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HSDPA和HSUPA技术应用探讨[转帖]2006年是中国3G发展的最关键一年，技术的选择关系到建网成本和网络质量。
对HSDPA/HSUPA的技术应用进行探讨，不论是对运营商还是普通用户都将会带来极大的好处。
对于运营商来说，HSDPA/HSUPA可以提高WCDMA和TD-SCDMA网络数据容量和频谱效率、实现性价比高的网络，实现更低的每比特传输成本。
对于普通用户来说，它们可以提供更高的数据速率、更短的服务响应时间、更好的服务可靠性。
一、HSDPA、HSUPA技术性能分析1.HSDPA技术性能分析HSDPA的性能与信道条件(如时间色散、小区环境、终端车速、小区内与小区间的干扰分布)、终端基本检测性能(敏感性、干扰抑制能力等)有关，还受到无线资源管理(RRM)算法的影响，如功率和码资源的分配、载干比估计的准确性及分组调度算法的选择和实施等。
在WCDMA R99中，所有传输信道都是在RNC侧终止，数据的重传功能位于RNC侧，每次重传都要经过Iub接口，增加了数据传输的延迟；HSDPA中的HARQ(Hybrid ARQ,混合自动请求重传)协议位于Node-B中，数据重传无需经过Iub接口，有效增加了无线链路的数据吞吐量，从而提高整个扇区的吞吐量。
在WCDMA R99中，下行链路功率控制的动态范围大约是20dB，而上行链路的功控动态范围可达70dB，这主要是由于下行链路的功率受限于小区内干扰，同时也意味着当用户靠近Node-B时，基站的发射功率会有所降低但不可能在短时间内大幅度下降；HSDPA中使用自适应调制编码(AMC)技术，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，以最大化下行链路的数据吞吐量。
在HSDPA中，小区吞吐量随调制方式、可使用的码信道数量和信道编码速率而不同，它所能达到的理论峰值速率为R99的5倍，如采用3/4编码速率和16QAM调制，能达到的峰值速率为10.7Mbit/s。
1. WCDMA、CDMA1x、CDMA2000、HSPA、HSDPA、HSUPA各是什么?WCDMAWCDMA(Wideband Code Division Multiple Access )：WCDMA源于欧洲和日本几种技术的融合。
WCDMA采用直扩（MC）模式，载波带宽为5MHz，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）。
它采用MC FDD双工模式，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。
作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及CDMA2000，但其优势在于GSM的广泛采用能为其升级带来方便。
因此，近段时间也倍受各大厂商的青睐。
WCDMA采用最新的异步传输模式（ATM）微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数由现在的30个提高到300个，在人口密集的地区线路将不在容易堵塞。
另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。
WCDMA全名是Wideband CDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持384Kbps到2Mbps 不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。
而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem 也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
此外，在同一些传输通道中，它还可以提供电路交换和分包交换的服务，因此，消费者可以同时利用交换方式接听电话，然后以分包交换方式访问因特网，这样的技术可以提高移动电话的使用效率，使得我们可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
在费用方面，WCDMA因为是借助分包交换的技术，所以，网络使用的费用不是以接入的时间计算，而是以消费者的数据传输量来定。
WCDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商，WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM 标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利。
HSUPA基本原理HSUPA（High-Speed Uplink Packet Access）是一种用于移动通信系统中的高速上行数据传输技术。
它是3G网络的一部分，并提供了比之前的技术更快的上行数据传输速度。
本文将详细介绍HSUPA的基本原理和工作机制。
一、HSUPA简介HSUPA是WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）技术中的一部分，旨在提高移动通信网络的上行数据传输速度。
相比于之前的技术，HSUPA可以提供更高的上传带宽，使用户能够更快地发送数据，如照片、视频等。
二、HSUPA的工作机制1. 动态带宽分配（DBA）HSUPA使用一种称为动态带宽分配（DBA）的技术来实现高速上行数据传输。
DBA使网络能够动态地分配上行带宽给需要传输数据的用户，以最大限度地提高网络资源的利用率。
当有多个用户同时上传数据时，DBA可以根据它们的需求来分配带宽，从而保证每个用户都能得到足够的传输速度。
2. 快速调度算法（FSR）HSUPA还使用一种称为快速调度算法（FSR）的技术来管理和调度上行数据传输。
FSR根据网络的拥塞情况和用户的需求，决定哪个用户将被分配更多的带宽来上传数据。
该算法可以在保持网络正常运行的同时，尽可能地提供高速的上行传输。
3. 接收端处理在HSUPA中，接收端通过使用快速反馈信道（HARQ）来处理上行数据的传输。
HARQ允许接收端检测和纠正传输中可能出现的错误，从而确保数据的正确接收。
如果接收端检测到错误，它将发送一个重传请求给发送端，以重新传输受损的数据。
4. 高速调制与编码为了实现更高的上行传输速度，HSUPA采用了一种称为16QAM （16 Quadrature Amplitude Modulation）的调制方式。
16QAM可以在单位时间内传输更多的数据，从而提高传输速度。
此外，HSUPA还使用了一种称为高效的编码方案，如Turbo码，以提高数据的可靠性和传输效率。
wcdma的演进步骤WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）是第三代移动通信技术（3G）之一，它在2G的CDMA技术基础上进行了很多改进和升级，以提高数据速率和网络容量。
WCDMA的演进步骤如下：1. WCDMA初期标准定义（1999-2001年）在WCDMA初期，标准主要定义了基础架构，包括物理层、通信协议、网络架构等，以及相关的技术标准和测试要求。
2. HSDPA技术（2002年）HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）技术是WCDMA的第一个升级版本，主要用于提高下行数据速率和网络容量。
HSDPA技术在物理层引入了多种技术，如快速自适应调制、混合自适应调制、快速衰落补偿等等，可以将下行数据速率提高到10Mbps以上。
3. HSUPA技术（2005年）HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）技术是WCDMA的第二个升级版本，主要用于提高上行数据速率。
HSUPA技术在物理层引入了多种技术，如快速上行调度、快速自适应调制、快速功率控制等等，可以将上行数据速率提高到5.76Mbps以上。
4. HSPA+技术（2008年）HSPA+（High Speed Packet Access Plus）技术是WCDMA的第三个升级版本，主要用于进一步提高数据速率和网络容量。
HSPA+技术在物理层引入了多种技术，如MIMO（多输入多输出）、64QAM调制、双载波等等，可以将下行数据速率提高到84Mbps以上，上行数据速率提高到23Mbps以上。
5. DC-HSDPA技术（2010年）DC-HSDPA（Dual Carrier High Speed Downlink Packet Access）技术是WCDMA的第四个升级版本，主要用于进一步提高下行数据速率和网络容量。
DC-HSDPA技术在物理层引入了双载波技术，可以将下行数据速率提高到42Mbps以上。
TD-HSUPA资源分配技术的研究摘要 hsupa即上行增强技术是3gpp在r7中提出的一种技术标准。
本文首先详细讨论了hsupa的关键技术和不同配置下的理论峰值速率。
重点对hsupa中的资源分配方案进行了分析,并通过仿真比较了几种资源分配方案的区别。
关键词 hsupa;时分;码分中图分类号tn929.5 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)31-0186-020 引言3gpp r5引入了hsdpa技术,通过采用amc、harq和快速调度等技术,较大幅度地提高了下行速率,例如比较普遍的gaming业务,要求上行提供稳定地较高速的吞吐量, td-hsupa通过应用amc、harq、node b控制的快速调度以及上行干扰控制等关键技术来提高上行峰值速率和上行吞吐量,改善用户体验的满意度[1]。
1 td-hsupa中的关键技术1.1 amc在hsupa技术中,针对上行增强数据信道e-dch,采用了amc和pc 相结合的链路自适应技术。
amc的基本思想就是终端ue对移动信道质量进行实时估计,然后根据信道质量和mcs(调制编码方案)的映射关系把估计的信道质量映射成rmf和rtbs,如果信道条件较好,则选择高阶调制(16qam)和较大的传输块,否则选择qpsk调制和较小的传输块;然后ue把rmf、rtbs和ack/nack信息一起反馈给nodeb[2]。
1.2 高阶调制和快速调度由于系统带宽的限制,为了进一步提高频带利用率和峰值数据速率,hsupa系统中引入了16qam调制技术。
引入16qam之后,理论峰值数据速率是采用qpsk的两倍[3]。
采用高阶调制技术,必然对信道条件要求更为苛刻,根据理论分析,同样的平均符号功率,qpsk调制解调具有更高的可靠性;同时,对于固定的编码方式,低编码速率比高编码速率具有更高的可靠性;通过amc,对编码速率和调制方式的选取进行联合优化。
1.3 理论峰值速率的计算系统所支持的峰值速率与时隙比例关系、配置的e-puch物理资源、e-ucch的数量等因素有关,在时隙比例为5:1时,考虑配置4个业务信道,每次发送时,仅配置1条e-ucch信道,则系统可以支持的理论峰值速率为:(1)其中:704为sf1无编码可以承载symbol数;第一个4为业务时隙数;第二个4为16qam调制时每个symbol数;17为:1个e-ucch和tpc占用的symbol数;24为crc校验比特;5为调度周期5ms。
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AMC3GPP 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解调。
此外，高阶调制的功率峰均比(PAPR)比较高，对功放的线性区间要求也比较高。
这些都需要在设备实现过程中予以考虑。
3、新增物理信道为了实现上述新技术，HSUPA新增了一些传输信道和物理信道。
这些信道结构的设计直接关系到HSUPA技术应用在TD-SCDMA系统中的性能。
新增信道的设计需要充分考虑TD-SCDMA系统的帧结构与系统特点，同时考虑链路自适应、物理层快速重传和快速调度等技术的应用。
新增的传输信道包括： 增强的专用信道(E-DCH)：用来承载上行增强数据，映射的物理信道是E-PUCH；E-DCH上行控制信道(E-UCCH)：用来承载E-DCH解码需要的相关信令，如传输块大小、重传序列号和HARQ进程号等。
新增的物理信道包括：E-DCH随机接入上行控制信道(E-RUCCH)：承载了调度信息和UE的无线网络临时标识(E-RNTI)；E-DCH绝对授权信道(E-AGCH)：承载基站的调度信息，包括功率及物理资源的配置等；E-DCH物理上行信道(E-PUCH)：E-DCH与E-UCCH这两个传输信道复用在一起映射到E-PUCH 上；E-DCH HARQ应答指示信道(E-HICH)，承载HARQ应答消息ACK/NACK。
其中E-RUCCH和E-PUCH为上行物理信道，E-AGCH和E-HICH为下行物理信道。
上行物理层模型：下图是UE同时具有E-DCH、DCH和HS-DSCH时的上行物理层模型：图2：UE上行物理层模型下行物理层模型：下图是UE 同时具有E-DCH 、DCH 和HS-DSCH 时的下行物理层模型：图3：UE下行物理层模型E-PUCH 是在Node B MAC-e 的调度实体控制下分配给E-DCH 的物理资源，且映射到E-DCH 类型的编码组合传输信道CCTrCH 。
E-PUCH 物理资源分为非调度资源和调度资源。
非调度资源由RNC 通过高层信令进行分配，而调度资源由Node B MAC-e 的调度实体进行控制分配的。
E-D C H TFC I TPC解复用/分割Phy C H E-D C H.....(C C TrC H )Phy C HA C K /N A C K C Q I TPC解复用/分割编码组合传输信道(C C TrC H )TPC TFC IPhy C H.... 编码与复用D C HD C HPhy C HPhy C HE-U C C HE-RU C C HPhy C H编码与复用编码组合传输信道物理信道数据流复用TPC TFC I SS.... 编码与复用D C HD C HPhy C HPhy C H (C C TrC H )编码组合传输信道 物理信道数据流E-H IC H A C K /N A C KPhy C H绝对授权Phy C HE-A G C H Phy C HPhy C H H S-SC C H TFR IH A R Q info TPC , SS.....解码编码组合传输信道( C C TrC H ) M U XPhy C H Phy C HE-RUCCH 映射到由UTRAN 定义的相应的PRACH 物理资源上。
