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Comunicaciones Móviles 2012/13. Prof: Daniel Ramos. Material generado por Dr. Luis Mendo.
Capítulo 9:
Sistema HSDPA
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1. Origen de HSDPA.
Diferencias respecto a UMTS.
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HSDPA
• High Speed Downlink Packet Access.
• Evolución de UMTS (Release 5 de las especificaciones) para
conseguir mayor velocidad binaria y capacidad en el enlace
descendente.
• Se refiere sólo a la interfaz radio.
• Hasta 14 Mb/s (optimista).
• Pensado para servicios de conmutación de paquetes, no
sensibles al retardo.
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Características generales de HSDPA (I)
• Los canales lógicos se mantiene respecto a UMTS (DTCH, DCCH).
• Canal de transporte: HS-DSCH (High Speed Downlink Shared
Channel, DL), compartido entre los usuarios.
• Canales físicos:
–
–
–
HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel, DL)
HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel, DL)
HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel, UL).
• Subtrama de 2 ms.
• Modulaciones 16QAM (Release 5) y 64QAM (Release 7), además
de QPSK.
• HARQ con combinación de retransmisiones en la estación base.
• No se utiliza traspaso con continuidad.
• No hay bucle cerrado ni factor de ensanchamiento variable (en su
lugar se utiliza adaptación de tasa).
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Características generales de HSDPA (II)
• Adaptación de la tasa binaria en función del estado del canal de
propagación (adaptive modulacion and coding, AMC), por parte
de la base (nodo B). Se modifican los siguientes parámetros de
la transmisión:
– Modulación: QPSK / 16QAM / 64QAM.
– Tasa de codificación: código turbo con repetición o eliminación
(puncturing) de bits.
– Número de canales físicos (HS-PDSCH) transmitidos en paralelo
a un usuario.
– Posible reducción de la potencia total de transmisión para los
canales físicos.
• Planificación de usuarios en función del estado del canal de
propagación (channel-dependent scheduling), por parte de la
base (nodo B).
• Subcapa MAC-hs para gestionar las retransmisiones con
combinación, planificación de usuarios y adaptación de tasa.
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2. Modificaciones en la red
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Modificaciones en la red
• No hay entidades nuevas en la red.
• Hay funcionalidades nuevas en la estación base (nodo B):
–
–
–
–
Modulación 16QAM, 64QAM
Adaptación de la tasa de transmisión
Planificación de usuarios
Retransmisiones con combinación
• Estas funciones residen en la base, no en el RNC, para que
puedan hacerse más rápido.
• Deben hacerse rápido para poder adaptarse al estado del canal
de propagación (desvanecimiento multitrayecto).
• Puede ser necesario ampliar la capacidad de la interfaz Iub, para
poder transmitir tasas binarias elevadas.
• HSDPA puede usar la misma portadora que el resto de canales
UMTS, o bien una portadora separada.
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3. Canales físicos.
Procesos asociados a la transmisión.
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Canales físicos
• HS-PDSCH (DL):
– Datos (canal de transporte HS-DSCH).
– Pueden enviarse varios HS-PDSCH en paralelo a cada usuario.
– Factor de ensanchamiento 16.
• HS-SCCH (DL):
– Señalización en DL: usuario al que se transmite en cada
momento, formato de transporte usado.
– El número de canales determina a cuántos usuarios puede
transmitirse simultáneamente.
– Factor de ensanchamiento 128.
• HS-DPCCH (UL):
– Señalización en UL: formato de transporte solicitado (CQI),
solicitud de retransmisiones (ACK/NACK).
– Factor de ensanchamiento 256
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HARQ con combinación de retransmisones
•
•
HARQ: ARQ “híbrido”: código corrector y detector (no es algo nuevo).
En HSDPA los bloques recibidos no se descartan, sino que se
almacenan y se combinan con el bloque retransmitido.
–
Combinación Chase: se retransmiten los mismos bits. En recepción se
suman las variables de decisión.
Bits de canal más fiables:
–
Redundancia incremental (IR): se envían bits diferentes, obtenidos del
codificador turbo.
Más bits de canal:
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Adaptación al canal
UMTS
3/2
1/2
Misma potencia media transmitida
HSDPA
Ganancia
instantánea
del canal
3/2
1/2
2
4/3
2/3
Potencia
instantánea
transmitida
2k
1
Potencia
instantánea
recibida
Tasa
instantánea
recibida
2k
4/3·k
2/3·k
k
4/3
2/3·k
EB/N0 = W/R·Pr/(I+N) → R = k·Pr (para EB/N0 fija)
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Adaptación al canal: CQI
• CQI: Channel Quality Indicator: define el formato de transporte:
–
–
–
–
Modulación
Tasa de codificación
Número de canales físicos
Potencia
• Los CQI están ordenados por la tasa binaria que transmiten
• El móvil calcula el CQI “óptimo” en función del estado del canal
(midiendo Ec/I0 del CPICH), y lo envía a la base cada 2 ms (subtrama)
o múltiplo de este valor, utilizando el canal físico HS-DPCCH.
• El CQI se elige como el más alto (mayor tasa binaria) que proporciona
una BLER no superior al 10%.
• Hay distintas categorías de terminales, en función de los CQI que
pueden utilizar.
• La correcta selección del CQI es esencial para el buen funcionamiento
de HSDPA (técnicas de predicción de canal).
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Ejemplo de
tabla de CQI
• Transport Block Size: número de
bits por bloque de transporte.
Determina la tasa binaria obtenida.
• Reference power adjustement:
reducción de potencia en dB
• NIR: memoria del terminal para IR
• XRV : Controla la versión de IR
utilizada en la ARQ
CQI value
Transport
Block Size
0
N/A
1
137
Reference power
Number of
Modulation
adjustment 
HS-PDSCH
XRV
9600
0
Out of range
1
QPSK
0
2
173
1
QPSK
0
3
233
1
QPSK
0
4
317
1
QPSK
0
5
377
1
QPSK
0
6
461
1
QPSK
0
7
650
2
QPSK
0
8
792
2
QPSK
0
9
931
2
QPSK
0
10
1262
3
QPSK
0
11
1483
3
QPSK
0
12
1742
3
QPSK
0
13
2279
4
QPSK
0
14
2583
4
QPSK
0
15
3319
5
QPSK
0
16
3565
5
16-QAM
0
17
4189
5
16-QAM
0
18
4664
5
16-QAM
0
19
5287
5
16-QAM
0
20
5887
5
16-QAM
0
21
6554
5
16-QAM
0
22
7168
5
16-QAM
0
23
7168
5
16-QAM
-1
24
7168
5
16-QAM
-2
25
7168
5
16-QAM
-3
26
7168
5
16-QAM
-4
27
7168
5
16-QAM
-5
28
7168
5
16-QAM
-6
29
7168
5
16-QAM
-7
30
7168
5
16-QAM
-8
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NIR
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Curvas de BLER para cada CQI, canal estático
CQI 1-16,
BLER
1
CQI 1
CQI 2
CQI 3
CQI 4
CQI 5
CQI 6
CQI 7
CQI 8
CQI 9
CQI 10
CQI 11
CQI 12
CQI 13
CQI 14
CQI 15
CQI 16
0.1
0.01
-5
0
5
10
15
Sum of code symbol EB/N0 (dB) = SIR + 12
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Umbrales de CQI
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1dB Steps (=-3.5+CQI (dB))
Simulated CQI Table
Sum of code symbol EB/N0
20
15
10
5
0
-5
0
5
10
15
CQI
20
25
30
• Los formatos de transporte (CQI) se han diseñado para que la SIR requerida
en canal estático varíe en pasos de 1 dB.
• Esto determina los umbrales de SIR que deben usarse para elegir el formato
de transporte.
• En canal no estático aparecen errores de estimación (predicción de la SIR), y
los umbrales pueden variar.
• Debe utilizarse un algoritmo de ajuste de los umbrales, en función de las
condiciones de propagación.
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Adaptación al canal en UMTS y en HSDPA
UMTS
HSDPA
- Se controla Pt
- para conseguir una cierta BLER
- con R fija.
- Se controla R
- para conseguir una cierta BLER
- con Pt fija.
BLERobj
BLER
SIRref
Bucle
externo
(lento)
BLERobj
SIR Bucle
interno
(rápido:
2/3 ms)
Pt (TPC)
BLER Ajuste de
umbrales
(lento)
Umbrales
SIR
Elección
de CQI
(rápido:
2 ms)
R (CQI)
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Planificación rápida de usuarios
• La base planifica al usuario o usuarios que tienen menor atenuación en
cada momento.
• Puede ser necesario planificar a varios usuarios debido a falta de datos,
prioridades o restricciones de retardo.
• De esa forma se usan los mayores CQI posibles en cada momento.
• Debe hacerse rápido, para adaptarse a las variaciones por multitrayecto.
Por eso la planificación se hace en la base (no en el RNC).
• Posibles problemas de falta de equidad entre usuarios: compromiso.
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Compartición de los canales HS-PDSCH
• El canal de transporte HS-DSCH se materializa en varios canales
físicos HS-PDSCH, hasta un máximo de 15.
• El planificador asigna los canales HS-PDSCH al usuario o
usuarios planificados en cada subtrama (2 ms).
• Pueden no usarse todos en cada momento, por ejemplo si no
hay datos que enviar o si la base no tiene suficiente potencia en
ese momento.
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Uso de canales
Pueden usarse o no
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Traspaso en HSDPA
• Dado que la planificación de usuarios se hace en la base
(nodo B), en los canales HS-PDSCH no puede transmitirse
simultáneamente desde dos bases al mismo usuario.
• Por ello, no se utiliza traspaso con continuidad para los
canales HS-PDSCH.
• Los canales ascendentes sí utilizan traspaso con
continuidad.
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Tratamiento del multitrayecto
• UMTS:
“Compensar la variación multitrayecto:
convertir el canal en constante”
- Cada usuario transmite cuando lo necesita, independientemente
del estado del canal de propagación.
- Cada usuario transmite con la tasa que necesita,
independientemente del estado del canal. El bucle cerrado
intenta
compensar el desvanecimiento, “invirtiendo” el canal.
• HSDPA:
“Explotar la variación multitrayecto:
aprovechar los picos”
- Se planifica a los usuarios que tienen el canal de propagación
más favorable en cada momento: planificación dependiente
del canal.
- La tasa de transmisión se adapta al estado del canal de
propagación: adaptación de tasa en función del canal.
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4. Protocolos
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Protocolos
Plano de control
Plano de usuario
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5. Planificación
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Utilización de recursos de la base
•
•
HSDPA utiliza la potencia “sobrante” de la portadora, es decir, no
empleada para canales dedicados.
Hay que tener en cuenta que se produce mayor interferencia, por lo
que la potencia necesaria en cada canal aumenta: no puede usarse
toda la potencia que sobraba inicialmente.
potencia no usada
HSDPA
canales dedicados
canales dedicados
canales comunes
canales comunes
tiempo
•
•
tiempo
HSDPA comparte el árbol de códigos OVSF con el resto de canales.
También puede destinarse una portadora en exclusiva para HSDPA.
En este caso no se comparten potencia ni códigos.
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Ejemplo de asignación de códigos OVSF
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Ventajas e inconvenientes de HSDPA (I)
Uso más eficiente de los recursos:
• Adaptación al canal: se usa en cada momento el formato de
transmisión (CQI) óptimo, que proporciona la mayor velocidad
posible.
(En UMTS se compensa el canal, controlando la potencia.)
• Planificación rápida: cuando el canal de propagación es
desfavorable (desvanecimiento), se transmite a otro usuario cuyas
condiciones sean más favorables. Se hace así un uso eficiente de
la potencia.
(En UMTS se transmite al usuario aunque tenga desvanecimiento.)
• Retransmisiones: se destina más energía sólo a los bloques que lo
necesitan; y además, gracias a la
• Combinación de retransmisiones: se reduce la energía total
necesaria, al no descartar las transmisiones anteriores.
• HSDPA puede usar la potencia que dejan libre los canales UMTS.
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Ventajas e inconvenientes de HSDPA (II)
Las características indicadas permiten
+ Mayores tasas binarias;
pero a cambio:
– Retardo variable (retransmisiones, planificación de usuarios)
– Tasa binaria variable (retransmisiones, selección de CQI)
Por tanto:
+ HSDPA es adecuado para servicios sin requisitos de retardo;
– pero no tanto para servicios de tipo conversacional.
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