HSDPA: La Banda Ancha del UMTS (WCDMA)

Transcripción

1 HSDPA: La Banda Ancha del UMTS (WCDMA) Este tutorial presenta los conceptos básicos del High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), extensión del WCDMA para implementación de un enlace descendente banda ancha en el UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Eduardo Tude Ingeniero de Telecomunicaciones (IME 78) y Maestro en Telecomunicaciones (INPE 81) habiendo actuado en las áreas de Redes Ópticas, Sistemas Celulares y Comunicaciones por Satélite. Ocupó varias posiciones de Dirección en empresas de Telecomunicaciones como VP de Operaciones de BMT, Director de Operaciones de Pegasus Telecom y Gerente de Planeamiento Celular de Ericsson. Pionero en el desarrollo de Satélites en Brasil (INPE), tiene vasta experiencia internacional, es poseedor de una patente en el área y ha participado constantemente como conferencista en seminarios. Ha asumido desde 2002 un nuevo reto profesional como empreendedor y Presidente de Teleco. etude@teleco.com.br Duración estimada: 15 minutos Publicado el: 21/02/

2 HSDPA: Qué es? La 3ª Generación de Celulares fue desarrollada considerando que el crecimiento de servicios de datos tendrán un crecimiento significativo en los próximos años y se tornarán una fuente importante de tráfico y receta para las operadoras. La tecnología celular GSM, estandarizada por la 3GPP, presenta una evolución en el sentido de ofrecer tasas de transmisión de datos cada vez mayores, como presentado en la tabla a continuación. Evolución de la Tecnología GSM Generación 2G 2,5G 2,5/3G 3G Tecnología GSM GPRS EDGE Tasa de datos máx. teórica (kbit/s) Tasa de datos promedia (kbit/s) WCDMA (UMTS) 14,4 171,2 473, WCDMA/HSDPA (UMTS) Canalización (khz) En este contexto es que fue desarrollado el High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), o Enlace descendente de alta velocidad para acceso de paquetes. El HSDPA ofrece al usuario un canal de datos en su dirección (enlace descendente ) con tasas de transmisión de hasta 11 Mbit/s. Él visa aplicaciones en que el tráfico en dirección al usuario es mucho mayor que en el sentido opuesto, como ocurre cuando se navega en la Internet o en transmisión de video en vivo (multicast). El ADSL, utilizado en internet Banda Ancha, también fue desarrollado teniendo en vista esta asimetría de tráfico. El HSDPA es un servicio de datos, basado en paquetes del WCDMA, en un canal de 5 MHz en el enlace descendente del WCDMA. Para saber más sobre el WCDMA consulte el tutorial UMTS. Además de aumentar la tasa de datos y la capacidad de la red, el HSDPA presenta también un mejor desempeño en relación a tiempos de latencia, característica importante para la experiencia del usuario. Una página web puede demorar más para ser cargada en una conexión con alta tasa de datos que en otra con menor tasa debido a la diferencias en el tiempo de latencia. El HSCPA compite con el EVDO/EVDV como solución para aplicaciones móviles con altas tasas de datos. Es una solución también para el suministro de servicios de datos de alta velocidad, fijos o de baja movilidad como acceder a la internet de la misma forma que otras alternativas como el WIFI y el WiMAX. 2

3 HSDPA: Arquitectura y Características Arquitectura La figura a continuación presenta la arquitectura da red de una operadora GSM donde conviven la red GSM/EDGE y la red UMTS. Conectados al núcleo de la red están las redes de acceso radio GSM/EDGE (GERAN) y la red terrestre de acceso radio del UMTS (UTRAN) basada en el Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA). El equipamiento del usuario (UE) es el terminal móvil. La implantación del HSDPA en la red de acceso (UTRAN) de esta operadora sería hecha a través del "upgrade" de software/hardware en las estaciones base (BS) y controladores de red radio (RNC). La estación base (BS) es también conocida como node B en la terminología 3GPP. Es presentado a continuación las principales características del HSDPA. Canal de Transporte (HS-DSCH) El objetivo del HSDPA es ser una solución que permita una alta tasa de datos en el enlace descendente entre BS y UE. Para tanto él utiliza un nuevo canal de transporte denominado High-Speed Down link Shared Channel (HS-DSCH) o Canal compartido de enlace descendente de alta velocidad. Este canal es semejante al canal DSCH del WCDMA y permite que los recursos puedan ser compartidos por todos los usuarios de un mismo sector. El HSDPA utiliza el mismo slot de tiempo (0,67 ms) del WCDMA. El frame de 10 ms del WCDMA sin embargo, es dividido en 5 subframes de 2 ms. Cada subframe (2 ms), también llamado de intervalo de tiempo de transmisión (TTI), es compuesto de 3 slots de tiempo. Todos los canales HS-DSCH del HSDPA (subframe de 2 ms) son multiplexados por código utilizando un spread factor (SF) de 16. Un máximo de 15 códigos paralelos son ubicados en el canal HS-DSCH. Estos códigos pueden ser designados para un usuario durante un intervalo de transmisión de tiempo (TTI), o pueden ser divididos entre varios usuarios. 3

4 Despacho rápido (Fast Scheduling) Para cada intervalo de transmisión de tiempo (subframe de 2 ms) el "scheduler" determina para cual equipamiento del usuario (o equipamientos) el HS-DSCH debe ser transmitido y, juntamente con el AMC descrito a continuación, a que tasa de datos. Además de una menor granularidad con el subframe de 2 ms, un cambio importante para mejorar la optimizaçión de los recursos en el HSDPA fue la transferencia de la función de "scheduler" del RNC para las BSs. De esta forma, de acuerdo con la calidad del canal, el "scheduler" puede más rápidamente monitorear las condiciones del canal de la UE y adaptar la ubicación de la tasa de datos. Adaptive Modulation and Coding (AMC) El HSDPA utiliza un esquema de Modulación y Codificación Adaptativa (AMC) de modo a ubicar tasas de datos más altas para usuarios con el canal en condiciones más favorables (por ejemplo próximos de las BTS). Basado en la calidad del canal monitoreada por el equipamiento del usuario son optimizadas las siguientes características: Modulación: QPSK o 16QAM; Tasa de código efectiva del canal (code rate): 1/4 a 3/4; Número de códigos empleados: 1 a 15; Potencia transmitida por código. La máxima tasa de datos de pico (14,4 Mbit/s) seriía alcanzada teóricamente con modulación 16QAM, code rate igual a 1 y el empleo de 15 códigos simultáneos. Mecanismo de retransmisión de mensajes en caso de error El HSDPA procura también disminuir el tiempo de atraso en la comunicación debido a la retransmisión de mensajes en caso de error, y mejora de esta forma el tiempo de latencia observado por el usuario. Para tanto fue seleccionado un mecanismo híbrido de requisición y repetición automática (Hybrid-ARQ) con un protocolo para espera (SAW). Esta funcionalidad pasó a ser terminada en la estación base (BS) y no más en el RNC. 4

5 HSDPA: Equipamiento del Usuario El cuello de botella real en la implantación del HSDPA, como ha ocurrido con otros desarrollos, es la disponibilidad de equipamientos del usuario que incluyan las funcionalidades necesarias para el HSDPA. Los primeros celulares con HSDPA deben estar disponibles en Ericsson pretende disponer en 2005 terminales en forma de tarjeta para que sean utilizados en microcomputadoras. Las especificaciones del HSDPA establecen 12 categorías para el equipamiento del usuario (UE) basadas en la capa física del HS-DSCH en el FDD. Cat. Nº Máx. de códigos recebidos Min. intervalo inter-tti Nº máx. de Bits de un bloque de transporte recebidos Máx. Tasa de datos (Mbit/s) , , , , , , , ,8 Nº total de bits de soft canal Las categorías 1 a 10 soportan modulación QPSK y 16 QAM, mientras que las categorías 11 y 12 soportan sólo modulación QPSK. Las columnas de la tabla arriba tienen el siguiente significado: Número máximo de códigos (5, 10 ó 15) de un canal HS-DSCH que una UE puede recibir al mismo tiempo; Tiempo mínimo entre el inicio de dos transmisiones consecutivas de subframes de 2 ms (TTI) para una UE; Número máximo de bits en un bloque de transporte HS-DSCH recibidos en subframe de 2 ms (TTI); La máxima tasa de datos (pico) es obtenida por la multiplicación de las dos columnas anteriores y conversión de la base de tiempo de 2 ms para 1 s; La última columna se refiere al número máximo de bits utilizados en los procesos de retransmisión de mensajes en caso de error. 5

6 HSDPA: Consideraciones Finales Este tutorial presentó los conceptos básicos del High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), extensión del WCDMA para la implementación de un enlace descendente banda ancha en el UMTS. Con el HSDPA es posible optimizar los recursos de transmisión de datos de la red y atender a la característica de burst (ráfaga) común en el tráfico de datos. El HSDPA implementa también mecanismos para disminución del tiempo de latencia lo que implica en una mejor experiencia del usuario en aplicaciones como la navegación en la web. El HSDPA es más indicado para aplicaciones con requisitos de tasa de transmisión altamente variable y que ocasionalmente pueden ser muy grandes. Este tutorial describió con más detalle la utilización del HSDPA con el WCDMA FDD ( Frequency Division Duplex), pero el HSDPA fue especificado para ser utilizado también en el WCDMA TDD (Time Division Duplex). Las redes con HSDPA se encuentran aún en fase de "trial", habiendo sido probado por operadoras como Vodafone y mm02. Se espera para el 2005 en Asia la primera operación comercial. Releases futuros de las especificaciones del HSDPA pretenden aumentar su tasa de datos para 20 Mbit/s con la utilización de sistema MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). El release 6 de dic/04 incorporó la especificación del High-speed radio uplink (EDCH or HSUPA) que permite una tasa teórica de datos de hasta 5,76 Mbit/s en el enlace ascendente, complementando de esta forma el HSDPA. Referencias Sítios Web UMTS UMTS Forum. Informaciones sobre sistema UMTS y WCDMA. 3GPP Responsable por la estandarización de la evolución del GSM para 3 G. ETSI Desarrolló las normas para el GSM. Es posible hacer download gratuito de las normas. Especificaciones Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);UTRA High Speed Downlink Packet Access (HSDPA); Overall description; Stage 2 (3GPP TS version Release 6); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); UE Radio Access capabilities definition (3GPP TS version Release 6). White Papers HDSPA for Improved Downlink Data Transfer. Qualcomm. HDSPA - An Introduction by Juha Korhomen. TPCom. 6

7 HSDPA: Evalúe su Entendimiento 1. El HSDPA es la solución ideal para el tráfico de: Voz. Datos de baja velocidad. Datos bidireccionales y simétricos. Acceso a la Internet. Cualquier tipo. 2. El HSDPA ofrece un canal de datos para comunicación: Del celular para la Estación Base. Enlace ascendente. De la Estación Base para el celular. Bidireccional. 3. El canal de transporte del HSDPA: Es el mismo del WCDMA. Utiliza un subframe de 2 ms con 10 slots de tiempo. Tiene un spread factor SF variable de 4 a 512. Tiene un intervalo de transmisión de tiempo (TTI) de 2 ms. 7