L’evoluzione di UMTS: HSDPA
Luca D’Antonio
Roma, 7/12/2006
0
Cos’è HSDPA?
HSDPA : High Speed Downlink Packet Access
Evoluzione dell’UMTS di Release 99
•
Analogo a EDGE per il GSM
•
Finalizzato alla fruizione ottimale di servizi dati a pacchetto (PS)
asimmetrici, sbilanciati in downlink (DL: rete → terminale)
•
Ottimizzato per la gestione di flussi intermittenti (a “burst”) con elevata
velocità di picco
•
In grado di ridurre significativamente i tempi di latenza (funzionalità
trasferite dall’RNC al Nodo B)
1
Posizionamento Tecnologico di HSDPA / 1
10 Mbit/s
WLAN (802.11b)
1 Mbit/s
HSDPA
(UMTS
Relea
se 5)
UMTS Rel
ease
99
EDGE
100 kbit/s
GPRS
Velocità di
Trasmissione
Raggio di
Cella
100 m
1000 m
10 km
2
Posizionamento Tecnologico di HSDPA / 2
Peak Network
Downlink Speed
Average User
Throughputs
(File Downloads)
GPRS
115 kbps
30 - 40 kbps
EDGE
473 kbps
100 - 130 kbps
UMTS - WCDMA
2Mbps
220 - 320 kbps
(in case of 384 kbps
service)
UMTS - HSDPA
3,6 Mbps
(14.4 Mbps mid 2007)
1,5 - 2 Mbps
(5-6 Mbps mid 2007)
3
La corsa dei bit:
HSDPA vs UMTS & EDGE
HSDPA-Demo_ow.exe
4
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 1
Utilizzo nuovo canale condiviso in Downlink: HS-DSCH
(High Speed-Downlink Shared Channel)
User A
User A
D
CH
D
-A
CH
D
-B
CH
-C
User B
C
B , ,C
,
A ,B
g
n
li ng A
u
ed duli
h
S c ch e
S
User B
User C
NodeB R99
Canale dedicato (DCH)
per ogni connessione
User C
NodeB con HSDPA
Canale condiviso (HS-DSCH)
tra più connessioni
5
DCH - Utente 4
Canali dedicati: allocazione
orizzontale, utenti multiplati
solo su base codice
HS-DSCH
Utente 1 Utente 2
Tempo
•
•
•
DCH - Utente 5
HS-DSCH 2 HS-DSCH 2
Utente1 Utente 3
DCH - Utente 3
HS-DSCH
Codici
Codici
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 2
Canali condivisi: allocazione
verticale, utenti multiplati
su base codice e temporale
HS-DSCH 1 HS-DSCH 1
Utente1 Utente 2
Tempo
Il canale HS-DSCH permette di “multiplare temporalmente” utenti
su base temporale molto breve (Transmission Time Interval –
TTI= 2 ms cfr. 20 ms del GPRS/EDGE, 10 ms di UMTS R99)
E’ inoltre possibile “multiplare su base codice” gli utenti (max 15
codici di canalizzazione cfr. multislot transmission GPRS/EDGE)
Canali DCH e HS-DSCH possono naturalmente coesistere nella
stessa cella
6
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 3
Esempio multiplazione tempo/codici
Codici
Ortogonali
HS-DSCH
HS-DSCH TTI (fixed)
2 msec
code#1
5
code#1
4
code#1
3
code#1
2
code#1
1
code#1
0
code#0
9
code#0
8
code#0
7
code#0
6
code#0
5
code#0
4
code#0
3
code#0
2
code#0
1
Packet Data for User1
Packet Data for User2
Packet Data for User3
Packet Data for User4
t1
10 msec
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
Time
Min R’99 TTI
7
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 4
Utilizzo di Modulazione e Codifica adattative – AMC (Adaptive Modulation
and Coding)
1001
1010
1000
00
QPSK
(2bit/simbolo)
11
1011
0.9847
10
Qualità radio alta ⇑
0.3162
Qualità radio bassa ⇓
Modulation
Modulation
16QAM
(4bit/simbolo)
01
R=1/6
(High Error Correlation)
480Kbps
(1code)
Coding
Coding rate
rate
Throughput
Throughput
0001
0011
0000
0010
0.3162
0.9847
1110
1100
0100
0110
1111
1101
0101
0111
R=8/9
(Low Error Correlation)
14.4Mbps
(15codes)
Regione Basso Bit Rate
Regione Alto Bit Rate
Node B
8
Fast Scheduling e CQI - Il Principio del CQI
C
de QI:
l c bu
an on
al a
e qu
al
ità
CQ
Nodo B
I:
sc
ar
sa
qu
ali
tà
de
l
ca
na
le
Mobile 2
Mobile 1
Decisione su
scheduling e AMC*
Il Channel Quality Indicator (CQI) è una metrica calcolata dal terminale ogni 2 ms in
base al canale pilota, e indica il formato di trasmissione (potenza, modulazione,
schema di codifica) che il mobile stima di poter ricevere nel TTI successivo con Block
Error Rate (BLER) non superiore al 10%.
* Adaptive Modulation & Coding
9
Esempio: CQI e Formati di Trasmissione
•
•
Il CQI è una parola di 5 bit di informazione (32 valori)
La corrispondenza tra i 32 valori di CQI e i formati è diversa per ogni classe di
mobili; segue l’esempio per UE di classe 10.
CQI
Modulazione
Dimensione del
Transport Block [bit]
Coding Rate
Numero di
Codici
4
QPSK
317
1/3
1
6
9
QPSK
QPSK
461
931
1/2
1/2
1
2
11
13
15
QPSK
QPSK
QPSK
1483
2279
3319
1/2
1/2
4
5
5
16
16-QAM
3565
18
25
16-QAM
16-QAM
4664
∼0,4
1/2
3/4
5
10
30
16-QAM
∼0,9
15
(0 ÷ 31)
14411
25558
∼0,7
5
i.
10
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 5
Utilizzo tecniche di ritrasmissione ibride: H-ARQ (Hybrid – Automatic Repeat
Request)
•
A differenza delle tecniche ARQ di R99, i blocchi radio corrotti ricevuti dal
mobile non sono scartati, ma ricombinati nel ricevitore del terminale con
le ritrasmissioni successive per massimizzare la capacità di decodifica
•
Le trasmissioni possono essere autonomamente decodificabili o
contenere solo i bit di ridondanza precedentemente punturati (principio
della ridondanza incrementale)
•
L’H-ARQ è “chiuso” tra Node B e terminale (non tra RNC e terminale, come
per i DCH R99) e diminuisce sia i tempi di latenza, sia il numero di
ritrasmissioni necessarie a fronte di un blocco corrotto
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Hybrid ARQ e Ridondanza Incrementale
Terminale Mobile
Blocco radio
Codificatore Rate 1/3
Blocco codificato (Rate 1/3)
Punturazione
1a Trasmissione (Self Decodable)
NACK
Decodifica fallita
X
Ritrasmissione
(Non-self Decodable)
ACK
Nodo B
X
Combinazione e
decodifica OK
12
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 6
Classi di terminali HSDPA
Le classi dei terminali sono
definiti in base a:
Il numero di codici che possono
essere elaborati per ogni TTI
Il massimo bit rate sostenuto,
calcolato su una intera trama
L’intervallo minimo che deve
trascorrere tra la ricezione di due
TTI successivi, espresso in TTI
Le modulazioni gestite (solo
QPSK, o QPSK e 16-QAM)
La dimensione delle memorie per
l’HARQ, che può distinguere due
classi a parità degli altri valori: la
classe meno potente non gestisce
la Incremental Redundancy al
massimo bit rate.
Classe Modulazioni
Intervallo
Numero Max di
minimo inter-TTI Codici
[TTI]
3
5
3
5
2
5
1
2
3
QPSK e 16-QAM
QPSK e 16-QAM
QPSK e 16-QAM
4
5
6
QPSK e 16-QAM
QPSK e 16-QAM
QPSK e 16-QAM
2
1
1
7
8
9
QPSK e 16-QAM
QPSK e 16-QAM
10
11
12
Bit Rate Max
[Mbit/s]
Supporto di IR
al max Bit Rate
1,2
1,2
1,8
No
Si
No
5
5
5
1,8
3,6
3,6
Sì
No
Si
1
1
10
10
7,2
7,2
No
Sì
QPSK e 16-QAM
QPSK e 16-QAM
Solo QPSK
1
1
2
15
15
5
10,1
14
0,9
Sì
No
No
Solo QPSK
1
5
1,8
No
13
Classi di Terminali
QPSK Only
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
Inter-TTI Interval [TTI]
Bit Rate [Mbit/s]
Number of Codes
5
6
UE Class
7
8
9
10
11
12
14
Principali contenuti innovativi di HSDPA / 7
HSDPA TX power management
DL TX Power
Total Cell TX Power
HSDPA available
Power
DCH
Dedicated Channel
Power
CCH
Common Channel
Power
Time
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Introduzione in rete
L’attivazione dell’HSDPA sulla stessa portante utilizzata per servizi di
Release 99 è possibile; nelle implementazioni dei 3 fornitori di rete TIM,
HSDPA utilizza la potenza residua, inutilizzata dai canali comuni e da quelli
dedicati di Release 99
L’inserimento in rete della prestazione HSDPA richiede:
il caricamento sui nodi di rete delle opportune release SW
l’adeguamento delle Channel Card dei Nodi B (risorse di banda base)
incremento di capacità sull’interfaccia Iub (Nodo B ↔ RNC)
Tutte le necessarie predisposizioni lato Core Network (CN) e sistemi di
gestione (OSS)
Non richiede, invece:
Inserimento di nuovi cabinet, passaggio di nuovi cavi, modifiche al
sistema d’antenna, incremento della potenza di trasmissione...
16