TD-HSUPA

  HSUPA (high speed uplink packet access)高速上行链路分组接入。HSUPA通过采用多码传输、HARQ、基于Node B的快速调度等关键技术,使得单小区最大上行数据吞吐率达到5.76Mbit/s,大大增强了WCDMA上行链路的数据业务承载能力和频谱利用率。
  与 HSDPA类似,HSUPA引入了五条新的物理信道E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH和两个新的MAC实体 MAC-e和MAC-es,并把分组调度功能从RNC下移到NodeB,实现了基于NodeB的快速分组调度,并通过混合自动重传HARQ、2ms无线短帧及多码传输等关键技术,使得上行链路的数据吞吐率最高可达到5.76Mbit/s,大大提高的上行链路数据业务的承载能力。 
  WCDMA Rel5中的HSDPA是WCDMA下行链路方向(从无线接入网络到移动终端的方向)针对分组业务的优化和演进。与HSDPA类似,HSUPA是上行链路方向(从移动终端到无线接入网络的方向)针对分组业务的优化和演进。HSUPA是继HSDPA后,WCDMA标准的又一次重要演进。利用HSUPA技术,上行用户的峰值传输速率可以提高2-5倍,HSUPA还可以使小区上行的吞吐量比R99的WCDMA多出20-50%。
  编辑本段HSUPA采用的三种主要技术
  HSUPA采用了三种主要的技术:物理层混合重传,基于Node B的快速调度,和2msTTI短帧传输。下面将对这些技术进行介绍。
  物理层混合重传[L1(Fast) HARQ]:在WCDMA R99中,数据包重传是由RNC控制下的RLC重传完成的。在AM模式下,RLC的重传由于涉及RLC信令和Iub接口传输,重传延时超过100ms。在HSUPA中定义了一种物理层的数据包重传机制,数据包的重传在移动终端和基站间直接进行,基站收到移动终端发送的数据包后会通过空中接口向移动终端发送ACK/NACK信令,如果接收到的数据包正确则发送ACK信号,如果接收到的数据包错误就发送NACK信号,移动终端通过ACK/NACK的指示,可以迅速重新发送传输错误的数据包。由于绕开了Iub接口传输,在10msTTI下,重传延时缩短为40ms。在HSUPA的物理层混合重传机制中,还使用到了软合并(soft combing)和增量冗余技术(Incremental Redundancy),提高了重传数据包的传输正确率。
  基于Node B的快速调度(NodeB Scheduling):在WCDMA R99中,移动终端传输速率的调度由RNC控制, 移动终端可用的最高传输速率在DCH建立时由RNC确定,RNC不能够根据小区负载和移动终端的信道状况变化灵活控制移动终端的传输速率。基于Node B的快速调度的核心思想是由基站来控制移动终端的传输数据速率和传输时间。基站根据小区的负载情况,用户的信道质量和所需传输的数据状况来决定移动终端当前可用的最高传输速率。当移动终端希望用更高的数据速率发送时,移动终端向基站发送请求信号,基站根据小区的负载情况和调度策略决定是否同意移动终端请求。如果基站同意移动终端的请求,基站将发送信令提高移动终端的最高可用传输速率。当移动终端一段时间内没有数据发送时,基站将自动降低移动终端的最高可用传输速率。由于这些调度信令是在基站和移动终端间直接传输的,所以基于Node B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的传输速率,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。
  2msTTI 和10 ms TTI: WCDMA R99 上行DCH的传输时间间隔(TTI)为10ms,20ms,40ms,80ms。在HSUPA中,采用了10msTTI以降低传输延迟。虽然HSUPA也引入了2ms TTI的传输方式,进一步降低传输延迟,但是基于2msTTI的短帧传输不适合工作于小区的边缘。
  HSUPA和HSDPA都是WCDMA系统针对分组业务的优化,HSUPA 采用了一些与HSDPA类似的技术,但是HSUPA并不是HSDPA简单的上行翻版,HSUPA中使用的技术考虑到了上行链路自身的特点,如上行软切换,功率控制,和UE的PAR(峰均比)问题??HSDPA中采用的AMC技术和高阶调制并没有被HSUPA采用。
  编辑本段HSUPA 性能
  采用HSUPA技术,用户的峰值速率可达到1.4 - 5.8Mbps。与WCDMA R99相比,HSUPA的网络上行容量增加20%-50%,增加25%的Iub传输容量,重传延迟小于50ms,覆盖范围增加0.5-1.0dB。
  编辑本段从WCDMA R99到HSUPA的网络演进
  HSUPA增加一个新的专用传输信道 E-DCH 来传输HSUPA业务。Rel99 DCH 和E-DCH可以共存,因此用户可以享受在DCH上传统的R99语音服务的同时,利用HSUPA在E-DCH进行突发的数据传输。
  在理论上HSUPA的用户峰值速率可达到5.8Mbps,这一目标将分阶段完成,在第一阶段HSUPA网络将首先支持1.4M的上行峰值速率,在接下来的阶段逐步支持2M以及更高的上行峰值速率。
  HSUPA向后充分兼容于3GPP的WCDMA R99。这使得HSUPA可以逐步引入到网络中。R99和HSUPA的终端可以共享同一无线载体。并且HSUPA不依赖HSDPA,也就是说没有升级到HSDPA的网络也可以引入HSUPA。
  要在现有的WCDMA R99中引进HSUPA,需要对现有的无线接入系统做一定程度的升级。对于诺基亚的产品,只需对BTS和RNC做简单的软件升级即可。
  编辑本段HSUPA好处
  HSUPA极大地提高了上行传输速率,无论对于发送Email,文件上传还是交互式游戏这样的应用,用户都将体会到HSUPA提供的高速率和短延迟。
  对运营商来说,引进HSUPA将带来如下好处:
  *为用户提供更高上行传输速率;
  *为高速数据业务提供更好覆盖;
  *提高WCDMA网络承载数据服务的容量。
  对普通用户来说,HSUPA意味着:
  *用户能感到更好的网络质量,尤其是在使用对称数据业务时;
  *更短的服务反应时间;
  *更可靠的服务。
  HSUPA演示系统介绍
  在第六届中国(北京)移动通信国际论坛暨展览会上,诺基亚展示了基于商用系统功能开发的HSUPA(高速上行分组接入)演示系统。
  诺基亚是全球首个公开演示HSUPA技术的厂家,在2005年2月法国嘎纳举行的3GSM大会和美国新奥尔良举行的CTIA无线峰会上率先成功完成了高速上行分组接入 (HSUPA) 技术演示。
  HSUPA演示是设立在北京的诺基亚(中国)研发中心多年研究的成果。诺基亚(中国)研发中心不仅成功地完成了HSUPA的演示工作,并承担了主要的设计工作,诺基亚(中国)研发中心的专家还为HSUPA的标准化工作做出了积极贡献。HSUPA的成功演示表明诺基亚在3G的研发实力,同时表明中国研发中心已经迈入世界一流的研发中心行列。
  诺基亚HSUPA演示系统由HSUPA移动终端模拟器(Mobile Station Emulator),HSUPA网络模拟器(BTS/UTRAN Emulator)和分别与移动终端模拟器和网络模拟器相连的应用服务器(Application server Emulator)及演示终端(Application demonstrator)构成。移动终端模拟器由一台运行UE协议栈的Linux PC ,FPGA和DSP构成的基带处理单元,射频单元及天线构成。网络模拟器由两台分别运行CN,UTRAN(NodeB+RNC)协议栈的Linux PC,FPGA和DSP构成的基带处理单元,射频单元及天线构成。在移动终端模拟器端,基带处理单元接收UE协议栈产生的数据包,经过MACe打包,信道编码,调制,扩频后,送到射频单元变成射频信号通过天线发射出去。在网络模拟器端,收到的上行射频信号,在射频单元下变频后,送到基带处理单元,进行信道估计,解扩,解调,信道解码,MACe处理,正确接收到的数据包被送往UTRAN协议栈。应用服务器和演示终端分别与移动终端模拟器和网络模拟器通过Ethenet相连。当无线链路建立后, 演示终端可以通过无线网络访问到应用服务器,并且上载应用服务器中的内容。
  HSUPA下行信令,也通过下行无线链路由HSUPA网络模拟器发给HSUPA移动终端模拟器。
  在实际演示中,HSUPA演示系统通过上行链路同时进行DVD质量的视频传送和FTP文件上传,上行的峰值速率达到1.4Mbps。
  2007年是中国3G发展非常重要的一年。
  继2006年厦门、青岛、保定以及北京和上海五城市“3+2”TD-SCDMA规模网络应用试验后,试验网规模进一步扩大,北京、上海、天津、秦皇岛、广州、深圳的TD-SCDMA建设全面展开,加上原来3城市的网络扩容,TD-SCDMA开展的如火如荼。
  TD-HSUPA标准化正在进行
  与GSM、IS-95等2G系统相比,3G能够提供更大的容量、更高的系统吞吐量、更高的频谱利用率和更加丰富的业务。随着许多对速率和时延要求更高的业务出现(如高速数据的下载和上传等),3G系统要求具有更高的传输速率、更小的传输时延和更好的服务可靠性。
  因此,TD-SCDMA在Rel 5引入下行增强技术HSDPA。与此同时,上行增强技术HSUPA的标准化也在Rel 7启动。2005年9月HSUPA立项SI(Study Item),进行HSUPA关键技术的预研和准备工作,此阶段已于2006年2月完成。此后,又在2006年3月立项WI(Work Item)。2007年6月,RAN1/2/3/4各组CR(Change Report)已写入Rel 7技术规范,成为Rel 7接入网部分最重要的特性。
  据悉,大唐移动、电信科学技术研究院、鼎桥、中兴和展讯都参与了3GPP标准化工作。
  CCSA(中国通信标准化协会)也在2007年建立TD-HSUPA行标立项,大唐移动、电信科学技术研究院、鼎桥、中兴、展讯、T3G、凯明和华为公司参与了CCSA的标准化工作。CCSA的HSUPA行业标准保持与3GPP Rel 7关键技术一致,并兼容CCSA的多载波行标。
  TD向HSUPA演进
  上行增强技术的目的主要是提高分组数据的峰值传输速率,提高上行分组数据的总体吞吐率,同时减少传输延迟,减少误帧率。在TD-SCDMA系统中,主要考虑的技术包括AMC、HARQ、Node B快速调度以及用户终端(UE)如何共享上行信道资源。
  AMC通过改变调制方式和信道编码率来调整传输速率,HSUPA调制目前采用QPSK和16QAM两种方式。对于信道环境较好用户,会分配较高的调制等级和较高的编码速率,而接近小区边缘、信道环境较差的用户,则会被分配较低的调制等级和编码速率。通过高阶的调制和效率更高的编码效率等技术,TD-SCDMA的单载波上行最高支持2.2Mbit/s的速率。
  在Rel 4中,数据包重传是由RNC控制下的RLC重传完成的。一次重传涉及RLC信令和Iub接口传输,重传延时很大。HSUPA和HSDPA一样采用混合自动重传机制,使得数据包的重传可以在移动终端和基站间直接进行,绕开Iub接口传输,大大降低时延,快速重发还允许上行链路以更高的误块率(BLER)运行,在给定的数据速率下以更低的功率级传输,促使小区覆盖面积扩大。同时,HARQ技术可在接收方译码失败情况下保存接收数据,并要求发送方重传数据,接收方将重传数据和前面保存的接收数据进行合并,再送到译码器进行译码。
  多用户共享高速上行信道,快速调度非常重要。相比Rel 4中通过RNC完成调度功能,HSUPA的调度功将由Node B完成。Node B快速调度的好处在于减小传输时延和提高吞吐量,这减少了Iub接口上的传输过程以及对重传、UE缓存测量的快速反馈。
  除了在时延和吞吐量方面的好处,采用Node B调度在资源分配和干扰控制两个方面也都能带来好处,一方面可以有效缓解码道资源受限以及快速适应无线环境的变化,另一方面通过快速控制UE速率,基站可以更好地控制空中接口的干扰情况。
  HSUPA丰富TD组网方案
  在HSUPA引入初期可采用与R4 单载频混合组网的方案,重点覆盖密集城区,保证热点地区上行业务速率,而对于边缘地带,可以考虑低速率连续覆盖。
  由于上下行数据业务的发展有一定关联,HSUPA 也可以采用HSDPA 相似的部署方案,直接在HSDPA 载波上升级HSUPA,在初期实现HSPA 的热点覆盖。
  随着上下行数据业务需求的增长,可以采用HSUPA 独立组网,即增加一个或多个载波专用于HSUPA,重点吸收以高速HSPA 数据卡为主的终端用户。
  考虑TD-SCDMA 时隙灵活调整的特点,在支持HSUPA 时,可以针对数据业务和CS 业务的需求,灵活分配时隙。调整时隙转换点时,建议同一频段所有载波具有相同的时隙转换点。
  另外,还可引入不同频段的多个载波来进行组网,一些频段主要做HSDPA,一些频段主要做HSUPA,从而使两个不同频段上的载波可以配置不同的时隙转换点,更加充分地利用TD-SCDMA系统上下行灵活配置的特点。
  产品将在2008年达到商用水平
  伴随着数据业务对上行链路容量需求的不断增大,特别是一些新的应用如互动游戏、视频共享以及VoIP 的不断普及,引入HSUPA成为必然趋势。
  有报告分析,在全球HSDPA全面铺开刺激之下,各移动运营商争先部署和推出移动宽带服务,全球HSPA用户在2010年将达到2亿人,到2011年,3G网络19%将升级为HSUPA。
  由于TD-SCDMA HSUPA标准尚未确定,目前TD产业链的各环节厂家均处于预研和标准跟踪阶段,并未有实际产品提供,预计TD-SCDMA HSUPA的系统产品和终端产品将在2008年下半年达到商用水平。
  作为上行增强型技术,TD-SCDMA HSUPA的引入将大大增强3G系统对高速上行业务的支持能力,其发展也越来越引起运营商的关注。随着网络的进一步扩大规模,TD-HSUPA的优势将逐渐凸显出来,TD-HSUPA的发展前景也将更加广阔。

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贡献者:
ILIKEC
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