自适应上行链路增强技术

张晟 贾思远

（中国移动通信集团公司 北京 100032）

随着3G时代的到来，通信产业得以蓬勃发展，越来越多的数据业务在3G时代得以应用，人们对数据业务通信质量的要求也越来越高。如何提升TD-SCDMA网络上行吞吐量，满足3G时代业务对上下行吞吐量的比例，为客户提供更加优质的数据业务服务，成为TDSCDMA网络性能优化的重要课题。

1 TD-SCDMA网络中上行资源受限

在HSUPA还未大规模商用之前，HSDPA业务在TD-SCDMA网络中占有主流地位，其上行采用DCH信道传输。在时隙配比2∶4的网络中，上行时隙除了HS-SICH信道占用的资源，主载波还需配置PRACH信道，因此可用于上行伴随DPCH的资源非常有限。

上行带宽受限使TD-SCDMA网络数据业务服务质量的提升面临严峻的考验，主要体现在如下两个方面。

1.1 影响业务感知

针对目前TD-SCDMA网络中比较常见的几种PS数据应用业务，从用户感知方面分析，不同上行带宽下用户感知存在明显的差异，如表1所示。

表1 不同PS业务的上行带宽需求

上行资源受限，在小区用户数较多的情况下，必然无法满足数据业务的上行带宽需求，从而影响业务感知，用户的QoS无法得到保障。

1.2 网络容量受限

上行DPCH资源不足，必然导致小区用户数受限，网络容量得不到提升。以表1为例分析，若要达到体验中等的用户感知，单个HSDPA载波对单一类型业务的承载能力为，7个HTTP用户，3个E-mail用户，12个FTP用户，或3个视频聊天用户。完全不能满足日益增长的数据用户需求。

2 AUE自适应上行增强技术

针对上述主要问题的分析，为了提升TD-SCDMA网络的上行码资源利用率，提升用户感知和网络容量，中国移动经过充分研究，提出了自适应上行增强（AUE,Adaptive Uplink Enhancement）技术，根据无线链路质量，自适应调整速率。在无线链路质量较好的情况下，通过修改PS BE业务的信道编码参数，优化打孔以减掉更多的冗余数据，提高单位RU承载的数据量，使得相同数量的物理信道能够承载更高的业务速率，以达到提升PS BE业务速率的目的。

图1 编码原理及过程示意图

为了提高信息在无线信道传输的可靠性，提高数据在信道上的抗干扰能力，信元首先要被编码（如卷积编码，或Turbo编码）。编码之后的比特需要做速率匹配，即在传输信道上的比特被重发（Repeated）或者被打孔（Punctured）。因为，一个传输信道中的比特数在不同的TTI可以发生变化，而所配置的物理信道容量（或承载比特数）却是固定的。所以，当不同TTI的数据比特发生改变时，为了匹配物理信道的承载能力，输入序列中的一些比特将被重发或打孔，以确保在传输信道复用后总的比特率与所配置的物理信道承载能力相一致。打孔比率变化时，具有固定承载能力的物理信道实际承载能力也就会随之变化。编码的原理及过程示意图如图1所示。

AUE原理的本质就是在一定条件下，改变基带数据的打孔比率，来调整数据传输的速率。从而提高物理信道资源的使用率，提升了用户感知。

以标准速率为128kbit/s的业务为例，本例中一个128kbit/s业务占一个SF=16的时隙，即使用16个RU来承载，速率匹配过程中输入数据需要按照速率匹配算法被打孔打掉一部分数据来匹配不同交织周期的无线帧的信道容量（对于不同的信道容量不同）如图2所示，使用AUE算法后，高打孔率打掉了更多的冗余部分，数据部分所占的比例显著提高，这样16个RU可以承载192kbit/s业务。

冗余校验比特的减少，将导致上行传输的编码增益下降。为保持同等的用户QoS，终端须提升相应的发射功率。公式如下：

其中，Eb/No: 每比特能量与噪声比；

P:有用信号功率；

I:干扰信号功率；

GCoding：编码增益；

GSpreading：扩频增益。

公式中由于打孔的改变冗余校验比特减少，导致GCoding减小，为了使得Eb/No不变，必须抬升有用信号功率P。UE发射功率的抬升也有可能造成邻区干扰，下文将会阐述AUE技术中如何降低信号干扰。

AUE的如下技术优势为其后续的广泛应用提供了可靠的技术支撑：

（1）增强速率相对于标准速率，无需增加占用的码道资源，单位RU的数据传输能力最高提升50%（如表2所示）；

（2）新增的编码格式，并不需要改变目前现网终端配置的典型速率与RU的映射关系；

（3）终端无需升级，IOT测试未发现兼容性问题。

图2 TD-SCDMA系统中的AUE技术原理

表2 AUE速率编码参数表

通过仿真结果分析，AUE技术能够提升小区吞吐量和网络容量。仿真场景如图3所示，时隙配置2∶4，仅使用上行时隙TS2，仿真中用户保持静止，慢衰落固定为-5dB，上行外环功控功能打开。仿真参数：3扇区基站，小区半径167m/，站间距500m；路损模型PathLoss(dB)＝140.8 + 35.2 × lg(d)。

d为距离，单位为km。

图3 AUE仿真场景图

以标准速率为128kbit/s的业务为例，标准速率与AUE速率相比，小区平均吞吐量图如图4所示，AUE速率下的小区吞吐量比128kbit/s速率下的小区吞吐量提升了48.65%。

3 AUE技术的应用场景及判决依据

AUE技术通过增加UE上行发射功率来弥补编码增益降低所造成的QoS损失，以达到提高数据吞吐量的目的（见图5）。因此，AUE技术适合在无线网络覆盖较好，信号波动较小的环境下应用：

场景一：室分系统或室外异频组网环境，信道质量稳定良好，用户移动方式一般为定点使用，游牧移动，即在使用过程中通常保持静止，信号波动较小。

场景二：居民小区覆盖及热点覆盖场景，建议与双通道技术结合推广使用。

场景三：农村或郊区等信号传播环境好，话务量较低，同频干扰较小的地区。

场景四：密集城区，根据网络实际情况，经充分测试后选择性使用。

有效评估不同场景下的链路质量，是合理使用AUE技术的前提。目前，AUE技术中信道质量主要通过表征链路状况的两个指标来评估：UE上行发射功率和上行BLER。UE上行发射功率的测量通过RNC向UE下发TCP测量控制，UE上报TCP测量报告来实现。RNC根据测量报告实时调整业务的速率和信道编码参数。UE上行发射功率主要表征了信道的路径损耗和干扰水平，当UE上行发射功率低于一定的门限，表明链路质量较好，可降低编码增益，提高业务速率；当UE上行发射功率高于一定的门限，表明由于干扰或处于小区边缘导致链路质量下降，应增加编码增益，使业务吞吐量维持在基本水平。上行BLER间接得从业务层面的角度反映了链路质量，可作为AUE失效的判决条件。BLER通过RNC内部的MACD实体测量来实现，当BLER超过目标值一定范围后，无论当时的UE上行发射功率测量结果如何，都说明业务QoS已经无法得到保证，必须增加信道编码增益，降低业务速率。

图4 小区平均吞吐量图

图5 增强速率通过UE发射功率弥补编码增益的降低

除上述的基本过程外，还可以通过本区用户的ISCP/RXTP和同频邻区的ISCP/RXTP来调整本区用户上行业务的编码增益，当本区或者邻区的ISCP/RXTP过高时，则主动调低本区用户的上行业务编码增益，从而降低上行发射功率，降低对于同频邻区对应时隙的干扰。

4 AUE技术助力3G优质服务

在TD-SCDMA网络技术发展日新月异的今天，人们对大流量高速率数据业务的需求越来越高，而优质的网络服务正是开启更广阔市场的保证。AUE技术的应用能够有效解决TD-SCDMA网络上行资源受限的问题，提高码资源利用效率，提升网络容量，为用户提供更加高速的带宽享受，更好的满足业务感知，为3G优质服务提供了有力的技术保障。