proiect rci - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/rci_2009_10/teme_rci_2011_12/chircuflorin... ·...

26
Proiect RCI Serviciul de HANDOVER în rețelele UMTS Chircu Florin-Dumitru IISC 2012

Upload: others

Post on 03-Sep-2019

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Proiect RCI

Serviciul de HANDOVER în rețelele UMTS

Chircu Florin-Dumitru

IISC

2012

Page 2: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

2

Contents 1. Introducere .................................................................................................................................3

2. Arhitectura sistemului UMTS .......................................................................................................3

Nivelul fizic .....................................................................................................................................4

Nivelul legătura de date ..................................................................................................................4

Nivelul reţea ...................................................................................................................................5

Nivelul aplicatie ..............................................................................................................................6

Nivelul control de retea...................................................................................................................6

Nivelul conectivitate .......................................................................................................................6

3. Procesul de handover în reţelele UMTS .......................................................................................7

Rolul RNC-ului în procesul de handover ...........................................................................................8

Tipuri de handover existente în reţelele UMTS ................................................................................9

Handover orizontal.................................................................................................................... 10

Handoverul vertical ................................................................................................................... 10

Handoverul intra-sistem ............................................................................................................ 11

Handoverul inter-sistem ............................................................................................................ 11

Handoverul hard ....................................................................................................................... 13

Handoverul soft şi softer ........................................................................................................... 14

■ Obţinerea şi prelucrarea măsurătorilor .............................................................................. 16

■ Algoritmul handoverului soft ............................................................................................. 17

4. Exemplu de modelare a procesului de handover în reţelele UMTS ............................................ 20

5. Concluzii ................................................................................................................................... 25

6. Bibliografie ................................................................................................................................ 26

Page 3: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

3

1. Introducere

Rețeaua de comunicaţii mobile permite utilizatorilor echipaţi cu terminale mobile să

efectueze şi să primească apeluri telefonice, această capacitate fiind cunoscută sub numele de

telefonie celulară.

Conceptul de telefonie celulară a fost inventat în Statele Unite la Bell Laboratories în

1947. Au fost necesari peste 35 de ani pentru a-l pune în practică şi a realiza prima reţea

analogică şi terminalele necesare.

O reţea celulară este compusă dintr-o serie de staţii de bază de joasă putere, fiecare

oferind o arie de acoperire relativ mică. Acestea, combinate, asigură o acoperire continuă a

unei regiuni date. Prin utilizarea acestor staţii de putere mică, a devenit posibilă reutilizarea

frecvenţelor, lucru care a condus la o creştere a capacităţii reţelei.

Acoperirea oferită de o staţie de bază corespunde unui număr de utilizatori care se

presupune că există în respectiva arie, numită celulă. Astfel, arii dens populate necesită celule

mai mici şi o proiectare inteligentă a reţelei oferă posibilitatea ca o conversaţie să continue

fără întrerupere pe măsură ce utilizatorii se deplasează între aceste celule. Procesul prin care o

conversaţie este transferată dintr-o celulă în alta este cunoscut sub numele de "hand-off" sau

„handover" .

2. Arhitectura sistemului UMTS

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) este un sistem de telefonie

mobilă 3G (Third Generation) şi face parte din familia IMT-2000 (International Mobile

Telecommunication 2000) a standardelor de comunicaţii mobile de generaţia a treia. [1] Cele

trei standarde special definite pentru 3G sunt: UMTS sau W-CDMA (CDMA de banda largă),

CDMA2000 si TD-SCDMA (TDMA/CDMA cu sincronizare)

UMTS a fost iniţial dezvoltat de ETSI, iar apoi a fost preluat de 3GPP (Third

Generation Partnership Project).

Sistemul UMTS reprezintă o evoluţie în servicii şi în viteza de transfer de la a doua

generaţie la a treia generaţie (3G) şi consituie o cale reală pentru dezvoltarea produselor şi

serviciilor multimedia.

Sistemul UMTS a fost prevăzut ca successor al sistemului GSM şi se adresează unei

creşteri a cererii aplicaţiilor mobile şi Internet.

Elementele de reţea ale sistemului UMTS sunt împărţite în două grupe. Prima grupă

corespunde reţelei de acces radio, RAN (Radio Access Network), care suportă toate

funcţionalităţile radio. În cazul sistemelor UMTS, cu acces radio de tip WCDMA (Wide

CDMA), se utilizează denumirea de UTRAN (UMTS Terrestrial RAN) sau UTRA. Cea de-a

doua grupă corespunde reţelei centrale, CN (Core Network), care este responsabilă de

comutaţia şi de rutarea comunicaţiilor spre reţelele externe. Pentru a completa sistemul, se

defineşte, de asemenea, terminalul utilizator UE (User Equipement). [5]

UE UTRAN CN

Interfata Uu (radio) Interfata Iu

Page 4: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

4

UTRAN este format din unul sau mai multe RNS-uri (Radio Network Subsystems),

care la rândul lor sunt formate din staţii de bază (Node Bs) şi RNCuri (Radio Network

Controllers). [4] Node B este o staţie de bază, ce comunică cu UE prin interfaţa WCDMA.

RNC controlează resursele radio. [2]

Reţeaua de acces radio UTRAN îndeplineşte mai multe categorii de funcţii:

- funcţii privind controlul accesului în sistem;

- funcţii de criptare şi de decriptare a informaţiilor pe canalul radio;

- funcţii de mobilitate;

- funcţii lagate de controlul şi managementul resurselor radio;

- funcţii legate de serviciile difuzate.

Reţeaua Centrală (CN) este partea sistemului UMTS ce conectează UTRAN la reţelele

externe, cum ar fi PTSN (Public Switched Telephone Network) şi Internet.

Echipamentul de utilizator (UE) este format din USIM (UMTS Subscriber

Identification Module) şi echipamentul mobil, ME (Mobile Equipment). [5] Interfaţa radio Uu

reprezintă punctul de legătură dintre terminalul mobil (UE) şi reţeaua UMTS.

Fig. 2.1: Arhitectuta UMTS

Arhitectura protocoalelor pe interfaţa radio, structurată pe trei nivele, este prezentată în

figura 1. [10]

Nivelul fizic

Nivelul 1 (sau L1) se bazează pe tehnologia WCDMA. El interfaţează cu subnivelul

de control al accesului la mediu MAC (Medium Access Control) din nivelul 2 şi nivelul de

control al resurselor radio RRC (Radio Resource Control) din nivelul 3. De asemenea, oferă

pentru MAC diferite canale de transport, iar MAC oferă diferite canale logice pentru RRC.

Nivelul fizic este controlat de RRC.

Nivelul legătura de date

Nivelul 2 (sau L2) asigură servicii şi funcţionalităţi ca MAC, RLC, protocolul de

convergenţă a datelor în pachete PDCP (Packet Data Convergence Protocol) şi controlul

Page 5: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

5

modurilor broadcast/multicast BMC (broadcast/multicast control). De observat că PDCP şi

BMC există numai în planul informaţiilor de utilizator (U-plane information).

Nivelul reţea În planul de control, nivelul 3 este partiţionat în mai multe subnivele, din care

subnivelul cel mai de jos este RRC. Aceasta asigură interfaţa cu nivelul 2 şi se termină în

UTRAN.

Nivelul 3 (reţea sau L3) asigură funcţii pentru:

- managementul resurselor radio RRM (Radio Resource Management);

- controlul resurselor radio RRC;

- managementul mobilităţii MM (Mobility Management);

- managementul conexiunilor CM (Connection Management);

- controlul legăturii logice LLC (Logical Link Control).[1]

PHY

MAC

RLC

RRC PDCP BMC

Canale fizice

Canale de transport

Canale logice

de trafic

Canale logice

de control

Stabilirea

conexiunii

Semnalizarea

purtătorilor radio

Navigare InternetSMS broadcast

PLAN DE

CONTROL

PLAN DE

UTILIZATOR

L3

L2

L1

Fig. 2.2 - Arhitectura protocoalelor pe interfaţa radio

Se poate afirma ca retelele UMTS sunt cu adevarat universale in sensul ca:

Sunt proiectate astfel incat sa acopere intreaga planeta; acest lucru se realizeaza prin

combinarea unei componente terestre a serviciului (Terrestrial- UMTS) si a unei

componente care ofera serviciul cu ajutorul comunicatiei prin satelit (Satellite-

UMTS);

Page 6: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

6

Sunt gandite in ideea oferirii unor servicii universale utilizatorilor.

Sunt proiectate avand in vedere mediul universal in care vor fi utilizate (incaperi,

spatii deschise, locatii fixe, vehicule aflate in miscare).

Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime sau

cele aeriene) este neaparata nevoie de existenta unei constelatii de sateliti (S- UMTS -

Satellite UMTS) geostationari care sa asigure legaturile in aceste zone. Ca urmare, satelitii vor

forma o parte integranta a retelelor UMTS, completand infrastructura terestra.

Trebuie spus ca trecerea de la retelele din a doua generatie (2G) operationale in ziua de

azi spre infrastructura UMTS se face prin intermediul serviciului General Packet Radio

Services (GPRS), care ofera oarecum un serviciu intermediar intre primele doua, permitand

viteze de comunicatie mai ridicate (de la 56 Kbps la 114 Kbps) decat cele atinse in cazul

retelelor 2G, dar neavand calitatea serviciilor si multitudinea aplicatiilor oferite de viitoarele

retele 3G. [2]

Nivelul aplicatie

Este nivelul la care sunt stocate aplicatiile accesibile utilizatorului. In majoritatea

cazurilor aplicatiile sunt incorporate in terminalele mobile si in serverele de aplicatii dedicate

acestui scop. Deseori serverele de aplicatii sunt completate cu servere care gazduiesc baze de

date cu continut aditional (sistemul de facturare, sistemul de administrare al retelei,

administrarea performantei retelei, colectii de video-clipuri sau de stiri, etc.). Operatorii se pot

diferentia unii fata de altii pe baza pachetelor de servicii unice pe care le ofera abonatilor la

acest nivel. In plus, operatorii pot apela la firme specializate pentru dezvoltarea, rularea, sau

depanarea acestor aplicatii, ceea ce duce la un numar foarte mare de aplicatii posibile oferite

abonatilor retelei. Nivelul aplicatie este conectat la nivelul controlului de retea prin

intermediul unor API-uri (Application Program Interface). [3]

Nivelul control de retea

Acest nivel include toate functiile necesare asigurarii unor servicii de calitate

superioara pe diferite tipuri de retele. Diferitele tipuri retele pot fi privite ca si un set de

domenii, fiecare dintre acestea avand in componenta servere de control care controleaza

fiecare tip de retea in parte. Serverele de control administreaza apelurile si sesiunile de

comunicatie intre utilizatori, asigura serviciile de securitate, sau indeplinesc alte functii

similare cu acestea. Aceste domenii pot fi detinute de un singur operator sau de operatori

individuali pentru fiecare domeniu sau grup de domenii. Nivelul control de retea contine si

serverul HSS (Home Subscriber Server) care are un rol foarte important, devenind o entitate

multidomeniu. Acesta poate administra autorizari, autentificari si poate administra locatii din

toate domeniile prezente in reteaua respectiva. Legatura intre nivelul control de retea si

nivelul conectivitate este realizat cu ajutorul protocoalelor GCP (Gateway Control Protocol).

[3]

Nivelul conectivitate

Page 7: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

7

La acest nivel vorbim despre un mecanism de transport capabil de transportul oricarui

tip de informatie prin intermediul conexiunilor vocale, de date sau ale fluxurilor multimedia.

Arhitectura acestui nivel incorporeaza rutere sau comutatoare care directioneaza traficul,

precum si echipamente care colecteaza date si informatii privind facturarea serviciului si

asigura garantii cu privire la asigurarea unei bune calitati a serviciului.[3]

3. Procesul de handover în reţelele UMTS

Serviciul de handover reprezintă modalitatea principală de a oferi mobilitate în

arhitecturile celulare. În sistemele UMTS au fost introduse diferite tipuri de handover pentru a

coopera cu celelalte cerinţe, precum controlul încărcării reţelei, provizionarea ariilor de

acoperire şi satisfacerea condiţiilor impuse de calitatea serviciului.

Scopul procesului de handover este de a asigura continuitatea serviciilor de telefonie

mobilă pentru utilizatorii care se deplasează în cadrul celulelor componete ale unei

infrastructuri celulare. Pentru un utilizator, aflat în mijlocul unui apel telefonic, care se

deplasează şi depăşeşte graniţa celulei iniţiale, este mult mai favorabil să utilizeze resursele

radio disponibile în noua celulă - numită celulă receptoare - deoarece puterea semnalului

provenită de la „vechea" celulă este din ce în ce mai redusă pe măsură ce utilizatorul pătrunde

în celula receptoare. Întregul proces de întrerupere a conexiunii existente şi de stabilire a unei

noi conexiuni în noua celulă poartă numele de „handover". Capacitatea unei reţele celulare de

a efectua handoveruri eficiente este esenţială pentru a oferi servicii atractive, precum

aplicaţiile ce se desfăşoară în timp real sau traficul media, în sensul în care au fost proiectate

reţelele de generaţia a treia. În comparaţie cu sistemele celulare de comunicaţie predecesoare,

precum sistemul GSM, sistemele de generaţia a treia trebuie să reducă în special numărul de

„handover nereuşit" („handover failure") - adică situaţia în care procesul de handover nu

poate fi realizat cu succes. Cauzele pentru care un proces de handover nu este finalizat cu

succes variază de la eşuarea semnalizării până la lipsa de resurse disponibile în celula

receptoare, sau calitatea scăzuta a legăturii radio, aflată sub un prag minim admisibil pentru

realizarea transferului, acest lucru facând imposibilă acceptarea unui nou utilizator. În reţelele

de înaltă performanţă în care există o tendinţă de utilizare a celulor mai mici pentru creşterea

capacităţii, procesul de handover devine din ce în ce mai important, întrucât sunt necesare

handover-uri frecvente.

Un algoritm eficient de handover poate fi implementat doar cu ajutorul unui

management corespunzător al resurselor şi al localizării utilizatorului. Managementul

resurselor presupune existenţa unei modalităţi de a stabili, menţine, elibera şi controla

conexiunile la nivelul de acces radio. În sistemele UMTS, partea cea mai mare a semnalizării

de control dintre UE şi UTRAN este realizată de către protocolul RRC - protocolul de control

al resurselor radio (Radio Resource Control). Câteva dintre funcţiile implementate în

protocolul RRC care au o importanţă deosebită în discuţia noastră referitoare la handover

sunt: selecţia celulei, măsurătorile efectuate de către UE, relocarea SRNS-ului şi controlul

purtătorilor radio, canalele fizice şi canalele de transport. Cea mai mare parte din

Page 8: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

8

funcţionalitatea protocolului RRC se regăseşte implementată în RNC. Controlerul de reţea

decide în conformitate cu măsurătorile efectuate cu privire la calitatea legăturii dacă este

necesar sau nu un proces de handover către o altă celulă.

Managementul localizării utilizatorului presupune cunoaşterea permanentă a locaţiei

echipamentului utilizatorului. O parte din aceste informaţii sunt păstrate în unităţile

funcţionale ale reţelei centrale: HSS (Home Subscriber Server) şi MSC; în principal

protocolul RRC operează între UE şi UTRAN - respectiv RNC - îndeplinind funcţiile de

mobilitate a conexiunii referitoare la procesele de handover.

Realizarea procesului de handover este necesară în următoarele situaţii:

- Când viteza de deplasare a echipamentului utilizatorului este foarte mare

- În momentul trecerii echipamentului utilizatorului dintr-o celulă în alta, în timpul unui

apel aflat în curs de desfăşurare

- În cazul apariţiei unui fenomen de interferenţă

Rolul RNC-ului în procesul de handover

Un handover soft este o problemă relativ simplă şi uşor de înţeles dacă Nodurile B

participante la proces aparţin aceluiaşi RNC. Un grad mai ridicat de complexitate apare în

cazul în care Nodurile B sunt controlate de RNC-uri diferite. Reţeaua centrală, CN, nu trebuie

să fie afectată în vreun fel de problemele care apar în partea de acces radio a reţelei (RAN)

sau să preia vreuna dintre sarcinile ce revin interfeţei radio. Cu toate acestea, acest lucru ar fi

necesar dacă cele două RNC-uri nu ar fi capabile să comunice direct unul cu celălalt prin

interfaţa Iur.

Pentru exemplificare vom considera figura de mai sus. Staţia mobilă ilustrată în figură

este alimentată de către celula 1, din stânga. RNC-ul din stânga controlează şi menţine

conexiunea cu reţeaua fixă printr-o interfaţă de tip Iu. Prin urmare, acest RNC este numit

Page 9: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

9

RNC de control (CRNC). Dacă staţia mobilă se mută spre dreapta, la marginea celulei 1, are

loc un proces de handover soft. Staţia mobilă este alimentată de două Noduri B (1 şi 2). În

acest caz, al doilea Nod B este controlat de un RNC diferit în care CRNC-ul rezervă resursele

radio (RR) necesare staţiei mobile. Cu toate acestea, controlul asupra conexiunii este realizat

tot de RNC-ul din stânga. Acesta funcţionează ca un RNC de servire (SRNC), iar RNC-ul din

dreapta devine RNC de drift. SRNC primeşte datele neprelucrate de la RNC-ul de drift, iar

DRNC primeşte o copie a datelor de pe direcţia descendentă de la SRNC, pe care le transmite

mai departe către Nodurile B la care este conectată staţia mobilă. Rolul Nodului B numărul 1

scade treptat pe măsură ce staţia mobilă se deplasează mai mult înspre aria deservită de Nodul

B numărul 2. În cele din urmă conexiunea cu vechiul Nod B poate fi terminată.

Există o tehnică numită relocarea SRNS-ului conform căreia punctul de referinţă al

interfeţei Iu prin care sunt transferate datele de la RAN la CN este mutat de la RNC-ul din

stânga la RNC-ul din dreapta. Acesta este singurul tip de handover din UMTS care implică

reţeaua centrală în procesul de handover. În acest caz, DRNC-ul devine CRNC şi gestionează

conexiunea pe cont propriu. Termenii SRNC şi DRNC se referă la o conexiune individuală.

Deci, pentru un alt caz, RNC-ul din dreapta poate funcţiona ca un SRNC în timp ce RNC-ul

din stânga funcţionează ca un DRNC.

Tipuri de handover existente în reţelele UMTS

O primă clasificare a tipurilor de handover se face în funcţie de elemetele de reţea care

participă la procesul de handover, aşa cum urmează mai jos:

a) Handover intra-Nod B: Handoverul se realizează la nivelul unui singur Nod B. Un nou

canal aparţinând aceluiaşi Nod B este alocat staţiei mobile, pentru evitarea interferenţelor.

Transferul conexiunii poate fi realizat printr-un handover de tip soft sau hard. Realizarea

acestui proces este comandată de către RNC.

b) Handover intra-RNC, inter-Nod B: În timpul desfăşurării unui apel, sunt făcute măsurători

atât de către Nod B, cât şi de către RNC. Acestea păstrează o listă cu cei mai buni vecini.

În momentul în care puterea semnalului primită de la un anumit Nod B, aparţinând unui

anumit RNC,scade sub o valoare minimă admisibilă, RNC-ul comandă transferul către alt

Nod B. Acest proces poate fi de tip hard sau soft. În sistemele UMTS se preferă procesele

de handover soft, motivele urmând a fi prezentate în continuare.

c) Handover inter-RNC: Echipamentul utilizatorului aflat în mişcare poate trece la un

moment dat din zona de acoperire deservită de un Nod B controlat de un RNC, într-o zonă

de acoperire deservită de un Nod B controlat de un alt RNC. Acest transfer al sesiunii de

comunicaţie de la un RNC la altul prin interfaţa radio se numeşte handover inter-RNC.

Procesele de handover corespunzătoare WCDMA pot fi clasificate în continuare în

mai multe categorii în funcţie de tehnologiile între care se realizează transferul sau în funcţie

de modul în care este realizată conexiunea cu noul nod B.

1. Handover orizontal

Page 10: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

10

2. Handover vertical

3. Handover soft

4. Handover hard

5. Handover softer

6. Handover intra-sistem

7. Handover inter-sistem

Handover orizontal

Transferul unei sesiuni de comunicaţie aflată în curs de desfăşurare de la o celulă la

alta, având aceeaşi tehnologie de acces se numeşte handover orizontal. De exemplu, dacă

echipamentul utilizatorului este conectat printr-o legătură radio la o reţea UMTS, handoverul

orizontal trebuie să se realizeze de la o reţea UMTS la altă reţea UMTS. Cu alte cuvinte ar

putea fi explicat ca transferul apelului telefonic de pe un canal pe alt canal aparţinând

aceleiaşi reţele centrale.

Menţinerea continuităţii legăturii se realizează prin ascunderea schimbării adresei IP

sau actualizarea dinamincă a acesteia în timpul deplasării mobilului. Pentru a ascunde

schimbarea adresei IP pe parcursul deplasării, nodul mobil conţine două tipuri de adrese IP: o

adresă IP permanentă (Home address) - care poate fi folosită de nivelurile superioare nivelului

de transport, şi o adresă IP variabilă (Care-of address) - care poate fi folosită de nivelurile

inferioare nivelului de transport.

Figura 3.1 procesul de handover orizontal:

Handoverul vertical

Transferul unei sesiuni de comunicaţie aflată în curs de desfăşurare de la o celulă la

alta, având tehnologii de acces diferite, se numeşte handover vertical. De exemplu, atunci

Page 11: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

11

când un utilizator mobil se deplasează de la o reţea GSM la o reţea UMTS, tehnologiile de

acces diferă astfel încât avem de-a face cu un handover vertical. Spre deosebire de handoverul

orizontal, de această dată se schimbă nu numai adresa IP, ci şi tehnologia folosită, respectiv

interfeţele reţelei, caracteristicile QoS, etc. Această situaţie este ilustrată în Figura 3.2:

Handoverul intra-sistem

Handoverul intra-sistem este similar cu handoverul orizontal şi se realizează când

terminalele ce funcţionează în modurile duale FDD - TDD fac trecerea de la modul FDD la

modul TDD în urma unor mecanisme de măsurare. Acest tip de handover poate apărea doar în

cadrul unui singur sistem. Există două tipuri speciale de handover intra-sistem care sunt

explicate mai jos.

-Handoverul intra - frecvenţă

În sistemul WCDMA dacă procesul de handover intra-sistem se realizează între celule

având aceeaşi frecvenţă purtătoare, atunci acest tip de handover este numit handover intra-

frecvenţă.

-Handoverul inter - frecvenţă

De această dată handoverul se face între celule care operează la frecvenţe purtătoare

diferite.

Handoverul inter-sistem

Acest tip de handover este crucial în vederea sprijinirii compatibilităţii cu celelalte

sisteme. În faza preliminară a funcţionării reţelelor 3G, a fost puţin probabil ca zonele rurale

să beneficieze de acoperirea reţelei WCDMA. Drept consecinţă, reţelele GSM vor fi utilizate

în continuare pentru a oferi acoperire în aceste zone rurale. Handoverul inter-sistem va fi

Page 12: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

12

folosit pentru transferul între celule având tehnologii de acces radio (RAT) diferite sau moduri

de acces radio (RAM) distincte. Majoritatea cazurilor din prima categorie se realizează între

sisteme WCDMA şi sisteme GSM/EDGE. Un exemplu de handover între celule cu moduri de

acces radio distincte este handoverul între modurile UTRA FDD şi UTRA TDD.

Mai jos este dat un exemplu de procedură de semnalizare pentru realizarea trecerii

unui utilizator UMTS în reţeaua GSM. Acest exemplu este reprezentativ pentru procedura

generală urmată în timpul proceselor de handover. Procedura constă, în mod normal, în

efectuarea de măsurători, rezervarea resurselor şi realizarea efectivă a handoverului.

Figura 3.3 Procedura handoverului inter-sistem între UTRAW şi GSM

Semnificaţia paşilor efectuaţi este următoarea:

1. Controlul măsurătorilor

2. Raportarea măsurătorilor

3. Rezervarea resurselor

4. Confirmarea de rezervare a resurselor (ACK) + comanda de handover

5. Handoverul de la UTRAN la GSM

6. Accesul handoverului

La comutarea conexiunii într-un alt sistem, este necesară măsurarea frecvenţei utilizate

de celălalt sistem. Atunci când nu există un receptor full duplex disponibil (adică capabil să

transmită şi să primească simultan în două benzi de frecvenţă) emisia şi recepţia sunt oprite

pentru scurt timp pentru a efectua măsurători pe alte frecvenţe. Acest mod se numeşte mod

comprimat. Aşa cum se poate observa în Figura 3.4 de mai jos, transmisiunea de date este

comprimată în domeniul timp fără a pierde date. Astfel, apare un decalaj în transmisie în

timpul căruia pot fi realizate măsurătorile.

Page 13: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

13

Cum modurile FDD şi TDD folosesc frecvenţe diferite, handoverurile inter-mod

folosesc, de asemenea, modul comprimat pentru a efectua măsuratorile pe alte frecvenţe

necesare în timpul handoverului. [6]

Handoverul hard

Handoverul hard este tipul de handover în care conexiunea este întreruptă înaintea

realizării unei noi conexiuni radio între echipamentul utilizatorului şi reţeaua de acces radio.

Acesta este tipul de handover folosit în sistemele GSM în care fiecărei celule i-a fost alocată o

bandă de frecvenţă diferită. Pătrunderea unui utilizator în într-o celulă nouă conduce la

întreruperea conexiunii existente înaintea setării unei noi conexiuni la o altă frecvenţă în

celula receptoare. Algoritmul din spatele acestui tip de handover este destul de simplu; staţia

mobilă efectuează handoverul în momentul în care puterea semnalului celulei vecine

depăşeste puterea semnalului din celula curentă cu un anumit prag.

În sistemul UMTS, handoverul hard este folosit, de exemplu, pentru a schimba banda

de frecvenţă a conexiunii dintre UE şi UTRAN. În timpul procesului de alocare a frecvenţelor

în sistemul UMTS, a fost prevăzut ca fiecare operator UMTS să aibă posibilitatea de a solicita

frecvenţe suplimentare pentru a spori capacitatea în momentul în care va fi atins un nivel de

utilizare. În acest caz, mai multe benzi de aproximativ 5 MHz vor fi utilizate de către un

operator, acest lucru conducând la nevoia de a efectua procese de handover între ele.

Handoverul hard este efectuat, de asemenea, pentru a schimba celula pe aceeaşi

frecvenţă când nu există suportul reţelei pentru diversitatea macro. Altfel spus, atunci când un

echipament UE, având alocat un canal dedicat, trece într-o nouă celulă dintr-o reţea UMTS,

handoverul hard este ales atunci când este imposibilă realizarea proceselor de handover de tip

soft sau softer.

Un al treilea caz în care este posibilă efectuarea handoverului hard este reprezentat de

aşa numitul handover inter-mod. Acesta face posibil schimbul între modurile FDD şi TDD

UTRA. Acest tip de handover este uneori clasificat ca fiind un handover inter-sistem întrucât

metodele de măsurare folosite sunt asemănătoare cu cele folosite în cazul handoverului între

WCDMA - GSM.

Aceste procese sunt proiectate să fie instantanee, pentru a reduce probabilitatea

întreruperii apelului telefonic.

Handoverul hard poate fi realizat prin sudură sau fără sudură. Handoverul fără sudură

înseamnă că procesul de handover nu este sesizat de către utilizator. În mod obişnuit, un

handover ce presupune schimbarea frecvenţei purtătoare este similar cu handoverul hard.

Pentru purtătorarea sincronă, acest lucru presupune o deconectare scurtă a purtătoarei, iar

pentru purtătoarea asincronă handoverul hard se realizează fără pierderi. Handoverul hard

poate avea loc ca handover intra sau inter-frecvenţă.

Problema principală care apare la handoverul hard în sistemele GSM sunt

probabilităţile -uneori ridicate - de blocare experimentate de utilizatorii care trec într-o nouă

celulă. Această probabilitate poate fi redusă prin acordarea priorităţii utilizatorilor aflaţi în

Page 14: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

14

proces de handover, în defavoarea utilizatorilor noi. Acest lucru poate fi realizat, de exemplu,

prin rezervarea unei părţi din capacitatea fiecărei celule pentru utilizatorii aflaţi într-un apel în

curs de desfăşurare. Pe de altă parte, această abordare ar duce la o utilizare mai puţin eficientă

a capacităţii sistemului celular sau la probabilităţi mai mari de blocare pentru noii utilizatori.

Aceste consideraţii precum şi alte argumente specifice CDMA au condus la alegerea unor

tipuri de handover suplimentare care să coexiste în reţeaua WCDMA, şi anume handoverul

soft şi handoverul softer. Algoritmii de realizare a acestor tipuri de handover vin să

contracareze o parte din dezavantajele sistemelor CDMA şi, prin urmare, conduc la creşterea

totală a performanţei sistemului. În general, procesele de handover hard sunt folosite numai

din motive de acoperire şi solicitare a reţelei, în timp ce handoverurile soft şi softer sunt

principalele mijloace de realizare a mobilităţii.

Handoverul soft şi softer

Handoverurile de tip soft şi softer sunt tipurile de handover specifice CDMA

implementate în sistemele UMTS, reprezentând una dintre cele mai importante caracteristici

ale metodei de acces WCDMA. În acest paragraf se va discuta impactul implementării acestor

tipuri de handover asupra proiectării sistemului şi vor fi analizaţi şi algoritmii din spatele

acestor metode aşa cum sunt descrişi în specificarea TR 25.022 a proiectului de parteneriat

3G.

Handoverul soft sau softer are loc atunci când staţia mobilă se află în zona de

intersecţie dintre ariile de acoperire corespunzătoare a două celule adiacente. Utilizatorul are

două conexiuni simultane la partea UTRAN a reţelei, folosind canale radio diferite

concomitent. În cazul handoverului soft, staţia mobilă se află în zona de intersecţie a ariilor de

acoperire ale celulelor a două sectoare aparţinând unor staţii de bază diferite. Handoverul

softer are loc în momentul în care o staţie de bază primeşte două semnale de la ut ilizator din

două sectoare adiacente pe care le deserveşte. Deşi există un grad mare de similitudine între

cele două tipuri de handover, există anumite diferenţe semnificative.

În cazul handoverului softer, staţia de bază primeşte 2 semnale separate printr-o

propagare multicale. Datorită reflexiilor pe clădiri sau obstacolele naturale, semnalul trimis de

către staţiile mobile ajunge la staţia de bază prin două sectoare diferite. Semnalele primite în

timpul handoverului softer sunt tratate în mod similar ca semnalele multicale. Pe direcţia de

uplink, semnalele recepţionate de staţia de bază sunt dirijate către acelaşi receptor Rake şi

apoi combinate folosind tehnica combinării maximale. Pe direcţia de downlink situaţia este

puţin diferită întrucât staţia de bază foloseşte diferite coduri aleatoare pentru a separa

sectoarele diferite pe care le deserveşte. Deci, pentru „degetele" receptorului Rake

corespunzător terminalului mobil, este necesar să se aplice un cod potrivit pe semnalele

primite de la diverse sectoare înainte de a le combina. Handoverul soft are loc în 5-10% dintre

conexiuni. Datorită naturii handoverului softer există doar o buclă de control al puterii activă.

Pentru handoverul soft situaţia este similară pentru legătura în direcţie descendentă

(downlink). În staţia mobilă, semnalele primite de la două staţii de bază sunt combinate

Page 15: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

15

folosind prelucrarea MRC a receptorului Rake. În direcţia ascendentă (uplink), pe de altă

parte, apar diferenţe semnificative. Semnalele transmise nu mai pot fi combinate în staţia de

bază ci sunt dirijate către RNC. Procesul de combinare urmează un principiu diferit. În RNC

cele două semnale sunt comparate cadru cu cadru şi cel mai bun candidat este ales după

fiecare perioadă de întreţesere: de exemplu la fieracare 10, 20, 40, sau 80 ms. Întrucât

algoritmul de control al puterii prin buclă exterioară măsoară raportul semnal zgomot (SNR)

al semnalelor de uplink primite la o rată între 10 şi 100 Hz, această informaţie este folosită

pentru a selecta cadrul cu cea mai bună calitate în timpul handoverului soft.

Numele de handover soft provine din faptul că nu există nici un punct fix de tranziţie,

ci conexiunea este transferată de la un Nod B la altul. Noul Nod B contribuie inţial foarte

puţin la transmisiune; cu toate acestea, pe măsură ce UE pătrunde în noua celulă, noul Nod B

îşi asumă o responsabilitate din ce în ce mai mare. În final, conexiunea cu vechiul Nod B este

terminată şi staţia mobilă iese din starea de handover soft. În acest caz se foloseşte tehnica

cunoscută sub numele de micro-diversitate. Această tehnică prezintă multe avantaje, precum

cele enumerate mai jos:

- Este redus efectul „apropiat-depărtat"

- Oferă ocazia de a transmite date către un alt Nod B şi astfel comunicaţia este menţinută.

- Conexiunile sunt mai rezistente în faţa fenomenului de „shadowing". Fenomenul de

„shadowing" reprezintă pierderea puterii datorată difracţiei undelor radio la întâlnirea

obstacolelor în calea lor de propagare. În cazul în care un apare un obstacol care întrerupe

conexiunea cu Nodul B în timpul procesului de handover soft, există posibilitatea să

funcţioneze conexiunea cu cel de-al doilea Nod B şi astfel sesiunea de comunicaţie să nu

fie întreruptă.

Situaţiile de handover soft, respectiv handover softer aşa cum au fost prezentate mai sus,

sunt ilustrate în figura de mai jos.

În comparaţie cu handoverul tradiţional (handoverul hard), handoverul soft prezintă

mai multe avantaje. A îmbunătăţit comunicaţia fără sudură, caracteristica principală a acestui

tip de handover fiind lipsa întreruperii transmisiunii, în timp ce în handoverul hard apare o

întrerupere în timpul handover şi deci scad şansele realizării unui handover reuşit. O altă

Page 16: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

16

caracteristică se referă la încărcarea redusă a reţelei. Procesul de handover soft elimină şi

problema interferenţei specifică sistemului WCDMA. Tot handoverul soft aduce o

îmbunătăţire a comunicaţiei între utilizatori, o capacitate mai mare cu menţinerea aceleiaşi

calităţi a serviciului, oferă mai mult timp pentru a ajunge la Nodul B dorit lucru care reduce

probabilitatea de blocare şi de asemenea reduce probabilitatea de terminare bruscă a apelului.

Deşi handoverul soft are multe avantaje, există şi anumite dezavantaje comparativ cu

handoverul tradiţional cum ar fi creşterea complexităţii şi consumul de resurse suplimentare

pentru legătura descendentă.

Conform descrierii procesului de handover din specificarea TR 25.922 a 3GPP,

handoverul soft întruneşte două funcţii principale: - Obţinerea şi prelucrarea măsurătorilor

- Executarea algoritmului de handover

Înainte de a începe o analiză detaliată a acestor funcţii, trebuiesc definiţi anumiţi termeni

utilizaţi în descrierea procesului de handover.

- Set: lista celulelor sau a Nodurilor B

- Set activ: lista celulelor care au o conexiune cu staţia mobilă

- Set monitorizat: lista celulelor (vecine) pentru care raportul EC/I0 al canalului pilot este

măsurat în permanenţă, dar nu este suficient de puternic pentru a fi adăugat la setul activ.

■ Obţinerea şi prelucrarea măsurătorilor

Măsurătorile precise ale raportului EC/I0 corespunzător canalului pilot (CPlCH)

reprezintă datele de intrare principale folosite pentru obţinerea raportului măsurătorilor RRC,

în funţie de care sunt luate deciziile de handover. În principiu, pot fi măsuraţi trei parametri.

Pe lângă raportul EC/I0 al CPICH, mai sunt măsurate şi puterea semnalului de cod primit

(RSCP) şi indicatorul de putere al semnalului primit (RSSl). RSCP este puterea transportată

de către canalul pilot decodat, iar RSSl este puterea totală primită în banda canalului. Raportul

EC/I0 este definit ca fiind raportul dintre RSCP şi RSSl.

Este importantă aplicarea unei filtrări a măsurătorilor procesului de filtrare, pentru a

realiza o mediere a efectului fenomenului de fading rapid. Erorile de măsurare ar putea

conduce la handoveruri inutile, deci o filtrare potrivită poate creşte semnificativ

performanţele. Cum perioadele mari de filtrare pot introduce întârzieri în procesul de

handover, durata perioadei de filtrare trebuie aleasă făcându-se un compromis între precizia

măsurătorilor şi întârzierea cu care se realizează handoverul. De asemenea, este importantă şi

viteza cu care se deplasează utilizatorul. Cu cât utilizatorul se deplasează mai încet, cu atât

este mai dificilă medierea efectului fenomenului de fading. În mod frecvent este ales un timp

de filtrare de 200ms. O altă informaţie esenţială necesară în timpul aşa numitelor handoveruri

intra-mod - handoverul soft si softer -este informaţia de sincronizare. Cum reţeaua WCDMA

este de natură asincronă, există diferenţe relative între celule. Pentru a permite combinarea

uşoară în receptorul RAKE şi pentru a evita întârzieri în buclele de control al puterii,

transmisiunile trebuie să fie adaptate în timp. După ce UE a evaluat diferenţa de timp dintre

Page 17: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

17

canalul CPICH al celulei actuale şi canalul CPICH al celulei receptoare, RNC-ul trimite

informaţii DCH de sincronizare către celula receptoare.

■ Algoritmul handoverului soft

Pe baza măsurătorilor raportului EC/I0 (energia unui chip supra densitatea spectrală a

interferenţei) al setului celulelor monitorizate, staţia mobilă decide pe care dintre cele trei

acţiuni de bază să le efectueze; este posibilă adăugarea, eliminarea sau înlocuirea unui Nod B

în celula activă. Aceste funcţii sunt numite Adăugarea Legăturii Radio (Radio Link Addition),

Eliminarea Legăturii Radio (Radio Link Removal) şi respectiv Combinarea între Adăugarea şi

Eliminarea Legăturii Radio Combinate (Combined Radio Link Addition and Removal).

Exemplul de mai jos este luat direct din specificările 3GPP. Acest scenariu se bazează pe un

utilizator care urmează o traiectorie precum cea din Figura 3.6.

Figura 3.6 Scenariul handoverului soft

În Figura 3.7 se observă cum evoluează în timp puterile semnalului pilot ale diferitelor

celule:

Page 18: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

18

La început, utilizatorul este conectat la celula numărul 1, care are cel mai puternic

semnal al canalului pilot. Datorită deplasării utilizatorului, percepţia puterii semnalului se

poate schimba şi se vor fi executate următoarele acţiuni:

- Evenimentul A: este adăugată celula 2

- Evenimentul B: celula 1 este înlocuită de către celula 3

- Evenimentul C: celula 3 este eliminată din setul activ

Staţia mobilă comunică iniţial doar cu Nodul B 1. Odată ce staţia mobilă începe să se

deplaseze în direcţia Nodulului B 2, creşte puterea semnalului primit de la CPICH al Nodului

B 2.

Dacă puterile semnalelor primite de la CPICH 1 şi CPICH 2 diferă cu o valoare

maximă numită „marja de handover", în timpul perioadei AT, se stabileşte o conexiune şi cu

cel de-al doilea Nod B. În acest moment, staţia mobilă se află într-un proces de handover soft.

Conexiunea cu primul Nod B este eliberată în momentul în care puterea semnalului primit de

la CPICH 1 este mai mică cu o anumită valoare decât puterea semnalului primit de la CPICH

2 sau dacă recepţia de la un alt Nod B este considerabil mai bună. În acest ultim caz,

conexiunea cu primul Nod B este eliberată şi se stabileşte o nouă conexiune cu Nodul B 3.

Parametrul principal în realizarea algoritmului de handover este pragul (threshold)

handoverului soft, notat As_Th. Acest parametru determină numărul de utilizatori care se află

în proces de handover şi, prin urmare, influenţează capacitatea sistemului şi puterea de

acoperire. În mare ar putea fi definit ca diferenţa maximă admisibilă între valorile SIR ale

două canale, astfel încât celulele corespunzătoare să coexiste în setul activ. Datorită efectului

Page 19: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

19

de „shadowing" o staţie mobilă aflată la graniţa unei celule va primi semnale de putere

variabilă de la diferite Noduri B la intervale scurte de timp. Pentru a evita aşa-numitul

„pingpong" între handoveruri, în care apar schimbarea frecventă , se realizează un efect de

histerezis pe parcursul procesului de schimbare a celulei. Astfel, As_Th_Hyst reprezintă

histerezisul pentru pragul As_Th, iar As_Rep_Hyst este histerezisul de rezervă.

Algoritmul funcţionează în modul următor:

- Adăugarea: Dacă Meas_Sign este mai mare decât (Best_Ss - As_Th + As_Th_Hyst)

pentru o perioadă de timp AT şi dacă setul activ nu este deplin ocupat, se adaugă la setul

activ celula „cea mai bună"

- Eliminarea: Dacă Meas_Sign este mai mic decât (Best_Ss - As_Th - As_Th_Hyst), se

elimină celula „cel mai puţin bună" din setul activ.

- Înlocuirea: Dacă setul activ este deplin ocupat şi Best_Cand_Ss este mai mare decât

(Worst_Old_Ss + As_Rep_Hyst) pentru o perioadă de timp AT, este adăugată celula „cea

mai bună" şi eliminată celula „cel mai puţin bună" din setul activ.

Unde s-au notat:

- Best_Ss - celula „cea mai bună" prezentă în setul activ

- Worst_Old_Ss - celula „cel mai puţin bună" prezentă în setul activ

- Best_Cand_Set - celula „cea mai bună" prezentă în setul monitorizat

- Meas_Sign - valoarea măsurată şi filtrată a raportului EC/I0 corespunzător celulei

monitorizate.

Page 20: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

20

4. Exemplu de modelare a procesului de handover în reţelele

UMTS

Punctul de plecare al analizei diferenţelor între handoverul de tip hard şi handoverul de tip

soft l-a constituit implementarea aceluiaşi scenariu, pentru fiecare tip de handover studiat în

parte, în care s-a încercat realizarea procesului de handover. Obiectivul urmărit este de a

realiza o comparaţie între performanţele handoverului de tip soft şi a celui de tip hard.

Se consideră o reţea UMTS simplă alcătuită din două staţii mobile ( staţia mobilă poate

fi un telefon mobil sau un PDA aflat într-un vehicul), două Noduri B şi un RNC care

administrează resursele radio ale Nodurilor B conectate şi reţeaua centrală care conţine

dispozitivele SGSN şi GGSN. Staţiile mobile, în timpul deplasării vor iniţia o legătură de date

cu un server FTP, iar la un moment dat vor ajunge spre graniţa ariei de acoperire a staţiei de

bază iniţiale. Astfel, staţia mobilă va detecta nivelul scăzut al semnalului, va scana staţiile de

bază învecinate şi va iniţia transferul pentru a nu se pierde legătura.

Fig. 4.1 Scenariu considerat pentru studiul handoverului hard respectiv soft

În scenariul considerat cele două staţii mobile au o traiectorie în zigzag între două

Noduri B – lucru ce duce la apariţia unor handoveruri repetate de la o celulă la alta. Ambele

staţii mobile efectuează trafic în mod continuu pe parcursul întregii simulări, cea mai mare

parte a traficului fiind făcut în direcţia de uplink.

Reţelele şi configuraţiile celor două scenarii sunt identice exceptând faptul că în

scenariul realizat pentru studiul handoverului hard, serviciul de handover soft este dezactivat

la RNC, astfel încât toate handoverurile care se realizează sunt de tip hard.

Page 21: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

21

Structura celulelor utilizate nu reflectă structura trandiţională a celulelor UMTS, în

care fiecare Nod B corespunde unei staţii de bază cu trei antene direcţionale acoperind trei

sectoare sub un unghi de 120 de grade. Nodurile B au aceeaşi configuraţie pentru ambele

scenarii considerate.

În cadrul acestui studiu, am analizat graficele pentru puterea de transmisie a

echipamentului utilizatorului pe direcţia de uplink pe canalele fizice, simularea fiind realizată

pentru un interval de 360 de secunde.

Din figurile 4.2, 4.3 se observa ca atât pentru UE_0 cât şi pentru UE_1, handoverul

soft oferă rezultate mai bune din punctul de vedere al puterii de transmisie în direcţia de

uplink. Puterea de transmisie pe direcţia de uplink este reprezentată grafic pentru staţia mobilă

UE_0, respectiv UE_1, atât pentru scenariul handoverului hard cât şi pentru cel soft, în

figurile urmatoare:

Fig. 4.2 Puterea de transmisie în direcţia de uplink a staţiei mobile UE_0

Page 22: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

22

Fig. 4.3 Puterea de transmisie în direcţia de uplink a staţiei mobile UE_1

Se observă că în graficele corespunzătoare transmisiei în direcţia de uplink, vârfurile,

care sunt mai netede în cazul handoverului soft faţă de cazul handoverului hard, indică

realizarea procesului de handover (deoarece înainte de handover staţia mobilă se îndepărtează

de Nodul B corespunzător, acest lucru conducând la o creştere a puterii de transmisie. După

realizarea handoverului staţiile mobile sunt conectate la Nodul B în apropierea căruia se află

fapt ce conduce la scăderea puterii de transmisie).

În momentul în care comparăm cele două grafice, observăm că puterea de transmisie a

staţiilor mobile atinge valori mult mai mari în cazul handoverului de tip hard decât a celui de

tip soft (o diferenţă de 3dBm însemnând aproximativ dublul puterii în Watti). Acest lucru

reprezintă un avantaj al handoverului soft în comparaţie cu handoverul hard. Astfel, handover

de tip soft permite staţiilor mobile să realizeze handoverul la nivele de putere mai scăzute.

Acest lucru este, de asemenea, un avantaj şi pentru celelalte staţii mobile care s-ar afla în

apropiere, mai ales în ceea ce priveşte fenomenele de interferenţă care pot apărea. Pentru

evidenţierea acestor concluzii am suprapus graficele corespunzătoare handoverurilor hard şi

soft pentru cele două staţii mobile aşa cum se observă în figurile 4.4 respectiv 4.5.

Page 23: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

23

Fig. 4.4 Comparaţie între puterea de transmisie în direcţia de uplink a staţiei mobile

UE_1 corespunzătoare handoverului hard respectiv soft

Fig. 4.10 Comparaţie între puterea de transmisie în direcţia de uplink a staţiei mobile

UE_0 corespunzătoare handoverului hard respectiv soft

Page 24: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

24

În scopul de a atinge aceleaşi performanţe cu o putere redusă, handoverurile soft

beneficiază de o caracteristică numită „câştigul handoverului soft". Cum o purtătoare radio

este suportată de mai multe legături radio în timpul handoverului soft, reţeaua poate scădea

calitatea acestor legături sub nivelul cerut, atâta timp cât calitatea combinată a acestora este

suficientă pentru a oferi nivelul de calitate impus pentru purtătoarea radio. Ca un rezultat al

scăderii calităţii legăturii radio, puterea de transmisie poate fi menţinută la nivele mai reduse

în timpul handoverului soft, oferind totuşi aceeaşi calitate pentru nivelele superioare.

În continuare am prezentat modul în care funcţionează algoritmul handoverului soft:

Aşa cum a fost prezentat în capitolul 3, există trei evenimente care au loc în momentul în care

se decide realizarea procesului de handover soft. Staţia mobilă comunică iniţial doar cu

Nodul_B_0. Odată ce staţia mobilă începe să se deplaseze în direcţia Nodulului B_1, creşte

puterea semnalului primit de la CPICH al Nodului B_1. În momentul în care puterile

semnalelor primite de la CPICH 0 şi CPICH 1 diferă cu o valoare maximă acceptată , se

stabileşte o conexiune şi cu cel de-al doilea Nod B. În acest moment, staţia mobilă se află într-

un proces de handover soft. Conexiunea cu primul Nod B este eliberată în momentul în care

puterea semnalului primit de la CPICH 0 este mai mică cu o anumită valoare decât puterea

semnalului primit de la CPICH 1.

Page 25: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

25

5. Concluzii

- În comparaţie cu handoverul hard, handoverul soft oferă mai multe avantaje. Unul

dintre avantajele importante ale handoverului soft este acela că nu apar întreruperi în timpul

transmisiunii, deci cresc şansele realizării unui handover reuşit.

- Pentru realizarea handoverului hard sunt necesare puteri de transmisiune mult mai

mari faţă de cele necesare în cazul handoverului soft, deci optarea pentru cel din urmă este

evidentă.

- Efectuarea handoverului soft sau softer poate conduce, de asemenea, la o reducere

a inteferenţelor prezente în sistem şi la o îmbunătăţire a performanţelor datorită principiului

microdiversităţii. Acest principiu oferă un câştig în sistem în momentul combinării mai multor

semnale. Handoverul soft nu oferă numai mobilitate utilizatorilor şi controlul încărcării

sistemului, ci permite şi o utilizare eficientă a resurselor radio disponibile şi, prin urmare,

îmbunătăţeste puterea de acoperire a sistemului general şi capacitatea reţelei menţinând

calitatea serviciului.

- Putem concluziona faptul că este mai avantajoasă realizarea transferului unei

sesiuni de comunicaţii dintr-o celulă în alta printr-un proces de handover de tip soft sau softer,

decât printr-un proces de handover hard.

- Comunicaţiile mobile sau comunicaţiile celulare au evoluat constant, studiile fiind

în prezent orientate către sistemele mobile de generaţia a patra. Tehnologia celulară a fost una

revoluţionară, întrucât aducea în plus faţă de telefonia fixă, posibilitatea ca utilizatorii să se

poată conecta la reţea în orice moment, indiferent de locul în care se află. Performanţele

comunicaţiilor mobile sunt în continuă ascensiune, dezvoltându-se odată cu creşterea

numărului de utilizatori şi necesităţile acestora.

Page 26: Proiect RCI - stst.elia.pub.rostst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin... · Pentru ca serviciul sa aiba acoperire cu adevarat globala (chiar si pe caile maritime

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

26

6. Bibliografie

[1] http://stst.elia.pub.ro/news/RCI200910/Teme%20prezentate/

GavrilaCosmin/C omunicatii%20internet%20mobile.ppt

[2] Van Cauwenberge, S., Study of soft handover in UMTS, 2003

[3] Irshad, M.J., Issues and Optimization of UMTS Handover, 2008

[4] Walke, B., Seidenberg,R., Althoff, M., UMTS The Fundamentals, Editura

Wiley,2003

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Network switching subsystem

[6] Khan, M.S., Investigation of handovers in 3G UMTS traffic classes, 2010