摘要　為了支持互動多媒體等需要高速上行數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)，TD-SCDMA在Release 6中引入了高速上行分組接入（HSUPA）技術(shù)。鑒于目前WCDMA上行增強技術(shù)日趨成熟，而TD-SCDMA上行增強技術(shù)的研究才剛剛開始，本文詳細闡述了適用于TD-SCDMA HSUPA的各項技術(shù)，并比較了TD-SCDMA HSUPA與WCDMA HSUPA的差異，最后對TD-SCDMA HSUPA的研究方向提出了一些建議。

1、引言

　　第三代移動通信系統(tǒng)中，以歐洲主導的WCDMA、美國主導的cdma2000以及中國的TD-SCDMA為3大主流技術(shù)，TD-SCDMA作為中國提出的第三代移動通信技術(shù)標準的TDD模式技術(shù)，是3GPP的一個重要的組成部分。

　　TD-SCDMA的標準化工作相對于WCDMA和cdma2000要晚，最早的版本包含在3GPP的Release 4中。為了適應(yīng)移動網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速增長，TD-SCDMA分別在Release 5和Release 6中引入了高速下行分組接入（HSDPA）技術(shù)和高速上行分組接入（HSUPA）技術(shù)。此外，為了應(yīng)對WiMAX的競爭，在Release 7中引入了TDD LTE。

　　在Release 6中引入的HSUPA是繼HSDPA之后，TD-SCDMA系統(tǒng)在無線部分的又一重大改進。為了在TD-SCDMA上行鏈路中引入HSUPA，并且盡可能地兼容Release 4中定義的功能實體與邏輯層間的功能劃分，在保持Release 4結(jié)構(gòu)的同時。增加了新的增強專用信道（E-DCH）、新的媒體接入控制（MAC）實體MAC-e/es[1]。引入HSUPA只是在原來的物理信道上增加了新的信道，因此，兩者可以共用射頻發(fā)射單元。相互兼容。

2、TD-SCDMA HSUPA的關(guān)鍵技術(shù)

　　2006年5月在上海召開的3GPP TSG RAN WG1#45以及WG2#53上，TD-SCDMA HSUPA的物理層結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)初露端倪。根據(jù)TD-SCDMA上行鏈路的特點，參考文獻[2]提出了幾種適用于HSUPA的技術(shù)，包括基于Node B的調(diào)度、快速HARQ（混合自動重傳請求）、高階調(diào)制、擾碼跳碼等。CATT（電信科學技術(shù)研究院）在TD-SCDMA系統(tǒng)環(huán)境下分別對這幾項技術(shù)進行了仿真[3]。根據(jù)仿真結(jié)果，認為適合TD-SCDMA HSUPA的技術(shù)，主要有基于Node B的調(diào)度、快速BARQ、高階調(diào)制。

　　根據(jù)參考文獻[3]，不建議在TD-SCDMA上行增強技術(shù)中采用擾碼跳碼技術(shù)。這是由于擾碼跳碼的仿真結(jié)果表明擾碼跳碼在TD-SCDMA上行增強技術(shù)中所帶來的增益具有不確定性，而且?guī)淼淖畲笤鲆娣纫埠苄?，在有些情況下，性能反而會惡化。另外，擾碼跳碼技術(shù)的應(yīng)用增加了UE的復雜度。

　　下面將簡要介紹TD-SCDMA HSUPA中采用的各項關(guān)鍵技術(shù)。

　?。?）基于Node B的調(diào)度

　　基于Node B的調(diào)度過程中。Node B可以控制UE何時以多大的速率發(fā)送數(shù)據(jù)。相對于RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）調(diào)度，其調(diào)度周期比較短，而且Node B已有的物理層測量信息可以用來作為調(diào)度的基礎(chǔ)，這確保更及時地進行調(diào)度決策以及更有效地利用上行鏈路空中接口可用容量。調(diào)度周期的明顯縮短也使得Node B可以在上行鏈路空中接口容量上進行更多的動態(tài)控制。

　　（2）快速HARQ

　　快速HARQ允許Node B對接收到的錯誤數(shù)據(jù)快速請求重傳，HARQ功能在媒體接入控制高速（MAC-hs）層實現(xiàn)，該層在Node B處終止。這樣，快速HARQ的重傳時延遠低于RLC（無線鏈路控制子層）的重傳時延，大大降低了TCP/IP和時延敏感業(yè)務(wù)的時延抖動。在解碼之前，Node B將之后重傳的信息與原來傳輸信息合并，這就是通常所說的軟合并。軟合并可以增大容量和特定數(shù)據(jù)速率的覆蓋率。

　?。?）高階調(diào)制

　　對于WCDMA增強型上行鏈路，由于每個用戶都有自己特定的擾碼，這樣就可以利用更多的碼道，于是采用比16QAM更低階的調(diào)制以簡化終端的設(shè)計。然而，對于TD-SCDMA HSUPA，由于信道化碼的限制，需要采用高階調(diào)制來提高系統(tǒng)的頻譜效率，雖然目前僅僅考慮的是8PSK和16QAM，但是在采用智能天線技術(shù)以后，有可能使用64QAM，因為使用智能天線將會大大提高鏈路信道質(zhì)量，從而提高鏈路性能。

3、TD-SCDMA HSUPA與WCDMA HSUPA的差異

　　從TD-SCDMA HSUPA采用的關(guān)鍵技術(shù)可以看出，除了調(diào)制方式外，基于Node B調(diào)度和快速HARQ都同時應(yīng)用于TD-SCDMA和WCDMA HSUPA。但是，TD-SCDMA與WCDMA在上行鏈路上的不同，導致它們在干擾控制、調(diào)度過程和HARQ方式上都存在著差異。

　　3.1　干擾控制上的差異

　　在WCDMA HSUPA中，調(diào)度器位于Node B端，屬于“分散”調(diào)度，也就是說每個小區(qū)的調(diào)度器與其他小區(qū)的調(diào)度器相對獨立。UE的上行信號受到來自小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間UE的干擾，而且在軟切換的情況下，UE同時與多個基站進行通信。因此，需要在不同小區(qū)的調(diào)度器之間引入一種協(xié)調(diào)機制，于是，在WCDMA HSUPA中新增了一種物理信道。即相對分配信道E-RGCH，用于激活小區(qū)給UE反饋指令，相對調(diào)整UE的最大傳輸速率，從而可以控制鄰小區(qū)的干擾。另外服務(wù)小區(qū)通過發(fā)送絕對分配（absolute grant）指令指示UE的最大數(shù)據(jù)速率以控制小區(qū)內(nèi)的干擾。WCDMA HSUPA干擾控制機制如圖1所示。

圖1　WCDMA HSUPA干擾控制機制

　　與WCDMA不同的是，對于TD-SCDMA系統(tǒng)，接收端通過智能天線、聯(lián)合檢測等技術(shù)可以消除絕大部分的小區(qū)內(nèi)干擾，所以干擾主要由小區(qū)間干擾決定。而且對于TD-SCDMA系統(tǒng)，并沒有要求軟切換，相應(yīng)的UE端也沒有必要支持接收多小區(qū)的下行控制信令。如E-RGCH。因而，在TD-SCDMA上行增強技術(shù)中，沒有沿用WCDMA中控制小區(qū)間干擾的辦法[4]。

　　所以在設(shè)計TD-SCDMA系統(tǒng)HSUPA干擾控制時需要考慮以下兩個條件：

　　●Node B接收器不需要檢測小區(qū)外的UE；

　　●UE不需要接收非服務(wù)小區(qū)的指令。

　　TD-SCDMA HSUPA控制小區(qū)間干擾的辦法如下所示：

　　●UE通過對服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)P-CCPCH RSCP（接收到的信號碼功率）的測量以及系統(tǒng)提供的相關(guān)P-CCPCH的參考功率，計算UE到服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)路徑損耗，并通過相關(guān)的上行信令信道反饋給服務(wù)小區(qū)的調(diào)度器。調(diào)度器利用UE的反饋信息給UE發(fā)送絕對分配信息，控制小區(qū)間的干擾水平。

　　●RNC的RRM（無線資源管理）功能負責給每個調(diào)度器指定一個其他小區(qū)所能允許的干擾值，該值根據(jù)負載情況及時地調(diào)整更新。各個小區(qū)的負載情況由Node B測量后告知RNC。

　　TD-SCDMA上行鏈路系統(tǒng)小區(qū)間干擾控制機制如圖2所示，其中λi表示UEi到服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)的路徑損耗比值。

圖2? TD-SCDMA HSUPA干擾控制機制

　　3.2　 調(diào)度控制上的差異

　　在WCDMA HSUPA中是通過Node B發(fā)送調(diào)度分配（scheduling grant）來給UE分配資源的。分配指令分兩種：絕對分配和相對分配（relative grant）。絕對分配指令限制了終端最大傳輸速率，主要用于分配大量資源但分配不是很頻繁的情況，例如在連接建立時或者在UE申請資源分配時。相對分配是用來更新終端的資源分配。

　　處于軟切換時，終端同時與幾個小區(qū)通信。只有服務(wù)小區(qū)給終端發(fā)送絕對分配指令，非服務(wù)小區(qū)只發(fā)送相對分配指令以控制該終端對這些小區(qū)的干擾水平。需要注意的是服務(wù)小區(qū)也發(fā)送相對分配指令，但只有當非服務(wù)小區(qū)發(fā)送的相對分配指令為“hold”時才有效[5]。

　　TD-SCDMA HSUPA的調(diào)度相對于WCDMA HSUPA調(diào)度，一樣是通過Node B發(fā)送調(diào)度分配來給UE分配資源，但是由于干擾控制和切換控制上的差異，其分配指令只有絕對分配，由服務(wù)小區(qū)提供。也就是說，在TD-SCDMA系統(tǒng)中調(diào)度只受服務(wù)小區(qū)控制，服務(wù)小區(qū)直接給UE指定一個所能允許的數(shù)據(jù)速率的上限[2]。但是，由于信道多徑和時延的特性，只有絕對分配沒有其他的協(xié)調(diào)機制，系統(tǒng)的干擾無法控制。考慮到在干擾控制中，UE負責測量到服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)的路徑損耗，這些路徑損耗也可以作為調(diào)度的一個輔助信息，調(diào)度器根據(jù)這個輔助信息調(diào)整UE的速率上限。

　　3.3　HARQ方式上的差異

　　HARQ方式的選擇主要是同步和異步HARQ的選擇以及自適應(yīng)和非自適應(yīng)傳輸?shù)倪x擇。

　　在WCDMA上行增強技術(shù)中采用的是同步HARQ。同步HARQ的主要好處就是節(jié)省了控制信令開銷，不需要表示HARQ處理序號，而且在FDD上行增強技術(shù)中，僅僅通過2 bit RSN就可表示RV信息和新數(shù)據(jù)指示符信息。但是對于TD-SCDMA系統(tǒng)來說，使用同步HARQ會有沖突。

　　因為在上行鏈路中，對于TD-SCDMA系統(tǒng)，所有的UE共享時隙和OVSF碼，不像WCDMA系統(tǒng)，每一個UE都分配一個惟一的擾碼。如果對于一個UE，Node B反饋的ACK被錯誤地解碼成NACK，那么就需要在后面幀的相同時隙和碼資源中進行重傳，與此同時，調(diào)度器完全有可能將此資源分配給其他UE，從而造成沖突。而且，HSUPA通過使用非調(diào)度傳輸模式支持GBR（保證比特率）業(yè)務(wù)，為了滿足這種需求，對于TD-SCDMA系統(tǒng)，時隙和信道化碼要周期性地預留一部分。因而，如果采用同步重傳，在調(diào)度傳輸和非調(diào)度傳輸之間會造成沖突，所以TD-SCDMA上行增強技術(shù)建議采用異步HARQ[6]。

　　就傳輸屬性（例如資源分配、調(diào)制方式和傳輸塊大小）而言，HARQ方式被分為自適應(yīng)和非自適應(yīng)兩種。自適應(yīng)是指在重傳中改變一些或全部的傳輸屬性，因而需要相關(guān)的控制信息支持。非自適應(yīng)是指如果在重傳時需要改變傳輸屬性，需要在初始傳輸之前告知發(fā)射器和接收器。因而不需要相應(yīng)的控制信令支持。

　　在WCDMA HS-DSCH中采用的是自適應(yīng)異步HARQ方式，而WCDMA E-DCH采用的是非自適應(yīng)同步HARQ方式。采用異步HARQ能夠更方便有效地進行調(diào)度，因為傳輸屬性可以隨著無線鏈路環(huán)境動態(tài)地改變。而且對于異步HARQ，初始傳輸和重傳之間的時間間隔很長也不可預測，不適合事先協(xié)商好的非自適應(yīng)傳輸，所以，TD-SCDMA上行增強技術(shù)建議采用自適應(yīng)HARQ。

4、結(jié)束語

　　TD-SCDMA和WCDMA上行鏈路的差異導致兩者在HSUPA技術(shù)上的差異，最終也必然導致兩者在物理層結(jié)構(gòu)上的差異。目前TD-SCDMA HSUPA物理層結(jié)構(gòu)還在討論之中，很多內(nèi)容有待完善。雖然在很多方面可以借鑒WCDMA HSUPA的經(jīng)驗，但同時應(yīng)結(jié)合兩者的差異，提出適用于TD-SCDMA的上行增強技術(shù)。

　　參考文獻

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　　2　3GPP TR25.804 v.6.1.0.Feasibility study on uplink enhancements for UTRA TDD，2006

　　3　CATT R1-060524.Simulation results of LCR TDD enhanced uplink。2006

　　4　IP Wireless R1-050868.EU-TDD intercell interference control by scheduling and text proposal for TR 25.826，2005

　　5　Parkvall S，Peisa J，Torsner J,et al.WCDMA enhanced uplink-principles and basic operation.VTC.2005

　　6　CATT，RITT R2-061329.HARQ protocol for 1.28Mcps TDD enhanced uplink，2006