High-Speed Downlink Packet Access

Från Rilpedia

Texten från svenska Wikipedia

Intro

High Speed Downlink Packet Access, HSDPA, är ett protokoll som tillhör det mobila nätverket 3G. I Sverige kallas denna teknik för Turbo-3G och används av telekomoperatörer vid så kallat mobilt bredband. Protokollet är en förbättring och en uppgradering av det tidigare protokollet WCDMA R99 och ger 3G-näten betydligt högre hastighet nedströms (från nätet till den mobila terminalen). Uppgraderingen gör att nedladdningshastigheten har ökat från att vara maximalt 2 Mbit/s till att vara upp till 14,4 Mb/s per användare. Den vanligaste hastigheten som erbjuds kommersiellt idag är dock lägre, oftast 7,2 Mb/s. 3G-operatören Tre lanserade sitt HSDPA-nät i Sverige den 8 november 2006, med hastigheter på ca 7,2 Mbit/s nedströms och 384 kbit/s uppströms. Grundprincipen för HSDPA-tekniken bygger på att alla momentant tillgängliga resurser i varje cell kan tilldelas en eller flera användare vilket gör att det effektiva resursutnyttjandet ökar.

Tekniken

HSDPA är främst en mjukvaruuppgradering till protokollet WCDMA R99. Den nya mjukvaran ökar effektiviteten samtidigt som den minskar fördröjningen på länken. Detta görs genom att tillämpa en mängd tekniker:

Adaptive Modulation and Coding

Mjukvaran som körs i basstationen analyserar signalstyrkan som varje nod (enhet) ger ifrån sig. Programmet räknar sedan ut vilken modulering som är bäst för denna enhet för tillfället. Om en enhet har låg belastning, samt bra signalstyrka tilldelas den moduleringen ”16QAM” (16-bitars Quadrature amplitude modulation). Denna modulering innebär en maximal nedladdningshastighet på 3,6 Mb/s. Genom att använda flera kodningar till samma enhet kan man med denna modulering nå en maximal hastighet på 14,4 Mb/s. Vid denna hastighet får enheten maximalt antal kodningar, 15 st. Dessa hastigheter gäller dock bara vid god signalstyrka och låg belastning. Uppfylls inte någon av dessa två krav går basstationen över till att använda enbart det långsammare protokollet QPSK, som oftast har en maximal hastighet på 1,8 Mb/s.

Fast Packet Scheduling

HSDPA använder sig av tidsramar på 2 ms för att skicka data. I tidigare tekniker var tidsramen en multipel av 10, dvs som minst 10 ms. Fördelen med att ha kortare tidsramar är att man får mer effektivitet när en omsändning krävs, samt att det är mindre risk att förhållandena på länken ändras från det att analysen av länken görs tills ett paket skickas. Basenheten analyserar då signalstyrkan för varje nod, och använder sedan resultatet för att välja vilken eller vilka enheter som skall få tillåtelse att skicka data i den aktuella tidsramen. HSDPA använder sig av 16 kodningar, där 15 är tilldelade HSDPA, vilket betyder att en enhet med låg signalstyrka får 1 kanal att sända på, medan en enhet med mycket god signalstyrka får alla 15 kanaler, vilket i sin tur medför maximal hastighet.

Hybrid Automatic Repeat reQuest

Ett protokoll som skickar data bör ha en metod för att hantera korrupta paket. HSPA använder sig av hybrid automatic repeat request, eller HARQ, för detta. När en klient får ett korrupt paket, begär den att basstationen skall skicka om paketet. Klienten kastar dock inte det direkta paketet, den sparar det istället. Om samma paket skulle bli korrupt en gång till, försöker klienten att kombinera de två korrupta paketen till ett helt paket, och därmed spara bandbredd genom att inte behöva begära en tredje omsändning av samma paket. Se figur t.h för att se förloppet.^[1]

Framtiden

HSDPA-protokollet innefattar enbart nedladdningshastigheter, och har därför inte någon snabb uppladdningshastighet. För att få bättre hastigheter uppåt finns ett lite nyare protokoll som kompletterar HSDPA. Detta protokoll kallas Enhanched UL, E-UL, ibland även kallat High Speed Uplink Packet Access, eller HSUPA. Denna teknik fungerar ungefär som HSDPA, och kan ge uppladdningshastigheter upp till 5,7 Mb/s. Uppgraderingen till HSDPA kallas HSPAevo och introduceras i Rel-7. Denna teknik ger en nedladdningshastigheter på upp till 42 Mb/s samt en uppladdningshastighet på 11 Mb/s. Den nya tekniken tros kunna tas i bruk i början av år 2009. Det finns även planer på ytterligare en uppgradering, E-UTRA, som är den trådlösa delen i LTE-standarden. Denna teknik kommer att ge en nedladdningshastighet på 320 Mb/s samt en uppladdningshastighet på 170 Mb/s. Kunskapen och utrustningen finns i dagsläget, men än måste mycket förbättras innan denna teknik kan användas kommersiellt.^[1]

Problem

En anledning till att HSDPA inte finns att tillgå överallt är att det är ganska dyrt och komplicerat att uppgradera en basstation. Även om själva protokollet enbart är en mjukvaruuppgradering, krävs en viss kraft och potential. I rädsla för att behöva göra ytterligare en hårdvaruuppgradering när nästa version av protokollet kommer, är det många som har valt att vänta. Vi kommer alltså troligtvis att få en bättre täckning med när nästa version kommer alltså då hastigheterna, framförallt uppåt, ökar.^[2]

Ytterligare ett problem med HSDPA är att tekniken faktiskt inte är så mobil som man tror. Vissa förbättringar har gjorts, men som regel så fungerar inte tekniken om användaren rör sig fortare än 3 km/h. Detta är en aspekt forskarna har tänkt på och även lyckas förbättra till de nästkommande teknikerna. De har till exempel redan nu lyckats komma upp i 50 Mb/s när de satt på ett tåg som färdades i 110 km/h. Forskarna använde sig då av en tidig version av E-UTRA.

De teoretiska hastigheterna är höga, men det är inte ofta de faktiska hastigheterna är de samma. De högsta datahastigheterna går bara att erhålla mycket nära radiobasstationerna, och de faktiska datahastigheterna minskar med avståndet. På cellranden (det ställe där det radiomässiga avståndet är lika långt till två intilliggande basstationer och mottagningsförhållandena således är som sämst) kan man förvänta sig en datahastighet i storleksordningen 384 kbit/s.

Referenser

1. ↑ ^{1,0 1,1} HSPA mobile broadband today ”HSDPA - Mobile Broadband Today”. http://www.gsmworld.com/HSPA HSPA mobile broadband today. Läst 2008-10-07. 
2. ↑ ”Understand HSDPA's implementation challenges”. David Maidment, picoChip Designs. http://www.mobilehandsetdesignline.com/howto/170703686. Läst 2008-10-09.