張晟 賈思遠(yuǎn)

（中國移動通信集團(tuán)公司 北京 100032）

隨著3G時代的到來，通信產(chǎn)業(yè)得以蓬勃發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在3G時代得以應(yīng)用，人們對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信質(zhì)量的要求也越來越高。如何提升TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)上行吞吐量，滿足3G時代業(yè)務(wù)對上下行吞吐量的比例，為客戶提供更加優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，成為TDSCDMA網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的重要課題。

1 TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中上行資源受限

在HSUPA還未大規(guī)模商用之前，HSDPA業(yè)務(wù)在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的提升面臨嚴(yán)峻的考驗，主要體現(xiàn)在如下兩個方面。

1.1 影響業(yè)務(wù)感知

針對目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中比較常見的幾種PS數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)，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(yè)務(wù)的上行帶寬需求

上行資源受限，在小區(qū)用戶數(shù)較多的情況下，必然無法滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的上行帶寬需求，從而影響業(yè)務(wù)感知，用戶的QoS無法得到保障。

1.2 網(wǎng)絡(luò)容量受限

上行DPCH資源不足，必然導(dǎo)致小區(qū)用戶數(shù)受限，網(wǎng)絡(luò)容量得不到提升。以表1為例分析，若要達(dá)到體驗中等的用戶感知，單個HSDPA載波對單一類型業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)用戶需求。

2 AUE自適應(yīng)上行增強技術(shù)

針對上述主要問題的分析，為了提升TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的上行碼資源利用率，提升用戶感知和網(wǎng)絡(luò)容量，中國移動經(jīng)過充分研究，提出了自適應(yīng)上行增強（AUE,Adaptive Uplink Enhancement）技術(shù)，根據(jù)無線鏈路質(zhì)量，自適應(yīng)調(diào)整速率。在無線鏈路質(zhì)量較好的情況下，通過修改PS BE業(yè)務(wù)的信道編碼參數(shù)，優(yōu)化打孔以減掉更多的冗余數(shù)據(jù)，提高單位RU承載的數(shù)據(jù)量，使得相同數(shù)量的物理信道能夠承載更高的業(yè)務(wù)速率，以達(dá)到提升PS BE業(yè)務(wù)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?shù)目煽啃裕岣邤?shù)據(jù)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(fā)（Repeated）或者被打孔（Punctured）。因為，一個傳輸信道中的比特數(shù)在不同的TTI可以發(fā)生變化，而所配置的物理信道容量（或承載比特數(shù)）卻是固定的。所以，當(dāng)不同TTI的數(shù)據(jù)比特發(fā)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(fā)或打孔，以確保在傳輸信道復(fù)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(zhì)就是在一定條件下，改變基帶數(shù)據(jù)的打孔比率，來調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。從而提高物理信道資源的使用率，提升了用戶感知。

以標(biāo)準(zhǔn)速率為128kbit/s的業(yè)務(wù)為例，本例中一個128kbit/s業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)需要按照速率匹配算法被打孔打掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)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(shù)據(jù)部分所占的比例顯著提高，這樣16個RU可以承載192kbit/s業(yè)務(wù)。

冗余校驗比特的減少，將導(dǎo)致上行傳輸?shù)木幋a增益下降。為保持同等的用戶QoS，終端須提升相應(yīng)的發(fā)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(kuò)頻增益。

公式中由于打孔的改變?nèi)哂嘈ｒ灡忍販p少，導(dǎo)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(fā)射功率的抬升也有可能造成鄰區(qū)干擾，下文將會闡述AUE技術(shù)中如何降低信號干擾。

AUE的如下技術(shù)優(yōu)勢為其后續(xù)的廣泛應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支撐：

（1）增強速率相對于標(biāo)準(zhǔn)速率，無需增加占用的碼道資源，單位RU的數(shù)據(jù)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(xiàn)網(wǎng)終端配置的典型速率與RU的映射關(guān)系；

（3）終端無需升級，IOT測試未發(fā)現(xiàn)兼容性問題。

圖2 TD-SCDMA系統(tǒng)中的AUE技術(shù)原理

表2 AUE速率編碼參數(shù)表

通過仿真結(jié)果分析，AUE技術(shù)能夠提升小區(qū)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)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(huán)功控功能打開。仿真參數(shù)：3扇區(qū)基站，小區(qū)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(biāo)準(zhǔn)速率為128kbit/s的業(yè)務(wù)為例，標(biāo)準(zhǔn)速率與AUE速率相比，小區(qū)平均吞吐量圖如圖4所示，AUE速率下的小區(qū)吞吐量比128kbit/s速率下的小區(qū)吞吐量提升了48.65%。

3 AUE技術(shù)的應(yīng)用場景及判決依據(jù)

AUE技術(shù)通過增加UE上行發(fā)射功率來彌補編碼增益降低所造成的QoS損失，以達(dá)到提高數(shù)據(jù)吞吐量的目的（見圖5）。因此，AUE技術(shù)適合在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好，信號波動較小的環(huán)境下應(yīng)用：

場景一：室分系統(tǒng)或室外異頻組網(wǎng)環(huán)境，信道質(zhì)量穩(wěn)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(qū)覆蓋及熱點覆蓋場景，建議與雙通道技術(shù)結(jié)合推廣使用。

場景三：農(nóng)村或郊區(qū)等信號傳播環(huán)境好，話務(wù)量較低，同頻干擾較小的地區(qū)。

場景四：密集城區(qū)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況，經(jīng)充分測試后選擇性使用。

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

圖4 小區(qū)平均吞吐量圖

圖5 增強速率通過UE發(fā)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(qū)用戶的ISCP/RXTP和同頻鄰區(qū)的ISCP/RXTP來調(diào)整本區(qū)用戶上行業(yè)務(wù)的編碼增益，當(dāng)本區(qū)或者鄰區(qū)的ISCP/RXTP過高時，則主動調(diào)低本區(qū)用戶的上行業(yè)務(wù)編碼增益，從而降低上行發(fā)射功率，降低對于同頻鄰區(qū)對應(yīng)時隙的干擾。

4 AUE技術(shù)助力3G優(yōu)質(zhì)服務(wù)

在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，人們對大流量高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越高，而優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)正是開啟更廣闊市場的保證。AUE技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)上行資源受限的問題，提高碼資源利用效率，提升網(wǎng)絡(luò)容量，為用戶提供更加高速的帶寬享受，更好的滿足業(yè)務(wù)感知，為3G優(yōu)質(zhì)服務(wù)提供了有力的技術(shù)保障。