劉睿強

（重慶電子工程職業(yè)學院,重慶 401331）

TD-HSPA+中E-HICH信道配置方法的改進

劉睿強

（重慶電子工程職業(yè)學院,重慶 401331）

在碼道資源比較緊張的高速上行分組接入（HSUPA）系統(tǒng)中,由于采用E-HICH獨立配置方法,導(dǎo)致與E-HICH相同的Midamble的另外一條擴頻因子為16的碼道不能使用,從而造成信道碼資源的浪費。在HSPA+中,由于引入了半持續(xù)資源調(diào)度方法,使得相對緊張的E-HICH簽名序列顯得更加緊張。在對該問題進行了詳細分析后,提出了E-HICH信道逐對配置方法,并引入約束關(guān)系保證配對的E-HICH數(shù)據(jù)域功率相同。當一個擴頻因子為16的信道碼承載一個E-HICH時,用與該信道碼具有相同Midamble Shift和相同父節(jié)點的另一個信道碼承載另一個E-HICH,這種EHICH配對的形式很好地解決了另外一條碼道不能使用的問題。仿真結(jié)果表明,該方法不但能夠解決HSPA+中E-HICH信道碼資源緊張的問題,而且提高了碼道利用率和終端的檢測性能。

TD-SCDMA;增強高速分組數(shù)據(jù)傳輸;半持續(xù)調(diào)度;終端確認信息;聯(lián)合檢測

1 引 言

自從中國移動開始運營第三代移動通信TD-SCDMA系統(tǒng)[1-2]以來,TD-SCDMA得到了前所未有的發(fā)展。中國通信標準化協(xié)會在2007年推出了高速下行分組數(shù)據(jù)接入（HSDPA）V2行標（和3GPP R5版本對齊）以來,各大系統(tǒng)廠家和終端廠家加快了研發(fā)的進度,中國移動近幾年進行了多次集中TD-SCDMA設(shè)備采購,目前在國內(nèi)大部分城市都有了TD-SCDMA無線信號覆蓋。

HSDPA僅僅解決了高速下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴},但在高速上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}上顯得無能為力。并且由于WCDMA網(wǎng)絡(luò)在高速上行數(shù)據(jù)傳輸上已經(jīng)突破進展,即采用了高速上行分組接入（HSUPA）技術(shù)。另外,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信需求基本都是雙向的,僅僅存在HSDPA接入技術(shù)不能解決人們對移動通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?例如在視頻監(jiān)控、視頻上載等,都有高速上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

根據(jù)HSUPA的V 3行標的定義,在HSUPA[3,4]中,新增加了增強上行物理信道（Enhanced Uplink Physical Channel,E-PUCH）、隨機上行控制信道（Enhanced Random Uplink Channel,E-RUCCH）、絕對許可信道（E-AGCH）和E-DCH傳輸信道上HARQ確認指示信道（E-DCH HARQ Acknow ledgement Indicator Channel,E-HICH）4種類型的信道。TD-SCDMA為了同時提供高速的上下行數(shù)據(jù)傳輸,網(wǎng)絡(luò)除配置給終端這4個HSUPA物理信道之外,還需要配置HSDPA的專用信道,即HS-DSCH的共享控制信道（Shared Control Channel for HS-DSCH,HSSCCH）、高速物理下行共享信道（High Speed Physical Downlink Shared Channel,HS-PDSCH）和HS-DSCH的共享信息信道（Shared Information Channel for HSDSCH,HS-SICH）。為了TD-SCDMA的正常運行,網(wǎng)絡(luò)還需要配置公共控制信道,即主公共控制物理信道（Primary Common Control Physical Channel,PCCPCH）、輔公共控制物理信道（Secondary Common Control Physical Channel,S-CCPCH）、快速物理接入信道（Fast Physical Access Channel,FPACH）、尋呼指示信道（Page Indicator Channel,PICH）和同步物理信道（DwPTS,UpPCH）。由于在HSPA系統(tǒng)中,終端和網(wǎng)絡(luò)之間的同步依然使用專用物理信道進行同步,所以網(wǎng)絡(luò)還需要配置專用傳輸信道（Dedicated Physical Channel,DPCH）。但是在TD-SCDMA系統(tǒng)中,一個頻點上的無線幀有7個業(yè)務(wù)時隙和3個特殊時隙,每個業(yè)務(wù)時隙僅有16個碼道,由此可見,在TD-SCDMA系統(tǒng)中,碼道資源十分緊張。

目前在HSUPA的V3行標中,為支持終端側(cè)多小區(qū)的聯(lián)合檢測,在下行方向采用K=8的缺省的Midamble Shift配置方式。在該配置方式下,每個E-HICH占用一個擴頻因子SF=16的信道碼和一個M idamble Shift;與該E-HICH具有相同M idamble Shift和相同父節(jié)點的SF=16的信道碼被擱置不用。這種 E-HICH的獨立配置方法使每個EHICH浪費了1個SF=16的信道碼,這對于碼道資源緊張的TD-SCDMA系統(tǒng)來講是非?？上У?因此,有必要對提高碼道資源的利用方法做進一步研究,以便提高碼道資源利用效率。

2 逐對E-HICH信道配置的方法

鑒于上述E-HICH的獨立配置方法存在浪費信道碼資源的問題,本文提出E-HICH的逐對配置方法:當用 1個SF=16的信道碼承載一個EHICH時,用與該信道碼具有相同Midamble Shift和相同父節(jié)點的信道碼承載另一個E-HICH,這種E-HICH的逐對配置方法不僅可以節(jié)省信道碼資源,而且可以提高終端的檢測性能,具體分析如下。

通常情況下,分配給終端的下行信道將采用下行波束賦形[5]。因此,為避免不同終端下行信道的信道估計的混淆,需要給不同終端下行信道分配不同的Midamble Shift。E-HICH是一個很特殊的下行信道,該信道上同時承載多個終端的控制信息。當EHICH上只承載一個終端的控制信息時,該E-HICH可以采用下行波束賦形。當E-HICH上承載不止一個終端的控制信息時,不同的終端處于不同的位置區(qū)域,E-HICH無法采用下行波束賦形。在實際的HSUPA應(yīng)用場景中,一般來講,在一個E-HICH信道上承載多個終端的控制信息更有普遍意義。

基于上述E-HICH的下行波束賦形的特點,可以采用E-HICH的逐對配置方法:在用一個SF=16的信道碼承載一個E-HICH的同時,可以用與該信道碼具有相同Midamble Shift和相同父節(jié)點的信道碼承載另一個E-HICH,這兩個E-HICH構(gòu)成一個E-HICH對。為避免E-HICH對中兩個EHICH的信道估計的混淆,當逐對配置的E-HICH上只承載一個終端的控制信息時才能夠在逐對配置的E-HICH上采用下行波束賦形,這和以往HSUPA采用的方法相同。

在E-HICH的逐對配置下,雖然提供了TDSCDMA碼道的利用率,但是給終端的E-HICH檢測還是帶來了一定的難度,這樣造成了終端無法區(qū)分每個E-HICH的數(shù)據(jù)域信號的幅度。在采用基于ZF（迫零）的小區(qū)聯(lián)合檢測方法時,不需要準確知道每個E-HICH的數(shù)據(jù)域信號的幅度。但是,在采用基于MMSE（最小均方誤差）的小區(qū)聯(lián)合檢測方法時,就需要準確知道每個E-HICH的數(shù)據(jù)域信號的幅度。

由于基于ZF的小區(qū)聯(lián)合檢測方法對噪聲敏感,通常都采用基于MMSE的小區(qū)聯(lián)合檢測方法。所以為支持終端執(zhí)行基于MMSE的小區(qū)聯(lián)合檢測方法,還需要約定逐對配置的E-HICH中兩個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率之間的關(guān)系。對于逐對配置的兩個E-HICH,RNC可以將非調(diào)度終端和半靜態(tài)調(diào)度終端均勻分配到這兩個E-HICH上,基站可以做到將調(diào)度終端均勻分配到這兩個E-HICH上。因此,可以做到逐對配置的E-HICH中兩個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率相同,不能使用MMSE進行小區(qū)聯(lián)合檢測的問題也得到解決。

在終端完全均勻分配的情況下,兩個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率肯定相同。通常無法做到終端的完全均勻分配。在無法做到終端完全均勻分配的情況下,每個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率就會不相同。在這種情況下,為使兩個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率相同,還有一種簡單的補充方法是:分別確定每個EHICH的數(shù)據(jù)域功率,然后將數(shù)據(jù)域功率小的EHICH的功率提升到與另一個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率相同,這樣由于引入了E-HICH逐對配置帶來終端無法確定E-HICH數(shù)據(jù)域信號幅度的問題也能夠得到解決。

根據(jù)上面的分析,下面對各種無線場景以及不同的配置進行了詳細的仿真分析。

3 仿真設(shè)置以及仿真結(jié)果分析

3.1 終端不均勻分配下逐對配置的E-HICH的檢測性能

當逐對配置的E-HICH上只承載1個終端的ACK/NACK信息時,該E-HICH對的Midamble Shift的發(fā)射功率為2P,每個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率為P:其中一個E-HICH上承載一個終端的ACK/NACK信息,另一個E-HICH上承載任意一個簽名序列,是否存在這個E-HICH信道將對承載ACK/NACK的E-HICH物理層信道的解調(diào)性能有一定的影響。

圖1給出了上述情況下OTIA 3 km時逐對配置的E-HICH的ACK/NACK信息的檢測性能。圖1中還給出:用一個Midamble Shift和1個SF=16的信道碼承載1個獨立配置的E-HICH時,該E-HICH上只有1個終端的ACK/NACK信息,而逐對配置的EHICH上沒有任何信息。由于終端的不均勻分布造成前者的檢測性能相對于后者的檢測性能差約1 dB。

圖1 OTIA 3 km時終端不均勻分配時逐對配置的E-HICH的仿真性能Fig.1 The simulation performance of E-HICH channel in pairs with unsymmetrical distribution of UE under the condition of TIA 3 km

當逐對配置的E-HICH上只承載一個終端的ACK/NACK信息時,該E-HICH對的Midamble Shift的發(fā)射功率為2P,其中,承載終端信號的E-HICH的發(fā)射功率為P,另一個E-HICH上不發(fā)送任何信號。在這種情況下,終端側(cè)在進行MMSE檢測時,按照兩個E-HICH上每個E-HICH的數(shù)據(jù)域發(fā)射功率為P進行聯(lián)合檢測,其檢測性能如圖2所示。從圖2可見:當逐對配置的E-HICH上只有一個EHICH有信號時,每個E-HICH的數(shù)據(jù)域功率為P時的檢測性能和無信號的E-HICH不發(fā)送信號,有信號的E-HICH的數(shù)據(jù)域功率為P的發(fā)送方法的檢測性能相同。

圖2 OTIA 3 km時無信號E-HICH上不發(fā)送信號時的檢測性能Fig.2 The detecting performance without signal on E-HICH channel under the condition of TIA 3 km

根據(jù)上述仿真結(jié)果,當逐對配置的E-HICH中只有一個E-HICH上有終端信號時,可以采用如下發(fā)送方法:無信號的E-HICH的數(shù)據(jù)域不發(fā)送任何信號,有信號的E-HICH的數(shù)據(jù)域發(fā)射功率為P,逐對配置的E-HICH的Midmable Shift的發(fā)射功率為2P。

3.2 終端均勻分配下逐對配置的E-HICH的檢測

性能

為了說明E-HICH均勻分配下逐對E-HICH配置和E-HICH獨立配置性能差異,兩種仿真條件采用了相同的M idamble Shift分配方式、相同的擴頻因子、相同的終端數(shù)目以及相同的ACK/NACK選擇機制,以及采用了相同的無線信道環(huán)境。

逐對配置的E-HICH條件下的仿真參數(shù)配置為:

（1）下行采用K=8的缺省的Midamble Shift配置方式;

（2）用擴頻因子SF=16,信道碼號為1和2的兩個信道碼承載一對E-HICH;

（3）該逐對配置的E-HICH上分別承載2個終端、8個終端的ACK/NACK信息,每個E-HICH上分別承載1個終端、4個終端的ACK/NACK信息;

（4）每個終端的ACK/NACK信息隨機選擇;

（5）無線信道條件:OTIA 3 km,VA 120 km;

（6）逐對配置的E-HICH上每個簽名序列的發(fā)送功率為P,Midamble域功率為兩個E-HICH上所有簽名序列發(fā)送功率之和;

（7）終端側(cè)按照兩個E-HICH均分Midamble域功率進行聯(lián)合檢測。

獨立配置的E-HICH條件下的仿真參數(shù)配置為:

（1）下行采用K=8的缺省的Midamble Shift配置方式;

（2）采用擴頻因子SF=16,信道碼號為1的信道碼承載1個E-HICH;

（3）該E-HICH分別承載2個終端、8個終端的ACK/NACK信息;

（4）每個終端的ACK/NACK信息隨機選擇;

（5）信道條件:OTIA 3 km,VA 120 km;

（6）E-HICH上每個簽名序列的發(fā)送功率為P,Midamble域功率為所有簽名序列發(fā)送功率之和;

（7）終端側(cè)按照1個E-HICH進行聯(lián)合檢測。根據(jù)上面的逐對配置和獨立E-HICH仿真條件,仿真出了終端數(shù)目為2、8時,在無線環(huán)境OTIA 3 km和VA 120 km下每個終端的ACK/NACK的檢測性能。為了清楚地對比說明,將兩種情況的仿真結(jié)果同時顯示在一個仿真圖上,如圖3～6所示。

圖3 OTIA 3 km 2個終端逐對與獨立E-H ICH性能對比Fig.3 The contrast of the performance between pairs and individual on E-H ICH channel for 2 UE under the condition of OTIA 3 km

圖4 OTIA 3 km 8個終端逐對與獨立E-H ICH性能對比Fig.4 The contrast of the performance between pairs and individual on E-H ICH channel for 8 UE under the condition of OTIA 3 km

根據(jù)圖3和圖4的仿真結(jié)果可以看出,在OTIA 3km無線環(huán)境中,將2個終端、8個終端的確認信息平均分配到一對E-HICH信道上的性能,與2終端和8個終端確認信息分配到一條E-HICH上的性能相同,將多個終端的確認信息平均分配到一對E-HICH信道上不會對終端解調(diào)E-HICH帶來性能上的惡化。

為了說明該方法的適用普遍性,圖5和圖6給出了VA 120km無線環(huán)境的仿真結(jié)果。根據(jù)圖5和圖6的仿真結(jié)果可以看出,在VA 120 km無線環(huán)境中,將2個終端、8個終端的確認信息平均分配到一對E-HICH信道上的性能,與2個終端和8個終端確認信息分配到一條E-HICH上的性能相同,將多個終端的確認信息分配到一對E-HICH信道上不會對終端解調(diào)E-HICH帶來性能上的惡化。

圖5 120 km 2個終端逐對與獨立E-H ICH性能對比Fig.5 The contrast of the performance between pairs and individual on E-HICH channel for 2 UE under the condition of VA 120 km

圖6 VA 120 km 8個終端逐對與獨立E-HICH的性能對比Fig.6 The contrast of the performance between pairs and individual on E-HICH channel for 8 UE under the condition of VA 120 km

3.3 仿真結(jié)果分析

前文對終端的確認信息均勻分配到E-HICH和非均勻分配到E-HICH的情況進行了仿真,如果對原來HSUPA的E-HICH使用方法不進行任何修正,那么雖然提高了TD-SCDMA系統(tǒng)的碼道利用率,但是對終端解調(diào)E-HICH信道帶來了1dB的性能惡化;如果要求網(wǎng)絡(luò)發(fā)送有信號的E-HICH的數(shù)據(jù)域發(fā)射功率為P,逐對配置的E-HICH的Midmable Shift的發(fā)射功率為2P,那么這種E-HICH性能惡化將會消除。另外,這種方法在終端的確認信息均勻分配到逐對的E-HICH上的性能和HSUPA的性能基本沒有差異。從實際仿真結(jié)果可以得出在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用逐對E-HICH分配方式的可行性。

4 應(yīng)用場景分析

在TD-SCDMA的HSUPA中碼道資源緊張[6],那么在HSPA+中的碼道資源更加緊張,由于在HSPA+中增加了E-PUCH資源的調(diào)度方式,即半靜態(tài)資源調(diào)度（Semi-Persistent Schedule,SPS）,按照3GPP標準,在HSPA+中RNC將給每個SPS終端分配一個EHICH上的簽名序列組,用于反饋該終端的SPS EPUCH的ACK/NACK信息和TPC&SS命令信息,每套SPS資源將分配4個E-HICH的簽名序列。

在TD-SCDMA系統(tǒng)中,從終端的省電角度,TD-HSPA提供的高速數(shù)據(jù)傳輸還不能完全滿足通信終端“永遠在線”的技術(shù)要求,這種情況在TDHSPA+中將得到很好的改善,也就是終端處于連接模式下,系統(tǒng)可以使用SPS的資源分配方式來解決終端和網(wǎng)絡(luò)之間的同步問題,使用SF=16的一個碼道就可以保證終端和網(wǎng)絡(luò)之間始終保持鏈接,并且SF=16的一個碼道又可以是非連續(xù)接收或是發(fā)送使用（簡稱:DRX模式）。這樣有兩個優(yōu)點:第一,終端可以實現(xiàn)永遠在線功能,并且系統(tǒng)耗費的無線資源比較小;第二,網(wǎng)絡(luò)和終端使用了SPS調(diào)度,有利于終端省電設(shè)計,也就是網(wǎng)絡(luò)和終端之間沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候,終端可以關(guān)閉收發(fā)信機。另外,在TD-HSPA+中SPS的資源分配方式還可以保證終端和網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)（GBR）數(shù)據(jù)的傳輸,所以SPS的E-PUCH無線資源使用方式在TD-HSPA+中將廣泛使用。

但是在TD-HSPA+中,無論分配SPS資源是大還是小,每個SPS資源對應(yīng)的E-PUCH都需要4個E-HICH的簽名序列。在大量的“永遠在線”的終端,每個終端僅分配SF=16的一個碼道即可完成,但是對應(yīng)E-HICH的簽名序列將明顯不能滿足該場景的應(yīng)用需求。并且在目前的HSUPA系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)可以最多分配4條E-HICH物理信道,由于沒有采用逐對E-HICH的分配方式,那么將占據(jù)4個M idamble碼。從另外一個角度來講,E-HICH將占據(jù)SF=16的 8個碼道,也就是一個下行時隙的50%資源。如果采用了逐對E-HICH分配方式,那么只需要2個Midamble,SF=16的4個碼道即可,由此可見,E-HICH的容量提高了1倍,所以這種方法不僅使用于HSUPA的場景,在HSPA+中也可以得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié) 論

隨著HSUPA終端數(shù)目的上升和對各種EPUCH類型的支持,一個HSUPA載波只配置一個獨立的E-HICH將無法同時承載該載波上所有調(diào)度終端的控制信息、非調(diào)度終端的控制信息以及HSPA+中的所有半靜態(tài)調(diào)度終端的控制信息。當一個HSUPA載波需要配置不止一個獨立的E-HICH時,采用E-HICH的逐對配置方法不僅可以有效節(jié)省信道碼資源、提高終端的檢測性能,還可以有效支持終端的多小區(qū)聯(lián)合檢測,對于TD標準的長期演進和發(fā)展具有較大意義。

[1] 段紅光,羅一靜,申敏.TD-HSPA技術(shù)揭密[M].北京:人民郵電出版社,2009:5-22.

DUAN Hong-guang,LUO Yi-jing,SHEN Min.Uncovering the Secrets of TD-HSPA Technology[M].Beijing:People′s Posts&T elecommunications Press,2009:5-22.（in Chinese）

[2] 3GPP TS 25.224V8.4.0,Technical SpecificationGroup Radio Access Network;Physical layer procedures（TDD）[S].

[3] 3GPP TS 25.331 V8.6.0,Technical Specification Group Radio Access Network;Radio Resource Control（RRC）;Protocol Specification[S].

[4] 3GPP TS 25.222 V8.5.0,Technical SpecificationGroup Radio AccessNetwork;Multiplexing and channel coding（TDD）[S].

[5] YD/T 1845-2009,2GHz TD-SCD MA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)高速上行分組接入（HSUPA）增強型高速分組接入（HSPA+）Uu接口RRC層技術(shù)要求[S].

YD/T 1845-2009,Technical requirements for RRC Interface of 2GHz TD-SCDMA digital cellular mobile communication network HSUPA HSPA+technical specification:RRC protocol[S].（in Chinese）

[6] YD/T 1845-2009,2GHz TD-SCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)增強型高速分組接入（HSPA+）無線接入子系統(tǒng)Uu口物理層技術(shù)要求[S].YD/T 1845-2009,Technical requirements for Uu Interface of 2GHz TD-SCDMA digital cellular mobile communication network HSPA+radio access subsystem technical specification:physical layer protocol[S].（in Chinese）

Improvement on the E-HICH Channel Configuration in TD-HSPA+System

LIU Rui-qiang
（Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China）

Currently,channel code resource is in low utilization in HSUPA（High Speed Up link Access）.Due to the use of the individual configuration method of E-HICH channel,there is one channel code whose spreed factor（SF）is 16,whose midamble is the same as E-HICH,but can not be used,which causes the waste of channel code resources.Owning to semi-persistent schedule in HSPA+,the shortage of signature sequence of EHICH channel code becomes more and more serious.After the analysis of this problem,the configuration method of E-HICH channel in pairs is presented,and restriction is introduced to guarantee that the data power of the two E-HICH channels is the same.When a channel code withSF=16 carries an E-HICH channel,another channel codewhose Midamble Shift and father node are the same as the former channel code carries another E-HICH,the partnership of E-HICH channels can make full use of another channel.The simulation result shows that the method can not only solve the shortage of E-HICH channel resources,but also increase the utilization rate of channel code and improve the detecting performance of user equipment.

TD-SCDMA;HSPA+;semi-persistent schedule;ACK/NACK;joint detection

TN911

A

10.3969/j.issn.1001-893x.2010.11.014

1001-893X（2010）11-0065-06

2010-07-16;

2010-09-08

劉睿強（1972-）,男,四川彭州人,2007年于桂林電子科技大學獲碩士學位,現(xiàn)為講師、重慶電子工程職業(yè)學院電子系微電子教研室主任。

LIU Rui-qiang wasborn in Pengzhou,Sichuan Province,in1972.He

theM.S.degree from Guilin University of ElectronicTechnology in 2007.He is now a lecturer and the Head of the Microelectronics Teaching and Research Section,Department of Electronics Information,Chongqing College of Electronic Engineering.

Email:tzl0922@yahoo.com.cn