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HSDPA为3G手机设计带来效能、体积和价格挑战

作者:  时间:2009-03-24 19:53  来源:52RD手机研发

过去一年里,无线产业都在热烈讨论3G Partnership Project(3GPP)所制定的高速下行封包接取(High-Speed Downlink Packet Access;HSDPA)规格,许多人都曾深入分析HSDPA的潜力,例如其能达到UMTS系统的两倍产出,以及媲美缆线数据机和DSL的网路连线品质(QoS)。这些讨论尤其着重在HSDPA与既有UMTS服务共存于同一个电信网路的能力,这不但让电信业者能够逐步升级其设备,对改善基础设施的投资也会减到最少,使服务供应的每个位元成本大幅降低。

 到目前为止,这些讨论尚未触及HSDPA对3G手机设计人员和OEM制造商的意义。虽然我们已经说明这项技术可能为电信业者带来的许多好处,如现有UMTS系统的顺利升级、更有效率的使用现有设备和更高的投资报酬率等,但我们却未提到最终使用者需要哪些设备,才能享用HSDPA更高的资料传输速率以及更佳的网路连线品质。事实上,这项技术为手机研发带来重大挑战,设计人员若应付得当,即可为消费者提供高达14.4Mbps资料传输速率的3.5G效能,远超过今日UMTS技术的表现。

 技术发展改变设计挑战

 评估HSDPA手机的设计挑战时,需考虑两个重点。首先,新协定是3GPP规格的延伸扩充,而不是一种新技术。HSDPA藉由加强UMTS技术来实现其速度优势,并把重要处理工作从无线网路控制器转移到基地台,使得整个作业更靠近空中传输界面,进而提高系统产出和整体服务品质。

 由于HSDPA是建立在3GPP规格之上,手机制造商发展HSDPA装置时,可以重复使用既有的设计成果。仅管这类手机仍需要新硬体和更高效能的讯号处理零件,但仍会以现有的设计为基础。

 其次,HSDPA如其名称所暗示的,只会将电信业者的下行链路能力升级。未来还会看到高速上行封包接取(High-Speed Uplink Packet Access;HSUPA)规格的出现,只不过目前只有手机的接收部分需要修改,传送端的WCDMA上行链路几乎没有任何改变,如此一来,将可大幅节省设计修改时间并简化复杂性。

 重大设计挑战仍然存在

 早期出现的某些HSDPA解决方案是以CDMA耙式接收机技术为基础。虽然耙式接收机在传统UMTS的表现很好,并能满足系统对于HSDPA的数个Mbps传输速度要求,但要达到HSDPA的14.4Mbps峰值下载速度,设计人员仍需更先进的接收机技术,其做法通常是在接收机中使用先进的等化器。

 接收机分集(receiver diversity)是HSDPA效能会受到实作方式影响的另一个部分。单天线系统虽然适合某些产品,在空中界面处于最佳状态时也可达到最高资料速率,但高效能手机和PDA多半还是采用接收机分集技术的双天线系统。增加另一组接收机和天线让手机在多数的空中界面条件下都能得到较高的下载速率。

 接收机也需加强其它部分,包括HSDPA支援16阶正交振幅调变(16-QAM)、链路调适、实体层再传输与混合式自动重传要求(hybrid automatic repeat request)、实体层通道状况资讯回馈以及被称为高速下行共享通道(High-Speed Downlink Shared Channel;HS-DSCH)的新型传输通道,让多位使用者共享同一个空中界面通道;高阶16-QAM调变对于无线电效能的要求更严苛,尤其在线性特性方面;接收机还必须侦测通道品质,然后将所得到的资讯回馈给基地台。总而言之,HSDPA大幅改变手机的讯号处理和系统控制,使得硬体和软体的实作更复杂。

 手机必须提供更强大的处理能力和更多记忆体才能支援HSDPA的资料传输速率。想要以可接受的成本和功耗实现所要求的速度和记忆体功能,65奈米半导体制程技术是较合适的选择,而不是目前UMTS系统所采用的130或90奈米制程技术,这表示能否取得65奈米多核心半导体元件,是取得HSDPA手机市场优势的关键。

 如前所述,以资料为中心的高效能手机会采用两组接收机和两组天线,确保在所有链路条件下都能提供最高的HSDPA服务产出。虽然这两组天线试图捕捉同样讯号,但采用接收分集的手机却有可能实现最清晰良好的接收效果。透过适应性调变和编码技术,两个天线可提供高品质讯号给系统执行先进调变或高速编码,使用者不但会得到更高产出和更快的资料服务,电信业者也能更有效率的传输资料,同时保留系统资源给其它使用者。

 为了得到最大效果,每组接收机和天线都必须在其讯号传输路径上独立操作,系统则必须结合两组输入来产生一组最佳讯号。这些要求都会增加设计复杂性和额外的电路,使手机体积受到影响。

 对于采用双天线和双接收机的设计人员来说,这种架构的最大挑战在于如何让天线之间保持最大距离,通常这表示天线必须放在手机两端,一个接近麦克风,另一接近耳机。在掀盖式手机设计中,就表示讯号路径必须通过转轴部分,虽然此工程问题并非无解,但会增添手机设计的困难度。

 提高客户满意度

 HSDPA技术的空中界面有助于延长电池寿命,为手机OEM厂商和消费者带来的额外好处。HSDPA接收机比标准UMTS电话更先进,不仅处理能力更强大,也将大幅提高资料下载效率,使得处理器的工作量减少,并有更多时间留在省电关机模式。目前尚无具体资料显示新技术对于电池寿命的影响,但厂商预期上述功能可望为手机节省更多电力。不过新技术带来更高的电源效率,实际结果仍将受到许多因素影响。

 HSDPA远超过传统UMTS的速度优势才是消费者可能感受到的最大好处。两倍产出意味着使用者能更快速地接收资料,同时享受更强大的网路效能-毕竟又快又好就是无线电话用户对于3G技术的最大期待。 
 

 

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