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HSDPA: Por fin la banda ancha móvil
QUÉ ES... HSDPA: Por fin la banda ancha móvil Julio Navío Ingeniero de Telecomunicación a tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) supone optimizar la tecnología espectral / en telefonía móvil, incluida en las especificaciones de 3GPP release 5, que mejora enormemente la capacidad máxima de hasta alcanzar tasas de 14 . Soporta tasas de throughput promedio cercanas a 1 Mbps. y consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que se complementa con un enlace ascendente (uplink). HSDPA desarrolla el potencial de las redes WCDMA en la prestación de servicios de banda ancha con throughput velocidades más elevadas y un número mayor de usuarios. HSDPA provee tres veces más capacidad que WCDMA Momento actual A lo largo del año 2006 y, en especial, a partir de los congresos 3GSM y Cebit 2006, las principales operadoras mundiales comenzaron a lanzar servicios HSDPA. A principios del 2007 unas 100 operadoras habían lanzado ya el servicio de HSDPA (según se indica en la grafica adjunta). Fundamentos técnicos El principal objetivo de HSDPA es el de conseguir un ancho de banda mayor. HSDPA básicamente es igual a la versión 99 de UMTS L HSDPA: Por fin la banda ancha móvil Cuando todavía estamos en los albores de la implantación y el éxito de la tecnología 3G, nuevas soluciones aparecen en el campo de la banda ancha móvil y, entre ellas, ocupa un lugar preferente HSDPA. En las próximas líneas explicaremos qué es HSDPA. Combinadas, las tecnologías para el downlink (HSDPA) y el uplink (HSUPA) se conocerán como HSPA. (R99), con la adición de una entidad de repetition/scheduling dentro del Nodo-B. El Nodo-B toma los paquetes de datos y programa su transmisión con un esquema adecuado de codificación y de modulación (16QAM). En lugar de limitar el acceso a datos a alta velocidad a menos de cinco usuarios en una celda, HSDPA puede proporcionar datos a 384 kbit/s a muchos más usuarios, posiblemente unos 30. Los operadores, al advertir que HSDPA les proporcionará un acceso a datos a alta velocidad efectivo frente a coste, están fomentando su despliegue. Problemas de ráfagas: IP es un protocolo para tráfico a ráfagas esporádicas que requiere cambios en la pila de protocolos W-CDMA (CDMA de banda ancha) para poder soportar IP de forma eficiente. Los protocolos para tráfico a ráfagas no se adaptan muy bien al canal dedicado (DCH) usado en las redes W-CDMA existentes. Aunque el DCH puede soportar muchos tipos diferentes de tráfico, el uso del canal para tráfico a ráfagas es generalmente bastante escaso. Esto se debe a que el proceso de reconfiguración de canal que puede usarse para ajustar el DCH para un cambio de la combinación de tráfico es un proceso lento, que tarda del orden de 500 ms. Estos aspectos han sido tratados en la Versión 5 de los estándares 3GPP (3G Partnership Project), que cambia radicalmente la red para adaptarla mucho mejor al tráfico de datos. Se ha incorporado el soporte de IPv6 en el núcleo de red junto con una mejora clave para proporcionar soporte de gran ancho de banda para tráfico IP a ráfagas para el usuario móvil. En lugar de enviar datos usando DHCs individuales, HSDPA extiende el canal compartido de enlace descendente (DSCH), permitiendo compartir los paquetes destinados a diversos usuarios en un único canal de mayor ancho de banda denominado DSCH de alta velocidad (HS-DSCH). Como con las redes cableadas tales como Ethernet, esto permite un uso más eficiente del ancho de banda disponible. Además, un proceso de configuración de canal más rápido permite a la estación base controlar el canal de forma más efectiva, mejorando asimismo la eficiencia. Demasiadas opciones: Los diseñadores y operadores de estaciones base disponen de muchas opciones para operar con HSDPA. Esto complica la provisión de HSDPA a medida que se actualiza la red, pero es posible lograr un mayor caudal para servicios que generan altos ingresos. El ancho de banda máximo que se puede conseguir con HSDPA depende en gran medida del tamaño de la celda. Para limitar la potencia necesaria para enviar cada bit de información, la velocidad máxima posible tiende a reducirse en el borde de la celda para los usuarios. Para una gran celda con diversos tipos de usuarios, la velocidad de pico agregada será de entre 1 y 1,5 Mbit/s. Puede alcanzar de 4 a 6 Mbit/s, incluso más, a medida que disminuye el tamaño de la celda hasta un nivel de microcelda y más allá. En principio, se podrían alcanzar velocidades de 8 Mbit/s o superiores en una picocelda. Para conseguir mayores velocidades de datos en bruto, HSDPA usa, a nivel físico (PHY), esquemas de modulación de nivel superior tales como la modulación de amplitud en cuadratura con 16 símbolos (16QAM), junto con un esquema de codificación adaptativo basado en turbo códigos. Es importante señalar que el esquema de modulación es adaptativo y se bit 162 ABR.-MAY. 2007 71 QUÉ ES... HSDPA: Por fin la banda ancha móvil “HSDPA desarrolla el potencial de las redes WCDMA en la prestación de servicios de banda ancha” 72 bit 162 ABR.-MAY. 2007 QUÉ ES... HSDPA: Por fin la banda ancha móvil cambia para cada usuario. El factor de extensión utilizado para el HS-DSCH sigue siendo 16, pero la tasa de codificación puede variar, en base a cada usuario, entre 1/4 y 3/4. En teoría, el protocolo admite un enlace sin codificar de 4/4, pero sólo sirve para que los laboratorios de prueba alcancen el máximo teórico de 14 Mbit/s usando modulación 16QAM. La modulación puede también variar, bajo condiciones de recepción poco favorables, probablemente volviendo a QPSK desde la modulación de nivel superior de 16QAM. La adaptación del enlace garantiza que se alcanza la mayor velocidad de datos posible tanto para los usuarios con una buena calidad de señal, situados generalmente cerca de la estación base, como para aquellos usuarios más distantes en el borde de la celda, que pueden recibir datos con una menor velocidad de codificación. La adaptación del enlace se realiza en cada intervalo de tiempo de transmisión (TTI), con el envío al Nodo B por parte del equipo de usuario de una estimación de la calidad de canal, que se usa a continuación para seleccionar la velocidad de modulación y codificación para dicho usuario en la siguiente transmisión. Cambio de ubicación del control MAC: El cambio más importante que implica HSDPA es pasar el control de acceso a los medios (MAC) del controlador de la red de radio (RNC) a la estación base. Es muy importante destacar que este cambio permite el uso de algoritmos de programación rápida, en los cuales se sirven datos a los usuarios bajo condiciones constructivas de desvanecimiento basados en las estimaciones de calidad del canal. Esto ha de compararse con el riesgo de altas tasas de error que los usuarios podrían experimentar en condiciones de recepción poco favorables usando un esquema convencional de prioridad de usuario o de round robin, y en el que el programador (scheduler) use condiciones normales de canal para seleccionar el esquema de modulación y codificación utilizado. Como consecuencia, la programación rápida funciona de manera conjunta con los algoritmos usados para seleccionar los esquemas óptimos de modulación y codificación. Esto aumenta considerablemente la capacidad de respuesta de la estación base y el cambio de codificación 16QAM aumenta la velocidad de pico. Mayor complejidad: La mejora del rendimiento y de la potencia de procesamiento que proporciona HSDPA implica naturalmente una mayor complejidad. Se necesitan numerosos bucles de retorno de alta velocidad para implementar HSDPA de forma efectiva, y ofrecer a los usuarios las mejores velocidades posibles. Cuando ocurre un error de enlace, los paquetes de datos pueden retransmitirse rápidamente previa solicitud del terminal móvil. En las redes W-CDMA existentes, estas solicitudes están procesadas por el RNC. Al igual que con la programación rápida, HSDPA ofrece una mejor capacidad de respuesta al procesar la solicitud en la estación base. El protocolo HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) desarrollado para HSDPA permite una retransmisión eficiente de paquetes interrumpidos o corrompidos. El protocolo ha sido diseñado para permitir que el ancho de banda normal proporcionado por HSDPA sea superior al que fuera posible si se tuviera que usar una corrección de errores de envío más extensa. “A principios del 2007, unas 100 operadoras habían lanzado ya el servicio de HSDPA” Sin embargo, genera demandas significativas en la estación base dado que el soporte de HARQ exige una baja latencia. La latencia requerida para un soporte eficiente de HARQ exige el procesamiento de retransmisiones en un tiempo de 2 a 7 ms. Pero el bucle de retorno que permite la implementación de HARQ no es el que existe en las estaciones base con la Versión 99, dado que esta función reside en el RNC para las transmisiones de DCH y DSCH existentes. Así pues, no sólo las cosas deben funcionar más rápidamente, sino que muchas funciones son nuevas, añadiéndose a las capacidades e inteligencia del Nodo B. Además de retransmisiones rápidas, se usa una serie de técnicas para que el terminal móvil tenga una mayor posibilidad de recibir los datos correctamente. Para aquellos usuarios con una alta velocidad de codificación, se puede usar una simple combinación de tipo Chase (CH), que repite simplemente el paquete. Para aquellos usuarios con una baja velocidad de codificación, se puede usar redundancia incremental (IR). En este esquema, se envían bits de paridad para permitir al terminal móvil combinar la información de la primera transmisión con retransmisiones subsiguientes. Factores que afectan a la programación: Hay una serie de factores que controlarán lo correctamente que funcionará la programación en el campo. Es sencillo concebir un algoritmo de programación que funcione correctamente para unos pocos usuarios en el laboratorio, con condiciones constructivas de desvanecimiento generadas artificialmente. Resulta mucho más difícil desarrollar un algoritmo que funcione de forma robusta en el campo para muchos usuarios, todos ellos con situaciones diferentes, complicadas y cambiantes. Existen muchas circunstancias que afectan a los sistemas reales. Una de ellas, y desde luego no es la menos importante, es la capacidad evolutiva de los propios terminales, ya se trate de handsets o de tarjetas de datos insertadas en los PCs. Las exigencias de latencia de HSDPA significan que los diseños reaccionarán de forma diferente a condiciones de desvanecimiento y a velocidades de transferencia de paquetes cambiantes. Sin embargo, la necesidad de soportar diferentes contratos de Calidad de Servicio (QoS) con cada terminal complicará aún más la situación para el programador, dado que no puede denegar ancho de banda a un terminal con unos compromisos elevados de QoS simplemente porque se encuentra en un área de mala recepción, o porque no puede reaccionar con suficiente rapidez a los datos que recibe de la estación base. El cambio más importante que implica HSDPA es pasar el control de acceso a los medios (MAC) del controlador de la red de radio (RNC) a la estación base”
30 oct 2015