HSDPA: l’accesso mobile mette il turbo

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L’accesso alla rete mobile ha recentemente messo il turbo grazie a una tecnologia di tipo 3G/UMTS nota con il nome di HSDPA (acronimo di High Speed Downlink Packet Access), inizialmente sviluppata in Giappone ed ora disponibile in numerosi paesi in tutto il mondo. Questa tecnologia è in grado di incrementare la velocità di download dei cellulari di terza generazione (3G), dei portatili, e dei palmari di un fattore compreso tra 5 ed 8: e-mail con allegati di grosse dimensioni possono essere recuperate istantaneamente, video di alta qualità possono essere scaricati con una velocità prima non disponibile, e, perchè no, è possibile giocare on-line ovunque vogliamo, persino sulla panchina del nostro parco preferito.

Che cos’è l’HSDPA?

Si tratta di uno standard 3G specificato dal 3GPP (3rd Generation Partnership Project), un’ente con il compito di definire nuovi standard per il settore mobile. Lo scopo dell’HSDPA è quello di incrementare la velocità di download disponibile all’utente finale, innalzandone il valore dai precedenti 384 Kbps (con un limite massimo teorico pari a 2 Mbps), ad un nuovo valore massimo teorico pari a 14.4 Mbps. Sicuramente si tratta di un miglioramento notevole!
La velocità in download viene notevolmente aumentata con l’HSDPA, viceversa la velocità in uplink non viene migliorata; la ragione di questo fatto è molto semplice: il traffico internet scorre principalmente in una direzione, dal provider verso l’utente finale, per cui non esiste una necessità reale di incrementare la velocità nella direzione opposta (tuttavia, alcuni provider hanno anche portato a 2 Mbps dagli originali 384 Kbps il valore del data rate in uplink).

L’HSDPA offre due tipologie di sistemi, ciascuno con il proprio tipo di modulazione: il primo consente di raggiungere un valore massimo di velocità in download pari a 3.6 Mbps e tale valore deve essere sempre garantito all’utente finale, mentre il secondo offre una velocità in download superiore, con un valore massimo pari a 14.4 Mbps.
Inoltre, l’HSDPA permette di ottenere un migliore utilizzo della banda di trasmissione disponibile ed incrementa anche la qualità del servizio (QoS, quality of service, un indice molto importante nei sistemi di trasmissione dati), soddisfacendo in questo modo i restrittivi standard qualitativi previsti dallo standard 3G.
La tecnologia HSDPA è già stata introdotta su alcuni modelli di telefoni cellulari (un esempio è mostrato nella figura seguente):

tecnologia HSDPA introdotta su alcuni telefoni cellulari

Un enorme contributo al successo di questa tecnologia 3G è tuttavia da attribuirsi all’enorme diffusione a livello commerciale delle cosiddette “internet key”. Queste sono dei dispositivi USB destinati soprattutto all’utilizzo sui portatili (ma si possono adoperare anche sui computer desktop), dall’aspetto molto simile a quello di una normale pen drive (o “chiavetta”), e con tutto l’hardware necessario per instaurare una connessione HSDPA con il service provider (un esempio è visibile nella figura seguente).

chiavetta per connessione HSDPA

Le velocità in downlink supportate dagli attuali sistemi con tecnologia HSDPA sono 1.8, 3.6, 7.2 e 14.4 Mbps, mentre la tecnologia HSPA+ sarà in grado di offrire un ulteriore miglioramento, portando la velocità in downlink fino a 42 Mbps.

Occorre notare come le velocità indicate precedentemente corrispondano ai meri valori teorici: le velocità reali possono assumere dei valori inferiori, in funzione anche del traffico e del numero di utenti finali connessi al servizio.

L’HSDPA offre oggi un’elevata velocità in downlink, superando il limite teorico di 2 Mbps dell’UMTS, una prestazione che fino a poco tempo fa era possible soltanto con una connessione ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). L’HSDPA è la naturale evoluzione di una tecnologia in continua crescita iniziata con il GSM (uno standard mobile di seconda generazione, o 2G), e successivamente proseguita con il GPRS (2.5G), EDGE (2.75G), e UMTS (3G). Tuttavia, non sarà nemmeno l’ultimo passo di questa evoluzione: HSUPA, un’evoluzione di HSDPA, e LTE sono già pronti per proseguire la corsa.

Dentro l’HSDPA

Un’elevata velocità in downlink viene raggiunta dall’HSDPA adottando tre tecniche principali, elencate di seguito:

  • HARQ (hybrid automatic repeat request): questa tecnica implementa un meccanismo di ridondanza incrementale trasmettendo più volte i dati destinati all’utente utilizzando delle differenti codifiche. Se dal lato dell’utente finale (il nodo ricevente) viene rilevato un pacchetto corrotto, questo non viene buttato via, ma messo da parte in memoria e successivamente combinato con i pacchetti ri-trasmessi fino a raggiungere un elevato livello di efficienza e di correzione degli errori. Occorre notare come sia possibile ricostruire un pacchetto senza errori anche partendo da (cioè combinando) due pacchetti corrotti: in altre parole, HARQ è un algoritmo molto performante ed efficiente.
  • Schedulazione veloce dei pacchetti sulla stazione base: anche questa è una caratteristica molto interessante dell’HSDPA. Anzitutto, il canale di downlink viene condiviso tra utenti finali diversi, ed un algoritmo di schedulazione viene eseguito sulla stazione base con lo scopo di trasmettere i dati agli utenti in base alla banda disponibile e alla qualità del segnale riportata da ciascun utilizzatore. Infatti, ciascun nodo utilizzatore trasmette cinquecento volte al secondo lo stato relativo alla qualità del segnale ricevuto su quel canale. Combinando le informazioni ricevute da tutti i nodi utilizzatori, la stazione base può decidere quale utente dovrà ricevere i dati e la quantità di dati che dovrà essere trasmessa verso quel nodo; questa decisione viene eseguita periodicamente ogni due millisecondi. Solitamente, gli utilizzatori che riportano i migliori livelli di qualità del segnale hanno una priorità maggiore a livello di scheduler; in altre parole, si preferisce assegnare un’elevata velocità in downlink agli utilizzatori con il migliore livello di segnale, piuttosto che assegnare una velocità più bassa a tutti gli utilizzatori.
  • AMC (Adaptive Modulation e Coding). La stazione base, dopo aver processato l’informazione relativa alla qualità del segnale di ogni nodo utente, può anche decidere quale tipo di modulazione e di codifica vada adottato. Modulazione adattativa significa che la modulazione, e di conseguenza anche l’ampiezza massima di banda che si può ottenere con essa, sono selezionate sulla base della qualità del segnale (quindi il livello di potenza al nodo ricevente): se le condizioni climatiche sono favorevoli, uno schema di modulazione 16 QAM potrà essere selezionato, fornendo così un’ampia capacità radio. A livello teorico, combinando opportunamente lo schema di modulazione con la codifica è possibile raggiungere una velocità in downlink pari a 14.4 Mbps.

Post dal 23 marzo 2009

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