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27/09/2010 1 HSPA HSPA Sami Tabbane Sami Tabbane 1 2 Sommaire Sommaire I. Introduction II. La couche physique - Les nouveaux canaux (au niveaux transport et logique) - L’adaptation de lien (modulation et codage adaptatifs, CQI) III. La couche MAC-hs - L’ordonnancement (scheduling) et les notions d’équité - Mobilité en HSDPA - La fiabilisation, les processus Stop&Wait et l’ARQ hybride I. HSUPA - Les canaux (E-DCH et canaux physiques) - Le MAC-e - Le soft handover II. Aperçu sur les déploiements et l’ingénierie 3 I. Introduction I. Introduction Source: Ericsson Croissance du trafic data Croissance du trafic data WCDMA & HSPA Data Voice Jan 07 Feb 07 Mar 07 Apr 07 May 07 June 07 July 07 Aug 07 Sep 07 Oct 07 Nov 07 Dec 07 Charge relative du réseau 2 4 3 1 5 Les données dépassent le trafic voix 4

HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

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1

HSPAHSPASami TabbaneSami Tabbane

1 2

SommaireSommaireI. IntroductionII. La couche physique

- Les nouveaux canaux (au niveaux transport et logique)- L’adaptation de lien (modulation et codage adaptatifs, CQI)

III. La couche MAC-hs- L’ordonnancement (scheduling) et les notions d’équité- Mobilité en HSDPA- La fiabilisation, les processus Stop&Wait et l’ARQ hybride

I. HSUPA- Les canaux (E-DCH et canaux physiques)- Le MAC-e- Le soft handover

II. Aperçu sur les déploiements et l’ingénierie

3

I. IntroductionI. Introduction

Source: Ericsson

Croissance du trafic dataCroissance du trafic dataWCDMA & HSPA

Data

Voice

Jan07

Feb07

Mar07

Apr07

May07

June07

July07

Aug07

Sep07

Oct07

Nov07

Dec07

Charge relative du réseau

2

4

3

1

5

Les données dépassent le trafic voix4

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Evolution du mobile large bandeEvolution du mobile large bande

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 ou plus tard

LTE

DL: ~384KbpsUL: ~384Kbps

DL: ~14.4MbpsUL: ~5.76Mbps

DL: ~42MbpsUL: ~11Mbps

DL: ~141MbpsUL: ~50Mbps

HSPA+~100 ms~100 ms

~70 ms~70 ms

~45 ms~45 ms

~15ms~15ms

3G-WCDMA

HSPA

Augmentation des débits et réduction de la latence

5

Évolution du trafic HSDPAÉvolution du trafic HSDPA

1000GB

Trafic HSDPA journalier pour un opérateur européen

Dans de nombreux réseaux en HSDPA :

– Le trafic data dépasse les 1200GB /jour.

– Atteint 1Mbps par Node B

– Jusqu’à 160GB par abonné par mois et typiquement de >500MB/mois

– Le trafic HSDPA dépasse le volume de trafic voix rapidement après le lancement

– Dans certains réseaux, le trafic HSDPA atteint 80% du trafic total.

Trafic : essentiellement http et peer-to-peer.

6

Source: Light Reading (adapted)

Voix dominante Data dominante

Volume de trafic

Revenus

Time

Coût du réseau(LTE)

Prix par MByte doit être réduit pour rester profitable

Coût du réseau(technologies existantes)

Profitabilité

7

L’augmentation du trafic nécessite des L’augmentation du trafic nécessite des technologies de faibles coûts/bittechnologies de faibles coûts/bit

EvolutionEvolution

• Janvier 2009 : 235 réseaux HSPA commerciaux dans 100 pays.

• 1 200 terminaux HSPA sur le marché.• 76 millions d’usagers ont accès aux

services large bande HSPA.• 2013 : 80% des 3 Milliards d’usagers

large bande seront mobiles.• HSPA sur les réseaux commerciaux : 21

Mb/s (prévu 42 Mb/s en 2009 et plus de 84 Mb/s en 2010).

8

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3

9

Évolutions prévuesÉvolutions prévues HSDPA/HSUPAHSDPA/HSUPA• HSDPA : sur le downlink uniquement, définit dans la Release 5

3GPP UMTS.

– Débit maximum utilisateur (débit couche 2) de 14.4 Mbps avec un canal de 5 MHz.

– Nécessite l’utilisation des 15 codes : difficile à implanter dans les terminaux mobiles.

– Avec 5 et 10 codes, HSDPA supporte des débits binaires de 3.6 Mbps et 7.2 Mbps respectivement.

– Débits moyens typiques obtenus : 250-750 kbps.

– HSUPA (version uplink) supporte les débits pics jusqu’à 5.8 Mbps, normalisé par la Release 6 3GPP.

• HSDPA et HSUPA = HSPA.10

11

Techniques HSPATechniques HSPA� Retransmission hybride rapide : H-ARQ (Hybrid

Automatic Repeat reQuest).

� Algorithmes d’ordonnancement rapide de paquets (Fast Packet Scheduling).

� Technique de modulation et de codage adaptatifs AMC (cf. EDGE) et modulation 16 QAM.

� Réduction du TTI (Transmit Time Slot) à 3 ou 1 slot, soit 2 ms (Nodes B en charge des retransmissions de paquets erronés).

� Partage des ressources radio entre usagers (temps et codes). 12

Synthèse des techniquesSynthèse des techniques

• Adaptation rapide du lien– Débits adaptés aux conditions radio

– 2 ms time basis• Retransmissions rapides

– Temps d’aller/retour ~12 ms

– HARQ

• Transmission sur canal partagé– Partage dynamique de code

• Séquencement rapide en fonction des conditions radio– Périodicité de 2 ms– Feedback sur la qualité (CQI)

2 ms• TTI court (2 ms)– Délais réduits

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4

13

Pile de protocoles HSPA

Phy.

MAC-hs

RLC

Phy.

IP

UDP

GTP-U

IP

Iu

SGSN GGSNUE

IP

Phy.

MAC-d

PDCP

RLC

Phy.

L2

IP

UDP

GTP-U

IP relay

Phy.

ATM

AAL5/2

IP

UDP

GTP-U

L2

Phy.

ATM

AAL5/2

IP

UDP

GTP-U

IP relay

RNC

UTRAN

PDCP

Node B

Phy.

FP

Phy.

MAC-hs FP

14

Architecture RANArchitecture RAN

Le RNC gère les fonctionalités RLC (Radio Link Control)

15

Architecture MAC (UE)Architecture MAC (UE)• Ancienne architecture MAC (medium access control)

– MAC-d : gère le trafic DCH

• Nouvelles entités MAC implantées selon les spécifications Releases 5 et 6

– MAC-hs (Release 5): : gère le trafic HS-DSCH (HSDPA)

– MAC-e/es (Release 6) : gère le trafic E-DCH (HSUPA)

A ssociated D ownlink Signalling

E -D CH

M A C -d

FAC H R AC H

D CC H DT C H D TC H

D CH DC H

M A C C ontrol

U S C H ( TDD on ly )

C PC H ( FDD o n ly )

C T C H B C C H C C C H S H C C H ( TDD o n ly )

P C C H

PC H

M A C -hs

H S-D SC H

A ssoc ia ted U p link

S igna lling

A ssoc ia ted D ow nlink S igna lling

M A C -es / M A C -e

A ss ocia ted U plink

S igna lling

M A C -m

M T C H M SC H M T C H M S C H

M C C H

F A C H

M A C -c/sh /m

FA C H U SC H ( TD D on ly ) D SC H

D SC H

UE side MAC architecture

16

• Similaire au cas de l’UE :

– Une MAC-d par UE

– Toutes les UEs dans une cellule utilise une MAC-c/sh/m

• Une entité MAC-e (Node-B) et MAC-es (SRNC) configurée par UE utilisant le E-DCH (HSUPA)

• MAC-c/sh/m gère les canaux communs et le DSCH

UTRAN side MAC architecture

Architecture MAC (UTRAN)Architecture MAC (UTRAN)

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5

17

MACMAC--hs (UTRAN)hs (UTRAN)• Une entité MAC-hs dans l’UTRAN par

cellule supportant la transmission HS-DSCH

• Gestion scheduling/priorité

– Gère les ressources HS-DSCH entre entités HARQ et flux de données en fonction de leur priorité

– Détermine s’il faut envoyer une nouvelle transmission ou retransmission en fonction de la signalisation UL.

– Détermine QueueID et TSN pour chaque nouvelle MAC-hs PDU

• HARQ

– Une entité HARQ par usager– Instances multiple du protocole

HARQ stop and wait• Sélection TFRC

– Sélection du format de transport appropiré et des ressources pour les données.

MAC-hs

MAC – Control

HS-DSCH

TFRC selection

Priority Queuedistribution

Associated DownlinkSignalling

Associated UplinkSignalling

MAC-d flows

HARQ entity

Priority Queuedistribution

PriorityQueue

PriorityQueue

PriorityQueue

PriorityQueue

Scheduling/Priority handling

To UE

From network

18

HARQ

– Gère l’ensemble des tâches requises pour le hybrid ARQ

– Génère ACKs ou NACKs– Configurations du protocole H-ARQ protocol

fournit par le RRC sur le SAP MAC-Control• Re-ordonnancement de la file d’attente

– Réordonnancement des PDUs MAC-hs entrants vers le buffer en fonction de la file d’attente

Réordonnnancement

–Réordonnancements des PDUs reçus en fonction du numéro de séquence (TSN, transmission sequence number)

–PDUs non délivrés si des PDUs de TSN plus faible sont manquants

Désassemblage

– Élimination de l’entête MAC-hs et des bits de bourage et transmission des PDU MAC-d PDU aux couches supérieures.

MAC-hs

MAC – Control

Associated Uplink Signalling

To MAC-d

Associated Downlink Signalling

HS-DSCH

HARQ

Reordering Reordering

Re-ordering queue distribution

Disassembly Disassembly

UE side MAC-hs details

From network

To UE

MACMAC--hs (UE)hs (UE)

� Utilisation efficace de la puissance de la cellule

Le canal HSDPA DL est contrôlé du point de vue des codes. Ceci

permet d’utiliser la puissance restante de la cellule pour les émissions

HSDPA après satisfaction du trafic R99. Par conséquent, il n’est pas

forcément nécessaire d’utiliser une nouvelle porteuse pour le HSDPA .

19

Principales fonctions HSDPAPrincipales fonctions HSDPA HSDPA : principe généralHSDPA : principe général

Scheduling rapide réalisé directement par le Node-B enfonction de l’information de feedback remontée par l’UEainsi que la connaissance de l’état du trafic

Channel quality(CQI, Ack/Nack, TPC,

Transmit Power Control)

Data

Utilisateurs multiplexés en temps

et/ou code

Fonctions des nouvelles BSs

• Retransmissions HARQ• Sélection de modulation/codage• Scheduling données paquet (short TTI)

UE

0 20 40 60 80 100 120 140 160-2

02468

10121416

Time [number of TTIs]

QPSK1/4

QPSK2/4

QPSK3/4

16QAM2/4

16QAM3/4

Inst

anta

neo

us

EsN

o [d

B]

20

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6

21

Modifications dans les Modifications dans les fonctions des entitésfonctions des entités

22

Évolution du réseau avec HSDPAÉvolution du réseau avec HSDPA

Principales fonctions RRM HSDPAPrincipales fonctions RRM HSDPA

23 24

Terminaux HSDPATerminaux HSDPA

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7

Types de mobiles en HSDPATypes de mobiles en HSDPA

25

II. La Couche II. La Couche PhysiquePhysique

26

Canaux UMTS et états de l’UECanaux UMTS et états de l’UE

27

Gestion de puissanceGestion de puissance

Release 99– Contrôle de puissance rapide et débit fixe (DCH)

• HSDPA– Adapté modulation etcodage à la qualité du lienFast Link adaptation :Rate #3: e.g. 16-QAM,

R=3/4Rate #2: e.g. QPSK, R=3/4Rate #1: e.g. QPSK, R=1/2

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1. Les nouveaux 1. Les nouveaux canaux (aux niveaux canaux (aux niveaux transport et logique)transport et logique)

29 30

Nouveaux canaux physiques Nouveaux canaux physiques et de transportet de transport

• High Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH)

– HS-Downlink Shared Channel (HS-DSCH)

– HS-Shared Control Channel (HS-SCCH)

• High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH)

UE

Node B

31

Canaux HSDPA (1)Canaux HSDPA (1) Canaux HSDPA (2)Canaux HSDPA (2)• Données usager transmises sur le canal High Speed

Downlink Shared Channel (HS-DSCH)

• Information de contrôle transmise sur le canal High

Speed Common Control Channel (HS-SCCH)

• HS-SCCH transmet 2 slots avant le HS-DSCH pour informer l’UE programmée du format de transport de sa prochaine émission sur le HS-DSCH

32

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9

�High-Speed Downlink Shared Channel (HS-

DSCH) : transmission de données sur le DL.

�High-Speed Shared Control Channels (HS-

SCCH) : signalisation pour le contrôle DL.

�Associated Dedicated Channel (A-DCH) sur

UL & DL par usager HSDPA connecté : pour le

contrôle de transmission de signalisation et de

données.33

Canaux HSDPA (3)Canaux HSDPA (3)

34

Transport ChannelsPhysical Channels

Canaux de Transport / PhysiquesCanaux de Transport / Physiques

: Release 6

Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)Fractional Dedicated Physical Channel (F-DPCH)

Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)

Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)

Physical Random Access Channel (PRACH)

High Speed Physical Downling Shared Channel (HS-DSCH)HS-DSCH Shared Control Channel (HS-SCCH)Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH)

E-DCH Channels (HSUPA)

Common Pilot Channel (CPICH)Synchronization Channel (SCH)Acquisition Indicator Channel (AICH)Paging Indicator Channel (PICH)MBMS Notification Indicator Channel (MICH)

DSC

PCH

FACH

BCHRACH

HS-DSCH

E-DCH

35

Release 4: DCH et DSCHRelease 4: DCH et DSCH• Transfert de données paquets en DL en Release 4:

– DCH (Dedicated Channel)

– DSCH (Downlink-Shared Channel)

– FACH (Forward Access Channel)

• DCH : facteur d’étalement fixe (SF)

• DSCH : SF variable

• DSCH : peut avoir un PC rapide comme pour le DCH

• DSCH : ne supporte pas les soft handovers

• DSCH : défini pour fonctionner avec un DCH

• Données avec des contraintes de délai (ex. voix) ⇒ DCH

• Données paquet ⇒ DSCH36

HSHS--DSCHDSCH

• Deux fonctions fondamentales du WCDMA sont désactivées :

– SF variable

– Contrôle de puissance rapide

• Ces deux fonctionnalités sont remplacées par :

– Adaptive Modulation and Coding (AMC)

– Multicodes

– Stratégie de retransmission rapide.

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10

3717

High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH)

Canaux physiques (1)Canaux physiques (1)

HS-SCCH part-2HS-SCCH part-1

2 ms TTI – 3 slots

Schéma de modulationCodes d’étalementIdentité de UE

Taille de block de transportInformation H-ARQCRCIndicateur de nouvelles données

Structure du canal HS-SCCH

� HS-SCCH : utilise un facteur d’étalement fixe (128)

� Codage convolutionel utilisé pour protéger les données

� Slots émis pendant le CPICH

38

High Speed Physical Downlink Shared High Speed Physical Downlink Shared

ChannelChannel (HS(HS--PDSCH)PDSCH)

16

Canal physique pour transport des données usager sur DL (pas de signalisation).

• SF fixe = 16

• Pas de contrôle de puissance

• 2 schémas de modulation (QPSK et 16-QAM)

Canaux physiques (2)Canaux physiques (2)

39

High Speed Dedicated Physical Control ChannelHigh Speed Dedicated Physical Control Channel (HS(HS--DPCCH)DPCCH)

HS-PDSCH (au niveau du terminal)

CQIH-ARQ ACK/NACK

2 ms TTI – 3 slot

2 ms TTI – 3 slot

7.5 Slot

Structure du canal HS-PDSCH

� HS-PDCCH utilise un facteur d'étalement fixe (256) et uniquement la modulation QPSK� Information de HARQ envoyée dans le 1er slot TTI� Information (CQI) utilisée pour l’AMC émise dans 2ème et 3ème slots

Canaux physiques (3)Canaux physiques (3)

40

Utilisation du HSUtilisation du HS--DSCHDSCH

Usager DCH 2 (DL)

Usager DCH 1 (DL)

Canaux HS-SCCH

2 ms

HS-DSCHInformation de démodulation

Codage des deux utilisateurs en DL

TTI = 2 ms

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11

Signalisation pour la transmission de Signalisation pour la transmission de données sur HSdonnées sur HS--DSCHDSCH

41 42

Transmission sur canal partagéTransmission sur canal partagé

• Ensemble de ressources radio partagées dynamiquement entre plusieurs usagers, dans le domaine temporel :

– Utilisation efficace des codes

– Utilisation efficace de la puissance

Codes de canalisation allouéspour la transmission HS-DSCH

8 codes (example)SF=16

SF=8

SF=4

SF=2

SF=1

User #1 User #2 User #3 User #4

TTI

Codes de canalisation

partagés

2. L’adaptation de lien 2. L’adaptation de lien (modulation et codage (modulation et codage

adaptatifs, CQI)adaptatifs, CQI)

43 44

AMC AMC -- modulation et codage adaptatifsmodulation et codage adaptatifs• Adaptation de la modulation et du codage aux

conditions du canal

• CQI (Channel Quality Indicator)

• QPSK ou 16-QAM

• Poinçonnage

0.37390.8883

1794.5012791.00

16-QAM16-QAM

515

356525582

1630

0.69651671.50QPSK53319150.167780.50QPSK11371

Rendement

total

Débit utileavec CRC(Kbits/s)

ModulationNombre de

Codes

Taille des

paquets

Valeur CQI

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12

High order modulation : 16 QAM

� High order modulation

� HS-DSCH peut utiliser le 16 QAM si le type d’UE lepermet, soit le double du débit maximum possible enQPSK (utilisé pour le DCH).� 16 QAM est plus sensible aux interférence ⇒ lesconditions de canal doivent être bonnes (C/I élevé). Si cesconditions sont satisfaites, des débits de 14.4 Mbpspeuvent être atteints.

16QAM

2 bits 4 bits

QPSK45

Principales fonctions HSDPA (6)Principales fonctions HSDPA (6)

5 codes QPSK

# de codes Modulation

5 codes 16-QAM

10 codes 16-QAM

15 codes 16-QAM

15 codes 16-QAM

1.8 Mbps

Débit max.

3.6 Mbps

7.2 Mbps

10.1 Mbps

14.4 Mbps

2 x SF4 2 ms10 ms

# de codes TTI

2 x SF2 10 ms

2 x SF2 2 ms

2 x SF2 +2 x SF4 2 ms

1.46 Mbps

Débit max.

2.0 Mbps

2.9 Mbps

5.76 Mbps

HSDPA Downlink

• Débit théorique max. de 14.4 Mbps

• Débits initiaux 1.8 – 3.6 Mbps

HSUPA Uplink

• Théorique : jusqu’à 5.76 Mbps

• Capacité initiale : 1.46 Mbps

Débits binaires pics HSPADébits binaires pics HSPA

46

47

Chaîne de transmissionChaîne de transmission

• Turbo code (R=1/3)

• Entrelacement sur 2 ms

• Arrangement sur la constellation pour 16-QAM

Ajout des bits CRC

Agencement surcanaux physiques

Adaptation dedébit

Réarrangementde

constellation

EntrelacementHSDPA

Segmentation descanaux physiques

Codage canalSegmentation

PhCH #1

PhCH #K

MM MM

� Basé sur un TTI de 2 ms et un nouveau canal defeedback venant de l’UE : CQI (Channel Quality

Indicator).� Ajustement des paramètres de transmission : schémasde codage et modulation.

Fast link adaptation48

Adaptation rapide de lien (1)Adaptation rapide de lien (1)

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13

49

Adaptation rapide de lien (2)Adaptation rapide de lien (2)

• Ajuste les paramètres de transmission aux conditions instantanées du canal– Pathloss et shadowing

– Interférence

– Fading rapide

• HS-DSCH : Contrôle de débit (puissance constante)– Codage adaptatif

– Modulation adaptative

– Adaptation sur 2 ms TTI ⇒ rapide

High data rate

Low data rate

50

AMC (AMC (Adaptive Modulation and Adaptive Modulation and CodingCoding))• Modulation et codage changent selon la qualité du lien radio.

• Plus le SIR est grand (mobile proche de la BS), plus l’ordre de modulation est grand et donc plus le débit est important.

constellation QPSK constellation 16-QAM

Adaptation de lien rapide

51

Sensibilité du débit au SIRSensibilité du débit au SIR

• UE informe le Node B régulièrement de la qualité de son canal par des messages CQI messages (Channel Quality Indicator)

52

CQI (1)CQI (1)

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14

• Le Node B peut utiliser l’information sur l’état du canal pour :

– Indiquer le schéma de modulation et codage dans l’information de format de transport (TFRC)

–Décisions du scheduling

–Contrôle de puissance du canal HS-SCCH

53

CQI (2)CQI (2)

54

TramesTramesTrame HS-PDSCH

msTf

2 :PDSCH-HS trame1 ====

Slot #2Slot #1Slot #0

Données

bitsMchipsTslot

160 ,2560 ××××====

� SF =16 (fixe)

� Débit : 480-960 kbits/s

� Modulations : 16-QAM ou QPSK

• M=2 pour QPSK et M=4 pour 16-QAM

55

III. La Couche III. La Couche MACMAC--hshs

56

Couche MACCouche MAC--hshs

Responsable des fonctions de couche 2 pour le canal HS-DSCH :

• Gestion du protocole HARQ (dont génération des messages ACK et NACK),

• Re-ordonnancement des sous-trames dé-séquencées,

• Multiplexage/démultiplexage des flux MAC-d de/vers le flux MAC-hs,

• Séquencement des paquets sur DL.

Page 15: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

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15

57

• Nouvelle couche MAC pour le HSDPA. • MAC-hs = 4 fonctions principales : contrôle de flux, priorité, fonction HARQ et sélection de TRFC (transport format and

resource combination selection). 14

Nouvelle couche MACNouvelle couche MAC

MAC-d

MAC-c/shMAC-hsMAC-b

MAC Control BCCH PCCH BCCH CCCH CTCH DCCH DTCH DTCH

BCH ADS ADS

HS-DSCHPCH FACH

RACH DCH DCHFACH

58

Modification du Node B

• Nouvelles fonctionnalités ajoutées au Node-B : - Adaptation du lien- Packet Scheduling

- H-ARQ

59

Procédure HSPAProcédure HSPA• Le séquenceur évalue les conditions radio et le volume de

données à transmettre pour chaque usager• Node-B identifie les paramètres HS-DSCH pour les UE

prêtes• Node-B émet le HS-SCCH 2 slots avant le TTI HS-DSCH• UE écoute le HS-SCCH. Après décodage de la première

partie, décodage du reste du HS_SCCH et bufferisation des codes nécessaires

• Décodage de la deuxième partie du HS-SCCH � UE connaît le processus ARQ et le mode de combinaison avec les données bufferisées

• UE transmet UL ACK/NACK sur HS-DPCCH• UE utilise le même HS-SCCH en recevant des TTIs

consécutifs 60

1. L’ordonnancement 1. L’ordonnancement ((schedulingscheduling) et les ) et les notions d’équiténotions d’équité

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16

61

SéquencementSéquencement rapiderapide• Implanté dans le Node-B

– Information de feedback sur la qualité du canal – Capacité de l’UE– Disponibilité des ressources– Etat du buffer– QoS et priorité

• Séquencement = quelle UE peut transmettre à un instant donné• Principe : émettre pendant les pics de fadings

– Peut conduire à des variations importantes entre les débits usagers– Compromis : équité vs débit de la cellule

Débit élevé

Faible débit

Temps

#2#1 #2 #2#1 #1 #1

User 2

User 1

Utilisateur autorisé

Le TTI du HSDPA (2ms) est plus court comparé au DCH (entre 10– 40 ms).Un TTI plus court permet d’ajuster les propriétés de latransmission sur le canal DL HSDPA 500 fois par seconde etpossède les avantages suivants :� Conditions de changement rapide des conditions radio (duesprincipalement au fading et à la propagation multitrajets) suiviesfacilement.� Scheduling des usagers et des paquets data réalisé plusefficacement,� En réduisant le RTT pour les paquets de l’interface radio, lestemps de réponse de l’application deviennent plus courts. 62

SéquencementSéquencement rapide avec TTI rapide avec TTI plus courtplus court

Scheduling : méthode pour déterminer quelle UE doit émettre à un instant donné. En R5 2 algorithmes de scheduling sont

implantés :� Round Robin scheduling

Scheduler simple attribuant à chaque utilisateur la même quantité de ressources. L’algorithme est équitable pour tous les

usagers du point de vue ressources. � Proportional fair scheduling

Utilise l’information sur les pics de fading pour donner la priorité aux usagers dans de bonnes conditions de propagation

radio. Prend en compte le délai pour desservir les usagers n’ayant pas reçu de données pendant une longue période. 63

SchedulingScheduling basé sur basé sur les conditions radioles conditions radio

SchedulingScheduling en fonction de la en fonction de la qualité du canalqualité du canal

64

Page 17: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

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17

SchedulingScheduling avancé en HSDPA (1)avancé en HSDPA (1)• Node B : contient un nombre limité d’opportunités de

séquencement.

• La quantité de données transmises par le réseau doit être maximisé tout en offrant la meilleure QoS à tous les usagers.

65

• Algorithme de scheduling avancé avec le Proportional

Fair (PF) : offre un gain significatif par rapport à un algorithme conventionnel comme le Round Robin (RR)

• PF offre un très bon rapport qualité-prix :

– Pas de changements dans l’équipement usager

– Le Node B ne nécessite que des modifications mineures

66

SchedulingScheduling avancé en HSDPA (2)avancé en HSDPA (2)

67

Rôle du Rôle du PacketPacket SchedulerScheduler• Séquencement des services interactif et

background (NRT).• Allocation des ressources radio efficacement

dans la cellule pour maximiser la capacité tout en respectant les contraintes de QoS en fonction d’une certaine politique.

• Superviser l’allocation des services NRT et la charge du système.

• Gérer les actions de contrôle de charge.• Design des algorithmes du PS non normalisées.

Définies et implantées par les équipementiers. 68

Paramètres d’entrée pour le Paramètres d’entrée pour le packetpacket schedulerscheduler

• Allocation de ressources

– Puissances HS-PDSCH et HS-SCCH– Codes HS-PDSCH– Nombre de HS-SCCHs

• Mesures de qualité sur le canal DL

– Reports de CQI– Mesures de puissance sur le DPCH associé– Acquittements HARQ

• Paramètres de QoS

– Attributs de QoS– Scheduling priority indicator (SPI)– Débit binaire garanti

• Divers

– Quantité de données dans les buffers– Capacité du mobile

Page 18: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

18

69

Algorithmes de Algorithmes de séquencementséquencement• Méthodes de séquencement lentes

(aveugles), ne prennent pas en compte les conditions radio :– C/I moyen– Round robin

– Fair throughput

• Méthodes de séquencement rapides (avancées/opportunistes), se basent sur les fluctuations des conditions radio– C/I maximum – Proportional fair

– Fast fair throughput

Basées sur le TTI(2ms)

Période de séquencement ~100 ms

70

Méthodes de Méthodes de séquencementséquencement lentlent• C/I moyen (Avg. C/I)

– Priorité aux usagers de C/I moyen le plus élevé (sur une période ~100 ms)

– Fading rapide moyenné

• Round Robin (RR)

– Ordre cyclique sans prise en compte des conditions du canal

– Méthode aveugle

– Simple et alloue des ressources radio équitablement entre les usagers (= grande équité)

• Fair Throughput (FTH)

– Aucune information sur l’état instantanné du canal utilisée

– Priorités aux usagers de débit moyen le plus faible

Différents Différents séquencementsséquencements

• Rate Scheduling

• Round Robin Scheduling

71

• Uplink CQI

• Rate estimation

72

Méthodes de Méthodes de séquencementséquencement rapides (1)rapides (1)• C/I maximum (Max. C/I)

– Allocation du débit le plus élevé à chaque TTI (transmission

time interval) pour l’usager ayant les meilleures conditions radio.

– Débit élevé par cellule, Faible équité.

• Proportional fair (PF)

– Usagers de meilleure qualité du canal :

– où Pi(t) : priorité utilisateur.

– Usager de relativement bonnes conditions de propagation desservis. Information de CQI et transmissions précédentes utilisées.

( )

( )

Instantaneous supported data rate

Average served throughputi

i

i

R tP

tλ= =

Page 19: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

19

73

• Fast fair throughput (FFTH)– Répartition de débit équitable entre usagers dans la

cellule, avec prise en compte des variations du fading rapide

où : débit moyen possible pour l’usager i et: constante indiquant le maximum pour tous

les usagers j.

( )

( )

{ }max ( )

( )

j ii

i

i i

R tR tP

t R tλ

= ⋅

)(tRi

{ })(max tRij

Méthodes de Méthodes de séquencementséquencement rapides (2)rapides (2) Exemple de partage des Exemple de partage des ressources en HSDPAressources en HSDPA

74

Allocation dynamique des codesAllocation dynamique des codes

75

SignalisationSignalisation

76

Uplink–Happy bit: champ indiquant si l’UE peut utiliser plus de ressources ou non.–Etat du buffer E-DCH–Identité du canal logique de plus haute priorité–UE power headroom

Downlink–Relative Grants: “up”, “down”or “hold”, Commande pour augmenter, diminuer ou maintenir le TFC (Transport Format

Combination).–Absolute Grants: permet au scheduleur du Node B d’ajuster les ressources de l’UE dans une commande unique.

Page 20: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

20

77

2. Mobilité en 2. Mobilité en HSDPAHSDPA

78

Mobilité en HSDPA (1)Mobilité en HSDPA (1)• Pas de soft handovers en HS-DSCH• Canaux de contrôle HSDPA trasmis via un des liens radio alloués à

l’UE (à partir de la cellule de service HS-DSCH)• UTRAN détermine la cellule de service HS-DSCH pour un mobile

HSDPA• Changement de cellule de service HS-DSCH en mode synchronisé

supporté entre l’UTRAN et l’UE ⇒ connectivité réalisée si l’UE change de cellule

• Changement de cellule de service HS-DSCH déclenché par les reports de mesures UE et déterminés par l’UTRAN

• UTRAN (RNC) indique le moment du changement de cellule• La cellule de service HS-DSCH peut changer :

– Sans changer l’Active Set de l’usager pour les canaux dédiés Release 4

– En combinaison avec l’établissement, la libération ou la reconfiguration des canaux dédiés Release 4

79

• 3 types de handover

–Handover intra-Node B HS-DSCH vers HS-DSCH

–Handover inter-Node B HS-DSCH vers HS-DSCH

–Handover HS-DSCH vers DCH

Mobilité en HSDPA (2)Mobilité en HSDPA (2)

80

• Avec conservation MAC-hs :

– Données bufferisées (pour le protocole H-ARQ : acquittement des données en attente ou nouveaux PDUs) dans la cellule de service transmis à la cellule cible dans le Node B ⇒Pas de perte de données !

– H-ARQ continue sans interruption ou retransmissions

– Pas de retransmissions couches hautes (e.g. du protocole RLC)

• Sans Conservation MAC-hs ⇒ Idem cas handover inter-Node B

Mobilité en HSDPA (3)Mobilité en HSDPA (3)Handover Intra-Node B HS-DSCH vers HS-DSCH

• Node-B et UE sont informés des handovers entrants par le SRNC

• Moment du handover spécifié par le SRNC

• Toutes les émissions de la cellule de service s’arrêtent à un moment spécifique et le séquenceur paquet dans la cellule cible peut donc contrôler les émissions de l’UE

Page 21: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

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21

81

Handover Inter-Node B HS-DSCH vers HS-DSCH

• Node Bs sous différents RNCs

• Node-Bs, RNC de la cellule cible et UE sont informés des handovers entrants par le SRNC de service

• Au moment du changement de cellule (habituellement 300-500ms à partir de la décision RNC), le MAC-hs de l’usager dans la cellule de service est mis à zéro (les données usager dans les buffers sont supprimées)

• De plus, le contrôle de flux MAC-hs dans la cellule cible comment par des demandes de PDUs du SRNC

� Retransmissions de couches supérieures (RLC) nécessaires pour récupérer les données qui sont détruites lors de la remise à zéro du buffer

� Si le RLC est utilisé en mode non acquitté et sur l’application usager n’a pas de mécanisme de retransmission, des données sont perdues pour toujours lors d’un HO.

Mobilité en HSDPA (4)Mobilité en HSDPA (4)

82

Handover HS-DSCH vers DCH

Nécessaire quand l’usager se déplace d’une cellule HSDPA vers une cellule ne supportant pas le HSDPA

• Node Bs, RNC de la cellule cible et UE sont informés de la préparation du HO

• Les buffers du Node B sont mis à zéro comme dans le cas précédent et des retransmissions sont nécessaires du fait de la perte des données du buffer

• Les émissions continuent en DCH.

Mobilité en HSDPA (5)Mobilité en HSDPA (5)

83

Intra-Node B

HS-DSCH vers HS-DSCH

Inter-Node B

HS-DSCH vers HS-DSCH

HS-DSCH vers DCH

Retransmissionsde paquets

Transmission à partir du buffer

Pas de transmission du

buffer.

Retransmissions

SRNC RLC

Pas de transmission du buffer.

Retransmissions

SRNC RLC

Pertes de paquets

Non (si conservation

MAC-hs)

Non (si mode d’acquittement

RLC utilisé)

Non (si mode acquittement RLC

utilisé)

Mobilité en HSDPA (6)Mobilité en HSDPA (6)

84

3. La fiabilisation, les 3. La fiabilisation, les processus processus Stop & Stop &

WaitWait et l’ARQ et l’ARQ hybridehybride

Page 22: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

22

85

FastFast HybridHybrid ARQARQ avec avec Soft Soft

CombiningCombining

• Retransmissions rapide des données erronées– Protocole Hybrid ARQ géré dans le Node B⇒ RTT faible (par exemple : 12 ms)

– Soft combining dans l’UE des tentatives d’émission⇒ réduction du taux d’erreur pour les retransmissions

P1,1

P1,1

P1,2

P1,2

P2,1

P2,1

P2,2

P2,2

P3,1

P1,1 P2,1 P3,1

+ +

Node B(émetteur)

UE(récepteur)

86

Mécanisme HMécanisme H--ARQARQDéfinition

� Paramètres :• Adaptatif : retransmission de paquets avec différent schéma de codage.• Synchrone/asynchrone : selon la périodicité de retransmission des paquets.

�� Types : • Type 1: soft-combining

• Type 2: IR(Inremental Redundancy)

ARQ (Automatic Repeat reQuest)Retransmission suite à acquittement négatif

FEC (Forward Error Correction)Introduction de redondance à

l’émission

HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest)

Combinaison

87

Hybrid ARQ Hybrid ARQ -- Stop And WaitStop And Wait

P1.1 P2.1P1.2

P1.1

P1.2

P1.1

+

NACK

ACK

Soft Combining

• Pi,j : jème transmission du paquet i

88

Algorithmes HARQAlgorithmes HARQ

• Algorithme de Chase

– Retransmissions identiques à la

transmission initiale

– Gain en termes de SNR

• Algorithme IR (Incremental Redundancy)

– Redondance supplémentaire

– Gain en SNR et Gain de codage

Page 23: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

23

89

Chase CombiningChase Combining

Bloc de données

Blocs retransmis

Combinaison Accepte le bloc

• Codage appliqué aux paquets transmis

• Soft combining des signaux initial et retransmis au récepteur avant décodage

• Avantage :

self decodable, diversité temporelle, diversité de trajets

• Inconvénient :

gaspillage de bande passante90

Incremental RedundancyIncremental Redundancy

• Avantage :

Réduction du débit effectif/bande passante pour un usager et utilisation pour d’autres usagers.

• Inconvénient :

non-self decodable

Bloc de données

Information de labase de données IR

CombinaisonDétection d’erreurs

Base de données IR

Accepte le bloc de données

Erreurs

Pas d’erreurs

Fourniture aux couches supérieures

91

TTI (TTI = TTI (TTI = Transmission Time IntervalTransmission Time Interval) de 2 ms) de 2 ms

• Délai réduit sur l’interface air :– Amélioration des performance usager– Nécessaire pour des débits TCP élevés

• Nécessaire pour bénéficier des autres fonctionnalités HS-DSCH :– Fast Link Adaptation

– HARQ avec soft combining

– Séquencement rapide.

10 ms20 ms40 ms80 ms

Releases précédentes

2 msRel 5 (HS-DSCH)

2 ms

92

IV. HSUPAIV. HSUPA

Page 24: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

24

93

Débits mesurés en HSUPA (2007)Débits mesurés en HSUPA (2007)Types de mobiles HSUPATypes de mobiles HSUPA

94

95

Débits pics en HSUPADébits pics en HSUPA

96

HSUPA dans le mondeHSUPA dans le monde

Source: 3G Americas, Sofrecom (February 2008)

Plus de 160 opérateurs annoncent des déploiements HSUPA,Avec plus de 30 réseaux ouverts

Page 25: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

25

Principes de basePrincipes de base• HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)

ou EUL (Enhanced UpLink)

• Augmente les débits sur UL à 5,76 Mb/s.

• Structure de sous-trame à 2 ms permettant de

réduire les délais.

• Nouveaux canaux : E-DPCCH / E-DPDCH,

multiples E-DPDCH (multicode), E-AGCH,

E-RGCH, E-HICH.

• HARQ.97

Fonctionnement HSUPAFonctionnement HSUPAPrincipes de séquencement pour les émissions UE :

– Séquencement débit contrôlé par le Node B : toutes les émissions UL peuvent se dérouler ne parallèle avec les débits sélectionnés pour maintenir le niveau de bruit au Node B à un niveau acceptable.

– Séquencement débit et temps contrôlé par le Node B : seul un sous-ensemble d’UEs avec des données en attente sont sélectionnées pour la transmission pendant un intervalle de temps avec les débits sélectionnés. Contrôle par les messages Absolute Grant (AG) émis par le Node-B de services et des messages Relative

Grant (RG) émis par les autres Node-B. 98

High Speed Uplink Packet Access High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)(HSUPA)

• Débits théoriques de 5.8 Mbps

• Délais de retransmission réduit.

• Solutions :

– Hybrid ARQ pour la couche 1

– Séquencement UL réalisé par le NodeB

– Tailles de trames de 2 ms et 10 ms

99

Canaux utilisés en HSUPACanaux utilisés en HSUPA

Ensemble de canaux haut

débit reçus par le Node B.

• Interférence partagée par

les différents usagers.

• Plusieurs usagers peuvent

être autorisés à émettre à

un débit et une puissance

déterminés en

séquencement rapide.

100

Page 26: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

26

Utilisation des canauxUtilisation des canaux

101

Améliorations apportéesAméliorations apportées

• Augmentation du débit sur le lien montant

– Permet l’introduction de nouveaux services et améliore l’expérience usager

• Améliore la couverture Uplink pour des débits plus importants

• Amélioration de la capacité Uplink dans la cellule

• Réduction de la latence

• Séquencement rapide et contrôle de ressources

– Augmentation de l’utilisation et efficacité des ressources

• Support de Quality of Service (QoS)

– Améliore le contrôle de QoS102

103

Modifications apportées par le HSUPAModifications apportées par le HSUPAPour décoder correctement les données reçues

correctement, un SINR minimum doit être garantit au récepteur du Node B.

Niveau de puissance au dessus du bruit thermique : mesure de charge UL.

1.En augmentant le nombre d’UE en émission ainsi que leur niveau de puissance, le niveau d’interférence sur le UL augmente.

2.Cette interférence est perçue par le Node B comme du bruit qui affecte le SINR.

3. Le Node B contrôle le niveau d’interférence level en ajustant les allocations de ressources à l’UE.

4. Quand l’UE reçoit une nouvelle allocation, elle l’utilise dans une combinaison avec sa puissance d’émission disponible et la quantité de données dans le buffer pour déterminer :

5. Le débit binaire et la puissance d’émission correspondante. 104

Gestion de l’interférenceGestion de l’interférence

Page 27: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

27

Gestion des liens par la couche MACGestion des liens par la couche MAC

105

Nouveaux canaux HSUPA ULNouveaux canaux HSUPA UL• Enhanced Uplink Dedicated Channel (E-DCH) : canal de transport.• E-DCH Dedicated Physical Data Channel (E-DPDCH) : canal physique

transportant les données usager ou les demandes de l’UE au Node B.

• E-DCH Dedicated Physical Control Channel (E-DPCCH) : canal de contrôle pour décoder la charge du EDPDCH. Transporte une indication de l’UE pour indiquer au Node B si les ressources allouées conviennent.

106

Canaux en HSUPACanaux en HSUPA

107

Nouveaux canaux HSUPA DLNouveaux canaux HSUPA DL• E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel (E-HICH) :

canal physique donnant le feedback à l’UE sur les données transmises, transporte les acquittements positifs (ACK) ou négatifs (NAK).

• E-DCH Absolute Grant Channel (E-AGCH) : canal physique. Rapport E-DPDCH/DPCCH maximum alloué. Transporte l’information de contrôle HARQ.

• E-DCH Relative Grant Channel (E-RGCH) : canal physique. Commande simple pour augmenter (UP), diminuer (DOWN) ou maintenir (HOLD) l’allocation en cours.

108

Page 28: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

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28

Exemple d’échangesExemple d’échanges

109

Paramètres d’émissionParamètres d’émission

TTI plus court (2 ms)– En HSUPA les10 ms et 2 ms TTI sont supportés– Un TTI plus court permet une réduction de la latence et

l’augmentation du débit moyen et pic de la cellule.– Un contrôle de ressources plus serré peut être implanté

permettant une capacité additionnelle.• Débit binaires pic plus élevés– Pour un TTI de 10-ms à l’UE, le débit binaire pic est limité

à 2 Mbps– Des débits binaires plus élevés peuvent être atteints avec un

TTI de 2-ms à l’UE.– 5.76 Mbps est le débit pic maximum en HSUPA

110

Fonctionnalités introduites permettant d’atteindre

jusqu’à 42.2 Mbps en DL & 11.5 Mbps en UL :

� Récepteurs avancés

� Antennes MIMO

� Connectivité paquet continue

� Modulations à plus forte efficacité spectrale

� HSPA double porteuse

111

Augmentation des débitsAugmentation des débits3 approches :

Type 1 : mobile en diversité de réception : combinaison optimale

des signaux reçus d’antennes différentes.

Type 2 : égalisation de canal : Architectures de récepteur

courante basées sur des récepteurs de Rake. Efficaces pour des

débits de quelques Mb/s. Pour des débits plus élevés, la

combinaison de la période symbole et des interférences

multitrajets se traduit par de l’ISI (Inter-Symbol Interference) et

dégrade les performances du récepteur de Rake � channel

equalization architecture

Type 3 : combinaison des récepteurs type2 & type3112

Récepteurs avancésRécepteurs avancés

Page 29: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

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29

HSPA+ : MIMO antennas113

Antennes MIMOAntennes MIMODépendance couverture / débitDépendance couverture / débit

114

115

1. Canaux (E1. Canaux (E--DCH et canaux DCH et canaux

physiques)physiques)116

Introduction au Enhanced Uplink (1/4)Introduction au Enhanced Uplink (1/4)

• Enhanced Uplink défini dans la Release 6 3GPP

• Débits de 1.4 Mbps puis 5.76 Mbps

• Principales fonctionnalités :

� Séquencement rapide Node B en UL

� Hybrid Automatic Repeat Requests (HARQs) rapide

� Transmission Time Interval (TTI) plus court

� Transmission multicode

• Introduit 5 nouveaux canaux physiques et 2 nouveaux protocoles couche MAC

Page 30: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

30

117

– Fast Node-B scheduling

• Séquencement déplacé du SRNC au Node B, permettant uneréponse plus rapide par rapport à l’environnement radio

• Séquencement du Node B maintenant le niveau de bruit aussiélevé que possible ⇒ chaque usager peut avoir les débits UL lesplus élevés possibles

– Fast HARQ

• Contrôle de retransmission déplacé du SRNC au Node B,permettant une retransmission plus rapide

– Short TTI

• Nouvelle option de TTI à 2 ms• Retransmissions plus rapides ⇒ temps d’A/R plus courts– Transmission multicode

• Jusqu’à 4 E-DPDCHs (débit UL en couche 1 : 2 x SF2 & 2 x SF4 = 5.76 Mbps) en parallèle

Introduction au Enhanced Uplink (2/4)Introduction au Enhanced Uplink (2/4)

118

• Introduit 5 nouveaux canaux physiques, 2 pour le UL et 3 pour le DL– Uplink channels

• E-DPDCH (E-DCH Dedicated Physical Data Channel)– SF 2-256, avec contrôle de puissance– E-DPDCHs de 1 à 4 en parallèle.

• E-DPCCH (E-DCH Dedicated Physical Control Channel)– SF 256, avec contrôle de puissance– Transporte le E-DCH Transport Format Combination Identifier

(E-TFCI), le Retransmission Sequence Number (RSN)– Downlink channels

• E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel)– Transporte les allocations SF 256

• E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel)– Transporte les allocations SF 128

• E-HICH (E-DCH HARQ Indicator Channel)– Transporte les ACKs/NACKs, SF 256

Introduction au Enhanced Uplink (3/4)Introduction au Enhanced Uplink (3/4)

119

• Nouveaux protocoles couche MAC

– MAC-e

• Entre UE et Node B

• Contrôle HARQs et séquencement

– MAC-es

• Entre UE et SRNC

• Réordonnancement des PDU MAC-es en cas de soft handover

• Désassemble les canaux dédiés dans le RNC

Introduction au Enhanced Uplink (4/4)Introduction au Enhanced Uplink (4/4) EE--TFC (1)TFC (1)

• E-TFC, Enhanced Uplink Transport Format Combination

• E-TFC détermine la quantité de données pouvant être transmise pendant un TTI.

• L’UE défini une liste E-TFC :

– Basée sur la limitation des débits, provient du séquenceur du Node B sous la forme d’allocations absolues ou relatives

– Basée sur les ressources en puissance d’émission.

– Sélectionne le meilleur E-TFC de la liste de restriction qui maximise le débit binaire.

120

Page 31: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

31

• E-TFC contient un seul bloc de transport

• Les entêtes de niveau MAC ont une longueur de 6 bits

Tsn = Transmission sequence number

DDI = Data discription indicator

EE--TFC (2)TFC (2)

121

En Release 7, les améliorations CPC permettent de réduire l’interférence uplink due à la signalisation transmise sur les canaux physiques quand les usagers n’ont pas de données à transmettre.

122

CPC (CPC (ContinuousContinuous PacketPacket

ConnectivityConnectivity))

Ceci permet d’augmenter le nombre d’usagersHSDPA connectés � très efficace pour lespaquets VoIP

� Modulation : 16 QAM (HSPA) = 4 bits/symb � 64 QAM (HSAP+) = 6 bits/symb � Débit (couche physique) * 1.5

� Double porteuse HSPA : réception sur deux bandes 5MHz

123

Dual Carrier HSPA + ModulationDual Carrier HSPA + Modulation Types de canaux ETypes de canaux E--DCHDCH

Catégorie

de E-

DCH

Nombre

maximum

de codes E-

DCH

transmis

Facteur

d’étalement

minimum

TTI

(transmission

time interval

en ms)

Nombre maximum de

bits/bloc de transport

E-DCH transmis dans

un TTI E-DCH

Débit

binaire

(Mb/s)

1 1 4 10 7 110 0,71

2 2 4 10 14 484 1,45

2 2 4 2 2 798 1,4

3 2 4 10 14 484 1,45

4 2 2 10 20 000 2

4 2 2 2 5 772 2,89

5 2 2 10 20 000 2

6 4 2 10 20 000 2

6 4 2 2 11 484 5,74 124

Page 32: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

32

Structure des canaux HSUPAStructure des canaux HSUPA

125

Node B sans lien radio E-DCH de service

Node B avec lien radio E-DCH de serviceMS

E-RGCHE-DCH relative grant channel

ACK/NACK

E-AGCHE-DCH absolute grant channel

E-RGCHE-DCH relative grant channel

ACK/NACK

Données UL

RSN, E-TFCI

Données UL

RSN, E-TFCI126

2. Le 2. Le MACMAC--ee

Architecture et Architecture et MACMAC--ee

127

Fonctions de la Fonctions de la MACMAC--eeContraintes : Délais courts et adaptation rapide sont essentiels

pour l’Enhanced Uplink

⇒Implantation avec la MAC-e.Nouvelle entité du Node B responsable du scheduling et HARQ.Couche physique améliorée pour le support du TTI court et soft

combining dans le mécanisme HARQ.En soft Handover, les données UL peuvent être reçues sur de

multiples Node B.⇒Nécessité d’une entité MAC-e dans chaque Node B impliqué,

pour la gestion de l’HARQ.� La MAC-e de la cellule de service est reponsable du

scheduling.

� La MAC-e de l’UE consiste en : mutliplexage, TFC (transport format selection) et le HARQ. 128

Page 33: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

33

MACMAC--ee et et QoSQoSQuality of Service (QoS) HSUPA

• QoS liée à un canal logique.

• Jusqu’à 15 canaux logiques peuvent être multiplexés sur un unique MAC-e PDU.

– Chaque canal logique peut avoir une QoS et un niveau de priorité différents.

• Le niveau de priorité est pris en compte lors de la formation d’un MAC-e PDU. 129

130

• Gère les fonctions spécifiques HSUPA dans le Node B

• Une entité MAC-e dans le Node B par UE

• Un séquenceur E-DCH dans le Node B

• Entité HARQ générant ACKs et NACKs

• Fonction de séquencement E-DCH gérant les ressources de la cellule entre les Ues

• Dé-multiplexage séparant les PDUs MAC-e des PDUs MAC-es et transmission dans le flux MAC-d associé (vers le SRNC)

MAC-e

MAC – Control

E-DCH

Associated

Downlink Signalling

Associated

Uplink Signalling

MAC-d Flows

De-multiplexing

HARQ entity

E-DCH

Control (FFS)

E-DCH Scheduling (FFS)

To network

From UE

MACMAC--e (UTRAN)e (UTRAN)

131

• MAC-es gère les fonctionnalités spécifiques E-DCH

• Une entité MAC-es dans le SRNC par UE

• File de réordonnancement pour le routage des PDUs pour réordonner les buffers en fonction de la configuration du SRNC

• Sélection de macro diversity

– Réalisé dans la couche MAC-es en cas de SHO avec de multiples Node-Bs

– Entité de réordonnancement de la file d’attente recevant tous les flux MAC-d flows (DCHs) de la part de tous les Node-Bs (en SHO), et une entité MAC-es par UE

– Implantation exacte non spécifiée.

MAC-es

MAC – Control

From MAC-e in NodeB #1

To MAC-d

Disassembly

Reordering Queue Distribution

Reordering Queue Distribution

Disassembly

Reordering/ Combining

Disassembly

Reordering/ Combining

Reordering/ Combining

From MAC-e in NodeB #k

MAC-d flow #1 MAC-d flow #n

From Node-B

MACMAC--es (UTRAN)es (UTRAN)

132

MACMAC--e/es (UE side)e/es (UE side)• Multiplexage

– Responsable de la concaténation et multiplexage des PDUs

– MAC-d ⇒ MAC-es ⇒ MAC-e

– Établit le TSN pour chaque PDU

• HARQ

– Gère les fonctions MAC relatives au protocole HARQ

– Stocke les données utiles MAC-e et les retransmet si nécessaire

– Fournit le E-TFC, le retransmission

sequence number (RSN) et le power

offset couche 1

– Configurations pour le protocole H-ARQ fournit par le RRC sur le MAC-Control SAP

MAC-es/e

MAC – Control

Associated Uplink Signalling E-TFC

(E-DPCCH)

To MAC-d

HARQ

Multiplexing and TSN setting E-TFC Selection

Associated Scheduling Downlink Signalling

(E-AGCH / E-RGCH(s))

Associated ACK/NACK signaling (E-HICH)

To network

From UE

Page 34: HSDPA_v4 [Mode de compatibilité]

27/09/2010

34

Évolutions (1)Évolutions (1)• Introduction de nouveaux canaux physiques :

133

Abbréviation Nom Fonction

ULE-DPDCH

Enhanced Dedicated

Physical Data Channel

Canal physique utilisé par le E-DCH pour les données usager.

E-DPCCHEnhanced Dedicated

Physical Control

Channel

Canal de contrôle associé au E-DPDCH pour la signalisation Node-B (décodage E-DPDCH)

DL

E-AGCHAbsolute Grant Channel Indique la puissance à utiliser par

l’UE sur le DPDCH

E-RGCHRelative Grant Channel Contrôle de puissance de l’UE

sur l’E-DCH.

E-HICHHARQ

Acknowledgement

Indicator Channel

Transmission des ACK/NACK vers l’UE.

Évolutions (2)Évolutions (2)Nouvelles entités MAC pour l’UE, le Node B et le SRNC :

• MAC-e : UE et Node B. Gestion des retransmissions et séquencement HARQ. Couche basse MAC proche de la couche physique.

• MAC-es : UE et SRNC. Dans l’UE, responsable partiellement du multiplexage des flux MAC-d sur le même MAC-es. Dans le SRNC, reséquencement des PDU MAC-es, démultiplexage des flux MAC-d et distribution de ces flux aux différentes files d’attente en fonction de leurs QoS. Ces flux MAC-d correspondent à des PDP contexts

individuels à l’interface Iu-PS avec différents profils de QoS (ex. streaming / background).

Le E-DCH (contrairement au HS-DSCH) supporte le soft HO.134

135

3. Le Soft 3. Le Soft HandoverHandover

Soft HO dans HSDPASoft HO dans HSDPA

136

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35

Types de liens radio dans Types de liens radio dans l’Active Setl’Active Set

3 différents types :

• Serving E-DCH Cell – Cellule àpartir de laquelle l’UE reçoitl’AGCH de la part du séquenceur.

• Serving (E-DCH) RLS – Ensemblede cellules contenant au moins lacellule de service et à partir delaquelle l’UE peut recevoir etcombiner le RGCH.

• Non-Serving RL – Cellule quiappartient à l’Active Set E-DCHmais qui n’appartient pas au RLSde service et à partir duquel l’UEpeut recevoir un RGCH. 137

Soft Soft HandoverHandover (1)(1)

138

� Scheduling + HARQ : ne nécessitent pas autant de BSs dansl’Active Set qu’en R99 : 4 maximum (/6).

� Différents active sets :� Si l’Active Set contient des BSs ne supportant pas le HSUPA, le

DPCCH doit être reçu par toutes les BSs de l’Active Set DCH etseul les BSs supportant le HSUPA peuvent gérer scheduling etHARQ

� Si l’Active Set (en fonction des conditions réseau) nécessite plusde 4 BSs pour le contrôle de puissance, les BSs additionnellesfonctionnent comme des cellules R99 et n’interviennent pas dansla gestion du HARQ et du scheduling. Permet au terminald’écouter moins de canaux de signalisation en Soft HO.

� Toutes les cellules dans l’active set E-DCH doivent être dansl’Active Set DCH qui peut inclure des cellules qui ne sont pasdans l’Active Set E-DCH. 139

Soft Soft HandoverHandover (2)(2)

�Changement de cellule de service E-DCH : basé sur les mêmes critères du cas HSDPA.

�Event 1d modifié pour permettre le report lors du changement de la meilleure cellule de service.

�Cellule de service E-DCH : peut être différente de la cellule HSDPA de service.

�Gestion des UL/DL de l’UE peuvent être configurés pour que le HSDPA ne soit pas utilisé sur le DL même si le HSUPA est utilisé sur le UL.

�Tous les terminaux HSUPA doivent supporter le HSDPA.Nouvelle mesure event 1J possible pour la gestion de

l’active set.140

Soft Soft HandoverHandover (3)(3)

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36

Le séquenceur du Node B contrôle le rapport de puissances E-DPDCH/DPCCH

141

Soft Soft HandoverHandover (4)(4)� Avec HSUPA, le soft HO UL a un impact sur le

scheduling.� HSDPA : émission de données à partir d’une seule BS.� HSUPA : toutes les stations de base de l’Active Set E-

DCH reçoivent les émissions du terminal.� Toutes les BSs sont impactées par la transmission en

terme de bruit.� Si plusieurs BSs reçoivent les données, une seule est la

serving E-DCH. Elle utilise les méthodes de séquencement disponibles (relative et absolute grants).

� Terminaux : peuvent augmenter le débit de données si la cellule HSUPA envoie une commande Up et pas de commande Down des autres cellules de l’Active Set E-DCH. 142

Soft HO et rôles des Soft HO et rôles des NodesNodes BB

143

ExempleExemple de HO de HO (1)(1)

Node B Node B Node B Node B

Serving E-DCH RLSNon-Serving RLsServing E-DCH RLS

144

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37

Node B Node B Node B Node B

Serving E-DCH RLS Non-Serving RLsServing E-DCH RLSNon-Serving RLs

145

ExempleExemple de HO de HO (2)(2)

146

V. Aperçu sur V. Aperçu sur les déploiements les déploiements

et l’ingénierie et l’ingénierie

� Performances dépendant du SINR.� Options : DAS (Distributed Antenna

System) actif ou passif, répéteurs,pico-cellules indoor,

� Porteuse partagée ou non avec letrafic R99 DCH, ou bien uneporteuse pour R99 et une porteusepartagée.

147

Déploiements HSDPADéploiements HSDPA

i. Impact sur le Ec/No

ii. Impact sur la couverture

iii.Impact sur la capacité

iv.Impact sur la distribution du trafic

148

Impacts HSDPA sur le réseauImpacts HSDPA sur le réseau

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Ec/No = PCPICH / (PIntra + PExtra + Noise) Where;� PIntra : the internal power delivered by RBS� PExtra : the external power received by UE from other cells� Noise : the interference caused by environment and othersystems

PIntra : 75 % (R99 traffic) ���� 100% (HSDPA) Ec/No

Decrease by X� X1 = (PCPICH / 0.75*PTot) : the value of Ec/No in R99 only.� X2 = (PCPICH / PTot) : the value of Ec/No in (R99 + HSDPA)case.� PTot : the total power delivered by the RBS.�X2/X1 = 0.75, and thus the difference in Ec/No = 10* log(0.75)

� X = ∆ Ec/No = -1.25 db 149

Impact sur le Impact sur le EcEc/N0/N0Lpmax = PCPICH– SUE – BPC – BIDL – BLNF – LBL – LCPL – LBPL

+Ga – LJ

BIDL = 1+ K * ( PTot / Lsa )

If PTot passes from 75% to 100% of to the total RBS power, BIDL increases by :

X = K * 0.25* ( PTot / Lsa )

Term µ Fc Nt (dbm/Hz) Nf (db) Rchip K

value 0.64 2.1 -174 7 3.84*106 1.75*1013

Lpmax(db) BPC(db) BLNF(db) LBL(db) LBPL(db) Ga(db) LJ(db) Lsa(db) Lsa(linear)

130 0 4.9 0 18 18 0.2 135.1 3.23*1013

150

Impact sur la couverture (1)Impact sur la couverture (1)

Pnom(W) Pnom(dbm) LASC(db) Lj (db) Lf(db) Ptot(dbm) PtotW) X

17.5 42.43 0.2 0.2 2 40 10 1. 36

Considering (L1, R1) and (L2, R2) the (path loss, cell range)

respectively of R99 loaded cell (75 % of total power) and

HSDPA loaded cell (100%);

� L1 = 134 + 35.22log (R1)

� L2= 134 + 35.22 log (R2)

L1-L2=35.22 log (R1/R2) = X = 1.36

� R1/R2 = 12 % 151

Impact sur la couverture (2)Impact sur la couverture (2)

R1

12%

HSDPA enabled cell

HSDPA disabled cell

Coverage reduction due to HSDPA deploying

152

Impact sur la couverture (3)Impact sur la couverture (3)

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39

� Le seuil d’admission de puissance pour le trafic R99 doit

être réduit à une valeur permettant un débit acceptable pour

les usagers HSDPA.

� Impact sur le taux de blocage et réduction du débit du

trafic R99 dans la cellule.

� L’introduction du HS-DSCH nécessite toute la puissance

restante de la cellule après avoir desservit les usagers R99.

les cellules HSDPA atteignent leur puissance maximum.

� Augmentation de l’interférence downlink interference

dans la cellule et donc augmentation du taux de blocage.

153

Impact sur la capacité (1)Impact sur la capacité (1)

� HS-DSCH partage les codes avec le trafic R99 en

utilisant les codes d’établement (SF) 16. Le HSDPA peut

utiliser jusqu’à 5 codes de 16 soit 82 codes de SF 256

réservés au trafic HSDPA.

� HSDPA a un impact sur les valeurs de Ec/No qui

déclenchent le mode compressé. Ceci a un impact

important sur la capacité du système en termes de

consommation de puissance, de codes de canalisation

(dans la BTS) et de charge CPU.154

Impact sur la capacité (2)Impact sur la capacité (2)

Trafic R99/R4 Trafic R99/R4 + HSDPA

155

Simulations de couvertureSimulations de couverture Conditions radio et CQIConditions radio et CQI• Les performances du HSDPA dépendent du SINR effectif :

PG : gain de traitement (correspondant au SF16),

PHS-DSCH = somme de la puissance des codes HS-DSCH alloués,

α : facteur d’orthogonalité,

IOC : interférence intra-cellulaire,

IOR : interférence inter-cellulaire,

N0 : bruit thermique.

HARQ et mécanisme d’adaptation de lien s’adaptent aux conditions radio.

Conditions favorables : grands blocs de trafic alloués avec recours au 16QAM.

Mauvaises conditions : petits blocs radio et modulation QPSK.

Ajustements basés sur le CQI et le taux de ACK/NACK. 156

NII

PPSINR

OROC

DSCHHSG

0).1( ++−= −

α

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Différences entre constructeursDifférences entre constructeursPrincipales stratégies différenciant les performances des

constructeurs :

• Adaptation de lien : défini la manière d’allouer les TFRC, Transport Format and Resource Combination,

• Séquenceur du Node B : Round Robin, Max C/I, Proportional

Fair, PFS, le plus utilisé,

• Allocation de puissance : Fixed Power Allocation, FPA, niveau de puissance fixe pour le HSDPA, dé-alloué en cas de congestion dans la cellule (Ptotal = PR99+PHSDPA+Pcanaux communs), Dynamic

Power Allocation, DPA, augmente l’efficacité de la cellule en allounat la puissance restante de la cellule au HSDPA (PHSDPA=Pmax- PR99-Pcanaux communs) avec des performances variables en fonction des conditions de charge.

• Changement de cellule HS-DSCH de service (équivalent du HO).157

Planification HSDPAPlanification HSDPA

158

Déploiement HSDPA en multicouchesDéploiement HSDPA en multicouches

� Porteuse dédiée pour le trafic DCH R99

� Seconde porteuse totalement ou partiellement allouée au trafic HSDPA

– Plus de porteuses pour plus de trafic dans les zones à fort trafic (Hotspots)

– Basé sur les prédictions de trafic et les mesures

– Porteuse dédiée sir trafic R99 élevé dans la zone

• Les ressources en puissance de la BS pour les canaux R99 DCH sont mieux gatanties

• Les usagers HSDPA dirigés (établissement d’appel ou HO) vers la seconde porteuse

159

Paramètres de planification HSDPA (1)Paramètres de planification HSDPA (1)Puissance de transmission HSDPA dépend de la stratégie

d’implémentation, les débits cibles HSDPA et la charge en trafic DCH

• Pour un trafic mixte R99 et HSDPA la puissance est d’environ 4 à 7 W

• Pour une porteuse dédiée HSDPA la puissance est d’environ10 à 12 W

– Si la puissance maximum de la BS est de 20 W

• La puissance doit être suffisante pour véhiculer les canaux de signalisation et de trafic

• Pas de contrôle de puissance sur le canal HSDPA

• Une puisance trop faible se traduit par peu ou pas de débit

• Les cellules à faible puissance peuvent être gérées via plus de code et des codages à plus faible débit

• Une puissance trop élevée conduit à des situations de surcharge et d’interférences

160

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Seuils d’admission pour les usagers DCH et HSDPA

• Paramètres de priorité entre usagers DCH et HSDPA

• Paramètres de mobilité :

– Soft handover (SHO) non applicable au HSDPA

–Interruptions possibles dans la transmission de données

– Option 1 : Commutation de canal entre HS-DSCH et DCH (R99/R4)

– Option 2 : Changer de cellule de service HS-DSCH

– Séparer les paramètres de Soft handover (SHO) pouvant s’appliquer au HSDPA

161

Paramètres de planification HSDPA (2)Paramètres de planification HSDPA (2) Expériences de couverture Expériences de couverture étendueétendue

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