Rev A  Commercial in confidence 1 

WCDMA Evolved: 

High­Speed Downlink Packet Access 

­ Mechanisms and Capabilities 

WCDMA Evolved: WCDMA Evolved: 

High High­ ­Speed Downlink Packet Access Speed Downlink Packet Access 

­ ­ Mechanisms and Capabilities Mechanisms and Capabilities 

Alexander Wang 

Technical Solutions Manager 

Alexander Wang 

Technical Solutions Manager

Rev A  Commercial in confidence 2 

HSDPA ­ Improving the WCDMA downlink 

STANDARDIZED  Integral part of WCDMA  (3GPP Rel.5) 

LATENCY  Quicker response time with interactive services 

CAPACITY  2 – 3 times improved system capacity 

SPEED  Higher bit rates: up to 14 Mbps 

TIME TO MARKET  Short time to market with existing sites

Rev A  Commercial in confidence 3 

End user benefit: File Download Performance 

Delay for average user (in seconds) 4.3 1.41 

JPEG image, 30 kB (VGA) 

26.7 5.1 

1.9 

Slideshow, 200 kB (PowerPoint) 

132 22.4 

4.1 

MP3, 1000 kB (1 min audio) 

3G (64 kbps) 3G (384 kbps) 

HSDPA 

3G (64 kbps) 3G (384 kbps) 

HSDPA 

3G (64 kbps) 3G (384 kbps) 

HSDPA

Rev A  Commercial in confidence 4 

Latency (radio­access network) 

Latency (round­trip)

≈150 ms  R99 based  equipment 

Tighther implementation requirements 

WCDMA Evolved R5 (HSDPA) 

<100 ms 

30­50 ms 

WCDMA Evolved Beyond R5

Rev A  Commercial in confidence 5 

Basic Principles 

• Shared Channel Transmission 

• Higher­order Modulation 

• Short Transmission Time Interval (2 ms) 

• Fast Hybrid ARQ with Soft Combining 

• Fast Radio Channel Dependent Scheduling 

• Fast Link Adaptation

Rev A  Commercial in confidence 6 

Shared Channel Transmission 

•  New transport channel type, using multicode transmission 

•  Radio resources dynamically shared among multiple users in time & code domain 

•  Efficient code utilization 

Channelization codes allocated for HS­DSCH transmission 

8 codes (example) SF=16 

SF=8 

SF=4 

SF=2 

SF=1 

User #1  User #2  User #3  User #4 

TTI 

Shared channelization 

codes 

Speed Latency Capacity

Rev A  Commercial in confidence 7 

Higher Order Modulation 

•  16QAM may be used as a complement to QPSK •  16QAM allows for twice the peak data rate compared to QPSK •  16QAM more sensitive to interference 

=> Higher data rate in good radio channel conditions (high C/I, Little or no dispersion, Low speed) e.g. Close to cell site & Micro/Indoor cells 

16QAM 

2 bits/symbol  4 bits/symbol 

QPSK 

Speed Latency Capacity

Rev A  Commercial in confidence 8 

Short 2 ms Transmission Time Interval (TTI) 

•  Reduced round trip delay on the air interface •  Enables HSDPA features to operate at 500 times per second! 

–  Fast Link Adaptation –  Fast Radio Channel­dependent Scheduling –  Fast hybrid ARQ with soft combining 

10 ms 20 ms 40 ms 80 ms 

Earlier releases 

2 ms Rel 5 (HS­DSCH)  2 ms 

Speed Latency Capacity

Rev A  Commercial in confidence 9 

Fast Hybrid ARQ with Soft Combining 

•  Fast re­transmissions of erroneous packets processed in the RBS => Reduced round trip delay on the air interface 

•  Soft combining of multiple transmission attempts in the UE => Improved performance 

P1,1 

P1,1 

NACK 

P1,2 

P1,2 

ACK 

P2,1 

P2,1 

P3,1 

ACK 

P1,1 + 

Transmitter 

Receiver 

Speed Latency Capacity

Rev A  Commercial in confidence 10 

Fast Link Adaptation (I) 

•  Adjust transmission parameters to match instantaneous radio channel conditions –  Path loss and shadowing –  Interference variations –  Fast multi­path fading 

•  HS­DSCH is rate controlled –  Encoding rate, number of channelization codes & modulation type adapted based on available power 

–  Adaptation on 2 ms TTI basis ⇒ 500 times/sec! 

High data rate 

Low data rate 

Speed Latency Capacity

Rev A  Commercial in confidence 11 

Fast Link Adaptation (II) HS­DSCH Power Utilization 

Dedicated channels (power controlled) 

Common channels 

Power usage with dedicated channels channels 

t 

Unused  power 

Power 

HS­DSCH with dynamic power allocation t 

Dedicated channels (power controlled) 

Common channels 

HS­DSCH(rate controlled) 

Total cell p

ower 

Power 

Total cell p

ower 

– No need for extra spectrum/carrier – Voice and data on same carrier 

3GPP Release 99  3GPP Release 5 

Effecient power & spectrum utilisation

Rev A  Commercial in confidence 12 

Fast Radio channel dependent Scheduling (I) 

•  Scheduling = which UE to transmit to at a given time instant •  Basic idea: 

–  Transmit to users based on radio channel quality, targeting fading peaks –  May lead to large variations in data rate between users –  Tradeoff: fairness vs. cell throughput 

high data rate 

low data rate Time 

#2 #1  #2  #2 #1  #1  #1 

User 2 

User 1 

Scheduled user 

Speed Latency Capacity

Rev A  Commercial in confidence 13 

Fast Channel­dependent Scheduling (II) 

Examples of scheduling algorithms –  Round Robin (RR) 

•  Cyclically assign the channel to users without taking channel conditions into account 

•  Simple but poor performance –  Max C/I 

•  Assign the channel to the user with the best channel quality •  High system throughput but not fair 

–  Proportional Fair (PF) •  Assign the channel to the user with the best relative channel quality •  High throughput, fair

Rev A  Commercial in confidence 14 

Terminal Capability HS­DSCH category 

Maximum number of HS­DSCH codes 

received 

L1 peak rates (Mbps) 

QPSK/16QAM 

Category 1  5  1.2  Both Category 2  5  1.2  Both Category 3  5  1.8  Both Category 4  5  1.8  Both Category 5  5  3.6  Both Category 6  5  3.6  Both Category 7  10  7.3  Both Category 8  10  7.3  Both Category 9  15  10.2  Both Category 10  15  14.0  Both Category 11  5  0.9  QPSK Category 12  5  1.8  QPSK

Rev A  Commercial in confidence 15 

Summary 

• Shared Channel Transmission Dynamically shared in time & code domain 

• Higher­order Modulation 16QAM in complement to QPSK for higher peak bit rates 

2 ms • Short Transmission Time Interval (2 ms) 

Reduced round trip delay 

• Fast Hybrid ARQ with Soft Combining Reduced round trip delay 

• Fast Radio Channel Dependent Scheduling Scheduling of users on 2 ms time basis 

• Fast Link Adaptation Data rate adapted to radio conditions on 2 ms time basis

Rev A  Commercial in confidence 16 

Thank you for your attention!