Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)
HSDPA

HSDPA se introdujo en la Release 5 UMTS. Se basa en la adopción de nuevas técnicas para mejorar significativamente la tasa de bits de datos en dirección de enlace descendente (la velocidad de datos en el enlace ascendente sigue siendo la misma). Como resultado de ello, el valor máximo teórico de la tasa de bits por celda se incrementa desde 2 Mbps hasta 14,4 Mbps. Los cambios en las redes se hacen sobre todo en UTRAN y la idea clave es mover varias radios procedimientos de gestión de recursos radio a Nodo B en lugar de RNC como en versiones anteriores de UMTS (es decir, Release 99 y Release 4). La ventaja de este cambio es que el Nodo B está mucho "más cerca" de la UE. Por lo tanto, puede ser mucho más eficaz para reaccionar teniendo en cuenta la calidad variable del canal radio. La Figura 17 muestra los procedimientos que se han movido al Nodo B.

Mejoras de HSPDA en el nodo B– Comparación con Release 99 y Release 4

## Programación rápida de datos

Un aspecto importante en relación con HSDPA es que la mayoría de los recursos se comparten entre los distintos usuarios activos. Debe tenerse en cuenta que el resto de los recursos radio están dedicados para los usuarios actives, ya sea con comunicaciones de voz o transmisión de datos (se describe con más detalle en el capítulo 19). El propósito de la programación de datos es asignar los recursos radio del Nodo B correspondiente a sus usuarios. El periodo de asignación, también se denomina como intervalo de tiempo de transmisión (Time Transmission Interval, TTI), se establece en 2 ms, mucho menor que en Release 99 o Release 4 donde el mínimo TTI es de 10 ms. Esta es la razón principal por la que se denomina programación "rápida" de datos. El intervalo de programación se puede reducir ya que el Nodo B se comunica directamente con el UE asociado y recibe información actualizada en cuanto a requisitos y calidad de canal. El Nodo B puede adoptar varias estrategias para la asignación eficaz de los recursos radio en el enlace descendente, tal como se ilustra en la Figura 18T

Métodos de programación en HSDPA

El algoritmo más simple t popular de programación es el denominado Round Robin (RR); los usuarios de HSDPA son programados con la misma probabilidad independientemente de las condiciones del canal de radio. La principal desventaja de este enfoque es que no se utilizan eficientemente los recursos radio (usuarios con malas condiciones de canal no pueden transmitir a altas velocidades). El segundo método de programación, llamado máximo relación entre portadora e interferencia (Maximum Carrier-to-Interference ratio, Max-C/I), asigna todos los recursos radio a los usuarios con mejor calidad del canal y por lo tanto maximiza el flujo HSDPA por celda. Sin embargo, este enfoque tampoco es adecuado, ya que los usuarios cercanos al NodoB son mejor tratados que los usuarios con mala calidad de canal. El método proporción justa (Proportional Fair PF), representa un compromiso razonable entre los dos mecanismos de programación mencionados anteriormente. En este caso, la probabilidad de que el UE pueda recibir datos depende tanto de la calidad del canal como de la cantidad de datos recibidos en el pasado. Por ejemplo, si el UE ha estado inactivo durante un largo tiempo, su prioridad es cada vez mayor.

## Retransmisiones de datos rápidas

Si el UE no es capaz de decodificar paquetes de datos recibidos correctamente, solicita inmediatamente su retransmisión desde el Nodo B. En las versiones anteriores de UMTS, la petición de retransmisión se enviaba al RNC, que era responsable de esta operación. En HSDPA, el procedimiento de retransmisión es gestionado exclusivamente por el Nodo B (por eso nos referimos a un procedimiento de retransmisiones de datos "rápidas"). La siguiente figura muestra el principio básico.

Procedimiento de retransmisión de datos rápida en HSDPA

La novedad adicional en HSDPA es el mecanismo de retransmisión. Mientras que en el estándar UMTS original, se asumía una simple solicitud de repetición automática (ARQ, Automatic Repeat reQuest), HSDPA introduce una versión modificada, conocida como Hybrid ARQ (HARQ). HARQ es capaz de almacenar temporalmente los datos corruptos en un búfer que además pueden ser combinados con paquetes de datos recibidos recientemente para aumentar la probabilidad de descodificación correcta. De esta manera, se minimiza la cantidad de retransmisiones, pudiendo hacer un uso más eficiente de los recursos radio.

## Adaptación rápida del enlace

Por adaptación del enlace denominamos al ajuste continuo de los parámetros del enlace de transmisión en función de la calidad actual del canal radio. La adaptación rápida del enlace se consigue hacienda que esta funcionalidad sea responsabilidad del nodoB. En Release 99 y Release 4 UMTS, la adaptación de enlace se consigue principalmente mediante un rápido control de potencia. Por otra parte, HSDPA introduce un nuevo procedimiento conocido como modulación y codificación adaptativa (Adaptive Modulation and Coding, AMC) que permite seleccionar dinámicamente la modulación y el esquema de codificación (Modulation and Coding Scheme, MCS) utilizado en el enlace descendente de la transmisión. En consecuencia, si la calidad del canal es pobre, se utiliza un esquema MCS más robusto que disminuye la velocidad de transmisión de datos pero garantiza una baja tasa de error de paquete (Packet Error Rate, PER). Cuando las características del canal radio mejoran suficientemente, es decir, aumenta la relación (C/I), el nodo B selecciona MCS más eficientes con el fin de mejorar la tasa de transmisión de datos (véase la Figura 20). Tenga en cuenta que otra diferencia importante en comparación con las versiones anteriores de UMTS es que HSDPA además de QPSK también soporta esquema de modulación 16 QAM.

Adaptación rápida del enlace en HSDPA

## Evolución de HSDPA

Las mejoras adicionales que permiten una mayor tasa de transmisión de datos en el enlace descendente se introducen en la Release 7, donde se da soporte por primera vez a la configuración MIMO 2x2 (una explicación más detallada del fundamento de MIMO se podrá encontrar en la Sección 30). De esta manera, la anterior tasa teórica de transmisión de enlace descendente por celda se puede doblar desde 14 Mbps hasta 28 Mbps. Además, a partir de la Release7, las tasas de bits del enlace descendente también se incrementan hasta 42 Mbps gracias a la introducción de la modulación 64 QAM. Por otra parte, el rendimiento del enlace descendente se puede mejorar mediante el método de DC. El principio de DC es agregar más portadoras (en la mayoría de los casos, dos portadoras resultando un ancho de banda igual de 10 MHz). Como resultado, la tasa teórica de bits en el enlace descendente es de 84 Mbps a partir de la Release 8.

Las velocidades de bits de datos mencionados anteriormente son sólo teóricas y los usuarios solo consiguen una pequeña fracción. Esto se debe a varias razones. El primer aspecto importante necesario para tener en cuenta es que las tasas máximas teóricas de datos no se pueden lograr en un sistema real. La capacidad disponible por una celda depende en gran medida de aspectos, tales como la calidad del canal radio (utilizado MCS), la potencia máxima de transmisión permitida o de la sobrecarga por la señalización necesaria para la gestión de los procedimientos de control. Además, la capacidad real por una celda se divide entre los UEs activos. Otra restricción adicional es la capacidad del UE. Los UE no necesariamente pueden operar con todas las velocidades disponibles. Como resultado, las redes actuales son capaces de soportar sólo las tasas binarias de varios Mbps por usuario.