TD-HSPA+中E-HICH信道配置方法的改进

刘睿强

（重庆电子工程职业学院,重庆 401331）

TD-HSPA+中E-HICH信道配置方法的改进

刘睿强

（重庆电子工程职业学院,重庆 401331）

在码道资源比较紧张的高速上行分组接入（HSUPA）系统中,由于采用E-HICH独立配置方法,导致与E-HICH相同的Midamble的另外一条扩频因子为16的码道不能使用,从而造成信道码资源的浪费。在HSPA+中,由于引入了半持续资源调度方法,使得相对紧张的E-HICH签名序列显得更加紧张。在对该问题进行了详细分析后,提出了E-HICH信道逐对配置方法,并引入约束关系保证配对的E-HICH数据域功率相同。当一个扩频因子为16的信道码承载一个E-HICH时,用与该信道码具有相同Midamble Shift和相同父节点的另一个信道码承载另一个E-HICH,这种EHICH配对的形式很好地解决了另外一条码道不能使用的问题。仿真结果表明,该方法不但能够解决HSPA+中E-HICH信道码资源紧张的问题,而且提高了码道利用率和终端的检测性能。

TD-SCDMA;增强高速分组数据传输;半持续调度;终端确认信息;联合检测

1 引 言

自从中国移动开始运营第三代移动通信TD-SCDMA系统[1-2]以来,TD-SCDMA得到了前所未有的发展。中国通信标准化协会在2007年推出了高速下行分组数据接入（HSDPA）V2行标（和3GPP R5版本对齐）以来,各大系统厂家和终端厂家加快了研发的进度,中国移动近几年进行了多次集中TD-SCDMA设备采购,目前在国内大部分城市都有了TD-SCDMA无线信号覆盖。

HSDPA仅仅解决了高速下行数据传输的问题,但在高速上行数据传输的问题上显得无能为力。并且由于WCDMA网络在高速上行数据传输上已经突破进展,即采用了高速上行分组接入（HSUPA）技术。另外,业务数据通信需求基本都是双向的,仅仅存在HSDPA接入技术不能解决人们对移动通信数据传输的需求,例如在视频监控、视频上载等,都有高速上行数据传输的需求。

根据HSUPA的V 3行标的定义,在HSUPA[3,4]中,新增加了增强上行物理信道（Enhanced Uplink Physical Channel,E-PUCH）、随机上行控制信道（Enhanced Random Uplink Channel,E-RUCCH）、绝对许可信道（E-AGCH）和E-DCH传输信道上HARQ确认指示信道（E-DCH HARQ Acknow ledgement Indicator Channel,E-HICH）4种类型的信道。TD-SCDMA为了同时提供高速的上下行数据传输,网络除配置给终端这4个HSUPA物理信道之外,还需要配置HSDPA的专用信道,即HS-DSCH的共享控制信道（Shared Control Channel for HS-DSCH,HSSCCH）、高速物理下行共享信道（High Speed Physical Downlink Shared Channel,HS-PDSCH）和HS-DSCH的共享信息信道（Shared Information Channel for HSDSCH,HS-SICH）。为了TD-SCDMA的正常运行,网络还需要配置公共控制信道,即主公共控制物理信道（Primary Common Control Physical Channel,PCCPCH）、辅公共控制物理信道（Secondary Common Control Physical Channel,S-CCPCH）、快速物理接入信道（Fast Physical Access Channel,FPACH）、寻呼指示信道（Page Indicator Channel,PICH）和同步物理信道（DwPTS,UpPCH）。由于在HSPA系统中,终端和网络之间的同步依然使用专用物理信道进行同步,所以网络还需要配置专用传输信道（Dedicated Physical Channel,DPCH）。但是在TD-SCDMA系统中,一个频点上的无线帧有7个业务时隙和3个特殊时隙,每个业务时隙仅有16个码道,由此可见,在TD-SCDMA系统中,码道资源十分紧张。

目前在HSUPA的V3行标中,为支持终端侧多小区的联合检测,在下行方向采用K=8的缺省的Midamble Shift配置方式。在该配置方式下,每个E-HICH占用一个扩频因子SF=16的信道码和一个M idamble Shift;与该E-HICH具有相同M idamble Shift和相同父节点的SF=16的信道码被搁置不用。这种 E-HICH的独立配置方法使每个EHICH浪费了1个SF=16的信道码,这对于码道资源紧张的TD-SCDMA系统来讲是非常可惜的,因此,有必要对提高码道资源的利用方法做进一步研究,以便提高码道资源利用效率。

2 逐对E-HICH信道配置的方法

鉴于上述E-HICH的独立配置方法存在浪费信道码资源的问题,本文提出E-HICH的逐对配置方法:当用 1个SF=16的信道码承载一个EHICH时,用与该信道码具有相同Midamble Shift和相同父节点的信道码承载另一个E-HICH,这种E-HICH的逐对配置方法不仅可以节省信道码资源,而且可以提高终端的检测性能,具体分析如下。

通常情况下,分配给终端的下行信道将采用下行波束赋形[5]。因此,为避免不同终端下行信道的信道估计的混淆,需要给不同终端下行信道分配不同的Midamble Shift。E-HICH是一个很特殊的下行信道,该信道上同时承载多个终端的控制信息。当EHICH上只承载一个终端的控制信息时,该E-HICH可以采用下行波束赋形。当E-HICH上承载不止一个终端的控制信息时,不同的终端处于不同的位置区域,E-HICH无法采用下行波束赋形。在实际的HSUPA应用场景中,一般来讲,在一个E-HICH信道上承载多个终端的控制信息更有普遍意义。

基于上述E-HICH的下行波束赋形的特点,可以采用E-HICH的逐对配置方法:在用一个SF=16的信道码承载一个E-HICH的同时,可以用与该信道码具有相同Midamble Shift和相同父节点的信道码承载另一个E-HICH,这两个E-HICH构成一个E-HICH对。为避免E-HICH对中两个EHICH的信道估计的混淆,当逐对配置的E-HICH上只承载一个终端的控制信息时才能够在逐对配置的E-HICH上采用下行波束赋形,这和以往HSUPA采用的方法相同。

在E-HICH的逐对配置下,虽然提供了TDSCDMA码道的利用率,但是给终端的E-HICH检测还是带来了一定的难度,这样造成了终端无法区分每个E-HICH的数据域信号的幅度。在采用基于ZF（迫零）的小区联合检测方法时,不需要准确知道每个E-HICH的数据域信号的幅度。但是,在采用基于MMSE（最小均方误差）的小区联合检测方法时,就需要准确知道每个E-HICH的数据域信号的幅度。

由于基于ZF的小区联合检测方法对噪声敏感,通常都采用基于MMSE的小区联合检测方法。所以为支持终端执行基于MMSE的小区联合检测方法,还需要约定逐对配置的E-HICH中两个E-HICH的数据域功率之间的关系。对于逐对配置的两个E-HICH,RNC可以将非调度终端和半静态调度终端均匀分配到这两个E-HICH上,基站可以做到将调度终端均匀分配到这两个E-HICH上。因此,可以做到逐对配置的E-HICH中两个E-HICH的数据域功率相同,不能使用MMSE进行小区联合检测的问题也得到解决。

在终端完全均匀分配的情况下,两个E-HICH的数据域功率肯定相同。通常无法做到终端的完全均匀分配。在无法做到终端完全均匀分配的情况下,每个E-HICH的数据域功率就会不相同。在这种情况下,为使两个E-HICH的数据域功率相同,还有一种简单的补充方法是:分别确定每个EHICH的数据域功率,然后将数据域功率小的EHICH的功率提升到与另一个E-HICH的数据域功率相同,这样由于引入了E-HICH逐对配置带来终端无法确定E-HICH数据域信号幅度的问题也能够得到解决。

根据上面的分析,下面对各种无线场景以及不同的配置进行了详细的仿真分析。

3 仿真设置以及仿真结果分析

3.1 终端不均匀分配下逐对配置的E-HICH的检测性能

当逐对配置的E-HICH上只承载1个终端的ACK/NACK信息时,该E-HICH对的Midamble Shift的发射功率为2P,每个E-HICH的数据域功率为P:其中一个E-HICH上承载一个终端的ACK/NACK信息,另一个E-HICH上承载任意一个签名序列,是否存在这个E-HICH信道将对承载ACK/NACK的E-HICH物理层信道的解调性能有一定的影响。

图1给出了上述情况下OTIA 3 km时逐对配置的E-HICH的ACK/NACK信息的检测性能。图1中还给出:用一个Midamble Shift和1个SF=16的信道码承载1个独立配置的E-HICH时,该E-HICH上只有1个终端的ACK/NACK信息,而逐对配置的EHICH上没有任何信息。由于终端的不均匀分布造成前者的检测性能相对于后者的检测性能差约1 dB。

图1 OTIA 3 km时终端不均匀分配时逐对配置的E-HICH的仿真性能Fig.1 The simulation performance of E-HICH channel in pairs with unsymmetrical distribution of UE under the condition of TIA 3 km

当逐对配置的E-HICH上只承载一个终端的ACK/NACK信息时,该E-HICH对的Midamble Shift的发射功率为2P,其中,承载终端信号的E-HICH的发射功率为P,另一个E-HICH上不发送任何信号。在这种情况下,终端侧在进行MMSE检测时,按照两个E-HICH上每个E-HICH的数据域发射功率为P进行联合检测,其检测性能如图2所示。从图2可见:当逐对配置的E-HICH上只有一个EHICH有信号时,每个E-HICH的数据域功率为P时的检测性能和无信号的E-HICH不发送信号,有信号的E-HICH的数据域功率为P的发送方法的检测性能相同。

图2 OTIA 3 km时无信号E-HICH上不发送信号时的检测性能Fig.2 The detecting performance without signal on E-HICH channel under the condition of TIA 3 km

根据上述仿真结果,当逐对配置的E-HICH中只有一个E-HICH上有终端信号时,可以采用如下发送方法:无信号的E-HICH的数据域不发送任何信号,有信号的E-HICH的数据域发射功率为P,逐对配置的E-HICH的Midmable Shift的发射功率为2P。

3.2 终端均匀分配下逐对配置的E-HICH的检测

性能

为了说明E-HICH均匀分配下逐对E-HICH配置和E-HICH独立配置性能差异,两种仿真条件采用了相同的M idamble Shift分配方式、相同的扩频因子、相同的终端数目以及相同的ACK/NACK选择机制,以及采用了相同的无线信道环境。

逐对配置的E-HICH条件下的仿真参数配置为:

（1）下行采用K=8的缺省的Midamble Shift配置方式;

（2）用扩频因子SF=16,信道码号为1和2的两个信道码承载一对E-HICH;

（3）该逐对配置的E-HICH上分别承载2个终端、8个终端的ACK/NACK信息,每个E-HICH上分别承载1个终端、4个终端的ACK/NACK信息;

（4）每个终端的ACK/NACK信息随机选择;

（5）无线信道条件:OTIA 3 km,VA 120 km;

（6）逐对配置的E-HICH上每个签名序列的发送功率为P,Midamble域功率为两个E-HICH上所有签名序列发送功率之和;

（7）终端侧按照两个E-HICH均分Midamble域功率进行联合检测。

独立配置的E-HICH条件下的仿真参数配置为:

（1）下行采用K=8的缺省的Midamble Shift配置方式;

（2）采用扩频因子SF=16,信道码号为1的信道码承载1个E-HICH;

（3）该E-HICH分别承载2个终端、8个终端的ACK/NACK信息;

（4）每个终端的ACK/NACK信息随机选择;

（5）信道条件:OTIA 3 km,VA 120 km;

（6）E-HICH上每个签名序列的发送功率为P,Midamble域功率为所有签名序列发送功率之和;

（7）终端侧按照1个E-HICH进行联合检测。根据上面的逐对配置和独立E-HICH仿真条件,仿真出了终端数目为2、8时,在无线环境OTIA 3 km和VA 120 km下每个终端的ACK/NACK的检测性能。为了清楚地对比说明,将两种情况的仿真结果同时显示在一个仿真图上,如图3～6所示。

图3 OTIA 3 km 2个终端逐对与独立E-H ICH性能对比Fig.3 The contrast of the performance between pairs and individual on E-H ICH channel for 2 UE under the condition of OTIA 3 km

图4 OTIA 3 km 8个终端逐对与独立E-H ICH性能对比Fig.4 The contrast of the performance between pairs and individual on E-H ICH channel for 8 UE under the condition of OTIA 3 km

根据图3和图4的仿真结果可以看出,在OTIA 3km无线环境中,将2个终端、8个终端的确认信息平均分配到一对E-HICH信道上的性能,与2终端和8个终端确认信息分配到一条E-HICH上的性能相同,将多个终端的确认信息平均分配到一对E-HICH信道上不会对终端解调E-HICH带来性能上的恶化。

为了说明该方法的适用普遍性,图5和图6给出了VA 120km无线环境的仿真结果。根据图5和图6的仿真结果可以看出,在VA 120 km无线环境中,将2个终端、8个终端的确认信息平均分配到一对E-HICH信道上的性能,与2个终端和8个终端确认信息分配到一条E-HICH上的性能相同,将多个终端的确认信息分配到一对E-HICH信道上不会对终端解调E-HICH带来性能上的恶化。

图5 120 km 2个终端逐对与独立E-H ICH性能对比Fig.5 The contrast of the performance between pairs and individual on E-HICH channel for 2 UE under the condition of VA 120 km

图6 VA 120 km 8个终端逐对与独立E-HICH的性能对比Fig.6 The contrast of the performance between pairs and individual on E-HICH channel for 8 UE under the condition of VA 120 km

3.3 仿真结果分析

前文对终端的确认信息均匀分配到E-HICH和非均匀分配到E-HICH的情况进行了仿真,如果对原来HSUPA的E-HICH使用方法不进行任何修正,那么虽然提高了TD-SCDMA系统的码道利用率,但是对终端解调E-HICH信道带来了1dB的性能恶化;如果要求网络发送有信号的E-HICH的数据域发射功率为P,逐对配置的E-HICH的Midmable Shift的发射功率为2P,那么这种E-HICH性能恶化将会消除。另外,这种方法在终端的确认信息均匀分配到逐对的E-HICH上的性能和HSUPA的性能基本没有差异。从实际仿真结果可以得出在TD-SCDMA系统中采用逐对E-HICH分配方式的可行性。

4 应用场景分析

在TD-SCDMA的HSUPA中码道资源紧张[6],那么在HSPA+中的码道资源更加紧张,由于在HSPA+中增加了E-PUCH资源的调度方式,即半静态资源调度（Semi-Persistent Schedule,SPS）,按照3GPP标准,在HSPA+中RNC将给每个SPS终端分配一个EHICH上的签名序列组,用于反馈该终端的SPS EPUCH的ACK/NACK信息和TPC&SS命令信息,每套SPS资源将分配4个E-HICH的签名序列。

在TD-SCDMA系统中,从终端的省电角度,TD-HSPA提供的高速数据传输还不能完全满足通信终端“永远在线”的技术要求,这种情况在TDHSPA+中将得到很好的改善,也就是终端处于连接模式下,系统可以使用SPS的资源分配方式来解决终端和网络之间的同步问题,使用SF=16的一个码道就可以保证终端和网络之间始终保持链接,并且SF=16的一个码道又可以是非连续接收或是发送使用（简称:DRX模式）。这样有两个优点:第一,终端可以实现永远在线功能,并且系统耗费的无线资源比较小;第二,网络和终端使用了SPS调度,有利于终端省电设计,也就是网络和终端之间没有数据传输的时候,终端可以关闭收发信机。另外,在TD-HSPA+中SPS的资源分配方式还可以保证终端和网络之间数据速率业务（GBR）数据的传输,所以SPS的E-PUCH无线资源使用方式在TD-HSPA+中将广泛使用。

但是在TD-HSPA+中,无论分配SPS资源是大还是小,每个SPS资源对应的E-PUCH都需要4个E-HICH的签名序列。在大量的“永远在线”的终端,每个终端仅分配SF=16的一个码道即可完成,但是对应E-HICH的签名序列将明显不能满足该场景的应用需求。并且在目前的HSUPA系统中,网络可以最多分配4条E-HICH物理信道,由于没有采用逐对E-HICH的分配方式,那么将占据4个M idamble码。从另外一个角度来讲,E-HICH将占据SF=16的 8个码道,也就是一个下行时隙的50%资源。如果采用了逐对E-HICH分配方式,那么只需要2个Midamble,SF=16的4个码道即可,由此可见,E-HICH的容量提高了1倍,所以这种方法不仅使用于HSUPA的场景,在HSPA+中也可以得到广泛应用。

5 结 论

随着HSUPA终端数目的上升和对各种EPUCH类型的支持,一个HSUPA载波只配置一个独立的E-HICH将无法同时承载该载波上所有调度终端的控制信息、非调度终端的控制信息以及HSPA+中的所有半静态调度终端的控制信息。当一个HSUPA载波需要配置不止一个独立的E-HICH时,采用E-HICH的逐对配置方法不仅可以有效节省信道码资源、提高终端的检测性能,还可以有效支持终端的多小区联合检测,对于TD标准的长期演进和发展具有较大意义。

[1] 段红光,罗一静,申敏.TD-HSPA技术揭密[M].北京:人民邮电出版社,2009:5-22.

DUAN Hong-guang,LUO Yi-jing,SHEN Min.Uncovering the Secrets of TD-HSPA Technology[M].Beijing:People′s Posts&T elecommunications Press,2009:5-22.（in Chinese）

[2] 3GPP TS 25.224V8.4.0,Technical SpecificationGroup Radio Access Network;Physical layer procedures（TDD）[S].

[3] 3GPP TS 25.331 V8.6.0,Technical Specification Group Radio Access Network;Radio Resource Control（RRC）;Protocol Specification[S].

[4] 3GPP TS 25.222 V8.5.0,Technical SpecificationGroup Radio AccessNetwork;Multiplexing and channel coding（TDD）[S].

[5] YD/T 1845-2009,2GHz TD-SCD MA数字蜂窝移动通信网高速上行分组接入（HSUPA）增强型高速分组接入（HSPA+）Uu接口RRC层技术要求[S].

YD/T 1845-2009,Technical requirements for RRC Interface of 2GHz TD-SCDMA digital cellular mobile communication network HSUPA HSPA+technical specification:RRC protocol[S].（in Chinese）

[6] YD/T 1845-2009,2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网增强型高速分组接入（HSPA+）无线接入子系统Uu口物理层技术要求[S].YD/T 1845-2009,Technical requirements for Uu Interface of 2GHz TD-SCDMA digital cellular mobile communication network HSPA+radio access subsystem technical specification:physical layer protocol[S].（in Chinese）

Improvement on the E-HICH Channel Configuration in TD-HSPA+System

LIU Rui-qiang
（Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China）

Currently,channel code resource is in low utilization in HSUPA（High Speed Up link Access）.Due to the use of the individual configuration method of E-HICH channel,there is one channel code whose spreed factor（SF）is 16,whose midamble is the same as E-HICH,but can not be used,which causes the waste of channel code resources.Owning to semi-persistent schedule in HSPA+,the shortage of signature sequence of EHICH channel code becomes more and more serious.After the analysis of this problem,the configuration method of E-HICH channel in pairs is presented,and restriction is introduced to guarantee that the data power of the two E-HICH channels is the same.When a channel code withSF=16 carries an E-HICH channel,another channel codewhose Midamble Shift and father node are the same as the former channel code carries another E-HICH,the partnership of E-HICH channels can make full use of another channel.The simulation result shows that the method can not only solve the shortage of E-HICH channel resources,but also increase the utilization rate of channel code and improve the detecting performance of user equipment.

TD-SCDMA;HSPA+;semi-persistent schedule;ACK/NACK;joint detection

TN911

A

10.3969/j.issn.1001-893x.2010.11.014

1001-893X（2010）11-0065-06

2010-07-16;

2010-09-08

刘睿强（1972-）,男,四川彭州人,2007年于桂林电子科技大学获硕士学位,现为讲师、重庆电子工程职业学院电子系微电子教研室主任。

LIU Rui-qiang wasborn in Pengzhou,Sichuan Province,in1972.He

theM.S.degree from Guilin University of ElectronicTechnology in 2007.He is now a lecturer and the Head of the Microelectronics Teaching and Research Section,Department of Electronics Information,Chongqing College of Electronic Engineering.

Email:tzl0922@yahoo.com.cn