HSDPA发展现状分析

    作者：顾群

    随着2004年以来全球WCDMA市场大规模地启动，R99和R4版本的WCDMA在数据传输速率上的不足逐渐显露出来。

    通常情况下，单个WCDMA用户的下行传输速率仅达384Kbit/s，与人们设想中的3G相差甚远。另外，近年来移动数据业务的快速发展也对移动网数据传输能力提出了更高的要求，单靠R99、R4版本的WCDMA已不能满足用户的需求。此外，来自CDMA20001xEV-DO以及WiMAX的压力也推动着3G技术不断发展。HSDPA作为WCDMA的自然升级应用户需求，立即在中国3G发展进入最终倒计时阶段，成为业界关注的焦点。

    对HSDPA的技术应用进行探讨，无论是给运营商还是普通用户都会带来好处。对于运营商来说，HSDPA可以提高WCDMA和TD-SCDMA网络数据容量和频谱效率、建成高性价比的网络，降低每比特传输成本；对于普通用户来说，他们可获得更高的数据传输速率、更短的服务响应时间、更高的服务可靠性。

    1、HSDPA的概念与技术特点

    HSDPA（高速下行分组接入），是WCDMA的演进技术，是在2002年冻结的3GPPR5版本中，为了增强下行非实时分组业务的吞吐量，提高无线接入侧的频谱效率，以满足更高传输速率或流媒体类型业务，以及上/下行数据业务不对称的需求而提出的一种调制解调算法。与以往的技术相比，它主要具有以下特点：

    （1）共享信道传输

    在3GPPR5中，为支持高速业务，HSDPA引入了新的传输信道——高速下行共享信道（HS-DSCH），以支持增强的交互类、后台类及流媒体类接入承载服务，使编码和功率资源更有效地使用。

    （2）高阶调制

    3GPPR99中规定了下行传输采用QPSK调制方式，但HS-DSCH可使用16QAM调制方式提供更高的数据速率，且更加有效地利用频率。

    （3）更短的时间间隔（TTI）

    共享码源中的信道码每2毫秒进行一次动态分配，减少了环路时间（RTT），极大地提高了链路适配性能。

    （4）快速链路适配

    快速链路适配性能体现在系统根据瞬间变化的无线环境调整传输参数，并在信道条件答应的条件下采用高阶调制方式。以这种方式处理短时间内数据速率变化的业务，比功率控制方式更有效。

    （5）快速调度

    快速调度性能决定了在给定时间内共享信道给用户使用时，其目的是将信道资源用于无线条件最好的用户。

    （6）快速混合自动重传请求

    利用快速混合自动重传请求性能，用户在解码前能够快速请求丢失的信息和合并信息（软合并方式），提高容错能力。

    HSDPA可将WCDMA下行速率从384Kbit/s提升到14.4Mbit/s（峰值速率），系统容量增加2～3倍，时延大大降低。HSDPA是基于现有WCDMA网络的演进，将继续使用WCDMA的频率而无需单独的载频。引入HSDPA只需在WCDMA无线网络部分作相应升级，而整个网络架构及整个核心网络保持不变。具体来讲，2002年以前供货的WCDMA设备过渡到HSDPA，需硬件升级（在欧洲和其他一些使用较早版本的国家，WCDMA基站升级到HSDPA成本较高，我国则不存在这个问题），上市较晚的设备升级到HSDPA只需更新软件。

    2、HSDPA业务能力分析

    HSDPA不但使用户在移动的情况下享受到与固定宽带相当甚至更好的业务体验，还为用户提供了更广范围内的漫游功能。此外，HSDPA有助于改变移动业务收入结构，使目前以话音业务收入为主的移动业务转为以数据业务收入为主。

    （1）大大提高用户的使用体验

    HSDPA能够提供众多对用户有吸引力的业务，如DVD质量的电影和视频、高清楚的交互式游戏、多媒体音乐频道、“pushtowatch”业务、发送大型E-mail附件等。从此前各设备商的测试情况来看，采用HSDPA后，图片及视频短片的下载速度与使用WCDMA时相比均有明显提高。尤其是视频短片的下载速度，提高幅度非常大，下载一个3M的视频短片，节约时间54.9秒，节省时间的比例高达81%。业务下载速率的提高，可大大改善用户的使用体验，对运营商的业务推广起积极的作用，有助于提高运营商的ARPU值。

    （2）运营商的传输成本大幅降低

    HSDPA技术的采用可大幅提升运营商的基站效率，在同样5MHz的频段中传输更多流量，使得HSDPA的传输成本较R99版更为低廉。据估算，HSDPA的传输成本最低为0.02美元/MB，相对于R99的0.07美元/MB以及GPRS的0.42美元/MB要少很多，这将有助于提高运营商移动数据业务的获利率。HSDPA各项技术的传输成本情况，如表1所示。

    表1  各项技术的传输成本情况比较

    HSDPA不但有效地保护了运营商的投资成本（CAPEX），还大大增加了运营商的业务范围，为提高ARPU值创造了可能。可以说，HSDPA是3G和WCDMA运营商采取的一种既具有前瞻性又具有保护作用的发展策略，也是未来其发展的必然选择。

    3、HSDPA标准化进展

    HSDPA的发展分为三阶段，即基本HSDPA阶段、增强HSDPA阶段以及HSDPA进一步演进阶段，如表2所示。

    表2  HSDPA的发展阶段

    HSDPA的基本阶段即通过采用AMC、HARQ及快速资源调度等先进技术实现下行峰值速率为14.4Mbit/s，该标准在3GPPR5版本中定义。而增强阶段的HSDPA则在R6版本中进行了说明，其目的是将峰值数据速率提高到30Mbit/s，要害技术主要包括快速小区选择（FCS）、多输入多输出技术（MIMO）和空时编码技术（STC）。

    截止目前，HSDPA的第一、二阶段的标准化工作已经完成，第三阶段的标准化工作也日趋完善。第三阶段的目标是通过引进新型空中接口提高数据传输速率。其中的要害技术包括正交频分复用（OFDM）技术和64QAM调制方式，它们的引入将使系统峰值速率达到50Mbit/s以上。其主要的新特性包括采用结合更高调制方案、阵列处理的OFDM物理层及根据空中接口质量为用户设备选择专用子载波的特点进行选择的快速调度算法等，从而达到优化传输性能的目标。此外，2006年3月份的3GPP全会上，3GPP还成立了HSPA（HSDPA+HSUPA）的继续演进项目E-HSPA（增强型高速数据接入），并获得众多运营商和设备制造商的认同。

    截至到2006年二季度，各设备厂商可供测试和商用的HSDPA产品整体仍处于第一阶段，不过爱立信、北电等厂商已经开始了第二阶段的设备测试，预计商用设备将在年内问世。在建立HSDPA市场之后才可能会进一步开展引入HSUPA的工作。

    4、HSDPA设备研发进展

    截止2006年6月12日，全球提供和支持HSDPA的网络设备和终端设备厂商共计53家。

    （1）系统设备厂商

    全球大部分WCDMA系统设备厂商。如诺基亚、爱立信、北电、华为、中兴、NEC、和朗讯（阿尔卡特）等厂商的产品在硬件上都已具备了处理HSDPA功能的能力（如16QAM、缓冲器及处理器的性能等），通过软件升级/内置信道板即可支持HSDPA。但从目前商用现状看，诺基亚、爱立信的实力明显领先于其他厂商，并已在全球多个国家地区获得20多个商用合同；北电、华为、NEC、和朗讯（阿尔卡特）等设备厂商近几个月来也相继在HSDPA商用测试中取得突破性进展，不断获得新的HSDPA商用合同。随着全球各运营商的测试相继完成，预计各设备厂商都将在今年下半年将会实现规模突破。

    （2）终端设备厂商

    与系统设备环节相比，HSDPA终端的商用进程要稍微滞后一些。目前，WCDMA手机厂商均已陆续开始推出HSDPA终端设备，但由于制定HSDPA规格的3GPP按照传输速度规定了12种“类别”，鉴于技术实现的复杂度，因此终端厂商会分阶段地推出其产品，可见，最早的HSDPA终端产品将是数据卡，然后才是手机终端，这与WCDMA有所不同。预计到2006年三季度HSDPA有望开始集成到笔记本电脑中。截止2006年6月12日，共有18家终端设备厂商推出了43款HSDPA终端设备，此外还有部分厂商推出了部分调制解调器、路由器和其他接入设备。

    （3）终端芯片厂商

    随着HSDPA进程的深入，HSDPA芯片市场也逐渐升温。目前，高通公司已推出MSM6275、MSM6280等多个HSDPA芯片组。其中，MSM6280芯片组的下行速度最高可达7.2Mbit/s，单片基带支持WCDMA（UMTS）/HSDPA与GSM/GPRS/EDGE（EGPRS）标准，集成了先进的视频、音频、图像及3D图形功能等多媒体特性。此外，其他半导体厂商纷纷介入。如飞思卡尔公布其第三代3G平台i.300-30可支持3.6Mbit/s速率的HSDPA传输，杰尔公布推出3.6Mbit/s HSDPA芯片组，英飞凌则面向中端多媒体电话市场推出7.2 Mbit/s HSDPA处理器样品。此外，博通、飞利浦半导体、ADI和TI都表示正在开发HSDPA解决方案并计划在2006年推出商用芯片组。

    中国本土芯片厂商也积极跟进HSDPA芯片研发。2006年1月，天碁科技推出基于HSDPA（2.8Mbit/s）的TD-SCDMA商用芯片组及终端解决方案。并在其TD-SCDMA终端解决方案平台上演示了HSDPA高速数据下载，同时也展示了基于天碁科技芯片解决方案的三星可视电话手机。而凯明也表示2006年会开发出基于TD-SCDMA的HSDPA终端芯片。

    HSDPA支持高速数据业务的能力不但为运营商带来无限商机，同时也将为产业链上各个环节带来新的机遇，包括设备供给商、终端制造商和内容提供商等。但HSDPA给产业链上各个环节提供机遇的同时也带来了挑战。概括地说，由于HSDPA提供高速数据下载的新型业务，原有WCDMA商业模型需要改进，而且整个网络规划建设，包括话务模型、容量建设、业务集成、终端定制、资费策略等各个方面都将受到影响。

    5、HSDPA的全球商用情况

    HSDPA技术本身的特点顺应了移动通信市场发展的需要——更高的容量、更低的成本以及更高的频谱效率。因此，自从2005年11月Cingular的第一个HSDPA商用网络问世以来，在设备商的大力推动下，HSDPA的发展步伐大大加快。随着2006年各运营商的渐次展开商用网络部署，HSDPA目前已在全球范围内进入规模商用化阶段。截止2006年6月12日，全球已有99家移动运营商计划部署HSDPA网络，目前32个HSDPA网络在25个国家已开始商用。预计到2006年年底至少还有40个网络将会开展商用。

    从目前全球HSDPA的商用情况来看，不同运营商因其发展的阶段不同，其推出HSDPA的动机也不同。其中比较典型的有以下三类运营商：

    ①Cingular、和黄等：在某地区的3G市场上属于后进入者，或者运营商本身实力没有竞争对手强，从而在竞争中处于较为不利的地位，这类运营商希望尽快部署HSDPA，利用HSDPA较宽的带宽扭转不利的竞争局面。

    ②NTTDoCoMo、SKT等：已开通WCDMA网络，且3G业务发展良好，它们希望通过HSDPA提供更好的业务，继续保持较好的发展势头。

    ③T-Mobile、Vodafone等：在未部署WCDMA网络之前就意识到WCDMA的带宽有限，而HSDPA在这方面有着明显的优势，而且是3G技术演进的下一步目标。因而，他们希望直接部署HSDPA，获得后发优势。

    6、我国HSDPA发展前景展望

    虽然HSDPA尚未在我国实现商用，但我国的设备厂商和运营商都在积极推动HSDPA的发展进程。

    目前，中兴和华为都已推出了完全商用的HSDPA系统设备和支持HSDPA的终端设备。其中，华为的HSDPA设备已在香港和葡萄牙等地商用，并在全球多个运营商中进行测试。中兴还没有迎来产品商用的收获时期，但随着在各运营商中的测试相继完成，预计今年下半年也将实现规模突破。此外，我国大唐、鼎桥和普天等设备厂商也已表示在2006年逐步推出HSDPA的产品。

    虽然受3G牌照和运营商重组等多方面的影响，但中国移动、中国电信和中国网通等三大运营商都已经进行不同程度的HSDPA测试。其中，中国移动已提出了明确的HSDPA发展路线，2005年底，中国移动就与沃达丰联手，共同制定了HSDPA的技术规范。目前，中国移动开始着手于组网建设和业务模式的研究。可以说，我国移动运营商也已为HSDPA的商用做好了预备。但从我国移动通信市场发展的现状来看，HSDPA商用进程仍然还面临着一些现实的问题，如终端问题、与3G的高速无线网络相匹配的应用等方面还没有全面成型。这一问题还需要设备商和运营商，以及应用开发商在整个市场启动以前就积极面对，并进行多方力量的合作。

    7、结束语

    移动通信技术的快速发展有着多方面的原因，但归根结底还是取决于用户的需求，HSDPA技术也不例外。此外，竞争需求也是HSDPA技术快速发展的根本动力之一。但从总体来看，目前的HSDPA技术大多还停留在演示和试验阶段，成熟的商业应用还未出现，从多用户户外试验的情况来看，HSDPA要想从WCDMA平滑过渡，为了保证技术演进的平滑性，保护原有WCDMA网络的投资，达到固定宽带的性能，仍有不少技术问题需要克服。