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HSUPA技术及中兴通讯解决方案2006-09-06一、HSUPA概述 WCDMA在R5协议中引入下行的HSDPA技术之后，很大程度上提升了WCDMA网络的潜值。但与此同时，与HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）对应的另外一个问题也被提上了日程表，即上行数据业务速率的提高。 虽然现在对于移动通信上行数据业务的需求并不旺盛，但是可以预料在3G业务逐渐普及之后，随着用户习惯的改变，各种新业务将逐步产生，如多媒体文件端到端的直传，移动游戏等都可能导致对上行PS域业务带宽需求的极大增长。正是基于这样的考虑，在3GPP R6协议中，制定了关于HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）的相关技术规范。 HSUPA在目前的3GPP协议中正式称谓已改为“Enhanced Uplink”，不过为叙述方便，本文还是采用HSUPA术语，以与HSDPA相呼应。 从技术角度来看，HSUPA 引入了高速上行的增强型专用信道E-DCH，并增加了其他相关信道，把HSUPA功能实体MAC-e置于Node B以加快响应速度，并采用多种核心关键技术： 混合自动重传HARQ 基于调度的快速传输 更短的传输时间间隔TTI = 2ms 多码 通过采用以上技术，可以使上行PS数据业务速率最高达到5.76Mbps，从而克服了WCDMA上行业务开展的速率“瓶颈”。二、HSUPA工作机制1 HSUPA工作基本过程 E-DPDCH：E-DCH Dedicated Physical Data Channel（E-DCH专用物理数据信道） E-DPCCH ：E-DCH Dedicated Physical Control Channel（E-DCH专用物理控制信道） E-AGCH：E-DCH Absolute Grant Channel（E-DCH绝对授权信道） E-RGCH：E-DCH Relative Grant Channel（E-DCH相对授权信道） E-HICH：E-DCH HARQ Acknowledgement Indicator Channel（E-DCH HARQ 确认指示信道） HSUPA的工作机制（如图1）描述如下： 图1 HSUPA的工作机制 HSUPA UE首先向服务Node B发送调度信息和调度请求，请求服务Node B分配相关资源。 服务Node B根据QoS相关信息和UE的调度请求信息来决定调度授权。Node B发送的调度授权有两种类型：绝对授权和相对授权。 绝对授权由服务E-DCH服务小区通过绝对授权信道E-AGCH发送，可对一个UE、一组UE或所有UE有效，提供UE可使用的UL最大资源的绝对限制。绝对授权包括：授权所针对的UE（或UE组）的E-DCH无线网络临时标识符E-RNTI、UE允许使用的最大功率比值、HARQ进程激活标志。 相对授权（更新）可由服务和非服务Node-B作为绝对授权的补充通过相对授权信道E-RGCH发送，可对前一次使用的授权值进行增加或降低。Node B控制的调度可非常快速地控制噪声抬高量（Raise over Thermal，RoT），授权值主要是功率或比特速率。 被调度到的UE可根据接收到的由绝对授权和相对授权组成的调度信息，以及前次在E-HICH传送的ACK/NACK选择重传序列号RSN以及合适的物理层E-DPDCH和E-DPCCH功率偏差，从而传输数据。2关键技术 HARQ混合（Hybrid）是对前向纠错码（FEC）和重传（ARQ）的综合，在HSDPA中已经引入。HARQ的基本原理是在Node B增加HARQ功能实体，如果没有正确接收，Node B将请求UE重传上行分组数据。Node B可以使用不同方法来合并单个分组的多个重传，从而降低各个传输要求的接收Ec/No。通过HARQ，HSUPA可有效地提高数据传输速率和减小传输时延。 基于调度的快速传输和HSDPA类似，HSUPA的快速分组调度可以在吞吐量公平、资源公平、相对优先调度和最大优先调度等不同算法之间选择，其系统吞吐量、效率以及多用户公平性之间的对比关系与HSDPA类似。HSUPA的物理层调度位于Node B中，调度周期较短，Node B以随时提供的物理层测量信息和UE上报的信息作为调度依据，从而可以实现最新的调度决策，从而更好地利用提供的上行空中接口容量。 更短的传输时间间隔TTI = 2msE-DCH支持2ms和10ms TTI，其中TTI = 2ms是可选的，所有UE类别都强制支持10ms TTI，但类别2、类别4和类别6 UE支持2ms TTI。在上行方向采用2ms的TTI的主要目的是降低HARQ 重传延迟。当每个TTI中含有同样多的数据时，2ms内发射的能量可能比10ms少，从而可以减少上行干扰。另外根据仿真和理论分析，在好的无线环境下，2ms能带来更高的峰值速率。 多码HSUPA支持多码道传输，E-DPDCH信道可以支持64、32、16、8、4、2的扩频码，可以使用的码道集合为N64，N32，N16，N8，N4，2N4，2N2，2N22N4。采用QPSK调制，编码速率为1/3的Turbo码。经过速率匹配算法，如果编码效率达到1，则增强上行专用物理信道的最大传输能力可以达到5.76Mbit/s。三、HSUPA组网1. HSUPA网络规划 HSUPA建网和R99可以采用同频或者异频的建网方式。如果采用异频组网，HSUPA的引入不会影响R99网络的规划，这里主要分析同频的情况。 同频时，根据对HSUPA/R99链路预算的分析，由于HSUPA引入了较高的干扰余量门限，导致R99业务覆盖半径的收缩，12.2kbps业务半径收缩了1020。 在这种网络规划下，HSUPA的64kbps、或比64kbps稍高速率的业务可以达到全网覆盖，峰值1920kbps业务覆盖半径可以达到规划小区半径的50，也就是可以覆盖整个小区面积的25左右。 通过以上分析可知，HSUPA与R99共同进行上行规划时，低速的HSUPA业务可以基本保证与R99规划覆盖范围保持同覆盖关系。HSUPA用户速率升高，其服务覆盖收缩，同时由于引入了HSUPA，在同频建设时会使R99规划范围有所收缩。 一般说来，HSUPA对网规的影响主要表现在以下几个方面： 在HSUPA的规划中，在保证相同过载概率条件，以及RRM的控制算法进一步得到优化的情况下，从提高上行吞吐量角度出发，设置上行干扰余量，建议不使用R99常用的上行3dB做噪声抬升门限，建议取值56dB。 HSUPA与R99同频规划时，假如抬升干扰余量门限，从而导致较早前的R99上行的规划预算半径收缩1020；异频组网时候对R99上行规划基本没有影响。 通过上述分析，可以得到HSUPA的建网策略：以较低速率全网覆盖，重点覆盖密集城区，保证热点地区的上行传输高速率，初期规划建议参照HSDPA覆盖范围，在热点区域做重点覆盖，一般小区边缘地带做低速覆盖即可。 引入HSUPA后，下行会增加几条新的物理信道，E-HICH/E-AGCH/E-RGCH，需要考虑下行规划时候的码资源分配和功率资源分配问题。新引入的信道会导致下行公共信道开销加大，并影响原有的下行干扰，从而影响原有下行规划，出现下行覆盖和容量收缩的情况，需要在建网规划时评估这一可能性。2.HSUPA对传输的需求 正如前面分析那样，HSUPA的引入会引起上行流量的增加，这和HSDPA技术引起下行流量增加是类似的。由于在上行方向实现了更高的数据速率和更高的吞吐量，因此可能需要更多的传输容量。一般来说，如果原有系统的Iub口传输资源已经能够支持HSDPA，并且采用上下行均衡的传输方式，如E1、STM-1等，则上行可能不需要再扩容；但是如果原系统并没有HSDPA能力，一般来说Iub接口资源需要进行扩容。 总之，是否升级取决于系统原始的传输容量和HSUPA的传输带宽需求。四、HSUPA的市场应用前景 HSUPA改善了WCDMA的上行数据速率，使一些新的移动数据业务使用成为可能，如上行视频流、上传/端到端文件传输、高速在线网络游戏等，并可以为商业用户提供移动的或者通过固定端提供宽带互联网接入服务。五、中兴通讯HSUPA解决方案1.先进的基站解决方案 中兴通讯基站系统在基带部分采用最先进的ASIC和DSP处理芯片，使基带处理能力增长了4倍以上，从而为平滑支持HSUPA提供了硬件保证。 中兴通讯在基带软件体系中预留了HSUPA的处理模块，保证将来通过软件升级的方式即可支持HSUPA功能。 整个基站解决方案对于运营商来讲都是最有利的，可以大大降低运营商的网络建设成本，在业界也处于领先水平。2.强大的RNC、核心网处理能力 中兴通讯RNC设备可以支持双向1.512Gbps的数据流量，业界处理能力最大，一般来说比其他厂商高出3倍以上，为将来PS域业务尤其是HSDPA/HSUPA业务的发展，奠定了坚实的基础。中兴通讯RNC的处理能力在近期的RNC大话务量测试中得以体现，整体处理能力在业界遥遥领先。 除此之外，中兴通讯的核心网设备也进行了充分的考虑，SGSN、GGSN Gn和Gi接