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:
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Um eine bessere Dienstgüte zu erreichen, wurde der UMTS–Standard Release  $99$  weiter entwickelt. Die wichtigsten Weiterentwicklungen waren:
*UMTS Release $5$ mit ''HSDPA'' (2002),
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*UMTS Release  $5$  mit  '''HSDPA''' (2002),
*UMTS Release $6$ mit ''HSUPA'' (2004).
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*UMTS Release  $6$  mit  '''HSUPA''' (2004).
  
  
Zusammengefasst werden diese Entwicklungen als ''High–Speed Packet Access'' (HSPA).
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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''.
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*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.
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*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.
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*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 $\rm 4–QAM\  (QPSK)$.
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*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).
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*Bei guten Bedingungen wird eine  $\rm 16–QAM$  $(4$ bit pro Symbol$)$  bzw.  $64$–QAM  $(6$ bit pro Symbol$)$  verwendet, bei schlechteren Bedingungen nur  $\rm 4–QAM\  (QPSK)$.
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*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 $240 \ \rm kbit/s$,
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*$\text{TFRC2:}$   $\rm 4–QAM\  (QPSK)$  mit Coderate  $R_{\rm C} =1/2$   ⇒   Bitrate $240 \ \rm kbit/s$,
*TFRC4:   $\rm 16–QAM$, mit Coderate $R_{\rm C} =1/2$   ⇒   Bitrate $480 \ \rm kbit/s$,
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*$\text{TFRC4:}$   $\rm 16–QAM$, mit Coderate  $R_{\rm C} =1/2$   ⇒   Bitrate $480 \ \rm kbit/s$,
*TFRC8:   $\rm 64–QAM$, Coderate $R_{\rm C} =3/4$   ⇒   Bitrate $1080 \ \rm kbit/s$.
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*$\text{TFRC8:}$   $\rm 64–QAM$, mit Coderate  $R_{\rm C} =3/4$   ⇒   Bitrate $1080 \ \rm kbit/s$.
  
  
Auf andere TFRC–Klassen wird in den Teilaufgaben (4) und (5) eingegangen.
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*Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS|Weiterentwicklungen von UMTS]].
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*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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{Was versteht man unter $\rm HARQ$ und was wird damit erreicht?
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{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'').
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+ 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.
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- 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?
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{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 $R_{\rm C} =3/4$)?
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{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 $R_{\rm C} =1$)?
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{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)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>.:
 
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>.:
*Die Datenübertragungsrate beträgt beim herkömmlichen UMTS zwischen $144 \ \rm kbit/s$ und $2 \ \rm Mbit/s$.  
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*Die Datenübertragungsrate beträgt beim herkömmlichen UMTS zwischen&nbsp; $144 \ \rm kbit/s$&nbsp; und&nbsp; $2 \ \rm Mbit/s$.  
*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 $14.4 \ \rm Mbit/s$.
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*Für den HSDPA (die Abkürzung steht für ''High–Speed Downlink Packet Access'') werden Datenraten zwischen&nbsp; $500 \ \rm kbit/s$&nbsp; und&nbsp; $3.6 \ \rm Mbit/s$&nbsp; angegeben, und als Grenzwert sogar&nbsp; $14.4 \ \rm Mbit/s$.
*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 $5.8 \ \rm Mbit/s$.  
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*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&nbsp; $800 \ \rm kbit/s$&nbsp; erreicht, der theoretische Grenzwert liegt bei&nbsp; $5.8 \ \rm Mbit/s$.  
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'''(2)'''&nbsp; Die <u>beiden ersten Aussagen</u> sind richtig:  
 
'''(2)'''&nbsp; 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]].  
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*Eine detaillierte Beschreibung des HARQ–Verfahrens finden Sie im&nbsp; [[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.  
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*Nicht richtig ist dagegen die Aussage 3. Das&nbsp; [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#HARQ.E2.80.93Verfahren_und_Node_B_Scheduling|Diagramm]]&nbsp; im Theorieteil zeigt vielmehr, dass für&nbsp; $10 \cdot {\rm lg} E_{\rm B}/N_{0} = 0 \ \rm dB$&nbsp; (AWGN–Kanal) die Datenrate von&nbsp; $600 \ \rm kbit/s$&nbsp; auf nahezu&nbsp; $800 \ \rm kbit/s$&nbsp; 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&nbsp; $-2 \ \rm dB$&nbsp; ist ausschließlich mit HARQ eine brauchbare Übertragung möglich. Bei guten Kanälen&nbsp; $(E_{\rm B}/N_{0}  > 2&nbsp; \ \rm dB)$ ist HARQ dagegen nicht erforderlich.
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'''(4)'''&nbsp; 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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'''(4)'''&nbsp; Die Bitrate&nbsp; $R_{\rm B}\hspace{0.15cm} \underline{= 360 \ \rm kbit/s}$&nbsp; ist wegen der größeren Coderate um den Faktor&nbsp; $(3/4)/(1/2) = 1.5$&nbsp; größer als die Bitrate von TFRC2.
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'''(5)'''&nbsp; Mit der  Coderate $R_{\rm C} =1$ würde sich bei QPSK $(2 \ \rm bit \ pro \ Symbol)$ die Bitrate $480 \ \rm kbit/s$ ergeben.  
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'''(5)'''&nbsp;  
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*Mit der  Coderate&nbsp; $R_{\rm C} =1$&nbsp; würde sich bei QPSK&nbsp; $(2 \ \rm bit \ pro \ Symbol)$&nbsp; die Bitrate&nbsp; $480 \ \rm kbit/s$&nbsp; ergeben.  
  
Bei $64$–QAM ($6 \ \rm bit$ pro Symbol) ist der Wert dreimal so groß: $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 1440 \ \rm kbit/s}$.
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*Bei&nbsp; $64$–QAM ($6 \ \rm bit$ pro Symbol)&nbsp; ist der Wert dreimal so groß: &nbsp; $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 1440 \ \rm kbit/s}$.
  
 
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Aktuelle Version vom 20. August 2019, 15:13 Uhr

Übersicht zu HSDPA und HSUPA

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:


Fragebogen

1

Welcher Standard erlaubt die höchsten Datenraten?

UMTS (Release  $99$),
HSDPA,
HSUPA.

2

Was versteht man unter  $\rm HARQ$  und was wird damit erreicht?

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).
Die erreichbare Datenrate wird durch HARQ herabgesetzt, wenn man vom AWGN–Kanal und gleichem  $E_{\rm B}/N_{0}$ ausgeht.

3

Was versteht man unter  $\rm Node \ B \ Scheduling$ ? Was erreicht man damit?

Zuweisung von Prioritäten an die einzelnen Datenrahmen.
Der Nutzer mit höchster Priorität bekommt den besten Kanal.
Durch Scheduling wird die Zellenkapazität signifikant größer.

4

Wie groß ist die Bitrate von  $\rm TFRC3$  $($QPSK, Coderate  $R_{\rm C} =3/4)$ ?

$R_{\rm B} \ = \ $

$\ \rm kbit/s$

5

Wie groß ist die Bitrate von  $\rm TFRC10$  $($64–QAM, Coderate  $R_{\rm C} =1)$ ?

$R_{\rm B} \ = \ $

$\ \rm kbit/s$


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:   $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 1440 \ \rm kbit/s}$.