Univerzalni mobilni telekomunikacijski sistem (UMTS)
HSDPA

Tehnika prenosa HSDPA je bila uvedena z UMTS izvedbe 5. Z njo so znatno povečali hitrost prenosa podatkov v smeri navzdol (v smeri navzgor je prenosna hitrost ostala enaka), tako je pri njeni uporabi najvišlja teoretična prenosna hitrost bitov narasla iz 2 Mb/s na 14,4 Mb/s. Povečanje prenosne hitrosti so dosegli predvsem s spremembami v UTRAN. Med njimi je ključna premik več postopkov upravljanja radijskih virov iz RNC (kot sta predpisovali izvedba 99 in 4) v NodeN. Prednost tega premika je, da sedaj NodeB veliko "bližje" UE. Zato se sedaj lahko mnogo hitreje odziva na spremembe kakovosti radijskega kanalov. Slika 17 prikazuje postopke, ki so pri HSDPA preseljeni v NodeB.

Izboljšave NodeB pri HSDPA: primeerjava z izvedbo 99 in 4

Hitro razvrščanje podatkov

Pomemben vidik HSDPA je, da si večino resursov delijo aktivni uporabniki. Preostali radijski resurse so namenjeni aktivnim uporabnikom za bitni tok govora in medijskega prenosa (več je opisano v poglavju 23). Z razvrščanjem podatkov se trenutne radijske resurse NodeB razdeli med njegove uporabnike. Trajanje dodelitve imenujemo TTI (Time Transmission Interval). Znaša le 2 ms medtem kot v UMTS izvedne 99 ali 4, kjer minimalna velikost TTI 10 ms. Zato to razvrščanje imenujemo "hitro razvrščanje" podatkov. Interval razvrščanja so lahko skrajšali, ker sedaj NodeB neposredno komunicira z UE in tako neposredno dobiva posodobitve informacij o zahtevani kakovosti radijskega kanala. Slika 18 prikazuje več strategij razvršanja radijskih resursov za kanale navzdol.

Tehnike razvrščanja v HSDPA

Najbolj enostaven in zato priljubljen alogiritem razvrščanja je algoritem Round Robin (RR), kjer so uporabniki HSDPA razvreščajo z enako verjetnostjo neodvisno od pogojev v prenosnem kanalu.Glavna pomanjkljivost tovvrstnega razvrščanja je, da so radijski resursi slabo izkoriščeni (uporabniki s slabimi prenosnimi pogoji v kanalu ne morejo dosegati prenosnih hitrosti). Druga metoda razvrščanja je Maximum Carrier-to-Interference ratio (Max-C/I). Ta vse radijskeresurse dodeli uporabnikom, ki imajo najbolšo kakobvost prenosnih kanalov in tako maksimira prenosno zmogljivost v celici. Tudi ta način ni dober, saj imajo uporabniki, ki so blizu NodeB prednost pred uporabniki bol na robu celice, ker ti zaradi večje prenosne razdalje dosegajo slabšo kakovost prenosnega kanala. Razumen kompromis med obema mehanizmoma razvrščanja mehanizem Proportional Fair (PF). Pri njej je verjetnost, da bo UE lahko sprejemal podatke je odvisna od kakovosti kanala in količine prej prejetih podatkov. Zato se UE, ki ježe dalj časa neaktiven, povečuje njegova prioriteta za sprejem podatkov.

Hitro ponovno pošiljanje podatkov

Če UE pri dekodiraju sprejetih podatkov odkrije napako, takoj zahteva njihovo ponovno pošiljanje. V prejšnjih izvedbah UMTS, je UE zahtevo po ponovnem pošiljanju podatkov poslal RNC, pri HSDPA pa se zahteva za ponovno pošiljanje razreši kar v NodeB (zato se ta procedura imenuje »hitro« ponovno pošiljanje). Princip hitrega ponovnega pošiljanja prikazuje naslednja slika.

Procedura hitrega ponovnega pošiljanja podatkov pri HSDPA

Dodatna novost, ki o prinaša HSDPA, izbira mehanizma ponovnega pošiljanja. Medtem ko je v prvotni UMTS uporabljal preprosti mehanizem Automatic Repeat request (ARQ), HSDPA uporablja modificirano izvedbo tega mehanizma. Imenujemo jo Hybrid ARQ (HARQ). HARQ lahko začasno shrani poškodovane podatke v vmesnem pomnilniku, ki jih lahko kombinira z novo sprejetimi podatki in tako poveča verjetnost njihovega uspešnega dekodiranja. Na ta način se zelo zmanjša število ponovnih prenosov in prihrani (dragocene) radijske vire za druge prenose.

Hitro prilagajanje povezave

Prilagajanje povezave pomeni nenehno prilagajanje parametrov za radijskega kanala njegovi trenutni kakovosti. Hitro prilagajanje pravtako omogoča premik te funkcije v NodeB. V UMTS izvedbe 99 in 4 se prilagajanje povezave vrši v glavnem s hitro regulacijo moči signala. Pri HSDPA pa se v ta namen uporablja nov postopek – adaptivna modulacija in kodiranje (AMC: Adaptive Modulation and Coding), ki pri prenosu navzdol dinamično izbira ustrezno modulacijo in kodno shemo (MCS: Modulation and Coding Scheme). Ta mehanizem pri slabi kakovosti radijskega signala izbere bolj robustno shemo MCS, ki zmanjša prenosno hitrost, pri kateri lahko zagotovi nizko razmerje paketov z napakami (PER: Packet Error Rate). Takoj, ko se v zadostni meri izboljša kakovost radijskega kanala, to je poveča ramerje med močjo nosilnika in interferenc (C/I: Carrier/Interference), NodeB izbere učinkovitejšo MCS in poveča hitrost prenosa podatkov (glej sliko 20). Prilagajanje modulacij pri HSDPA je mogoče, ker ta poleg QPSK modulacij (iz prejšjih izvedb UMTS) podpira še modulacijo16-QAM.

Hitra adaptacija radisjkih kanalov pri HSDPA

Evolucija HSDPA

Nadaljnje izboljšave UMTS, ki omogočajo še hitrejši prenos podatkov, je prinesla izvedba 7. Ta prvič uvaja tehniko MIMO (Multi Inpout/Multi Output) s konfiguracijo 2 × 2 (podrobnejša razlaga tehnike MIMO je v poglavju 27). Z njo je največjo teoretično hitrost prenosa navzdol v celici podvojila iz 14 Mb/s na 28 Mb/s. Ta se pri uporabi modulacije 64-QAM poveča na 42 Mb/s. Izvedba 8 je vpeljala pri prenosu navzdol še princip DC (Dual Cell), to je združevanje nosilnikov (v večini primerov združuje dva nosilnika in tako poveča pasovno širino kanala na 10 MHz). S tem se največja teoretična hitrost prenosa podatkov navzdol poveča vse do 84 Mb/s.

Poudarimo: prenosne hitrosti podatkov, ki smo jih navedli zgoraj, so zgolj teoretične. V praksi je od nje dosežemo le majši del. Vzrokov je več. Prvi, je, da je maksimalne teoretične prenosne hitrosti v realnem sistemu ni ni mogoče doseči. Razpoložljiva zmogljivost ene celice je močno odvisna od kakovost radijske postaje (izkoristek MCS), največje dovoljene moči signala in režije pri prenosu podatkov, ki je potrebna za upravljanje nadzornih postopkov. Nadalje se kapaciteta celice deli med aktivne UE. Naslednja omejitev je zmogljivost UE. Uporabnikova oprema (UE) ni obvezna podpirati vseh bitnih hitrosti, ki jih zagotavlja NodeB. Rezultat vseh teh imejitev je, da današnja omrežja 3G omogočajo prenosno hitrost le nekaj Mb/s na enega uporabnika.