37MK SEMESTRÁLNÍ PRÁCE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická 37MK SEMESTRÁLNÍ PRÁCE 2007 Michal Němec

Obsah 1 ÚVOD... 3 2 POPIS UŽÍVANÝCH STANDARDŮ... 3 3 POPIS TECHNOLOGIÍ V MODERNÍCH UMTS SÍTÍCH... 4 3.1 HSDPA... 4 3.2 HSUPA... 4 3.3 HSOPA... 6 4 HSUPA UTRAN, PRINCIPY A MECHANISMY... 6 4.1 HLAVNÍ HLEDISKA HSUPA... 6 4.2 ARQ, HYBRID ARQ... 6 4.2.1 Popis ARQ... 6 4.2.2 Realizace ARQ... 6 4.2.3 H - ARQ používaná v HSUPA... 7 4.3 RYCHLÉ PŘIDĚLOVÁNÍ RADIOVÝCH ZDROJŮ Z NODE B... 8 4.4 PŘEDÁNÍ SPOJENÍ MEZI NODE B V HSUPA... 9 4.4.1 Předání spojení... 9 4.4.2 Měkké předání spojení... 10 4.4.3 Proces předání spojení... 10 4.5 VYSÍLACÍ INTERVAL - TTI... 10 4.6 FYZICKÁ VRSTVA, FYZICKÉ KANÁLY... 11 4.7 PROTOKOLOVÁ ARCHITEKTURA... 11 4.8 TERMINÁLY HSUPA... 12 5 ZÁVĚR... 12 6 SEZNAM V PRÁCI POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ... 13 7 LITERATURA... 14 2

1 ÚVOD Předmětem této semestrální práce je zpracovat problematiku technologie HSUPA (High- Speed Uplink Packet Access) v UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Práce je zaměřena zejména na změny, které jsou u technologie HSUPA provedeny na radiovém rozhraní UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), jakožto i na mechanizmy se kterými toto radiové rozhraní pracuje. 2 POPIS UŽÍVANÝCH STANDARDŮ Release 99: uzavřen v roce 2000 s sebou přináší specifikaci bezdrátového přístupu skrze UTRA FDD a UTRA TDD. Jádro systému zůstalo zachováno -- GSM/GPRS core network. R99 představuje dále nasazení nové přístupové metody WCDMA (Wide Code Division Multiple Access), kdy jednotliví uživatelé využívají celou přenosovou kapacitu, mohou komunikovat současně a jsou odlišeni unikátními kódy. Release 4: neboli Release 2000 je především zaměřen na zdokonalování stávajících služeb. Žádné výrazné změny nepřinesl. Release 5: vnáší do systému změny zásadnějšího charakteru týkající se přeměny stávajícího jádra na jádro založené na protokolu IP. Kromě paketově a spojově orientované domény tak přidává doménu postavenou na protokolu IPv4 (IMS -- IP Multimedia Subsystem) -- nutnost vlastnit koncový terminál s podporou IMS. Rovněž zvyšuje rychlost paketově orientovaných přenosů u UTRA FDD, a to díky nové technologii technologie HSDPA (High Speed Download Packet Access) phase I implementující vylepšené mechanismy jako Rychlé plánování, Rychlé znovu poslání dat. nebo Adaptivní kódování a modulaci s rychlostí v přijímacím směru až 14,4 Mbit/s. Release 6: publikován v roce 2005 skupinou 3GPP. Zaměřuje se na zvyšování přenosové rychlosti a kapacity sítě, nové aplikace apod. Přináší pokračování technologie HSDPA, tentokráte phase 2, díky které rychlost v přijímacím směru dosahuje až 28,8 Mbit/s. Novinkou je technologie HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) pro výrazné zvýšení rychlosti a kvality vysílání ve vysílacím směru, dále MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service) aneb jednosměrná distribuce z jednoho zdroje audio/video nebo TV obsahu do více terminálů. Součástí release 6 jsou také generické uživatelské profily(gup), nouzové hovory v paketové síti apod. Release 7: Vylepšuje bezdrátovou část sítě i jádro, zvyšuje přenosovou rychlost a kapacitu, podporuje real-timové služby jako VoIP, interaktivní hraní, zavádí např. Multiple Input Multiple Output (MIMO), rozšiřuje IMS směrem k multimediální telefonii apod. Budoucí vývoj: Skupina 3GPP pracuje na mnoha radikálních vylepšeních sítě včetně nového bezdrátového rozhraní a jádra sítě. Teoretická přenosová rychlost v přijímacím směru by mohla dosáhnout až neuvěřitelných 100 Mbit/s, v vysílacím směru 50 Mbit/s. Zpoždění by naopak mohla klesnout až na úroveň klasických pevných sítí. 3

3 POPIS TECHNOLOGIÍ V MODERNÍCH UMTS SÍTÍCH 3.1 HSDPA Ukázkovým příkladem technologie 3.5G je technologie HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), která byla prvně specifikována v 3GPP Release 5 jako rozšíření softwarového rázu UMTS sítě založené na frekvenčním duplexu. Do UMTS díky této technologii byly přidány dva fyzické a dva logické kanály, přičemž klíčovou úlohu zde sehrává uživateli sdílený přenosový kanál High-Speed Downlink Shared Channel (HS-SCH) s fixním rozprostíracím faktorem (spreading faktorem SF) SF16. Technologie HSDPA je inovativní i ve skutečnosti, že spousta úkonů jako rozhodování o znovu zaslání porušených dat nebo o přidělení sdíleného kanálu, byla přesunuta z RNC do Node B. Zvýšení přenosové rychlosti v technologii HSDPA je dosaženo použitím několika důmyslných technik, a to adaptivního kódování a modulace, rychlého plánování a rychlého znovu poslání dat. Technika rychlého znovu poslání dat pracuje s H-ARQ (Hybrid-Automatic Repeat Request) a myšlenkou inkrementální nadbytečnosti. Příjme-li zařízení koncového uživatele porušený paket, uloží si ho a automaticky žádá znovu poslání dat. Znovu zaslání chybných dat je realizováno již díky základnové stanici Node B, která může mít požadovaná data uloženy ještě ve svém vyrovnávacím bufferu. Celý proces kompletace korektních dat se značně zrychluje. Kapacita sdíleného kanálu je omezena na 15 současně vysílajících uživatelů. Node B, na základě aktuálních informacích o kvalitě signálu jednotlivých mobilních uživatelů, vybírá ty s nejlepším signálem, přidělí jim kódy a prostřednictvím řídícího kanálu High-Speed Shared Conrol Channel (HS-SCCH) zašle potřebné informace pro přenos dat v následujícím 2ms rámci. Přenášená data jsou modulována QPSK nebo 16-QAM, která je použita v případě dobrých přenosových podmínek. Ve srovnání s QPSK je schopná až zdvojnásobit přenosovou rychlost. Nejen modulace ale také kódování se dynamicky přizpůsobuje přenosovým podmínkám konkrétního uživatele. Díky ryze softwarovým zásahům do UMTS sítě je technologie HSDPA velice snadno implementovatelná a rozšiřitelná. Dramaticky zvyšuje přenosovou rychlost v přijímacím směru, vylepšuje propustnost a snižuje zpoždění. V 3GPP Release 5 byly definovány dohromady tři verze technologie HSDPA: 5,0 s přenosovou rychlostí 1,8 Mbit/s, 5,1 s rychlostí přenosu 7,2 Mbit/s a 5,2 s 14,4 Mbit/s. V 3GPP Release 6 se HSDPA mechanizmy ještě více zdokonalily, přenosovou rychlost v downlik směru lze zvýšit až na teoretických 28,8 Mbit/s. 3.2 HSUPA Technologie HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) je popsána ve standardu 3GPP Release 6 a definuje nové radiové rozhraní pro komunikaci ve vysílacím směru. Toto zlepšení zajišťuje vyšší propustnost, snižuje zpoždění a zvyšuje efektivitu využití spektra. Ve výsledku se průměrně o 85% zvýší propustnost celé buňky ve vysílacím směru a o 50% stoupne uživatelská propustnost. 4

Obr. 3.1 Přenosové rychlosti ve vysílacím směru [ 2 ] Zejména k využití UMTS technologií pro služby VoIP by se měla propustnost ve vysílacím směru do budoucna vyrovnat propustnosti v přijímacímu směru. Technologie HSUPA v nově zavedeném fyzickém kanálu Enhanced Dedicated Channel (E-DCH) implementuje obdobné techniky pro dosažení zvýšení přenosové rychlosti jako technologie HSDPA, a to rychlé znovu poslání dat s H-ARQ inkrementální nadbytečností a rychlé plánování (Fast Node B Scheduling). Plánovač přidělení kanálu vybírá potencionální adepty nejen na základě kvality signálu, ale také přihlíží k množství dat na přenesení a době čekání na odeslání dat. HSUPA UMTS R99 GPRS Obr. 3.2 Rozsah zpoždění u uvedených technologií [ 2 ] Narozdíl od technologie HSDPA, technologie HSUPA nezavádí mechanizmus adaptivního kódování a modulace. Je schopna pracovat s novými typy Hannoverů (Soft Hannover) s tím rozdílem, že zvyšovat vysílací výkon mobilní stanice smí pouze hlavní RNC, ostatní RNC výkon pouze snižují. Teoretická maximální přenosová rychlost dosahovaná ve vysílacím směru se pohybuje až kolem 5,76 Mbit/s. Technologie HSDPA je schopna podporovat vysokou pohyblivost účastníků (120km/h), technologie HSUPA je optimalizována na rychlosti zhruba poloviční (60km/h). Požadavky společnosti 3GPP na technologii HSUPA byly: Pokrytí městské, příměstské a venkovské pro plnou mobilitu, vše optimalizováno i pro přenos nižšími přenosovými rychlostmi. Zaměřeno na interakční služby, kontinuální služby a na tzv. služby na pozadí. Zpětná kompatibilita s Release 99, Release 4, Release 5 terminály. Cíle 3GPP byly: Zlepšit pokrytí a propustnost ve vysílacím směru. Snížit zpoždění Řídit ve vysílacím směru propustnost v závislosti na velikosti rušení. 5

3.3 HSOPA Ačkoliv se UMTS dočkalo prozatímních softwarových vylepšení v podobě technologie HSDPA a technologie HSUPA, skutečný vývojový posun se slibuje až od dokončení technologie HSOPA (High-Speed OFDM Packet Access), která se soustředí na vybudování zcela nového radiového prostředí EUTRAN (Evolved UTRAN). Teoretická přenosová rychlost dosahována touto technologií v mobilních komunikacích by měla dosáhnout až 100 Mbit/s (20 MHz kanál) v přijímacím směru a 50 Mbit/s (20 MHz kanál) ve vysílacím směru s minimální zpoždění kolem 10 ms, ačkoliv předání spojení metodou (inter-system Hannover) značně zpoždění zvýší (až 500 ms). Celkový koncept byl navržen pro dynamicky měnící se šířku přenosového kanálu kolísající mezi 1,25 MHz -- 20 MHz, OFDM multiplex pro přijímací směr, SC-FDMA (Single Carrier-FDMA) pro vysílacím směr a MIMO (Multiple-Input Multiple- Output) anténní systém. Maximální možná rychlost pohybu koncového uživatele oproti GSM vzrůstá z 250 km/h na 350km/h. Prozatímní maximální přenosová rychlost dosahována touto technologií se pohybuje kolem 40 Mbit/s. Na nasazení v komerčním prostředí si budeme muset ještě nějaký ten rok počkat. 4 HSUPA UTRAN, principy a mechanismy 4.1 Hlavní mechanizmy HSUPA Jak již bylo popsáno výše slouží HSUPA k redukci zpoždění a zvýšení propustnosti ve vysílacím směru. Stejně jako u technologie HSDPA je HSUPA reprezentována vpodstatě ( E-DCH ) vyhrazeným kanálem, nicméně obsahuje další nové funkcionality : H ARQ, rychlé přidělování radiových zdrojů, měkké předání spojení (Soft Handover) a kratší vysílací interval (Transmit Time Interval TTI). 4.2 ARQ, Hybrid ARQ 4.2.1 Popis ARQ Při použití poloduplexních a plně duplexních spojů je možné vystačit se zabezpečením přenášených dat pomocí detekčních kódů. Z nich jsou nejúčinnější tzv. cyklické kódy, které lze použít k zabezpečení rámce jako celku. Při odesílání se k obsahu rámce přidá krátký zabezpečovací údaj, typicky v rozsahu 16 bitů, a příjemce je pak na základě tohoto zabezpečovacího údaje schopen se značnou pravděpodobností rozpoznat, zda přijal rámec bez chyby, či nikoli. V druhém případě pak může využít zpětné vazby, kterou mu nabízí poloduplexní a duplexní spojení s vysílajícím, a vyžádat si na něm nové vyslání celého chybně přijatého rámce. Právě naznačený mechanismus je obvykle implementován v podobě tzv. potvrzování (acknowledgement), přesněji: potvrzovací zpětné vazby, která předpokládá, že příjemce zkontroluje bezchybovost každého přijatého rámce, a o výsledku informuje vysílajícího. V angličtině je pak tato technika označována také jako ARQ (Automatic Retransmission request) [3]. 4.2.2 Realizace ARQ Možností realizace mechanismu potvrzování existuje celá řada. V prvním přiblížení je lze rozdělit na dvě velké skupiny, na tzv. jednotlivé potvrzování (idle RQ, stop&wait RQ), a kontinuální potvrzování (continuous RQ) [3]. 6

V případě jednotlivého potvrzování vysílající odešle rámec, a pak čeká na reakci příjemce. Další rámec pak vyšle teprve poté, kdy mu příjemce signalizuje úspěšné přijetí původního rámce. V opačném případě (kdy je mu signalizováno neúspěšné přijetí, nebo nedostane-li do určitého časového limitu žádnou odpověď), vyšle původní rámec znovu. Konkrétní implementovaný mechanismus pak může vycházet z toho, že příjemce potvrzuje pouze bezchybně přijaté rámce (zatímco přijetí chybných rámců nesignalizuje vůbec a tyto rámce jednoduše ignoruje), nebo naopak z toho, že příjemce vysílá jen záporná potvrzení (negative acknowledgements), resp. odmítnutí (rejections), která signalizují přijetí rámce s chybami a explicitně žádají o jeho opětovné vyslání [3]. Nejefektivnější je ovšem taková varianta, při které příjemce explicitně signalizuje obě možné situace - pomocí kladného i záporného potvrzení. Obecnou nevýhodou všech variant jednotlivého potvrzování je nutnost čekat před odesláním dalšího rámce na reakci protistrany. V případě delších dob přenosu tak mohou vznikat neúnosně velké časové ztráty, které minimalizuje až potvrzování kontinuální. To je založené na myšlence, že vysílající bude vysílat nové rámce bez toho, že by si byl jist úspěšným přijetím předchozích rámců. Po odeslání určitého rámce tudíž vysílající nečeká na zprávu o úspěšném či neúspěšném přijetí rámce, ale může ihned pokračovat vysláním dalšího rámce. Kladná resp. záporná potvrzení jednotlivých rámců pak dostává s určitým zpožděním, a reaguje na ně samozřejmě až v okamžiku, kdy je skutečně dostane. Zde je opět několik možných variant: vysílající může znovu vyslat jen ten rámec, o kterém se dozvěděl, že nebyl úspěšně přenesen,pak jde o tzv. selektivní opakování (selective repeat), nebo znovu vyslat chybně přenesený rámec, a po něm znovu i všechny následující rámce, které již mezitím mohly být také odvysílány, pak jde o tzv. opakování s návratem ( Go-back-N ). Opakování s návratem je obecně méně efektivní než selektivní opakování, neboť může způsobit opakované vyslání rámců, které již byly přijaty bezchybně. Selektivní opakování zase vyžaduje ke své implementaci poměrně velkou kapacitu vyrovnávacích pamětí, a to jak na straně příjemce, tak i na straně vysílajícího. Při našich úvahách o mechanismech potvrzování je dobré se zamyslet také nad tím, jakou konkrétní podobu mají kladná i záporná potvrzení, která příjemce datových rámců vrací jejich odesilateli. Mohou to být samostatné rámce zvláštního typu, které nenesou žádná "užitečná" data, ale mají pouze řídící charakter. Pak jde o tzv. samostatné potvrzování, které ovšem svými řídícími rámci zatěžuje přenosové cesty na úkor datových rámců s "užitečnými" daty. Efektivnější alternativou, použitelnou však jen v případě obousměrného toku "užitečných" dat, je vkládat potvrzující informace přímo do datových rámců ( piggybacking). 4.2.3 H - ARQ používaná v HSUPA Pokud se nepodaří správně přijmout data přenášená na radiovém kanálu (vlivem rušení atd.), mobilní stanice okamžitě požaduje znovu přenesení dat. Zatímco v Release 99 je opětovné přenesení dat požadováno od RNC, v technologii HSUPA je prováděno už na NodeB. Data k opětovnému vyslání může NodeB nabídnout rovnou ze svého vyrovnávacího zásobníku, takže k tomuto procesu dojde velice rychle a bez čekání na data uložená hlouběji v síti. Tato operace prováděná na fyzické vrstvě je pojmenována jako H-ARQ (Hybrid - Automatic Retransmission request) tzv. hybridní automatický požadavek na opakování přenosu ( tento protokol existuje nezávisle na ARQ schematu ve vrstvě RLC). Používá se mechanizmus potvrzování s vícenásobnými stop and wait procesy H-ARQ, mezi Node B a mobilní stanicí, který je podobný mechanizmu, používanému pro přijímací 7

směr HS-DSCH HSDPA. Tento mechanizmus ovšem obsahuje jisté modifikace, které jsou motivovány odlišnostmi ve vysílacím a přijímacím směru. H-ARQ u technologie HSUPA je založena na synchronním znovu přenášení dat ve vysílacím směru. Využívá se přidané nadbytečnosti, tím že se kombinují postupně znovu přenesená data od stejné datové jednotky, s možností využití různých kódovacích a modulačních metod bez omezení, narozdíl od přijímacího směru. Následující obrázek popisuje mechanizmus H-ARQ. Obr. 4.1 Popis Hybrid ARQ procesu na fyzické vrstvě [ 4 ] Závěrem je třeba říci, že ne u všech služeb je možné provozovat H-ARQ, jsou to například konverzační služby se striktními požadavky na zpoždění. H-ARQ je tudíž aplikovatelný jen u Interakčních služeb, Kontinuálních služeb a u tzv. služeb Na pozadí. Metody využívané v H-ARQ : Kombinování rámců ( Chase Combining CC ) : Přijímač kombinuje originální přijímaná data se znovu vyslanými daty. Přidaní nadbytečnosti ( Incremental Redundancy IR ) : Znovu odeslaný rámec z Node B obsahuje jen opravná data namísto originálních dat. Z hlediska výkonu jsou tedy hlavními cíli při použití H-ARQ: Redukovat zpoždění Zvýšit uživatelskou a systémovou propustnost 4.3 Rychlé přidělování radiových zdrojů z Node B Přidělování radiových zdrojů provádí v Release 99 RNC. U technologie HSUPA jde toto přidělování blíže k uživateli a provádí se přímo na NodeB. Technologie HSUPA využívá zpětnou informaci od mobilní stanice o kvalitě kanálu, schopnostech mobilní stanice, požadavcích na kvalitu služby a dostupných radiových zdrojích k tomu, aby přesněji přidělovala radiové zdroje a přenášela data. Přidělování radiových zdrojů je na straně NodeB pružnější, než když jej provádělo centrálně z RNC. Node B řídí velikost přenosové rychlosti a přiřazuje jí jednotlivým mobilním stanicím, tento proces se nazývá rychlé přidělování radiových zdrojů na Node B (Fast Node B Scheduling). Toto přidělování na Node B je prováděno proto, aby se udržel na přenosovém kanálu, na požadované úrovni odstup 8

signálu od šumu (SNR). Signál od Node B omezuje maximální přenosovou rychlost (Power Offset pro DPCCH). V případě nízkého šumu je automaticky zvýšena propustnost přenosového kanálu ve vysílacím směru. Obr. 4.2 Přidělování radiových zdrojů na Node B v závislosti na rušení [ 4 ] Mobilní stanice vysílá kontrolní signál pro vysílací směr jako rychlostní požadavek (Rate Request) do Node B. Node B přidělí mobilní stanici přenosovou rychlost (tzv. Rate Grant signál). Signál z mobilní stanice má v první úrovni charakter rychlostního požadavku (Rate Request) na zvýšenou rychlost, což je podmíněné celkovou velikostí zásobníku stanice. Ve druhé úrovni pošle mobilní stanice signál s rychlostním požadavkem obsahujícím velikost zásobníku, který se používá při toku dat s nejvyšší prioritou. Dále pak pošle celkovou velikost zásobníku. Řídící signály pro přijímací směr se nazývají : Absolutní přidělení rychlosti ( Absolute Grant AG signál) a Relativní přidělení rychlosti ( Relative Grant - RG signál ). Absolutní přidělení rychlosti znamená nastavení absolutní hodnoty výkonu vyrovnávání přenosové rychlosti (power offset) povolenou pro efektivní využívání kanálu (power usage). Řídící signál AG může poslat jen Node B, které řídí obsluhovanou buňku (serving cell). K přenosu AG signálu z Node B nedochází k neobsluhovaným buňkám. Řídící signál RG se používá při kolísání výkonu vyrovnání (power offset) a je posílán ze všech sousedících buněk v HSUPA. 4.4 Předání spojení mezi Node B v HSUPA 4.4.1 Předání spojení V sousedních buňkách se vždy používají kanály s odlišnými frekvencemi a při přechodu mobilního účastníka přes hranice buněk je tedy nutné přeladit jeho stanici. Tento proces se v moderních systémech uskutečňuje zcela automaticky, bez zásahu obsluhy stanice, a nazývá se handover. Provoz systému vyžaduje, aby byla neustále registrována okamžitá poloho mobilní stanice alespoň na úrovni buněk. Určování polohy stanice může být realizováno například tak, že mobilní stanice neustále udržuje spojení s nejbližšími základnovými stanicemi, které jsou v dosahu. Ty vyhodnocují kvalitu spojení a informují o tom ústřednu. Z těchto informací poté ústředna určí tu základnovou stanici, jejíž spojení s mobilní stanicí je nejkvalitnější a která je tedy pravděpodobně nejblíže. Dojde-li k přemístění mobilní stanice z jedné buňky do druhé v průběhu hovoru, ústředna jí přidělí nové hovorové kanály. Celý tento proces trvá velice krátce a během hovoru je nepostřehnutelný. [5] 9

4.4.2 Měkké předání spojení Měkké předání spojení ( Soft Hannover ) využívá faktu, že je stanice neustále připojena alespoň ke dvěma dostupným základnovým stanicím. Při pohybu terminálu jsou jednotlivá spojení rušena a další nová vznikají. Tento typ způsobuje větší nároky na kapacitu sítě [5]. 4.4.3 Proces předání spojení SRNC ( Serving RNC ) provádí v UMTS předání spojení typu (Soft Hannover) mezi dvěma Node B. Mobilní stanice přijímá signalizaci o chybách ACK (acknowledgements) nebo NACK (negative acknowledgements) z obou Node B. Když mobilní stanice přijme z Node B nějaké ACK, pak rozpozná význam tohoto signálu a ukončí proces opakovaného vysílání rámců. V případě nového datového přenosu mobilní stanice registruje RSN (Retransmission Sequence Number) jako hodnotu 0 a potvrdí příjem nových dat. Po obdržení těchto nových dat, Node B vymaže data uložená ve svém zásobníku. SRNC určí jednu obsluhující buňku (serving cell) mezi všemi aktivními buňkami a informuje o tom Node B a mobilní stanici. Node B s obsluhující buňkou (serving cell) posílá řídící signál AG nebo řídící signál RG do mobilní stanice, zatímco další Node B posílá řídící signál RG do mobilní stanice jako tzv. indikátor přetížení ( over-load indicátor ), aby zamezila vyššímu rušení. Obr. 4.3 Struktura RNC (SRNC), předání spojení mezi dvěma Node B [ 4 ] 4.5 Vysílací interval - TTI Všechny kategorie HSUPA zařízení podporují 10ms vysílací interval (Transmit Time Interval - TTI). Kategorie 2, 4 a 6 mají možnost volby 2ms TTI. Maximální špičková rychlost je 2Mbit/s v 10 ms HSUPA TTI a 5,76 Mbit/s s 2ms HSUPA TTI. Špičková rychlost ve vysílacím směru DCH je limitována do výše 64 Kbit/s v technologii HSUPA. Když jsou čtyři kódy vysílány paralelně, dva kódy by měly být vysílány se SF2 a dva se SF4. 10

Tab.4.1 Maximální přenosové rychlosti pro technologii HSUPA [ 1 ] 4.6 Fyzická vrstva, fyzické kanály E DPCCH - pro signalizaci E-TFCI, RNS ve vysílacím směru (SF256) E DPDCH - pro uživatelská data v vysílacím směru (SF64 - SF2) E HICK - pro vysílání ACK a NACK v přijímacím směru (SF128) E AGCH - pro AG (Absolute Grant ) v přijímacím směru (SF128) E RGCH - pro RG (Relative Grant ) DPCH (DPCCH/DPDCH) - vyhrazený kanál v přijímacím i vysílacím směru 4.7 Protokolová architektura Pro podporu technologie HSUPA jsou požadovány následující změny v MAC (Media access control) V UE části MAC-es/MAC-e by měly být přidány pod MAC-d. V MAC-es/MAC-e jsou realizovány funkce H-ARQ, přidělování radiových zdrojů a MAC-d PDU multiplexování a další. v Node B části Je přidána MAC-e, která realizuje H-ARQ, přidělování radiových zdrojů a MAC-e PDU demultiplexování. v SRNC části Je přidána MAC-es která realizuje přeskupení signálů při sekvenčním doručování (Re-Ordering) a ovládá kombinování signálů od různých Node B (Diversity combining) v případě vnitřního Node B předání spojení ( tzv. Soft Handoveru) 11

Obr.4.4 Protokolová architektura technologie HSUPA [ 1 ] 4.8 Terminály HSUPA Technologie HSUPA bude vyžadovat využití nových terminálů, kompatibilních s WCDMA UMTS Release 99 sítí. První terminály schopné provozovat technologii HSUPA měly být vyrobeny koncem roku 2006. Stejně jako u technologie HSDPA způsobilost terminálu bude standardizována pro různé kategorie. Teoreticky, maximální fyzická propustnost pro vysílací směr je 5,5 Mbit/s, což vede k rychlosti 4 Mbit/s na aplikační vrstvě. Nedávné studie zjistily, že zavedením technologie HSUPA můžeme dosáhnout níže uvedených zlepšení v porovnání s UMTS Release 99. Zlepšení v vysílací kapacitě o 50-70 % Redukci zpoždění o 20-55 % Zlepšení propustnosti paketů o cca 50% 5 ZÁVĚR Technologie HSUPA je zaváděna ve dvou fázích a měla by postupně nabídnout pokrytí městských, příměstských a nakonec venkovských oblastí. Ve všech těchto oblastech by měla nasazená technologie umožňovat i přenos nižšími přenosovými rychlostmi. Technologie HSUPA by měla v první fázi umožnit resp. zlepšit kvalitu interakčních služeb, kontinuálních služeb a tzv. služeb na pozadí. Měla by být plně kompatibilní s terminály UMTS Release 99, Release 4 a Release 5. Podstatnými zlepšeními, kterých nasazením HSUPA do UMTS provozu dosáhneme, jsou : zlepšená propustnost ve vysílacím směru, redukované zpoždění a možnost řídit ve vysílacím směru propustnost, v závislosti na velikosti rušení. Těchto zlepšení je dosaženo za pomoci nových funkcionalit kterými jsou : vyhrazen kanál E-DCH s H-ARQ, rychlé přidělování radiových zdrojů, měkké předání spojení a kratší vysílací interval. První fáze změny vysílacího směru přijde až v tomto roce (2007). Budou k dispozici terminály podporující plné HSDPA - fáze dvě a HSUPA - fáze jedna s rychlostí 1,5 Mbit/s. Nasazení technologie HSUPA - druhé fáze, která má přinést rychlosti ve vysílacím směru až okolo 5,8 Mbit/s, je zatím vzdálené. Pravděpodobně však tomu bude v roce 2008 [7]. 12

6 Seznam v práci použitých zkratek a symbolů AG Absolute Grant ASC Access Service Class BCCH Broadcast Control Channel BCH Broadcast Channel C- Control- CCCH Common Control Channel DCCH Dedicated Control Channel DCH Dedicated Channel DL Downlink DSCH Downlink Shared Channel DTCH Dedicated Traffic Channel E-AGCH E-DCH Absolute Grant Channel E-DCH Enhanced Dedicated Transport Channel E-DPCCH E-DCH Dedicated Physical Control Channel (FDD only) E-HICH E-DCH HARQ Acknowledgement Indicator Channel E-PUCH Enhanced Uplink Physical Channel (3.84/7.68 Mcps TDD only) E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel (FDD only) E-RNTI E-DCH Radio Network Temporary Identifier E-RUCCH E-DCH Random Access Uplink Control Channel (3.84/7.68 Mcps TDD only) E-TFC E-DCH Transport Format Combination E-TFCI E-DCH Transport Format Combination Indicator E-UCCH E-DCH Uplink Control Channel (3.84/7.68 Mcps TDD only) FACH Forward Link Access Channel FDD Frequency Division Duplex HARQ Hybrid Automatic Repeat Request HCSN HS-SCCH Cyclic Sequence Number HSDPA High Speed Downlink Packet Access HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel L1 Layer 1 (physical layer) L2 Layer 2 (data link layer) L3 Layer 3 (network layer) MAC Medium Access Control MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service MCCH MBMS point-to-multipoint Control Channel MTCH MBMS point-to-multipoint Traffic Channel MSCH MBMS point-to-multipoint Scheduling Channel PCCH Paging Control Channel PCH Paging Channel PDU Protocol Data Unit PHY Physical layer PhyCH Physical Channels RACH Random Access Channel RG Relative Grant RLC Radio Link Control RLS Radio Link Set RNC Radio Network Controller RNS Radio Network Subsystem RNTI Radio Network Temporary Identity RRC Radio Resource Control RSN Retransmission Sequence Number SAP Service Access Point SDU Service Data Unit SHCCH Shared Channel Control Channel SRNC Serving Radio Network Controller SRNS Serving Radio Network Subsystem TDD Time Division Duplex TFCI Transport Format Combination Indicator TFI Transport Format Indicator TSN Transmission Sequence Number U- User- UE User Equipment UL Uplink UMTS Universal Mobile Telecommunications System USCH Uplink Shared Channel UTRA UMTS Terrestrial Radio Access UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network 13

7 Literatura [1] PETER RYSAVY: Mobile Broadband EDGE HSPA LTE, 3G Americas, Září 2006 www.3gamericas.org [2] www.hsupa.com, Web Master, 12. červen 2004 [3] JIŘÍ PETERKA : příspěvek - Linková vrstva - II., 6. května 2006 www.earchiv.cz/a92/a219c110.php3 [4] www.nec-mobilesolutions.com/infrastructures/solution/hsupa.html [5] TOMÁŠ RICHER : příspěvek - Hannover, http://tomas.richtr.cz/mobil/bunk-hand.htm [7] MARTIN ZIKMUND: příspěvek - Test vylepšeného UMTS, září 2005, www.zikmund.cz/cz/index.html [8] 3G AMERICAS : The Evolution of UMTS/HSDPA 3GPP Release 6 and Beyond, 3G Americas July 2005, červen 2005, www.3gamericas.org [9] 3G AMERICAS : Mobile Broadband : The Global Evolution of UMTS/HSPA, 3GPP Release 7 and Beyond, 3G Americas December 2006, prosinec 2006, www.3gamericas.org [10] 3G AMERICAS : The Evolution of UMTS 3GPP Release 5 and Beyond, 3G Americas June 2004, červen 2006, www.3gamericas.org [11] IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group : A Modified Chase Combining for H-ARQ, 2004-7-15, červenec 2006 [14] 3GPP TS 25.321 V7.0.0 (2006-03) Technical Specification : " 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 7) " [15] 3GPP TS 25.321 V7.2.0 (2006-09) Technical Specification : " 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 7) " [16] 3GPP TS 25.321 V7.3.0 (2006-12) Technical Specification : " 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 7) " 14