大部分業內人士相信，由于話音、高速的數據和多媒體等業務將會在不久的將來更有效地整合。利用IP技術同時承載話音、高速的數據和多媒體業務，會使運營商更有效地管理整個網絡和降低網絡的運營成本，同時比較容易推出新的業務。因此，3GPP應運而出的HSUPA即成為WCDMA無線技術在HSDPA之后的進一步演進的標準，該標準已于2004年3月凍結，今年3月份全部CR已完成，預計2007年中即會有相應的預商用產品，在2008年即會商用。

一、HSDPA/HSUPA的關鍵技術

　　1.新信道的引入

　　為了支持高速業務，HSDPA/HSUPA都引入了新的物理信道。

　　(1)HSDPA

　　高速物理下行共享信道(HS-PDSCH：HighSpeedPacketData Shared Channel)：承載實際分組數據，擴頻因子（SF）＝16，QPSK和16QAM，每小區最多15個HS-PDSCH，累積數據峰值速率達到14.4Mbit/s。在單用戶使用15個HS-PDSCH，16QAM調制以及編碼速率為1的情況下實現。

　　高速共享控制信道(HS-SCCH：HighSpeedSharedControl Channel)：承載信令信息的下行信道（信道碼集、調制方案、傳輸塊大小、HARQ處理號、冗余和星座版本參數、新數據標記和UE標識），SF＝128，QPSK由Node B進行功率控制，每小區最多32個HS-SSCCH，每用戶設備最多4條HS-SCCH。

　　高速專用物理控制信道(HS-DPCCH：HighSpeedDedicatedPhysical Control Channel)：承載信令信息的上行信道(ACK/NACK及信道質量指示（CQI）)，SF＝256，QPSK中止于Node B。

　　HS-PDSCH、HS-SCCH和HS-DPCCH使用2ms傳送時間間隔（TTI）。

　　(2)HSUPA

　　E-DCH——專用物理數據信道(E-DPDCH：E-DCHDedicatedPhysicalData Channel)：承載E-DCH的上行數據信息，擴頻因子SF=64、32、16、8、4、2，UE根據業務的需要靈活選擇。QPSK調制映射到傳輸信道E-DCH，單碼道的最大速率為1.92Mbit/s，允許多碼傳輸，峰值速率5.76Mbit/s，在2個SF=2、2個SF=4的4碼道并行傳輸的情況下實現。

　　E-DCH——專用物理控制信道(E-DPCCH：E-DCHDedicatedPhysicalControl Channel)：承載E-DCH的上行信令信息，它與E-DPDCH的信道結構相似，SF=256。

　　E-DCHHARQ確認指示信道(E-HICH：E-DCHHARQAcknowledgement indicator channel)：承載E-DCH下行信令信息的專用信道，如HARQ的ACK/NACK信息。擴頻因子SF=128，沒有信道編碼。使用3或者12個連續的時隙發送信息，每個時隙采用40個數據的復用，因此單個E-HICH最大支持上行40個用戶的反饋。UE監測激活集中所有小區的E-HICH信道。當TTI為2ms時，該信道每2ms上報一次信息；當TTI為10ms時，該信道每8ms上報一次信息。

　　E-DCH相關準予信道(E-RGCH：E-DCHrelativegrant channel)：承載E-DCH的下行相關信息，該信道SF=128，沒有信道編碼。使用3、12或15個連續的時隙發送信息，與E-HICH一道采用三維的數字標記復用在同一條SF=128的下行信道上，每時隙數據長度為40，因此單個E-RGCH最大支持上行40個用戶的功率指示。該信道分為兩種，服務小區（Serving Cell）下的E-RGCH及非服務小區（Non-serving Cell）下的E-RGCH，服務小區下的E-RGCH是專用信道，攜帶指示UE的功率上升、保持、下降的指令信息，如UP、HOLD、DOWN。當TTI配置為2ms時，該信道2ms下發一次調度指令；當TTI配置10ms時，該信道8ms下發一次。非服務小區下的E-RGCH是公共信道，攜帶小區的負載指示信息，如當前負荷情況，是否超載，調度時延總是10ms。

　　E-DCH絕對準予信道(E-AGCH：E-DCHabsolutegrant channel)：承載E-DCH的下行絕對信息，如小區信息。每個配置E-DCH的UE只需要監聽服務小區的E-AGCH信道即可，該信道是公共信道，SF=256。

　　上述信道支持2ms、10ms的TTI幀格式。因此有別于HSDPA的2msTTI。

　　2.混合自動重傳+軟合并（HARQ）

　　為了進一步提高系統性能，HSDPA/HSUPA在物理層都采用了HARQ技術，同樣都支持兩種合并機制：對基站重發相同的分組包進行前后合并(CC：ChaseCombing)或對基站重發含有不同信息（即冗余信息）的分組包進行增量冗余合并(IR：IncrementRedundancy)。信息在UE與NodeB間直接傳輸，采用ACK/NACK的方式進行，當接收方正確接收數據后，會通過相應的信道向發送方發送ACK信息，否則發送NACK信息，這樣便于發送方準確及時地了解是否需要重傳。

　　HSDPA采用HARQ方案，使得重傳時延控制在10ms左右。HSUPA采用HARQ，在10ms的TTI下，重傳時延為40ms；2msTTI下，重傳時延為16ms。與R99/R4的無線側重傳時延100ms相去甚遠，因此HARQ的引入大大提高了重傳的效率和解碼的性能。

　　兩者惟一的差別是HSDPA采用了異步的HARQ，而HSUPA采用同步的HARQ。

　　3.基于Node B的快速調度(Node-B Scheduling)

　　為了對無線環境及時快速的做出響應，最大化資源效率，HSDPA/HSUPA都采用了基于NodeB的快速調度方案。但是上下行要解決的問題不一樣，因此上下行調度的機制存在差異，下面分別介紹。

　　(1)HSDPA

　　HSDPA中的調度主要由NodeB中新增的MAC-hs功能實體完成。HSDPA調度的核心思想是合理分配共享資源（碼字、功率），最大化資源的利用率。HSDPA的調度很大程度上決定了AMC和HARQ的效率和性能，決定了整個系統的行為。簡單的說，HSDPA的調度基于以下因素：隊列優先級（Queuepriority）、信道質量指示值（CQIvalue）、緩存大小（Buffer volume）、等待時間/空閑時間（waiting time/Spare time），其它如UE能力、ACK/NACK重復次數、數據重傳、壓縮模式等。基于上述因素，又形成了行業默認的三種調度算法：基于最大載干比的調度算法（Max C/I算法）、基于公平分配的調度算法（Round Robin算法）和基于部分公平的調度算法（Proportional Fair算法）。

　　對于不同的算法，不同廠家支持及實現的方式有一定的差異。一般來講主要采用參數化的調度器，分配資源可以考慮以下因素：f1，業務等級；f2，CQI；f3，等待時間；f4，隊列長度。這些因素作為加權因子，決定了實際的資源分配方法：Pi=a×f1+ b×f2 + c×f3 + d×f4，a/b/c/d 為加權因子。運營商可以根據HSDPA的應用場景，如微微蜂窩、微蜂窩、宏峰窩等因素，來決定相關的加權因子，實現最優的資源調度方案。

　　(2)HSUPA

　　HSUPA中的調度主要由NodeB中新增的MAC-e功能實體完成。HSUPA調度的核心思想是避免過多的UE接入過高的速率，從而給系統帶來干擾，即盡可能抑制上行干擾，同時服務小區對調度起主要作用。

　　E-DCH信道支持調度及非調度兩種模式。非調度主要是在小區負載輕，上行用戶數據量不大的情況下使用。非調度模式的傳輸類似于R99/R4的DCH信道，信息中止與RNC，這種方式有利于低數據量及時延敏感的業務。本節主要討論E-DCH信道的調度原理及方法。

　　基于NodeB的上行調度有兩個關鍵因素，即調度請求和調度準許。

　　調度請求即當UE希望用更高的數據速率發送時，移動終端向基站發送請求信號，也包括UE向基站反饋的調度信息Happybit，該信息告訴基站，UE對當前的調度是否滿意，以便基站下一次調整相應的調度策略。

　　調度準許由基站下發，主要限制UE的E-DCH信道可用的最大功率以及可用的最大E-TFC。每個UE有自己的服務準許（ServingGrant），它影響E-TFC的選擇。服務準許包括兩方面的內容：絕對準許及相對準許。絕對準許的內容為小區信息，E-DCH的絕對功率偏置（相對DPCCH）以及UE可用的PrimaryE-RNTI及SecondaryE-RNTI。當UE的上傳數據量非常大時，Node B會指示它使用主RNTI資源。當UE的上傳數據量較小或沒有時，Node B會指示它使用輔E-RNTI，即與其他用戶一起共享E-RNTI的資源。每個UE都有主輔兩種E-RNTI，只是何時使用哪種E-RNTI，由Node B通知。相對準許指示包括E-DCH信道功率的相對上升/保持/下降（UP/HOLD/DOWN）等信息。UE的服務準許可根據絕對準許及相對準許的改變而更新。處于主E-RNTI的UE，Node B會采用專用的調度機制；處于輔E-RNTI的UE，Node B采用一般調度方案。

　　從上述的描述中可見，NodeB依據用戶的信道質量及所需傳輸的數據狀況來決定UE所應該使用的E-RNTI，同時依據小區負載、Iub接口資源占用情況，決定UE可用的最高傳輸速率及何時傳輸。當然UE實際使用的TFC由UE決定，同時由E-DPCCH信道上傳給NodeB。UE通過Happybit反饋對當前的調度是否滿意，以便下次Node B改變調度方式。

　　如同HSDPA一樣，調度信令是在基站和移動終端間直接傳輸的，所以基于NodeB的快速調度機制可以使基站靈活快速地控制小區內各移動終端的傳輸速率，使無線網絡資源更有效地服務于訪問突發性數據的用戶，從而達到增加小區吞吐量的效果。

　　UE的重傳不在NodeB調度的范圍內，NodeB的調度也不會影響到重傳。調度只針對初始傳輸的數據。

　　4.快速鏈路適配

　　WCDMA系統下行采用擾碼（Gold序列）區分小區，擴頻碼（OVSF&Walsh碼）區分用戶，上行采用擾碼（Gold序列）區分用戶，而擴頻碼（OVSF&Walsh碼）區分信道。由于擴頻碼完全正交，因此下行不存在用戶間的遠近（Near-Far）效應，而擾碼自相關性好，而互相關性差，不完全正交，因此上行存在用戶間的遠近效應。為了應對不同的情況，上下行也采用了不同的策略。

　　(1)HSDPA

　　HSDPA能夠充分利用R99/R4DCH+CCH以外的剩余功率，使得資源利用率最大化。HSDPA采用碼率匹配(RateMatching)的方式，即靈活根據當前的功率占用情況，來選擇相應的傳輸速率。因此，HSDPA不采用功率控制，這也是為什么HSDPA一定要采用2ms幀長的原因。如果幀長10ms或者更長，HSDPA就難以跟蹤信道的變化，難以實現快速的鏈路適配（500次/秒）。

　　(2)HSUPA

　　為了克服上行用戶間的遠近效應，HSDPA采用了上行的功率控制方案。E-DPDCH/E-DPCCH的初始功率設置與DPCCH有一定的偏置。因此E-DCH的功率控制完全依據DCH的功率變化而變化。但是E-DCH的外環功率控制依據“重傳的次數”進行，而不是BLER，因為HARQ的原因，不斷地重傳，BLER不會差。同時，為了保證控制信道的有效性，一般來講，E-DPCCH的功率偏置較E-DPDCH的大。

　　HSUPA在功控的基礎上，實現了上行的軟切換及更軟切換，這是HSDPA不具備的，HSDPA只有硬切換。

二、HSDPA/HSUPA的終端

　　1.HSDPA

　　根據GSA的調查，截至2006年4月24日，全球已有94家移動運營商計劃部署HSDPA網絡，目前18個HSDPA網絡在14個國家（奧地利、保加利亞、捷克、芬蘭、德國、馬恩島、以色列、科威特、Madeira、荷蘭、菲律賓、葡萄牙、南非、美國）已開始商用。截至今年年底至少還有29個網絡將會開展商用。因此，HSDPA的商用形勢一片大好。

　　按照3GPP的要求，依據支持的調制方式，最大可用碼道的能力以及TTI的間隔將HSDPA終端分為12類。提供商主要有華為、中興、SierraWireless、Option、NovatelWireless、西門子、三星、LG、NEC、摩托、富士通等。2005年3季度及更早，運營商測試的終端主要是12類別的終端-峰值1.8Mbit/s的數據卡。今年在巴塞羅那的通信展上，LG、NEC已經展示了12類別的終端。目前，部分廠商已經可以提供峰值3.6Mbit/s的終端及數據卡，預計在今年6月份能夠推向市場開始商用。此外，高通支持7.2Mbit/sHSDPA芯片已面世，杰爾宣布推出3.6Mbit/s HSDPA芯片組，英飛凌則面向中端多媒體電話市場推出7.2Mbit/s HSDPA處理器樣品。如據GSA調查，截至2006年2月28日，HSDPA終端的已增至25款。相對過去的6個月，增長了50%。因此，隨著HSDPA網絡的進一步鋪開，商用模式的成功，將會有越來越多的HSDPA終端提供商及更多類型的終端面世。

　　2.HSUPA

　　按照3GPP的規定，HSUPA終端共有6類。支持2msTTI的僅有3種，6種中最大速率是5.76Mbit/s。

　　如同HSDPA一樣，芯片廠商對HSUPA終端的支持也是分階段進行，預計商用初期，還是傾向于使用10ms的TTI，即2Mbit/s的終端，逐漸支持到5.76Mbit/s。

　　高通對外宣稱，今年上半年推出首款支持HSUPA的功能的芯片MSM7200，該芯片后向兼容UMTS、HSDPA、GSM/GPRS/EDGE，上下行峰值速率分別為2Mbit/s，3.6Mbit/s，目前正處于實驗室內部測試階段。

　　從整個行業的情況看，在全球全IP網絡AIPN（AllIPNetwork）的發展趨勢下，伴隨著VoIP的升溫，多媒體業務的廣泛應用，HSUPA的引入勢在必行。

三、HSDPA/HSUPA的性能分析

　　HSDPA在前期已經討論很多，這里只要討論HSUPA。

　　在3GPP規范討論過程中，對HSUPA研究最終認為使用QPSK調制編碼，上行H-ARQ的應用，NodeB控制上行調度，更短的幀結構和快速DCH建立會達到50～70%的上行容量增益，數據呼叫時延減少20～55%，用于上行平均數據呼叫的速率可提高大概50%。但是由于目前HSUPA還沒有相應的產品及試驗數據，因此具體能夠實現什么樣的性能還不清楚。

　　但是，HSUPA采用了與CDMA20001xEV-DO基本相同的技術及原理，因此我們可以借鑒當前已計劃年底商用的EV-DO RevA現網觀測數據的仿真性能。

　　1.容量——平均小區吞吐量

　　基本假設：15個用戶被放在每個小區(1.25MHz)，總共有57個小區，單載波宏蜂窩網絡，并只提供數據業務。通過仿真分析得出結果如表2所示。

表2??? EV-DO Rev0與RevA的上行吞吐量對比

? Rev.0 Rev.A??
信道模型 用戶吞吐量 （kbit/s） 小區吞吐量（kbit/s） 用戶吞吐量（kbit/s） 小區吞吐量（kbit/s） 增益（%）
A 18.9 283 33.8 507 79
B 12.8 192 24.2 363 89
C 13.9 208 24.4 366 76
D 18.9 283 33.2 498 76
E 26.9 403 39 586 45
3GPP2
混合信道 16.3 244 28.9 434 78

　　從表2看出，Rev.A的上行容量會比Rev.0高75%以上，比3GPP對HSUPA和R99的模擬結果（50%到70%）略高。

　　2.QoS保證的業務能力（VoIP）

　　基本假設：單載波小區，并只提VoIP業務。具體結果如表3所示。

表3??? EV-DO RevA網絡ROT與上行負載的關系

Erl 35 37 38 39 40 41
平均ROT（dB） 4.14 4.54 4.95 5.03 5.35 5.57
上行負載（%） 70.7 72.7 73.75 74.15 75 80

　　從表3CDMA20001x的干擾和熱噪聲的比例可以看出，當ROT接近5dB時，上行鏈路負荷已達到75%左右。這也就是表明，每個1.25MHz的可支持的VoIP話務量約40Erl.，略為高出CDMA2000 1x1x RTT的話音容量。

　　由于HSUPA和CDMARev.A的關鍵技術非常接近，從以上的CDMA20001xRTT Rev.A的模擬結果和現網觀察可以認為這個結論相對可靠和保守。但是，假如HSUPA和R99/R4/R5混合在同一載波組網（1x EVDO RevA.不存在這個問題），HSUPA用戶的使用，會導致網絡的上行瞬間干擾會明顯提高，對R99/R4的覆蓋可能會有一定的影響，需要對其做出更深入分析。

四、HSDPA/HSUPA標準演進

　　HSDPA+HSUPA的演進項目，即E-HSPA（Evolved-HighSpeedPacketAccess）已在今年3月份的3GPP全會上提出。E-HSPA提案是一部分擁有較多HSDPA、HSUPA專利的廠商（Ericsson、Nokia、Alcatel等），希望繼續發揮相關專利的價值，同時部分已部署或即將部署HSDPA網絡的運營商（Cingular等）希望3G擁有一個較長的生命周期而有針對性地提出的提案，并希望它歸入3GPP R7的范疇。

　　E-HSPA提案從支持者的角度看，不需要額外的頻率資源（利用原有WCDMA的5MHz帶寬），在同等的頻段（5MHz）內達到與LTE（LongTermEvolution）一樣的性能。此外只是將原來增強的上下行技術HSDPA、HSUPA綜合考慮，實現資源利用率最大化。E-HSPA與WCDMA的關系相當于EDGE與GPRS的關系。即無線側設備的軟件升級即可實現的技術。

　　同時，E-HSPA的網絡架構類似于LTE已確定的網絡架構，它們可共享核心側，即SAE，惟一的差別就是無線側。因此支持者認為這樣可實現E-HSPA到LTE的平滑網絡升級，充分利用已有投資，節省成本。

　　以Cingular為代表的運營商、設備提供商極力推薦3GPPRAN采用E-HSPA方案，雖然NTTDocomo、T-mobile、Samsung等提出反對意見，但是RAN側考慮問題的局限性，認為E-HSPA技術只是UTRAN的簡單軟件升級，不涉及到大的規模性的改動，也不影響LTE的網絡架構，因此在RAN#31次會議上最終通過。但是當提交到SA#31上討論時，以T-mobile、Samsung為代表的廠商再一次提出眾多的質疑，認為E-HSPA方案的引入會影響到LTE的進程，同時會影響到SAE方案中的e-Node B與e-GW的接口S1，即會對e-GW的功能改動很大，不可能實現E-HSPA到LTE的平滑升級，因此在SA全會中，以Cingular為代表的E-HSPA提案暫時標注為noted，即下次大會再討論。在2006年3月到6月間，各支持方及反對方都要拿出強有力的仿真數據，支持各自的觀點，以便下次SA全會討論，相關動向我們將拭目以待。