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前言
隨著TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的部署以及TD-HSDPA技術(shù)的日趨成熟，各省市紛紛提出建設(shè)基于3G網(wǎng)絡(luò)的照片、視頻上傳業(yè)務(wù)、數(shù)碼相框、視頻監(jiān)控以及打造面向公安、公交、電力、消防等的各種行業(yè)應(yīng)用的全方位“無線城市”等新的需求，這使用戶對上行數(shù)據(jù)的傳輸能力提出了更高的要求。
為滿足運營商及其終端客戶的需要，大唐移動提出建立TDD的上行鏈路增強的研究項目。此項目對基站快速調(diào)度、自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）、混合自動重傳（HARQ)等進(jìn)行了技術(shù)評估，在HSUPA方面做了很多研究和評估工作。在完成技術(shù)評估后，根據(jù)可行性分析的結(jié)論，制訂了具體的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，包括支持上行增強技術(shù)的信道結(jié)構(gòu)定義、相關(guān)的信令及物理層處理過程等，并寫入到3GPP R7中。
TD-HSUPA的關(guān)鍵技術(shù)
與TD-HSDPA相似，TD-HSUPA主要考慮如何將Node B快速調(diào)度、AMC、HARQ用于上行方向，以及如何使用戶終端（UE）共享上行信道資源，并采用5ms靜態(tài)TTI的短幀技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，縮短傳輸時延，提高頻譜利用率。TD-HSUPA技術(shù)的引入能有效解決當(dāng)前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中遇到的上行帶寬瓶頸問題，提高了TD-SCDMA與其他3G系統(tǒng)的競爭力。
上行資源共享
在上行資源共享方面，TDD與FDD系統(tǒng)有所不同。在FDD系統(tǒng)中，HSUPA與HSDPA的不同之處在于：HSDPA中，HS-DSCH作為一個共享信道，為多用戶共享；而HSUPA中，每個用戶都有自己到Node B的數(shù)據(jù)鏈路。TDD系統(tǒng)則由于使用cell-specific擾碼區(qū)分小區(qū)，因而上行碼道受限，因此，增強技術(shù)考慮的出發(fā)點還是基于共享資源的考慮，采用共享機制可以緩解資源受限的問題。
Node B快速調(diào)度
Node B快速調(diào)度的主要好處在于減小傳輸時延和提高吞吐量，這是因為減少了Iub接口上的傳輸過程以及對重傳、UE緩存測量的快速反饋。
除了在時延和吞吐量方面的好處，TD-HSUPA基站快速調(diào)度在資源分配和干擾控制兩個方面也都帶來了好處。由于TDD上行碼道資源受限，對物理資源采用共享形式，并由基站進(jìn)行快速調(diào)度，可以緩解碼道資源受限以及快速適應(yīng)無線環(huán)境變化。HSUPA Node B快速調(diào)度避免了過多的UE接入過高的速率，從而給系統(tǒng)帶來干擾，即盡可能抑制上行干擾，服務(wù)小區(qū)對調(diào)度起主要作用。
AMC（自適應(yīng)調(diào)制編碼）
自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）的原理是根據(jù)信道瞬間傳播條件的變化而相應(yīng)地改變調(diào)制和編碼方式。目前采用兩種調(diào)制方式。對于信道環(huán)境較好的用戶，會分配較高的調(diào)制等級和較高的編碼速率，而對于接近小區(qū)邊緣、信道環(huán)境較差的用戶，則會被分配較低的調(diào)制等級和編碼速率。HSUPA通過高階調(diào)制和更高效的編碼技術(shù)，達(dá)到更高的上行速率。
HARQ（混合自動重傳請求）
由于自動重傳請求（ARQ）和前向糾錯（FEC）是分別采用檢錯碼和糾錯碼差錯控制的技術(shù)。HARQ（Hybrid-ARQ）是綜合ARQ和FEC技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字傳輸方法。因此HARQ不僅能夠檢測出錯誤，還具有一定的糾錯能力。即當(dāng)接收端超出糾錯能力的情況下，才通過反向信道反饋信息，使發(fā)送端重新發(fā)送接收錯誤的數(shù)據(jù)包。HARQ通過發(fā)送帶有附加的冗余信息，改變編碼速率來自適應(yīng)信道條件，是一種基于鏈路層（MAC層）的隱含的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。
快速HARQ允許Node B對接收到的錯誤數(shù)據(jù)快速請求重傳，HARQ功能在高速媒體接入控制（MAC-hs）層實現(xiàn)（該層終止于Node B）。這樣，快速HARQ的重傳時延遠(yuǎn)低于RLC（無線鏈路控制子層，位于RNC）的重傳時延，大大降低了TCP/IP和時間敏感業(yè)務(wù)的時延抖動。在解碼之前， Node B將之后重傳的信息與原來傳輸信息合并，這就是通常所說的“軟合并”,可以增加容量和特定數(shù)據(jù)速率的覆蓋率。
TD-HSUPA組網(wǎng)方案
為了滿足用戶對高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，與HSDPA發(fā)展類似，可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，TD-HSUPA也可以采取由單載波向多載波過渡的發(fā)展路線。由于TD-HSPA的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與TD-SCDMA R5版本的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架基本相同，因此，R5版本的網(wǎng)絡(luò)可以平滑升級到R7。
TD-HSUPA單獨組網(wǎng)
TD-HSUPA單獨組網(wǎng)具有一定的實際意義，特別應(yīng)用于需要進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的場所。在實際組網(wǎng)中常常使用多載波方式，每個載波上的E-PUCH物理信道資源由多個用戶以時分或碼分方式共享。每個用戶可以獲得一個或多個載波上的E-PUCH資源和相對應(yīng)的E-AGCH和E-HICH，并位于同一載波上。為了方便UE在輔載波上發(fā)起隨機接入過程，每一個E-PUCH都伴隨一個位于同一載波的E-RUCCH。
TD-HSPA共同組網(wǎng)
由于TD-HSUPA的引入與TD-HSDPA業(yè)務(wù)量的發(fā)展有密切關(guān)系，其共同組網(wǎng)方式將會更好地解決TD-SCDMA中上下行的數(shù)據(jù)傳輸問題。由理論分析可知，HSDPA的上下行時隙為1：5時，在單載波情況下，下行峰值速率可達(dá)到2.8Mb/s；HSUPA的上下行時隙為5：1時，在單載波情況下，上行峰值速率可達(dá)到2.24Mb/s；二者混合組網(wǎng)時，通常將時隙配置為3：3，由于上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展有一定關(guān)聯(lián)，HSUPA也可以采用HSDPA相似的部署方案，直接在HSDPA載波上升級HSUPA，在初期實現(xiàn)HSPA的熱點覆蓋。
TD-HSUPA與R4混合組網(wǎng)
根據(jù)業(yè)務(wù)比例，可以靈活選擇以下幾種配置：
（1）2／4配置，1時隙用于上行共享，理論峰值速率560 kbps；
（2）3／3配置，2時隙用于上行共享，理論峰值速率1.12 Mbps；
（3）4／2配置，3時隙用于上行共享，理論可提供1.68Mbps峰值速率。
無論是獨立組網(wǎng)、HSPA混合組網(wǎng)還是與R4共同組網(wǎng)，都可以一定程度地提升上行網(wǎng)絡(luò)的吞吐率水平。其中獨立組網(wǎng)時，上行覆蓋區(qū)域內(nèi)平均速率大約提升30％～50％，邊緣覆蓋比R4網(wǎng)絡(luò)縮小10％以內(nèi)，多小區(qū)環(huán)境上行容量大概在1～1.6 Mbps左右，與R4比較，大約提升50％～70％ ；而在共同組網(wǎng)時，上行吞吐率的提升量隨著R4信道和HSUPA信道占有比例的不同而不同。HSUPA完全可以在現(xiàn)有的R4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下引入，它能有效提升上行吞吐率：同時通過一些算法控制，可以抑制對R4網(wǎng)絡(luò)帶來的影響。
TD-HSPA復(fù)用組網(wǎng)技術(shù)
為了提高小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率，利用現(xiàn)網(wǎng)中BBU+RRU的分布式組網(wǎng)方式，對于室內(nèi)多個單通道RRU的小區(qū)，在通道之間的隔離度滿足空分復(fù)用的條件下，可以使小區(qū)的數(shù)據(jù)總吞吐量成倍地增加。
在組網(wǎng)初期，即空分復(fù)用技術(shù)的初級階段，以業(yè)務(wù)信道實現(xiàn)空分復(fù)用為基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)信道空分維度與控制信道配置對數(shù)相關(guān)。在業(yè)務(wù)信道實現(xiàn)空分復(fù)用以后，為減少控制信道的配置數(shù)量，引進(jìn)了HSPA控制信道空分和伴隨信道幀分復(fù)用技術(shù)，從而可以進(jìn)一步提高接入終端用戶的數(shù)量，提高小區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量。
TD-HSUPA測試
為了推動TD-HSUPA技術(shù)盡快走向商用，自2009年8月至2010年7月，大唐移動聯(lián)合山東移動、青島移動陸續(xù)在青島網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了多輪TD-HSUPA室內(nèi)/室外的技術(shù)性能驗證，以及業(yè)務(wù)信道、控制信道空分復(fù)用等專項測試。測試結(jié)果如下：
根據(jù)測試結(jié)果，當(dāng)只有HSUPA時，各種時隙配置下的實際速率接近理論速率。當(dāng)HSUPA＋HSDPA存在并發(fā)業(yè)務(wù)時，下行反饋傳輸使用的HS-PDSCH信道，對數(shù)據(jù)的解調(diào)效率有一定的影響，導(dǎo)致下行速率比理論速率稍低。
大唐移動除了對HSUPA、HSUPA＋HSDPA、HSUPA＋R4等并發(fā)業(yè)務(wù)進(jìn)行了測試以外，對多用戶情況、覆蓋質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進(jìn)行了測試，測試結(jié)果令人滿意。切換測試對小區(qū)間切換、基站間切換都進(jìn)行了測試，切換成功率達(dá)到100%，可以看出HSUPA業(yè)務(wù)切換功能正常。
大唐移動還對HSPA控制信道空分復(fù)用和伴隨信道幀分復(fù)用進(jìn)行了測試。當(dāng)不采用伴隨信道幀分復(fù)用時，該系統(tǒng)支持4個用戶，當(dāng)采用伴隨信道幀分復(fù)用后，支持的用戶數(shù)量將成倍增加。即當(dāng)采用二倍幀分復(fù)用時，支持8個用戶，當(dāng)采用四倍幀分復(fù)用時，支持16個用戶。當(dāng)開啟業(yè)務(wù)信道2倍空分，近點及遠(yuǎn)點實測小區(qū)吞吐量有2倍的吞吐能力的提升，有效提升了系統(tǒng)容量。
圖1 采用伴隨信道幀分復(fù)用、控制信道空分復(fù)用時的小區(qū)總吞吐量
在圖1（1）、（2）是HSPA控制信道2X / HSDPA業(yè)務(wù)信道4X / HSUPA業(yè)務(wù)信道2X測試時分別采用二倍幀分復(fù)用（8個用戶）和四倍幀分復(fù)用（16個用戶）的測試結(jié)果。
TD-HSUPA組網(wǎng)建議
TD-HSUPA技術(shù)引入后，將對原有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生如下的影響：占用上行碼資源和功率資源；網(wǎng)絡(luò)的上行干擾增加；影響鏈路預(yù)算、容量和覆蓋；影響地面?zhèn)鬏攷挕榱吮ＷC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的性價比，運營商需要對TD-HSUPA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行充分評估，以便確定網(wǎng)絡(luò)升級策略和運營策略。
初期，建議以較低速率全網(wǎng)覆蓋，重點覆蓋密集城區(qū)，保證熱點地區(qū)的上行高速率傳輸，一般小區(qū)邊緣地帶做低速覆蓋即可。HSUPA的引入與HSDPA下行業(yè)務(wù)量的發(fā)展有密切關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段，HSUPA可能會采用單獨的載頻支持HSUPA／HSDPA。在HSUPA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，在保證相同過載概率條件以及RRM的控制算法進(jìn)一步得到優(yōu)化的情況下，從提高上行吞吐量角度出發(fā)，可以設(shè)置比R4常用的上行3dB噪聲抬升高一些的門限，并且低速HSUPA業(yè)務(wù)可以與R4規(guī)劃范圍實現(xiàn)同覆蓋。引人HSUPA后，上行增加了五條新的物理信道，需要考慮上行碼資源分配和功率資源分配問題。網(wǎng)絡(luò)初期HSUPA用戶數(shù)較少，可配置較少的E-AGCH、E-HICH信道。
結(jié)束語
現(xiàn)網(wǎng)引入HSPA特性后，可以顯著提升上下行分組數(shù)據(jù)的傳輸速率。這將對實現(xiàn)3G無線視頻監(jiān)控、無線遠(yuǎn)程醫(yī)療、培訓(xùn)，手機購物商城，無線城市生活等行業(yè)應(yīng)用提供了最可靠的速率保障，對這些業(yè)務(wù)的后續(xù)發(fā)展有著重要的意義。對于運營商將改善終端用戶體驗，明顯滿足終端用戶和行業(yè)用戶對高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�，有利于拓展更多政�?wù)、商業(yè)、家庭、娛樂等行業(yè)應(yīng)用，發(fā)揮無線網(wǎng)的應(yīng)用潛力，為運營商帶來更多的商業(yè)價值，為社會架設(shè)更加迷人的信息橋梁。
來源：C114中國通信網(wǎng)
