HSDPA High Speed Downlink Packet Access ( Alta Velocidad de Acceso a Paquetes en down link )

Transcripción

1 1 HSP High Speed ownlink Packet ccess ( lta Velocidad de cceso a Paquetes en down link ) Introducción... 1 nálisis de protocolo... 2 HSP User Plane... 3 Capa Capa Procesamiento de señal... 5 Modulación en fase y amplitud (I-Q) PSK, QM... 7 Spreading y canalización... 9 Scrambling, Código de envoltura... 9 Modulación de portadora... 9 Esquema consolidado de Capa 1 para HSP User Plane... 9 HSP Control Plane HRQ Schedule y manejo de prioridades en la subcapa MC hs Manejo de Capacidad en HSP Caso de trafico Introducción Siguiendo con el análisis que hicimos en la sección 3G, HSP es un protocolo que introduce una nueva subcapa en la capa 2 y el procesamiento de la misma se hace sobre los nodos B. El funcionamiento de este protocolo consiste en un Schedule donde agrupa a todos los usuarios que demandaron una conexión de dowlink PS en un instante, almacena en un buffer los bloques de trasporte que proviene de la capa MC-d a travez de la Iub y lo transfiere por la capa 1 según el Schedule asignando en cada TTI a los usuarios una cantidad grande de recursos físicos.

2 2 Trataremos de entender este protocolo en forma simple y luego desarrollaremos el funcionamiento del mismo. nálisis de protocolo

3 3 HSP User Plane Como habíamos visto en la sesión 3G la estructura del protocolo agregaba una subcapa mas en la capa 2 con el protocolos MC-hs en down link que maneja el canal de transporte común HS-SCH Físicamente si vemos la estructura MC el flujo proveniente de la entidad MC-d es procesado por la entidad MC-hs que esta en le nodo B Capa 2

4 4 RNC UE1 UE2 UE3 RLC RLC RLC RLC RLC RLC UE1 MC-d UE2 MC-d UE3 MC-d MC-d MC-d MC-d IUB UE2 TRNSP. BLOCK UE1 TRNSP. BLOCK UE1 TRNSP. BLOCK UE3 TRNSP. BLOCK NOO B MC-hs MC-hs MC-hs MC-hs CP 1 UE 1 UE 2 UE 3 HS-SCH TTI TTI TTI En esta figura se muestra que ante conexiones simultaneas en la capa Iub Transporte se segmentan los transport block en secciones fijas de largo TTI en una única trama cuyos ts tti son administrados por el schedules de usuarios que en ese instante demandaron una conexión. La capa MC-hs en los UE extrae el TS en el TTI que le corresponde según lo especifica en control plane. Capa 1 Como habíamos visto en 3G esta capa tiene las siguientes sub capas -Procesamiento de señal (Codificación de detección de errores, Interleaving, rate matching) -Modulación en fase y amplitud (I-Q) PSK, QM -Spreading y canalización

5 5 -Scrambling código de envoltura -Modulación en portadora I y Q Vamos a analizar el comportamiento de cada una de estas subcapas para este protocolo. Procesamiento de señal

6 6 a im1,a im2,a im3,...a im CRC attachment b im1,b im2,b im3,...b imb Bit Scrambling d im1,d im2,d im3,...d imb Code block segmentation o ir1,o ir2,o ir3,...o irk Channel Coding c i1,c i2,c i3,...c i E Physical Layer Hybrid-RQ functionality w 1,w 2,w 3,...w R Physical channel segmentation u p,1,u p,2,u p,3,...u p,u HS-SCH Interleaving v p,1,v p,2,v p,3,...v p,u Constellation re-arrangement for 16QM and 64QM r p,1,r p,2,r p,3,...r p,u Physical channel mapping PhCH#1 PhCH#P

7 7 TCH CRC CRC COIFICCION PTCION E RTE FUNCIONLI HYRI RQ TTI TTI SEGMENTCION E CNLES FISICOS TTI INTERLEVING INTERLEVING INTERLEVING CONSTELCION I Q CONSTELCION I Q CONSTELCION I Q I Q I Q I Q Como vemos en las distintas sub capas de la sub capa procesamiento de señal primero se le atacha el CRC código de redundancia cíclica que es el parámetro que permite detectar si el transport block es correcto. Luego está la codificación con código convolucional que aumenta tres veces el tamaño del transport block para generar un mecanismo de corrección de bits erróneos como habíamos visto en la sección 3G. Luego tenemos la sección de adaptación de rate y HRQ esta entidad recibe los transport block y lo transmite en el instante indicado por la capa superior con un rate kbit/seg determinado por la capa superior y si es necesario rellena bits si la trama es mas grande que el transpor blok. Luego se segmenta la trama que envía el HRQ en canales físicos. Modulación en fase y amplitud (I-Q) PSK, QM Esta fase modula en dos dimensiones I Q los canales físicos segmentados en la etapa anterior como habíamos visto en la sección 3G los diferentes esquemas de modulación para los canales físicos de HSP los podemos ver en esta tabla.

8 8 Slot format #i Channel Bit Rate (kbps) Channel Symbol Rate (ksps) SF Bits/ HS- SCH subframe Bits/ Slot Ndata 0(QPSK) (16QM) (64QM) / Q x x COIGO E CNLIZCION SF SCRMBLING F PORTOR + 90 / I x x Y en recepción el esquema es / Q x x COIGO E CNLIZCION SF SCRMBLING F PORTOR 90 / I x x

9 9 Spreading y canalización En HSP se utilizan códigos de SF=16. normalmente se disponen de 15 de los 16 códigos de SF=16. Como vemos en la figura SF=16 SF=32 SF=64 SF=128 SF=256 SF=512 Como habíamos visto antes la utilización de códigos de SF 16 compromete todos los códigos de SF superiores del mismo árbol. Con lo cual cuando se utilizan 15 códigos de SF=16 queda 1 solo árbol con códigos de SF=128, 256 y 512 para los demás servicios VOZ y para todo el control plane. Scrambling, Código de envoltura Esta etapa en down link es la que separa las señales de interfaz de aire de las diferentes celdas servidoras. Modulación de portadora Última etapa de la capa física ya la vimos en la sección 3G. Esquema consolidado de Capa 1 para HSP User Plane Lado Red

10 10 TCH CRC CRC COIFICCION PTCION E RTE FUNCIONLI HYRI RQ TTI TTI SEGMENTCION E CNLES FISICOS TTI INTERLEVING INTERLEVING INTERLEVING INTERLEVING CONSTELCION I Q CONSTELCION I Q CONSTELCION I Q CONSTELCION I Q EQULIZCION I Q Ʃ Ʃ I Q I Q I Q + + COIGO E CNLIZCION CNLES FISICOS INTERLEVING I Q COIFICCIONY SPREING SINCRONISMO SCRMBLING MOULCION CON PORTOR + + COIGO E CNLIZCION PSC + SSC º + COIGO E ENVOLTORIO (SCRMBLING COE) COIGO E CNLIZCION COIGO E CNLIZCION Lado UE

11 11 E TCH CRC CRC ECOIFICCION PTCION E RTE FUNCIONLI HYRI RQ TTI TTI MULTIPLECION E CNLES FISICOS TTI INTERLEVING INTERLEVING INTERLEVING INTERLEVING RE RREGLO I Q RE RREGLO I Q RE RREGLO I Q RE RREGLO I Q BUS I Q I Q I Q I Q I Q COIGO E CNLIZCION CNLES FISICOS INTERLEVING I Q COIFICCIONY SPREING SINCRONISMO SCRMBLING EMOULCION E PORTOR COIGO E CNLIZCION 90º COIGO E ENVOLTORIO (SCRMBLING COE) COIGO E CNLIZCION COIGO E CNLIZCION HSP Control Plane El RRC admite los usuarios de HSP cuando los mismos demandan una conexión para una transferencia. urante la misma los identifica con una dirección MC a partir de ese

12 12 momento genera un Schedule donde los UE s tendrán asignado un TTI determinado de la trama HS-SCH. urante ese TTI los UE dispondrán de una gran cantidad de recursos de interfaz de aire como ya vimos - 1 a 15 códigos de SF=16 - Esquema de modulación QPSK 16QM o 64QM Según lo permita la relación S/N y la potencia remanente de transmisión urante la conexión se establece un canal de control llamado HS-SCCH en down link y HS-PSCCH en up link transporta los comandos de control entre el RRC y la estación UE. En esta secuencia vemos la estructura de capas para el control plane. Los canales físicos de control HS-SCCH en own link y HS-PSCH en UP Link son los encargados de mapear el canal lógico dedicado de control CCH donde fluyen los comandos provenientes del RRC que instruyen al UE en que TTI esta su información y como extraerla. Por otro lado el RRC recibe mediciones de CQI y los CK o NCK del

13 13 RQ que sirven para procesar el schedule de transferencia de usuarios. Vamos ver este proceso en un esquema de tiempos: Primary SCH Secondary SCH ny CPICH P - CCPCH Radio frame with (SFN modulo 2) = 0 Radio frame with (SFN modulo 2) = 1 k:th S - CCPCH τ S - CCPCH,k τ PICH PICH for k:th S - CCPCH ICH access slots #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 n:th PC H τ PCH,n p:th F - PCH τ F - PCH,p m :th F - TPI CH τ F - TPI CH, m HS - SCCH Subframes Subframe # 0 Subframe # 1 Subframe # 2 Subframe # 3 Subframe # 4 10 ms 10 ms 2560 chips Uplink PCH Slot #0 Slot #1 Slot #2 Slot #3 Slot #4 Slot #5 Slot #6 Slot #7 Slot #8 Slot #9 Slot #10 Slot #11 Slot #12 HS-PSCH of the time reference cell at the UE HS-PSCH of the non-time reference cell at the UE 7680 chips HS-PSCH subframe 7680 chips HS-PSCH subframe τ IFF τ UEP + τ IFF chips Uplink HS-PCCH m*256 chips τ UEP chips 7680 chips H-CK PCI/CQI HS-PCCH subframe

14 14 HS-SCCH 3 T slot 7680 chips 3 T slot 7680 chips HS-PSCH HS-SCH sub-frame τ HS-PSCH (2 T slot 5120 chips) Lo que vemos en las relaciones de tiempo que el HS.SCCH está adelantado a la trama de HS-PSCH y el HS-PCCH en up link está atrasado eso es porque en el primer caso el control le avisa al UE que tiene una trama y luego en down link el UE con su RQ le devuelve el NCK o CK al RRC. En caso que le RQ del UE devuelva un NCK el RRC ordena re transmisión del block fallido. HRQ Esta funcionalidad es la que permite la transmisión de bloques o paquetes PU entre dos entidades y el aseguramiento de que la transmisión fue exitosa. Si no es así el protocolo tiene un esquema de re transmisión.

15 15 Tarnsmisor Receptor TRM1 CK TRM2 CK TRM3 NCK TRM3 CK TRM4 Tiempo Tiempo Si vemos nuevamente el esquema en la capa 2 de las subcapas MC vemos que dentro de la entidad MC-hs existe la entidad HRQ que es la encargada de conectarse con la entidad de otro UE correspondiente y transmitir.

16 16 RNC UE1 UE2 UE3 RLC RLC RLC RLC RLC RLC UE1 MC-d UE2 MC-d UE3 MC-d MC-d MC-d MC-d UE1 UE2 UE3 IUB TR. BLOCK MC-hs MC-hs MC-hs NOO B istribucion de prioridades MC-hs ES ENSMBLO ES ENSMBLO ES ENSMBLO Cola HRQ UE1 Cola HRQ UE2 MU Cola HRQ UE3 RE ORENO HRQ RE ORENO HRQ RE ORENO HRQ CP 1 UE 1 UE 2 UE 3 HS-SCH TTI TTI TTI Hay una entidad HRQ por cada usuario conectado pero cada entidad puede manejar múltiples procesos ya que los tiempos del procesamiento son distintos a los tiempos de la trasferencia de datos.

17 17 Tarnsmisor Receptor TRM1 BUFFER TRM2 TRM3 TRM4 TRM5 RE TRNS TRM3 CK CK NCK CK Tiempo de procesamiento HRQ TRM6 Tiempo Tiempo Como vemos en este ejemplo el proceso HRQ recién re envía la trama errónea 3 después de haber transferido la trama número 5 con lo cual esto requiere un esquema de reordenamiento en el buffer del receptor. Si lo vemos desde el punto de vista del procesamiento cada vez que llega una trama al receptor se inicia un proceso HRQ que termina cuando envía el CK o el NCK Tarnsmisor Receptor Procesos HRQ TRM1 TRM2 TRM3 TRM4 TRM5 RE TRNS TRM3 CK CK NCK CK BUFFER TRM6 Tiempo Tiempo

18 18 Como vemos cuando los tiempos de transmisión y de procesamiento del HRQ difieren se requieren para un usuario varios procesos en simultaneo. Los procesamiento del HRQ consiste en chequear el CRC en recepción o sea en la capa física se extrae el CRC y se chequea si es erróneo o no. Si el CRC es erróneo envía un NCK si es correcto un CK. En caso de NCK el HRQ del lado del la red re envía el paquete en otro tti. Los mensajes CK y NCK se transmiten a travez del canal físico HS-PCCH en Up Link. El canal Físico HS-PCCH es un canal dedicado esto quiere decir que sus recursos físicos están comprometidos para un solo UE durante la conexión y tiene las siguientes funciones: - Según la respuesta del HRQ Process envía CK si recibió correctamente el transport block del TTI correspondiente a ese usuario o por el contrario envía NCK para que el HRQ re envia dicho block. - Envía parámetros CQI Channel Quality Indicator que determina el nivel de señal en relación con el CPICH de la celda servidora. Por otro lado en ow link ya vimos que hay un canal asociado llamado HS-SCCH el cual tiene las siguientes funciones: - Identifica el UE - Informa que códigos de SF=16 se deben tomar - Informa Esquema de Modulación QPK, QM o 16QM - Informa código de convolución de capa 1 r=1/3 - Informa CRC - Informa parámetros de HRQ Veamos un diagrama de tiempos para ver

19 ms PCCH UL PCH UL CO E CNLIZCION ESQUEM E MOULCION (I-Q), UE id TMÑO EL TRNSPOR BLOCK, PRMETROS HRQ, CRC, COIGO CONVOLUCIONL R=1/3 HS-SCCH L HS-PSCH L NCK/ CK ESTS TRMS NO ESTN LINES HS-PCCH UL CQI TTI 2 ms TIEMPO E PROCESMIENTO E HRQ ~ 5ms En este caso estamos monitoreando un instante en donde un usuario recoge un TTI si vemos un esquema general desde el nodo b podemos ver como funciona para todos los usuarios conectados en ese momento

20 ms PCCH UL PCH UL CO E CNLIZCION ESQUEM E MOULCION (I-Q), UE id TMÑO EL TRNSPOR BLOCK, PRMETROS HRQ, CRC, COIGO CONVOLUCIONL R=1/3 HS-SCCH L UE1 UE2 UE3 UE4 HS-PSCH HS-PCCH UE1 HS-PCCH UE2 L UL UL TTI 2 ms TIEMPO E PROCESMIENTO E HRQ ~ 5ms NCK/ CK CQI CQI HS-PCCH UE3 UL TIEMPO E PROCESMIENTO E HRQ ~ 5ms CQI TIEMPO E PROCESMIENTO E HRQ ~ 5ms Schedule y manejo de prioridades en la subcapa MC hs Si analizamos nuevamente la entidad MC-hs

21 21 RNC RLC RLC RLC UE1 MC-d UE2 MC-d UE3 MC-d UE1 UE2 UE3 IUB TR. BLOCK NOO B istribucion de prioridades MC-hs Cola Cola Cola HRQ UE1 HRQ UE2 MU HRQ UE3 CP 1 UE 1 UE 2 UE 3 HS-SCH TTI TTI TTI Como vimos la entidad recibe, en forma simultánea, los transport block provenientes de la capa MC-d y los transmite en distintos intervalos de tiempo TTI en un canal común de transporte llamado HS-SCH asignado, en dichos intervalos de tiempo, una gran cantidad de recursos físicos de interfaz de aire. En esto se basa HSP pero la preguntas que nos hacemos es como decide el sistema que usuario es el que recibe, primero, segundo, ultimo, Etc. Esto es lo que se llama Schedule y manejo de prioridades y se resuelve con distintos tipos de algoritmos a continuación veremos que factores tienen en cuanta estos algoritmos. Vemos, a continuación los factores de priorización que son métodos para generar un algoritmo CQI: Chanel Quality Indicator, este indicador determina la calidad del canal en down link. Cuando mayor calidad mayor será la capacidad del canal de físico de transferencia. Este indicador se utiliza para dar prioridad a los Ue que tengan mejores condiciones de radio. Priority: etermina un peso de cada usuario mayor peso mayor prioridad

22 22 Maximun elay: Este parámetro está relacionado con la capacidad del buffer de la cola de cada usuario cuando un usuario llego a un tiempo de espera del maximun delay se supone que su buffer asignado en la entidad MC-hs esta casi lleno esto le da una alta prioridad de transmisión verage Rate: (Promedio de rate kb/s) se establece prioridades en base a mantener un promedio en el throughput de los usuarios. Es decir que los que tengan peores condiciones de radio tendrán mas prioridad que ya que esto significa una disminución en la capacidad de transferencia durante los tti asignado por lo cual necesitaran mas tti en un lapso de tiempo que los que tengan buenas condiciones de radio figura elay Tiene en cuenta el tiempo que tarda un usuario en ser seleccionado nuevamente para otra transmisión TTI. signa mayo prioridad cuando más tiempo de espera hay ir Rate. Toma en cuenta la capacidad de trasferencia que tiene el Ue en la interfaz de aire según sus condiciones cuanto menor es la capacidad mayor será la prioridad Retransmisión Este factor prioriza las re transmisiones sobre las transmisiones Estos son los factores que se tiene en cuenta para establecer prioridades los algoritmos se nutren de estos datos y varían según la tecnología y el Vendor. Manejo de Capacidad en HSP Para la provisión del servicio HSP se requiere la evaluación de los siguientes recursos: -Codigos -Potencia -Hw de Banda Base -Usuarios En este caso y por tratarse de subcapas de acceso solamente nos referimos a recursos de interfaz de aire. Codigos en down link se refiere al uso de canales dedicados para el mapeo de las señales de control HS-PSCCH en ul y le HS-SCCH en down link ambas requieren códigos que se deben reservar para el establecimiento de una conexión con el UE. Luego para el Mapeo de los canales físicos HS-PSCH en down link como vimos antes se requieren códigos de SF=16. Normalmente se setea una cantidad fija de los mismos para HSP y el resto se asigna dinámicamente dando prioridad a los canales dedicados de voz y señalización.

23 23 Potencia: Este recurso permite un esquema de modulación mas rico en símbolos durante el TTI esto significa que cuanto mejor es la relación E/N y mayor es la potencia asignada se podrá usar un esquema de modulación más poderoso. La potencia disponible para HSP será la que resulta de restar la potencia máxima de transmisión menos la potencia requerida por los canales dedicados y comunes de señalización como muestra la figura PW Punto de congestion Pmax HS-SCH CH t Los canales comunes y los dedicados tendrán prioridad para el requerimiento de potencia El HW de Banda base es el que genera el procesamiento de señal y la modulación y canalización es lo que se llaman comúnmente cannel Elements. HSP optimiza el consumo de HW de banda base dado que los hace funcionar usando recursos muy poderosos de interfaz de aire en un determinado TTI para cada usuario y los recursos son los mismos para HS-SCH no importa cuántos usuarios estén conectados. Pero para los canales de control asociados HS-SCCH y HS-PSCCH en up link se requieren recursos dedicados y estos si están relacionados con la cantidad de usuarios conectados Usuarios: La cantidad de usuarios que el procesamiento de la capa MC-hs maneja en el Schedule es obvio que cuanto mayor sea la cantidad de usuarios que la capa maneja para la asignación del HS-SCH menor será el troughput de cada uno por lo cual se establece un mínimo de rate garantizado

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26 26 CNLES E TRNSPORTE CRC COIGO x PTCI ON E Kb/s MULTIPLECIO N INTERLEVING I Q SEGMENTCION 10ms COIFI CCIO NY SPRE ING EQULIZCI ON I Q Ʃ Ʃ + + SCRMBLI NG + SINCRONISM O + CH PROCESMIENTO E SEÑL COIFICCION INTERLEVING PT CION CNLES FISICOS COIGO E CNLIZCION PSC + SSC º + CH CRC COIGO PROCESMIENTO E SEÑL COIFICCION INTERLEVING x PTCI ON E Kb/s PT CION 10ms COIGO E CNLIZCION MOULCION CON PORTOR COIGO E ENVOLTORIO (SCRMBLING COE) HS-SCCH Caso de tráfico nalizaremos el caso de trafico poniendo como punto de referencia la red a partir de esa referencia analizaremos el comportamiento de todas las capas El terminal registrado en la red en cualquiera de sus estados demanda una conexión de datos esto es en estado CELL_FCH, ILE, CELL_PCH, o UR_PCH

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28 28 Hasta aquí no se emplearon recursos de HS el UE demanda una conexión a travez de un canal lógico CCH y el RRC comienza el proceso de admisión en base a el manejo de capacidad que vimos antes una vez completado la admisión este UE pasa a ser un usuario de HSP con lo cual se le asigna un canal de control físico HS-SCCH en down link y un HS-PSCH en up link Lo que podemos observar es que el canal lógico sigue siendo CCH por esta vía el RRC informara a travez del HS-SCCH los datos de la conexión, Codigos y que TTI pertenece al a este UE. Si suponemos que hay 3 usuarios conectados los tres habrán completado el proceso anterior y tendrán configurado sus tramas de user plane del siguiente modo En la figura podemos ver tres Ue que están en schedules y vemos en cada capa cuando los UE comparten entidades y a partir de que capa adquieren entidades independientes en cada Nodo de cceso (Node-B y RNC)

29 29 Como podemos ver a partir de la capa MC-hs cada entidad HRQ se encuentra dedicada a la conexión de un UE determinado. HSP es un recurso de conexión en down link que optimiza la utilización de recursos de aire en 3G.