HSUPA技术介绍

HSUPA技术介绍

鼎桥通信技术有限公司

2008年5月12日

1、HSUPA应用需求

随着移动数据业务的不断增长，无线数据业务的需求不断凸显出来，同时要求无线系统本身必须具有适合传输数据业务的一些特性，如高吞吐量、高突发性、高可靠性等。提供这样的业务对系统容量和数据传输速率、质量提出了较高的要求，例如高质量的视频流、无线视频会议电话、音乐、电子邮件等应用。

随着HSDPA对下行链路性能的提高，实时交互和基于IP的业务又提出了优化上行链路的需求。3GPP和CCSA对HSUPA标准化的主要目标是：显著提高上行数据分组的峰值传输速率，显著提高上行数据分组传输的总体吞吐量同时减小数据分组的传输延迟、减小误帧率，改善上行专有或共享传输信道的性能，从而更好地支持视频电话、多媒体、电子邮件、远程信息处理、游戏、电视短片等数据业务。对无线接入网而言其着眼点是提高背景类、交互类、流类业务的峰值速率，并提供对流媒体的保证比特率业务支持。

2、HSUPA技术原理

2.1 自适应调制编码AMC

3GPP Release 4以前使用的调制方式都是QPSK，编码器采用的是固定速率的卷积编码或Turbo编

码，调制编码方式一旦在业务建立或重配置时确定就不能再更改。HSUPA使用的调制和编码方式AMC是一种自适应的技术，在通话过程中当信道条件改变时，调制方式可以相应地在QPSK和16QAM之间改变，相应地编码速率也可以在0到1之间选择最优的方式改变。当信道条件较好时，AMC会选择一个需要较高载干比的调制与编码格式以充分利用现有的信道条件。反之，当信道条件较差时，AMC会选择一个低阶的调制方式和较低的编码速率。

采用AMC的好处之一是在链路自适应过程中，通过调整调制编码方案而不是调整发射功率的方法降低干扰水平，这就克服了传统功率控制过程中各扩频码功率变化过程中对其它码道干扰的变化，可以将载干比维持在一个相对稳定的水平上。

AMC的另一个好处是提高了上下行链路的吞吐量。使用AMC后，对于靠近Node B的用户，充分利用现有的信道条件，使用高阶的调制方案和较高的编码速率，来最大化下行链路的数据吞吐量。

2.2 混合自动重传请求HARQ

在3GPP的早期版本（Release 99）中，自动重传请求ARQ和前向纠错编码FEC分别在RLC和物理层实现。HSDPA和HSUPA引入了混合自动重传请求(HARQ)技术，把前向纠错（FEC）和ARQ 方法结合在一起，并将两者统一放到物理层，大大提高了编码和重传的效率。HARQ保存以前尝试中的失败信息，用于将来的解码，是一种暗示性链路适配技术。而AMC 采用明示的C/I 或类似措施，设置调制和编码格式，而且HARQ根据链路层确认(ACK/NACK)制订重传决策。简单地说，AMC 提供了比较粗略的数据速率选择，而HARQ 则根据信道条件提供微调功能。

HARQ与传统ARQ最大的不同在于每一次重传都起作用，接收端在解码之前会将接收到的传输块的所有首传/重传版本进行合并，之后才进行解码。根据信道环境和负载情况的不同，HARQ 采用了两种“软组合”方案来保证消息的正确解码。追踪合并（Chase Combine）方式需要在重传时发送与首次传输完全相同的分组，接收端在解码前解码器会组合收到的副本。增量冗余(Incremental Redundancy)方式要求每次重传递增发送冗余信息，而且每次重传包含不同的冗余比特，接收端将各次重传的冗余比特与初始传输的冗余比特相结合，从而提高冗余数据量以及从空中接口引入的错误中恢复的可能性。

为了保证数据包的顺序传递和UE侧的优先级处理，E-DCH传输信道上会携带用于HARQ的带内信令，包括HARQ进程号和重传序列号。一个数据包的首传和重传使用相同的HARQ进程，重传序列号与冗余版本相对应。此外在发送端和接收端的MAC-e实体中都要有一个缓冲区，以临时存放需要重传和重排序的MAC-e协议数据单元。

HSUPA中采用了并行的N信道停等方式HARQ。整个HARQ机制如图1所示。Node B分配的物理资源在E-AGCH信道上发送。E-DCH信道承载的数据由随后的E-HICH信道采用一个固定的定时关系应答。

每个UE的HARQ实体包括8个HARQ进程（其中4个HARQ进程用于调度传输，4个HARQ进程用于非调度传输），所以这里是4信道停等的HARQ。图中的HARQ工作流程分如下几个步骤：

●如果在子帧i接收到一个绝对授权（Absolute Grant），这时UE在子帧(i+T1)传输一个数据块；

●对应于在子帧(i+T1)传输的数据块，UE将在子帧(i+T1+T2)接收到一个ACK/NACK反馈，这个

ACK/NACK是通过对E-HICH信道解码得到的；

●如果在子帧(i+T1+T2)接收到NACK反馈，UE需要等待接收到一个绝对授权（Absolute Grant）之后才

能进行重传；

●对于随后的重传，接收到NACK反馈和授权之间的时间间隔T3是可变的，其时长依赖于Node B的调度

决策；

●如果在子帧(i+T1+T2)接收到一个ACK反馈，UE将丢弃前面在子帧(i+T1)已经传输过的数据块，并将

与这个数据块对应的HARQ进程重新分配给后续数据块；

●HARQ进程个数是与T1和T2相关联的。

图1：TD-SCDMA E-DCH HARQ过程

2.3 Node B控制的快速调度

在Release 5及以前的版本中，对UE的上行调度由RNC控制，属于无线资源管理(RRM)的范畴。HSUPA中引入了Node B控制的快速调度来实现资源分配和系统负荷控制。Node B通过一些措施来约束终端可选的传输格式和编码方式，但不做最终决定，UE根据一定的准则，在可选的E-TFCS中做出选择并通

知Node B。

Node B调度的目的是根据一定的原则合理分配HSUPA用户去共享公共资源。在HSDPA中，下行总功率通常是一定的，共享的资源体现为码道或者时隙资源；而在HSUPA中，控制目标则是要求上行RoT值稳定于一个目标值。对于WCDMA系统而言，由于其扩频系数大，采用长扰码区分用户，而没有信道化码的约束，这样上行受限于干扰总体情况，共享资源体现为上行功率资源，或者说是RoT资源。同时WCDMA 有下行宏分集，终端可以接收来自邻小区基站的功率控制指令，从而有效的控制对邻小区RoT的抬升。而对于TD-SCDMA系统，由于码道数相对较少，共享资源体现为功率和码道两方面。因此，FDD系统的Node B调度体现为功率调度，TDD的调度体现为功率调度和OVSF码道调度两方面。

另外，Node B需要知道终端的业务量信息、HARQ忙闲状态，以及终端的功率余量或者路损信息作为调度依据，最终达到合理分配上行资源、有效控制系统小区内及小区间干扰、提高上行系统有效吞吐量的目的。

对于TD-SCDMA系统，上行系统同时受限于码道资源和上行RoT水平。同时，由于TD-SCDMA系统带宽窄、码道资源少，调度的主要目的转换为码道的调度和速率的控制。又由于TD系统没有WCDMA系统的下行宏分集，终端无法接收来自其它相邻基站的功率控制指令，因此单小区的RoT控制基本上是以稳定于某一个目标值为基本出发点。

2.4 高阶调制

常用的提高数据速率的方法有增加系统带宽和采用高阶调制方式两种。为了实现系统的平滑升级，增加系统带宽往往不切合实际，因此多采用高阶调制方式来提高数据速率。采用高阶调制后，在相同的物理资源下，每个符号可以传输更多的比特，从而提高信息速率。在不增加系统带宽的条件下，高阶调制可以提高频谱利用率。常用的调制方式包括QPSK、8PSK、16QAM（甚至64QAM或更高）等。PSK调制方式利用不同的相位来传输信息，而QAM调制方式则通过幅度和相位共同来传输信息。

然而，高阶调制虽然提高了数据速率，但它对信道条件的要求更为苛刻，需要较高的信噪比才能正确