1、HSUPA 基本原理与关键技术,中兴通讯学院 TD&W&PCS无线团队,课程内容,概述 HSDPA回顾(R4部分) HSUPA工作原理与关键技术(R5部分) HSUPA引入策略,概述,互联网的广泛应用引爆了人们工作方式和生活方式的一场变革。这场变革正在与移动通信相结合,产生了许多基于移动的应用,在这一趋势下,数据业务ARPU占运营商的总ARPU的比重稳步上升,因应这一变化,3GPP R5在下行引入了HSDPA,极大的改善了下行业务的吞吐量、时延等指标。Web2.0时代,更加注重用户的应用体验,产生了新的应用如移动博客、视频共享、视频监控、移动商务等,这些应用对上行业务的QoS提出了更高的要求,
2、因此3GPP R7引入了TDD HSUPA。HSUPA采用了HARQ 、快速分组调度、高阶调制16QAM等关键技术,提高了上行链路的覆盖、吞吐量,减少了时延。,HSUPA引入必要性,用户的需求呼唤HSUPA,新的移动互联网应用如移动博客、视频共享、视频监控、移动商务等对上行业务QoS提出了更高的要求; 市场竞争的驱动,WCDMA HSPA商用网络在不断的开通和完善,TD网络为了体现先进技术,建设一流网络,应考虑尽快部署HSUPA; TD HSDPA的引入要求QoS更好地上行; TD技术演进的必然需要。,市场竞争驱动,据GSA于2007年11月发布的调查,全球范围内有85个国家/地区部署了195
3、个WCDMA HSDPA网络,其中71个国家的154个为商用HSDPA网络,其中欧盟27个国家中的26个实现了HSDPA商用;86个商用HSDPA网络的下行峰值速率达到3.6Mbps及以上,占商用网络的55%,29个商用HSDPA网络的下行峰值速率达到7.2Mbps及以上;全球范围内共有45个HSUPA网络,其中20个国家的24个为商用HSUPA网络。终端方面,共有80个设备商提供了403款HSDPA终端,HSUPA终端共有33款。 TD网络为了体现先进技术,建设一流网络,应考虑尽快部署HSUPA。,HSDPA的引入要求QoS更好的上行,TD的在建网络中已经全面引入了HSDPA, HSDPA的
4、应用和普及将对移动数据业务起到培育作用,用户会对上行的速率和反应速度提出更高要求,TD HSDPA的引入必将推动对HSUPA的需求。 比如在2:4时隙配比下,如果上行为R4,则上下行数据业务流量比例约为1:13,比例失衡,不利于开展上行业务量比较大的业务;而如果上行为HSUPA,则上下行数据业务流量比例约为1:3,比例适中。,2:4时隙配比图,TD技术演进的必然需要,在HSUPA引入之前,由RNC通过准入、拥塞等算法将系统负载控制在一定水平之下。考虑到测量上报的时延、周期、控制信令的时延、传输开销等因素,在RNC进行的控制不可能以很高的频率进行。HSUPA引入后,由于使用了Node B中执行的
5、快速调度方式,Node B可以在每个TTI根据小区当前负载情况调整用户的发射速率。在同样的RoT水平下,HSUPA可以获得比R4大得多的小区吞吐量。 在R4中,数据包重传是由RNC用户面的RLC层重传完成的。一次重传涉及RLC处理时延和Iub口传输时延,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RLC层处理和Iub接口传输,大大降低时延。,TD技术演进的必然需要(续),通过快速HARQ,首次传输的目标BLER 可能明显的高一些,这是因为与RLC层重传相比,重传接收出错的分组的延迟有明显的下降。更高的BLER target可
6、以降低传输一定速率的数据时要求的UE传输功率。因此对相同的小区负荷,快速HARQ可以提高小区容量。同样对相同的数据速率,由于降低了每个比特所需的能量,有助于改善覆盖距离。,中兴通讯HSUPA亮点技术,HSUPA SDMA技术利用不同用户间空间分割构成不同的信道,空间隔离的用户使用相同的物理资源,实现物理资源的复用,可以在不增加物理设备的前提下大幅增加系统容量; HSUPA动态资源共享技术可以灵活的调整数据业务和语音业务对码道资源的使用,在无需Iub口重配的情况下快速将HSUPA码道资源分配给R4语音业务使用; E-HICH波束赋形技术可以有效提高覆盖,进而提高HICH承载的UE个数,有利于节省
7、下行码道; 动态资源重传合并技术是在可能出现HARQ进程阻塞时,不考虑物理资源的一致性,只要有物理资源,即进行重传,这样可以有效提升系统性能。,课程内容,概述 HSDPA回顾(R4部分) HSUPA工作原理与关键技术(R5部分) HSUPA引入策略,HSDPA高效的系统架构(下行),HSDPA协议栈,HS-DSCH FP,HS-DSCH FP,MAC-hs,PHY (新增3个 物理信道),RNC和Node B:增加HS-DSCH FP协议处理,影响Iub/Iur口,Node B:新增MAC-hs子层,负责AMC、HARQ等功能,Node B:物理层新增3个物理信道HS-PDSCH、HS-SCC
8、H、HS-SICH,UE:增加MAC-hs,增加相关物理信道和处理功能,增加调制处理方式,MAC (增加 MAC-hs),PHY (新增 处理功能),UE,UTRAN,HSDPA信道,HSDPA物理信道,HS-SCCH/HS-SICH承载信息,HSDPA中物理信道时序,HSDPA中伴随DPCH,下行伴随DPCH 1)承载高层信令、功控命令字; 2)用于上行伴随DPCH同步; 3) 支持信道复用。 上行伴随DPCH 1)承载高层信令、功控命令字和PS数据; 2)根据信令流量需求配置伴随DPCH; 3) 伴随DPCH可根据需要进行重配。 4) 支持信道复用。,HSDPA中MAC-hs 帧结构,HS
9、DPA码道配置举例,HSDPA中多进程管理,HSDPA中CC和IR算法,HSDPA中星座重整算法,HSDPA中多载波捆绑系统架构,HSDPA中多载波捆绑实现,MAC-hs调度和流控功能独立于载波; 每载波独立进行HARQ,AMC及物理层传输, UE侧完成多个载波传输包的重排序, 并上报高层; 每载波至少配置一对HS-SCCH/HS-SICH, 控制该载波的共享资源; UE的伴随DPCH可以配置在其支持的任意一个载波上;,N频点业务,多载波HSDPA业务,HSDPA中的关键技术,多载波捆绑技术,引入16QAM高阶调制,提供更高的调制效率。 AMC可使数据传输很好的适应无线信道的变化。 HARQ可
10、以根据无线链路的状况快速调整信道速率,实现数据的纠错和重传。 快速调度可以使无线资源在多用户间实现共享。 共享信道技术使得接入用户不受码资源数量限制。 在N频点技术基础上实现多载波的捆绑,提高系统最高接入速率。,课程内容,概述 HSDPA回顾(R4部分) HSUPA工作原理与关键技术(R5部分) HSUPA引入策略,HSUPA设计目标,技术目标 提高上行链路的覆盖和吞吐量; 降低上行时延; 同时支持实时、非实时业务,IP Based Application,应用场景,与HSDPA相比,更好的支持实时业务 上行资源受限,并不是每个终端都可以进行非调度业务,DCH,USCH,E-DCH,系统架构的
11、变化,Before R7,RNC控制上行调度,Node B控制上行调度,慢速TFC控制,快速E-TFC控制,快速上行RoT控制,慢速上行RoT控制,R7 E-DCH,Node B 控制的调度,NodeB控制的调度,RNC控制可用E-TFC范围; NodeB控制UE的最大上行传输速率,进而控制接收功率,NodeB控制的速率调度,分配码资源,速率调度,Already,同时考虑物理资源及 在该资源上的传输速率,控制码率,More Effective,调度策略,码率对接收功率 的影响更大,NodeB控制的速率调度(续),以功率、码和时隙的资源组合授权给UE; UE根据NodeB的授权确定可用的最大传输
12、块长度; 考虑到UE的Buffer状态,实际的上行速率会低于NodeB授权的最大速率,物理层关键技术,高阶调制,短帧,H-ARQ,E-DCH,高阶调制,QPSK必需、16QAM可选 链路适配原则:按照功率最小原则选择调制方式,短帧技术,5ms TTI,静态TTI 与子帧长度一致,H-ARQ,8通道并行HARQ 0-3进程用于调度业务;4-7进程用于非调度业务; 支持Chase组合的增量冗余: 首次传输必须是自解码的; URTAN可以配置UE在所有的传输中使用相同的RV、也可以根据重传次数来设置RV,支持实时业务非调度业务,由RNC半静态分配资源 资源具有周期性 与R4专用信道的区别: 5ms
13、TTI 分配的资源:时隙、码、子帧 H-ARQ 支持16QAM调制,非调度资源,HARQ 确认,传输信道,新增传输信道:E-DCH 一个TTI中UE最多只有一条E-DCH类型的CCTrCH,每条CCTrCH中只能复用一条E-DCH; 在一个TTI中承载一个MAC-e传输块; E-DCH的TTI为5ms,物理信道总体结构,业务信道E-PUCH 传输E-DCH类型的CCTrCH; UE在一个时隙中最多分配有一条E-PUCH信道,并且对该UE来说,E-PUCH所在的时隙只能有这一种类型的物理信道存在,设计原则 简化NodeB的RRM,并且在使用16QAM调制时与现有版本相比PAPR不会攀升,物理信道
14、总体结构(续),上行控制信道 E-UCCH:传输E-TFCI、HARQ相关的信息; E-RUCCH:传输辅助调度相关的信息下行控制信道 E-AGCH:传输授权信息 E-HICH:传输HARQ确认信息,定时关系,T16时隙; T2 4,15; T3不定,同步确认 异步重传,物理层信令:传输格式及HARQ信息,E-TFCI:传输块长度指示,隐含调制方式信息; HARQ Proc ID:HARQ进程ID,一个TTI只能进行一种业务:调度 或者 非调度,NodeB依赖物理资源区分调度/非调度业务的进程; RSN:重传序列号,隐含新/旧数据指示、RV版本号、星座重排信息,物理层信令:调度信息,SNPL:
15、 服务/邻小区路损,由服务小区和邻小区的RSCP测量得到; UPH: UE功率余量,UE最大发射功率与(Pe-base+L)的比值; TEBS: 映射到E-DCH上的逻辑信道的缓冲区占用情况; HLBS: 具有待传数据的最高优先级逻辑信道的缓冲区状态; HLID: 具有待传数据的最高优先级的逻辑信道号; E-RNTI: UE标识(在E-RUCCH上传输时才需要),当没有授权资源时,使用E-RUCCH传输以上调度请求 当有授权时,在MAC PDU中传输调度请求,物理层信令:调度信息(续),服务/邻小区路损的上报(SNPL)服务小区的路损值 (Lserv)与监控集中同频邻小区的路损值 (L1, L
16、2, LN)的combined matrix有2种,高层配置具体上报哪一种。,for SNPL reporting type 1,for SNPL reporting type 2,物理层信令:授权,PRRI: 功率资源相关的信息,每RU相对于Pe-base最大允许的E-PUCH功率;CRRI: 码资源相关的信息,用于指示OVSF码树的一个节点;TRRI: 时隙资源相关的信息,长度由高层配置,每个小区可以不同;ECSN: 对E-AGCH进行循环计数,用于E-AGCH的外环功率控制;RDI: Resource Duration Indicator,可选参数,UTRAN可以针对每个小区配置RDI域
17、是否存在,如 果小区配置了RDI,NodeB将使用3bits来指示单个授权信息适用的E- DCH TTI个数和间隔;EI: E-HICH信道号,为便于天线赋形,高层预先为UE配置一组E-HICH(4条信道),NodeB在授 权时会指示本次传输使用哪条E-HICH信道;ENI: E-UCCH重复个数,NodeB在授权时指示本次传输E-UCCH的重复实例数,基于E- UCCH的可 靠性传输考虑,物理层信令:HARQ确认,E-HICH上的信令 ACK/NACK,调度业务中的信令过程,Node B,调度请求,E-AGCH,E-PUCH,E-HICH,缓冲区数据量、功率余量、 邻区干扰信息,信道结构E-
18、UCCH,(32,10)Reed Muller编码,32bits等分为2部分,映射在E-PUCH Midamble码的两侧; 为确保E-UCCH的可靠传输,一个E-DCH TTI中,E-UCCH可以重复多个实例(至少发送一个),接收端合并后解码。在调度业务中,NodeB在E-AGCH信道中指示E-UCCH的重复数;在非调度业务中,由RNC配置E-UCCH重复数; 使用E-AGCH授权的扩频码CRRI扩频; 使用QPSK调制方式,信道结构E-PUCH,TPC用于E-AGCH信道闭环功控,TPC总是伴随E-UCCH; 承载E-UCCH; 扩频因子直接使用CRRI,支持16、8、4、2、1; 使用默
19、认机制或UE特定的Midamble分配方案,信道结构E-AGCH,使用2条SF=16的信道,其中一条E-AGCH携带TPC/SS域,用于控制E-PUCH的功控和同步控制; 扩频因子16; 使用默认的、UE特定的或公共的Midamble分配机制 E-RNTI特定的CRC,信道结构E-HICH,使用一条SF=16的下行物理信道,Spare比特未定义; 调度、非调度业务使用不同的E-HICH信道; 1比特信息使用80比特长的正交码(称为签名序列)进行扩频,E-HICH最多承载80个签名序列; 调度业务:每个用户配置最多4条E-HICH信道,NodeB在E-AGCH信道上指示具体使用哪条E-HICH信
20、道;一条E-HICH最多支持80个调度用户,UE的签名序列根据授权的物理资源选择; 非调度业务:每个用户配置最多1条E-HICH信道,使用一组共4个签名序列传递ACK/NACK、TPC、SS信令;一条E-HICH最多支持20个非调度用户,由高层为UE指定具体的组号,信道结构E-RUCCH,E-RUCCH使用和PRACH相同的资源(不独立配置资源); 使用1/3卷积编码; E-RUCCH的TTI为5ms或10ms,可以使用SF=16、8,功率控制,E-PUCH 开环辅助的闭环功控 开环成分:期望接收功率Pe-base 外环成分:MAC-d流功率偏移 闭环成分:TPC命令调整Pe-base 调整值
21、:UE选择的E-TFC的功率偏移,功率控制(续),E-TFC的功率偏移 RNC配置参考码率-功率偏移表 UE利用插值计算授权资源范围内可用码率的功率偏移,使得被选E-TFC的传输质量是预期的,码率,NodeB授权功率,功率控制(续),E-RUCCH: 和PRACH相似的开环功率控制方案 E-AGCH: 高层配置E-AGCH的最大发射功率,具体由NodeB控置,可以根据 UE在E-PUCH上的TPC命令来辅助E-AGCH的功率控制 E-HICH: 由NodeB控制,调度业务中的闭环功率控制,非调度业务中的闭环功率控制,同步控制,调度业务,由E-AGCH信道提供E-PUCH的上行同步控制; 非调度
22、业务,由E-HICH信道提供同步命令,调度业务中的上行同步控制,非调度业务中的上行同步控制,UE物理层能力,MAC协议体系结构,UE侧数据流图,MAC层设计主要原则,与FDD保持架构上的一致 重排序功能在SRNC中数据复用原则: 旁路MAC-d实体的C/T复用功能 允许不同优先级数据的复用,以MAC-d流为单位配置复用选项 重排序队列基于逻辑信道,UE侧MAC-es/e结构,UE侧MAC-es/e结构(续),HARQ实体:负责HARQ协议相关的处理,包括对MAC-e PDU的存储和重发。 复用实体:根据E-TFC选择实体的选择结果,将来自一条逻辑信道的多个MAC-d PDU组成MAC-es P
23、DU中,管理并设置TSN值;将一条或多条逻辑信道的MAC-es PDU复用到单个MAC-e PDU中,用于下一个TTI的传输。 E-TFC选择实体:根据L1传来的来自NodeB的绝对授权信息选择E-TFC,并且对映射到E-DCH上的不同MAC-d流进行仲裁和复用。 调度接入控制实体:负责获得和组织E-UCCH或E-RUCCH发送所需的信令信息。,UTRAN侧MAC-es实体结构,UTRAN侧MAC-es实体结构(续),重排序队列分配实体: 将MAC-es PDU路由到正确的重排序缓冲区中。重排序实体: 根据MAC-es PDU的TSN将MAC-es PDU排序,将一组TSN连续的MAC-es
24、PDU送入解复用单元。如果较低TSN的PDU丢失,那么这组PDU不被送入解复用实体。一个逻辑信道对应一个重排序实体。解复用实体: 去除MAC-es PDU中的头部,将MAC-es PDU解复用为MAC-d PDU,送入 MAC-d实体。,UTRAN侧MAC-e实体结构,UTRAN侧MAC-e实体结构(续),E-DCH调度实体管理小区E-DCH资源,基于UE的调度请求,决定是否分配调度资源E-DCH控制实体E-DCH控制实体负责接收UE的调度请求并发送调度分配消息。解复用实体对MAC-e PDU进行解复用,将MAC-es PDU送入相关的MAC-d流。HARQ实体支持多个SW HARQ协议实例,
25、负责对单个MAC-e PDU产生ACK和NACK指示。,QoS机制,MAC-d流2,MAC-d流1,逻辑信道1,逻辑信道2,逻辑信道3,逻辑信道4,逻辑信道5,MAC-e PDU,逻辑信道优先级,1。调度/非调度属性 2。HARQ属性: 功率偏移属性; 最大重传次数; 最大重传定时器,允许的MAC-d流组合,E-DCH传输信道,功率偏移属性; 最大重传次数; 最大重传定时器,MAC-d流组合列表限制,MAC层信令,调度信息的发送 经过逻辑信道复用后的MAC-e PDU的padding数大于23bits时,调度信息将会填充在这些padding中,而不管缓冲区状态如何; 为了避免在有授权的情况下长
26、时没有调度信息的上报,提供定时器机制,一旦在定时器的时间范围内没有调度信息的上报,UE将主动上报调度信息。,E-TFC的选择,E-TFC表格按时隙资源和UE能力级的不同设计,共7个表格,每个表格中具有128种E-TFC值,对应索引号为0的E-TFC值用于调度信息单独发送时的传输块长度值。 E-TFC选择原则 如果本次是重传,只有和原传输块长度一致的E-TFC处于支持态; 只有授权的时隙资源和UE能力支持的E-TFCs才能用于传输或重传; 只有满足RRC允许的码率范围内的E-TFC才能用于传输; 选择PHARQ(具有待传数据的最高优先级逻辑信道所在MAC-d流的功率偏移),只有发送功率等于或小于
27、授权功率的E-TFC才能用于传输 受限于物理层6bits的E-TFCI信令,传输相对索引 UE从处于支持态的E-TFC中选择最大支持的传输块长度,E-TFCk; 可用E-TFC新集合:E-TFCk及其之下的最多62个E-TFC,再加上E-TFC0; 新集合重新索引,向Node B发送的E-TFCI就是所选传输块长度在新集合中的索引; NodeB侧作同样的E-TFC选择过程,E-TFC的选择过程,1,2,3,4,Buffer Status,E-DCH RRC参数,UE工作在CELL_DCH状态; 系统消息增加E-RUCCH/PRACH同步码划分; 影响到的RRC消息:CELL UPDATE CO
28、NFIRM、PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION、RADIO BEARER RECONFIGURATION、RADIO BEARER RELEASE、RADIO BEARER SETUP、RRC CONNECTION SETUP、TRANSPORT CHANNEL RECONFIGURATION UE配置有E-RNTI; HARQ配置信息,包括冗余版本的配置; E-DCH相关的信息,包括E-TFC参考码率配置、E-RUCCH相关的配置、E-PUCH的配置、E-AGCH的配置信息、E-HICH的配置信息; 至少一条逻辑信道映射到E-DCH MAC-d流上,该MAC-d
29、流有功率偏移、最大重传次数、重传定时器、授权类型等配置信息,无线承载复用选择,Iub总体结构,一个UE有一个服务NodeB和一个服务E-DCH小区; NodeB中,一个UE对应一个MAC-e实体; 在SRNC中,一个UE对应一个MAC-es实体; NodeB中的调度器负责产生绝对授权信息; 由于UE的移动性,还会涉及DRNC实体; MAC-d流是携带MAC-d PDU的一组MAC-es PDU,一个MAC-d流映射到一个传输承载上,RRM原则和功能分割,用户面数据帧,TDD中一个数据帧对应一个子帧,Number of Subframes置为1,Subframe Number置为0或1; TNL
30、拥塞控制参数:FSN、CFN(同HSDPA); 外环功率控制参数:HARQ重发次数; 逻辑信道解复用参数:MAC-es PDU个数、DDI、N; Reordering参数TSN包含在MAC-es PDU头部 兼作控制帧,传送HARQ Failure Indication(N of MAC-es PDU设置为0),用户面控制帧,TNL拥塞控制,原理同HSDPA,TNL Congestion - detected by frame loss or TNL Congestion - detected by delay build-up or No TNL Congestion,控制面,NBAP公共过
31、程,控制面(续),NBAP专用过程,课程内容,概述 HSDPA回顾(R4部分) HSUPA工作原理与关键技术(R5部分) HSUPA引入策略,HSUPA引入策略,HSUPA引入策略有两种: 重点引入,即在TD-SCDMA HSDPA建网基础上,采用HSUPA重点区域覆盖; 全网引入,即在TD-SCDMA HSDPA建网基础上,采用HSUPA全网覆盖。 HSUPA引入策略可采用重点、逐步引入的方式。即首先在热点区域进行统筹规划、重点引入,市场逐步培育过程中,逐步扩大引入范围。,HSUPA引入策略,可以认为在环境有明显差异的区域内,业务特性同样有明显的差异。一般来说,偏远山区、农村和郊区主要为低端
32、用户,以语音、短信等业务为主,对高速数据业务的需求极少,HSUPA需求较少。因此,在这种场景基本可以不考虑引入HSUPA,随着经济社会以及用户需求的发展,按需要在局部热点地区引入HSUPA。 普通城区和密集城区一般为中高端用户,除使用普通的语音、短信业务外,还会要求高速率的数据业务,为了和其他技术及其他运营商争夺这部分数据业务用户,需要引入HSUPA。采用HSUPA和R4混合载频组网方式,可以有效提高上行数据业务的容量,将高速数据业务承载到HSUPA上,可以满足用户对日益增长的数据业务的需求。随着业务量的增长,可采用增加载频、小区分裂方式扩容。,HSUPA引入策略(续),室内和热点覆盖是引入H
33、SUPA重点考虑的场景,如机场、酒店、商务楼宇等,因为这些地方通常是高端用户云集的场所,可采用室内分布系统和热点场所的微蜂窝覆盖引入HSUPA,有利于运营商吸引高端用户,提高ARPU值,降低离网率。随着业务量的增长,可采用增加载频、小区分裂方式扩容。,全网引入与重点引入对比,组网策略,独立载频与混合载频 独立载频组网由于网络无法很好的支持语音业务,所以我们不推荐独立载频组网,但是对一个特定频点而言,是可以分为独立载频和混合载频的。 独立载频指在一个频点上仅支持HSUPA; 混合载频指在一个频点上既支持HSUPA,又支持R4; 在一个N频点小区中,二者是可以共存的。,独立载频和混合载频对比,独立
34、载频和混合载频对比,独立载频和混合载频各有优缺点,针对不同的场景,可采用不同策略。独立载频可用于下列场景: 热点区域的覆盖,为用户提供高速率数据业务服务,提升用户应用体验和忠诚度; 密集城区的网络发展后期,数据业务占重业务的比重逐渐加大,考虑将部分混合载频转换为独立载频。 混合载频可用于下列场景: 在一般城区,语音业务比重较大,为了使用户同时享受到高质量的数据业务,采用混合载频; 密集城区的网络发展初期,可将全部载频配置为混合载频。,独立载频和混合载频对比,采用中兴通讯特有的动态资源共享技术,混合载频使用3:3时隙配比,上行两个HSUPA业务时隙,下行两个HSDPA业务时隙,可以根据网络中数据业务和语音业务用户的动态情况实时、灵活的调整资源配置,无需根据网络业务性能统计量进行时隙调整,降低维护费用,从而降低OPEX。,独立时隙与混合时隙,独立时隙指在一个时隙内仅支持HSUPA,混合时隙指在一个时隙内同时支持HSUPA和R4。推荐独立时隙组网。,