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以CDMA為基礎的WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)通訊技術提出後,資料傳輸最高速率從第1代Release 99實際網路上的384Kbps,到HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)的下行14.4 Mbps。隨著大幅改善傳輸速率,手機應用也愈來愈多樣化。因此,在下行速率提升後,人們開始思考進一步改善上行速率的可能性,而這個可增加上行傳輸速率的技術,就是HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)…

我們回頭重新瀏覽一下 Release 99及HSDPA的資料傳輸。在Release 99,不論是上/下行,資料傳輸可在CELL_FACH或CELL_DCH狀態下進行;換句話說,網路端給予使用者共用頻道或專屬頻道。而Release 99下這2種狀態分別有著不同限制:在CELL_FACH下只限於較低速傳輸;另一方面,在CELL_DCH下Spreading Factor的使用、重傳機制及一些其它因素,使得實際布建網路最高速率亦只有384 Kbps。

HSDPA利用一些技術大幅提升下行速度。首先,是改善調變技術;其次,應用混合自動重傳請求HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request),讓傳送端(在HSDPA情形下,也就是網路)可以對於相同資料量傳送比較少的位元;此外,使用同時多碼,讓傳輸速率有倍速成長;最後是改良功率控制及網路環境測量,也就是使用CQI(Channel Quality Indicator),這些技術讓下行速度最高可達14.4 Mbps。

HSUPA運作流程

在HSDPA介紹中,我們舉了蛋糕店的例子。工廠通知點心店有多少蛋糕及餅乾,將會在幾點前送達,店長在收到這些甜點後,填好簽收單,並告訴廠方這段期間所賣出的甜點數量及所剩存貨,工廠再據回報決定下1次要送多少甜點給這家蛋糕店。之後重覆這個流程:通知、送貨、簽收及回報鎖售量。

而HSUPA整個運作過程,就像是這家蛋糕店,想把這些甜點退回給工廠的流程。首先,蛋糕店先通知廠方有多少甜點要退,接下來工廠會告訴這家店它可以接受多少退貨量;蛋糕店退貨給工廠,而在收到這些貨後,工廠一樣填寫退貨簽收單確認。之後繼續著這樣的流程。此例裡特別要澄清的重點是:蛋糕店退的貨,不一定要是工廠送過來的貨;也就是說,HSUPA跟HSDPA所送的資料,可能是獨立且不相關的。

HSUPA基本運作流程跟HSDPA大同小異。兩者均增加在Node B和手機間傳輸技術著墨,如使用HARQ。但由於1個是上行另1個則是下行,在HSUPA與HSDPA的運作流程中,最大的差別在於前者由手機向網路要到資源後,再開始送資料;後者則是網路通知道手機是否有資料要給它。另外,相對於Release 99,重傳介於RNC及手機,HSDPA和HSUPA的HARQ程序,則是在Node B以手機間。圖1展示HSUPA運作流程。


圖1:HSUPA流程示意圖。

1、首先,如果要上傳資料,手機必須先送出SI(Scheduling Information)請求網路給予資源。手機根據它本身有多少資料想上傳,及它還可以打出多少功率,決定要送出怎樣的SI,也就是跟網路要求多少資源。

2、接下來,Node B收到手機請求後,會根據現在整個網路狀況,像是上行干擾程度,及該手機是否對上一次網路所給予的資源感到滿意,來判斷這1次要給該手機多少資源。決定要給手機多少資源後,Node B會給予手機Grant告知這次手機可以拿到多少的資源,在上行方面,也就是手機可利用出多大功率傳輸多少資料。

3、拿到網路所給予的Grant後,手機了解網路允許它打多大的功率,來送出HSUPA資料。由於手機有打出最大功率限制,所以它需要考量本身還有多少功率可用來傳HSUPA資料;在檢視現在有多少資料要送還有手機本身還剩多少功率可用之後,手機會據此送出適當數量資料。

4、網路端收到資料後,利用ACK/NACK告訴手機,它是否可成功解開資料;如果收到NACK,手機會有相對應的HARQ程序重傳資料,而網路端則會再將前面收到的資料合併,重新試著解開資料,如果成功則回ACK給手機。

HSUPA新增頻道

如圖2所示,紫色部分為HSUPA新增加頻道。HSUPA利用E-DCH(Enhanced Dedicated Channel)這個Transport Channel傳送使用者資料。E-DCH往下對應到E-DPCCH(Enhanced Dedicated Physical Control Channel)和E-DPDCH(Enhanced Dedicated Physical Data Channel)這2個Physical Channels。正如其名,這2個頻道分別負責控制和傳送資料。由於HSUPA用於上行資料傳輸,因此目前為止所提到的頻道均為上行頻道。


圖2:HSUPA頻道圖。

在下行方面,HSUPA也有另外加入幾個Physical Channels。首先,我們前面在HSUPA運作流程中,有提到Grant,這個網路用來允許手機傳送資料的機制。在HSUPA中,這個Grant則透過2種Physical Channels傳送:E-AGCH(Enhanced Absolute Grant Channel)和E-RGCH(Enhanced Relative Grant Channel)。除此之外,HSUPA還有1個提供網路告訴手機是否有成功接收資料的頻道:E-HICH(Enhanced Hybrid ARQ Indicator Channel)。

與HSDPA相似的,用來通知手機是否有資料的HS-SCCH,是共用頻道;在HSUPA中,用來告訴手機可使用多少資源的E-AGCH,也是個共用頻道。此外,HS-SCCH利用HS-RNTI區分該頻道上所包含的資訊,是否屬於某一手機;E- AGCH也是用E-RNTI(Enhanced Radio Network Temporary Identity)來分辨是哪1隻手可以擁有這個Grant。

但在另一方面,不像HSDPA高速下行的資料,都透過共用頻道傳送,HSUPA則是利用專屬頻道傳送高速上行資料。E-DPCCH和E-DPDCH都是專屬頻道,它們避免手機在共用頻道上競爭資源程序,也就是 Random Access。另外,E-RGCH則可讓某細胞(基地台)拿來微調在其它細胞下的手機所打出的功率,避免這些在其它細胞下的手機,對該細胞的上行頻道產生過度干擾。

最後,E-HICH則是網路用來告訴手機是否成功解碼它所收到的資料,也就是ACK或NACK。E-RGCH和E-AICH這 2個頻道也是專屬頻道;事實上,這2個頻道是同時被網路端送出的。最後,在Release 99中,最小的TTI是10ms,到了HSDPA,每個TTI則是2ms;而在HSUPA中,TTI可以設定成2ms或10ms。

當然,不同的TTI下會有不同速率;也只有在2ms TTI的情形下,才能達到最高5.76 Mbps的上行傳輸速率。我們將在下回文章探討HSUPA,如何讓上行可以達到5.76 Mbps的傳輸速率。?(本文作者陳怡弘/Qualcomm CDMA Technologies資深工程師)

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