HSPA 23

Esta secção vai introduzir de forma sucinta a rede designada por 3,5G com a inclusão do High Speed Packet Access (HSPA). Esta atualização foi inserida no Release 5, com o HSDPA implementada no sentido DL, e posteriormente, no 3GPP R6 é implementado o High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) no sentido UL. Já no R7 aparece o HSPA+, onde se destaca a introdução de uma nova tecnologia Multiple Input Multiple Output (MIMO). O sistema MIMO consiste na utilização de múltiplas antenas quer no recetor como no emissor, tendo o objetivo de melhorar o desempenho do sistema através da diversidade e multiplexagem espacial. Este tipo de tecnologia não é abordado neste trabalho.

O HSPA utiliza as mesmas frequências que o UMTS (R99/R4), de modo a coexistir com as redes anteriores e facilitar a sua migração sem a necessidade de os operadores efetuarem alterações estruturais nos elementos de rede já implementados.

HSDPA

Com o desenvolvimento do HSDPA foram introduzidas novas funcionalidades na UTRAN, das quais se destaca o aumento significativo dos ritmos de transmissão de dados PS, até ao valor de 14,4 Mbit/s.

Algumas dessas funcionalidades são descritas em seguida:

 Introdução de um novo canal de transmissão de dados, High Speed – Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH) – canal partilhado no sentido DL dinamicamente pelos utilizadores HSDPA, com número de código SF=16 (máximo de 15 em paralelo por célula pois é preciso deixar um ramo da árvore OSVF para os canais CPICH, PICH, AICH, PCCPCH, SCCPCH e HS-SCCH);

 Redução do intervalo de tempo de uma transmissão (Transmission Time Interval – TTI), o ciclo de uma trama de downlink passa de 10ms para 2ms: o que permite uma maior rapidez na atribuição de recursos pelo NodeB (fenómeno denominado por Fast Scheduling);

 A atribuição de recursos faz-se em função das condições da interface rádio, ao contrário do que acontecia no UMTS que eram feitas com a variação de potência;

 Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ): é um método que permite retransmissões rápidas, pois os dados corrompidos são guardados no recetor para que os dados sem erro possam ser retransmitidos num único pacote;

 Divisões nas funções da camada MAC: algumas das funções desempenhadas pela camada MAC foram direcionadas para o NodeB, tais como o agendamento da transmissão de pacotes (de 2ms em 2ms);

 Nova modulação 16-Quadrature Amplitude Modulation (16 QAM) que permite um aumento dos ritmos binários face à modulação Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).

O HSDPA as alterações atrás indicadas proporcionaram algumas vantagens aos sistemas, dando destaque a:

 Melhores ritmos de transmissão;

 Redução de latência na transmissão de dados das aplicações dos utilizadores;

 Melhoria da interatividade nas aplicações;

 Aumento da capacidade, tornando-as mais rentáveis por possibilitar o transporte de maiores quantidades de dados.

HSUPA

Semelhante ao HSDPA, o HSUPA também introduz novas funcionalidades, embora no sentido UL.

Estas também possibilitam maiores ritmos de transmissão, até um máximo de 5,8 Mbit/s e permitem o aumento da área de cobertura em Uplink. Em semelhança ao HSDPA, reduz-se o intervalo de tempo de transmissão TTI de 10 ms para 2 ms, modulação 16 QAM, maior rapidez na atribuição de recursos por NodeB e melhor gestão da transmissão de dados errados. Contudo, são também introduzidas funcionalidades com características diferentes do HSDPA:

 Novo canal de transmissão de dados E-DPDCH (Enhanced Dedicated Physical Data Channel):

canal dedicado no sentido UL, com SF variável (fenómeno denominado por Multi-code operation) e controlo de potência definido para cada utilizador.

O controlo de potência é uma função utilizada no sistema WCDMA, pois todos os utilizadores partilham a banda de frequências e assim, existe uma maior possibilidade de ocorrência de situações de interferências entre sinais de vários utilizadores.

O objetivo desta função é manter potência de transmissão de cada UE, de modo a que o nível de receção no NodeB seja semelhante e o mínimo necessário, independente da sua localização. Procura-se que a qualidade de sinal na interface rádio seja semelhante para todos os utilizadores;

 Controlo de transmissão por NodeB – antes de transmitir o TM necessita de pedir uma autorização ao NodeB. Este avalia as condições da interface rádio, de modo a controlar congestionamentos ou desperdícios de recursos.

2.2 Self Optimizing Networks

As redes SON foram introduzidas pelo 3GPP como parte do sistema LTE (Long Term Evolution), são vistas como ferramentas chave para o aperfeiçoamento das operações na rede móvel. Apesar deste conceito ter aparecido acompanhado pelo LTE (conhecido como 4ª Geração), este é genérico e independente da tecnologia, assim está apto a ser implementado sobre as várias gerações móveis e qualquer uma pode beneficiar das suas características para melhorar o desempenho da rede e em simultâneo ajudar as operadoras a reduzir alguns custos, nomeadamente investimentos em recursos humanos [10].

No âmbito das redes móveis muitos têm sido os estudos que introduzem as SON como método essencial para evolução [11]. Em [12], apresenta-se diversos casos de estudo, onde se ilustra a necessidade da auto-organização de uma rede móvel.

Com o exponencial crescimento das redes de acesso rádio e com a necessidade de proporcionar mais tráfego e com melhor qualidade de serviço, o planeamento, gestão e manutenção de rede tornam-se procedimentos cada vez mais complexos. Um operador de redes móveis despende uma relevante parte do capital do projeto para encargos de engenharia e instalação de rede, CAPEX [13], e em custos operacionais que estão relacionados com os custos de operações e manutenções (O&M), OPEX. Desta forma, existe uma evidente necessidade, por parte das diversas operadoras, em desenvolverem mecanismos capazes de automatizar x funcionalidades (self-x funções), ver figura 2.10, de forma a atingir a alta qualidade na oferta de serviços, mas proporcionando a redução de custos operacionais e capitais.

Figura 2.10 – Diferentes Self-x [14].

As SON definem-se como uma rede de comunicação que executa de forma autónoma um conjunto de funções, diminuindo a intervenção humana. Geralmente, este conjunto de funções são executadas ciclicamente, onde de início se procede á recolha de dados, de seguida, ao processamento dos mesmos e finaliza-se o processo com um método/algoritmo de otimização (figura 2.11) [14].

Figura 2.11 – Ciclo self-x [14].

As técnicas SON pretendem adquirir autonomia suficiente para avaliar os parâmetros de rede, alterando a sua configuração sempre que detetarem alguma falha. Visa-se que gradualmente estas técnicas fiquem mais poderosas até que seja possível desempenhar papeis a tempo real. Spilling em [15]

introduz a ideia que as SON devem ser vistas como funções dinâmicas, que quando é detetada uma mudança na rede, devem atuar fazendo escolhas inteligentes de forma a minimizar ou maximizar o efeito dessa mudança. Contudo, é sempre necessária uma supervisão das suas funcionalidades para caso exista alguma falha ou mau funcionamento este possa ser revertido.