HSDPA – высокоскоростная передача данных вниз

Технологии высокоскоростной передачи данных вниз (HSDPA – High Speed Downlink Packet Access) и вверх (HSUPA - High Speed Uplink Packet Access) во многом близки к пакетной передаче данных, применяемой в стандарте GSM с использованием технологии GPRS/EDGE. Передачу осуществляют отдельными пакетами, применяя в зависимости от состояния трассы различные модуляционно-кодирующие схемы и повторную передачу непринятых пакетов. Технологию HSDPA используют практически на всех развертываемых сетях UMTS. Что касается высокоскоростного пакетного доступа вверх HSUPA, пробные запуски начаты с 2007г.

Организацию соответствующих каналов при HSDPA поясняет рис. 1. В HS-DSCH отсутствуют две основные особенности CDMA, а именно, изменяемый коэффициент расширения спектра (variable SF) и быстрое управление мощностью; они заменены на адаптивную модуляцию и кодирование: Adaptive Modulation and Coding (AMC), короткий размер пакета, мультикодовый режим и автоматический повтор запроса L1 Hybrid Automatic repeat request (HARQ). Замена быстрого управления мощности на AMC дает эффективный выигрыш в мощности благодаря исключению расходов на управление мощностью. Коэффициент расширения спектра зафиксирован на SF=16, что дает хорошее разрешение скорости. Для того чтобы увеличить канальную скорость адаптации и эффективность AMC, размер пакета был уменьшен с 10-20 мс до 2 мс, что соответствует трем TS. Для уменьшения задержек в управлении каналом, выполнение части функций на уровне MAC для HS-DSCH  перенесено в Node B.

В HS-DSCH применяют турбокодирование, но добавляют согласование скоростей (rate matching), перфорацию (puncturing) и повторение (repetition), чтобы получить высокое разрешение кода при его эффективной скорости. Для получения высоких пиковых скоростей используют модуляцию 16-КАМ (рис. 2). При сочетании 16-КАМ и канального кодирования со скоростью Rкод = 3/4 достигают пиковой скорости передачи данных 712 кбит/с на код (SF =16). В наиболее помехозащищенном варианте передачи используют 4-ФМ со скоростью кодирования 1/4, но при этом скорость передачи данных падает до 119 кбит/с на код. Комбинация модуляции и кодирования определяет транспортный формат (transport format) совместно с канальным ресурсом (resource combination ─ TFRC). Пять возможных вариантов TFRC показаны в табл. 1.

Для повышения скорости передачи одному абоненту можно выделять несколько кодов (каналов), максимально 15: Cch,16,1…. Cch,16,15. Ветвь Cch,16,0 для канала HS-DSCH не занимают; в ней размещены вещательные, общие каналы управления  и вспомогательные каналы, необходимые для реализации HSDPA.

Кодовое дерево

Рис. 1. Кодовое дерево для организации высокоскоростного  доступа  высокоскоростная  передача данных вниз

 Созвездие сигнала

 Рис. 2. Созвездие сигнала при модуляции 16-КАМ 

 

При выделении 15 кодов одному пользователю можно достичь пиковой скорости 10,7 Мбит/с (14,4 Мбит/с)  Это максимальная скорость, которую можно получить при исключительно благоприятных условиях приема и при наличии соответствующей мобильной станции.

Таблица 1. 

TFRC

Модуляция

Эфф. скорость кода

Скорость данных

(1 код)

Скорость данных

(5 кодов)

Скорость данных

(15 кодов)

1

4-ФМ

1/4

119 кбит/с

0,6 Мбит/с

1,8 Мбит/с

2

4-ФМ

1/2

237 кбит/с

1,2 Мбит/с

3,6 Мбит/с

3

4-ФМ

3/4

356 кбит/с

1,8 Мбит/с

5,3 Мбит/с

4

16-КАМ

1/2

477 кбит/с

2,4 Мбит/с

7,2 Мбит/с

5

16-КАМ

3/4

712 кбит/с

3,6 Мбит/с

10,7 Мбит/с

Выбор скорости передачи (TFRC) и числа кодов для конкретного абонента BS производит, анализируя сообщения, поступающие от UE по выделенным каналам управления HS-DPCCH. Между BS и всеми UE работает канал обратной связи в реальном времени. UE постоянно измеряют отношение сигнал/помеха (Es/N0), меняющееся во времени из-за перемещения абонента и замираний сигнала, и сообщает BS, исходя из возможностей самой станции, о максимально допустимой скорости передачи информации вниз. На рис. 3 верхняя кривая – результат измерения отношения (Es/N0) в UE. Нижняя кривая – соответствующий этим измерениям TFRC, с которым UE готова принимать пакеты. BS выбирает для передачи  пакетов конкретной UE моменты наилучших условий приема, что повышает общую пропускную способность сети и снижает задержки при передаче.

Адаптивное управление

Рис. 3. Адаптивное управление изменением скорости передачи

 

Зависимость между доступной скоростью передачи данных и мгновенным значением ES/N0, а также динамический диапазон AMC показаны на рис. 4. На графиках учтен выигрыш от быстрого HARQ, который значительно улучшает пропускную способность при малых значениях  ES/N0.

Динамический диапазон HSDPA AMC

Рис. 4.  Динамический диапазон HSDPA AMC (Rake приемник, скорость 3 км/ч)

 

Как видно из рис. 4, диапазон ES/N0  при изменении скорости от 32 кбит/с (TFRC 1)  до 712 кбит/с (TFRC 5) составляет 20 дБ. С увеличением числа выделенных кодов требования к отношению (Es/N0) ужесточаются. Динамический диапазон AMC при 15 мультикодах достигает 32 дБ.

Протокол HARQ, выбранный для HSDPA, основан на принципе остановки stop и ожидания wait (SAW). При SAW базовая станция продолжает осуществлять передачу текущего блока, пока этот блок не будет успешно получен UE. Для того чтобы использовать время до повторной передачи, промежуток заполняют другими пакетами. На практике задержка между исходной и первой повторной передачей порядка 8-12 мс. Управление повторной передачей осуществляет NodeB. Таким образом, технология HSDPA позволяет использовать продвинутую стратегию повторной передачи с меньшими задержками и большей спектральной эффективностью даже для потокового сервиса, сильно чувствительного к задержкам.

 

Источники: 

- Рыжков А.Е., Сиверс М.А., Воробьев В.О., Гусаров А.С., Слышков А.С., Шуньков Р.В. Системы и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMax. – СПб: Линк, 2012. – 226 с.

- Спецификации 3GPP.org

 

Также интересно:

Алгоритмы повторной передачи и структура каналов при HSDPA

Преимущества и недостатки 3G по сравнению с 2G

Определение местоположения в сетях 3G

4G. Тренды и перспективы

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Яндекс.Метрика