目前在手機市場上來勢洶洶的一個新名詞，正是號稱3.5G的HSDPA。它會成為市場上關注的話題，有其時代上的意義，一是由於CDMA2000在3G市場已取得領導性的優勢，讓WCDMA陣營感到極大的壓力；另外則是無線網路陣營推動的WiMAX聲勢浩大，也讓WCDMA陣營急需推出新一代的技術，以鞏固既有的江山。

先來看看目前3G市場推展的現況。根據GSA及CDG的統計，2004年中時WCDMA、CDMA2000 1X和CDMA2000 1xEV-DO的商用網路數量分別只有37、87和10個，而截至2005年6月，全球共已開通了223個3G商用網路，其中CDMA2000 1X網路123個，CDMA2000 1x EV-DO網路22個，相較之下，WCDMA網路只有78個；預計明年將有22個CDMA2000 1X EV-DO網路計畫開通，WCDMA網路則有七家電信公司準備進入商用階段，請參考(圖一)。

《圖一　全球3G商用網路成長趨勢》

若從用戶數量上來比較，兩個陣營的差異就更明顯了，依據中國資訊產業部電信研究所發佈的資料，截止到2005年6月底，全球共有1.919億3G用戶，其中CDMA2000 1X用戶達到1.437億，EV-DO用戶也有1780萬，WCDMA用戶卻只有3040萬。

對於同時兩項規格並行的國家來說，這種態勢讓採用WCDMA的電信業者感到憂心忡忡，擔心好不容易上升的用戶數會流失到另一個陣營。代表性的國家分別是日本、美國和中國，其中日本NTT DoCoMo從2004年開始就計畫在兩年內投資3.5億美元，資助六家終端廠商（富士通、三菱電子、摩托羅拉、NEC、松下、夏普）加快HSPDA手機終端的研發，以對抗KDDI的無線高速資料服務，KDDI日前宣佈將在2006年底開通CDMA2000 1x EV-DO Rev.A網路，將上行/下行速率提升到1.8/3.1Mbps。

美國方面，Verizon Wireless佈建的EV-DO系統已經覆蓋了32個城市，在人口覆蓋率上則超過30％，並計畫到2005年底超過40％。美國最大的行動通訊服務商Cigular為了應對競爭，於2004年底宣佈對WCDMA系統進行升級，計畫2005年底率先在美國的幾個主要城市的城區和校區部署HSDPA網路。中國方面，中國聯通已開始大力推展cdma2000 1x EV-DO系統，這無疑將對中國移動造成競爭壓力。為此，中國移動表示在3G牌照發放後，中國移動將首先在沿海發達及重要城市部署HSDPA網路。

兩大3.5G標準比較

回顧兩項競爭規格的發展，國際標準化組織3GPP/3GPP2在2000年分別啟動這兩項技術。1xEV-DO方面，3GPP2目前已完成Rev0、RevA（反向增強）的標準化工作，正在制定RevB的標準，預計2006年初會完成RevB版本的標準化。

3GPP則將HSDPA的演進分三個階段，第一階段從2000年啟動，在R5版本定義了基本HSDPA，目前該階段已完成，在導入HS-DSCH通道、AMC和HARQ等技術後，其理想峰值速率可達14.4Mbps；第二階段是R6版本定義的增強型HSDPA，通過採用MIMO技術將峰值速率提高至30Mbps；第三階段將聯合採用OFDM和64QAM調製技術，使峰值速率達到50Mbps以上。請參考(表一)、(圖二)、(圖三)。

《圖二　HSDPA和CDMA 1xEV-DO標準演進》

《圖三　蜂巢技術的效能演進》

為了保障業者的投資，兩項標準都基於對既有網路做最小更動的原則來進行演進設計，也就是盡量不更動網路架構和核心網路，而且使用既有的頻譜資源。在此情況下，就必須透過先進的技術來進行革新，而兩項標準都運用了AMC、HARQ等技術作法，以下將做一比較說明。

1xEV-DO

1xEV-DO（Evolution-Data Optimized）是一項已商業化的可行3G技術，能將資料傳輸率提高到2Mbps，所使用的頻寬是1.25MHz，比起CDMA2000 1xRTT 和WCDMA這兩種以語音服務中心的技術快上3～4倍。

1xEV-DO雖然是CDMA2000標準的一部分，但它完全沒有仰賴CDMA語音網路中的任何元件來提供服務、行動性或漫遊。系統業者不需要行動交換中心（Mobile Switching Center；MSC）或如家庭和訪客位置註冊（home and visitor location registers；HLR/VLR）的網路元件。因此不管系統業者目前使用的是何種語音技術，只要具有1.25MHz的成對頻譜（paired spectrum），就能夠建置1xEV-DO。

在1xEV-DO 網路有三個主要單元，如(圖四)所示：

《圖四　 1xEV-DO網路架構》

每個無線節點一般皆支援三個區域（sector）和服務一個蜂窩系統，而每個區域中有一個專屬發射器，用來擷取用戶數據機和無線節點之間的空中連結。1xEV-DO中的更高層協定會在RNC中處理，RNC也負責傳遞RN和PDSN之間的用戶數據資料。PDSN是一台用來連結無線網路和網際網路的無線邊緣路由器（EDGE Router）。這個架構和一些其他的3G無線技術不一樣的地方，在於它不需要依賴行動交換中心（MSC）。

除了RNC和PDSN，1xEV-DO數據中心還有一台聚合路由器（aggregation router）、一台元件管理系統（element management system；EMS）和數台ISP伺服器。聚合路由器擷取從RN來的IP資訊，再傳送到RNC；EMS負責管理無線接取網路。至於常用的ISP伺服器包括網路名稱系統（Domain Name System；DNS）、動態主機組態協定（Dynamic Host Configuration Protocol；DHCP）和認證／授權／稽查（Authentication, Authorization, and Accounting；AAA）等標準IP伺服器。

整體來說，1xEV技術（也稱為High Data Rate；HDR）是一種高效能和符合成本效益的網際網路解決方案，這項高速的技術能與CDMA網路相容，並提供最佳化的封包數據服務。更特別的是，它以最小的網路和頻譜資源來達成其效能表現，是一項高頻譜效率的技術。

HSDPA

HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access）是基於3GPP R99/R4架構的附加方案，也就是UMTS的一種空中介面，其架構中主要包含三個元件，分別是用戶設備（User Equipment；UE）、Node B和無線網路控制器（RNC），如(圖五)所示。在基本型的標準下，採用耙式接收器（rake receiver）的六類（category 6）行動用戶，其尖峰資料傳輸率可達3.6Mbps；採用先進接收器方案的十類（category 10）行動用戶則可再提升到14.4Mbps。

《圖五　HSDPA協定架構》

HSDPA是基於現有WCDMA網路的演進，其網路建設成本主要用於Node B（基地台）和RNC的軟/硬體升級。它將關鍵的數據處理從RNC轉移到Node B，使數據處理與空中介面更靠近，從而實現更高的系統傳輸量並改善服務品質。不僅如此，HSDPA還能擴大系統容量，與現有的WCDMA技術相比，HSDPA能在同一個無線載頻上為更多的高速率用戶提供服務。

基本上HSDPA是WCDMA下行鏈結的封包式數據服務，其數據傳送速率在5MHz的頻寬下可達8～10Mbps（採用MIMO系統可達20Mbps）。它加入一項新的高速下行共用通道（High Speed Downlink Shared Channel；HS-DSCH），這個通道採用分割代碼的方式，將主通道分成了15個子通道，而且配合縮短的TTI（transmission time interval）作法，在2ms的時間內對不同用戶進行通道時間分配。這樣一來，多個用戶就能同時分享頻寬，進而提升了頻譜的利用率。

此外，它也在實體層（PHY）導入更短的TTI（2ms）、採用自適性調製和編碼和HARQ的快速重傳等技術，讓高速傳送能夠實現。其技術特色如下：

自適應性調製和編碼（Adaptive Modulation and Coding；AMC）

為了提供每個用戶最佳的資料速率，在HSDPA中採用了自適應的調製和通道編碼方案，以滿足目前的通道條件。

快速調度（fast scheduling）

在WCDMA中，分組調度由RNC負責。在HSDPA中，分組調度轉到了Node B本身，因此能夠大幅減小因條件改變帶來的延遲。為了得到調度資料分組傳輸的最大效率，HSDPA使用了通道質量資訊、移動終端能力、QoS和可用的功率/代碼。

快速重傳（fast retransmission）

發生鏈路錯誤時就需要進行資料重傳，目前的WCDMA系統在RNC重新響應前必須等待100ms或更長的時間量級。將此功能引入到Node B中，該延遲將減小一個量級，達到10ms左右。此作法使用了混合ARQ（HARQ）技術，在該技術中，先前傳輸的資料與重傳資料以一種特殊方式結合，可以改進解碼效率和分散度增益。

綜合比較

如前所述，兩項標準不論是技術目的或手段都相似或相同。兩者皆訴求要滿足非對稱數據業務的需求，也就是提供高速的下行傳輸速度，讓業者能推展視訊娛樂等行動加值服務。然而，為了降低網路升級的代價與衝擊，除了考慮與現有版本的相容性外，更要求能以最小幅度的軟硬體調整，就能達到頻譜利用率的提升。

目前看起來，1xEV-DO的商業化腳步較快，這和CDMA一系列標準的相容性高有很大的關係，不像從GSM/GPRS升級到WCDMA需要大幅更動網路基礎架構。不過，發展腳步慢也意味著有較多的經驗足供參考，因此HSDPA的技術版本具有較高的數據傳輸率，也能完全使用剩餘的語音頻寬，此外，HSDPA比能同時支援語音和數據服務。

不過，這兩項標準的演進之路才剛起步，可以預見未來的發展方向仍不會有太大的出入。在實體層上，仍會繼續提升頻譜的利用率；在高層的協定方面，QoS是必備的技術，因為要讓多種服務或應用能同時進行；至於在收發與調製的技術上，各個無線技術都無例外的朝向採用MIMO、OFDM和智慧天線等策略發展中。

HSDPA手機開發技術挑戰

雖然說HSDPA強調網路架構不需大幅的更動，即可提供更高速的服務，也就是只要採用既有的WCDMA/3G手機就能享有更高的下載速率，不過，要想達到最佳的接收速率，行動終端的製造商仍得面臨極大的開發挑戰。

在現階段HSDPA手機的發射端基本上還不需改變，首先面臨衝擊的是接收技術的提升。所有的蜂窩通信系統均面臨著兩個基本問題：多址干擾和多徑干擾，而近年來看到的空中介面技術革命，如FDMA、TDMA、CDMA等，都可歸功於多址技術的進步。至於在多徑干擾上的克服，則已出現智慧天線、耙式接收器（rake receiver）和OFDM等技術，目前針對HSDPA推出的先期接收方案，大都採用耙式接收器，雖然具有提升效果，但仍不能達到第一代的14.4Mbps峰值下載速率。

因此，下一步是從天線與接收器的設計架構下手。其中的一種作法是採用分集式接收技術（Diversity Reception），也就是增加第二個天線和接收器，透過兩個獨立的訊號接收路徑來接收訊號，並透過複雜的調變與編碼技術將兩者結合，以獲取更佳的訊號結果。不過，此一作法的設計難度高，額外的電路也可能增加設備的尺寸，而為了獲得最佳的差異效益，兩天線需分離愈遠愈好，這也會造成設計工程上的挑戰。

另外一個類似的策略，則是採用當紅的MIMO技術，這也是3GPP在第二階段HSDPA中的應用技術。MIMO顛覆多徑干擾的基本理論，反而提出空間多工（Spatial Multiplexing）的理論，強調透過多徑反射來改善傳輸效率。目前在WLAN的新產品（Pre N）中已實際導入MIMO技術而能突破100Mbps的傳輸率，未來在蜂巢式的系統也將看得見。

隨著接收效率的提升，手機系統也面臨整體性的設計問題。當資料傳輸量大幅提升時，手機的處理效率也得提升，這又可分為通訊段的基頻處理能力與應用段的多媒體處理能力。目前這兩段朝向技術獨立的方向發展，以滿足各自在技術延革與市場需求上的不同需求，晶片業者也強調以開放性的架構來提供製造商多樣化的彈性選擇。很顯然地，要能讓HSDPA手機達到預期的效能，其軟硬體的設計挑戰將會大幅提升，除了需要採用更強的處理器或加速器來強化處理能力外，接收到的大量數據也需要更大的記憶體容量來儲存。

不僅如此，系統內的各元件也需要以更高速、智慧性的匯流排來做串連，並採用各種節能的策略來延長電池的壽命。這些策略包括避免使用高時脈的處理器、採用較低的電壓、改進演算效率，以及針對整體系統提出最佳化的電源管理策略，例如智慧性的讓非活動中的元件或模組進入休眠等省電模式。

解決方案市場現況

目前HSDPA手機的商業化仍處於起步階段，相關的硬體解決方案仍然相當有限。領先市場的廠商無疑是CDMA的龍頭──Qualcomm，該公司已推出兩代的HSDPA解決方案，包括第一代的MSM6275晶片組和第二代的MSM6280晶片組，今年10月底在北京國際通訊展（PX/EXPO Wireless）由Sierra Wireless和華為推出的兩款HSDPA資料卡，即採用Qualcomm的MSM6275，下傳速率為1.8Mbps。Qualcomm在今年10月推出的MSM6280，除了採用90奈米製程外，並整合了接收分集和均衡器等先進接收技術，一舉將下傳速率提升到7.2Mbps。

Freescale在2005年初推出的i.300-30 3G平台，則是一款同時支援GSM、EDGE GPRS、WCDMA與HSDPA的多模解決方案，其中對HSDPA的下傳速率可達3.6Mbps。TI有TTMS320TCI6482的可程式DSP可支援HSDPA，不過這是針對無線基地台的基頻解決方案；手機部分，其OMAP-Vox系列的先期產品OMAPV1030晶片組目前主要支援GSM/GPRS/EGDE，不過已承諾將協助此系列的客戶順利過渡到UMTS和HSDPA。

《圖六　Freescale的i.300-30多模平台架構》

軟體協定部分，TTPCom也與Icera合作開發了HSDPA/EDGE解決方案。該方案採用TTPCom Release 5多種模式無線協定堆疊，可支援現有的GSM、GPRS 及EDGE、WCDMA與HSDPA無線終端設備標準，數據傳輸率達3.6Mbps。此外，TTPCom也和ARM達成合作協議，共同設計和開發整合ARM處理器和TTPCom的行動基頻引擎（CBEmacro）的3G平臺。

在測試儀器方面，HSDPA也為這個市場帶來了極大的商機，包括安捷倫、太克和羅德德史瓦茲等量測大廠早已有所佈局，針對手機製造商及電信業者推出一系列從設計到互通性測試的各種儀器。安捷倫與Anite合推一套整合GSM、GPRS、EGPRS、W-CDMA以及HSDPA等測試能力於一身的單一平台──SAT測試平台，這是一套針對初期開發所設計的從Layer 1到Layer 3的發展工具，以Agilent 8960無線通訊測試系統為基礎，內容從設計初期的RF與通訊協定測試，到完整的符合性（conformance）與互通性（inter-operability）驗證均包含在內。太克在HSDPA方面的主力產品為NetTek測試儀，這是一套RF實地測試工具，允許RF技術人員和性能測試工程師精確地分析NodeB發射器的性能並熟練地診斷問題；此外，NetTek測試儀同時也提供解調制測試，其中包括對於理解RF信號環境非常關鍵的EVM。羅德史瓦茲也提供一系列的HSDPA工具，包括射頻通訊測試儀（CMU 200/300）、協定測試儀、信號分析儀等等。

結論

從語音通訊到數據通訊，蜂巢式手機無疑正處於技術架構改朝換代上的重大的革命時期，而進入數位時代，無線通訊也和有線通訊一樣，不斷得向上提高傳輸的速率：從GSM到傳輸率約40Kbps的GPRS，以及傳輸率約130Kbps EDGE，再到3G世代UMTS的384Kbps，以及現在呼之欲出的3.5代HSDPA，其第一階段即上看14.4Mbps。在推出時程上，LG、NEC和三星皆已表示在今年年底或2006年年初就會推出HSDPA商用手機。

雖然在技術上可行，並不保證市場上可以很快的過渡。目前3G手機即面臨與2G/2.5G技術架構不同的相容性問題，要如何在並存的這兩代網路系統間平順的切換通話，並維持通話的品質及提供新興的服務，是今日設計上的很大挑戰。另一個將面臨的問題是實際服務上的經驗感受，畢竟目前提出來的傳輸速率皆是檯面上的理想值，在真正應用時將遇到分享、干擾和延遲等瓶頸，服務品質能否獲得用戶的認同，將很值得觀察。

換個角度來看，雖然在3G的推展上，WCDMA陣營顯得較為落後，但就基本面來看，截至2005年8月底，全球共有670個GSM網路分佈在200個國家或地區，用戶數達到15.2億；相較之下，CDMA僅在80個國家的近3億用戶中使用，因此WCDMA仍具有極佳的發展基礎，倒也不必妄自菲薄。不過，在蜂窩式系統中長久以來存在著專利壟斷的問題，對於技術的推廣一直是最大的致命傷，也讓由網路陣營如Wi-Fi/WiMAX等有後來居上的機會，這是3G業者需要慎思的地方。

（作者擔任電子產業媒體工作者多年，現為自由寫作工作者）

延 伸 閱 讀

未來智慧手機的電源管理技術 根據工研院IEK表示，HSDPA是3GPP在R5標準中為了滿足上下行資料傳輸不對稱的需求而提出的技術，導入了高速下傳共用通道，把功能實體置於Node B，並採用較短的TTI、16QAM、AMC和HARQ為核心的關鍵技術，下行傳輸速度在沒有通道編碼的情形下可達到14.4Mbps，較W-CDMA R99版的2Mbps高出許多，延遲現象亦因功能實體置於Note B而大幅降低。相關介紹請見「 HSDPA將很快進入正式營運時代」一文。 過去一年裡，無線產業都在熱烈討論3G Partnership Project（3GPP）所制定的高速下行封包接取（High-Speed Downlink Packet Access；HSDPA）規格，許多人都曾深入分析HSDPA的潛力，例如其能達到UMTS系統的兩倍產出，以及媲美纜線數據機和DSL的網路連線品質（QoS）。你可在「 HSDPA為3G手機設計帶來效能、體積和價格挑戰 」一文中得到進一步的介紹。 競爭環境是促使運營商選擇HSDPA的第一個因素。目前WCDMA正在與CDMA2000展開直接競爭，而且CDMA2000運營商在3G網路規模上已經取得了領先。WCDMA則因為需要重鋪網路，在進度上落後於CDMA2000。在「 HSDPA：異軍突起超3G」一文為你做了相關的評析。

市場動態

目前業界普遍認為HT中國TH將於2006年發放3GHT執照TH，而北電大中國區總裁兼執行長毛渝南（Robert Mao）表示，當推出WCDMA標準的3G網路時，中國很可能將直接選擇HSDPA技術。相關介紹請見「 中國3G建網時可能採用HSDPA技術」一文。 T摩托羅拉在3GSM World Congress 2005表示該公司投產W-CDMA（UMTS）終端的部分計劃。據介紹，該公司去年上市了六款UMTS終端，而今年將發表十六款新機型。預計在第四季陸續推出。你可在「 T向HSDPA進軍！摩托羅拉將推出16款3G終端」一文中得到進一步的介紹。 全球行動通訊大廠諾基亞，正式介紹已開始商用化的高速下行網路封包存取技術（HSDPA），以及諾基亞全IP多媒體解決方案。透過強化的行動傳輸速度，以及未來全IP化的多媒體應用整合平台，諾基亞將協助台灣行動通信產業進入快速且內容多元豐富的新紀元。在「 諾基亞推出HSDPA與全IP多媒體解決方案」一文為你做了相關的評析。