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L’evoluzione di UMTS: HSDPA
Luca D’Antonio
Roma, 7/12/2006
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Cos’è HSDPA?
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)
HSDPA : High Speed Downlink Packet Access
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Posizionamento Tecnologico di HSDPA / 1
100 m 1000 m 10 km
100 kbit/s
1 Mbit/s
10 Mbit/s
UMTS Release 99
HSDPA (UMTS Release 5)
WLAN (802.11b)
EDGE
GPRS
Velocità di Trasmissione
Raggio di Cella
3
1,5 - 2 Mbps
(5-6 Mbps mid 2007)
3,6 Mbps
(14.4 Mbps mid 2007)UMTS - HSDPA
220 - 320 kbps
(in case of 384 kbps
service)
2MbpsUMTS - WCDMA
100 - 130 kbps 473 kbps EDGE
30 - 40 kbps 115 kbps GPRS
Average User Throughputs(File Downloads)
Peak Network Downlink Speed
Posizionamento Tecnologico di HSDPA / 2
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La corsa dei bit:HSDPA vs UMTS & EDGE
HSDPA-Demo_ow.exe
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Principali contenuti innovativi di HSDPA / 1
User A
User B
User C NodeB R99
DCH -A
DCH -B
DCH -C
Canale dedicato (DCH)per ogni connessione
NodeB con HSDPA
Schedulin
g A,B
,C
User C
User B
User A
Schedulin
g A,B
,C
Canale condiviso (HS-DSCH)tra più connessioni
Utilizzo nuovo canale condiviso in Downlink: HS-DSCH
(High Speed-Downlink Shared Channel)
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Principali contenuti innovativi di HSDPA / 2
• 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
HS-DSCH
Utente 1HS-DSCH
Utente 2HS-DSCH 1
Utente1
Tempo
Codic
i
Tempo
DCH - Utente 3
DCH - Utente 4
HS-DSCH 1
Utente 2
HS-DSCH 2
Utente1HS-DSCH 2
Utente 3
DCH - Utente 5
Codic
iCanali dedicati: allocazioneorizzontale, utenti multiplati
solo su base codice
Canali condivisi: allocazioneverticale, utenti multiplatisu base codice e temporale
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Principali contenuti innovativi di HSDPA / 3
Min R’99 TTI
Time
HS-DSCH
code#01
code#02
code#03
code#04
code#05
2 msec
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9
Packet Data for User1
CodiciOrtogonali
HS-DSCH TTI (fixed)
10 msec
code#06
code#07
code#08
code#09
code#10
code#11
code#12
code#13
code#14
code#15
Packet Data for User2
Packet Data for User3
Packet Data for User4
Esempio multiplazione tempo/codici
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Principali contenuti innovativi di HSDPA / 4
Utilizzo di Modulazione e Codifica adattative – AMC (Adaptive Modulation
and Coding)
1011 1001 0001 0011
1010 1000 0000 0010
1110 1100 0100 0110
1111 1101 0101 0111
0.3162 0.9847
0.3
16
20.9
84
7
00
01
10
11
R=1/6(High Error Correlation)
R=8/9(Low Error Correlation)
480Kbps
(1code)14.4Mbps
(15codes)
QPSK
(2bit/simbolo)
16QAM
(4bit/simbolo)Modulation Modulation
Coding rateCoding rate
ThroughputThroughput
Node B
Regione Alto Bit Rate
QualitQualitàà radio radio bassabassa ⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓ QualitQualitàà radio radio altaalta ⇑⇑⇑⇑⇑⇑⇑⇑
Regione Basso Bit Rate
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Fast Scheduling e CQI - Il Principio del CQI
Nodo B
Mobile 1
Mobile 2
CQI:
buon
a qu
alità
del c
anal
e
CQI: scarsa qualitàdel canale
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
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Esempio: CQI e Formati di Trasmissione
CQI
(0 ÷÷÷÷ 31)
Modulazione Dimensione del Transport Block [bit]
Coding Rate Numero di Codici
4 QPSK 317 1/3 1
6 QPSK 461 1/2 1
9 QPSK 931 1/2 2
11 QPSK 1483 1/2 4
13 QPSK 2279 1/2 5
15 QPSK 3319 ∼0,7 5
16 16-QAM 3565 ∼0,4 5
18 16-QAM 4664 1/2 5
25 16-QAM 14411 3/4 10
30 16-QAM 25558 ∼0,9 15
i.
• 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.
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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
Blocco radio
Blocco codificato (Rate 1/3)
1a Trasmissione (Self Decodable)
Ritrasmissione(Non-self Decodable)
Codificatore Rate 1/3
Punturazione
Nodo B
Terminale Mobile
Decodifica fallita
NACK
Combinazione e decodifica OK
ACK
X
X
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Classe Modulazioni Intervallo minimo inter-TTI [TTI]
Numero Max di Codici
Bit Rate Max [Mbit/s]
Supporto di IR al max Bit Rate
1 QPSK e 16-QAM 3 5 1,2 No
2 QPSK e 16-QAM 3 5 1,2 Si
3 QPSK e 16-QAM 2 5 1,8 No
4 QPSK e 16-QAM 2 5 1,8 Sì
5 QPSK e 16-QAM 1 5 3,6 No
6 QPSK e 16-QAM 1 5 3,6 Si
7 QPSK e 16-QAM 1 10 7,2 No
8 QPSK e 16-QAM 1 10 7,2 Sì
9 QPSK e 16-QAM 1 15 10,1 Sì
10 QPSK e 16-QAM 1 15 14 No
11 Solo QPSK 2 5 0,9 No
12 Solo QPSK 1 5 1,8 No
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.
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Classi di Terminali
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
012
34
56
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Inter-TTI Interval [TTI]
Bit Rate [Mbit/s]
Number of Codes
UE Class
QPSK Only
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Principali contenuti innovativi di HSDPA / 7
HSDPA TX power management
Time
DL TX Power
Total Cell TX Power
Common Channel
Power
Dedicated Channel
PowerDCH
CCH
HSDPA available
Power
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� 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...
Introduzione in rete