最近美國運營商Sprint推出了首款支援高性能使用者設備（HPUE）的預付費智慧手機ZTE MAX XL；運營商把HPUE稱之為高性能使用者設備（HPUE：High Performance User Equipment）， 但是實際上在3GPP 協議中HPUE是高功率使用者設備即High Power UE的簡稱。 根據3GPP協定的定義， 傳統的手機使用者設備（UE）支援的功率等級為Class 3， 即在天線口的輸出功率在23dBm左右， 而對於支持HPUE的手機而言， 協定允許UE的天線口輸出功率提升到了26dBm， 即HPUE支援的功率等級為Class 2， 這樣做的主要目的是為了改善在高頻頻段上下行鏈路不平衡所帶來的覆蓋問題；當前業界主要是針對Band 41（2496MHz ～ 2690MHz）頻段實現支持HPUE的功能， 當然3GPP 還定義其它幾個TDD頻段也可以支援HPUE，
3GPP已經批准HPUE標準
背景
提升UE的輸出功率可以增加基站的覆蓋範圍
技術難點系統前端架構
一般而言有兩類三種主要的HPUE系統架構， 架構1：高功率PA和低功率RF PA（Power Amplifier：功放）分開， 架構2：高功率PA和低功率PA共用同一顆PA， 如下圖所示：
（a）架構1、高功率PA和低功率PA分開方式之一
（b）架構1、高功率PA和低功率PA分開方式之二
（c）架構2、Band 41附近的頻段共用一顆PA
對於架構1而言的主要缺點額外增加一顆PA 相應的會增加成本；而對於架構2而言由於共用一顆PA， 當這個PA工作在其它頻段需要功率回退時PA的效率會降低：同一個PA從26dBm的輸出功率回退到23dBm的輸出功率時，
隨著射頻前端複雜性的增長， 鏈路預算整體插入損耗增加。 使用傳統的分立元件和冗餘匹配的設計只會增加連結預算。 新的功率等級2要求（即輸出功率為26 dBm）進一步使RF設計複雜化。
在設計前端時， RF工程師需要使用以下內容：
滿足新的26 dBm Power Class 2標準的最佳鏈路預算
設計技術和元件可以抵消插入損耗的同比增長
最好的濾波器， 以減輕RF共存問題
由於輸出功率功率增加， 同時考慮到天線口天線失配的影響， HPUE對PA後面濾波器的功率容量會相應的要求增加， 傳統的SAW濾波器可能無法滿足要求， 需要採用功率容量更高的BAW或者FBAR濾波器。
PA輸出的插損會嚴重惡化系統性能
解決方案
1、使用集成模組降低PA輸出段的插損， 如下面的圖7所示， 使用集成模組PA的輸出插損至少會降低0.5dB；同時採用性能更加優越的BAW或者FBAR濾波器可以進一步降低PA的輸出損耗。
集成的PA模組
集成模組可以減小輸出插損約0.5dB
2、增加PA的供電電壓，當前為了節約電能手機終端多使用Envelope Tracking架構，為了增加PA的輸出功率，增加ET電源模組的輸出電壓，比如由原來最大輸出電壓4.5V左右增加到5.5V；或者直接使用高壓APT技術，如PA的最高工作電壓提升至11V左右；
ET原理
ET架構
3、採用Doherty架構來提升輸出功率：因為Doherty PA 採用兩個PA 按照active load pull的方式合路（如下圖所示），因此其輸出功率天然會比較大；而採用可配置的Doherty PA架構可以兼顧大功率和小功率的需求，如下面的圖所示。
Doherty PA原理
可配的Doherty架構
運營商的情況
Sprint是美國唯一採用TDD-LTE策略的運營商，Sprint知道其網路並不完美，但是在過去一年中，Sprint已經做了很多工作，來改善其網路，在Sprint等的努力下去年十二月份3GPP批准發佈了HPUE的全球標準， 同時Sprint在紐約對HPUE技術進行了演示，Sprint技術首席運營官GüntherOttendorfer在演示後的電話會議中告訴媒體，指出許多設備設備供應商都致力於提供支援HPUE的設備。“這對我們來說是一個很大的進步。 Sprint開始採用解決方案來改善其2.5 GHz覆蓋範圍，通過在TDD計畫的推動下，通過增加Band 41設備的上行覆蓋範圍。
Sprint力推HPUE
Sprint首席技術官John Saw在一篇博文中介紹了HPUE技術（參見：http://newsroom.sprint.com/blogs/sprint-perspectives/breakthrough-hpue-innovation-to-benefit-tdd-lte-networks-worldwide.htm），他認為這可能是一個重大的改變遊戲規則的技術，因為它終於允許Sprint在覆蓋範圍內獲得中頻段頻譜的好處以及那些你只能從高頻段頻譜中帶來的容量。他說：“很難同時獲得兩個世界（覆蓋和容量）的最佳效果，但是這是HPUE技術允許的。
Sprint在全球TDD LTE計畫（GTI：Global TDD LTE Initiative）與中國移動，SoftBank，高通科技，三星，中興，Broadcom，聯發科，Skyworks解決方案，阿爾卡特，摩托羅拉，LG和Qorvo等公司共同領導了HPUE的發展。
在Sprint等的推動下HPUE產業鏈日益成熟
今年年初，第18屆GTI論壇在巴賽隆納舉行，本屆論壇主題為“5G方向的聯合創新”，在本次論壇上， HPUE（高性能使用者設備）成為熱門話題。HPUE著眼提升4G、5G網路下弱信號環境上網體驗。主推該項技術的運營商Sprint，披露了HPUE的研發測試和商業應用進程， 部分主流終端廠商透露將在今年內上市支援該技術的手機。而vivo作為手機廠商代表，在會上發表了題為“The solution and the product development progress of the Power Class 2 UE”（“高功率終端的研究進展”）的演講。具體介紹了vivo在HPUE（高功率終端）領域的自主研發成果。
Vivo 對HPUE技術做了深入研究
手機支持方面
隨著2016年12月6日批准HPUE的全球標準，可以看到該技術正在快速的採用，目前2月26日發佈的 LG G6，3月29日發佈的三星Galaxy S8都支持HPUE。而前面提到的ZTE的MAX XL以及HTC的U11（http://newsroom.sprint.com/blogs/devices-apps-and-services/htc-unveils-new-flagship-smartphone-meet-htc-u11.htm）等機型都支持HPUE。
HTC的U11支援HPUE
中移動的情況
Band 41的HPUE技術的另外一顆幕後推手是中國移動，中國移動是中國唯一一家支援TDD LTE的運營商，在B41的頻段範圍內擁有大量的頻譜資源（Band 38（2570 MHz –2620 MHz）），中國移動已建設了擁有150+萬個4G基站這一較為完善的TD-LTE網路，4G使用者達到5.52億。隨著提速降費，4G用戶上網流量呈現激增態勢，2016年年底，4G DOU值超過1GB，4G網路將持續優化實現做厚做深，降低室內盲區提升TD-LTE覆蓋範圍是用戶的訴求之一。因此HPUE的產業鏈日趨成熟對中移動來說無疑是一場及時雨，必將大力推動這項技術在過來的應用。有消息指出中移動已經要求過來今年12月底國內上市的旗艦手機必須支持HPUE。
中移動的TD頻譜資源
總結目前，HPUE得到了業界的支援，並建立了完整的生態系統。在網路層面，得到了中國移動、軟銀和Sprint等運營商的支援；晶片層面，有高通和聯發科助推；終端方面，得到了三星、ZTE、vivo、LG和HTC等終端廠商的積極回應。
在當Sprint、中國移動和軟銀這三家運營商坐而論道時，HPUE的蝴蝶效應將會影響到未來主流市場的決策，規模推進LTE FDD/TDD深度的融合組網。
因此，我們應該高度關注HPUE技術的發展以及其所造成的蝴蝶效應！
（完）
集成模組可以減小輸出插損約0.5dB
2、增加PA的供電電壓，當前為了節約電能手機終端多使用Envelope Tracking架構，為了增加PA的輸出功率，增加ET電源模組的輸出電壓，比如由原來最大輸出電壓4.5V左右增加到5.5V；或者直接使用高壓APT技術，如PA的最高工作電壓提升至11V左右；
ET原理
ET架構
3、採用Doherty架構來提升輸出功率：因為Doherty PA 採用兩個PA 按照active load pull的方式合路（如下圖所示），因此其輸出功率天然會比較大；而採用可配置的Doherty PA架構可以兼顧大功率和小功率的需求，如下面的圖所示。
Doherty PA原理
可配的Doherty架構
運營商的情況
Sprint是美國唯一採用TDD-LTE策略的運營商，Sprint知道其網路並不完美，但是在過去一年中，Sprint已經做了很多工作，來改善其網路，在Sprint等的努力下去年十二月份3GPP批准發佈了HPUE的全球標準， 同時Sprint在紐約對HPUE技術進行了演示，Sprint技術首席運營官GüntherOttendorfer在演示後的電話會議中告訴媒體，指出許多設備設備供應商都致力於提供支援HPUE的設備。“這對我們來說是一個很大的進步。 Sprint開始採用解決方案來改善其2.5 GHz覆蓋範圍，通過在TDD計畫的推動下，通過增加Band 41設備的上行覆蓋範圍。
Sprint力推HPUE
Sprint首席技術官John Saw在一篇博文中介紹了HPUE技術（參見：http://newsroom.sprint.com/blogs/sprint-perspectives/breakthrough-hpue-innovation-to-benefit-tdd-lte-networks-worldwide.htm），他認為這可能是一個重大的改變遊戲規則的技術，因為它終於允許Sprint在覆蓋範圍內獲得中頻段頻譜的好處以及那些你只能從高頻段頻譜中帶來的容量。他說：“很難同時獲得兩個世界（覆蓋和容量）的最佳效果，但是這是HPUE技術允許的。
Sprint在全球TDD LTE計畫（GTI：Global TDD LTE Initiative）與中國移動，SoftBank，高通科技，三星，中興，Broadcom，聯發科，Skyworks解決方案，阿爾卡特，摩托羅拉，LG和Qorvo等公司共同領導了HPUE的發展。
在Sprint等的推動下HPUE產業鏈日益成熟
今年年初，第18屆GTI論壇在巴賽隆納舉行，本屆論壇主題為“5G方向的聯合創新”，在本次論壇上， HPUE（高性能使用者設備）成為熱門話題。HPUE著眼提升4G、5G網路下弱信號環境上網體驗。主推該項技術的運營商Sprint，披露了HPUE的研發測試和商業應用進程， 部分主流終端廠商透露將在今年內上市支援該技術的手機。而vivo作為手機廠商代表，在會上發表了題為“The solution and the product development progress of the Power Class 2 UE”（“高功率終端的研究進展”）的演講。具體介紹了vivo在HPUE（高功率終端）領域的自主研發成果。
Vivo 對HPUE技術做了深入研究
手機支持方面
隨著2016年12月6日批准HPUE的全球標準，可以看到該技術正在快速的採用，目前2月26日發佈的 LG G6，3月29日發佈的三星Galaxy S8都支持HPUE。而前面提到的ZTE的MAX XL以及HTC的U11（http://newsroom.sprint.com/blogs/devices-apps-and-services/htc-unveils-new-flagship-smartphone-meet-htc-u11.htm）等機型都支持HPUE。
HTC的U11支援HPUE
中移動的情況
Band 41的HPUE技術的另外一顆幕後推手是中國移動，中國移動是中國唯一一家支援TDD LTE的運營商，在B41的頻段範圍內擁有大量的頻譜資源（Band 38（2570 MHz –2620 MHz）），中國移動已建設了擁有150+萬個4G基站這一較為完善的TD-LTE網路，4G使用者達到5.52億。隨著提速降費，4G用戶上網流量呈現激增態勢，2016年年底，4G DOU值超過1GB，4G網路將持續優化實現做厚做深，降低室內盲區提升TD-LTE覆蓋範圍是用戶的訴求之一。因此HPUE的產業鏈日趨成熟對中移動來說無疑是一場及時雨，必將大力推動這項技術在過來的應用。有消息指出中移動已經要求過來今年12月底國內上市的旗艦手機必須支持HPUE。
中移動的TD頻譜資源
總結目前，HPUE得到了業界的支援，並建立了完整的生態系統。在網路層面，得到了中國移動、軟銀和Sprint等運營商的支援；晶片層面，有高通和聯發科助推；終端方面，得到了三星、ZTE、vivo、LG和HTC等終端廠商的積極回應。
在當Sprint、中國移動和軟銀這三家運營商坐而論道時，HPUE的蝴蝶效應將會影響到未來主流市場的決策，規模推進LTE FDD/TDD深度的融合組網。
因此，我們應該高度關注HPUE技術的發展以及其所造成的蝴蝶效應！
（完）