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Redes 3G: Handover na rede UMTS
Este tutorial apresenta os conceitos básicos do processo de Handover na rede UMTS.
Cesar Nunes
Engenheiro de Telecomunicações pela Universidade Estácio de Sá, com formação em Gestão de
Tecnologia da Informação pela Universidade Católica de Brasília (UCB), atualmente está cursando Pós
Graduação em Redes de Nova Geração (NGN) na Universidade Católica de Brasília como forma de dar
continuidade a formação e crescimento profissional na área de atuação.
Com mais de 13 anos de experiência na área de Otimização em Telefonia Celular, atuou em vários
projetos no Brasil e em outros países adquirindo experiência prática para atuar na área. Trabalhou em
empresas como NEC, Motorola, Huawei e Lucent sempre na área de otimização de RF.
Atualmente ocupa o cargo de Especialista de RF III na Alcatel-Lucent, onde é responsável pela
Otimização de Redes de Telefonia Celular 3G/2G.
Email: [email protected]
Thales Hatem
Engenheiro de Telecomunicações pelo IESB (Instituto de Educação Superior de Brasília), está cursando
Aluno atual do curso de Pós-Graduação em Engenharia de Energia na Faculdade FEAD-MG.
Com mais de dois anos de experiência na área de RF com Planejamento e Otimização da Rede de Acesso
GSM/UMTS, atuou como Engenheiro de RF em projetos de Telefonia Móvel nas empresas Huawei e
Alcatel-Lucent.
Atualmente ocupa o cargo de Engenheiro de RF na Alcatel-Lucent, onde é responsável pela Otimização
da rede de Telefonia Celular 3G/2G.
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Email: [email protected]
Categoria: Telefonia Celular
Nível: Introdutório Enfoque: Técnico
Duração: 15 minutos Publicado em: 05/11/2012
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Redes 3G: Introdução
Handover em uma definição mais simples pode ser considerado como a transferência de conexão do
usuário de um canal de rádio para outro. Esta simples definição de Handover já tem seu conceito bastante
definido e também difundido em outras tecnologias, mesmo do advento do UMTS.
A ideia principal do Handover e ter a consciência que objetivo é manter a integridade de chamada em
movimento, sem que haja interrupções. Isto é necessário porque o usuário pode mover-se (talvez com
alta velocidade) e seria inconveniente se a chamada caísse quando o usuário mudasse de uma célula para
outra. Em muitos casos, um usuário pode até entrar em uma área onde a cobertura da rede UMTS e
terminar a mesma chamada sem interrupções em uma rede GSM / GPRS.
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Redes 3G: Tipos de Handover
Os tipos mais comuns de Handover conhecidos são:
Softer Handover;
Soft Handover;
Hard Handover, que pode ser do tipo Intra-frequency Hard Handover ou Inter-frequency hard
handover;
Inter-RAT Hard Handover.
Softer Handover
Neste tipo de Handover a estação móvel (UE) combina mais do que uma ligação de rádio para melhorar
sua qualidade da recepção. Por outro lado a estação móvel (NodeB) combina os dados de uma de uma
Célula para obter dados de boa qualidade.
Resumidamente falando, o softer handover trata da transferência da chamada de um setor para outro setor
de uma mesma estação móvel (NodeB).
Figura 1: Softer Handover.
Soft Handover
Basicamente o Soft Handover é o mesmo que Softer Handover, mas neste caso os setores pertencem a
diferentes estações móveis. Neste caso, a RNC combina os dados de uma de uma Célula para obter dados
de boa qualidade.
Desta maneira, o soft handover trata da transferência da chamada de um setor de uma estação móvel
(NodeB) para outro setor de outra estação móvel (NodeB).
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Figura 2: Soft Handover.
Hard Handover
Existem basicamente dois tipos de Hard handover: O Intra-Frequency Hard Handover e Inter-Frequency
Hard Handover.
O Intra-Frequency ocorre caso o código de espalhamento, isto é, o Spreading Factor e o Scrambing Code
Mude, mas a frequência da portadora será a mesma. Já o Inter-Frequency Hard Handover ocorrerá quando
houver mudança da portadora (frequência).
Geralmente o Hard Handover é um processo iniciado pelo móvel (UE). Em resumo o Hard
Handoverocorre quando a conexão com a estação móvel atual (estação servidora) é interrompida antes de
ser conectar com a nova estação móvel (alvo). Ocorre quando as NodeBs possuem frequências iguais
(Intra-Frequency) ou frequências diferentes (Inter-Frequency).
Figura 3: Hard Handover.
Inter-RAT Hard Handover
O Inter-RAT Hard Handover destina-se basicamente a transferência da chamada de um sistema UMTS
para GSM ou vice versa. É comunmente utilizado com duas finalidades básicas: A primeira manter a
continuidade da chamada em sistema de borda de cobertura UMTS, transferindo assim a chamada sem
interrupções para um sistema GSM.
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Outra finalidade é para manter uma determinada célula com uma capacidade controlável, isto é, através
de parâmetros configurados para este tipo de handover é possível dispara-lo quando a capacidade da
celular UMTS atingir um determinado limiar, transferindo assim a chamada para a rede GSM.
Figura 4: Inter-RAT Hard Handover.
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Redes 3G: Parametrização/Otimização
As parametrizações lógicas relacionadas ao Handover pode melhorar a rede de forma a escoar tráfego em
células congestionadas, dando prioridade a outras com melhor condição e dificultando a entrada de
tráfego nessas mesmas células. Esse ajuste fino, conhecido como Otimização, deve melhorar os
indicadores de performance da rede de modo a atingir a satisfação do usuário final.
A seguir veremos os procedimentos básicos para a otimização de Handover nos seus diferentes casos:
Soft / Softer Handover
No Soft / Softer Handover, durante o Handover, o equipamento móvel tem vários RLs (Radio Links) de
diferentes células (Active Set).
Os ganhos no Soft Handover acontecem pela utilização de vários sinais não relacionados, o que reduz o
valor de desvanecimento (alterações na amplitude das ondas de rádio e caminho, ocasionando variação de
potência do sinal recebido). Outra vantagem é o balanceamento de cargas, há redução da potência
no Downlink e Uplink, isso também devido aos diferentes sinais de uplink recebido do móvel e por ele
enviado. Além destas, usar o Soft Handover evita o ping-pong de Handover. No entanto, para este tipo
de Handover, é exigido maior recurso e o ganho de potência é negativo no Downlink.
As medidas de CPICH, RSCP, CPICH Ec/No e Pathloss são utilizadas no processo de Soft/Softer
Handover e pode ser reportado de forma periódica ou eventual (Considerando os Eventos 1A, 1B, 1C, 1D
e 1F, condições de disparo, limiar relativo e absoluto, Hysteresis e tempo de disparo).
Apresenta-se a seguir a lista de eventos de medição de Soft / Softer handover:
1A,adicionar um canal piloto na lista de Active set;
1B, remover um canal piloto da lista de Active set;
1C, substituir um canal piloto na lista de Active set;
1D,substituir o melhor piloto que já está na lista de Active set;
No exemplo abaixo ilustrado na Figura 5, nota-se que o nível de sinal do setor um começa a degradar e o
sinal do setor 21 tem seu nível melhorado, gerando-se assim um evento 1A, reportado pelo móvel na
mensagem de RRC Measurement Report.
Neste caso a solicitação do evento é para adicionar o canal 21 na lista de Active set e ainda manter o canal
1, pois não houve solicitação de remoção deste último.
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Figura 5: Evento 1A – Soft / Softer Handover.
Já no exemplo abaixo ilustrado na Figura 6, nota-se que o nível de sinal dos setores 1 e 5 começam a
degradar e o sinal do setor 2 tem seu nível melhorado, gerando-se assim um evento 1C, reportado pelo
móvel na mensagem de RRC Measurement Report. Neste caso a solicitação do evento é para substituir o
canal 1 ou 5 na lista de Active set pelo canal 21.
Figura 6: Evento 1C – Soft/Softer Handover.
Os parâmetros e eventuais procedimentos para ajustes de Parametrização / Otimização são apresentados a seguir.
Limiar Relativo
Procedimento:
Ajuste os valores de 1A e 1B separadamente;
1A < 1B,o que torna mais difícil desconsiderar o RL, e evitar ping-pong de handover.
Tempo de disparo
Procedimento:
Cada evento pode ser ajustado;
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Normalmente, 1B > 1A,o que torna mais difícil desconsiderar o RL, e assim evitar ping-pong
handover.
Coeficiente de filtro de Layer 3
Procedimento:
Somente um valor para todas as medidas intra-frequency;
Sensível ao atraso do disparo do evento e ping-pong handover.
Limiar absoluto do soft handover
Procedimento:
Ajusta conforme especificação.
Inter-Frequency Hard Handover
São características básicas deste tipo de Handover:
A frequência de operação é alterada após o processo de completamento do handover.
O modo compressed é necessário para medição da portadora alvo;
Normalmente, a reinicialização de temporização é usada para hard handover.
Os eventos utilizados para o processo de Inter-Frequency Hard Handover são:
2d: A qualidade da frequência usada esta abaixo de certo nível.
2f: A qualidade da frequência usada esta acima de certo nível.
2a: muda pra melhor portadora;
2b: o valor estimado de qualidade da portadora utilizada é menor que certo limiar, e a qualidade da
portadora não utilizada é maior que o limiar;
2c: o valor estimado da qualidade de portadora não utilizada é maior que certo limiar;
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Figura 7: Fluxo de Sinalização – Inter-Frequency hard Handover
Inter-RAT Hard Handover
No Inter-RAT Hard Handover a frequência de operação é diferente após o Handover. O compressed
mode é necessário se o móvel tem um receptor.
Quando comparado ao Intra-frequency Hard Handover a probabilidade de sucesso é maior devido ao
balanceamento de cargas com diferentes frequências e pela possibilidade de uma configuração razoável
para hierarquia (prioridade) de células na rede. A desvantagem é que o compressed mode utiliza recursos
extras de rádio, além do aumento de tempo para realização do Handover, o que aumenta o risco de queda
de chamada. Esse método é utilizado em cenários com Prioridade de Células,Disconnected
Coverage e Load Handover.
O Inter-RAT Hard Handover pode ocorrer por diferentes tipos de medidas: CPICH RSCP e CPICH
Ec/No.
Os eventos compreendidos e definidos no protocolo 3GPP TS 25.331 para o Inter-RAT Hard
Handoversão:
2d: A qualidade da frequência usada esta abaixo de um certo nível.
2f: A qualidade da frequência usada esta acima de certo nível.
3a: A qualidade da frequência UTRAN usada esta abaixo de certo nível e a qualidade do sistema
GSM está acima de certo nível.
3c: A qualidade do outro sistema está acima de certo nível.
Basicamente os eventos 2d e 2f fazem parte do processo chamado Compressed Mode ou Modo
Comprimido. Compressed Mode é uma funcionalidade que habilita um móvel 3G a realizar medidas em
portadoras diferentes que estão alocadas em células ou setores vizinhos. É importante destacar que isso
vale também para tecnologias diferentes, ou seja, caso um móvel 3G se desloque para uma área GSM, ele
consegue avaliar a qualidade da célula GSM com a funcionalidade do modo comprimido. O móvel 3G
manterá na sua operação, uma lista de células vizinhas e de frequências passíveis de serem utilizadas em
um Handover.
Os eventos 3a e 3c destinam-se basicamente a IRAT por cobertura e por serviço. No IRAT por cobertura
a ideia principal e iniciar o processo onde a qualidade de sinal do sistema UMTS já está ruim e onde a
uma boa qualidade do sistema GSM para que a chamada seja “transferida” sem problemas. Já no IRAT
por serviço a preocupação não é com a qualidade do sinal UMTS e sim em “transferir” o mais rápido
possível, isto é, logo após a aquisição do sinal UMTS a chamada para o sistema GSM.
Em ambos os eventos 3a e 3c é necessário que seja realizado os eventos 2d e 2f para que medidas do
outro sistema, neste caso o GSM, seja realizadas pelo móvel e reportadas a RNC para que decisão seja
tomada.
Os parâmetros e eventuais procedimentos para ajustes de Parametrização / Otimização são apresentados a
seguir.
Parâmetros de cobertura de handover Inter-frequency
Procedimentos:
Relatório de Medidas Inter-frequency: reporte periódico ou reporte eventual;
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Valores Inter-frequency medidos: CPICH Ec/No ou CPICH RSCP;
Coeficiente de filtro de Layer 3 de medida Inter-frequency, delay trigger time e histerese;
Limiar de início e fim Inter-frequency: considerando as diferentes características dos CPICH
Ec/No e CPICH RSCP para domínios PS e CS, os diferentes parâmetros 2D e 2F são
configurados;
Handover Inter-frequency baseado em cobertura: o limiar de qualidade da célula alvo;
Usando o limiar de qualidade de portadora em Hard Handover Interfrequency;
O limiar de acesso mínimo para Handover Inter-Frequency.
Parâmetros de Handover Inter-frequency causados por falta de cobertura
Procedimentos:
Coeficiente de filtro Camada 3 de medida Inter-frequency, delay trigger time e hysteresis
Inter-frequency handover baseado em falta de cobertura
Figura 8: Fluxo de Sinalização – Inter-RAT CS hard Handover
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Redes 3G: Considerações finais
O Handover é um dos mais relevantes processos na telefonia móvel. Para que o mesmo seja realizado de
forma imperceptível ao usuário o processo entre a célula de cobertura de origem e a célula destino deve
ter toda sua parametrização e otimização conforme a realidade da rede avaliada.
Os vários tipos de Handover apresentam vantagens e desvantagens, cabe ao Engenheiro de RF saber
aproveitar as vantagens do método utilizado e minimizar os problemas desse mesmo. A
parametrização/otimização serve para tal, minimizar ou até mesmo sanar as degradações motivadas por
Falha de Handover e Congestionamento presentes na rede.
Referências
3GPP, Technical Specification Group RAN, 3GPP TS 25.331 Radio Resource Control (RRC); Protocol
specification (Release 10). Junho, 2012. Disponível em:
http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25331.htm
R. KREHER and T. RUDEBUSCH. UMTS SIGNALLING: UMTS Interfaces, Protocols, Message Flows
and Procedures Analyzes and Explained. John Wiley & Sons, Ltd. Second Edition.
Acesso em: 09/08/2012.
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Redes 3G: Teste seu entendimento
1. O processo de Handover entre diferentes tecnologias é chamado de:
Soft- Handover
Inter-System Hard Handover
Intra-Frequency Hard Handover
Inter-Frequency Hard Handover
2. O processo de Handover no qual o é possível vários números de RLs no Active Set após o
Handover ocorre no:
Soft-Handover
Inter-System Hard Handover
Intra-Frequency Hard Handover
Inter-Frequency Hard Handover
3. No Inter-System Hard Handover existem Reporte de Eventos para iniciar e parar medidas GSM.
Esses eventos são respectivamente:
2A e 2C.
2A e 2D.
2A e 2F.
2D e 2F.
4. Ainda no Inter-System Hard Handover, existem Eventos de disparo por cobertura ou por falta
de cobertura. Esses eventos são respectivamente:
3A e 3B.
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3B e 3C.
3A e 3C.
3B e 3D.
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