High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)
Ulepszony kana艂 dedykowany (E-DCH) dla poprawionej przepustowo艣ci 艂膮cza wst臋puj膮cego i zmniejszonego op贸藕nienia.
Druga Strona Konwersacji: W膮skie Gard艂o Uplinku
Wprowadzenie Szybkiego Dost臋pu Pakietowego w Kierunku do Abonenta (HSDPA) by艂o prze艂omem dla sieci 3G UMTS. Dramatycznie zwi臋kszaj膮c pr臋dko艣ci pobierania i redukuj膮c op贸藕nienia, zapocz膮tkowa艂o er臋 prawdziwego mobilnego internetu szerokopasmowego. U偶ytkownicy mogli teraz komfortowo przegl膮da膰 bogate w media strony internetowe, streamowa膰 muzyk臋 i ogl膮da膰 filmy na swoich urz膮dzeniach mobilnych. Jednak HSDPA skupia艂o si臋 wy艂膮cznie na jednym kierunku ruchu: na 艂膮czu zst臋puj膮cym (downlink), od sieci do u偶ytkownika. Stworzy艂o to znaczn膮 nier贸wnowag臋.
Podczas gdy pobieranie sta艂o si臋 szybkie i responsywne, wysy艂anie informacji z telefonu z powrotem do sieci pozosta艂o na pierwotnych, wolniejszych pr臋dko艣ciach UMTS (zazwyczaj maksymalnie ). W pocz膮tkach internetu ta asymetria by艂a ca艂kowicie akceptowalna, poniewa偶 wi臋kszo艣膰 u偶ytkownik贸w by艂a pasywnymi konsumentami tre艣ci. Ale internet si臋 zmienia艂. Pojawi艂a si臋 nowa fala interaktywnych aplikacji nap臋dzanych przez u偶ytkownik贸w, tworz膮c krytyczn膮 potrzeb臋 szybszego 艂膮cza zwrotnego. Obejmowa艂o to:
- Tre艣ci Generowane przez U偶ytkownik贸w: Rozw贸j medi贸w spo艂eczno艣ciowych oraz platform do udost臋pniania zdj臋膰 i wideo oznacza艂, 偶e u偶ytkownicy ju偶 nie tylko pobierali; wysy艂ali zdj臋cia i filmy w wysokiej rozdzielczo艣ci ze swoich telefon贸w.
- Aplikacje Interaktywne: Aplikacje czasu rzeczywistego, takie jak wideokonferencje, interaktywne gry online i po艂膮czenia g艂osowe przez IP (VoIP), wymagaj膮 szybkiego i niskiego op贸藕nienia w obu kierunkach.
- Us艂ugi Chmurowe: Przej艣cie w kierunku chmury obliczeniowej oznacza艂o, 偶e u偶ytkownicy potrzebowali wysy艂a膰 du偶e pliki, synchronizowa膰 dokumenty i tworzy膰 kopie zapasowe swoich urz膮dze艅 na zdalnych serwerach.
Wolne 艂膮cze zwrotne stawa艂o si臋 nowym w膮skim gard艂em, ograniczaj膮c potencja艂 mobilnego internetu. Aby dope艂ni膰 ewolucj臋 3.5G i stworzy膰 prawdziwie symetryczne i responsywne do艣wiadczenie danych, 3GPP opracowa艂o odpowiednik dla HSDPA: Szybki Dost臋p Pakietowy w Kierunku od Abonenta, czyli HSUPA.
Czym Jest HSUPA? Dope艂nienie Obrazu Wysokiej Pr臋dko艣ci
Szybki Dost臋p Pakietowy w Kierunku od Abonenta (HSUPA) to ulepszenie standardu UMTS (3G), okre艣lone w wydaniu 6 (Release 6) specyfikacji 3GPP. Zosta艂o zaprojektowane, aby zrobi膰 dla 艂膮cza zwrotnego (uplink) to, co HSDPA zrobi艂o dla 艂膮cza zst臋puj膮cego: radykalnie poprawi膰 pr臋dko艣ci transmisji danych i zmniejszy膰 op贸藕nienia. Razem, HSDPA i HSUPA tworz膮 kompletn膮 rodzin臋 technologii znan膮 jako .
Wyzwanie dla HSUPA by艂o prawdopodobnie wi臋ksze ni偶 dla HSDPA. 艁膮cze zwrotne w sieci kom贸rkowej jest zasadniczo trudniejsze do zarz膮dzania, poniewa偶 obejmuje koordynacj臋 transmisji z wielu niezale偶nych, zasilanych bateryjnie urz膮dze艅 (telefon贸w kom贸rkowych) rozproszonych po ca艂ej kom贸rce. Sie膰 musi starannie zarz膮dza膰 tymi transmisjami, aby unikn膮膰 i kontrolowa膰 og贸lny poziom interferencji w kom贸rce. Aby osi膮gn膮膰 swoje cele, HSUPA wprowadzi艂o zestaw technologii, kt贸re odzwierciedla艂y innowacje HSDPA, ale zosta艂y dostosowane do unikalnych wyzwa艅 kierunku zwrotnego.
Rdzenne Technologie HSUPA
Wzrost wydajno艣ci HSUPA opiera si臋 na fundamencie technologii, kt贸re s膮 koncepcyjnie podobne do jego odpowiednika w 艂膮czu zst臋puj膮cym, HSDPA. Obejmuj膮 one szybkie szeregowanie, szybk膮 korekcj臋 b艂臋d贸w i kr贸tszy interwa艂 transmisyjny, wszystkie zoptymalizowane dla ruchu w kierunku od abonenta.
1. Szybkie Szeregowanie Pakiet贸w w Uplinku: System 呕膮danie-Zgoda
Podobnie jak w HSDPA, kluczow膮 innowacj膮 HSUPA by艂o przeniesienie schedulera zasob贸w z odleg艂ego RNC do znacznie bli偶szego W臋z艂a B. Jednak偶e, szeregowanie w 艂膮czu zwrotnym jest fundamentalnie inne od szeregowania w 艂膮czu zst臋puj膮cym. W 艂膮czu zst臋puj膮cym W臋ze艂 B ma pe艂ny obraz wszystkich danych oczekuj膮cych na wys艂anie do wszystkich u偶ytkownik贸w i mo偶e oportunistycznie wybra膰, do kogo nadawa膰. W 艂膮czu zwrotnym W臋ze艂 B nie wie, ile danych ka偶dy u偶ytkownik ma w swoim buforze, oczekuj膮c na wys艂anie.
HSUPA rozwi膮zuje to za pomoc膮 zaawansowanego mechanizmu 偶膮danie-zgoda:
- 呕膮danie (Informacja o Szeregowaniu): Gdy Urz膮dzenie U偶ytkownika (UE) ma dane do wys艂ania, nie mo偶e po prostu zacz膮膰 nadawa膰. Zamiast tego wysy艂a 偶膮danie do W臋z艂a B na nowym, dedykowanym kanale steruj膮cym. To 偶膮danie, znane jako , informuje scheduler w W臋藕le B o dw贸ch kluczowych rzeczach: ile danych jest w buforze UE i jak膮 moc膮 UE dysponuje do nadawania (jego zapas mocy).
- Decyzja (Scheduler W臋z艂a B): Scheduler w W臋藕le B odbiera 偶膮dania od wielu UE jednocze艣nie. Jego zadaniem jest zarz膮dzanie ca艂kowit膮 interferencj膮 w 艂膮czu zwrotnym, kt贸ra jest wsp贸艂dzielonym zasobem dla ca艂ej kom贸rki. Na podstawie otrzymanych 偶膮da艅, polityk sieciowych i og贸lnego poziomu interferencji, scheduler decyduje, kt贸re UE (lub kt贸re UE) otrzymaj膮 pozwolenie na nadawanie w nast臋pnej szczelinie czasowej i z jak膮 maksymaln膮 pr臋dko艣ci膮.
- Zgoda (Grant): Scheduler komunikuje swoj膮 decyzj臋 do UE, wysy艂aj膮c komunikat "zgody" (grant) na nowych kana艂ach steruj膮cych w kierunku do abonenta. Ta zgoda w zasadzie m贸wi UE: "Masz teraz pozwolenie na nadawanie danych z maksymaln膮 pr臋dko艣ci膮 X".
2. Hybrydowe ARQ (HARQ) z Mi臋kkim 艁膮czeniem
HSUPA stosuje ten sam pot臋偶ny mechanizm HARQ co HSDPA, ale w przeciwnym kierunku. Pozwala to na niezwykle szybk膮 i wydajn膮 korekcj臋 b艂臋d贸w transmisyjnych wyst臋puj膮cych w 艂膮czu zwrotnym.
- Transmisja w Uplinku: UE wysy艂a sw贸j pakiet danych do W臋z艂a B w przydzielonej mu szczelinie czasowej.
- Szybka Informacja Zwrotna z W臋z艂a B: Sprz臋t w W臋藕le B natychmiast pr贸buje zdekodowa膰 odebrany pakiet. Nast臋pnie b艂yskawicznie odsy艂a jednobitowy komunikat ACK (je艣li si臋 uda艂o) lub NACK (je艣li si臋 nie uda艂o) z powrotem do UE na dedykowanym kanale zwrotnym.
- Szybka Retransmisja z UE: Je艣li UE otrzyma NACK, natychmiast retransmituje ten sam pakiet, cz臋sto w ci膮gu zaledwie kilku milisekund. Podobnie jak w HSDPA, korzysta z mi臋kkiego 艂膮czenia. W臋ze艂 B przechowuje "mi臋kkie" informacje z nieudanej transmisji i 艂膮czy je z now膮 retransmisj膮, co znacznie zwi臋ksza szanse na pomy艣lne zdekodowanie przy drugiej pr贸bie. Ta szybka, zarz膮dzana sprz臋towo p臋tla korekcji b艂臋d贸w radykalnie zmniejsza op贸藕nienie w 艂膮czu zwrotnym.
3. Kr贸tszy Interwa艂 Czasu Transmisji (TTI)
Aby umo偶liwi膰 szybkie szeregowanie i szybk膮 p臋tl臋 zwrotn膮 HARQ, HSUPA zaadaptowa艂o ten sam kr贸tki, TTI, kt贸rego u偶ywa艂o HSDPA. Pozwala to na znacznie szybsze cykle 偶膮danie-zgoda i retransmisje ni偶 w pierwotnym systemie UMTS (kt贸ry u偶ywa艂 TTI 10 ms), co znacz膮co obni偶a op贸藕nienie dla transmisji w 艂膮czu zwrotnym. Ni偶sze op贸藕nienie jest kluczowe dla poprawy do艣wiadczenia u偶ytkownika w aplikacjach interaktywnych, takich jak rozmowy wideo i gry online.
Nowa Struktura Kana艂贸w HSUPA: Umo偶liwienie Szybkich Upload贸w
Aby zaimplementowa膰 mechanizm 偶膮danie-zgoda oraz p臋tl臋 zwrotn膮 HARQ, HSUPA wprowadzi艂o ca艂kowicie nowy zestaw kana艂贸w fizycznych. Ten nowy kana艂 transportowy dla danych w 艂膮czu zwrotnym jest zbiorczo znany jako . E-DCH sk艂ada si臋 z kilku powi膮zanych kana艂贸w fizycznych, niekt贸re w 艂膮czu zwrotnym, a niekt贸re w 艂膮czu zst臋puj膮cym.
- Rozszerzony Dedykowany Fizyczny Kana艂 Danych (E-DPDCH): Jest to g艂贸wny kana艂 przenosz膮cy dane. Gdy UE otrzyma zgod臋 na transmisj臋, wysy艂a swoje rzeczywiste pakiety danych (np. wysy艂ane zdj臋cie, strumie艅 wideo) na jednym lub kilku kana艂ach E-DPDCH. UE mo偶e mie膰 przydzielonych wiele kana艂贸w E-DPDCH jednocze艣nie, aby osi膮gn膮膰 wy偶sze szczytowe pr臋dko艣ci transmisji.
- Rozszerzony Dedykowany Fizyczny Kana艂 Steruj膮cy (E-DPCCH): Kana艂 ten dzia艂a r贸wnolegle z E-DPDCH i przenosi kluczowe informacje kontrolne, kt贸rych scheduler w W臋藕le B potrzebuje od UE. Obejmuje to Informacj臋 o Szeregowaniu (stan bufora, zapas mocy), kt贸ra stanowi "偶膮danie" w cyklu 偶膮danie-zgoda.
Co ciekawe, aby przyspieszy膰 艂膮cze zwrotne, potrzebnych by艂o kilka nowych kana艂贸w w 艂膮czu zst臋puj膮cym, aby zapewni膰 kontrol臋 i informacj臋 zwrotn膮 od W臋z艂a B z powrotem do UE.
- Kana艂 Absolutnej Zgody dla E-DCH (E-AGCH): Jest to wsp贸艂dzielony kana艂 w 艂膮czu zst臋puj膮cym, u偶ywany przez scheduler W臋z艂a B do wys艂ania "absolutnej zgody" do UE. Ten komunikat daje UE nowy, bezwzgl臋dny limit maksymalnej pr臋dko艣ci transmisji, kt贸rej mo偶e u偶ywa膰. Jest to zazwyczaj u偶ywane do udzielenia nowemu UE pozwolenia na rozpocz臋cie transmisji lub do wprowadzenia znacz膮cych zmian w pr臋dko艣ci transmisji istniej膮cego UE.
- Kana艂 Wzgl臋dnej Zgody dla E-DCH (E-RGCH): Ten dedykowany kana艂 w 艂膮czu zst臋puj膮cym zapewnia bardzo szybkie, przyrostowe korekty pr臋dko艣ci transmisji UE. W臋ze艂 B mo偶e wys艂a膰 pojedyncze polecenie "W G脫R臉", aby pozwoli膰 UE nieznacznie zwi臋kszy膰 pr臋dko艣膰, polecenie "W D脫艁", aby zmusi膰 go do jej zmniejszenia, lub polecenie "TRZYMAJ". Pozwala to na bardzo precyzyjn膮 i szybk膮 kontrol臋 nad og贸ln膮 interferencj膮 w kom贸rce.
- Kana艂 Wska藕nika HARQ dla E-DCH (E-HICH): Ten dedykowany kana艂 w 艂膮czu zst臋puj膮cym jest 艣cie偶k膮 dla informacji zwrotnej HARQ. Na tym kanale W臋ze艂 B przesy艂a pojedynczy bit ACK lub NACK z powrotem do UE dla ka偶dego otrzymanego pakietu, informuj膮c UE, czy transmisja zako艅czy艂a si臋 sukcesem, czy potrzebna jest retransmisja.