Kiến trúc và giao thức HSPA

1.Kiến trúc quản lý tài nguyên vô tuyến

Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) với HSDPA và HSUPA đã có nhiều sự thay đổi so với phiên bản R99. Trong phiên bản R99,  điều khiển lập lịch biểu hoàn toàn dựa trên bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller) khi trong trạm gốc (BTS hoặc trong thuật ngữ 3GPP là Node B) phần lớn đã có một chức năng liên quan đến điều khiển công suất. SNRC (Serving RNC) là bộ phận được kết nối tới mạng lõi sẽ điều khiển lập lịch biểu cho kênh riêng (DCH: Dedicated Channel) và bộ phận đang được kết nối tới trạm BTS sẽ điều khiển kênh chung (FACH: Forward Access Channel).
Vì chức năng lập lịch biểu được chuyển tới BTS nên có một sự thay đổi trong toàn bộ kiến trúc RRM. SNRC vẫn sẽ điều khiển vùng chuyển giao và sẽ là nơi quyết định thông số chất lượng dịch vụ (QoS: Quality of Service) phù hợp. Đối với HSDPA các trạng thái được đơn giản hóa vì không có chuyển giao mềm cho dữ liệu HSDPA,  không cần chạy dữ liệu người dùng trên nhiều giao tiếp Iur và Iub.

3.Tác động của HSDPA và HSUPA đến các giao tiếp mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network)

Trong khi những tác động của HSDPA và HSUPA dưới dạng tốc độ dữ liệu trong giao tiếp không gian được quan tâm và thường là trọng tâm của các buổi thảo luận thì tác động của HSDPA và HSUPA lên sự hoạt động của những giao diện khác cũng cần được chú ý. 
Trong phiên bản R99, tốc độ dữ liệu ở đầu cuối trên những giao tiếp khác nhau hầu hết là 384kbps bao gồm cả giao tiếp Iu-ps tới mạng lõi gói node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node), tốc độ này bằng với tốc độ sử dụng trong vô tuyến. Tuy nhiên đối với HSDPA thì khác, trong giao tiếp không gian tốc độ dữ liệu có thể lên tới 14.4Mbps trong khoảng thời gian truyền (TTI: Transmission Time Interval) ngắn (2ms). Tuy nhiên điều này không có nghĩa là tốc độ đó đang được sử dụng trên giao tiếp Iub và Iu-ps cho người dùng. Từ góc nhìn của người dùng, tài nguyên vô tuyến là thời gian và mã được chia sẻ với những người dùng khác trong một cell nên tốc độ dữ liệu trung bình cho một người dùng trong một cell rõ ràng là thấp hơn. Hơn nữa tốc độ đỉnh 10Mbps yêu cầu những điều kiện sóng vô tuyến cực kỳ thuận lợi và không thể xảy ra trường hợp tất cả người dùng trong một cell đều có nhu cầu sử dụng tốc độ dữ liệu cao. Vì thế lưu lượng trung bình trên giao tiếp Iub cũng thấp hơn tốc độ đỉnh cho sóng vô tuyến.
Bộ đệm trong BTS cho phép có một tốc độ đỉnh cho sóng vô tuyến cao hơn trong một TTI nhỏ so với tốc độ trung bình trên Iub/Iu-ps. Vì có bộ đệm truyền trong BTS nên điều khiển luồng cần được tích hợp để tránh tràn bộ đệm. Trong phương pháp này người dùng dưới điều kiện sóng tốt hơn có thể có tốc độ dữ liệu cao hơn so với người dùng có điều kiện sóng vô tuyến xấu hơn. Người dùng có điều kiện sóng vô tuyến tốt hơn sẽ có nhiều sự phân phối Iub vì dữ liệu được truyền nhanh hơn nhìn dưới góc độ sóng vô tuyến. Mặt khác, khi bộ đệm bắt đầu đầy do điều kiện sóng vô tuyến không tốt (kết quả là tốc độ dữ liệu thấp) điều khiển luồng sẽ làm chậm luồng dữ liệu lại cho phù hợp với những người dùng này.
Đối với BTS và đầu cuối, nhân tố thay đổi trong HSDPA có liên quan đến sự bổ sung của chức năng lập lịch biểu và truyền lại tại BTS cũng như chức năng kết hợp gói cần thiết tại đầu cuối. Trong HSUPA, lập lịch biểu được điều khiển bởi BTS và có những yêu cầu cho luồng dữ liệu trong hướng lên cũng như những kênh báo hiệu mới cho HSUPA. Hiện nay chức năng kết hợp được đặt ở trạm gốc và chức năng sắp xếp lại được thêm vào RNC. Đầu cuối hiện nay sẽ có thể cho phép truyền dẫn đa mã nhưng chưa hoàn thiện trong môi trường thương mại.

4.Những trạng thái giao thức HSDPA và HSUPA

Cell_DCH là trạng thái được sử dụng khi bắt đầu truyền dữ liệu từ (hoặc đến) đầu cuối trên DCH hay HSDPA/HSUPA. Từ trạng thái Cell_DCH đầu cuối sẽ được chuyển qua trạng thái Cell_FACH hay những trạng thái cao hơn bằng hai cách, hoặc là chuyển trực tiếp từ trạng thái Cell_DCH lên trạng thái cao hơn,  hoặc là thông qua Cell_FACH nếu không có dữ liệu trong bộ đệm. Cần có một sự đồng bộ giữa thời gian đáp ứng của mạng cho việc gói đầu tiên được truyền sau một thời gian rỗi và bộ đếm bắt đầu hoạt động. Thời gian chuyển tiếp giữa các trạng thái phụ thuộc vào yêu cầu của việc cấu hình lại hay những quá trình cài đặt. Lưu giữ lại tài nguyên HSDPA/HSUPA dự trữ của người dùng khi không có dữ liệu truyền là không hiệu quả đối với dung lượng hệ thống hay tài nguyên BTS. Tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối cũng giảm do một đầu cuối hoạt động mà không có dữ liệu truyền qua cũng sẽ làm pin hết nhanh chóng.
Dữ liệu có thể được truyền trong trạng thái Cell_FACH nhưng chỉ cho kênh truy nhập chuyển tiếp (FACH) cho đường xuống và kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH: Random Access Channel) cho đường lên. Một đầu cuối trong trạng thái Cell_FACH sẽ giải mã kênh FACH và bắt đầu đáp ứng dữ liệu hướng xuống (hoặc bắt đầu truyền dữ liệu trong bộ đệm hướng lên) trên RACH. Phụ thuộc vào lượng dữ liệu đầu cuối có thể được chuyển trở lại trạng thái Cell_DCH.
Nếu thời gian rỗi kéo dài sẽ tác động đến việc chuyển trạng thái đầu cuối sang Cell_PCH hay URA_PCH. Những trạng thái này là nhân tố tác động lớn nhất tới mức tiêu thụ năng lượng đầu cuối. Hiển nhiên, việc sử dụng chu kỳ nhận gián đoạn (DRX: Discontinuous Reception) với hoạt động đánh số sẽ gây trễ vì để nối tiếp việc truyền dữ liệu thì đầu cuối cần được đánh số trước. Điều này xảy ra trong một cell (trạng thái Cell_PCH) và cả trong khu vực ưu tiên (trạng thái URA_PCH). Thuê bao di chuyển nhanh trong một mạng dày đặc sẽ cần nhiều sự cập nhật cell nên làm tăng tải trên RACH.