HSPA: Conceitos Básicos

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1 HSPA: Conceitos Básicos Este tutorial apresenta a tecnologia contida no padrão HSPA (High Speed Packet Access) para as redes celulares de 3ª geração (3G) baseada no conjunto de padrões WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) do 3GPP (Third Generation Partnership Project). O HSPA representa uma parte importante para a evolução WCDMA, e permite ao usuário desfrutar de uma nova experiência, mais aperfeiçoada e com maiores possibilidades, ao acessar serviços de banda larga através das redes celulares com uma melhor relação custo benefício. Este tutorial foi produzido a partir do White Paper BASIC CONCEPTS OF HSPA, de Fevereiro de 2007, elaborado pela Ericsson. Categoria: Telefonia Celular Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 23/04/2007 1

2 HSPA: Introdução Um dos aspectos mais importantes dos celulares de terceira geração (3G) é o acesso aos serviços de dados através de uma rede de pacotes aperfeiçoada (enhanced data packet access). O padrão WCDMA 3GPP Release 99 permite oferecer taxa de dados de 384 kbit/s para redes de com grande cobertura. No entanto, quando se aumenta o uso dos serviços de dados e novos serviços são introduzidos, torna-se necessário fornecer maiores taxas de dados e maior capacidade de rede, com custos competitivos. O padrão WDCMA 3GPP Release 5 apresenta, entre outras novidades, um novo canal de transporte de downlink, entre a Base Station (BS) e o equipamento do usuário (user equipment UE), que melhora o suporte a aplicações de alto desempenho para rede de pacotes. O custo do bit trafegado é reduzido, já que o canal de downlink melhorado permite um aumento considerável da capacidade de transporte, quando comparado com o Release 99. Também reduz de forma significativa a latência e possibilita picos de transmissão de dados de até 14 Mbit/s. Essa implementação, que tem como sigla o HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), é o primeiro passo na evolução do desempenho do WCDMA. Embora grande parte do tráfego ocorra no sentido downlink, ainda há um número considerável de aplicações que serão beneficiadas pela existência de um canal de uplink de melhor qualidade, entre elas as aplicações que fazem o envio por de grandes arquivos anexados, figuras, vídeo clips, blogs, etc. O padrão WCDMA 3GPP Release 6 apresenta, entre outras melhorias, um canal de transporte de uplink aperfeiçoado (Enhanced Uplink). Esse canal de uplink, também conhecido como HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), disponibiliza taxas de transmissão de dados maiores, latência reduzida e maior capacidade de transporte de dados, possibilitando picos de transmissão de dados de até 5,8 Mbit/s. Juntos os padrões HSDPA e Enhanced Uplink são conhecidos como HSPA (High Speed Packet Access). A seção a seguir descreve os benefícios que os novos padrões podem oferecer aos usuários e às operadoras. As demais seções descrevem os princípios básicos do HSDPA e do Enhanced Uplink. 2

3 HSPA: Benefícios O maior benefício do padrão HSPA é a possibilidade de oferece uma experiência melhorada para o usuário. Na prática isto significa tempo menor de download e upload com altas taxas de transmissão de dados e latência reduzida, quando comparado com o WCDMA 3GPP Release 99. O HSPA também beneficia as operadoras reduzindo o custo do bit trafegado através de um sistema com maior capacidade. Em outras palavras, mais usuários podem ser atendidos com altas taxas de dados, e com um custo do bit trafegado menor. Experiência do Usuário Como qualquer tecnologia em telecomunicações, o desempenho para o usuário com o uso do HSPA depende do tipo de serviço ofertado e do comportamento dos demais protocolos envolvidos na aplicação em uso. Por exemplo, o TCP (Transmission Control Protocol), que é o protocolo mais utilizado para os serviços de transporte de dados, foi originalmente projetado para redes com fios e possui mecanismos de inicialização lentos (slow start) e de controle de congestionamento (congestion-avoidance) que influenciam fortemente no desempenho. Uma avaliação completa do desempenho total de um serviço deve incluir esses mecanismos. Para serviços de navegação na Internet (web browsing), por exemplo, as taxas de dados são frequentemente limitadas pelo protocolo TCP e não pelas interfaces da rede sem fio (rede celular). A transmissão TCP ocorre através de rajadas de dados repentinas (bursts) seguidas por períodos de inatividade relativamente longos. Desta forma, a capacidade de rede exigida por um usuário que está navegando na Internet é relativamente baixa. Para o usuário, o principal benefício oferecido pelo HSPA é que, para aplicações que transportam pequenas quantidades de dados através do TCP, o tempo de ida e volta dos dados é reduzido, graças ao mecanismo híbrido de requisição e repetição automática (fast hybrid-arq - Automatic Repeat request) e ao intervalo de tempo de transmissão reduzido (short TTI Transmission Time Interval). 3

4 Figura 1: Fatores que influenciam a experiência do usuário no WCDMA Release 99 Ao contrário do que acontece durante a navegação na Internet, o mecanismo de inicialização lento (slow start) do TCP tem pouco ou nenhum impacto no tempo de download de um arquivo grande. No entanto, o desempenho para o usuário é em grande parte determinado pela capacidade de transporte do rádio enlace, como ilustrado na figura 1. Um único usuário fazendo download de um arquivo grande pode ocupar uma parte significativa da capacidade total da Base Station (BS). Consequentemente, o uso acentuado da capacidade de transporte do sistema tem um impacto substancial no desempenho percebido pelo usuário quando ele estiver fazendo o download de arquivos grandes. Simulações mostram que, em um sistema com uso moderado da capacidade de transporte de dados, o HSPA pode reduzir para 1/20 o tempo de download de arquivos grandes e para 1/10 o tempo de upload de arquivos grandes. A latência fim-a-fim, que é o tempo médio de ida e volta para um pacote IP pequeno que trafega de um equipamento do usuário (user equipment UE) através do sistema HSDPA até um servidor na Internet, é um componente crítico que afeta a percepção do usuário para as aplicações baseadas no protocolo TCP/IP. A latência tem sido medida em várias redes HSDPA que se encontram em operação comercial. A latência fim-a-fim média em uma rede comercial implantada com equipamentos de rede e rádio enlaces da Ericsson, por exemplo, ficou abaixo de 70 ms. Com a introdução total da tecnologia Enhanced Uplink nessa rede, a Ericsson prevê que essa latência será reduzida para menos de 50 ms. Capacidade da Rede Um benefício adicional do HSPA é o aumento da capacidade da rede (throughput). Para a operadora, isto significa a redução do custo do bit trafegado. O HSPA aumenta a capacidade da rede de várias formas: Canal de transmissão compartilhado, o que resulta em um uso eficiente dos recursos de codificação e potência do WCDMA. Intervalo de tempo de transmissão reduzido (short TTI Transmission Time Interval), o que diminui o tempo total de ida e volta da informação e melhora o rastreamento de variações rápidas dos canais. Enlace adaptativo (link adaptation), o que maximiza o uso do canal e permite que a Base Station (BS) opere próxima de sua potência máxima. Despacho rápido (fast scheduling), o que prioriza usuários que tenham as condições de canal mais favoráveis. Retransmissão rápida e combinação suave (soft-combining), o que aumenta a capacidade do sistema. Modulação 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation), o que proporciona altas taxas de transmissão de dados. Dependendo da rede implantada, a capacidade final, comparada com o padrão WCDMA 3GPP Release 99, é 5 (cinco) vezes maior no downlink e 2 (duas) vezes maior no uplink. Parte Integral do WCDMA Outro benefício do padrão HSPA é que ele é parte integral do WCDMA. A cobertura de grandes áreas pela rede celular pode ser implantada com o HSPA sem necessidade adicional de espectro de freqüências ou de portadoras. 4

5 Atualmente uma rede WCDMA pode oferecer simultaneamente os serviços de Voz e dados (multisserviços) para usuários através de uma mesma portadora. Isso também se aplica a uma rede com a tecnologia HSPA, o que significa que o espectro pode ser usado de forma eficiente. 5

6 HSPA: Características do HSPA No WCDMA 3GPP Release 5, o HSDPA adiciona um novo canal de transporte para o WCDMA, o HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel), que fornece suporte para aplicações de alto desempenho para rede de pacotes no downlink. A transmissão HSDPA facilita a adoção de novas funcionalidades, e para suportá-las com um mínimo de impacto na arquitetura existente do protocolo da interface rádio, uma nova subcamada MAC (MAC-hs) foi adicionada. O MAC-hs permite uma separação funcional entre as camadas e nós dos Releases 99 e 4 do WCDMA 3GPP. Como o novo padrão foi desenvolvido introduzindo poucas mudanças na arquitetura, pode-se fazer uma transição suave para o HSDPA. Isso possibilita a operação do HSDPA mesmo em ambientes onde nem todas as células possuem a funcionalidade instalada. No WCDMA, ambos os serviços de Voz e dados podem usar simultaneamente a mesma portadora. Da mesma forma, os serviços baseados no HSDPA também podem usar a mesma freqüência de portadora. O HSDPA utiliza um canal compartilhado de transmissão. Suas principais características são: Transmissão através de canal compartilhado e multi-código; Modulação de alta ordem; Intervalo de tempo de transmissão reduzido (short Transmission Time Interval - TTI); Enlace adaptativo de alto desempenho (fast link adaptation); Despacho rápido (fast scheduling); Mecanismo híbrido de requisição e repetição automática (fast hybrid Automatic Repeat request ARQ). Os princípios gerais que suportam essas funcionalidades são descritos a seguir. Os conceitos do HSDPA Canal Compartilhado e Transmissão multi-código HSDPA é baseado na transmissão através de canais compartilhados, o que significa que alguns códigos de canal e a potência de transmissão da célula são usados como recursos comuns que são dinamicamente compartilhados entre os usuários nos domínios de tempo e de códigos. A transmissão através de canais compartilhados tem como resultado o uso mais eficiente tanto dos códigos de canal como da potência disponível do WCDMA, se comparado com o uso de canais dedicados do WCDMA 3GPP Release 99. O conjunto de códigos compartilhados que pode ser usado para mapear o HS-DSCH é composto por até 15 códigos. O número de códigos usados vai depender do número de códigos suportados pelo terminal ou sistema de usuário, da configuração adotada pela operadora e da capacidade de sistema da rede. Pode ser configurado um valor fixo ou podem ser usados algoritmos de comportamento dinâmico para maximizar o uso de códigos de canal numa portadora compartilhada entre o Release 99 e o HSDPA. A figura 2 mostra um exemplo de como os códigos são dinamicamente alocados por TTI para um ou mais 6

7 usuários. Modulação de alta ordem Figura 2: Estruturas de tempo e código do HS-DSCH O WDCMA 3GPP Release 99 usa a modulação Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) para transmissão no downlink. Além do QPSK, o HSDPA também pode usar o 16 Quadrature Amplitude Modulation (16QAM) para fornecer taxa alta transmissão de dados. Como o 16QAM tem capacidade de pico de transmissão de dados 2 (duas) vezes maior que o QPSK, o seu uso da largura de banda é mais eficiente. O QPSK utiliza 2 (dois) bits por símbolo e 16QAM utiliza 4 (quatro) bits por símbolo, como ilustra a figura 3. Figura 3: Esquemas de modulação usados no HSDPA 7

8 Intervalo de Tempo de Transmissão reduzido (short Transmission Time Interval - TTI) O WCDMA 3GPP Release 99 utiliza TTI de 10 ms, 20 ms ou 40ms no downlink. Com o HSDPA, o TTI é reduzido para 2ms no downlink. Códigos de canal provenientes do recurso de códigos de canais compartilhados são dinamicamente alocados a cada 2ms, ou 500 vezes por segundo. Um TTI reduzido diminui o tempo de ida e volta dos dados (origem-destino) e aprimora o rastreamento de variações de canal, características essa que é utilizada pelo enlace adaptativo (link adaptation) e pelo despacho dependente dos canais. Embora o tempo seja a primeira forma de compartilhar o recurso de canais entre os usuários, também é possível compartilhar recursos no domínio de códigos usando diferentes subconjuntos do total disponível de códigos de canal do HS-DSCH, como ilustra a figura 2. Enlace Adaptativo (fast link adaptation) As condições de propagação dos canais de rádio enlace encontradas em diferentes comunicações de downlink variam significantemente, tanto no tempo como entre posições diferentes na célula. Cada terminal de usuário que utiliza serviços com altas taxa de dados transmite informações regulares sobre a qualidade dos canais para a Base Station (BS). A funcionalidade de enlace adaptativo ajusta instantaneamente os parâmetros de transmissão de acordo com as informações enviadas pelo terminal de usuário e, quando as condições de propagação do canal permitem, habilita o uso de modulação de alta ordem. O WCDMA utiliza o controle de potência para compensar as diferenças e variações nas condições de propagação instantâneas dos canais de rádio do downlink. Em princípio, o controle de potência dá aos canais dos enlaces de comunicação com condições ruins de propagação uma parte maior da potência disponível da célula (BS). Isso assegura uma qualidade de serviço similar para todos os enlaces de comunicação, apesar das diferentes condições de propagação dos canais de rádio. Uma desvantagem desse mecanismo de controle é que a potência disponível nem sempre é totalmente usada. Parte da potência deve ser reservada para uso nos casos em que as conexões em andamento necessitem de maior potência quando da deterioração das condições de propagação dos canais de rádio. A potência da saída adicional disponível não pode ser usada para aumentar a capacidade de transporte do sistema. Conseqüentemente, quando se considera a capacidade total do sistema, o controle de potência não é o mecanismo mais eficiente para alocar os recursos disponíveis. 8

9 Figura 4: A taxa de dados é ajustada de acordo com as condições de propagação do rádio enlace Ao invés de usar o controle de potência para compensar as rápidas variações das condições de propagação do rádio enlace no downlink, o HSDPA utiliza o ajuste da taxa de bit, ou seja, a potência de transmissão não varia (é mantida constante) e o sistema apenas ajusta a taxa de transmissão de dados. Conhecido como enlace adaptativo (link adaptation) ou taxa de transmissão adaptativa (rate adaptation), esse mecanismo é mais eficiente que o controle de potência para os serviços que toleram variações de curta duração na taxa de dados. Adicionalmente, para aumentar as taxas de dados de pico em condições de propagação de canal favoráveis, o HSDPA pode utilizar a modulação 16QAM, que faz uso eficiente do espectro, como ilustrado na figura 4. Despacho Rápido (fast scheduling) A funcionalidade de agendamento ou despacho rápido determina, num dado instante, qual canal de transmissão compartilhado deve ser direcionado ao equipamento do usuário (UE). O objetivo é oferecer aos usuários as condições mais favoráveis de propagação do rádio enlace para maximizar a taxa de transmissão de dados, como mostra a figura 5. O mecanismo de despacho (scheduler) estima instantaneamente as condições de propagação do rádio enlace desde o canal de downlink até o terminal ou equipamento do usuário (UE). Cada terminal que usa serviços de dados com altas taxas transmite para a base station (BS) relatórios periódicos informando a qualidade do canal, e o mecanismo de despacho atua no sentido de fornecer o melhor desempenho total do HSDPA. Para cada TTI, o mecanismo de despacho decide quais usuários deverão usar os canais disponíveis do HSDSCH, e em conjunto com o mecanismo de enlace adaptativo determina qual a modulação e o número de códigos a serem utilizados. Esse conjunto de ações define a taxa de dados a ser alcançada. Ao invés de alocar sequencialmente os recursos de rádio entre os usuários (round-robin scheduling), a capacidade do sistema pode ser significativamente aumentada usando o agendamento ou despacho dependente do canal. 9

10 O objetivo desse mecanismo é transmitir os dados para os usuários nas condições de propagação de canal mais favoráveis, o que permite obter uma vantagem conhecida como a diversidade multi-usuário. Figura 5: Despacho de usuários com as condições de propagação mais favoráveis Outro tipo de mecanismo de agendamento ou despacho dependente do canal atua de forma que usuários com condições favoráveis nos canais de rádio utilizem todos os recursos de rádio atribuídos a eles e os usuários com condições desfavoráveis nos canais de rádio utilizem poucos ou quase nenhum dos recursos de rádio atribuídos a eles. Embora esse tipo de mecanismo maximize a capacidade de rede do sistema, seria desejável adotar um procedimento de agendamento mais justo, ou seja, um mecanismo de agendamento ou despacho proporcional que aproveite melhor as condições do canal e assegure que todos os usuários recebam uma parte justa da capacidade de rede do sistema. Quanto maior for o uso da capacidade da célula (BS), maior será o número de usuários enfileirados para despacho. Desta forma, a probabilidade de agendar ou despachar usuários com boa qualidade de canal também aumenta. Isto resulta numa relação portadora / interferência (carrier-to-interference) elevada para o usuário alocado. As prioridades de tráfego também podem ser levadas em consideração. Por exemplo, os serviços de streaming (áudio, vídeo, etc.), que demandam maior disponibilidade de canal em tempo real, podem ser priorizados em relação aos outros serviços (navegação web, , erc.), que demandam menos disponibilidade de canal. Uma estratégia prática de agendamento ou despacho geralmente aproveita as variações das condições de propagação de canal de curto prazo ao mesmo tempo que mantém algum grau de proporcionalidade entre usuários ao longo do tempo. As diferenças entre essas várias estratégias de agendamento ou despacho são mais relevantes quando a carga de sistema é alta. Os canais dedicados de uplink e downlink do Release 99 utilizam o procedimento de soft handover, que não é aplicável para o HS-DSCH. Implementar o soft handover (que pela definição implica em utilizar base stations múltiplas) para os canais de taxa alta de transmissão de dados não é praticável, já que o mecanismo de agendamento ou despacho rápido dependente do canal é sempre executado por uma única base station (BS). Mecanismo Híbrido de Repetição Automática (fast hybrid automatic repeat request) 10

11 O equipamento de usuário (UE) pode rapidamente pedir a retransmissão de dados perdidos e combinar a informação da transmissão original com informação retransmitida, antes de tentar decodificar a mensagem. Esta estratégia, denominada combinação suave (soft-combining), melhora o desempenho e deixa o sistema mais robusto. Uma resposta de mensagem não reconhecida (NACK) é enviada quando faltam dados nas mensagens recebidas. Uma resposta de mensagem reconhecida (ACK) é enviada quando os dados recebidos estão corretos. Anteriormente, as retransmissões eram manipuladas somente pelo controlador de rádio (Radio Node Controller RNC), mas com a introdução do HSDPA uma parte desta funcionalidade foi transferida para a base station (BS). Isto faz com que a funcionalidade esteja mais perto da interface rádio, diminuindo assim a latência. Categorias de terminal HSDPA Figura 6: O UE pede rapidamente a retransmissão dos dados faltantes O uso do HSDPA requer novos terminais ou equipamentos de usuário (UE). Um UE compatível com o HSDPA deve ter capacidade suficiente para processar os mecanismos de repetição automática (fast hybrid ARQ), os diversos códigos e etc. Doze diferentes categorias de terminais foram definidas para acomodar desde os modelos mais simples até os mais sofisticados, como mostra a tabela 1. Os diferenciais entre as várias categorias de terminais incluem, por exemplo, o suporte aos esquemas de modulação QPSK e/ou 16QAM. As categorias 6 e 12 suportam 3,6 Mbit/s e 1,8 Mbit/s respectivamente, com cinco códigos para o HS-DSCH. Outro diferencial é o número de códigos suportados pelo terminal. Por exemplo, um terminal que suporte dez códigos pode alcançar taxas de até 7,2 Mbit/s, ao passo que um terminal com 15 códigos pode chegar até 14 Mbit/s. Os primeiros dispositivos HSDPA foram baseados na categoria 12 e alcançam uma taxa máxima na camada 1 de 1,8 Mbit/s. Já os novos cartões de dados para computadores e os dispositivos handheld (pdas, etc.) da Categoria 6 apresentados ao mercado aumentam a taxa máxima para 3,6 Mbit/s. Os dispositivos da Categoria 8, oferecidos a partir do primeiro trimestre de 2007, devem alcançar picos de taxas transmissão de dados de 7,2 Mbit/s. Tabela 1: Categorias de terminais HSDPA. 11

12 Categoria UE Número Máximo de códigos HS-DSCH Pico de taxa de dados na Camada 1 (Mbit/s) Intervalo Mínimo inter-tti QPSK / 16QAM Categoria 1 5 1,2 3 Ambos Categoria 2 5 1,2 3 Ambos Categoria 3 5 1,8 2 Ambos Categoria 4 5 1,8 2 Ambos Categoria 5 5 3,6 1 Ambos Categoria 6 5 3,6 1 Ambos Categoria ,2 1 Ambos Categoria ,2 1 Ambos Categoria ,2 1 Ambos Categoria ,4 1 Ambos Categoria ,9 2 QPSK Categoria ,8 1 QPSK 12

13 HSPA: A Tecnologia Enhanced Uplink Introduzido a partir do WCDMA 3GPP Release 6, o Enhanced Uplink adiciona um novo canal de transporte para o WCDMA denominado canal dedicado expandido (Enhanced Dedicated Channel E-DCH). O Enhanced Uplink melhora o desempenho do uplink reduzindo a latência, aumentando as taxas transmissão de dados e a capacidade do enlace, e faz desta nova tecnologia um complemento natural para o HSDPA (introduzido a partir do Release 5) para aplicações baseadas em redes de pacotes de alto desempenho. O Enhanced Uplink apresenta diversas características novas. Como com o HSDPA, implementar essas novas características tem impacto mínimo na arquitetura do protocolo da interface rádio. As novas entidades MAC também são implementadas junto com as entidades MAC existentes nos equipamentos de usuário, nas base stations e no RNC. Taxas altas de transmissão de dados para o uplink são desejáveis tanto para rede como para os equipamentos de usuário. É também muito importante que uma taxa de transmissão de dados relativamente elevada seja suportada onde quer que o usuário esteja localizado, ou seja, a cobertura de uma determinada taxa de transmissão de dados deve ser ampla quanto possível. Da mesma forma que o HSDPA, o Enhanced Uplink pode usar a mesma freqüência de portadora que o Release 99. Para atingir todos esses objetivos, o Enhanced Uplink possui diversas características novas: Transmissão multi-códigos; Intervalo de tempo de transmissão reduzido (short Transmission Time Interval - TTI); Mecanismo híbrido de requisição e repetição automática (fast hybrid Automatic Repeat request ARQ); Despacho rápido (fast scheduling). Apesar do uso de técnicas similares no HSDPA, há algumas diferenças fundamentais entre o uplink e o downlink. O recurso compartilhado no uplink é a interferência (potência total recebida) na base station, que depende do recurso de potência descentralizada de cada UE. No downlink, o recurso compartilhado é composto pela potência de transmissão e pelos códigos de canal, recurso esse centralizado na base station. Essa diferença tem implicações no projeto do mecanismo de despacho ou agendamento. O Conceito de Enhanced Uplink Transmissão Multi-código Diferente do HSDPA, o novo canal uplink introduzido pelo Enhanced Uplink não é compartilhado entre usuários, e sim dedicado a um único usuário. Até quatro códigos podem ser usados para aumentar a taxa de transmissão de dados do uplink, como ilustrado na tabela 2. Intervalo de Tempo de Transmissão reduzido (short Transmission Time Interval - TTI) O WCDMA 3GPP Release 99 utiliza um TTI de 10 ms, 20 ms ou de 40 ms no uplink. O Enhanced Uplink opera com um TTI de 2 ms ou 10 ms. Um TTI reduzido permite uma redução significativa na latência total e fornece os meios para que as outras funcionalidades se adaptem rapidamente. Mecanismo Híbrido de Repetição Automática (fast hybrid automatic repeat request) 13

14 O protocolo do mecanismo híbrido de repetição automática (fast hybrid ARQ) usado é similar ao do HSDPA. A base station pode rapidamente pedir a retransmissão dos dados recebidos com erros, o que torna o canal mais robusto e permite latências de retransmissão mais baixas. O mecanismo de soft(er) handover pode ser usado com o Enhanced Uplink. Para um soft(er) handover, todas as base stations e setores envolvidos na comunicação com o UE tentam decodificar os dados. Se uma mensagem ACK for recebida de pelo menos um deles, o UE considera que os dados foram recebidos com sucesso. O uso conjunto do mecanismo híbrido de repetição automática (fast hybrid ARQ) e do mecanismo de combinação suave (soft-combining) pode ser feito para tornar o sistema mais robusto com relação às interferências imprevisíveis, e também para melhorar a eficiência do rádio enlace. Despacho Rápido (fast scheduling) No uplink, o recurso comum compartilhado entre os terminais é a quantidade de interferência tolerável, ou seja, a potência total recebida na base station. A quantidade de recursos comuns no uplink que um terminal usa depende da taxa transmissão de dados utilizada. Geralmente, quanto mais elevada a taxa transmissão de dados, maior será a potência de transmissão necessária e maior será o consumo dos recursos comuns. O despacho ou agendamento rápido permite a rápida realocação de recursos entre UE's, o que permite aproveitar o tráfego em rajadas nas transmissões de pacote de dados. Também permite que o sistema admita um número maior de usuários com taxas altas de transmissão de dados operando com rápida adaptação às variações de interferência, o que resulta num aumento da capacidade e da probabilidade de um usuário experimentar taxas de dados elevadas. O algoritmo de despacho ou agendamento não é padronizado e diversas estratégias de agendamento podem ser implementadas. Esta flexibilidade é útil, já que ambientes e tipos de tráfego distintos podem ter exigências diferenciadas na estratégia de agendamento. Um equipamento de usuário (UE) pode, por exemplo, ser despachado ou agendado por apenas uma base station ou por várias ao mesmo tempo. No segundo caso, o mecanismo de soft handover deve ser suportado pelo Enhanced Uplink. O UE não é somente informado sobre o nível de interferência na própria célula (base station), mas também sobre níveis de interferência em células (base stations )vizinhas. A potência de saída do UE pode ser reduzida se o nível da interferência for elevado em células vizinhas. O suporte do mecanismo de soft handover no uplink também fornece um macro ganho de diversidade de 1,5 db. Categorias de terminal Enhanced Uplink O Enhanced Uplink requer novos UE's, que devem ter capacidade de processamento para suportar as novas funcionalidades descrita acima. Seis diferentes categorias de terminais foram definidas para acomodar desde os modelos mais simples até os mais sofisticados, como mostra a tabela 2. Tabela 2: Categorias de terminais Enhanced Uplink. 14

15 Categoria UE Códigos x Spreading TTI 10 ou 2 ms Pico de taxa de dados - Camada 1 (TTI = 10 ms) Categoria 1 1 x SF4 10 ms 0,73 Mbit/s - Pico de taxa de dados - Camada 1 (TTI = 2 ms) Categoria 2 2 x SF4 Ambos 1,46 Mbit/s 1,46 Mbit/s Categoria 3 2 x SF4 10 ms 1,46 Mbit/s - Categoria 4 2 x SF2 Ambos 2,0 Mbit/s 2,92 Mbit/s Categoria 5 2 x SF2 10 ms 2,0 Mbit/s - Categoria 6 2 x SF2 + 2 x SF4 Ambos 2,0 Mbit/s 5,76 Mbit/s 15

16 HSPA: Considerações Finais Evolução do HSPA O HSPA continua evoluindo ao longo do tempo. Novas melhorias estão sendo introduzidas em diferentes Releases do 3GPP. Nas novas versões do HSPA, podem ser alcançadas taxas de transmissão de dados maiores com a adoção de novos padrões de modulação, tanto no uplink (16QAM) como no downlink (64QAM). A modulação 16QAM permite picos de taxas transmissão de dados de até 12 Mbit/s no uplink, enquanto a modulação 64QAM permite picos de taxas transmissão de dados de até 21 Mbit/s no downlink. Além disso, as novas versões do HSPA já suportam o mecanismo de múltipla entrada e múltipla saída MIMO 2x2 (Multiple Input Multiple Output). Esse mecanismo utiliza duas antenas para dobrar o pico da taxa de transmissão de dados no downlink, ou seja, permite alcançar picos de taxa de transmissão de dados de até 28 Mbit/s. Quando o mecanismo MIMO 2x2 é combinado com a modulação 64QAM, pode-se alcançar picos de taxa de transmissão de dados de até 42 Mbit/s no downlink. Da mesma forma, a latência também será reduzida nas novas versões do HSPA. Conclusão O WCDMA está evoluindo, e o primeiro passo dessa evolução é expandir o downlink utilizando o HSDPA. Essa implementação melhora a experiência do usuário final aumentando as taxas de transmissão de dados para até 14 Mbit/s no downlink, reduzindo a latência e aumentando a capacidade do sistema em até cinco vezes. Algumas melhorias adicionais podem ser feitas com a introdução do Enhanced Uplink. Essa implementação aumenta as taxas de transmissão de dados no uplink para até 5,8 Mbit/s, reduzindo a latência e aumentando a capacidade do sistema em até duas vezes. Atualmente, o WCDMA pode fornecer serviços de voz e dados simultaneamente na mesma portadora. Nenhum espectro ou portadora adicionais são necessários para implementar o HSPA na rede. Com as vantagens do HSPA, o WCDMA permitirá que as operadoras ofereçam aos seus usuários aplicações mais avançadas de banda larga móvel sem fio (wireless), com maior cobertura e mobilidade. 16

17 HSPA: Teste seu Entendimento 1. Assinale a alternativa que representa uma vantagem do HSPA (High Speed Packet Access): Apresenta um novo canal de transporte de downlink, entre a Base Station (BS) e o equipamento do usuário (user equipment UE) com maior taxa de transmissão de dados. Apresenta um canal de transporte de uplink aperfeiçoado (Enhanced Uplink) com maior taxa de transmissão de dados. O custo do bit trafegado é reduzido. Reduz de forma significativa a latência no downlink e no uplink. Todas as alternativas anteriores. 2. Assinale a alternativa que não representa uma característica do HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Maior alcance do enlace rádio com redução de potência refletida. Transmissão através de canal compartilhado e multi-código. Intervalo de tempo de transmissão reduzido (short Transmission Time Interval - TTI). Mecanismo híbrido de requisição e repetição automática (fast hybrid Automatic Repeat request ARQ). Despacho rápido (fast scheduling). 3. Assinale a alternativa que não representa uma característica do Enhanced Uplink ou HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Despacho rápido (fast scheduling). Intervalo de tempo de transmissão reduzido (short Transmission Time Interval - TTI). Menor tamanho da antena do rádio enlace. Mecanismo híbrido de requisição e repetição automática (fast hybrid Automatic Repeat request ARQ). Transmissão multi-códigos. 17