L evoluzione di UMTS: HSDPA

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1 L evoluzione di UMTS: HSDPA Luca D Antonio Roma, 7/12/2006 0

2 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

3 Posizionamento Tecnologico di HSDPA / 1 10 Mbit/s WLAN (802.11b) HSDPA (UMTS Release 5) 1 Mbit/s UMTS Release kbit/s Velocità di Trasmissione Raggio di Cella EDGE GPRS 100 m 1000 m 10 km 2

4 Posizionamento Tecnologico di HSDPA / 2 Peak Network Downlink Speed Average User Throughputs (File Downloads) GPRS 115 kbps kbps EDGE 473 kbps kbps UMTS - WCDMA 2Mbps 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

5 La corsa dei bit: HSDPA vs UMTS & EDGE HSDPA-Demo_ow.exe 4

6 Principali contenuti innovativi di HSDPA / 1 Utilizzo nuovo canale condiviso in Downlink: HS-DSCH (High Speed-Downlink Shared Channel) User A DCH -A DCH -B DCH -C User A Scheduling A,B,C Scheduling A,B,C User B User B User C NodeB R99 User C NodeB con HSDPA Canale dedicato (DCH) per ogni connessione Canale condiviso (HS-DSCH) tra più connessioni 5

7 Principali contenuti innovativi di HSDPA / 2 Codici DCH - Utente 4 DCH - Utente 3 Canali dedicati: allocazione orizzontale, utenti multiplati solo su base codice Codici DCH - Utente 5 HS-DSCH 2 Utente1 HS-DSCH 2 Utente 3 HS-DSCH Utente 1 HS-DSCH Utente 2 Tempo Canali condivisi: allocazione verticale, utenti multiplati su base codice e temporale HS-DSCH 1 Utente1 HS-DSCH 1 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

8 Principali contenuti innovativi di HSDPA / 3 Esempio multiplazione tempo/codici Codici Ortogonali HS-DSCH TTI (fixed) 2 msec HS-DSCH code#1 5 code#1 4 code#1 3 code#1 2 code#1 1 code# Packet Data for User1 Packet Data for User2 Packet Data for User3 Packet Data for User4 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 Time 10 msec Min R 99 TTI 7

9 Principali contenuti innovativi di HSDPA / 4 Utilizzo di Modulazione e Codifica adattative AMC (Adaptive Modulation and Coding) 10 Qualità radio bassa 00 QPSK (2bit/simbolo) Modulation Qualità radio alta 16QAM (4bit/simbolo) R=1/6 (High Error Correlation) Coding rate R=8/9 (Low Error Correlation) 480Kbps (1code) Throughput 14.4Mbps (15codes) Regione Alto Bit Rate Regione Basso Bit Rate Node B 8

10 Fast Scheduling e CQI - Il Principio del CQI CQI: buona qualità del canale Nodo B CQI: scarsa qualità del canale Mobile 1 Decisione su scheduling e AMC* Mobile 2 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

11 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. i. CQI (0 31) Modulazione Dimensione del Transport Block [bit] Coding Rate 4 QPSK 317 1/3 1 6 QPSK 461 1/2 1 9 QPSK 931 1/ QPSK / QPSK / QPSK , QAM , QAM / QAM / QAM ,9 15 Numero di Codici 10

12 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 11

13 Hybrid ARQ e Ridondanza Incrementale Blocco radio Terminale Mobile Codificatore Rate 1/3 Punturazione Blocco codificato (Rate 1/3) Nodo B 1a Trasmissione (Self Decodable) Ritrasmissione (Non-self Decodable) NACK ACK Decodifica fallita X X Combinazione e decodifica OK 12

14 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 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 ,2 No 8 QPSK e 16-QAM ,2 Sì 9 QPSK e 16-QAM ,1 Sì 10 QPSK e 16-QAM No 11 Solo QPSK 2 5 0,9 No 12 Solo QPSK 1 5 1,8 No 13

15 Classi di Terminali QPSK Only Inter-TTI Interval [TTI] Bit Rate [Mbit/s] Number of Codes UE Class 14

16 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 15

17 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: Introduzione in rete Inserimento di nuovi cabinet, passaggio di nuovi cavi, modifiche al sistema d antenna, incremento della potenza di trasmissione... 16