前言
眾所矚目的HSDPA（High speed downlink packet access）產品已在3.5G手機或是無線基地台市場上漸漸拓展開來，實際網路下行傳輸速度可達1.8Mbps～3.6Mbps，遠超過WCDMA的384Kbps速率，不過上行資料傳輸量使用仍是WCDMA標準速率，以致使用者只能下行單向快速接受數據封包，上行依舊面臨數據流量瓶頸。為滿足大量視訊應用傳輸需求，並擺脫1xEVDO release A與WiMAX緊追在後的挑戰，3GPP規範委員會在R6訂定Enhanced dedicated channel標準，亦即HSUPA（High speed uplink packet access）系統。
一般HSPA係指HSDPA和HSUPA。HSUPA是3GPP主要為增強上行傳輸能力（Enhanced Uplink）所制訂的標準，最大傳輸速率可達5.76Mbps。系統營運商可藉此增加新應用服務，例如雙向VoIP、多媒體上傳等等，使用者可以減少數據傳輸時間。手機若整合HSDPA與HSUPA，可以完成及時性的雙向互動遊戲，加快視訊傳輸，並且透過現有的3GPP網路，提供MBMS單點對多點的視訊傳輸技術。
為使傳輸資料快並減少延遲性，HSUPA增加許多物理層通道：在上行部分增加E-DPCCH（E-DCH dedicated physical control channel）和E-DPDCH（E-DCH dedicated physical data channel），下行則增加E-HICH（E-DCH HARQ indicator channel）、E-RGCH（E-DCH Relative Grant channel）、E-AGCH（E-DCH Absolute Grant channel）；在最小傳輸TTI（Transmit time interval）中，手機支援新的6個E-DCH等級，並提供TTI 2ms與10ms的選擇。此外繼承HSDPA，HSUPA手機與基地台間的重傳技術HARQ（Hybrid automatic repeat request），可加強連結穩定性，許多數據排程（control scheduling）可提前到基地台（Node B），減少處理時間的延遲。藉由以上技術，HSUPA得以支援上行速率5.76Mbps的流量。
上行E-DCH技術
HSUPA結合既有WCDMA傳輸頻道（Transport channel），為支援更大資料流量，重新定義新的傳輸通道，稱為E-DCH（Enhanced dedicated channel），其在物理層會映射到E-DPCCH與E-DPDCH傳輸，亦即一般物理層的控制通道與資料通道。
E-DPCCH
E-DPCCH固定使用展頻碼SF（spreading factor）＝256來載送相關的E-DCH控制訊息，並且每個時槽（Timeslot）包含10bits：7bits E-TFCI（EDCH transport format combination indicator）、2bits RSN（Retransmission sequence number）以及1bits Happy bit。其中E-TFCI主要告知基地台目前手機傳輸的服務項目與數據型態，讓基地台即時接收與解調；RSN則通知基地台現在HARQ重送的RV（redundancy version），並支援基地台soft combine的機制，讓基地台資料接收克服通道雜訊干擾；最後的happy bit，主要由手機告知基地台是否滿足現有的網路資源，如果手機有能力傳輸更多資料量，則會根據Happy bit要求網路端提供更多網路資源。
E-DPDCH
E-DPDCH主要載送E-DCH上行數據資料，並提供可變數據流量（SF＝2～64）與編碼，最多可以到達4個上行E-DPDCH，由發射機透過正交I／Q channel來發送；並且可以結合WCDMA的DPDCH來傳輸，使用2個展頻碼SF＝2的通道，最高傳輸流量可達到3.84Mbps。
| 《圖二 DPDCH和E-DPDCH在同一時間上行示意圖》 |
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而單只有E-DPDCH更可以使用2個展頻碼SF＝2與2個展頻碼SF＝4的通道同時存在，達到5.76Mbps最佳流量。
| 《圖三 不同的E-DPDCHs在沒有DPDCH情況下的上行示意圖》 |
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下行E-RGCH與E-AGCH技術
在下行部份，E-RGCH與E-AGCH可控制手機以最大輸出功率傳輸，這將會直接影響手機傳輸上行資料能力的大小。以往WCDMA的內迴圈功率控制（Inner loop Power control；ILPC），基地台會去平衡每支區域內的手機送到基地台的功率是均等情況，在HSUPA的功率控制並不適用。其主要原因在於手機同時上行高資料量，會造成E-DPDCH與DPCCH形成相對功率差值（relative difference），而此功率差值會隨資料流量大小而有所不同。因此基地台在與手機連結時，一開始即透過E-AGCH來限制手機最大輸出功率，並間接限定手機使用上行網路資源。
E-AGCH使用展頻碼SF＝256編碼與QPSK調變，通道上包含兩種指標：5 bits Absolute Grant Value（AGV）以及1 bits Absolute Grant Scope（AGS）。AGV主要表示手機在下次傳輸中，E-DPDCH與DPCCH的相對比值；AGS則告知手機在一個或所有的process中是否執行HARQ流程。
E-RGCH使用展頻碼SF＝128與5QAM調變（QPSk＋Origin），用以調整或增加上行功率大小（Relative Grant）與手機可用資源，來做為每次TTI中的功率微調機制，但是如果基地台欲配置或改變最大輸出功率，而是得依靠Absolute Grant來限定手機上行資源。
| 《圖四 HSUPA 利用E-RGCH進行功率控制示意圖》 |
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基地台基於Absolute Grant與Relative Grant來對區域內所有HSUPA手機實行功率控制與網路優化的動作。
除此之外，新增加的E-HICH（SF＝128）負責回報基地台回傳給手機的Ack（Acknowledge）與NAck（Nacknowledge），以執行HARQ傳送機制；其功能類似HSDPA中的HS-DPCCH，但是不載送CQI值。
新增物理通道的優勢
新增加的這些物理通道，可以幫助HSUPA實現更強傳輸能力，例如通道中在封包最小傳輸區間，可以支援2ms與10ms的TTI，幫助手機與基地台間環迴傳輸分別達到16ms與40ms。
通道中支援HARQ機制，手機在上行資料給基地台時，為了抵抗雜訊干擾與維持保密性，會把數據迴旋編碼（Convolution code），使資料量變大。但是這並不會傳送所有已編完碼的資料，而是會使用IR（Incremental redundancy）分段傳送，亦即先將部分資料傳給基地台，如果基地台可以正確解碼解調（ACK），以此縮減傳輸時間，繼續將新資料封包傳輸。如果無法解碼，基地台會要求重傳（NACK），手機則會將原先資料剩下的資訊再傳給基地台，基地台則以多次重傳組合為基礎，可順利將資料解碼出來。
| 《圖七 在2ms TTI條件下HARQ機制運作示意圖 》 |
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晶片廠商可以按照客戶高階與低階晶片的需求差異，提供HSUPA六種等級的傳輸速率，可支援1Mbps～5.76Mbps的資料流量。
| 《表三 HSUPA和HSDPA功能比較摘要示意表》 |
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其他功能修正
為了減緩時間傳輸延遲性與增加資料流量，HSUPA亦修正媒體存取控制層（MAC）。在網路端的RNC增加MAC-es，主要用來接受不同基地台的資料，作soft combining以及不同優先順序的資料排程。基地台增加MAC-e，目的在決定HARQ排序以及調整基地台涵蓋範圍內所有AG與RG的發射秩序。
| 《圖八 MAC-e／es 在Node-B 和RNC模式運作示意圖》 |
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同樣地，在手機端將MAC-e與MAC-es整合在一起，主要用來控制上行資料流量大小（E-TFCI）、調整上行發射功率、並實現HARQ等功能。
| 《圖九 MAC-e／es在UE（User equipment）模式運作示意圖》 |
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迎接HSUPA市場應用
UMTS系統結合HSUPA，藉由增添新物理通道、HARQ與修正MAC層，減少時間延遲並增加上行資料流量，幫助電信系統廠商提高競爭力，並提供使用者更多元的服務，HSUPA技術越來越成熟，HSUPA市場化應用的前景，指日可待。（本文作者為Agilent安捷倫應用工程師）
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