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Vorteile von HSDPA

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Welche Vorteile bietet HSDPA?

Insgesamt bietet die HSDPA-Erweiterung den Endnutzern viele nützliche Vorteile, die eine Nutzung von UMTS viel interessanter machen:

Schnelleres Einbuchen im Funknetzwerk

Die Grundstruktur eines UMTS-Netzes besteht aus einem zentralen Funknetz-Controller (RNC = Radio Network Controller), an dem im Schnitt 200 Basis-Stationen angeschlossen sind. Diese Basisstationen werden auch als BTS (= Basis Tranceiver Station) oder Node B bezeichnet. Der RNC und die angeschlossenen Node B's bilden zusammen ein RNS (= Radio Network Subsystem). Der zentrale RNC übernimmt im bisherigen UMTS-Netz die Abwicklung des Einbuchungsprozesses.

Durch die Einführung einer neuen Protokollschicht mit der Bezeichnung MAC-hs (= Medium Access Control - High Speed) im Rahmen von HSDPA wird es den Endgeräten ermöglicht, sich schneller in das Funknetz einzubuchen. Der grundlegende Effekt dieser Schicht ist, dass der Einbuchungsprozess vom RNC in die Node B's verlagert wird, wodurch gleichzeitig die bisherige Netzstruktur dezentralisiert wird. Die Dauer des Einbuchungsprozesses wird mit MAC-hs auf 2ms reduziert.

Höhere Geschwindigkeit

Die oben erwähnten 14,6 MBit/s stellen einen Laborwert da, der nur mit weiter entwickelten Empfängern im Endgerät erreicht wird. Nachdem dieser Empfänger (= "Advanced Receiver") für ein normales Akku-betriebenes Handy technisch noch nicht ausgereift ist, stellt der Wert für die Geschwindigkeit für den Endkunden zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Dokumentation blanke Theorie da.

Für die ersten HSDPA-fähigen Endgeräte ist eine maximale Geschwindigkeit von 3.6MBit/s geplant. Ältere Geräte sollen ca. die Hälfte ermöglichen. Diese Werte sollen aber nur bei idealen Funkbedingungen erreicht werden. Die Durchschnittsgeschwindigkeit wird auf ca. 900 KBit/s geschätzt, was sich im niedrigen DSL-Bereich bewegt.

Übersicht der HSDPA-Geschwindigkeiten

Die folgende Tabelle zeigt die Übertragungsgeschwindigkeit im MBit/s bei HSDPA in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Kanäle sowie des Modulationsverfahrens und der Kodierrate.

Modulation	Kodierrate	5 Kanäle	10 Kanäle	15 Kanäle
QPSK	1/4	0,6 MBit/s	1,2 MBit/s	1,8 MBit/s
	1/2	1,2 MBit/s	2,4 MBit/s	3,6 MBit/s
	3/4	1,8 MBit/s	3,6 MBit/s	5,4 MBit/s
16QAM	1/2	2,4 MBit/s	4,8 MBit/s	7,2 MBit/s
	3/4	3,6 MBit/s	7,2 MBit/s	10,7 MBit/s
	4/4	4,8 MBit/s	9,6 MBit/s	14,4 MBit/s

Geringere Latenzzeiten

HSDPA bringt weit weniger Latenzzeiten (= Wartezeiten) für den Endkunden mit als bei normalen UMTS-Verbindungen. In Mobilfunknetzen ist es normal, dass es bei der Datenübertragung zu Schwankungen in der Kanalqualität kommen kann, wodurch die Übertragungsrate beeinflusst wird. Zur Kontrolle des Datenstromes wird das aus dem Festnetzbereich stammende Protokoll TCP verwendet. Das Protokoll passt die Datenübertragung automatisch an die aktuell mögliche Geschwindigkeit an. Ein Nachteil von TCP ist, dass es sich bei einer Verbesserung der Kanalqualität nur langsam an die größere Bandbreite anpasst. Im Mobilfunkbereich spielen Einbrüche in der Kanalqualität eine große Rolle, wodurch u. U. der Empfänger ein Datenpaket fehlerhaft erhält und das Funknetzteil dieses noch einmal übertragen werden muß. Bei einer erneuten Übertragung entstehen Verzögerungen für die eigentlichen Daten, die bei UMTS im Schnitt zwischen 200 und 300 ms betragen.

HSDPA bringt neue Mechanismen mit, wie besser auf Schwankungen in der Kanalqualität reagiert werden kann, so dass diese auf 100ms gesenkt werden kann. Damit wird gleichzeitig allgemein die Qualität in Funknetzen erhöht.

Die folgende Tabelle vergleicht die Latenzzeiten bei den Funkstandards UMTS und GPRS:

Funkstandard	Latenzzeit in ms
UMTS mit HSDPA	100 bis 200ms
UMTS	200 bis 300ms
EGPRS	400 bis 500ms
GPRS	600ms und mehr

Bessere Ausnutzung der UMTS-Frequenzen

Im herkömmlichen UMTS-Netz werden die Funkzellen bei paketbasierten Datendiensten nicht optimal ausgenutzt. Das liegt daran, dass diese Dienste über dedizierte Kanäle (DCH = Dedicated Channel) durchgeführt werden, die standardmäßig leitungsorientiert arbeiten. Dadurch wird ein beträchtlicher Teil der Zellenkapazität nicht genutzt. HSDPA bringt ein komplett neues "Kanalmanagement" mit sich, womit eine optimale Ausnutzung der Funkzellen gewährleistet wird.

Neu definierte Funk-Kanäle

Zur Übertragung der Daten mit HSDPA wurden extra eigene Funkkanäle definiert. Ein neuer Kanal hat den Namen HD-DSCH (Transportkanal - High Speed Download Shared Channel) und ein anderer heißt HS-PDSCH (physikalischer Kanal - High Speed Physical Downlink Shared Channel). Der konkrete Vorteil des HD-DSCH-Kanales zeigt sich daran, dass in einer herkömmlichen UMTS-Zelle nur ca. 3-4 Teilnehmer (1 Teilnehmer = 1 Kanal) gleichzeitig das Netz mit brauchbaren Übertragungsraten nutzen können, während sich mit dem neuen Kanal das Maximum auf 15 pro Funkzelle erhöht. Gleichzeitig können die Daten für einen Nutzer auch über mehrere Kanäle verteilt werden (Shared Channel). Immer nach 2ms wird über die Zuteilung der Daten zu einem Kanal automatisch neu entschieden. Weiterhin erfolgt die Zuteilung der Kanäle in Abhängigkeit der Kanalqualität. Je besser die Kanalqualität ist, desto mehr Daten bekommt das Endgerät. Wenn die Qualität schnlechter ist, wird die Anzahl der Kanäle automatisch verringert. Gleichzeitig werden die Daten mit einer geringeren Übertragungsrate übertragen. Zur Steuerung des HS-PDSCH gib es den ebenfalls neuen Kanal HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel).

Neue Modulations- und Kodierungsverfahren

Um die geplanten hohen Datenraten zu erreichen, wird bei HSDPA zwei Modulationsverfahren verwendet. Dabei entscheidet die Kanalqualität, welches Verfahren angewendet wird. Wenn die Kanalqualität aktuell gut ist, kommen die neuen Verfahren 16QAM-Verfahren (16QAM = 16 Level Quadratur Amplituden Modulation) und QPSK (= Quadrature Phase Shift Keying) zum Einsatz und in anderen Fällen das Standard-UMTS-Verfahren 4PSK. 16QAM ermöglicht gegenüber 4PSK eine doppelte Datenrate. Allerdings erhöht sich mit den neuen Modulationsverfahren auch die Störanfälligkeit der Übertragung, so dass die Basisstation mit den neuen Verfahren nur dann arbeitet, wenn sich die Endgeräte in der Nähe befinden und eine gute Signalqualität möglich ist.

Im bezug auf die Modulation spielt auch das Kürzel AMC eine Rolle. Hinter AMC verbirgt sich der Ausdruck "Adaptive Modulation and Coding". Dadurch wird die Verbindung zwischen Endgerät und Funkstation automatisch angepasst. Dabei spielen die Faktoren Kanalkodierung, das Verfahren der Modulation sowie die Datenrate in Abhängigkeit des HSPA-Ausbaus, den Fähigkeiten des Endgerätes und der Signalqualität eine Rolle.

Vorwärtsfehlerkorrektur FEC

Durch die Einführung der Fehlerkorrektur FEC (= Forward Error Correction) wird vermieden, dass Pakete, die beim Empfänger fehlerhaft angekommen sind, noch einmal beim Sender angefordert und erneut übertragen werden müssen. FEC fügt den eigentlichen Nutzdaten redundante Daten hinzu, so dass der Empfänger im Fehlerfall die Daten selbst rekonstruieren kann. Anhand der Kodierrate wird das Verhältnis zwischen Nutzdaten und redundanten Daten festgelegt. So gibt es zum Beispiel bei schlechten Funkbedingungen eine Kodierrate von 1/4, was bedeutet, dass 25% der Daten Nutzdaten und die restlichen 75% redundante Daten sind.

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