发展3G技术提出的问题

　　世界第一个3.5G蜂窝网络基高速下行链路分组接入(HSDPA)技术的推出，标明其明显的变化在于支持分组数据服务。HSDPA网络具有较高的数据率，并且降低了分组等待时间，因而能提供与家庭宽带服务相匹敌的新服务。然而，HSDPA仅针对下行链路，而靠增强上行链路可以获得更多好处。

　　人们不怀疑极力称赞HSDPA的14Mb/S下行链路数据。这是此技术非常重要的特性，能提供与WiFi相匹敌的性能，另外还具有改善移动性、安全性和蜂窝网络易用的特点，HSDPA标志蜂窝网络发展的重要一步，使专门用于下行链路分组数据的系统最佳化。HSUPA(高速上行链路分组接入)扩展此分组数据增强到上行链路。

　　3G网络的进展

　　随着HSDPA的引入，空中接口管理的重要方面以无线网络控制器(RNC)移到基站或3G中的Node B(节点B)。把此功能移到更靠近空中接口，意味着3G系统可以更快地应对用户和Node B之间无线链路的质量变化，以及用户的数据要求。而这种有效的控制，允许有较高的数据吞吐率和更大的蜂窝能力。

　　HSDPA的较高数据率是通过采用先进的信道编码和调制技术实现的，这种技术出错时，能快速重新传输，利用这些特性，Node B接收来自每个用户有关下行链路信道质量的信息。

　　当信息质量非常好时，Node B可以传输非常高的数据率，而来自信道编码算法的差错防护很少。随着信道质量的下降，有效用户数据率会降低，因为Node B必须有更多的差错防护，发送增强更多的信息。依赖于环境，用户的信道质量可能迅速地变化，而Node B必须迅速反应以保持空中接口的最大效率。

　　HSDPA的另一个主要优点是缩短的分组周期或传输间隔时间(TTI)。HSDPA的最小TTI从Release99系统的10ms降到HSDPA的2ms，有如下好处：首先使得Node B能更快速地反应每个用户感受到的信道质量变化；更为重要的是降低了与每个分组传输有关的等待时间，分组等待时间表示数据分组传输与其成功接收和译码之间的时间延迟。

　　对于很多服务，如IP电话(VoIP)或互动博奕，过长的分组等待时间会迅速地降低服务质量。在桥接自动重传请求时，允许差错分组快速重传，降低通过网络的等待时间，能使蜂窝经营者提供相当广的服务范围。

　　HSUPA的需要

　　HSDPA给出的改善在于效率和服务，下一步将是把类似的概念应用到上行链路。HSUPA有时称之为增强的上行链路，它代表最新的3GPP Release6技术，其宗旨是为上行链路提供最佳的分组数据支持。

　　像多媒体通讯的服务已经流行那样，高质量相机已成为大部分手机的标准配置。另外，对称服务(如语音和VoIP)的应用将开始增长，这能提供更有效的带宽应用。

　　近年来，TCP/IP已成为分组数据普遍存在的传输机构，HSDPA的物理(PHY)和媒体接入控制(MAC)层，适于支持这种较高级的协议。然而，下行链路TCP/IP服务需要相应的分组应答送到上行链路，而对于高速率下行链路，这可能在上行链路上生成一个相当的负载。

　　若上行链路应答丢失或延迟，则TCP/IP也可以修改其链路质量(靠降低下行链路数据率)。用发送到普通Release 99上行链路信道上的应答来配置和匹配HSDPA下行链路，就上行链路带宽和等待时间而论这是无益的。

　　HSUPA特性

　　HSUPA的很多特性和增强性可以直接追溯到HSDPA。另外，新提出的问题在于平衡上行链路空中接口有效管理的要求和昂贵地控制信令，实现复杂性的关系。

　　HSUPA像HSDPA那样能提供增强的数据率，快速分组重发机构，并能降低分组等待时间。HSUPA的上行链路数据率理论最大值高达5.76Mb/S。
用于实现此性能的一种技术是自适应信道编码，它根据负载和信道条件调节差错校正量。Hybrid ARQ(HARQ)分组传输技术和2msTTI也从HSDPA拷贝过来。

　　支持高数据率和降低TTI为手持装置和基础架构设计人员提出不少复杂性问题和挑战。对于手机，支持高数据率对于无线、基带和协议实现都必须有很多考虑。需要更强的DSP、更快ASIC和更多存储器来处理大量的用户数据和更快的数据处理。

　　降低TTI要求手机必须更快速地应答重发请求和控制来自网络的信令。高数据率也需要改善PF发送器级的元件质量以保证编码数据可靠性。

　　实现这些特性需要时间，并会增加手机的制造成本。基于此原因，根据支持不同的数据率和不同的TTI，把手机划分为6类。较低类手机适应较低的数据率(从700Kb/S开始)，而某些类型只处理10msTTI。

　　基础架构制造商面临同样的问题，需要更新其Node B来支持较高质量无线接收机结构和改进的基带处理。蜂窝经营者多半要求基础架机供应商从最初的发布就能提供高数据率支持。

　　控制和调度

　　与HSUPA有关的最大问题不是数据经空中接口的物理传输，而是其管理问题。必须仔细控制HSUPA的空中接口来保证每个用户所需的上行链路带宽，防止很多用户在同一时间都想发送数据所引起的蜂窝过载。这是调度算法的任务。

　　HSUPA调度算法与HSDPA一样是放置在Node B中，能够快速响应变化的信道条件和用户数据要求。这引起了一个有兴趣的问题。

　　对于HSDPA，Node B控制下行链路资源和处理所有用户共享所需的所有信息。对于HSUPA，情况更复杂，因为上行链路带宽要求的信息属于每个用户，而少量信息可用作指示每个用户的上行链路信道质量。

　　除此问题外，一个差的HSUPA调度算法可能在蜂窝中引起每个用户产生过量的干扰。这将导致过载，而意味着经空中接口没有一个成功的获得数据。

　　正当每个Node B制造商必须确定和最佳化自己的HSUPA调度算法时，3GPP标准已经规定了网络和手机之间控制信息的通信结构。问题是如何协调多用户，每个用户都有他们本身的特殊数据要求，而同时要使控制信令和相关延迟最小。HSUPA上行链路和下行链路信令实例示于图1。

　　首先，Node B需要知道是否每个用户有数据希望发送。3GPP标准规定两种方法针对此问题。

　　每个用户可以周期性地告知网络有关他们的上行链路数据缓冲器的状态。此调度信息(SI)包括等待发送的数据量和相应的优先级。

　　SI包括很多部分。编码是相当复杂的，信令数据的开销是相当大的。因此，第二种方法恰好提供单个信息，允许手机指示Node B是否为它配置了足够的资源来传输它们的数据。每2ms传输称之为Happy与Bit的信息，允许Node B精调其上行链路资源配置。

　　用确定的一种方法指示每个用户希望发送的数据量，下一个问题是Node B如何告知它的带宽配置用户，其方案是Node B用传输允许配置每个用户，传输允许指示可用于发送HSUPA数据的传输功率比。传输允许有效地等同于允许用户传输的最高数据率直到发生新的传输允许为止。

　　有两种允许结构：绝对允许(Absolute Grant)和相对允许(Relative Grant)。绝对允许规定精确值。相对允许简单地指示一个单步偏离。

　　由于绝对允许包含更多的信息和较大的下行链路信令开销，所以希望不要经常用它。而相对允许需要相当低的信令开销，所以可以用每个用户操作的精确调节。发送相同的允许信息到多用户来共享，绝对或相对允许信道可实现进一步降低下行链路信令开销。

　　软切换

　　调度管理的一个新观点是HSUPA网络支持软切换的能力。与CDMA系统广泛相关的软切换是用户接收或发送数据到基站的过程。这为信号质量不好蜂窝边缘区域提供特殊的好处。

　　对于HSUPA用户，软切换的重要性有两方面：功率控制和资源配置。首先，一个用户传输数据，会产生噪声，干扰附近蜂窝内的其他用户。若用户是靠近蜂窝边缘，则必须发送更高的功率来补偿其远离Node B的问题，这会造成较大的干扰。用软切换可以补偿此影响，软切换靠多个基站接收和联合来降低手机发送功率和所引起的干扰。

　　第2个考虑是资源配置。例如，在轻负载蜂窝中的HSUPA用户可以允许以高数据率传输，使用户利益最大化。然而，若用户转到重负载蜂窝，则其发送可能导致过量干扰。HSUPA中的软切换支持为新蜂窝，直接管理来自新用户的干扰提供一种架构。

　　HSUPA网络借助配置允许处理来自每个用户的上行链路数据。靠控制数据率，网络处理每个用户所产生的干扰。

　　图2示出典型软切换方案中的网络管理。在任意时刻，每个用户有一个主服务蜂窝。服务蜂窝负责管理来自每个用户的上行链路数据请求和配置合适的允许。在软切换方案中，可以配置其他非服务蜂窝来译码上行链路HSUPA数据。

　　在图2的实例中，服务蜂窝是轻负载，用户发布大的允许。然后，一个非服务蜂窝正在支持较高的通讯负载。因此，非服务蜂窝能够发送一个相对允许给用户，这样会降低用户发送功率。

　　结语

　　在蜂窝技术发展中，HSUPA是一个先进的技术。与HSDPA结合，HSUPA为移动、易用和安全宽带服务铺平道路，现在趋于与固定连线或短距离无线系统结合。此外，空中接口的有效应用将提供增强服务、改进质量和更宽的范围。

　　将来，蜂窝系统将继续发展，3GPP标准组继续从事此技术的长期发展。考虑到网络结构新空中接口调制方法和先进的多RF天线技术的更新和增强，蜂窝能力将继续增强以满足移动数据服务所期待的增长。