Serviciul de Handover în

rețelele UMTS

Chircu Florin - IISC

Introducere

Conceptul de telefonie celulară – 1947, Bell Laboratories, Statele Unite.

După peste 35 ani – pus în practică – prima reţea analogică (1G)

O reţea celulară – mai multe staţii de bază de joasă putere – care asigură o acoperire continuă a unei regiuni.

Arii dens populate – celule mai mici şi proiectare inteligentă a.î. conversaţia să continue fără întrerupere la deplasarea între celule.

- Principiul de “hadover” (“hand-off”) – procesul princare o conversaţie este transferată dintr-o celulă în alta.

UMTS

Universal Mobile Telecommunications Systems

sistem de telefonie mobilă 3G (Third Generation)

parte din familia IMT-2000 (UMTS, CDMA2000 si TD-SCDMA)

evoluţie în servicii şi în viteza de transfer de la a doua generaţie (2G) la a treia generaţie (3G)

Succesor al sistemului GSM si utilizat la dezvoltarea tehnologiei 4G

Arhitectura sistemului UMTS (1)

Arhitectura sistemului din punctul de vedere logico -functional are trei componente :

• UE (User Equipement) - terminal utilizatorului.• RAN (Radio Access Network) - reteaua de acces radio;• CN (Core Network) - reţeaua centrală, care se ocupă de

comutaţia şi rutarea spre reţelele externe;

În cazul sistemelor UMTS cu acces radio de tip WCDMA (Wide CDMA), se utilizează denumirea de UTRAN (UMTS Terrestrial RAN) sau UTRA

Arhitectura sistemului UMTS (2)

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)

Functii UTRAN: funcţii privind controlul accesului în sistem;

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

funcţii lagate de controlul şi managementul resurselor radio;

funcţii legate de serviciile difuzate.

funcţii de mobilitate;

Node B este o staţie de bază, ce comunică cu UE prin interfaţa WCDMA. RNC controlează resursele radio 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).

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

Procesul de handover - UMTS

Scopul procesului – asigurarea continuităţii servicilor de telefonie mobilă pentru utilizatori care se deplasează în cadrul celulelor componente ale unei infrastructuri celulare.

Handover – procesul de întrerupere a conexiunii existente şi de stabilire a unei noi conexiuni în noua celulă

In comparaţie cu GSM – UMTS trebuie să reducă în special nr de handover failure

Reţele de înaltă performanţă – celule mai mici (creşterea capacităţii) –handover-uri frecvente

Procesul de handover - UMTS

Algoritm eficient de handover presupune: Un management corespunzător al resurselor – protocolul RRC (Radio

Resource Control)

Localizarea utilizatorului

Funcţii ale RRC: Selecţia celulei

Măsurătorile efectuate de către UE

Relocarea SRNS+ului

Controlul purtătorilor radio, canalelor fizice şi de transort

Cea mai mare parte din funcţionalitatea protocolului RRC –implementată în RNC (Radio Network Controllers)

Realizarea procesului de handover este necesară în următoarele situaţii: viteza de deplasare a echipamentului utilizatorului este foarte

mare

echipamentului utilizatorului trece dintr-o celulă în alta, în timpul unui apel aflat în curs de desfăşurare

Aparitia fenomenului de interferenţă

Tipuri de handover - UMTS

Procesele de handover corespunzătoare

WCDMA pot fi clasificate în mai multe

categorii dar cele mai importante sunt:

Handover hard

Handover soft si softer

Handoverul hard

conexiunea este întreruptă înaintea realizării unei noi conexiuni radio între UE şi UTRAN

folosit în sistemele GSM

staţia mobilă efectuează handoverul în momentul în care puterea semnalului celulei vecine depăşeste puterea semnalului din celula curentă cu un anumit prag.

In UMTS este folosit pentru a schimba banda de frecvenţă dintre

UE si UTRAN

când este imposibilă realizarea proceselor de handover de tip soft sau softer

Problema principală: posibilitatea de blocare la conectarea in noua celulă

Handoverul soft şi softer

sunt tipurile de handover specifice

CDMA implementate în sistemele UMTS

reprezintă una dintre cele mai

importante caracteristici ale metodei de

acces WCDMA.

Au loc atunci când staţia mobilă se află în

zona de intersecţie dintre ariile de acoperire

corespunzătoare a două celule adiacente.

Handoverul soft şi softer

Handover Softer are loc în momentul în care o staţie de bază primeşte două semnale de la utilizator

din două sectoare adiacente pe care le deserveşte

Pe uplink – semnalele sunt trimise către acelaşi receptor Rake şi apoi combinate (tehnica combinării maximale)

Handover Soft Utilizatorul are două conexiuni simultane la partea de UTRAN a reţelei

Pe uplink – semnalele nu mai pot si combinate in statia de bază ci sunt trimise către RNC

In RNC - semnale sunt comparate cadru cu cadru şi cel mai bun candidat este ales după fiecare perioadă de întreţesere

Handoverul soft şi softer

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;

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.

Scenariu pentru studiul

handoverului Se consideră o reţea UMTS simplă alcătuită din două staţii mobile

două Noduri B şi un RNC care administrează resursele radio ale Nodurilor B

reţeaua centrală care conţine dispozitivele SGSN şi GGSN

cele două staţii mobile au o traiectorie în zigzag între două Noduri B

în timpul deplasării vor iniţia o legătură de date cu un server FTP

Puterea de transmisie a UE

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

Avantaj şi pentru celelalte staţii mobile care s-ar afla în apropiere, mai ales în ceea ce priveşte fenomenele de interferenţă care pot apărea

Modul de funcţionare a

algoritmului 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.

Handoverul soft vs hard

Handoverul soft a îmbunătăţit comunicaţia fără sudură (lipsa întreruperii

transmisiunii)

încărcarea redusă a reţelei.

elimină problema interferenţei specifică sistemului WCDMA.

aduce o îmbunătăţire a comunicaţiei între utilizatori

capacitate mai mare cu menţinerea aceleiaşi calităţi a serviciului,

oferă mai mult timp pentru a ajunge la Nodul B dorit

reduce probabilitatea de blocare

reduce probabilitatea de terminare bruscă a apelului.

Creşterea complexităţii

consumul de resurse suplimentare pentru legătura descendentă

Handoverul hard apare o întrerupere în timpul handover - scad şansele realizării

unui handover reuşit.

Handoverul soft vs hard

Bibliografie

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

prezentate/ 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