Aufgaben:Aufgabe 4.8: HSDPA und HSUPA: Unterschied zwischen den Versionen
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− | Um eine bessere Dienstgüte zu erreichen, wurde der UMTS–Standard Release $99$ weiter entwickelt. Die wichtigsten Weiterentwicklungen waren: | + | Um eine bessere Dienstgüte zu erreichen, wurde der UMTS–Standard Release $99$ weiter entwickelt. Die wichtigsten Weiterentwicklungen waren: |
− | *UMTS Release $5$ mit ''HSDPA'' (2002), | + | *UMTS Release $5$ mit '''HSDPA''' (2002), |
− | *UMTS Release $6$ mit ''HSUPA'' (2004). | + | *UMTS Release $6$ mit '''HSUPA''' (2004). |
− | Zusammengefasst werden diese Entwicklungen als ''High–Speed Packet Access'' (HSPA). | + | Zusammengefasst werden diese Entwicklungen als '''High–Speed Packet Access''' (HSPA). |
Das Schaubild zeigt einige Eigenschaften von HSDPA und HSUPA, die besonders zur Steigerung der Leistungsfähigkeit beitragen: | Das Schaubild zeigt einige Eigenschaften von HSDPA und HSUPA, die besonders zur Steigerung der Leistungsfähigkeit beitragen: | ||
− | *Beide nutzen ''Hybrid Automatic Repeat Request'' (HARQ) und ''Node B Scheduling''. | + | *Beide nutzen ''Hybrid Automatic Repeat Request'' (HARQ) und ''Node B Scheduling''. |
− | *Mit HSDPA wurde der Hochgeschwindigkeits–Transportkanal '''HS–PDSCH''' (''High–Speed Physical Downlink Shared Channel'') neu eingeführt, der von mehreren Nutzern gemeinsam belegt wird und die simultane Übertragung gleicher Daten an viele Teilnehmer ermöglicht. | + | *Mit HSDPA wurde der Hochgeschwindigkeits–Transportkanal '''HS–PDSCH''' (''High–Speed Physical Downlink Shared Channel'') neu eingeführt, der von mehreren Nutzern gemeinsam belegt wird und die simultane Übertragung gleicher Daten an viele Teilnehmer ermöglicht. |
− | *Beim HSUPA–Standard gibt es den zusätzlichen Transportkanal ''Enhanced Dedicated Channel'' ('''E–DCH'''). Dieser minimiert unter anderem den negativen Einfluss von Anwendungen mit sehr intensivem bzw. stark unterschiedlichem Datenaufkommen. | + | *Beim HSUPA–Standard gibt es den zusätzlichen Transportkanal ''Enhanced Dedicated Channel'' ('''E–DCH'''). Dieser minimiert unter anderem den negativen Einfluss von Anwendungen mit sehr intensivem bzw. stark unterschiedlichem Datenaufkommen. |
− | *Bei HSPA wird eine adaptive Modulation und Codierung verwendet; die Übertragungsrate wird entsprechend angepasst. Bei guten Bedingungen wird eine $\rm 16–QAM$ ( | + | *Bei HSPA wird eine adaptive Modulation und Codierung verwendet; die Übertragungsrate wird entsprechend angepasst. |
− | *Die maximal erreichbare Bitrate hängt von der Leistungsfähigkeit des Empfängers ab, aber auch vom ''Transportformat und den Ressourcenkombinationen'' (TFRC). | + | *Bei guten Bedingungen wird eine $\rm 16–QAM$ $(4$ bit pro Symbol$)$ bzw. $64$–QAM $(6$ bit pro Symbol$)$ verwendet, bei schlechteren Bedingungen nur $\rm 4–QAM\ (QPSK)$. |
+ | *Die maximal erreichbare Bitrate hängt von der Leistungsfähigkeit des Empfängers ab, aber auch vom ''Transportformat und den Ressourcenkombinationen'' $ \text{(TFRC)}$. | ||
Von den zehn spezifizierten TFRC–Klassen seien hier willkürlich nur einige aufgeführt: | Von den zehn spezifizierten TFRC–Klassen seien hier willkürlich nur einige aufgeführt: | ||
− | *TFRC2: $\rm 4–QAM\ (QPSK)$ mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$ ⇒ Bitrate $240 \ \rm kbit/s$, | + | *$\text{TFRC2:}$ $\rm 4–QAM\ (QPSK)$ mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$ ⇒ Bitrate $240 \ \rm kbit/s$, |
− | *TFRC4: $\rm 16–QAM$, mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$ ⇒ Bitrate $480 \ \rm kbit/s$, | + | *$\text{TFRC4:}$ $\rm 16–QAM$, mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$ ⇒ Bitrate $480 \ \rm kbit/s$, |
− | *TFRC8: $\rm 64–QAM$, Coderate $R_{\rm C} =3/4$ ⇒ Bitrate $1080 \ \rm kbit/s$. | + | *$\text{TFRC8:}$ $\rm 64–QAM$, mit Coderate $R_{\rm C} =3/4$ ⇒ Bitrate $1080 \ \rm kbit/s$. |
− | Auf andere TFRC–Klassen wird in den Teilaufgaben (4) und (5) eingegangen. | + | Auf andere TFRC–Klassen wird in den Teilaufgaben '''(4)''' und '''(5)''' eingegangen. |
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− | *Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS|Weiterentwicklungen von UMTS]]. | + | *Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS|Weiterentwicklungen von UMTS]]. |
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{Welcher Standard erlaubt die höchsten Datenraten? | {Welcher Standard erlaubt die höchsten Datenraten? | ||
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+ HSDPA, | + HSDPA, | ||
- HSUPA. | - HSUPA. | ||
− | {Was versteht man unter $\rm HARQ$ und was wird damit erreicht? | + | {Was versteht man unter $\rm HARQ$ und was wird damit erreicht? |
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+ Die Übertragung eines Rahmens startet erst nach Auswertung der gesendeten Kontrolldaten durch den Empfänger. | + Die Übertragung eines Rahmens startet erst nach Auswertung der gesendeten Kontrolldaten durch den Empfänger. | ||
− | + Bei fehlerfreier Übertragung wird eine positive Quittung versendet, ansonsten ein NACK (''Non Acknowledgement''). | + | + Bei fehlerfreier Übertragung wird eine positive Quittung versendet, ansonsten ein NACK (''Non Acknowledgement''). |
− | - Die erreichbare Datenrate wird durch HARQ herabgesetzt, wenn man vom AWGN–Kanal und gleichem $E_{\rm B}/N_{0}$ ausgeht. | + | - Die erreichbare Datenrate wird durch HARQ herabgesetzt, wenn man vom AWGN–Kanal und gleichem $E_{\rm B}/N_{0}$ ausgeht. |
− | {Was versteht man unter $\rm Node \ B \ Scheduling$ ? Was erreicht man damit? | + | {Was versteht man unter $\rm Node \ B \ Scheduling$ ? Was erreicht man damit? |
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+ Zuweisung von Prioritäten an die einzelnen Datenrahmen. | + Zuweisung von Prioritäten an die einzelnen Datenrahmen. | ||
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+ Durch Scheduling wird die Zellenkapazität signifikant größer. | + Durch Scheduling wird die Zellenkapazität signifikant größer. | ||
− | {Wie groß ist die Bitrate von $\rm TFRC3$ (QPSK, Coderate $R_{\rm C} =3/4$ | + | {Wie groß ist die Bitrate von $\rm TFRC3$ $($QPSK, Coderate $R_{\rm C} =3/4)$ ? |
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$R_{\rm B} \ = \ $ { 360 3% } $\ \rm kbit/s$ | $R_{\rm B} \ = \ $ { 360 3% } $\ \rm kbit/s$ | ||
− | {Wie groß ist die Bitrate von $\rm TFRC10$ (64–QAM, Coderate $R_{\rm C} =1$ | + | {Wie groß ist die Bitrate von $\rm TFRC10$ $($64–QAM, Coderate $R_{\rm C} =1)$ ? |
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$R_{\rm B} \ = \ $ { 1440 3% } $\ \rm kbit/s$ | $R_{\rm B} \ = \ $ { 1440 3% } $\ \rm kbit/s$ | ||
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'''(1)''' Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>.: | '''(1)''' Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>.: | ||
− | *Die Datenübertragungsrate beträgt beim herkömmlichen UMTS zwischen $144 \ \rm kbit/s$ und $2 \ \rm Mbit/s$. | + | *Die Datenübertragungsrate beträgt beim herkömmlichen UMTS zwischen $144 \ \rm kbit/s$ und $2 \ \rm Mbit/s$. |
− | *Für den HSDPA (die Abkürzung steht für ''High–Speed Downlink Packet Access'') werden Datenraten zwischen $500 \ \rm kbit/s$ und $3.6 \ \rm Mbit/s$ angegeben, und als Grenzwert sogar $14.4 \ \rm Mbit/s$. | + | *Für den HSDPA (die Abkürzung steht für ''High–Speed Downlink Packet Access'') werden Datenraten zwischen $500 \ \rm kbit/s$ und $3.6 \ \rm Mbit/s$ angegeben, und als Grenzwert sogar $14.4 \ \rm Mbit/s$. |
− | *HSUPA (''High–Speed Uplink Packet Access'') bezieht sich dagegen auf den Aufwärtskanal, der stets eine kleinere Datenrate als der Downlink aufweist. In der Praxis werden Datenraten bis $800 \ \rm kbit/s$ erreicht, der theoretische Grenzwert liegt bei $5.8 \ \rm Mbit/s$. | + | *HSUPA (''High–Speed Uplink Packet Access'') bezieht sich dagegen auf den Aufwärtskanal, der stets eine kleinere Datenrate als der Downlink aufweist. In der Praxis werden Datenraten bis $800 \ \rm kbit/s$ erreicht, der theoretische Grenzwert liegt bei $5.8 \ \rm Mbit/s$. |
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'''(2)''' Die <u>beiden ersten Aussagen</u> sind richtig: | '''(2)''' Die <u>beiden ersten Aussagen</u> sind richtig: | ||
− | *Eine detaillierte Beschreibung des HARQ–Verfahrens finden Sie im [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#HARQ.E2.80.93Verfahren_und_Node_B_Scheduling|Theorieteil]]. | + | *Eine detaillierte Beschreibung des HARQ–Verfahrens finden Sie im [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#HARQ.E2.80.93Verfahren_und_Node_B_Scheduling|Theorieteil]]. |
− | *Nicht richtig ist dagegen die Aussage 3. Das [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#HARQ.E2.80.93Verfahren_und_Node_B_Scheduling|Diagramm]] im Theorieteil zeigt vielmehr, dass für $10 \cdot {\rm lg} E_{\rm B}/N_{0} = 0 \ \rm dB$ (AWGN–Kanal) die Datenrate von $600 \ \rm kbit/s$ auf nahezu $800 \ \rm kbit/s$ vergrößert werden kann. | + | *Nicht richtig ist dagegen die Aussage 3. Das [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#HARQ.E2.80.93Verfahren_und_Node_B_Scheduling|Diagramm]] im Theorieteil zeigt vielmehr, dass für $10 \cdot {\rm lg} E_{\rm B}/N_{0} = 0 \ \rm dB$ (AWGN–Kanal) die Datenrate von $600 \ \rm kbit/s$ auf nahezu $800 \ \rm kbit/s$ vergrößert werden kann. |
− | *Unterhalb von $-2 \ \rm dB$ ist ausschließlich mit HARQ eine brauchbare Übertragung möglich. Bei guten Kanälen $(E_{\rm B}/N_{0} > 2 \ \rm dB)$ ist HARQ dagegen nicht erforderlich. | + | *Unterhalb von $-2 \ \rm dB$ ist ausschließlich mit HARQ eine brauchbare Übertragung möglich. Bei guten Kanälen $(E_{\rm B}/N_{0} > 2 \ \rm dB)$ ist HARQ dagegen nicht erforderlich. |
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− | '''(4)''' Die Bitrate $R_{\rm B}\hspace{0.15cm} \underline{= 360 \ \rm kbit/s}$ ist wegen der größeren Coderate um den Faktor (3/4)/(1/2) = | + | |
+ | '''(4)''' Die Bitrate $R_{\rm B}\hspace{0.15cm} \underline{= 360 \ \rm kbit/s}$ ist wegen der größeren Coderate um den Faktor $(3/4)/(1/2) = 1.5$ größer als die Bitrate von TFRC2. | ||
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− | '''(5)''' Mit der Coderate $R_{\rm C} =1$ würde sich bei QPSK $(2 \ \rm bit \ pro \ Symbol)$ die Bitrate $480 \ \rm kbit/s$ ergeben. | + | '''(5)''' |
+ | *Mit der Coderate $R_{\rm C} =1$ würde sich bei QPSK $(2 \ \rm bit \ pro \ Symbol)$ die Bitrate $480 \ \rm kbit/s$ ergeben. | ||
− | Bei $64$–QAM ($6 \ \rm bit$ pro Symbol) ist der Wert dreimal so groß: $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 1440 \ \rm kbit/s}$. | + | *Bei $64$–QAM ($6 \ \rm bit$ pro Symbol) ist der Wert dreimal so groß: $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 1440 \ \rm kbit/s}$. |
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Aktuelle Version vom 20. August 2019, 15:13 Uhr
Um eine bessere Dienstgüte zu erreichen, wurde der UMTS–Standard Release $99$ weiter entwickelt. Die wichtigsten Weiterentwicklungen waren:
- UMTS Release $5$ mit HSDPA (2002),
- UMTS Release $6$ mit HSUPA (2004).
Zusammengefasst werden diese Entwicklungen als High–Speed Packet Access (HSPA).
Das Schaubild zeigt einige Eigenschaften von HSDPA und HSUPA, die besonders zur Steigerung der Leistungsfähigkeit beitragen:
- Beide nutzen Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) und Node B Scheduling.
- Mit HSDPA wurde der Hochgeschwindigkeits–Transportkanal HS–PDSCH (High–Speed Physical Downlink Shared Channel) neu eingeführt, der von mehreren Nutzern gemeinsam belegt wird und die simultane Übertragung gleicher Daten an viele Teilnehmer ermöglicht.
- Beim HSUPA–Standard gibt es den zusätzlichen Transportkanal Enhanced Dedicated Channel (E–DCH). Dieser minimiert unter anderem den negativen Einfluss von Anwendungen mit sehr intensivem bzw. stark unterschiedlichem Datenaufkommen.
- Bei HSPA wird eine adaptive Modulation und Codierung verwendet; die Übertragungsrate wird entsprechend angepasst.
- Bei guten Bedingungen wird eine $\rm 16–QAM$ $(4$ bit pro Symbol$)$ bzw. $64$–QAM $(6$ bit pro Symbol$)$ verwendet, bei schlechteren Bedingungen nur $\rm 4–QAM\ (QPSK)$.
- Die maximal erreichbare Bitrate hängt von der Leistungsfähigkeit des Empfängers ab, aber auch vom Transportformat und den Ressourcenkombinationen $ \text{(TFRC)}$.
Von den zehn spezifizierten TFRC–Klassen seien hier willkürlich nur einige aufgeführt:
- $\text{TFRC2:}$ $\rm 4–QAM\ (QPSK)$ mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$ ⇒ Bitrate $240 \ \rm kbit/s$,
- $\text{TFRC4:}$ $\rm 16–QAM$, mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$ ⇒ Bitrate $480 \ \rm kbit/s$,
- $\text{TFRC8:}$ $\rm 64–QAM$, mit Coderate $R_{\rm C} =3/4$ ⇒ Bitrate $1080 \ \rm kbit/s$.
Auf andere TFRC–Klassen wird in den Teilaufgaben (4) und (5) eingegangen.
Hinweis:
- Die Aufgabe gehört zum Kapitel Weiterentwicklungen von UMTS.
Fragebogen
Musterlösung
(1) Richtig ist der Lösungsvorschlag 2.:
- Die Datenübertragungsrate beträgt beim herkömmlichen UMTS zwischen $144 \ \rm kbit/s$ und $2 \ \rm Mbit/s$.
- Für den HSDPA (die Abkürzung steht für High–Speed Downlink Packet Access) werden Datenraten zwischen $500 \ \rm kbit/s$ und $3.6 \ \rm Mbit/s$ angegeben, und als Grenzwert sogar $14.4 \ \rm Mbit/s$.
- HSUPA (High–Speed Uplink Packet Access) bezieht sich dagegen auf den Aufwärtskanal, der stets eine kleinere Datenrate als der Downlink aufweist. In der Praxis werden Datenraten bis $800 \ \rm kbit/s$ erreicht, der theoretische Grenzwert liegt bei $5.8 \ \rm Mbit/s$.
(2) Die beiden ersten Aussagen sind richtig:
- Eine detaillierte Beschreibung des HARQ–Verfahrens finden Sie im Theorieteil.
- Nicht richtig ist dagegen die Aussage 3. Das Diagramm im Theorieteil zeigt vielmehr, dass für $10 \cdot {\rm lg} E_{\rm B}/N_{0} = 0 \ \rm dB$ (AWGN–Kanal) die Datenrate von $600 \ \rm kbit/s$ auf nahezu $800 \ \rm kbit/s$ vergrößert werden kann.
- Unterhalb von $-2 \ \rm dB$ ist ausschließlich mit HARQ eine brauchbare Übertragung möglich. Bei guten Kanälen $(E_{\rm B}/N_{0} > 2 \ \rm dB)$ ist HARQ dagegen nicht erforderlich.
(3) Alle Aussagen sind richtig. Weitere Hinweise zum Node B Scheduling finden Sie im Theorieteil.
(4) Die Bitrate $R_{\rm B}\hspace{0.15cm} \underline{= 360 \ \rm kbit/s}$ ist wegen der größeren Coderate um den Faktor $(3/4)/(1/2) = 1.5$ größer als die Bitrate von TFRC2.
(5)
- Mit der Coderate $R_{\rm C} =1$ würde sich bei QPSK $(2 \ \rm bit \ pro \ Symbol)$ die Bitrate $480 \ \rm kbit/s$ ergeben.
- Bei $64$–QAM ($6 \ \rm bit$ pro Symbol) ist der Wert dreimal so groß: $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 1440 \ \rm kbit/s}$.