多載波TD-HSUPA的關鍵技術及對Iub接口的影響

摘 要:HSUPA是TD-SCDMA的重要功能之一，由于目前所有關于HSUPA標準化的工作還集中在單載波上，考慮終端實現的復雜性，多載波HSUPA的標準還是一個空白。這里概述N頻點HSUPA 的關鍵技術，著重描述了引入N頻點后對現有規范描述的HSUPA的影響。為了增強對上行分組業務的支持，考慮將混合自動重傳(HARQ) 、鏈路自適應編碼(AMC)、基于NodeB的快速上行調度、功率分配及控制、速率控制等關鍵技術應用到上行，且在NodeB側增加一個MAC-e實體，專門用來完成HSUPA的相關技術。在對TD-SCDMA系統采用N頻點技術的基礎上，結合HSUPA的關鍵技術，對當前TD-SCDMA系統協議中的HSUPA技術進行分析研究，得出多載波HSUPA技術方案對Iub接口的影響，及其關鍵技術的實現。

關鍵詞:HSUPA;HARQ;AMC;多載波技術

中圖分類號:TN915文獻標識碼:A

文章編號: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是從移動終端到無線接入網絡針對分組業務的優化和演進，它是繼HSDPA后，TD-SCDMA標準的又一次重要演進。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頻點行標中，同時允許為一個UE分配的E-DCH在一個TTI中可以發送多個載波;即在上行共享信道引入多載波技術。這就意味著一個用戶的數據可以同時在多個載波上傳輸。所使用的物力資源包括載波、時隙和碼道，有MAC-e統一調度和分配。對多載波的處理，可參考多載波HSDPA的分析，采用各個載波單獨處理。對于支持多載波發送的UE，由于物理層傳輸能力擴展，MAC層可以傳送多個數據塊，經過MAC處理，將其映射在多個載波資源上。為了最大限度體現AMC，HARQ等鏈路自適應技術的優點，各個載波單獨控制。

多載波HSUPA方案具有以下特點:

(1) 多載波HSUPA以N頻點技術為基礎，并兼容N頻點和多載波HSDPA行標;

(2) 各載波獨立進行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) 各載波分別對應一組HARQ進程(1~8個)，各載波上的HARQ獨立處理，其過程與3GPP R7 HSUPA方式相同;

(4) 每個載波分別配置各自對應的E-AGCH和E-HICH;

(5) E-AGCH和E-HICH的信道結構與3GPP HSUPA完全相同;

(6) 對不同能力的終端，終端可以向網絡上報是否支持多載波及支持多栽波數目的能力，網絡根據終端上報的能力進行相應資源的分配和調度;單載波終端能夠在支持多載波的網絡中正常工作。

1 N頻點TD-SCDMA HSUPA的關鍵技術

N頻點HSUPA采用的關鍵技術主要包括AMC，HARQ，基站的快速調度以及功率的分配和控制、速率控制等，主要是針對上行是否支持多載波發送。

1.1 AMC

與功率控制一樣，AMC也是一種鏈路自適應技術。通過采用更多的編碼率和多種調制方式(QPSK、16QAM)，根據鏈路質量自適應地調整數據的調制和編碼方式，以補償因信道變化對接收信號所造成的衰落影響，從而提高信號的信噪比性能。HSUPA中，AMC技術主要應用于E-PUCH信道[1]。AMC與HARQ相結合，對處于有利位置的用戶可以得到更高的數據速率，提高小區平均吞吐量。

1.2 混合自動重傳(HARQ)

與HSDPA系統相似，HSUPA協議框架中也定義了物理層的數據包重傳機制，即HARQ——混合(Hubid)是對前向糾錯(FEC)和重傳(ARQ)的綜合。HARQ[2]的基本原理是在NodeB中增加HARQ功能實體。基站收到移動終端發送的數據包后，通過空中接口向移動終端發送ACK/NACK信令，如果接收到的數據包正確，則發送ACK信號;如果不正確，就發送NACK信號。移動終端通過ACK/NACK的指示，可以迅速重新發送傳輸錯誤的數據包。在HSUPA的物理層混和重傳機制中，還使用了軟合并和增量冗余技術，以提高重傳數據包的傳輸正確率。通過HARQ，HSUPA可以有效地提高數據傳輸速率和減小傳輸時延。目前，HSUPA中FEC仍采用1/3的Turbo碼。在HSUPA中，HARQ技術需要與AMC結合使用，其主要作用是補償因AMC選擇傳輸格式不恰當而帶來的誤碼。

1.3 基于NodeB的快速上行調度機制

對于TD-SCDMA HSUPA系統，其關鍵技術——Node B控制的分組調度[3]是基于分布式調度模式的，且不支持軟切換，即每個調度器很大程度上或全然不知其他小區調度期的調度授權(功率、物力資源等)。因此，對于每次調度授權在某種程度上是分布式的，其中對服務小區內的UE來說，授權功率越大(E-TFRC越大)，其吞吐量越大，但是同時也增加了對鄰小區的干擾(降低其服務UE的吞吐量)，反之亦然。因而需要在系統吞吐量與其產生的干擾間取一個最好的折中點，但這需要系統間的相互協調來實現。

HSUPA的調度過程簡述如下:

(1) UE通過E-RUCCH發起調度請求，調度請求包含調度相關信息以及UE的標識——無線網絡臨時標識(E-RNTI)。調度信息包括本小區和鄰小區的路徑損耗信息，可以允許使用的功率，緩存占用狀況等。

(2) Node B調度器接收到調度請求后，若允許UE發送上行增強數據，則通過E-AGCH發送接入允許信息給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識，以區分該接入允許信息是給哪個UE的，同時還指示UE，其接收應答信息的E-HICH信道標識。

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

(4) NodeB接收E-DCH信息，解調后根據數據是否正確，在該用戶監聽的E-HICH信道上反饋ACK/NACK信息。UE根據反饋信息判斷是否需要重傳，其傳輸時間間隔(TTI)為5 ms，支持高階調制以及層1(L1)HARQ過程。使用的資源包括功率、時隙、碼道等，可由NodeB調度分配。在上行還定義了兩個控制信道，即上行增強控制信道(E-UCCH)和上行增強隨機接入信道(E-RUCCH)，用于傳輸上行增強相關的信令信息。

1.4 功率分配與控制

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

對于FDD增強型上行鏈路，支持軟切換。RoT資源絕大部分是小區內干擾，可以通過E-AGCH發送的絕對調度授權控制;其余的小區間干擾則是由E-RGCH承載的相對授權控制。與之相反，對于TDD系統，接收機可以消除小區內干擾，因此RoT絕大部分來自鄰小區[5]。但是TDD系統不支持軟切換，Node B不要求接收其他小區用戶信號，UE不能接收鄰小區發送的相對授權命令，即FDD控制小區間干擾的方法在這里無效。

對于TDD系統，可以利用無線信道的互惠性，使分布式調度器能預先控制小區間的干擾。這種方式不需要UE接收鄰小區的控制信令(與協議相符)，但需要UE向NodeB反饋上行鏈路的信道質量(CQI)。CQI是由UE估計的到服務小區路徑損耗與到其他小區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，可能對鄰小區產生很強的干擾;反之，對鄰小區產生的干擾很弱。調度器依據RoT準則，并結合該信息，通過給具有低G因子的UE分配較低的授權功率，給具有較高G因子的UE分配較高的授權功率，使得小區間的干擾控制在一個比較平穩的水平。

TD-SCDMA HSUPA系統的功率控制包括對數據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功率控制;最復雜的是業務信道E-PUCH的功率控制，是開環功率控制與傳統的閉環功率控制的結合。

1.5 速率控制

HSUPA的速率控制(E-TFC選擇)主要是通過對其目標接收功率的控制來實現的。UE結合當前計算的E-PUCH功率和當前的絕對授權功率值來確定可用的E-TFC集合。E-TFC的選取基于數據速率(如UE緩沖區的容量)、當前可用的發射功率、有效的E-TFC，以及UE的能力需求。

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

圖1 給定E-TFC的狀態轉移

同時UE應該確定在隨后的傳輸期(下一個TTI)內是接收調度授權還是非調度授權。如果假定兩者都不考慮，那么認為不存在授權;如果存在一個授權，那么其傳輸格式和數據分配應遵循一定的要求。

2 多載波HSUPA對Iub接口的影響

由于引入N頻點特性，同時在上行支持終端的多發能力，在Iub接口控制面，需要基于目前的協議對相關NBAP消息進行修改或擴展，以支持多載波系統下HSUPA相關的資源分配、用戶接入、資源管理及測量上報等。同時還會對Iub接口的用戶面產生影響。由于支持UE在同一個TTI內多載波地發送數據，在一個子幀(5 ms)內，屬于一個MAC-d流的E-DCH數據在多個載波同時發送，Node B接收到這些數據后經過MAC-e實體的處理，得到MAC-es數據流，并進行FP數據幀的組包。同時，各個載波的數據重傳次數可能會不同，所以HARQ的數量IE的取值需要重新考慮。取該子幀收到的數據中重傳次數的最大值，作為FP數據幀中的數量值;在FP數據幀結構中增加頻點信息，各頻點分別配置HARQ的數量IE，反映該頻點數據的重傳次數，同時還需要結合外環功控的修改。

在實現上，多載波HSUPA還會帶來上行數據峰值速率的提高，在傳輸承載建立/重配階段，RNC依據用戶上行業務速率的需要，相應地增加Iub/Iur傳輸承載帶寬，以減少或避免擁塞的發生。

3 結 語

HSUPA作為TD-SCDMA的一種增強型演進技術，提供了在第三代移動通信系統中實現進一步改善用戶業務感受和提升網絡上行性能，為新興數據業務提供更高的上行數據速率和更低的時延。

從整個行業的情況看，業界對上行高速數據技術的需求正逐步迫切，很多地方都采用WiMAX，WiFi等技術，并已經開展了相應的工作。HSUPA作為TD-SCDMA網絡的平滑演進策略，勢必成為必選方案，特別是已經引入HSDPA的運營商。引入HSUPA只是簡單的軟件升級，不需要規模性改造，但是從終端來看，由于終端的實現很復雜，這種傳統的多載波技術仍需要進一步研究。

參考文獻

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