1. Modulacja Wyższego Rzędu: Więcej Bitów w Każdym Sygnale

Jednym z najbardziej bezpośrednich sposobów na zwiększenie prędkości transmisji danych bez zużywania większej ilości widma radiowego jest spakowanie większej liczby bitów informacji w każdym symbolu przesyłanym przez sieć. Wczesne HSPA opierało się głównie na modulacjach QPSK (2 bity na symbol) i 16-QAM (4 bity na symbol) do transmisji danych.

HSPA+ wprowadziło obsługę bardziej złożonych schematów modulacji w łączu zstępującym:

• 64-QAM (Kwadraturowa Modulacja Amplitudowa): Był to duży krok naprzód. 64-QAM pozwala na zakodowanie 6 bitów danych w jednym symbolu transmisyjnym ($2^6 = 64$). W porównaniu z 4 bitami na symbol w 16-QAM, stanowi to 50% wzrost szczytowej prędkości danych i wydajności widmowej dla danej szerokości kanału. Kompromis polega jednak na tym, że 64 odrębne punkty na diagramie konstelacji modulacji są znacznie bliżej siebie, co czyni sygnał o wiele bardziej wrażliwym na szum i zakłócenia. W rezultacie 64-QAM może być używane tylko przez użytkowników, którzy mają bardzo silny i czysty sygnał radiowy, zazwyczaj tych zlokalizowanych blisko Węzła B.

2. Technologia MIMO: Użycie Wielu Anten do Podwojenia Prędkości

Być może najważniejszą innowacją wprowadzoną w HSPA+ było przyjęcie technologii Wielu Wejść i Wielu Wyjść (MIMO). Podstawową ideą MIMO jest użycie więcej niż jednej anteny w stacji bazowej (nadajniku) i więcej niż jednej anteny w urządzeniu mobilnym (odbiorniku) do wysyłania wielu niezależnych strumieni danych przez ten sam kanał częstotliwości w tym samym czasie.

W kontekście HSPA+, najczęstszą implementacją było $2 \times 2$ MIMO w łączu zstępującym. Oznaczało to, że Węzeł B używał dwóch anten nadawczych, a UE potrzebowało dwóch anten odbiorczych. Dane przeznaczone dla użytkownika były dzielone na dwa oddzielne strumienie. Każdy strumień był nadawany z innej anteny. Sygnały podróżowały przez środowisko radiowe, odbijając się od budynków i innych obiektów, docierając do dwóch anten odbiorczych UE nieco innymi ścieżkami. Zaawansowane przetwarzanie sygnału w telefonie mogło następnie odróżnić te dwa strumienie, rozdzielić je i połączyć z powrotem.

Ta technika, znana jako multipleksacja przestrzenna, skutecznie tworzy dwa równoległe kanały danych w tym samym paśmie częstotliwości. Teoretycznym rezultatem jest podwojenie szczytowej prędkości transmisji danych. Połączenie, które mogło osiągnąć $21 \text{Mbit/s}$ z jedną anteną, teraz potencjalnie mogło osiągnąć $42 \text{Mbit/s}$ przy użyciu $2 \times 2$ MIMO.

3. Działanie Wielonośnikowe: Łączenie Kanałów w Jedno

Inną potężną techniką zwiększania prędkości było umożliwienie jednemu użytkownikowi agregowania lub łączenia pojemności wielu kanałów częstotliwościowych WCDMA jednocześnie. Każdy nośnik UMTS ma szerokość pasma $5 \text{MHz}$. HSPA+ z obsługą wielu nośników pozwoliło zdolnemu do tego UE na ustanowienie połączeń na więcej niż jednym z tych nośników jednocześnie.

Najczęstszą implementacją tej techniki był Dwunośnikowy HSDPA (DC-HSDPA). Jak sama nazwa wskazuje, urządzenie użytkownika mogło łączyć się z dwoma sąsiednimi nośnikami o szerokości $5 \text{MHz}$ z tej samej stacji bazowej. Sieć następnie szeregowała pakiety danych dla użytkownika na obu nośnikach, jakby były jednym dużym kanałem o szerokości $10 \text{MHz}$. Technika ta zapewniła prosty sposób na podwojenie teoretycznej szczytowej prędkości pobierania. Na przykład sieć, która oferowała szczytową prędkość $21 \text{Mbit/s}$ na jednym nośniku, mogła teraz oferować do $42 \text{Mbit/s}$ urządzeniu obsługującemu DC-HSDPA. Późniejsze wydania standardu rozszerzyły tę koncepcję na łączenie jeszcze większej liczby nośników (np. 4C-HSDPA do łączenia czterech nośników).

4. Płaska Architektura Sieci i Ciągła Łączność Pakietowa (CPC)

Oprócz głównych ulepszeń interfejsu radiowego, HSPA+ wprowadziło również udoskonalenia architektury sieciowej i sygnalizacji w celu poprawy wydajności i żywotności baterii.

• Architektura Całkowicie IP:HSPA+ zachęcało do przejścia na bardziej "płaską", opartą w całości na protokole IP infrastrukturę sieciową. Oznaczało to uproszczenie ścieżki danych, omijanie RNC w niektórych funkcjach przekazywania danych użytkownika (funkcja zwana czasem "Direct Tunnel") i kierowanie pakietów danych bardziej bezpośrednio z SGSN do Węzła B. Pomogło to zmniejszyć opóźnienia i obciążenie przetwarzania w sieci, zbliżając architekturę 3G o krok do płaskiej konstrukcji LTE.
• Ciągła Łączność Pakietowa (CPC):Natura "zawsze włączonych" danych pakietowych była wyzwaniem dla żywotności baterii wczesnych smartfonów. CPC wprowadziło zestaw ulepszeń mających na celu zmniejszenie zużycia energii przez radio UE w okresach bezczynności. Obejmowało to funkcje takie jak Nieciągły Odbiór (DRX) i Nieciągła Transmisja (DTX), które pozwalały nadajnikowi i odbiornikowi telefonu "spać" przez dłuższe, wcześniej uzgodnione cykle, jednocześnie będąc w stanie bardzo szybko się obudzić, aby obsłużyć nowe pakiety danych. To znacznie poprawiło żywotność baterii smartfonów w typowych scenariuszach użytkowania, obejmujących sporadyczny ruch danych.