自適應上行鏈路增強技術

張晟 賈思遠

（中國移動通信集團公司 北京 100032）

隨著3G時代的到來，通信產業得以蓬勃發展，越來越多的數據業務在3G時代得以應用，人們對數據業務通信質量的要求也越來越高。如何提升TD-SCDMA網絡上行吞吐量，滿足3G時代業務對上下行吞吐量的比例，為客戶提供更加優質的數據業務服務，成為TDSCDMA網絡性能優化的重要課題。

1 TD-SCDMA網絡中上行資源受限

在HSUPA還未大規模商用之前，HSDPA業務在TD-SCDMA網絡中占有主流地位，其上行采用DCH信道傳輸。在時隙配比2∶4的網絡中，上行時隙除了HS-SICH信道占用的資源，主載波還需配置PRACH信道，因此可用于上行伴隨DPCH的資源非常有限。

上行帶寬受限使TD-SCDMA網絡數據業務服務質量的提升面臨嚴峻的考驗，主要體現在如下兩個方面。

1.1 影響業務感知

針對目前TD-SCDMA網絡中比較常見的幾種PS數據應用業務，從用戶感知方面分析，不同上行帶寬下用戶感知存在明顯的差異，如表1所示。

表1 不同PS業務的上行帶寬需求

上行資源受限，在小區用戶數較多的情況下，必然無法滿足數據業務的上行帶寬需求，從而影響業務感知，用戶的QoS無法得到保障。

1.2 網絡容量受限

上行DPCH資源不足，必然導致小區用戶數受限，網絡容量得不到提升。以表1為例分析，若要達到體驗中等的用戶感知，單個HSDPA載波對單一類型業務的承載能力為，7個HTTP用戶，3個E-mail用戶，12個FTP用戶，或3個視頻聊天用戶。完全不能滿足日益增長的數據用戶需求。

2 AUE自適應上行增強技術

針對上述主要問題的分析，為了提升TD-SCDMA網絡的上行碼資源利用率，提升用戶感知和網絡容量，中國移動經過充分研究，提出了自適應上行增強（AUE,Adaptive Uplink Enhancement）技術，根據無線鏈路質量，自適應調整速率。在無線鏈路質量較好的情況下，通過修改PS BE業務的信道編碼參數，優化打孔以減掉更多的冗余數據，提高單位RU承載的數據量，使得相同數量的物理信道能夠承載更高的業務速率，以達到提升PS BE業務速率的目的。

圖1 編碼原理及過程示意圖

為了提高信息在無線信道傳輸的可靠性，提高數據在信道上的抗干擾能力，信元首先要被編碼（如卷積編碼，或Turbo編碼）。編碼之后的比特需要做速率匹配，即在傳輸信道上的比特被重發（Repeated）或者被打孔（Punctured）。因為，一個傳輸信道中的比特數在不同的TTI可以發生變化，而所配置的物理信道容量（或承載比特數）卻是固定的。所以，當不同TTI的數據比特發生改變時，為了匹配物理信道的承載能力，輸入序列中的一些比特將被重發或打孔，以確保在傳輸信道復用后總的比特率與所配置的物理信道承載能力相一致。打孔比率變化時，具有固定承載能力的物理信道實際承載能力也就會隨之變化。編碼的原理及過程示意圖如圖1所示。

AUE原理的本質就是在一定條件下，改變基帶數據的打孔比率，來調整數據傳輸的速率。從而提高物理信道資源的使用率，提升了用戶感知。

以標準速率為128kbit/s的業務為例，本例中一個128kbit/s業務占一個SF=16的時隙，即使用16個RU來承載，速率匹配過程中輸入數據需要按照速率匹配算法被打孔打掉一部分數據來匹配不同交織周期的無線幀的信道容量（對于不同的信道容量不同）如圖2所示，使用AUE算法后，高打孔率打掉了更多的冗余部分，數據部分所占的比例顯著提高，這樣16個RU可以承載192kbit/s業務。

冗余校驗比特的減少，將導致上行傳輸的編碼增益下降。為保持同等的用戶QoS，終端須提升相應的發射功率。公式如下：

其中，Eb/No: 每比特能量與噪聲比；

P:有用信號功率；

I:干擾信號功率；

GCoding：編碼增益；

GSpreading：擴頻增益。

公式中由于打孔的改變冗余校驗比特減少，導致GCoding減小，為了使得Eb/No不變，必須抬升有用信號功率P。UE發射功率的抬升也有可能造成鄰區干擾，下文將會闡述AUE技術中如何降低信號干擾。

AUE的如下技術優勢為其后續的廣泛應用提供了可靠的技術支撐：

（1）增強速率相對于標準速率，無需增加占用的碼道資源，單位RU的數據傳輸能力最高提升50%（如表2所示）；

（2）新增的編碼格式，并不需要改變目前現網終端配置的典型速率與RU的映射關系；

（3）終端無需升級，IOT測試未發現兼容性問題。

圖2 TD-SCDMA系統中的AUE技術原理

表2 AUE速率編碼參數表

通過仿真結果分析，AUE技術能夠提升小區吞吐量和網絡容量。仿真場景如圖3所示，時隙配置2∶4，僅使用上行時隙TS2，仿真中用戶保持靜止，慢衰落固定為-5dB，上行外環功控功能打開。仿真參數：3扇區基站，小區半徑167m/，站間距500m；路損模型PathLoss(dB)＝140.8 + 35.2 × lg(d)。

d為距離，單位為km。

圖3 AUE仿真場景圖

以標準速率為128kbit/s的業務為例，標準速率與AUE速率相比，小區平均吞吐量圖如圖4所示，AUE速率下的小區吞吐量比128kbit/s速率下的小區吞吐量提升了48.65%。

3 AUE技術的應用場景及判決依據

AUE技術通過增加UE上行發射功率來彌補編碼增益降低所造成的QoS損失，以達到提高數據吞吐量的目的（見圖5）。因此，AUE技術適合在無線網絡覆蓋較好，信號波動較小的環境下應用：

場景一：室分系統或室外異頻組網環境，信道質量穩定良好，用戶移動方式一般為定點使用，游牧移動，即在使用過程中通常保持靜止，信號波動較小。

場景二：居民小區覆蓋及熱點覆蓋場景，建議與雙通道技術結合推廣使用。

場景三：農村或郊區等信號傳播環境好，話務量較低，同頻干擾較小的地區。

場景四：密集城區，根據網絡實際情況，經充分測試后選擇性使用。

有效評估不同場景下的鏈路質量，是合理使用AUE技術的前提。目前，AUE技術中信道質量主要通過表征鏈路狀況的兩個指標來評估：UE上行發射功率和上行BLER。UE上行發射功率的測量通過RNC向UE下發TCP測量控制，UE上報TCP測量報告來實現。RNC根據測量報告實時調整業務的速率和信道編碼參數。UE上行發射功率主要表征了信道的路徑損耗和干擾水平，當UE上行發射功率低于一定的門限，表明鏈路質量較好，可降低編碼增益，提高業務速率；當UE上行發射功率高于一定的門限，表明由于干擾或處于小區邊緣導致鏈路質量下降，應增加編碼增益，使業務吞吐量維持在基本水平。上行BLER間接得從業務層面的角度反映了鏈路質量，可作為AUE失效的判決條件。BLER通過RNC內部的MACD實體測量來實現，當BLER超過目標值一定范圍后，無論當時的UE上行發射功率測量結果如何，都說明業務QoS已經無法得到保證，必須增加信道編碼增益，降低業務速率。

圖4 小區平均吞吐量圖

圖5 增強速率通過UE發射功率彌補編碼增益的降低

除上述的基本過程外，還可以通過本區用戶的ISCP/RXTP和同頻鄰區的ISCP/RXTP來調整本區用戶上行業務的編碼增益，當本區或者鄰區的ISCP/RXTP過高時，則主動調低本區用戶的上行業務編碼增益，從而降低上行發射功率，降低對于同頻鄰區對應時隙的干擾。

4 AUE技術助力3G優質服務

在TD-SCDMA網絡技術發展日新月異的今天，人們對大流量高速率數據業務的需求越來越高，而優質的網絡服務正是開啟更廣闊市場的保證。AUE技術的應用能夠有效解決TD-SCDMA網絡上行資源受限的問題，提高碼資源利用效率，提升網絡容量，為用戶提供更加高速的帶寬享受，更好的滿足業務感知，為3G優質服務提供了有力的技術保障。