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A tecnologia UMTS
A família HSPA
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A família HSPA

O HSPA (High Speed Packet Access) é, nas palavras do fórum UMTS, um termo genérico para designar avanços na tecnologia UMTS [19]. Mais precisamente, esses avanços são maior velocidade de acesso à rede, aumento da capacidade da rede e melhor transmissão de dados. Conhecido também pelo nome 3.5G, o HSPA é baseado na tecnologia UMTS, e sendo basicamente uma melhoria no acesso, não é necessário fazer modificações na rede central UMTS, apenas uma melhora na infra-estrutura para comportar o aumento no fluxo de dados.

O maior fluxo de dados na rede UMTS, já com a tecnologia HSPA, de início, eram pacotes de voz, e, assim como na rede UMTS original, migraram para acesso à Internet em alta velocidade.

Tráfego de dados

O HSPA é a junção de duas melhorias: na taxa de download (chamada HSDPA - High Speed Downlink Packet Access) e na taxa de upload (HSUPA – High Speed Uplink Packet Access). O HSDPA foi especificado no Release 5 do 3GPP, enquanto o HSUPA no Release 6. Ambos podem ser implementados no canal de 5 Mhz usado pelo UMTS.


HSDPA

O sistema HSDPA, cuja taxa de download chega a atingir velocidades de até 14,4 Mbits/s, é composto pelas medidas expostas abaixo.

    Avanços nas capacidades técnicas:
  • Um menor Intervalo no Tempo de Transmissão (Trasmission Time Interval - TTI)
  • O TTI foi diminuído para 2 ms, aumentando assim a sensibilidade para detecção de variações na rede, além de diminuir o tempo de round-trip e a latência. Para o usuário final, isso se traduz em tempos de resposta menores e alocação de recursos mais ágil.

  • Um canal comum denominado High Speed Downlink Shared Channel, que pode ser compartilhado por vários usuários
  • O High Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH) é um canal compartilhado, codificado em um fator de separação 16, onde até 15 destes códigos podem ser alocados para HSDPA. A banda pode ser alocada tanto para um único usuário como pode ser dividida entre vários usuários, e estes receberão dados simultaneamente. Quando são decididos quais usuários receberão pacotes no próximo TTI, também é decidido qual código de canalização será usado para cada usuário. Cada usuário tem seu código definido pelo nó-B (Base Transceiver Station, BTS, também conhecido como node-B), e este código é usado pelo usuário para extrair sua mensagem.

    Não há controle de potência no HSDPA, ou seja, o canal HS-DSCH é transmitido sempre com a mesma potência. O que muda é a codificação e o número de códigos, para se adaptar às condições de rádio.

    O HS-DSCH é adotado em conjunto com outros 3 canais:  High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH), High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) e High Speed-Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH), todos canais físicos.

    Pelo HS-SCCH são enviados sinais de controle sobre o HS-DSCH, como qual a codificação usada e avisa que dados serão enviados 2 frames a seguir, melhorando a sincronização.

    O HS-DPCCH é usado pelo usuário para transmitir informações sobre sua qualidade do sinal e para envio de informações HARQ (Hybrid Automatic Retransmisson reQuest).

    O HS-PDSCH carrega os dados do usuário mapeados pelo HS-DSCH.

  • Escalonamento rápido de pacotes (Fast Scheduling)
  • Fast Scheduling faz com que a rede se adapte às variações da qualidade e disponibilidade de sinais oferecidos. Cada aparelho de usuário está constantemente transmitindo informações sobre a qualidade do serviço para o nó-B. Baseado nessas informações, o nó-B decide quanto de informação será mandado para qual usuário no próximo TTI.

  • Modulação e Codificação Adaptativas (Adaptative Code Modulating - ACM)
  • ACM também é uma adaptação da rede quanto à variação da qualidade do sinal de cada usuário. De acordo com a qualidade do sinal do usuário, a modulação passa da QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) para 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), o que pode chegar a dobrar as taxas de transmissão.

  • Retransmissão rápida, baseado no protocolo Hybrid Automatic Retransmisson reQuest (HARQ)
  • A arquitetura HARQ faz a retransmissão de pacotes com erros em até 10 ms, em diferentes codificações, estas ortogonais entre si. O usuário, ao receber um pacote com erro, o salva e depois o combina com suas retransmissões. Esse modelo permite que mesmo que as retransmissões também tenham erros, a combinação destas pode gerar pacotes sem erro.


HSUPA

O nome adotado pelo 3GPP é Enhanced Dedicated Channel (E-DCH). O HSUPA visa uma melhora na taxa de uplink. O HSUPA conta com as seguintes melhorias:

  • Retransmissão rápida, baseado no protocolo Hybrid Automatic Retransmisson reQuest (HARQ);
  • Intervalo do Tempo de Transmissão (TTI) de 2 ms;
  • Um canal dedicado para uplink;
  • Escalonamento rápido de pacotes (Fast Scheduling).

O Fast Scheduling do HSUPA funciona de maneira diferente do HSDPA. O usuário envia um pedido de transmissão, e o escalonador (localizado na BTS) decide quem envia e o quanto cada um envia. Essas transmissões não são ortogonais umas às outras, como no HSDPA.

Assim como no HSDPA, é usada o protocolo HARQ para recuperação de erros na camada física.

Além das transmissões escalonadas, o HSUPA implementa também as transmissões não escalonadas. Essas transmissões são melhores adaptadas a dados sensíveis a atrasos, como vídeos-conferência e VoIP, entre outras. Isso se dá porque o escalonador do nó-B não consegue suprir a banda e o baixo delay necessários.

Com o HSUPA, a taxa de upload consegue atingir níveis de até 5,76 Mbits/s.