从2G到3G的技术规划进程图：HSDPA是继WCDMA（R99版）之后的一次重大技术提升
许多人都知道WCDMA是3G，HSDPA是3.5G，也知道未来会有4G，但是各位可知道：在3.5G到4G之间，依然有诸多的技术提升规划，除了伴随HSDPA所经常听到的HSUPA外，还有HSPA+、HSOPA、LTE等等，这些更先进的技术提案的实现步骤为何？为何朝这些方面改善？背后的动机与用意为何？在未来正式官方标准中所处的位置为何？本文以下将针对这些议题进行更多的讨论。

　　紧接在HSDPA之后的是HSUPA，HSUPA的全称为High-Speed Uplink Packet Access（高速上行封包存取），很明显是与HSDPA对称的强化设计，HSDPA是强化原有3G（WCDMA）的下行传输速率，而HSUPA则是强化上行传输速率，按理HSDPA与HSDPA应当同时登场，不过依据应用与市场的需要，提升下行速率的重要性优先于上行，所以先推出HSDPA，之后再提出HSUPA，HSUPA也俗称3.75G。

　　在原有的WCDMA上，上行速率只有384kbps，而增入了HSUPA后上行速率最高可以到5.76Mbps。且从3GPP（3rd Generation Partnership Project）的官方正式标准来看，WCDMA为1999年发布的3GPP R99（附注1）与2000年发布的3GPP R4（附注2），而HSDPA则为2002年发布的3GPP R5，至于HSUPA则是2004年发布的3GPP R6。

　　要注意的是，3GPP R5标准并非完全只在订立HSDPA的技术规范，其中也开始引入IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem；IMS），只是在市场营销推展上HSDPA是更显要的重点。同样的，3GPP R6标准中也不光是只有HSUPA，虽然HSUPA是R6中的关键提升，但除此之外还有其它相关提升，包括：整合WLAN网络的运作，增加多媒体广播多播服务（Multimedia Broadcast Multicast Service；MBMS）、将原有IMS进行强化，例如增加了PoC（Push to Talk over Cellular）、GAN（Generic Access Network）等等新功效机制。

　　至此，各位可能会有另一个疑惑：HSDPA将下行提升到14.4Mbps，但HSUPA只将上行提升到5.6Mbps，如此依然是不对称的上下行速率不是？对此答案是肯定的，无论就技术或应用而言，都不容易、也不必要达成上下完全对称一致的设计。

　　除了理论极限速率不同之外，HSUPA与HSDPA间还有其它的不同吗？答案一样是肯定，HSDPA的多种加快下行速率的手法中，有一种是实行新的调变方式（对WCDMA系统而言是新的，过去未曾有过的），即是使用16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）调变，相对的HSUPA并没有使用此一新调变手法，依旧是用过去WCDMA原有的调变方式：QPSK（Quadrature phase-shift keying）。

　　也因为依旧只使用QPSK调变，不像HSDPA可以选择用过去的QPSK或新增入的16QAM，所以HSUPA也就没有「可自我因应、适应的调变与编码机制」（Adaptive Modulation and Coding；AMC）（附注3），因为没有其它调变方式可选，自然不用因应调整。

　　此外，HSDPA的传输时间间隔（Transmission Time Interval；TTI）为2mS（毫秒），HSUPA一般为10mS，但也可选用2mS。传输通道的类型上HSDPA属于共享式（Shared），HSUPA则是专属式（Dedicated）。再者，HSDPA的分组排程以容量分配为主，HSUPA则是以功率控制为主；HSDPA在下行时不支援软性换手，但HSUPA的上行则支援软性换手。

　　除了差别外，事实上HSDPA与HSUPA也有许多共通点，否则在技术命名时也不会如此对称，HSDPA与HSUPA都使用新建立的通道来传输，而不是使用原有WCDMA的通道，同时两者也都支持HARQ（Hybrid Automatic Repeat-reQuest）。

　　在HSDPA、HSUPA之后的是HSPA+，或写成HSPA Plus，同时也有人称为HSPA Evolved，所谓HSPA+即是原有HSPA的加强版，而HSPA正是同时指HSDPA与HSUPA，预估HSPA+将列入官方正式标准的3GPP R7中，3GPP R7的技术规格标准预计今（2007）年就会正式颁布。

　　就目前而言HSPA+的具体提升内容并不详确，不过最受人重视的依旧是速率方面的表现，HSPA预计会再次将上下行的速率再次提升，下行增至28Mbps，下行增至11Mbps，等于将原有HSPA的速率进行倍增。

　　同样的，3GPP的官方标准不可能只纳入HSPA+一项新技术，与HSPA+一同纳入3GPP R7的技术推测将有：天线数组（Antenna Array）、Beamforming、多进多出（Multiple-input multiple-output communications；MIMO）。

　　值得注意的是，HSDPA现阶段的理论极速：14.4Mbps也不是最终目标，而只是第一阶段（Phase 1）的目标，下一阶段预计把下行速率增至42Mbps，此一规划很可能列入HSPA+中实现，然42Mbps又比HSPA+设定的28Mbps高出甚多，此一预期能否达成仍多所疑问。

　　图：图中为EDGE、WCDMA、HSDPA三种技术的传输成本比较表，以每1MB的数据容量为单位基准的欧元成本比较。

　　在HSPA+之后的将是HSOPA，全称为High-Speed OFDM Packet Access，顾名思义这将是3G系统首次采用正交分频多任务（Orthogonal frequency-division multiplexing；OFDM）调变技术，此外HSOPA也被人称为Super 3G，HSOPA将是升级至3GPP LTE过程中的一个部分。也因为使用OFDM调变，等于将「空中接口系统，Air Interface System」完全翻新，原有的空中接口系统将无法再兼容延续，实行HSOPA预计须大幅更替、换新原有的3G系统设备。

　　HSOPA的原初提案者是北方电讯（Nortel），除了运用OFDM技术外也会使用R6阶段就导入的MIMO，让3G基地台系统可扩增10倍以上的用户服务数，并在因应每一个客户端服务的功耗成本将更低，且预估相同的5MHz通道内能够有37Mbps的下行传输率。

　　HSOPA与之前的3G系统相比（也含HSDPA、HSUPA等），在带宽的调配上更具弹性，原有的带宽固定为5MHz，新的HSOPA则允许1.25MHz∼20MHz间的缩放调整，在带宽利用率上要比3GPP R6好上2∼4倍，同时尖峰的下行速率将达100Mbps，上行则达50Mbps。

　　再者，传输延迟（Latency）的时间也缩短，从RAN到终端用户间的时间约20mS，此表现与同时使用HSPDA、HSUPA的系统相近，但却大大超越最原初的WCDMA（不具备HSDPA、HSUPA）。也因为自HSOPA开始速率又再次大幅拉升，使得前端应用层面也开始有更高层次的主张，在Triple Play之后改提倡Quadruple Play，即是除了原有的Voice、Data、Video外，再加上高速互动性的应用程序，更简单地说即是跳脱过去纯传输数据的工作，也开始用充沛的带宽支持分布式、网络式执行的应用程序。

　　在HSOPA之后的就是3GPP LTE，LTE的全称为Long Term Evolution（长时间演化、长期改进），是进入4G前的最后一个阶段，也等于是3G的最末尾一次的技术提升。要提醒的是，，3GPP LTE只是一个俗称，并非正式的称呼，3GPP LTE的技术提案预计会列入3GPP R8正式标准中。

　　就目前所知，3GPP LTE会强化无线频谱资源的利用率，在每20MHz的带宽内可以达到100Mbps的下行传输速率，以及50Mbps的上行传输速率，并且在每5MHz的带宽内可以同时服务达200个通话使用者。在小型IP封包的传输上其传输延迟能低于5mS，言下之意是加速传输的反应速度。

　　同样的，3GPP LTE与之前谈论的HSOPA一样，讲究频谱资源的运用、调度弹性，每个信道允许1.25MHz∼20MHz不等的调整缩放。另外，基地台方面将针对5公里、30公里等覆盖距离进行非常好的化，并最远可以达100公里的覆盖距离，在100公里的距离内仍然能够有可以接受的传输速率。进一步的，3GPP LTE也会强化与过往系统（即是指GSM、GPRS、WCDMA等等）的共存并用性。

　　除这些外，3GPP LTE将是一个完全以IP方式运作的无线移动网络，此称之为「All IP Network；AIPN」，不像现有的3G系统是在交换式线路运作外再部分加搭IP式网络来提供数据、多媒体服务。此外在空中接口方面也换新，预计3GPP R8会改用E-UTRA（Evolved UTRA，UTRA为UMTS Terrestrial Radio Access），原有的3G则是用UTRA，同时也如HSOPA般使用OFDM调变，包括下行部分可以使用QPSK、16QAM、64QAM等调变方式，上行则允许使用QPSK与16QAM，这些都比HSDPA、HSUPA更为进步。

　　图：移动通信技术的演进示意图，愈往上端则频谱运用效率就愈高，同时传输率更高的结果也带动各种新应用的实现

　　至此，相信各位已可明显感受到：3.xG与Mobile WiMAX间的浓浓火药味，WiMAX早在2004年标准（IEEE 802.11d）就纳入OFDM，并完全取代更早先的WiMAX标准（IEEE 802.11a），这使得3G必须在HSDPA、HSUPA、HSPA+之后也开始引进OFDM。同样的，WiMAX开始将MIMO纳入选用功效后，也同样逼迫3G加速纳用MIMO技术。

　　除此之外，WiMAX是信息阵营发起的标准，一起头就实行完全IP化的运作，3G为了竞争，同时也为了强化数据与多媒体方面的服务，在后端架构中逐渐纳入IP运作，但主体与前端仍是传统电信的交换式网络，如此也使3G必须往全面IP化的方向演化。

　　所以，「OFDM调变、MIMO组态、全IP化运作」等是3G与WiMAX所一致发展的方向，也是强化无线通信的不二法门，目前来看似乎WiMAX的技术较为领先，然而3G却有市场先占优势，不过各位也认为3G与WiMAX技术先进，事实上早在Wi-Fi的IEEE 802.11a就已经用上OFDM，如今各种新技术只是相同手法的再精进而已。同样的，MIMO也在PHS系统上早有运用，如今新的Wi-Fi（IEEE 802.1n）也采用，然后WiMAX、3G也采用。

　　因此，3.xG与Mobile WiMAX之间的竞赛其实是时间的竞赛，谁能在时间内达到更优异的技术表现、更低廉的建置成本、营运成本、更大的市场规模，谁就能胜出。

　　图：HSUPA效益示意图，纵轴RoT指的是Rise-over-Thermal，指基地台（Node-B）运作时的热增量，横轴则是移动通信服务的负载（LOAD）量

　　附注1：R为「Release」之意，部分文章也将R99写成Rel99，R4写成Rel4，缩写方式虽不同但意义一致。

　　附注2：原本的3GPP标准是以公元年份的尾数来命名，如3GPP R99（1999年）以及3GPP R2000（2000年），但之后改以单纯的阿拉伯数字，所以3GPP R2000就改成3GPP R4。

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