摘 要:HSUPA是TD-SCDMA的重要功能之一，由于目前所有關(guān)于HSUPA標(biāo)準(zhǔn)化的工作還集中在單載波上，考慮終端實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，多載波HSUPA的標(biāo)準(zhǔn)還是一個(gè)空白。這里概述N頻點(diǎn)HSUPA 的關(guān)鍵技術(shù)，著重描述了引入N頻點(diǎn)后對(duì)現(xiàn)有規(guī)范描述的HSUPA的影響。為了增強(qiáng)對(duì)上行分組業(yè)務(wù)的支持，考慮將混合自動(dòng)重傳(HARQ) 、鏈路自適應(yīng)編碼(AMC)、基于NodeB的快速上行調(diào)度、功率分配及控制、速率控制等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到上行，且在NodeB側(cè)增加一個(gè)MAC-e實(shí)體，專門用來完成HSUPA的相關(guān)技術(shù)。在對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)采用N頻點(diǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合HSUPA的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)當(dāng)前TD-SCDMA系統(tǒng)協(xié)議中的HSUPA技術(shù)進(jìn)行分析研究，得出多載波HSUPA技術(shù)方案對(duì)Iub接口的影響，及其關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:HSUPA;HARQ;AMC;多載波技術(shù)

中圖分類號(hào):TN915文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)04-160-03

Multi-carrier TD-HSUPA Technical and Its Influence on Iub Interface

ZHONG Yanchun，GUAN Ke

(School of Electronic Information，Chang′an University，Xi′an，710064，China)

Abstract:High Speed Uplink Packet Acess (HSUPA) technology is one of TD-SCDMA important functions，because present possesses about the HSUPA standardization work concentrates in the single carrier.Considering the complexity of realization，the multi-carrier HSUPA standard is still a blank.An overview of N frequency HSUPA，with emphasis on the key technologies and the introduction of N frequency on existing specifications described HSUPA impacts are provided，in order to enhance the uplink packet service support，taking into account the HARQ，AMC，fast based on NodeB，uplink scheduling and control，power distribution rate control key technologies such as applied to the uplink.And NodeB side: added a MAC-e entities is designed to complete the HSUPA of related technologies.The TD-SCDMA system N frequency technology on the basis of the key technology combined with HSUPA ，the TD-SCDMA system protocol HSUPA technology is analysed，multi-carrier HSUPA technical solution for Iub interface，impact of the implementation of its key technologies are carried out.

Keywords:HSUPA;HARQ;AMC;multi-carrier technology

收稿日期:2009-10-20

0 引 言

HSUPA是從移動(dòng)終端到無線接入網(wǎng)絡(luò)針對(duì)分組業(yè)務(wù)的優(yōu)化和演進(jìn)，它是繼HSDPA后，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的又一次重要演進(jìn)。在多載波HSUPA方案中，與多載波HSDPA方案類似，將目前3GPP R7單載波HSUPA方案引入到TD-SCDMA N頻點(diǎn)行標(biāo)中，同時(shí)允許為一個(gè)UE分配的E-DCH在一個(gè)TTI中可以發(fā)送多個(gè)載波;即在上行共享信道引入多載波技術(shù)。這就意味著一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)可以同時(shí)在多個(gè)載波上傳輸。所使用的物力資源包括載波、時(shí)隙和碼道，有MAC-e統(tǒng)一調(diào)度和分配。對(duì)多載波的處理，可參考多載波HSDPA的分析，采用各個(gè)載波單獨(dú)處理。對(duì)于支持多載波發(fā)送的UE，由于物理層傳輸能力擴(kuò)展，MAC層可以傳送多個(gè)數(shù)據(jù)塊，經(jīng)過MAC處理，將其映射在多個(gè)載波資源上。為了最大限度體現(xiàn)AMC，HARQ等鏈路自適應(yīng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，各個(gè)載波單獨(dú)控制。

多載波HSUPA方案具有以下特點(diǎn):

(1) 多載波HSUPA以N頻點(diǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，并兼容N頻點(diǎn)和多載波HSDPA行標(biāo);

(2) 各載波獨(dú)立進(jìn)行E-DCH的編碼映射處理，并且編碼映射處理方式與3GPP R7 HSUPA方式相同;

(3) 各載波分別對(duì)應(yīng)一組HARQ進(jìn)程(1~8個(gè))，各載波上的HARQ獨(dú)立處理，其過程與3GPP R7 HSUPA方式相同;

(4) 每個(gè)載波分別配置各自對(duì)應(yīng)的E-AGCH和E-HICH;

(5) E-AGCH和E-HICH的信道結(jié)構(gòu)與3GPP HSUPA完全相同;

(6) 對(duì)不同能力的終端，終端可以向網(wǎng)絡(luò)上報(bào)是否支持多載波及支持多栽波數(shù)目的能力，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端上報(bào)的能力進(jìn)行相應(yīng)資源的分配和調(diào)度;單載波終端能夠在支持多載波的網(wǎng)絡(luò)中正常工作。

1 N頻點(diǎn)TD-SCDMA HSUPA的關(guān)鍵技術(shù)

N頻點(diǎn)HSUPA采用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括AMC，HARQ，基站的快速調(diào)度以及功率的分配和控制、速率控制等，主要是針對(duì)上行是否支持多載波發(fā)送。

1.1 AMC

與功率控制一樣，AMC也是一種鏈路自適應(yīng)技術(shù)。通過采用更多的編碼率和多種調(diào)制方式(QPSK、16QAM)，根據(jù)鏈路質(zhì)量自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼方式，以補(bǔ)償因信道變化對(duì)接收信號(hào)所造成的衰落影響，從而提高信號(hào)的信噪比性能。HSUPA中，AMC技術(shù)主要應(yīng)用于E-PUCH信道[1]。AMC與HARQ相結(jié)合，對(duì)處于有利位置的用戶可以得到更高的數(shù)據(jù)速率，提高小區(qū)平均吞吐量。

1.2 混合自動(dòng)重傳(HARQ)

與HSDPA系統(tǒng)相似，HSUPA協(xié)議框架中也定義了物理層的數(shù)據(jù)包重傳機(jī)制，即HARQ——混合(Hubid)是對(duì)前向糾錯(cuò)(FEC)和重傳(ARQ)的綜合。HARQ[2]的基本原理是在NodeB中增加HARQ功能實(shí)體?；臼盏揭苿?dòng)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，通過空中接口向移動(dòng)終端發(fā)送ACK/NACK信令，如果接收到的數(shù)據(jù)包正確，則發(fā)送ACK信號(hào);如果不正確，就發(fā)送NACK信號(hào)。移動(dòng)終端通過ACK/NACK的指示，可以迅速重新發(fā)送傳輸錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。在HSUPA的物理層混和重傳機(jī)制中，還使用了軟合并和增量冗余技術(shù)，以提高重傳數(shù)據(jù)包的傳輸正確率。通過HARQ，HSUPA可以有效地提高數(shù)據(jù)傳輸速率和減小傳輸時(shí)延。目前，HSUPA中FEC仍采用1/3的Turbo碼。在HSUPA中，HARQ技術(shù)需要與AMC結(jié)合使用，其主要作用是補(bǔ)償因AMC選擇傳輸格式不恰當(dāng)而帶來的誤碼。

1.3 基于NodeB的快速上行調(diào)度機(jī)制

對(duì)于TD-SCDMA HSUPA系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)——Node B控制的分組調(diào)度[3]是基于分布式調(diào)度模式的，且不支持軟切換，即每個(gè)調(diào)度器很大程度上或全然不知其他小區(qū)調(diào)度期的調(diào)度授權(quán)(功率、物力資源等)。因此，對(duì)于每次調(diào)度授權(quán)在某種程度上是分布式的，其中對(duì)服務(wù)小區(qū)內(nèi)的UE來說，授權(quán)功率越大(E-TFRC越大)，其吞吐量越大，但是同時(shí)也增加了對(duì)鄰小區(qū)的干擾(降低其服務(wù)UE的吞吐量)，反之亦然。因而需要在系統(tǒng)吞吐量與其產(chǎn)生的干擾間取一個(gè)最好的折中點(diǎn)，但這需要系統(tǒng)間的相互協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)。

HSUPA的調(diào)度過程簡(jiǎn)述如下:

(1) UE通過E-RUCCH發(fā)起調(diào)度請(qǐng)求，調(diào)度請(qǐng)求包含調(diào)度相關(guān)信息以及UE的標(biāo)識(shí)——無線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)(E-RNTI)。調(diào)度信息包括本小區(qū)和鄰小區(qū)的路徑損耗信息，可以允許使用的功率，緩存占用狀況等。

(2) Node B調(diào)度器接收到調(diào)度請(qǐng)求后，若允許UE發(fā)送上行增強(qiáng)數(shù)據(jù)，則通過E-AGCH發(fā)送接入允許信息給UE。接入允許信息主要包括功率允許和物理資源允許，并且由于E-AGCH是共享信道，因此接入允許信息還需要攜帶用戶標(biāo)識(shí)，以區(qū)分該接入允許信息是給哪個(gè)UE的，同時(shí)還指示UE，其接收應(yīng)答信息的E-HICH信道標(biāo)識(shí)。

(3) UE接收到E-AGCH信息，解得信息是給自己的后，就根據(jù)分配的資源和功率在E-DCH上選擇自己可以使用的速率，并開始數(shù)據(jù)傳輸。具有接入允許的UE，可以在MAC-e頭重新攜帶調(diào)度信息。

(4) NodeB接收E-DCH信息，解調(diào)后根據(jù)數(shù)據(jù)是否正確，在該用戶監(jiān)聽的E-HICH信道上反饋ACK/NACK信息。UE根據(jù)反饋信息判斷是否需要重傳，其傳輸時(shí)間間隔(TTI)為5 ms，支持高階調(diào)制以及層1(L1)HARQ過程。使用的資源包括功率、時(shí)隙、碼道等，可由NodeB調(diào)度分配。在上行還定義了兩個(gè)控制信道，即上行增強(qiáng)控制信道(E-UCCH)和上行增強(qiáng)隨機(jī)接入信道(E-RUCCH)，用于傳輸上行增強(qiáng)相關(guān)的信令信息。

1.4 功率分配與控制

TD-SCDMA HSUPA 系統(tǒng)的資源是干擾受限的[4]，通常其資源可以認(rèn)為是RoT資源，即基站接收機(jī)的總接收功率與熱噪聲的比值不能超過一個(gè)預(yù)定的門限，然后可合理地為每個(gè)用戶分配一部分接收功率。如果一次功率授權(quán)使得系統(tǒng)的RoT超過了預(yù)定門限，系統(tǒng)將降低授權(quán)功率，只有在極端的情況下UE才會(huì)得不到授權(quán)。

對(duì)于FDD增強(qiáng)型上行鏈路，支持軟切換。RoT資源絕大部分是小區(qū)內(nèi)干擾，可以通過E-AGCH發(fā)送的絕對(duì)調(diào)度授權(quán)控制;其余的小區(qū)間干擾則是由E-RGCH承載的相對(duì)授權(quán)控制。與之相反，對(duì)于TDD系統(tǒng)，接收機(jī)可以消除小區(qū)內(nèi)干擾，因此RoT絕大部分來自鄰小區(qū)[5]。但是TDD系統(tǒng)不支持軟切換，Node B不要求接收其他小區(qū)用戶信號(hào)，UE不能接收鄰小區(qū)發(fā)送的相對(duì)授權(quán)命令，即FDD控制小區(qū)間干擾的方法在這里無效。

對(duì)于TDD系統(tǒng)，可以利用無線信道的互惠性，使分布式調(diào)度器能預(yù)先控制小區(qū)間的干擾。這種方式不需要UE接收鄰小區(qū)的控制信令(與協(xié)議相符)，但需要UE向NodeB反饋上行鏈路的信道質(zhì)量(CQI)。CQI是由UE估計(jì)的到服務(wù)小區(qū)路徑損耗與到其他小區(qū)路徑損耗的比值來表征的。如果該值過高(路損間的差別很小)，表征UE的G因子很低，可能對(duì)鄰小區(qū)產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾;反之，對(duì)鄰小區(qū)產(chǎn)生的干擾很弱。調(diào)度器依據(jù)RoT準(zhǔn)則，并結(jié)合該信息，通過給具有低G因子的UE分配較低的授權(quán)功率，給具有較高G因子的UE分配較高的授權(quán)功率，使得小區(qū)間的干擾控制在一個(gè)比較平穩(wěn)的水平。

TD-SCDMA HSUPA系統(tǒng)的功率控制包括對(duì)數(shù)據(jù)和控制物理信道的功率控制。其中，下行控制信道E-AGCH和E-HICH信道的發(fā)射功率由Node B控制[1];上行控制信道E-RUCCH和PRACH采用原理相同的開環(huán)功率控制;最復(fù)雜的是業(yè)務(wù)信道E-PUCH的功率控制，是開環(huán)功率控制與傳統(tǒng)的閉環(huán)功率控制的結(jié)合。

1.5 速率控制

HSUPA的速率控制(E-TFC選擇)主要是通過對(duì)其目標(biāo)接收功率的控制來實(shí)現(xiàn)的。UE結(jié)合當(dāng)前計(jì)算的E-PUCH功率和當(dāng)前的絕對(duì)授權(quán)功率值來確定可用的E-TFC集合。E-TFC的選取基于數(shù)據(jù)速率(如UE緩沖區(qū)的容量)、當(dāng)前可用的發(fā)射功率、有效的E-TFC，以及UE的能力需求。

在TDD系統(tǒng)的E-TFC選擇過程中，對(duì)于每個(gè)配置的MAC-d流，給定的E-TFC可以在下述任一狀態(tài)(見圖1)，即支持狀態(tài)、超越功率限制狀態(tài)和阻塞狀態(tài)選取。

圖1 給定E-TFC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移

同時(shí)UE應(yīng)該確定在隨后的傳輸期(下一個(gè)TTI)內(nèi)是接收調(diào)度授權(quán)還是非調(diào)度授權(quán)。如果假定兩者都不考慮，那么認(rèn)為不存在授權(quán);如果存在一個(gè)授權(quán)，那么其傳輸格式和數(shù)據(jù)分配應(yīng)遵循一定的要求。

2 多載波HSUPA對(duì)Iub接口的影響

由于引入N頻點(diǎn)特性，同時(shí)在上行支持終端的多發(fā)能力，在Iub接口控制面，需要基于目前的協(xié)議對(duì)相關(guān)NBAP消息進(jìn)行修改或擴(kuò)展，以支持多載波系統(tǒng)下HSUPA相關(guān)的資源分配、用戶接入、資源管理及測(cè)量上報(bào)等。同時(shí)還會(huì)對(duì)Iub接口的用戶面產(chǎn)生影響。由于支持UE在同一個(gè)TTI內(nèi)多載波地發(fā)送數(shù)據(jù)，在一個(gè)子幀(5 ms)內(nèi)，屬于一個(gè)MAC-d流的E-DCH數(shù)據(jù)在多個(gè)載波同時(shí)發(fā)送，Node B接收到這些數(shù)據(jù)后經(jīng)過MAC-e實(shí)體的處理，得到MAC-es數(shù)據(jù)流，并進(jìn)行FP數(shù)據(jù)幀的組包。同時(shí)，各個(gè)載波的數(shù)據(jù)重傳次數(shù)可能會(huì)不同，所以HARQ的數(shù)量IE的取值需要重新考慮。取該子幀收到的數(shù)據(jù)中重傳次數(shù)的最大值，作為FP數(shù)據(jù)幀中的數(shù)量值;在FP數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中增加頻點(diǎn)信息，各頻點(diǎn)分別配置HARQ的數(shù)量IE，反映該頻點(diǎn)數(shù)據(jù)的重傳次數(shù)，同時(shí)還需要結(jié)合外環(huán)功控的修改。

在實(shí)現(xiàn)上，多載波HSUPA還會(huì)帶來上行數(shù)據(jù)峰值速率的提高，在傳輸承載建立/重配階段，RNC依據(jù)用戶上行業(yè)務(wù)速率的需要，相應(yīng)地增加Iub/Iur傳輸承載帶寬，以減少或避免擁塞的發(fā)生。

3 結(jié) 語

HSUPA作為TD-SCDMA的一種增強(qiáng)型演進(jìn)技術(shù)，提供了在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善用戶業(yè)務(wù)感受和提升網(wǎng)絡(luò)上行性能，為新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更高的上行數(shù)據(jù)速率和更低的時(shí)延。

從整個(gè)行業(yè)的情況看，業(yè)界對(duì)上行高速數(shù)據(jù)技術(shù)的需求正逐步迫切，很多地方都采用WiMAX，WiFi等技術(shù)，并已經(jīng)開展了相應(yīng)的工作。HSUPA作為TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)策略，勢(shì)必成為必選方案，特別是已經(jīng)引入HSDPA的運(yùn)營商。引入HSUPA只是簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)，不需要規(guī)模性改造，但是從終端來看，由于終端的實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，這種傳統(tǒng)的多載波技術(shù)仍需要進(jìn)一步研究。

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