高速下行分組接入的接收端設計挑戰分析

　　高速下行分組接入(HSDPA)能提供比通用移動(dòng)通信系統(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制等新的性能，這些要求對接收端的設計帶來(lái)挑戰。本文分析了這些技術(shù)挑戰，并提出了采用均衡器、雙天線(xiàn)等解決思路。

　　許多有關(guān)HSDPA的討論都集中于這樣一個(gè)事實(shí)，即HSDPA可與傳統的UMTS業(yè)務(wù)共存于相同的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中。這使運營(yíng)商能夠對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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(wù)的成本。盡管許多人都強調這種技術(shù)能為運營(yíng)商帶來(lái)好處，包括從原有的UMTS順利過(guò)渡、更有效地利用現有設備以及更高的投資回報，但無(wú)線(xiàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)商卻很少談到它對手機設計的影響。

　　事實(shí)上，這種技術(shù)給手機設計帶來(lái)了挑戰，如果能夠有效解決這些挑戰的話(huà)，將為消費者提供3G的性能，使數據傳輸速率達到14.4Mbps，大大超過(guò)目前UMTS所能提供的速度。

　　在權衡HSDPA手機設計所面臨的挑戰時(shí)，有兩點(diǎn)需要考慮。其中最重要的一點(diǎn)是，該協(xié)議是第三代合作伙伴計劃(3GPP)規范的進(jìn)一步擴展，而不是一種全新的技術(shù)。這種技術(shù)通過(guò)擴展在UMTS標準里已經(jīng)建立的技術(shù)來(lái)取得速度上的優(yōu)勢。它將關(guān)鍵的數據處理從無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò )控制器轉移到節點(diǎn)B(基站)，使數據處理與空中接口更靠近，從而實(shí)現更高的系統吞吐量并改善服務(wù)質(zhì)量。

　　由于HSDPA建立在3GPP規范基礎之上，因此手機OEM廠(chǎng)商在開(kāi)發(fā)HSDPA設備時(shí)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(gè)需要考慮的是上行的性能，正如其名稱(chēng)暗示的那樣，HSDPA只是運營(yíng)商對下行性能的升級。在未來(lái)一定時(shí)間內，對高速上行分組接入(HSUPA)的部署將會(huì )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(shí)間及復雜性的影響是顯而易見(jiàn)的。

　　接收器實(shí)現面臨的困難

　　并不是所有HSDPA的實(shí)現方式都是一樣的，注意到這點(diǎn)很重要。一些較早投入市場(chǎng)的HSDPA解決方案是基于CDMA耙式接收器(rake receiver)技術(shù)。盡管對傳統的UMTS而言，耙式接收器工作效果很好，能滿(mǎn)足HSDPA速率高達每秒數兆比特的系統要求，但要實(shí)現14.4Mbps的HSDPA峰值下載速率，則還需要更先進(jìn)的接收器技術(shù)。通常需要在接收器中采用先進(jìn)的均衡器來(lái)應對這一挑戰。

　　接收器分集是HSDPA性能決定于實(shí)現方式的另一個(gè)方面。雖然單天線(xiàn)系統適合某些實(shí)現方式，在最佳的空中接口條件下有可能提供全速的數據速率，但對更高性能的手機和PDA來(lái)說(shuō)，采用具有接收器分集特性的雙天線(xiàn)系統更有利。增加的第二個(gè)接收器和天線(xiàn)允許手機在大多數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(正交振幅調制)、鏈路自適應、物理層中繼與混合自動(dòng)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(lèi)型，這種新的傳輸信道稱(chēng)為高速下行共享信道(HS-DSCH)，它允許幾名用戶(hù)共享空中接口的信道資源。16-QAM調制要求更嚴格的射頻性能，特別是對線(xiàn)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(lái)的最基本的影響就是它改變了手機的信號處理及系統控制，從而導致軟硬件實(shí)現更加復雜。

　　HSDPA提供的數據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(shí)現必需的速度和存儲器功能，那么就必須借助于65納米節點(diǎn)的半導體工藝技術(shù)，而目前UMTS系統通常采用130納米及90納米技術(shù)。采用65納米工藝技術(shù)制造的多內核半導體器件對HSDPA手機獲取市場(chǎng)領(lǐng)導地位將至關(guān)重要。

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

　　為達到最好效果，每個(gè)天線(xiàn)和接收器都必須工作于相互獨立的信號傳輸路徑。同時(shí)，系統必須能夠結合兩個(gè)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(guò)對設計人員而言，雙天線(xiàn)、雙接收器配置所帶來(lái)的最大挑戰在于兩個(gè)天線(xiàn)放置的位置必須盡可能離得遠些。通常說(shuō)來(lái)，這意味著(zhù)兩個(gè)天線(xiàn)必須位于手機兩端，即一個(gè)天線(xiàn)靠近麥克風(fēng)，另一個(gè)則靠近耳機。在翻蓋式手機設計里，這意味著(zhù)信號路徑必須通過(guò)翻蓋轉軸，這會(huì )帶來(lái)工程上的問(wèn)題，但還沒(méi)到無(wú)法解決的地步。

　　增強用戶(hù)體驗

　　對手機OEM廠(chǎng)商和消費者來(lái)說(shuō)，HSDPA技術(shù)還有一個(gè)方面的好處，即其空中接口有助于延長(cháng)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，但它下載數據的效率也將大幅提高。

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

　　無(wú)論如何，消費者將會(huì )注意到的HSDPA最大優(yōu)勢就是能提供比傳統UMTS更高的速率。吞吐量翻了一番，這意味著(zhù)最終用戶(hù)接收數據的速率更快，而且在更多時(shí)間里將享受到更好的網(wǎng)絡(luò )性能。