HSPA終端現狀及其發展趨勢分析

　　終端是運營商展開競爭的強力彈藥，沒有競爭力的終端，無論部署多先進的網絡，無論網絡規劃／覆蓋多么好，都無異于海市蜃樓，曇花一現。因此，HSPA的運營商在部署之初就意識到終端的重要性，吸取WCDMA商用初期受制于終端的教訓，在先進技術的使用上變“被動接受”為“主動出擊”，在網絡部署前就積極投身終端的開發研究，并與設備商展開深入合作，讓網絡與終端協調發展。這將極大地鼓舞設備商的積極性和投入力度，加快HSPA產業鏈的完善，同時也會促進HSPA的繁榮。

　　1　終端現狀

　　HSPA是HSDPA及HSUPA自勺統稱，一般對應于3GPPR5／R6，對于3GPPR7／R8的部分，我們一般稱之為HSPA+，即HSPA的后向演進版本。從目前來看，全球運營的網絡都是基于3GPPR5／R6的HSPA，而HSPA+還停留在標準層面。因此這里介紹的終端現狀，都是有關HSPA的。

　　HSPA自2005年12月美國Cingular宣布商用一來，一路高歌猛進，不僅趕超了CDMAEV-DO，而且大有取而代之之勢。韓國、澳大利亞等多個運營商都已逐步實現CDMA到WCDMA／HSPA的轉移。在這個更新換代的過程中，HSPA終端的作用不可小覷，下面來詳細看看。

　　截至2008年4月3日，HSDPA終端已發展到637款，其中HSUPA終端為66款。637款中共有303款手持機、103款PC卡、103款筆記本、60款無線路由器、60款USBmodem、7款個人媒體播放器、1款個人相機。此外有近100款融合了WLAN的功能，70款有GPS／定位的功能，190款支持3.6Mb／s的峰值速率，128款支持／可升級至7.2Mb/s的速率。在不到6個月里，HSDPA終端實現了100%的增長。

　　2　終端類別

　　這節將從3GPPR8的規范來列舉HSPA的終端概況。實際上3GPP日7/R8已經是HSPA的演進版，一般稱之為HSPA+。但是從信道的角度，下行還是HS-DSCH，上行還是E-DCH，只是采用了新的技術，以及一些優化方案。因此，這里直接采用HS-DSCH終端代表下行的終端類別，E-DCH終端代表上行的終端類別。

　　2.1　HS-DSCH終端類別

　　按照3GPP25.306V8200的定義，HSDPA(FDD)的終端共分為20類。如表1所示：

　　對任何類別U巨，除了表1的要求外，為了最后13個子幀的緩沖以及去接收3個平行的HARQ進程的13599個軟信道bits，要求HS-SCCHless傳輸的需要分配24960原信道bits。

　　Categories1到4以及Category 11不支持HS-DSCH在Cell_FACH、Cell_PCH以及URA_PCH上接收。

　　Category 13僅當使用64QAM調制時，才能支持0.82的編碼效率，當然只有信號質量最好，Ki(衡量信號質量的值，具體的計算見25.321)最大時。其它調制方式沒有這一限制。

　　Category 15在同一TTI里接收兩個傳輸塊，且采用16QAM調制時，可達到0.82的編碼效率(也是Ki達到最大值)；如果單TTI僅接收一個傳輸塊或者采用其他調制，則無上述限制。

　　Category 13及以上的U巨，也支持E-DPDCH(即支持HSUPA，當然也支持MAC-ehs)，其他不支持。

　　Category 13，15，17或者19，當配置MAC-ehs時也支持Category 9。

　　Category14，16，18或者20，當配置MAC-ehs時也支持Category 10。

　　從表1可見，HSPA的終端發展一直延續到3GPPR8，下行峰值速率可達42Mb／s；據最新消息，3GPP還可能將下行雙載波的方案引入HSPA，這樣下行速率將達到84Mb／s。

　　此外，從這里定義的20種類別的終端不難發現，3GPPR5定義的HS-DSCH終端為Categoryl—12，3GPPR7定義的HS-DSCH終端為Category13—16，而R8定義的為Category17—20，因此HSPA的后續終端完全后向兼容，而且功能越來越強，速率越來越高。

　　2.2　E—DCH終端類別

　　按照3GPP 25.306 V820的定義，HSUPA(FDD)的終端共分為7類，如表2所示：

　　分析表2，可見HSPA+終端完全后向兼容HSUPA的終端，Category1-6即為HSUPA的終端定義。當然HSPA+終端的標準還在進一步修訂中，也許還存在其他類別的終端。

　　3　終端的發展趨勢

　　表格1、2詳細地列出了不同類別的終端對應的峰值速率，以及影響峰值速率的各種因素。從這里可以看出今后終端發展的一些趨勢。

　　3.1　高階調制

　　HSPA+可采用QPSK、16QAM、64QAM三種調制方式。QPSK每一符號代表2bits，16QAM每符號代表4bits，而64QAM每符號代表6bits。隨著調制方式的差異，每符號代表的信息量呈現差異。

　　從表1可見，Category1-10的峰值速率是在16QAM下計算出來的，它高于Category11-12的峰值速率，而后者只支持QPSK。而Category13-14采用64QAM后較前面的12類都要高。

　　從表2可見，Category7速率最高，它采用16QAM，而其他6類只采用了QPSK。

　　當然，其他Categoryl3—20是聯合支持高階調至或者MIMO，計算上與上述方法存在一定的差異。

　　因此要實現高的速率，必須能夠支持高階的調制。16QAM已在HSDPA終端中得到應用，64QAM的引入已提上日程。

　　3.2　智能天線

　　3GPP日6及以前的版本都采用傳統的收發天線，HSPA+采用全新的MIMO(2X2)配置，利用天線間的不相關性極大系統效率，特別是在信號環境好的情況下，每根天線可傳輸不同的信息，實現峰值速率的翻倍。

　　從表1可見，配置了MIMO的終端中，以Category15-16峰值速率最大，計算過程如下：

　　Categoryl5在單TTI(2ms)內的可傳輸的最大傳輸塊為23370bits，因此它的峰值速率為：23370bits／2ms×2=23.4Mb／s；

　　Catsgoryl6在單T刊(2ms)內的可傳輸的最大傳輸塊為27952bits，因此它的峰值速率為：27952bits／2ms×2=28Mb／s；

　　這里要說的是上面兩個計算公式中后面乘上的2，是代表2根發MIMO天線承載不同的信息，因此峰值速率翻倍。其他Categoryl7—20依次類推計算速率。

　　3.3　多模終端

　　隨著通信業的快速發展，技術更新換代加劇，技術制式越來越多。同時隨著運營成本的加劇以及業務市場的多樣化，對于新技術運營商來說，都是采取分步實施的方案。如HSDPA，一開始只會部署在大城市、商務寫字樓等數據業務高發區域，然后逐漸延伸至全國。因此在某一階段，就存在多制式并存的局面。

　　網絡上的空洞就必須由終端來解決。從WCDMA的發展來看，目前的HSPA終端，向下兼容GSM／FDGEANCDMA，在沒有HSPA覆蓋的區域，自動接入到WCDMA；沒有WCDMA的區域，自動接入GSM／EDGE。

　　3.4　多頻終端

　　由于多制式的存在，必然導致多頻段的存在，其實在單GSM制式的情況下，就存在850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz四種。當然每個國家稍有不同，如美國GSM 850MHz／1900MHz；歐洲地區GSM 900MH2／1800MHz；韓國CDMA800MHz／1900MHz；澳洲GSM 900MHz/1800MHz；東南亞地區GSM 900MHz/1800MHz。出于全球漫游的考慮，我們國家的GSM用戶(GSM900MHz／1800MHz)要到美國，則必須額外支持一個頻段，即3頻段手機，即900MHz、1800MHz、1900MHz。當然4頻手機也大量存在。目前的3G／WCDMA由ITU分配了新的頻段，如1920MHz-1980MHz，2110MHz-2170MHz。此外，1900MHz也大量應用在3G上，850MHz主要集中在美國／澳洲，因此目前的WCDMA／HSPA終端主要是1900MHz／2100MHz。從目前公布的637款HSPA終端來看，其中有145款3頻終端，即850MHz／1900MHz／2100MHz。

　　3.5　單芯片終端

　　網絡技術的更新換代以及多制式的并存，導致多模終端的普遍存在，同一分支下的標準演進／產品開發要充分考慮到多模的重要性、必要性。在新制式誕生之初就要考慮到多模終端，給外界以平滑演進的“真相”。實際上，除了IS-95向CDMA20001×的演進算是平滑，其他任何技術的演進，GSM—WCDMA—HSPA，CDMA20001X—CDMA20001×EV-DO都不是平滑演進。只是終端的設計——單芯片的產生免除了很多不必要的問題，如體積、功耗等。

　　目前的主流分支3GPP——GSM／EDGE／WCDMA／HSPA都是集成在一張芯片上；3GPP2的CDMA20001X／EV-DO也是集成在一張芯片上，包括運營2網的聯通也是將GSM／CDMAIX合成在一張芯片上。

　　但是對于3GPP／3GPP2來說，目前還沒有單芯片的終端。韓國的運營商曾經開展雙網運營WCDMA+CDMA2000，但都采用的是雙芯片的WCDMA+CDMA2000模式，導致終端體積大、耗電高、質量大等缺點，從而導致雙網運營失敗。運營商最終選擇直接運營WCDMA／HSPA的策略，逐步實現CDMA用戶的轉移。

　　因此要想多模終端的推廣并取得一定的規模／經濟效應，一定是基于單芯片的終端，而不是簡單地將多個制式的芯片疊加組成。從目前看，HSPA跟3GPP下分支的都是基于單芯片來設計的。

　　3.6　融合WLAN

　　出于運營成本的考慮，開始階段HSPA的部署只可能是局部的。那么如何解決網絡空洞?此外，即使在數據業務的高發區域，由于受頻點的限制，也可能存在容量不足的現狀，該如何解決?WLAN具有廣泛部署的特點，主要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方。因此作為高速數據業務的后進入者，如果能兼容已有的WLAN功能，將是終端的一大賣點，為運營商合理調配資源提供途徑，同時提升自己的競爭力。

　　4　總結

　　本文介紹了HSPA終端的現狀，給出了HSPA+的終端類別，分析了他們之間的關系，以及HSPA終端今后的發展方向。由于HSPA+目前只停留在標準層面，而且ITE的呼聲越來越高，因此HSPA+是否會走進運營商的視野還不確定，相關發展我們拭目以待。

　　作者簡介：朱紅梅：畢業于華南理工大學通信與信息系統，工學碩士。現任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，目前主要從事3G及其新技術的研究。李寶榮：工學碩士，現為中國電信股份有限公司廣州研究院移動通信研究部部長，長期從事3G移動通信網絡、業務及終端的研究。