HSPA

1HIGH SPEED PACKET ACCESSTema de actualidadEn el marco de la asignatura: parte de Infraestructura2233HSPA es una tecnologa de acceso inalmbrica pensada para aumentar la capacidad de conectividad a Internet desde terminales mviles 3G.Generalidades y conceptosConjunto de protocolos de telefona mvil que extienden y mejoran el rendimiento de los protocolos UMTS3rd Generation Partnership Project (3GPP) es un acuerdo de colaboracin en tecnologa de telefona mvil, que fue establecido en diciembre de 1998. Esta cooperacin es entre ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japn), CCSA (China), ATIS (Amrica del Norte) y TTA (Corea del Sur).3G se ha visto especialmente impulsados por Japon y Corea donde el 3G est mucho + extendido

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11 Mbps28 42 Mbps14.4 Mbps Telstra (Australia)5.76 Mbps Sk Telecom (Corea del Sur) Capacidades Latencia25 ms ~ 60 msEl odo humano es capaz de detectar latencias entre 200 y 250 msVoIP: 150 msTericos: HSPA ms desarrolladoVelocidades tericas: encima de las flechas() velocidades ofrecidas por operadores actualmenteLatencia: tiempo desde que se enva el paquete hasta que se recibe ese paquete Parmetro critico para aplicaciones en tiempo realLatencia terica: 25 ms Sin embargo, se han medido 60 ms en el mejor de los casos. Lo usual es entre 70 y 100.Suficiente para aplicaciones en tiempo real : VoIP la ms conocida, pero tambin sirve para la televisin digital u otras aplicaciones.45Tabla comparativa de tecnologas5TecnologaVelocidad BajadaVelocidad SubidaGPRS60 kbps40 kbpsEDGE177.6 kbps118.4 kbpsUMTS384 kbps384 kbpsHSDPA14.4 Mbps384 kbpsHSUPA14.4 Mbps5.76 MbpsHSPA+42 Mbps11 MbpsLTE100 Mbps50 MbpsComparacin -> distintos rdenes de magnitud56HSDPAFast hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)El equipo de usuario puede rpidamente realizar una peticin de retransmisin de datos perdidos y combinar la informacin de las transmisiones originales con las transmisiones posteriores, antes de intentar decodificar el mensaje. Este enfoque, llamado soft-combining, mejora el rendimiento y proporciona robustez al sistema. Se enva un NACK cuando los datos no se reciben correctamente y se enva un ACK cuando los datos se reciben correctamente. Antes el RNC se encargada de las retransmisiones pero con HSDPA se encarga el nodo B.Esta tcnica (HARQ) es empleada para corregir errores en la transmisin de los paquetes entre el nodo B y el dispositivo de usuario. El dispositivo solicita una retransmisin de algn paquete que tenga errores mientras almacena todos los viejos paquetes errneos. El dispositivo luego recombina de forma suave todos los paquetes para recuperar el mensaje correcto. Esto se conoce como soft combining. Como almacena todos los paquetes con errores y los utiliza para corregir la transmisin, se alcanza un mtodo ms fiable/eficiente.Que sea el nodo B el encargado de las retransmisiones reduce la latencia y evita sobrecargar la red innecesariamente, especialmente reduce la carga de sealizacin entre el NodoB y la RNC.H-ARQ es un paso ms all del tradicional ARQ, en el cual los mensajes errneos son rechazados por el receptor y una peticin de retransmisin es enviada. El mtodo tradicional asume que, despus de un nmero de intento de retransmisiones, un mensaje correcto ser finalmente recibido. H-ARQ, por el contrario, hace uso de todas las transmisiones recibidas para reconstruir el mensaje original.

7Modulacin de alto orden adaptativaWCDMA 3GPP utiliza una modulacin QPSK para la transmisin de bajada. Adems de QPSK, HSDPA puede tambin utilizar 16QAM para proporcionar tasas de datos ms altas.

QPSK 16QAM

Diagramas de Constelacin

Caractersticas y Capacidades TcnicasHSDPA

El software contenido en el nodo B (estacin base) analiza a cada usuario que se encuentra en la celda para ver la calidad de la seal y utilizando esta informacin y la capacidad de la celda al mismo tiempo, determina que esquema de modulacin utiliza para comunicarse con los dispositivos. As, para una buena calidad de la seal y una celda cargada ligeramente, el nodo B asignar modulacin 16QAM permitiendo tasas de picos de hasta 3,6Mb/s y deja QPSK, con tasas de datos asociadas ms bajas, para cuando las condiciones sean menos favorables.16QAM tiene el doble de capacidad de tasa de pico que QPSK, por eso es ms eficiente en el uso del AB. Sin embargo, requiere condiciones del canal radio mejores que QPSK, ya que es ms sensible al ruido debido a que QPSK utiliza 2 bits por smbolo y 16QAM 4 bits por smbolo.8HSDPA9HSDPAAdaptacin rpida del enlace

La tasa de datos es ajustada segn las condiciones radioEn esta figura podemos ver como tanto la tasa de datos como el esquema de modulacin puede variar segn las condiciones del canal radio.A peores condiciones disminuye la tasa de datos y se utiliza la modulacin QPSK, que es menos sensible, y en mejores condiciones, la tasa de datos aumenta y se utiliza 16QAM que consigue una mayor eficiencia en la transmisin.

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HSDPAEl fast scheduling se encarga de decidir, segn las condiciones de radio ms favorables, hacia que usuario se debe transmitir. EL scheduling es controlado cada TTI por el Nodo b con el protocolo de acceso al medio MAC-hs, nuevo protocolo incorporado para HSDPA.En la figura se puede ver un Nodo B transmitiendo a 2 terminales mviles. Como se ve en la grfica segn va transcurriendo el tiempo, cada TTI, el nodo B decide hacia que usuario transmite datos, segn como se encuentre el canal hasta ellos.As se garantiza que siempre se transmite una tasa de datos altos y ms o menos constante.

11HSDPAFast hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)

Peticin rpida del equipo de usuario de retransmisin de datos perdidos o errneos12HSUPA

Introducido en WCDMA 3GPP, el enlace de subida aade un nuevo canal de transporte a WCDMA, Enhanced Dedicated Channel (E-DCH).

Las transmisiones Enhanced Uplink proporcionan nuevas caractersticas. Como con HSDPA, introducir estas nuevas caractersticas tiene un mnimo impacto sobre el interface de radio existente.

Se aade, al igual que con HSDPA, un nuevo canal de transporte, E-DCH.De esta forma el Uplink mejora el rendimiento en la subida con una latencia reducida, las tasas de datos son mayores y se incrementa la capacidad del sistema, haciendo de l un complemento natural de HSDPA para las aplicaciones de paquetes de datos de alto rendimiento.Las tasas altas de bits de subida son deseadas desde ambas perspectivas, tanto desde el punto de vista del sistema como de la experiencia del usuario final. Es tambin muy importante que una tasa de datos relativamente alta sea posible soportarla desde donde quiera que est el usuario es decir, la cobertura de una tasa de datos debe ser tan alta como sea posible. Como con HSDPA, Enhanced Uplink puede utilizar la misma frecuencia portadora que tiene un mnimo impacto sobre los interfaces y la arquitectura de red ya existente.

HSUPA

Para conseguir estas metas, Enhanced Uplink soporta diversas caractersticas:Transmisin multi-cdigoTTI (Short Transmission Time Interval)HARQ (Fast hybrid Automatic Repeat reQuest)Rpido scheduling

Aunque estas tcnicas utilizadas en HSUPA son muy parecidas a las aplicadas en HSDPA, existen algunas diferencias fundamentales entre el enlace de subida y de bajada que vamos a ver a continuacin.Nodo B

En estas dos fotos podemos ver 2 nodos B de HSPA ya implantados.El Nodo B es una estacin radio que da cobertura a los telfonos mviles. En general es sectorial, con lo que una estacin cubre tres clulas. Las funciones que realiza estn relacionadas con el nivel fsico (codificacin de canal, modulacin, spreading (expansin)) y otras como el control de potencia o la ejecucin del softer handover (en el HSUPA). Equivale a la BTS (Base Transceiver Station (Estacin Base)) de GSM.

En la topologa de red de HSPA, el RNC encamina los paquetes de datos destinados para un UE particular al Nodo-B apropiado. El Nodo-B toma los paquetes de datos y programa su transmisin al terminal mvil emparejando la prioridad del usuario y el ambiente de funcionamiento estimado del canal con un esquema apropiadamente elegido de codificacin y de modulacin.El UE es responsable de reconocer la llegada de los paquetes de datos y de proporcionar al Nodo-B informacin sobre el canal, control de energa, etc. Una vez que enve el paquete de datos al UE, el Nodo-B espera un asentimiento. Si no recibe uno dentro de un tiempo prescrito, asume que el paquete de datos fue perdido y lo retransmite.La base que procesa el chasis (CPC) es la piedra angular del Nodo-B. Contiene el transmisor-receptor de RF, el combinador, la tarjeta del interfaz de red y el control del sistema, la tarjeta de timming, la tarjeta del canal y la placa base. De estos elementos de CPC, solamente la tarjeta del canal necesita ser modificada para apoyar HSDPA. La tarjeta tpica del canal de UMTS abarca un procesador de uso general que maneja las tareas de control. En cambio para soportar HSDPA, se deben realizar dos cambios a la tarjeta del canal. Primero, la capacidad de chip del enlace descendente (downlink chip-rate ASIC, o ASSP) se debe modificar para apoyar los nuevos esquemas de la modulacin 16QAM y los nuevos formatos de la ranura del enlace descendente asociados a HSDPA.El siguiente cambio requiere una nueva seccin de proceso, llamada el MAC-hs, que se debe agregar a la tarjeta del canal para apoyar el procesado, el buffer, la transmisin y la retransmisin de los bloques de datos que se reciben del RNC. ste es el cambio ms significativo a la tarjeta del canal porque requiere la introduccin de una entidad de procesador programable junto con un buffer para retransmitir.Finalmente, hay que aadir en la RNC un bloque denominado Mac-d, que establece la comunicacin con el Nodo-B.

Caractersticas y Capacidades TcnicasAqu podemos ver los tres elementos implicados en la gestin de la transmisin de los datos. En primer lugar vemos dos interfaces: Uu interfaz radio entre el equipo de usuario y el Nodo B, y el interfaz Iub entre el RNC y el nodo B.A continuacin vemos las tres capas implicadas en la transmisin y las principales diferencias entre HSPA y R99 que se producen en ellas: el RLC (control del enlace radio) en el Release 99 era esta capa la encargada de realizar las retransmisiones en modo reconocimiento entre la RNC y el UE, en HSPA es la capa fsica la que se encarga de ello con HARQ. Finalmente comentar que el nodo B tambin es el encargado de realizar el scheduling controlado por la capa MAC, como ya he dicho antes, a diferencia de nuevo con el R99, en el que la RNC era la encargada de hacerlo.1616Utilidades -> lo que importa al usuario final Los operadores han enfocado el servicio como un acceso mvil a Internet de banda ancha para ordenadores porttiles.Un ordenador sin Internet tiene un valor limitado.Vodafone, ahora que ya tiene una red HSDPA con cobertura del 100 % dentro de su red 3G, ha anunciado esta maana que lanza un nuevo mdem USB para todo tipo de ordenadores.El nuevo mdem USB HSPA (High Speed Packet Access) de Vodafone permite aprovechar la cobertura HSDPA y la HSUPA, permitindonos acceder desde cualquier tipo de ordenador a Internet a velocidades de 1.4 Mbps en subida de datos y hasta 3.6 Mbps en descargaSe est trabajando en distintos dispositivosMs de 400 disp. Con HSPA integradosActualmente es una opcin muy cara->ej. Vodafone: tarifa plana 32 ->1G/mes max

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Rojo->pases con al menos un operador que ha desplegado la tecnologaNaranja->prximamente algn operador desplegar la red17181876 pases174 redes comerciales220 operadores comprometidos con HSPA100 operadores ofrecen HSDPA con una capacidad de 3.6 Mbps o ms35 operadores ofrecen HSUPAMs de 400 dispositivos40 millones de usuarios a finales de 2008

Fuente: http://hspa.gsmworld.com/barcelona/files/02_GSMA.pdf

Implantacin mundial ms detalladamente181919

Expectativas:Finales 2008 40 millones usuariosFinales 2012 700 millones usuarios

Fuente: http://hspa.gsmworld.com/barcelona/files/02_GSMA.pdfHIGH SPEED PACKET ACCESSImplantacin192020 LTE: (Long Term Evolution) Release 8 DL: 100 Mbps UL: 50 Mbps Latencia:10 ms OFDM Siguiente paso de HSPA-> LTELTE: Todo esto lo consigue con el uso de la tcnica OFDM, que parece ser la tcnica que se va imponer en las transmisiones radioPero viendo que el 3G an se est implantando, no queda duda que todava falta tiempo para que veamos un red LTE lista para funcionar.En los prximos aos->vamos a utilizar HSPA202121Parece que WiMax la tiene difcil para instalarse como opcin de conectividad mvil. Arrastrada por las promesas de los dispositivos 3G y los mdems para notebooks, lo nico que falta para que la tecnologa HSPA (la evolucin de GSM) termine de despegar es la adaptacin de las redes celulares.Mientras tanto, WiMax lucha contra lo que la firma de anlisis Maravedis define como la falta de un ecosistema de dispositivos y su costo alto, pese a que son cada vez mas los aparatos que lo traen embebidos.Las proyecciones no son alentadoras: Un estudio fresquito de Analysys Mason proyecta que para fin de ao HSPA estar disponible para el 88 % de los usuarios inalmbricos (No ser mucho?) en los pases desarrollados y que para 2015 el 54% de las redes inalmbricas estar basada en alguna de las tecnologas inalmbricas.212222