高速下行分組接入的接收端設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)分析

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

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(tǒng)的UMTS業(yè)務(wù)共存于相同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中。這使運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐步升級(jí)，從而盡可能減少用于改善基礎(chǔ)設(shè)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(qiáng)調(diào)這種技術(shù)能為運(yùn)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(xiàn)有設(shè)備以及更高的投資回報(bào)，但無(wú)線技術(shù)開(kāi)發(fā)商卻很少談到它對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)的影響。

事實(shí)上，這種技術(shù)給手機(jī)設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，如果能夠有效解決這些挑戰(zhàn)的話，將為消費(fèi)者提供3G的性能，使數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到14.4Mbps，大大超過(guò)目前UMTS所能提供的速度。

在權(quán)衡HSDPA手機(jī)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)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(jì)劃(3GPP)規(guī)范的進(jìn)一步擴(kuò)展，而不是一種全新的技術(shù)。這種技術(shù)通過(guò)擴(kuò)展在UMTS標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)建立的技術(shù)來(lái)取得速度上的優(yōu)勢(shì)。它將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理從無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)控制器轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)B(基站)，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)吞吐量并改善服務(wù)質(zhì)量。

由于HSDPA建立在3GPP規(guī)范基礎(chǔ)之上，因此手機(jī)OEM廠商在開(kāi)發(fā)HSDPA設(shè)備時(shí)可重復(fù)使用大量已有的設(shè)計(jì)工作，但這些手機(jī)將需要性能更高的信號(hào)處理器件。

第二個(gè)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(yùn)營(yíng)商對(duì)下行性能的升級(jí)。在未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)高速上行分組接入(HSUPA)的部署將會(huì)增加。目前，設(shè)計(jì)更改應(yīng)該只是針對(duì)手機(jī)的接收部分，發(fā)射端(W-CDMA上行鏈路)基本保持不變，這對(duì)設(shè)計(jì)所需時(shí)間及復(fù)雜性的影響是顯而易見(jiàn)的。

接收器實(shí)現(xiàn)面臨的困難

并不是所有HSDPA的實(shí)現(xiàn)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(duì)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(dá)每秒數(shù)兆比特的系統(tǒng)要求，但要實(shí)現(xiàn)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(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

接收器分集是HSDPA性能決定于實(shí)現(xiàn)方式的另一個(gè)方面。雖然單天線系統(tǒng)適合某些實(shí)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(duì)更高性能的手機(jī)和PDA來(lái)說(shuō)，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(gè)接收器和天線允許手機(jī)在大多數(shù)空中接口條件下達(dá)到更高的下載速率。

接收器的其它方面也需要加強(qiáng)。HSDPA支持16-QAM(正交振幅調(diào)制)、鏈路自適應(yīng)、物理層中繼與混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQ)相結(jié)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(yán)格的射頻性能，特別是對(duì)線性的要求更加嚴(yán)格，接收器還必須能夠檢測(cè)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(jī)的信號(hào)處理及系統(tǒng)控制，從而導(dǎo)致軟硬件實(shí)現(xiàn)更加復(fù)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(jī)具備容量更大的存儲(chǔ)器。若要以可接受的成本和功耗水平實(shí)現(xiàn)必需的速度和存儲(chǔ)器功能，那么就必須借助于65納米節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，而目前UMTS系統(tǒng)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(nèi)核半導(dǎo)體器件對(duì)HSDPA手機(jī)獲取市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位將至關(guān)重要。

如上所述，以數(shù)據(jù)處理為主的高性能手機(jī)將采用兩個(gè)接收器和兩個(gè)天線，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)天線都嘗試捕獲相同的信號(hào)，但通過(guò)將接收分集設(shè)計(jì)到手機(jī)里，將獲得最佳接收性能。通過(guò)采用自適應(yīng)性調(diào)制及編碼，任何一個(gè)天線接收到的高質(zhì)量信號(hào)，都能進(jìn)行復(fù)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(wù)，同時(shí)運(yùn)營(yíng)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(dá)到最好效果，每個(gè)天線和接收器都必須工作于相互獨(dú)立的信號(hào)傳輸路徑。同時(shí)，系統(tǒng)必須能夠結(jié)合兩個(gè)信號(hào)輸入以獲得可能的最佳信號(hào)。所有這些都增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并需要額外的電路，這可能增加手機(jī)的尺寸。

不過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，雙天線、雙接收器配置所帶來(lái)的最大挑戰(zhàn)在于兩個(gè)天線放置的位置必須盡可能離得遠(yuǎn)些。通常說(shuō)來(lái)，這意味著兩個(gè)天線必須位于手機(jī)兩端，即一個(gè)天線靠近麥克風(fēng)，另一個(gè)則靠近耳機(jī)。在翻蓋式手機(jī)設(shè)計(jì)里，這意味著信號(hào)路徑必須通過(guò)翻蓋轉(zhuǎn)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(qiáng)用戶體驗(yàn)

對(duì)手機(jī)OEM廠商和消費(fèi)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(zhǎng)電池的使用壽命。雖然HSDPA接收器比標(biāo)準(zhǔn)的UMTS手機(jī)要復(fù)雜得多，并且處理能力更強(qiáng)，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(shí)間來(lái)工作，它處于低功耗狀態(tài)的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。目前還沒(méi)有數(shù)據(jù)能夠量化該技術(shù)對(duì)電池使用壽命的影響，不過(guò)預(yù)計(jì)上述特性能夠達(dá)到節(jié)能作用。盡管預(yù)計(jì)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(fèi)者將會(huì)注意到的HSDPA最大優(yōu)勢(shì)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(shí)間里將享受到更好的網(wǎng)絡(luò)性能。

作者：Bill Krenik
無(wú)線先進(jìn)架構(gòu)經(jīng)理
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