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HSUPA助力运营商成本优化

http://www.sina.com.cn 2007年02月27日 11:59 通信产业报

  -罗德与施瓦茨中国有限公司 周云

  对于高速的上行业务,尤其是高速互动类业务,HUSPA提供了强有力的保障,从而帮助运营商降低运营成本并提高其业务吸引力。

  目前,HSUPA标准在3GPP规范化进程中已全部冻结,并已完成全部的CR。相应的预商用产品预计会在2007年中推出。

  作为一种演变技术的E-HSPA,综合了HSDPA和HSUPA两者的好处。从而可以在WCDMA5M带宽的基础上,达到与LTE(下行OFDMA,上行SC-CDMA,将会在3GPPR8版本中定义)近似的性能,即频谱利用率达到2bps/Hz的水平。

  关键技术

  HSUPA同HSDPA一样,物理层关键技术的本质都是对WCDMA分组传输技术的加强。众所周知,分组传输技术本身是一种服务于用户突发性数据访问的技术,资源的调度是基于分组包进行的。为了支持上行高速的分组业务,HSUPA引入了五个新的物理信道,并对上行分组包的传输格式提供了增强支持。

  事实上,HSUPA继续延续了WCDMA、HSDPA多码道传输的概念,其理论峰值速率5.76Mbps是在2个SF=2和2个SF=4的4码道并行传输的情况下实现。

  在对帧的支持上,HSUPA可灵活支持TTI=2ms和TTI=10ms的帧格式。目前,HSUPA物理信道可以支持两种TTI帧格式,这有别于HSDPA单一的2msTTI和R99的10×2nms,(n=0,1,2,3)。10msTTI的保留一方面是考虑标准实现早期的向后兼容,另一方面是因为基于2msTTI的短帧传输不适合工作于小区的边缘。

  从本质上而言,HSUPA主要是上行的技术。考虑上行链路的特点,如上行软切换、功率控制和UE的峰均比(PAR)及用户间的远近效应(上行使用扰码来区分用户,互相关性差)等,HSUPA主要采用快速链路适配,自动混合重传和快速调度等技术来提高上行链路的数据速率和小区容量。

  为了简化HSUPA终端复杂的硬件结构和处理机制,在E-HICH的功能设计上虽然与HSDPA的HS-DPCCH类似,即用来提供HARQ反馈信息(ACK/NACK)。但是,它不包含CQI信息,因此HSUPA不支持自适应调制和编码AMC。由于WCDMA的扩频原理,UE的发射功率与其发送信息的数据速率直接相关:即高速率传输要求低扩频因子,也意味着低扩频增益,因此UE的发射功率要高。此外,同时发送信息的UE越多,其导致的相互干扰越多。而Node-B只能容忍最大数量的干扰,一旦超过最大值,它就不再能解码各个UE的传输信息。所以,Node-B必须调节各个UE的E-DCH功率电平,以避免达到“功率

天花板”。

  采用上行功率控制后的HSUPA,E-DPDCH、E-DPCCH的初始功率设置与DPCCH有一定的偏置,即引入了△E-DPCCH和△DPDCH。△E-DPCCH和△DPDCH的值由高层协议栈给出,譬如在呼叫建立的时候。根据3GPPTS25.214规范,这种偏移,(j=1…4)值的配置还必须充分考虑TTI间隔和压缩模式的因素。对于△DPDCH,还必须考虑采用的E-DPDCH信道个数等影响。

  对于终端而言,可同时检测服务小区和非服务小区集的E-RGCH信道。不同的是只有服务小区的RGCH信道允许命令终端提高发射功率,即发射UP(+1)指令。非服务小区只能指示过载的情形。由于自动混合重传HARQ的存在,BLER指标不会变差。因此HSUPA的外环功率控制的依据会改为“重传的次数”,而不是BLER,这一点跟HSDPA是类似的。

  为了降低BLER,同HSDPA一样,HSUPA采用了自动混合重传技术HARQ,支持两种合并方式。即对基站重发的相同的分组包进行前后合并(ChaseCombing)或对基站重发的含有不同信息(即冗余信息)的分组包进行增量冗余合并。信息在UE与基站间直接传输,采用ACK/NACK的方式进行,当基站正确接收数据后,会通过E-HICH信道发送ACK信息,否则发送NACK信息,这样便于UE准确及时地了解是否需要重传。

  事实上HARQ技术的效率和性能很大程度上取决于HSUPA的调度算法。HSUPA中的调度主要由NodeB中新增的MAC-e功能实体完成。

  快速调度

  HSUPA调度的核心思想是避免过多的UE同时高速接入,从而给系统带来干扰,即尽可能抑制上行干扰和功率过载。这一点同HSDPA采用MAC-hs调度,实现码字和功率的有效分配有很大差别的。但两者共同点是,调度信令是在基站和移动终端间直接传输的,这跟WCDMAR99的RNC控制下的RLC重传机制不同,因而更加适合于高速的分组调度。

  HSUPA基于NodeB的快速调度机制可以使基站灵活快速地控制小区内各移动终端传输速率,使无线网络资源更有效地服务于访问突发性数据的用户,从而达到增加小区吞吐量的效果。

  目前HSUPA的调度主要基于E-DCH信道进行的。调度的申请主要是UE向基站发送相应信令信息实现。每个UE都有自己的服务准许,影响着下一次发射UE采用的E-DPDCH信道的功率比。事实上,服务准许包括两方面的内容:绝对准许及相对准许。绝对准许的内容为小区信息,E-DCH的绝对功率偏置以及UE可用的PrimaryE-RNTI及SecondaryE-RNTI。绝对准许可以用来初始化UE服务准许。

  正如我们前面提到,HSUPA的调度由MAC-e功能实体完成。实际上,HSUPA在UE和网元NodeB及SRNC上引入了MAC-e和MAC-es两个实体。MAC-e在UE和Node中实现,通俗而言,它是重传和调度的指挥中心,决定UE的高速接入,并根据队列优先级、UE能力、等待/空闲时间、ACK/NACK重复次数和压缩模式等参数进行基于业务QoS需求的TFC算法选择。从理论上而言,这是一种参数化的调度器。

  MAC-es实体在UE和SRNC中实现。在UE中,它负责把多条MAC-d流量复用到同一条MAC-es流上。在SRNC中,它主要负责顺序合并和把MAC-d流跟不同QoS规范(如流类业务和后台类业务)的各个PDP场景对应。因此,与HSDPA不同,MAC层在NodeB和RNC之间的分离,为E-DCH软切换和更软切换创造了条件。因为位于SRNC中的MAC-es接收的帧可能来自当前为UE服务的不同Node-B。

  未来机遇

  目前,3GPPTS34.123对于MAC-e/MAC-es的实体的各种具体功能,包括与RRC相互作用的各种场景,主要包括RRC控制下物理信道的重配,E-TFC,happybit调度和HARQ重传机制及MAC-d流的正确复用和解复用等。另外,基于业务QoS的RAB建立和NAS层HSUPA相关的特性都需要额外考察。

  在切换方面,HSUPA到GPRS小区的切换是比较关键的地方。目前关于此方面的测试可以在罗德与施瓦茨公司的CRTU-W上实现。CRTU具备强大的分析工具支持,甚至可以支持上传文件,Email等真实的业务流。

  根据3GPP规范,HSUPA终端共有6类。它们代表了不同的执行复杂性。差别主要在于最大支持的E-DCH码字,最小的扩频因子,TTI和支持的最大传输块大小。其中TTI和最大传输块大小决定了UE的最大传输速率。目前,6个分类中,支持2msTTI的仅有三种,而支持10msTTI的,即2Mbps的终端在各个分类中居于多数。

  在HSUPA数据终端的开发过程中,要经历物理层测试,协议栈集成,射频测试,一致性测试,生产测试等阶段。这是一个分阶段逐步进行的工作。为了加速产品的开发和保证终端的质量,需要对各个功能模块和实体单元进行暗箱或白箱测试。在这些阶段可以分步采用支持HSUPA测试的信号源SMU200A和频谱分析仪FSU/FSQ、无线综测仪CMU200和协议分析仪CRTU-W,具有很好的灵活性。

  HSUPA是与HSDPA对称互补的技术。HSDPA和HSUPA结合在一起,会达到资源利用的最大化。目前各大芯片厂商正在加强推出HSUPA的早期预商用芯片。估计在明年中后期,整个市场将会逐渐成熟。

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