High Speed Downlink Packet Accesartemisa.unicauca.edu.co/~vflorez/3GWCDMA/Capitulo 5.pdf · 26/11/2010 4 5.1. Capacidades de Datos Release 99 Release 99 de UMTS es una evolución

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HSDPAHigh Speed Downlink

Packet Acces

Claudia Milena Hernández Bonilla

FIET

5. ACCESO A PAQUETES EN ENLACE DE BAJADA DE

ALTA VELOCIDAD (HSDPA)

5.1. Capacidades de datos release 99

5.2. Concepto HSDPA

5.3. Impacto de HSDPS sobre la arquitectura de la red de acceso radio

5.4. Estructura a nivel físico HSDPA

5.5. Capacidades de los terminales HSDPA

5.6. Movilidad con HSDPA

5.7.Desempeño HSDPA

5.8. Evolución y tendencias

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Introducción: UMTS

• UMTS sistema de comunicaciones móviles de 3G

conocido como IMT-2000 - ITU.

• UMTS facilita el ofrecimiento de servicios de banda

ancha, comercio y entretenimiento, mediante la red fija

inalámbrica y satelital.

Evolución

Cellular Networks evolution

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Evolución

Evolución

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5.1. Capacidades de Datos Release 99

Release 99 de UMTS es una evolución del sistema GSM/GPRS , con

una nueva interfaz de radio basada en WCDMA Nuevos servicios

con alta capacidad.

• La red de acceso radio es nueva, pero el núcleo de UMTS es similar

al núcleo de red GSM/GPRS

El núcleo de la red UMTS se divide en dos dominios de conmutación:

• Conmutación de circuitos: Basado en el modelo GSM

• Conmutación de paquetes: Basado en el modelo GPRS

Node

B

UTRAN

Arquitectura Release 99

GMS

C

HLR

PSTN/ISDN

BTS

GSM

BSS

RNC

BSC

MSC/VL

R

SGSN

Dominio de

circuitos

Dominio de

paquetes

INTRANETS

GGS

N

Otras PLMN

INTERNET

Red de Acceso Radio Núcleo de la Red

MS

UE

M

E

M

E

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Canales para transferir datos

Los canales que se pueden emplear para la transmisión de paquetes en el enlace de bajada son:

• Dedicated Channel (DCH): cualquier tipo de servicio, capacidad de acuerdo a la velocidad pico, controlado por potencia.

• Downlink-shared Channel (DSCH): opera con un DCH, propiedades se fijan de acuerdo a las necesidades de transferencias de paquetes.

Canales para transferir datos

• Forward Access Channel (FACH): puede ser usado para , no se puede emplear cuando se transmite simultaneamente voz y datos.

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Arquitectura UTRAN

5.2. HSDPA

Es la evolución de la tercera generación (3G) de tecnología celular móvil, llamada 3.5G, y se considera el paso previo antes de la cuarta generación (4G), la futura integración de redes.

HSDPA lleva a las redes WCDMA a su máximo potencial en la prestación de servicios de banda ancha, mediante un aumento en la capacidad de datos celulares, con throughputmás elevado.

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Release 99 Release 5

Mejoras

La eficiencia espectral y las velocidades mejoradas no sólo habilitan nuevas clases de aplicaciones, sino que además permite que la red sea utilizada simultáneamente por un número mayor de usuarios;

HSDPA provee de tres a cuatro veces más capacidad que WCDMA. En cuanto a la interfaz de las aplicaciones en tiempo real tales como videoconferencia y juegos entre múltiples jugadores, actualiza a la tecnología WCDMA al acortar la latencia de la red (se prevén menos de 100 ms), brindando así mejores tiempos de respuesta.

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Comparación Tecnologías

Latencia

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3G vs 3.5G

Velocidad de transmisión ( 2 10 Mbps)

Modulación ( QPSK QPSK & 16QAM)

Retardo ( 10ms 2ms )

Camino a 4G

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Evolución

Cobertura

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Usuarios

Actores

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Concepto de HSDPA

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) es la optimización de UMTS/WCDMA, incluida en las especificaciones de 3GPP release 5.

La idea de HSDPA es incrementar el throughput de paquetes de datos con métodos conocidos de GSM y EDGE incluyendo adaptación de enlace y combinación de retransmisión de capa física.

Concepto de HSDPA

Consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que mejora la capacidad máxima de transferencia de información hasta alcanzar velocidades de 14 Mbps.

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Características HSDPA

• Canales compartidos de alta velocidad

• Intervalos de tiempos de guarda cortos

• Modulación y codificación adaptativa

• Redundancia incremental

• Scheduling rápido y diversidad

• ARQ Híbrido

Canales compartidos

• High Speed - Downlink Shared Channels (HSDSCH).

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Canales compartidos

▫ Nuevo canal de transporte – HS-DSCH (cada HS-DSCH puede ser usado por múltiples usuarios)

▫ Nuevos canales de control – HS-SCCH yHS-DPCCH HS-SCCH: Transferencia de información DL

HS-DPCCH: UL ACK/NACK, CQI

▫ Nuevo canal físico – HS-PDSCH Canal físico mapeado al canal HS-DSCH que lleva los datos del

usuario actual

Scheduling rápido

• El scheduling es un elemento clave de HSDPA que determina el comportamiento global del sistema.

• Cada usuario periodicamente (500 veces por segundo) transmite una indicación de la calidad del enlace de bajada.

• Por cada TTI de 2 ms: se determina cual terminal deberia transmitir, toma una decisión AMC.

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Scheduling rápido y diversidad

Modulación y codificación

adaptativa De acuerdo a las condiciones del canal se varia dinámicamente el esquema de modulación y codificación.

Codificación adaptativa:

– Relación de codificación de ¼ y ¾ además de la de 1/3

– 5, 10 o 15 multi-codigos:

• El canal HS-DSCH usa una constante de ensanchamiento de 16 para la multiplexación.

• Un máximo de 15 codigos paralelos se pueden asignar a un usuario o dividirlos entre varios usuarios

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adaptativa

• 16QAM y QPSK • Soporte adicional para 64QAM basado on

3GPP TS 25.855


adaptativa

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Velocidades


adaptativa• B determina diferentes combinaciones basadas

en el indicador de calidad del canal (CQI), el cual es reportado por el equipo terminal cada 2ms.

• CQI no es el único factor determinante, también se analiza QoS, capacidad del equipo y prioridad del usuario.

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ARQ Híbrido

ARQ: mecanismo que permite al receptor solicitar retransmisiones de los paquetes errados.

HARQ : combinación de ARQ y un código corrector de errores.

HSDPA HARQ: consiste en combinar transmisiones de datos repetidos con transmisiones previas para incrementar la probabilidad de decodificar exitosamente los datos.

Operación general HSDPA

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5.3. Impacto de HSDPA sobre la

arquitectura de la red de acceso radio



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Actualización HSDPA

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Canales HSDPADatos de usuario: HS-DSCH High Speed Downlink shared channel

Señalización:

HS SCCH High Speed Shared Control Channel

HS DPCCH High Speed Physical Control Channel

Canal Dedicado:

DCH:

DPDCH DedicatedPhysicalDataChannel

DPCCH DedicatedPhysicalControlChannel

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High-speed downlink shared channel (HS-DSCH) y su correspondiente canal físico: lleva los datos de usuario en el enlace de bajada, 10Mbps 16QAM.

High-speed Shared Control Channel (HS-SCCH)

lleva la información de control de la capa física, necesaria para habilitar la decodificación de los datos del HS-DSCH y realizar la combinación de los datos enviados en caso de transmisión de un paquete erróneo.

Uplink High-Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) : lleva la información de control necesaria en el enlace de subida, ARQ e información de calidad.


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Scheduling

- Paquetes se reciben en B- B almacena el paquete en un Buffer- Si se presenta falla en la decodificación del paquete, se retransmitedesde B, no desde RNC.

Scheduling

Falla en la señalización:

•Retransmite RNC

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High-speed downlink shared

channel HS DSCH

Canal de transporte que lleva los datos de usuario, Mapeado en high-speed physical downlink shared channel (HS-PDSCH).

Diferencias entre HS-PDSCH y DCH Rel 99:

- Adaptación de enlace control de potencia

- Soporte para 16QAM QPSK

- Retransmisión de capa física retransmisión de capa de enlace de radio RLC

- Operación multicodigo con SF = 16 fijo SF varia entre 4 y 512.

- Empleo de codificación turbo codificación Convolucional

- No existe transmisión discontinua en HS-PDSCH: se transmite todo o nada durante el TTI: 2 ms.


channel HS DSCH

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Bit Scrambiling evita secuencias repetidas de 1s ó 0s.

Codificación del canal: Rel 99, simplificada.

Segmentación de canal físico: mapea los datos a los interleavers (Rel 99).

HARQ.


channel HS DSCH - Codificación

HARQ

Retransmisiones idénticas: Chase o soft combiner

Retransmisiones diferentes:Redundanciaincremental



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Retransmisión Idéntica



Retransmisión Diferente



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16 QAM necesita la amplitud de la seña, no es suficiente con conocer la fase.

Common Pilot Channel (CPICH) brinda la fase, amplitud: diferencia entre CPICH y HS DSCH.


channel HS DSCH - Modulación

High-speed shared control channel

HS SCCHDividido en dos partes:

La primera desensanchamiento de los códigos correctos (5 a 10) y la información de modulación.

La segunda información menos urgente, indicador de ARQ, indicador de nueva transmisión.

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High-speed dedicated physical

control channel HS DPCCHEs necesario llevar información del terminal a B para facilitar la adaptación del enlace y las retransmisiones de capa física.-HARQ feedback-Channel quality information (CQI)-SF: 256-3 Slots en 2ms.

- HARQ:

ACK: secuencia de 1s

NACK: secuencia de 0s

- CQI: no solo relación señal a interferenciaexperimentada por el usuario, función delmultitrayecto del ambiente, tipo del receptorterminal, relación de interferencia de la BScomparada con otras y la potencia esperada de laBS.

High-speed dedicated physical

control channel HS DPCCH

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Adaptación de enlace: de acuerdo a CQI. MAC- BTS decide cada 2ms el esquema de modulación y codificación a emplear.

Adaptación de enlace HS DSCH

Adaptación de enlace HS DSCH

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Funcionamiento de la capa física

de HSDPA

- El scheduler de B evalua cada 2ms los usuarios con datos en el buffer.

- Cuando se asigna un TTI, B identifica los parámetros HS DSCH, No de códigos, factibilidad de 16 QAM y capacidades del terminal.

- B transmite HS DCCH dos slots antes de HS DSCH

- El terminal monitorea los HS DCCH asignados por la red, cuando decodifica la parte1, empieza a almacenar en el buffer los datos de HS DSCH e intenta decodificar la parte 2.

- Cuando decodifica la parte 2, determina el proceso de ARQ.

- Una vez decodificados los datos el terminal envia a travez del enlace de subida el ACK/NACK.

- Si la red continua enviando datos al terminal, se mantiene el HS DCCH.

Funcionamiento de la capa física

de HSDPA

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5.5 Capacidades de los terminales

HSDPA


HSDPA

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HSDPA

Handover: cambio de un canal físico durante laejecución de una llamada

Hard: el móvil se mueve de un canal a otro, siendoatendido por la misma estación base.

Soft: el móvil atravieza la zona de dos estacionesbase mientras se mueve entre las celdas .

5.6 Movilidad con HSDPA

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Falta de soft Handover, solo hay una celda HSDSCH.

UTRAN determina la celda de servicio HS DSCH.

Se incluye una nueva medida para informar aUTRAN cual es la mejor celda de servicio.

Dos métodos para implementar movilidad:

- Conmutar de HS DSCH a canales DCH.

- Cambiar directamente de celdas HS DSCH a HSDSCH.


Medida para determinar la mejor celdaHS DSCH:

El RNC determina las celdas que conforman el“active set” del usuario para la transmisión de loscanales.

Esta medida reporta la mejor celda de servicio HSDSCH al RNC basado en una medida del P CPICH,Ec / Io o la potencia de código de la señalrecibida, de las celdas candidatas potenciales paraser la celda de servicio.


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Handover intra Nodo B HS DSCH a HS DSCH


Handover intra Nodo B HS DSCH a HS DSCH

RNC envia un mensaje de reconfiguración al nodo B y unmensaje de reconfiguración de canal físico al UE .

Cuando se realiza el handover:

-La celda fuente deja de transmitir al usuario.

-El scheduler de paquetes de la celda objetivo permite elcontrol de la transmisión al UE.

- El UE empieza a escuchar el SH SCCH de la celdaobjetivo.

- Si el nodo B tenia paquetes pendientes, le son enviados ala celda objetivo para los procesos de HARQ.


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Handover inter Nodo B HS DSCH a HS DSCH


Handover inter Nodo B HS DSCH a HS DSCH

RNC envía un mensaje de reconfiguración al nodo B quecontrola la celda objetivo y un mensaje de reconfiguraciónde canal físico al UE.


-Todas las Unidades de datos del protocolo (PDUs) para elusuario se borran.

-Las PDUs se deben recuperar mediante retransmisionesde capas superiores: a nivel de control de enlace de radio(RLC) .

- UDP no requiere retransmisiones.


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Handover HS DSCH a HS DCH

Necesario para usuarios que se mueven de una celda HSDPA a una Rel 99.


Handover HS DSCH a DCH

RNC envía un mensaje de reconfiguración al nodoB que controla la celda objetivo y un mensaje dereconfiguración de canal físico al UE.


-Todas las PDUs para el usuario se borran.

- Las PDUs se deben recuperar medianteretransmisiones de capas superiores: RLC.

- También se permiten handover de DCH a HSDSCH.


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Factores que gobiernan el desempeño

- Condiciones del canal: ambiente de la celda, velocidaddel terminal, relación interferencia de la celda.

- Desempeño del terminal: sensitividad, nivel decapacidad HSDPA, velocidades soportadas ymulticódigos.

- Naturaleza y precisión gestión del recurso radio:precisión de la asignación de potencias y códigos que seasignan a los UE.

5.7 Desempeño HSDPA

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• La eficiencia espectral mejora con SIR variable,introduciendo códigos más eficientes y HARQ. Cerca deB se alcanzan los valores pico de velocidad

• La eficiencia en codificación se logra transmitiendo másbits por simbolo y más datos por código de canalización.

• En la realidad la velocidad de transmisión de datos estálimitada por el overhead del paquete y las limitacionesprácticas del receptor.

• Maxima velocidad pico: 11- 12Mbps


• Factor clave para medida del desempeño: relación señal a interferencia y ruido (SINR) experimentada por el detector del UE (Es/No)

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Terminales categoría 12, 6 – 500m, ambiente urbano.

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5.7 Desempeño: Red de 3.8 Mbps

Rysavy

5.7 Desempeño: Red de 3.6 Mbps

Ericsson

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5.7 Desempeño: Eficiencia

espectral

5.8 Evolución: En Colombia

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5.8 Evolución: En Colombia

• La operadora de telefonía móvil COMCEL promocionóy dió inicio al uso de esta tecnología en el 2008,ofreciendo el servicio tanto para los teléfonos celularescomo para computadores por medio de módem USB(Alcatel XO3O, Huawei 220..)

• El 28 de Octubre de 2008 el operador de telefoníamóvil Tigo despliega su red 3.5G en 6 ciudadesprincipales y 8 ciudades intermedias, ofreciendoservicios de Video Llamada, Internet Móvil de altavelocidad y TV Móvil.

5.8 Evolución: … En Colombia

• A partir del 1 de Diciembre Movistar incorporala red 3.5G.

• A finales del año 2008 EDATEL lanza su serviciode "Banda Ancha inalámbrico" por HSDPA /UMTS en el territorio donde tiene cobertura(Departamento de Antioquia, llegando a esoslugares de difícil acceso por los mediostradicionales).

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5.8 Tendencias HSDPA

Están programadas varias optimizaciones paraHSDPA que incrementaran las capacidades deUMTS/HSDPA:

Enlace ascendente optimizado (HSUPA).

Receptores avanzados

Sistemas MIMO.

5.8 Tendencias

Release 6: Soporte multimedia mejoradomediante servicios multicast – Broadcastmultimedia, mejora del enlace de subida, mejoracobertura, incrementa throughput y reduce elretardo, opción de integración WLAN, capacidadinicial VoIP.

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5.8 Tendencias

Release 7: Mejoras de GSM con EDGE evolved,

HSPA + Evolución de HSPA, mayor orden demodulación y MIMO, mejoras en la velocidad,capacidad, resistencia a la interferencia.

Release 8: (En desarrollo) uso simultáneo de64QAM y MIMO, OFDM.

Release 9: HSPA y LTE

Release 10: LTE advanced

5.8 Tendencias

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5.8 Tendencias

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5.8 Tendencias

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5.8 Tendencias: HSUPA empezó en

el 2008

HSUPA clave para mejorar servicios de web upload, email

HSUPA ya en 25 redes y siendo desplegado en muchas mas

HSUPA actualmente solo en modems

Primeros telefonos HSUPA se esperan en el segundo trimestre del 2008

Redes HSUPA

Enero 2008

Referencias

• Mobility Management and Capacity Analysis for

High Speed Downlink Packet Access in WCDMA.

• Concepts of High Speed Downlink Packet Access: Bringing Increased Throughput and Efficiency to W-CDMA.

• EDGE, HSPA, LTE – Broadband Innovation.

• 3G Evolution Towards High Speed Downlink Packet Access.

• HSPA Evolution – Boosting the performance of mobile broadband access.

• HSDPA performance and evolution.

• Basic Concepts of HSPA

• HSDPA/ HSUPA for UMTS

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Preguntas??

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