고속 패킷 접속

안드로이드 마시멜로(6.0.1) 스마트폰에서 볼 수 있는 HSPA+ 표시기.

고속 패킷 접속(영어: high Speed Packet Access, HSPA)는 2개의 모바일 프로토콜 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)와 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)를 합친 것으로, UMTS 프로토콜을 사용하는 기존 3G 모바일 전기통신망의 성능을 확장하고 개선한다. 더 개선된 3GPP 표준인 진화형 HSPA(HSPA+)는 2008년 출시되었으며 2010년을 기점으로 전 세계적으로 채택되었다. 더 새로운 표준은 비트레이트가 다운링크에서 337 Mbit/s로, 업링크에서 34 Mbit/s로 도달할 수 있다. 그러나 이 속도는 현실에서는 달성되는 경우가 드문 편이다.

개요

최초 HSPA 사양은 다운링크 최대 14 Mbit/s, 업링크 최대 5.76 Mbit/s를 지원하였다. 오리지널 WCDMA 프로토콜 대비 레이턴시를 감소시켰고 다운링크에서 최대 5배, 업링크에서 최대 2배 향상된 것이다.

고속 하향 패킷 접속 (HSDPA)

셀룰러 네트워크 표준 및 세대 연대표

고속 다운링크 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access, HSDPA)은 HSPA(고속 패킷 접속) 제품군의 향상된 3G 이동 통신 통신 프로토콜이다. HSDPA는 3.5G 또는 3G+라고도 불린다. 이는 UMTS 기반 네트워크가 더 높은 데이터 속도와 용량을 가질 수 있도록 한다. 또한 HSDPA는 레이턴시를 감소시켜 애플리케이션의 왕복 시간을 줄여준다.

HSDPA는 3GPP 릴리스 5에서 도입되었다. 이는 384 kbit/s의 새로운 베어러를 제공하는 상향 링크의 개선과 함께 이루어졌다(이전의 최대 베어러는 128 kbit/s였다). 3GPP 릴리스 7에서 도입된 진화형 HSPA(HSPA+)는 64QAM 변조, MIMO, 듀얼 캐리어 HSDPA 운영을 추가하여 데이터 전송 속도를 더욱 높였다. 3GPP 릴리스 11에서는 최대 337.5 Mbit/s의 더 높은 속도가 가능해졌다.

HSDPA의 첫 번째 단계는 3GPP 릴리스 5에서 명시되었다. 이 단계는 새로운 기본 기능을 도입했으며, 크게 감소된 레이턴시와 함께 14.0 Mbit/s의 최대 데이터 전송 속도를 달성하는 것을 목표로 했다. 속도와 레이턴시의 개선은 비트당 비용을 절감하고 고성능 패킷 데이터 애플리케이션에 대한 지원을 강화했다. HSDPA는 공유 채널 전송을 기반으로 하며, 핵심 기능으로는 공유 채널 및 멀티 코드 전송, 직교 진폭 변조, 짧은 전송 시간 간격(TTI), 빠른 링크 적응 및 스케줄링, 빠른 하이브리드 자동 재송 요구(HARQ) 등이 있다. 추가적인 새로운 기능으로는 고속 하향 공유 채널(HS-DSCH), 직교 위상 편이 변조, 16-직교 진폭 변조, 그리고 기지국의 고속 매체 접속 프로토콜(MAC-hs)이 포함된다.

HSDPA로의 업그레이드는 대개 WCDMA 네트워크에 대한 소프트웨어 업데이트만으로 충분하다. HSDPA에서 음성 통화는 일반적으로 데이터 전송보다 우선순위가 높다.

User Equipment 범주

다음 표는 3GPP TS 25.306 릴리스 11의 표 5.1a에서 가져온 것으로, 다양한 기기 등급의 최대 데이터 전송 속도와 이를 달성하는 기능 조합을 보여준다. 셀당, 스트림당 데이터 속도는 "HS-DSCH TTI 내에서 수신된 HS-DSCH 전송 블록의 최대 비트 수"와 "최소 TTI 간격"에 의해 제한된다. TTI는 2 밀리초이다. 따라서 예를 들어, Cat 10은 27,952 비트 / 2 ms = 13.976 Mbit/s를 디코딩할 수 있다(흔히 잘못 주장되는 14.4 Mbit/s가 아님). 범주 1-4 및 11은 2 또는 3의 TTI 간격을 가지며, 이는 최대 데이터 속도를 해당 배수만큼 감소시킨다. 듀얼 셀 및 MIMO 2x2는 각각 서로 다른 반송파 또는 공간 스트림을 통해 여러 개의 독립적인 전송 블록이 전송되기 때문에 최대 데이터 속도를 2배로 곱한다. 표에 제시된 데이터 속도는 소수점 첫째 자리까지 반올림되었다.

추가적인 UE 범주는 3GPP 릴리스 7부터 진화형 HSPA(HSPA+)로 정의되었으며 진화형 HSDPA UE 범주에 나열되어 있다.

내용주

  1. ↑ 16-QAM은 QPSK 지원을 의미하며, 64-QAM은 16-QAM 및 QPSK 지원을 의미함.
  2. ↑ 최대 부호율은 제한되지 않음. 이 열에서 1에 가까운 값은 이상적인 조건에서만 최대 데이터 속도를 달성할 수 있음을 나타냄. 따라서 해당 기기는 이러한 데이터 속도를 입증하기 위해 송신기에 직접 연결됨.
  3. ↑ 표에 주어진 최대 데이터 속도는 물리 계층 데이터 속도임. 애플리케이션 계층 데이터 속도는 IP 헤더(오버헤드 정보) 등의 포함으로 인해 그 약 85% 수준임.

도입

HSDPA 요금제에서의 GPRS 속도

2009년 8월 28일 기준, 109개국에서 250개의 HSDPA 네트워크가 상용 모바일 브로드밴드 서비스를 출시했다. 169개의 HSDPA 네트워크가 3.6 Mbit/s의 최대 하향 데이터 처리량을 지원했으며, 점점 더 많은 수가 21 Mbit/s의 최대 하향 데이터를 제공했다.

CDMA2000-EV-DO 네트워크는 초기 성능 면에서 우위를 점했다. 특히, 일본의 통신 사업자들은 이 네트워크 표준의 매우 성공적인 벤치마크 사례였다. 그러나 전 세계적으로 점점 더 많은 사업자가 채택하기 시작하면서 이후 HSDPA가 유리한 방향으로 바뀌었다.

2007년, 전 세계적으로 점점 더 많은 통신사가 모바일 브로드밴드 연결을 제공하기 위해 HSDPA USB 모뎀을 판매하기 시작했다. 또한, HSDPA 유선 대체 박스의 인기도 높아졌는데, 이는 이더넷 및 와이파이를 통해 데이터를 위한 HSDPA를 제공할 뿐만 아니라 기존 유선 전화를 연결할 수 있는 포트도 제공했다. 일부 제품은 이상적인 조건에서 "최대 7.2 Mbit/s"의 연결 속도로 광고되었다. 그러나 실내 외곽 지역 등에서는 서비스 속도가 더 느려질 수 있었다.

고속 상향 패킷 접속(HSUPA)

고속 상향 패킷 접속(HSUPA)은 HSPA 제품군의 3G 이동 통신 통신 프로토콜이다. 3GPP 릴리스 6에서 상향 링크 데이터 속도를 5.76 Mbit/s로 향상하고 용량을 확장하며 레이턴시를 줄이기 위해 명시되고 표준화되었다. 추가적인 개선 사항들과 함께, 이는 VoIP, 사진 업로드, 대용량 이메일 전송과 같은 새로운 기능을 가능하게 한다.

HSUPA는 UMTS 진화 과정의 두 번째 주요 단계였다. 그 이후 LTE(하향 150 Mbit/s, 상향 50 Mbit/s) 및 LTE 어드밴스트(하향 최대 1 Gbit/s 이상)와 같이 더 높은 전송 속도를 가진 새로운 기술들로 대체되었다.

기술

HSUPA는 WCDMA에 E-DCH(Enhanced Dedicated Channel)라고 불리는 새로운 전송 채널을 추가한다. 또한 멀티 코드 전송, 더 빠른 링크 적응을 가능하게 하는 더 짧은 전송 시간 간격, 빠른 스케줄링, 점진적 중복성을 통한 빠른 하이브리드 자동 재송 요구(HARQ) 등 HSDPA와 유사한 여러 개선 사항을 특징으로 하여 재전송을 더 효과적으로 만든다. HSDPA와 유사하게 HSUPA는 "패킷 스케줄러"를 사용하지만, 이는 User Equipment(UE)가 데이터 전송 허가를 요청하고 스케줄러가 언제, 얼마나 많은 UE가 전송할 수 있는지를 결정하는 "요청-허가(request-grant)" 원칙에 따라 작동한다. 전송 요청에는 UE의 전송 버퍼 상태, 큐 상태, 사용 가능한 전력 마진에 대한 데이터가 포함된다. 그러나 HSDPA와 달리 상향 링크 전송은 서로 직교하지 않는다.

이러한 "예약된(scheduled)" 전송 모드 외에도, 표준은 "비예약(non-scheduled)"이라고 표시된 UE로부터의 자가 시작 전송 모드를 허용한다. 비예약 모드는 예를 들어 감소된 TTI와 Node B 기반 스케줄러가 필요한 짧은 지연 시간과 일정한 대역폭을 제공할 수 없는 VoIP 서비스 등에 사용될 수 있다.

각 MAC-d 흐름(즉, QoS 흐름)은 예약 또는 비예약 모드를 사용하도록 구성된다. UE는 예약 및 비예약 흐름의 데이터 속도를 독립적으로 조정한다. 각 비예약 흐름의 최대 데이터 속도는 통화 설정 시 구성되며, 일반적으로 자주 변경되지 않는다. 예약된 흐름에서 사용하는 전력은 절대 허가(실제 값으로 구성됨) 및 상대 허가(단일 상향/하향 비트로 구성됨) 메시지를 통해 Node B에 의해 동적으로 제어된다.

물리 계층에서 HSUPA는 다음의 새로운 채널을 도입한다:

User Equipment 범주

다음 표는 다양한 HSUPA 범주의 상향 링크 속도를 보여준다:

추가적인 UE 범주는 3GPP 릴리스 7부터 진화형 HSPA(HSPA+)로 정의되었으며 진화형 HSUPA UE 범주에 나열되어 있다.

진화형 HSPA (HSPA+)

진화형 HSPA(HSPA 에볼루션, HSPA+라고도 함)는 WCDMA 사양의 3GPP 릴리스 7에서 정의된 무선 브로드밴드 표준이다. 이는 기존 HSPA 정의에 대한 확장을 제공하며, 따라서 원래의 릴리스 99 WCDMA 네트워크 릴리스까지 하위 호환성을 가진다. 진화형 HSPA는 다중 입력 다중 출력(2x2 MIMO) 기술과 더 높은 차수의 변조(64 QAM)를 사용하여 하향 링크에서 42.2~56 Mbit/s, 상향 링크에서 22 Mbit/s(5 MHz 반송파당)의 데이터 속도를 제공한다. 듀얼 셀 기술을 사용하면 이 속도를 두 배로 높일 수 있다.

2011년부터 HSPA+는 약 200개의 약정을 통해 WCDMA 사업자들 사이에서 널리 배포되었다.

같이 보기

위키미디어 공용에 고속 패킷 접속 주제와 관련된 미디어 분류가 있습니다.

각주

  1. ↑ Nomor Research: White Paper "Technology of High Speed Packet Access" 보관됨 2009-01-23 - 웨이백 머신, nomor.de
  2. ↑ “Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); UE Radio Access capabilities” (PDF). ETSI. January 2014. 2017년 3월 29일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2014년 3월 4일에 확인함.
  3. ↑ “HSPA”. 《About Us》.
  4. ↑ 3GPP TS 25.306 v11.0.0 http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25306.htm
  5. ↑ “Vodafone UK - Maintenance”. 《vodafone.co.uk》.
  6. ↑ “DC-HSPA+ brings 42 Mbps to 39 networks”. 《3GPP》. 2017년 7월 8일에 확인함.

참고 문헌

외부 링크