天線系統(tǒng)更有利。增加的第二個接收器和天線允許手機在大多數(shù)空中接口條件下達到更高的下載速率。

接收器的其它方面也需要加強。HSDPA支持16-QAM(正交振幅調(diào)制)、鏈路自適應、物理層中繼與混合自動重傳請求(HARQ)相結合、物理層信道條件反饋，以及一種新的傳輸信道類型，這種新的傳輸信道稱為高速下行共享信道(HS-DSCH)，它允許幾名用戶共享空中接口的信道資源。16-QAM調(diào)制要求更嚴格的射頻性能，特別是對線性的要求更加嚴格，接收器還必須能夠檢測信道質(zhì)量并反饋給基站。

HSDPA帶來的最基本的影響就是它改變了手機的信號處理及系統(tǒng)控制，從而導致軟硬件實現(xiàn)更加復雜。

HSDPA提供的數(shù)據(jù)傳輸速率將需要更快的處理能力，并要求手機具備容量更大的存儲器。若要以可接受的成本和功耗水平實現(xiàn)必需的速度和存儲器功能，那么就必須借助于65納米節(jié)點的半導體工藝技術，而目前UMTS系統(tǒng)通常采用130納米及90納米技術。采用65納米工藝技術制造的多內(nèi)核半導體器件對HSDPA手機獲取市場領導地位將至關重要。

如上所述，以數(shù)據(jù)處理為主的高性能手機將采用兩個接收器和兩個天線，以盡可能增加在所有鏈路條件下HSDPA業(yè)務的吞吐量。盡管兩個天線都嘗試捕獲相同的信號，但通過將接收分集設計到手機里，將獲得最佳接收性能。通過采用自適應性調(diào)制及編碼，任何一個天線接收到的高質(zhì)量信號，都能進行復雜的調(diào)制與更高速率的編碼。因此，用戶能夠享受到更高吞吐量及更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務，同時運營商也能更有效地傳輸數(shù)據(jù)并為其他用戶保留系統(tǒng)資源。

為達到最好效果，每個天線和接收器都必須工作于相互獨立的信號傳輸路徑。同時，系統(tǒng)必須能夠結合兩個信號輸入以獲得可能的最佳信號。所有這些都增加了設計復雜性，并需要額外的電路，這可能增加手機的尺寸。

不過對設計人員而言，雙天線、雙接收器配置所帶來的最大挑戰(zhàn)在于兩個天線放置的位置必須盡可能離得遠些。通常說來，這意味著兩個天線必須位于手機兩端，即一個天線靠近麥克風，另一個則靠近耳機。在翻蓋式手機設計里，這意味著信號路徑必須通過翻蓋轉(zhuǎn)軸，這會帶來工程上的問題，但還沒到無法解決的地步。

增強用戶體驗

對手機OEM廠商和消費者來說，HSDPA技術還有一個方面的好處，即其空中接口有助于延長電池的使用壽命。雖然HSDPA接收器比標準的UMTS手機要復雜得多，并且處理能力更強，但它下載數(shù)據(jù)的效率也將大幅提高。

因此，處理器不需要那么多時間來工作，它處于低功耗狀態(tài)的時間會更長。目前還沒有數(shù)據(jù)能夠量化該技術對電池使用壽命的影響，不過預計上述特性能夠達到節(jié)能作用。盡管預計功效將得到提高，不過這仍取決于諸多因素。

無論如何，消費者將會注意到的HSDPA最大優(yōu)勢就是能提供比傳統(tǒng)UMTS更高的速率。吞吐量翻了一番，這意味著最終用戶接收數(shù)據(jù)的速率更快，而且在更多時間里將享受到更好的網(wǎng)絡性能。

作者：Bill Krenik
無線先進架構經(jīng)理
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