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HSPA +

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by

Jose Alejandro

on 17 April 2014

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Transcript of HSPA +

Esta especificación estableció principalmente, un nuevo sistema de acceso basado en la tecnología WCDMA (Wideband Code División Múltiple Access) y soportado por un subsistema denominado RNS (Radio Network Subsystem). En este escenario, los dos subsistemas de radio (el subsistema BSS de GSM y el nuevo subsistema RNS) conviven y son controlados por los elementos de Core tradicionales MSC/VLR del sistema GSM. Estos cambios requirieron actualizaciones especialmente a los protocolos MAP; adicionalmente, en cuanto a la red de conmutación de paquetes, los procesos de gestión de la movilidad (MM, Mobility Management) se repartieron entre la RNC y el SGSN.

Release 99 (R99)
En esta fase ya se tienen teóricamente establecidos todos los elementos de Core para el soporte de una red "All IP", por lo cual se presentan propuestas para la migración paulatina de los servicios de la red de conmutación de circuitos hacia la red de paquetes (soportar todos los servicios en el Core de datos). Dentro de las propuestas más relevantes se encuentran: la utilización de VolP sobre HSPA en lugar de voz por conmutación de circuitos y el envío de mensajes de texto (SMS) sobre IP. A nivel de IMS, se introduce el servicio de telefonía multimedia (MMTel, Multimedia Telephony) y el soporte de llamadas de emergencia y conferencias.
A nivel de radio, el cambio más relevante es la introducción de
HSPA+
(que permite duplicar la tasa de bit respecto a HSPA) y CPC (Continuous Packet Connectivity), que permite reducir la latencia y el consumo de potencia en los terminales. En la red de Core, se presenta la simplificación de la arquitectura de acceso a la red de paquetes y se presenta al IMS como un elemento de red que controla todos los tipos de acceso IP.
Release 7 (R7)
MSC SERVER: Encargado de las funciones de Control (control de llamadas y movilidad)
Media Gateway: (MGW, originalmente denominada CS-MGW): Encargado de las funciones de transporte o manipulación de flujos de información (control de portadora y funciones de control de recursos de transmisión).

Release 4 (R4)
El 3GGP (The 3rd Generation Partnership) es un grupo de estandarización creado en Diciembre de 1998 con el propósito de producir especificaciones y reportes técnicos para los sistemas de comunicaciones de Tercera Generación (3G) y subsiguientes a partir del sistema móvil GSM1. El 3GPP publica sus especificaciones en forma de versiones (Releases), cada versión es un grupo de cambios en el que se establecen mejoras o se proponen nuevas tecnologías. El 3GPP maneja el concepto de versión (Release), para proporcionar plataformas estables de desarrollo, mientras que, paralelamente se proponen modificaciones o mejoras.

3GPP Releases
(3rd Generation Partnership Project)
RAI
Accesos Inalambricos
En esta versión, se introducen dos conceptos muy importantes: En la interfaz de radio, se presenta HSDPA (la primera evolución de UMTS para proporcionar transmisiones de datos de alta tasa de bits) y en Core se presenta la versión preliminar de IMS (IP Multimedia Subsystem).
HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): HSDPA reduce la latencia y aumenta considerablemente la tasa de transmisión (teóricamente proporciona tasas de bit de hasta 14 Mbps en el enlace descendente). HSPDA se basa en la utilización de un Esquema de modulación y codificación adaptativo (AMC, Adaptative Modulation and Coding), la reserva rápida de recursos de radio en el enlace descendente y técnicas de ARQ Híbrido Rápido. En términos de arquitectura, la introducción de HSDPA no altera la estructura lógica de la red de acceso solo requiere actualización de hardware y software en los nodos de red, sin embargo cabe resaltar que las funciones de control de paquetes se desplazan al nodo B, para reducir la latencia.

Release 5 (R5)
3GPP Releases
(3rd Generation Partnership Project)
Release 6 (R6)
La principal modificación de esta versión fue la introducción de la Arquitectura de control independiente de la portadora (BICC, Bearer Independent Call Control). Básicamente esta arquitectura plantea que las funciones de la MSC del sistema GSM o R99 se reparten entre dos nuevos elementos de red:
HSS (Home Subscriber Server): El HSS es el módulo de la red donde se almacena toda la información de usuario, se encarga de las funciones de control de subscripciones y manejo de sesiones. Básicamente, el HSS reemplaza a los módulos HLR y VLR de GSM o R99/R4 y añade nuevas funcionalidades.
La diferencia principal respecto al HLR radica en que el HSS también almacena información relacionada con el manejo de sesiones y maneja todo tipo de conexiones, no solo conexiones a través de la interfaz de radio. Entre las funciones principales del HSS se encuentran:
Manejo de movilidad.
Autenticación (identificación) y autorización de usuarios (autorización de acceso y de servicio).
Manejo de perfiles de servicio.
Seguridad de los usuarios.


Release 5 (R5)
4
Esta especificación completa la familia HSPA (High Speed Packet Access), con la introducción de HSUPA y concreta el concepto de IMS, preliminarmente introducido en R5.
HSUPA (High Speed Uplink Packet Access):
Esta tecnología es el complemento natural de HSDPA, los objetivos esenciales de HSUPA son: mejorar la tasa de transmisión en el enlace ascendente (con una tasa objetivo de 5,76 Mbps) y disminuir la latencia. En este escenario, ya con HSDPA y HSUPA implementados, la red celular puede prestar servicios bidireccionales de alta velocidad (como juegos, videostreaming, etc.).
A diferencia de HSDPA, HSUPA introduce canales dedicados mejorados (E-DCH, Enhanced Dedicated Channels) para el transporte de la información de usuario, por esta razón, en ambientes técnicos esta tecnología también se conoce como tecnología de canal ascendente dedicado mejorado. HSDPA se basa en técnicas similares a las de HSDPA, como la reserva rápida de recursos de radio enlance descendente, el ARQ Hibrido y la reducción del TTI (Transmission Time Interval )

Esta versión está orientada a mejorar considerablemente la arquitectura para el soporte de datos móviles de banda ancha. El cambio más relevante es la evolución de la arquitectura de red hacia el sistema evolucionado de paquetes (EPS, Evolved Packet System) , este sistema evolucionado se compone de dos grupos de especificaciones: Un grupo dedicado a la evolución de la interfaz de radio denominado E-UTRAN (mejor conocido como LTE (Long Term Evolution)) y otro dedicado a la evolución de la arquitectura de Core, denominado SAE por sus siglas en inglés (System Architecture Evolution). En el radioacceso, se introduce OFDM en la capa física, con un prefijo cíclico en el enlace descendente y esquema de acceso múltiple de portadora única y prefijo cíclico en el enlace ascendente (esquema SC-FDMA). Adicionalmente, el la interfaz aérea se introduce el soporte multiportadora (2 portadoras), para duplicar la tasa de bit.

Release 8 (R8)
HSPA+, también conocido como HSPA Evolved, aumenta la velocidad modulando los datos con 64QAM si la señal es suficientemente buena. La modulación 64 QAM transporta más información con los mismos recursos radioeléctricos. Dentro del Release 7 puede alcanzar velocidades de pico de hasta 28 Mbps de descarga 11,5 Mbps de subida. En una segunda fase, HSPA+ utilizará MIMO para transmitir varias señales en paralelo, llegando a 42 Mbps.
HSPA está formado por HSDPA y HSUPA, mejoras para el canal descendente y ascendente respectivamente
.
HSPA+
Latencia por debajo de los 50ms
Menor retraso en la transmisión de datos
Mejoramiento de los protocolos o las reglas de comunicación
Descarga de datos de una manera más rápida.
Aumento en Capacidad
Eficiente uso en el espectro radioeléctrico.
Reduce el consumo de potencia en los terminales
Ventajas
Transmisión por canales compartidos HS-DSCH.
Modulación y codificación adaptativa (AMC)
Intervalo de tiempo de transmisión (TTI) corto
Planificación rápida (Fast Scheduling)
MIMO
Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)
Conectividad de Paquetes Continua (CPC)
Características
Se impolementa el canal de transporte denominado HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channels, lleva un canal de señalización asociado).
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. Adecuado para ráfagas de paquetes.
Tanto los códigos de canal como la potencia de transmisión en una celda son vistas como una fuente común para los usuarios. La transmisión por canal compartido resulta más eficiente en el uso de los códigos disponibles y las fuentes de potencia, comparado con el uso de un canal dedicado. La fuente de código compartido, sobre la cual el canal HS-DSCH está mapeado, puede contener hasta 15 códigos. El número actual empleado depende del número de códigos soportado por el Terminal o el sistema, ajustes del operador y capacidad del sistema.
Canales compartidos
WCDMA 3GPP Release 99 utiliza un TTI de 10 ms, 20 ms o 40 ms en la bajada. Con HSPA+, el TTI es reducido a 2 ms en la bajada. Un TTI corto reduce el round-trip time (RTT) y la latencia de la red y permite realizar un rápido scheduling entre diferentes usuarios.
Intervalo de tiempo de transmisión (TTI)
La característica de Fast Scheduling se encarga de decidir el equipo de usuario (UE) al que la transmisión de canal compartido debe dirigirse en un momento dado. El objetivo es transmitir a los usuarios con condiciones de radio más favorables.
El scheduling de paquetes es controlado por el Control de Acceso al Medio (MAC).
El scheduler calcula las condiciones de radio instantáneas del canal de bajada hasta el terminal. Cada Terminal que utiliza servicios de alta velocidad transmite informes de calidad del canal regularmente a la estación base (nodo B)
Para cada TTI, el scheduler decide para que usuario del canal de HS-DSCH se debería trasmitir, y en cooperación cerrada con el mecanismo de adaptación del enlace, decide la modulación y el número de códigos a utilizar. Esto determina la tasa de bits de transmisión. el Nodo B.
Planificación Rápida (Fast Scheduling)
Múltiples antenas en transmisión y recepción. (2Rx &2Tx)
MIMO aprovecha fenómenos físicos como la propagación multicamino para incrementar la tasa de transmisión y reducir la tasa de error.
MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicación inalámbrica por medio de la multiplexación espacial.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)
Dependiendo de las condiciones del radio canal, se usan distintos esquemas de codificación de canal (baja la redundancia conforme mejoran las condiciones radio) y de modulación.
Usa modulaciones:
64 QAM - (Downlink) teórica de 21.6Mbit/s.
16 QAM - (Uplink) teórica de 11.76Mbit/s.
HSPA+ con 64 QAM y técnicas de antena avanzadas tales como 2X2 MIMO puede entregar 42 Mbps de capacidad teórica y 11.5 Mbps en el Uplink
El proceso para seleccionar la modulación óptima y el esquema de codificación se lleva a cabo muy en coordinación con el de “fast scheduling
Modulación y Codificación Adaptativa (AMC)
El equipo de usuario puede rápidamente realizar una petición de retransmisión de datos perdidos y combinar la información de las transmisiones originales con las transmisiones posteriores, antes de intentar decodificar el mensaje. Este enfoque, llamado soft-combining, mejora el rendimiento , proporciona robustez al sistema y menos latencia en las retransmisiones
Se envía un NACK cuando los datos no se reciben correctamente y se envía un ACK cuando los datos se reciben correctamente. Antes el RNC se encargada de las retransmisiones pero con HSDPA se encarga el nodo
Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)
CPC permite que las transmisiones de enlace ascendente y descendente se lleven a cabo a intervalos periódicos. Esta característica reduce la potencia transmitida (y por lo tanto aumenta la vida de la batería del UE) porque el UE no tiene que supervisar y transmitir canales de sobrecarga por cada TTI. Esta reducción en la potencia transmitida también ayuda a aumentar la capacidad de enlace ascendente por la disminución de la interferencia total. Esta mejora es especialmente importante cuando hay usuarios que transmiten datos con poca frecuencia como los usuarios de VoIP.
Continuous Packet Connectivity
Categorías del equipo de usuario). Cada categoría define una combinación de parametros soportados por el módem del usuario que determinará la velocidad máxima que es capaz de alcanzar.
UE Categories

Este concepto trae velocidades mayores casi 10 veces a la sya conocidas, siguiendo la estandarización del 3GPP, serán LTE (‘Long Term Evolution’) para el acceso radio, y SAE (‘Service Architecture Evolution’) para la parte núcleo de la red.
Lo novedoso de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA para el enlace descendente (DL) y SC-FDMA para el enlace ascendente (UL). La modulación elegida por el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de antenas (MIMO) tengan una mayor facilidad de implementación

LTE Long Term Evolution
Alta eficiencia espectral
OFDM de enlace descendente robusto frente a las múltiples interferencias y de alta afinidad a las técnicas avanzadas como la programación de dominio frecuencial del canal dependiente y MIMO.
DFTS-OFDM (single-Carrier FDMA) al enlace ascendente, ortogonalidad de usuario en el dominio de la frecuencia.
Muy baja latencia con valores de 100 ms para el Control-Plane y 10 ms para el User-Plane.
Separación del plano de usuario y el plano de control mediante interfaces abiertas.
Ancho de banda adaptativo: 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz
Puede trabajar en muchas bandas frecuenciales diferentes.
Arquitectura simple de protocolo.
Compatibilidad con otras tecnologías de 3GPP.
Velocidades de pico:
Bajada: 326,5 Mbps para 4x4 antenas, 172,8 Mbps para 2x2 antenas.
Subida: 86,5 Mbps

Características
La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE es completamente nueva. Estas actualizaciones fueron llamadas Evolved UTRAN (E-UTRAN). Un importante logro de E-UTRAN ha sido la reducción del costo y la complejidad de los equipos, esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido en UMTS como RNC). Por tanto, las funciones de control de recursos de radio, control de calidad de servicio y movilidad han sido integradas al nuevo Node B, llamado evolved Node B. Todos los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden comunicar unos a otros usando el protocolo de señalización SS7 sobre IP. Los esquemas de modulación empleados son QPSK,16-QAM y 64-QAM. La arquitectura del nuevo protocolo de red se conoce como SAE donde eNode gestiona los recursos de red.

Arquitectura

Es una técnica de multiplexación que consiste en dividir el espectro en un gran número de portadoras o sub carries ortogonales espaciados entre sí, de diferentes frecuencias, que son transmitidas en parelelo.
Cada subcarrier es modulado con un esquema de modulación tal como: QPSK, 16QAM, 64QAM.
Este tipo de multiplexación es utilizada en el donwlink para las redes LTE.

METODOS DE ACCESO:
OFDM (Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales)

Todos los recursos de tiempo y frecuencia son asignados para un solo usuario

METODOS DE ACCESO:
OFDM (Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales)
En el dominio de la frecuencia, múltiples sub-carriers son modulados independientemente.
En el dominio del tiempo, se insertan intervalos de guarda entre cada uno de los símbolos para prevenir la interferencia inter-símbolo en el receptor.

METODOS DE ACCESO:
OFDM (Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales)
Debido a que OFDM puede sufrir de desvanecimiento de banda estrecha (fading narrow band) e interferencias, la 3GPP escogió OFDMA para los sistemas 4G (LTE)
OFDMA incorpora elementos de TDMA

METODOS DE ACCESO:
OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales)
METODOS DE ACCESO:
OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales)
A fin de reducir la potencia e incrementar la eficiencia del amplificador de potencia y ahorrar la vida útil de la batería, LTE utiliza un diferente modo de acceso para el Uplink, este es SC-FDMA
SC-FDMA utiliza el mismo ancho de banda que el OFDMA

METODOS DE ACCESO:
SC-FDMA (Single Carrier - FDMA )
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