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High Speed Packet Access

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High Speed Packet Access (HSPA)[1] is an amalgamation of two mobileprotocols—High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) and High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)—that extends and improves the performance of existing 3G mobile telecommunication networks using the WCDMA protocols. A further-improved 3GPP standard called Evolved High Speed Packet Access (also known as HSPA+) was released late in 2008, with subsequent worldwide adoption beginning in 2010. The newer standard allows bit rates to reach as high as 337 Mbit/s in the downlink and 34 Mbit/s in the uplink; however, these speeds are rarely achieved in practice.[2]

Overview

The first HSPA specifications supported increased peak data rates of up to 14 Mbit/s in the downlink and 5.76 Mbit/s in the uplink. They also reduced latency and provided up to five times more system capacity in the downlink and up to twice as much system capacity in the uplink compared with original WCDMA protocol.

Cellular network standards and generation timeline

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) is an enhanced 3G (third-generation) mobilecommunications protocol in the High-Speed Packet Access (HSPA) family. HSDPA is also known as 3.5G and 3G+. It allows networks based on the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) to have higher data speeds and capacity. HSDPA also decreases latency, and therefore the round-trip time for applications.

HSDPA was introduced in 3GPP Release 5. It was accompanied by an improvement to the uplink that provided a new bearer of 384 kbit/s (the previous maximum bearer was 128 kbit/s). Evolved High Speed Packet Access (HSPA+), introduced in 3GPP Release 7, further increased data rates by adding 64QAM modulation, MIMO, and Dual-Carrier HSDPA operation. Under 3GPP Release 11, even higher speeds of up to 337.5 Mbit/s were possible.[3]

La primera fase de HSDPA se especificó en la versión 5 de 3GPP. Esta fase introdujo nuevas funciones básicas y tenía como objetivo alcanzar velocidades de datos máximas de 14,0  Mbit/s con una latencia significativamente reducida. La mejora en la velocidad y la latencia redujo el costo por bit y mejoró la compatibilidad con aplicaciones de datos de paquetes de alto rendimiento. HSDPA se basa en la transmisión de canal compartido, y sus características clave son la transmisión de canal compartido y multicódigo, la modulación de orden superior , el intervalo de tiempo de transmisión (TTI) corto , la adaptación y programación de enlaces rápidos, y la solicitud de repetición automática híbrida (HARQ) rápida. Otras características nuevas incluyen los canales compartidos de enlace descendente de alta velocidad (HS-DSCH), la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura , la modulación de amplitud en cuadratura de 16 niveles y el protocolo de acceso al medio de alta velocidad (MAC-hs) en las estaciones base.

La actualización a HSDPA suele consistir simplemente en una actualización de software para redes WCDMA. En HSDPA, las llamadas de voz generalmente tienen prioridad sobre la transferencia de datos.

Categorías de equipos de usuario

La siguiente tabla se deriva de la tabla 5.1a de la versión 11 de 3GPP TS 25.306 [ 4 ] y muestra las velocidades de datos máximas de diferentes clases de dispositivos y mediante qué combinación de características se logran. La velocidad de datos por celda y por flujo está limitada por el "número máximo de bits de un bloque de transporte HS-DSCH recibido dentro de un TTI HS-DSCH" y el "intervalo mínimo entre TTI". El TTI es de 2  milisegundos. Así, por ejemplo, Cat  10 puede decodificar 27.952  bits / 2  ms = 13,976  Mbit/s (y no 14,4  Mbit/s como se afirma erróneamente con frecuencia). Las categorías 1-4 y 11 tienen intervalos entre TTI de 2 o 3, lo que reduce la velocidad de datos máxima en ese factor. Dual-Cell y MIMO 2x2 multiplican la velocidad de datos máxima por 2, porque se transmiten múltiples bloques de transporte independientes a través de diferentes portadoras o flujos espaciales, respectivamente. Las tasas de datos que aparecen en la tabla están redondeadas a una cifra decimal.

A partir de la versión 7 de 3GGP se definieron otras categorías de UE como HSPA evolucionado ( HSPA+ ) y se enumeran en Categorías de UE HSDPA evolucionado .

Notas

  1. ↑ 16-QAM implica soporte para QPSK, 64-QAM implica soporte para 16-QAM y QPSK.
  2. ↑ La tasa de codificación máxima no tiene límite. Un valor cercano a 1 en esta columna indica que la tasa de datos máxima solo se puede alcanzar en condiciones ideales. Por lo tanto, el dispositivo se conecta directamente al transmisor para demostrar estas tasas de datos.
  3. ↑ Las velocidades máximas de datos indicadas en la tabla corresponden a las velocidades de datos de la capa física. La velocidad de datos de la capa de aplicación es aproximadamente el 85 % de esta, debido a la inclusión de encabezados IP ( información de sobrecarga ), etc.

Adopción

Velocidad GPRS en un plan HSDPA

A fecha de 28 de agosto de 2009  En 109 países , 250 redes HSDPA habían lanzado comercialmente servicios de banda ancha móvil  . 169 redes HSDPA admitían un rendimiento máximo de datos de bajada de 3,6 Mbit/s, y un número creciente ofrecía un  rendimiento máximo de datos de bajada de 21 Mbit/s.

Las redes CDMA2000 - EVDO lideraron inicialmente en rendimiento. En particular, los proveedores japoneses fueron referentes de gran éxito para este estándar de red. Sin embargo, esto cambió posteriormente a favor de HSDPA, a medida que un número creciente de proveedores en todo el mundo comenzó a adoptarlo.

En 2007, un número creciente de compañías de telecomunicaciones en todo el mundo comenzó a vender módems USB HSDPA para ofrecer conexiones de banda ancha móvil. Además, aumentó la popularidad de los decodificadores HSDPA para reemplazar líneas fijas, que proporcionaban HSDPA para datos a través de Ethernet y Wi-Fi , así como puertos para conectar teléfonos fijos tradicionales. Algunos se comercializaban con velocidades de conexión de "hasta 7,2  Mbit/s" [ 5 ] en condiciones ideales. Sin embargo, estos servicios podían ser más lentos, por ejemplo, en zonas con cobertura limitada en interiores.

El protocolo HSUPA ( High-Speed ​​Uplink Packet Access ) es un protocolo de telefonía móvil 3G perteneciente a la familia HSPA. Está especificado y estandarizado en la versión 6 de 3GPP para mejorar la velocidad de datos de enlace ascendente a 5,76  Mbit/s, ampliar la capacidad y reducir la latencia. Junto con otras mejoras, permite nuevas funciones como la voz sobre protocolo de Internet (VoIP), la carga de imágenes y el envío de correos electrónicos de gran tamaño.

HSUPA fue el segundo paso importante en el proceso de evolución de UMTS. Desde entonces, ha sido reemplazada por tecnologías más nuevas con velocidades de transferencia más altas, como LTE (150  Mbit/s para la descarga y 50  Mbit/s para la subida) y LTE Advanced (velocidades máximas de descarga superiores a 1  Gbit/s).

Tecnología

HSUPA añade un nuevo canal de transporte a WCDMA, denominado Canal Dedicado Mejorado (E-DCH). También presenta varias mejoras similares a las de HSDPA, como la transmisión multicódigo, un intervalo de tiempo de transmisión más corto que permite una adaptación de enlace más rápida , una programación rápida y una solicitud de repetición automática híbrida rápida (HARQ) con redundancia incremental, lo que hace que las retransmisiones sean más efectivas. Al igual que HSDPA, HSUPA utiliza un "planificador de paquetes", pero opera bajo un principio de "solicitud-concesión" donde el equipo de usuario (UE) solicita permiso para enviar datos y el planificador decide cuándo y cuántos UE podrán hacerlo. Una solicitud de transmisión contiene datos sobre el estado del búfer de transmisión y la cola en el UE y su margen de potencia disponible. Sin embargo, a diferencia de HSDPA, las transmisiones de enlace ascendente no son ortogonales entre sí.

Además de este modo de transmisión "programado", los estándares permiten un modo de transmisión autoiniciado por los UE, denominado "no programado". El modo no programado puede utilizarse, por ejemplo, para servicios VoIP para los que ni siquiera el TTI reducido ni el planificador basado en el Nodo B pueden proporcionar el tiempo de retardo corto y el ancho de banda constante necesarios.

Cada flujo MAC-d (es decir, flujo QoS) está configurado para usar modos programados o no programados. El UE ajusta la tasa de datos para los flujos programados y no programados de forma independiente. La tasa de datos máxima de cada flujo no programado se configura al establecer la llamada y, por lo general, no se modifica con frecuencia. La potencia utilizada por los flujos programados es controlada dinámicamente por el Nodo B mediante mensajes de concesión absoluta (que consisten en un valor real) y concesión relativa (que consisten en un único bit de subida/bajada).

En la capa física , HSUPA introduce los siguientes canales nuevos:

  • E-AGCH (Canal de Subvención Absoluta)
  • E-RGCH (Canal de Subvención Relativa)
  • F-DPCH (DPCH fraccional)
  • E-HICH (Canal indicador ARQ híbrido E-DCH)
  • E-DPCCH (Canal de control físico dedicado E-DCH): transporta la información de control asociada con el canal de transporte E-DCH.
  • E-DPDCH (canal de datos físicos dedicado E-DCH): transporta el canal de transporte E-DCH.

Categorías de equipos de usuario

La siguiente tabla muestra las velocidades de enlace ascendente para las diferentes categorías de HSUPA:

A partir de la versión 7 de 3GGP, se definieron otras categorías de UE como HSPA evolucionado (HSPA+) y se enumeran en Categorías de UE HSUPA evolucionado .

Acceso de paquetes de alta velocidad evolucionado (HSPA+)

Evolved HSPA (also known as HSPA Evolution, HSPA+) is a wireless broadband standard defined in 3GPP release 7 of the WCDMA specification. It provides extensions to the existing HSPA definitions and is therefore backward compatible all the way to the original Release 99 WCDMA network releases. Evolved HSPA provides data rates between 42.2 and 56 Mbit/s in the downlink and 22 Mbit/s in the uplink (per 5 MHz carrier) with multiple input, multiple output (2x2 MIMO) technologies and higher order modulation (64 QAM). With Dual Cell technology, these can be doubled.

Since 2011, HSPA+ has been widely deployed among WCDMA operators, with nearly 200 commitments.[6]

See also

References

  1. ↑Nomor Research: White Paper "Technology of High Speed Packet Access"Archived January 23, 2009, at the Wayback Machine, nomor.de
  2. ↑"Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); UE Radio Access capabilities"(PDF). ETSI. January 2014. Retrieved March 4, 2014.
  3. ↑"HSPA". About Us.
  4. ↑3GPP TS 25.306 v11.0.0 http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25306.htm
  5. ↑"Vodafone UK - Maintenance". vodafone.co.uk.
  6. ↑"DC-HSPA+ brings 42 Mbps to 39 networks". 3GPP. Retrieved July 8, 2017.

Bibliography

  • Sauter, Martin (2006). Communication Systems for the Mobile Information Society. Chichester: John Wiley. ISBN 0-470-02676-6.
  • Harri Holma and Antti Toskala (2006). HSDPA/HSUPA for UMTS: High Speed Radio Access for Mobile Communications. Wiley. ISBN 0-470-01884-4.
  • Stuhlfauth, Reiner (2012). High Speed Packet Access: Technology and measurement aspects of HSDPA and HSUPA mobile radio systems. Munich. ISBN 978-3-939837-14-5.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  • 3GPP
  • 3GPP Specifications Home PageArchived October 26, 2008, at the Wayback Machine
  • GSM Association on HSPA
  • Public HSPA Discussion Forum
  • 3.5G drivin), ericsson.com
  • Dual carrier HSPA: DC-HSPA, DC-HSDPA, radio-electronics.com
  • Comprender los desafíos de implementación de HSDPA. Archivado el 16 de febrero de 2010 en Wayback Machine .
  • Nomor Research: Libro blanco "Tecnología de acceso a paquetes de alta velocidad" Archivado el 23 de enero de 2009 en Wayback Machine .
  • Boletín informativo Nomor 3GPP 2009-03: Actualizaciones sobre la estandarización de HSPA Evolution. Archivado el 1 de febrero de 2014 en Wayback Machine .