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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

5

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

15

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