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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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Gestion de la mobilit dans les rseaux radiomobiles
Dr. Mohamed Tahar MISSAOUI
SupCom 2015/2016INDP2
112/17/2015 [email protected]
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Gestion de la mobilit dans les
rseaux radio mobiles 2G
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Architecture dun rseau GSM
BSC
BSC
MSC
HLR
VLRRTCP
AuC
BT
S
BT
S
BTS
BTS
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Communication FixeMobile
VLR
GMSC
MSC/VLR
CAA
MSISDN
HLR
MSRN: Mobile Station Roaming NumberIMSI: International Mobile Subscriber NumberMSISDN: MS ISDN NumberTMSI: Temporary Mobile Subscriber Number
IMSI=MCC+MNC+H1H2+SNMSISDN=CC+NDC+SNMSRN=CC+NDC+@MSCSN= ladresse de lMSC
TMSI IMSI
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Identification dun Abonn GSM
IMSI MS - ISDN
( International Mobile Subscriber Identity )
International IdentityNature
(Mobile Station - Integrated Service Digital Networkn )
MCC MNCMSIN
H1 H2 x x x ........ x x x
Mobile
CountryCode
Mobile
National
Code
Mobile Subscriber Identity Number
including H1 H2 = N of physical HLR
Format
Nbre de digites
Examples
Caratristiques
3 2 max 10
605
605 02
03
enregistr dans le SIM et lAuC
CC NDCSN
M1 M2 x x x x x x x x
Country
Code
National
Code*Destination
Subscriber Number
( national identity )
including M1 M2 identifying the logical HLR
(ZAB) (PQ)
1 to 3 2 to 4
9x Tunisie Tlcom2x Tunisiana
98/ 97
96 / 95
HLR 1
HLR2
Associ un IMSI dans le HLR
01 xx xx xx xx (TT HL1)
02xx xx xx xx (TT HL2)
?
Tunisie
Tunisie
T. Tlcom
Tunisiana
total up to 15
* instead of identifying a geographic area, the NDC identifies an OPERATOR:
( national identity )NMSI
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Problmatiques
La mobilit des terminaux dans les rseaux radio mobilespose les problmatiques suivantes:
1. Au sens rseau: Problme de localisation et recherche des mobiles (ex. lors des
communications entrantes)
2. Au sens radio :
Procdures de handovers intercellulaires Mcanisme de slction/rselection
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Gestion de la mobilit au sens Rseau
La gestion de la localisation est base sur deuxmcanismes fondamentaux:
1. Localisation et mise jour de localisation: le systme doitconnatre tout instant la position ou bien la zone de holding
de chaque mobile.
2. Recherche dabonn: lors dune demande de connexion par lerseau (ex. appel entrant) le systme doit retrouver le mobilerapidement
On doit raliser un compromis entre les deux procdures
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Gestion de la mobilit au sens Rseau
Rseau sans localisation (premiers systmes):
Lors dun appel entrant le rseau doit mettre un messagede recherche paging dans tout le rseau
Problmes Congestion des liens de signalisation (DL) de chaque cellule
temps dtablissement des connexions lev
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Gestion de la mobilit au sens Rseau
Rseau avec localisation exacte (par cellule) de chaque mobile attach aurseau Lors dun appel entrant le rseau connat exactement la cellule de sjour du
mobile
Avantage: temps dtablissement des connexions rduit (pas derecherche)
Inconvnient: besoin des mises jour de localisation des mobiles chaque changement de cellule (slection/rsection)
congestion des liens de signalisation des cellules saturation des ressources des processeurs responsables de la gestion des bases de
localisation
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Gestion de la mobilit au sens Rseau
Rseau avec zone de localisation Cette mthode est un compromis entre les deux premires mthodes
prcites.
Une zone de localisation comporte plusieurs cellules (la taille
de la zone de localisation est dtermine en fonction du traficoffert, taux darrive, taux de SMS,.. )
Chaque mobile est localis chaque instant par zone delocalisation
La procdure de mise jour de localisation est dclenche chaque transition entre deux zones de localisation => moinsde flux de signalisation
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Gestion de la mobilit au sens RseauMise jour de localisation par zone
Les cellules relevant dune mme zone delocalisation diffusent en permanence lidentit de lazone LAC: Location Area Code
Les mobiles en tat de veille coutent les informationsdiffuses par le rseau et enregistrent le numro de lazone de localisation
Si ce numro est chang le mobile dclanche uneprocdure de mise jour de localisation
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Gestion de la mobilit au sens Rseau
Procdure de mise jour location1. Sur changement de LAC
2. Priodique
3. Suite dettach/attach dans deux zones diffrentes
Mise jour de localisation intra_VLR Mise jour de localisation sous le mme MSC/VLR
Mise jour de localisation inter_VLR
Transition entre deux zones de localisation couvertes par deuxMSC/VLR diffrents.
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Gestion de la mobilit au sens RseauProcdure de recherche dans le rseau GSM
Base de Donnes Nominale : HLR (Homelocation Register)
En plus des informations relatives labonnement dunusager (abonn) cette base contient ladresse du VLRou ledit abonn est localis
La recherche dun abonn commence par
linterrogation de la base HLR
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Gestion de la mobilit au sens RseauProcdure de recherche dans le rseau GSM
Base de Donnes des visiteurs : VLR (Visitor Location Register)
Typiquement dans le rseau GSM avec chaque MSC il y a unVLR
La base VLR stocke pour chaque mobile : Lidentit IMSI
Lidentit TMSI
LAC: code de la zone de localisation o il est enregistr,
Suite linterrogation du VLR, lMSC envoie un message derecherche dans toutes les cellules relevant de la zone de
localisation identidie dans le VL
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Gestion de la mobilit au sens Radio
De point de vue radio, il y a deuxmcanismes:
1. Mobilit en tat de veille (Idle mode) :
mcanisme de slection/rselection
2. Mobilit en tant ddi (Dedicated Mode):Handover
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)
1. En tat de veille le mobile mesure le niveau de lapuissance reue (Rxlev) de sa cellule dcoute(courante) et des cellules avoisinantes
2. Si C1(k) > C1(0)+CellReslectHysteresis
3. Le mobile se met lcoute de la nouvelle cellule (k) Si le LACde la cellule (k) est diffrent du LACde la cellule
(0) le mobile dclanche une mise jour de localisation
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)
Slection : Un mobile slectionne que les cellules o :
C1=A-Max(B,0)>0
Avec: A= RxLev- RxLev_access_Min B=MS_TxPwrMaxCCH - P
RxLev: puissance reue mesure par le MS RxLev_access_Min: puissance minimale ncessaire pour accder la
cellule (diffus sur le canal BCCH) MS_TxPwrMaxCCH: puissance maximale que peut utiliser un MS pour
accder au canal RACH (diffus sur le canal BCCH) Valeurs par dfaut:
33 dBm (900) 30 dBm (1800)
P: puissance du mobile selon son classe MS classe 4 : 33 dBm MS classe 5 : 29 dBm
Ajustement de RxLev_access_Min pour Load Balancing (hot sopt)
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)
C1(Cell_1)0
Cellule Cell_1Cellule Cell_2
C1(Cell_2)>0
C1(Cell_1)> C1(Cell_2) C1(Cell_1) < C1(Cell_2)
Slection/r-slection de la cellule qui offre le max (C1)
Critres de slection/r-slection phase 1:
C1(Cell_2)
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)
Critres de r-slection phase 2: Soit T le temps durant lequel le MS reoit correctement une cellule
avoisinante (neighboring cell among the 6 best cells)
Si T
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)
Utilit de : TemporaryOffset
Pour un MS ayant une grande vitesse, il passerait par la microcellule avec unegrande probabilit davoir TpenaltyTime il aura beaucoup plus de chance de seconnecter la cellule micro
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)
Utilit de : CellReslectOffset
Permet par exemple de favoriser la bande 1800 sur la
bande 900
Utilit de : CellReslectHysteresis Une cellule X est slectionne et la cellule Y est abandonne ssi:
C1(X)>C1(Y)+CellReslectHysteresis (phase 1)
C2(X)>C2(Y)+CellReslectHysteresis (phase 2)
Permet dviter le phnomne de Ping-pong (surtout entredeux zones de localisation)
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de Handover en GSM
Handover: changement de canal au cours dunecommunication:
I. Handover intracellulaire : Au sien de la mme cellule (ex. Pb deRXQUAL)
II. Handover intercellulaire : Entre deux cellules
1. HO IntraBSC: entre deux cellules pilotes par un mme BSC
2. HO InterBSC: entre deux cellules pilotes par deux BSC diffrents
3. HO InterMSC : entre deux cellules pilotes par deux BSCs chacunconnect un MSC diffrent
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de Handover en GSM
Etape 1: Dcision de dclanchement dun HO:
Un Ho est dclanch sur plusieurs vnements dontprincipalement:
1. Ho sur niveau : lorsque le niveau de la stationserveuse devient < seuil: RXLEV_XXseuil (RxQual>3) RXQUAL_XX>L_RXQUAL_XX_H (XX=DL ou UL)
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de Handover en GSM
Dcision de dclanchement dun HO (suite)
3. Ho sur distance : lorsque le mobile sloigne dune certaine distancede la cellule MS_BTS> MAX_MS_RANGE
4. Ho sur bilan de liaison PBGT(n)> HO_MARGIN(n) et PBGT(n)>0Avec :
PBGT(n)= [Min(MS_TX_PWR_MAX, P)-RXLEV_DL- PWR_C_D]-[Min(MS_TX_PWR_MAX, P)-RXLEV_NCELL(n)]
PWR_C_D=Puissance maximale permise sur DL - Puissance utilise
Dans la norme il y a dautres types de Ho : Ho sur trafic, HOsur SDCCH (Directed Retry),
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de Handover en GSM
Etape 2: Slection dune cellule daccueil (par leBSC)
Suite la dcision de dclanchement dun HO, le BSCslectionne une cellule daccueil en se basant sur :
1. les mesures de puissance effectues par le mobile surles cellules avoisinantes
2. La charge des meilleures cellules slectionnes
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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de Handover en GSM
Etape 3: Excution de Ho:1. Le BSC rserve et active un canal dans la cellule daccueil,
2. Le BSC envoie un ordre au mobile, qui est encore
connect la cellule (0), de basculer sa communicationsur le nouveau canal de la deuxime cellule,
3. Ds que le mobile russit se connecter la celluledaccueil, le BSC libre le canal qui a t utilis par lemobile dans la premire cellule.
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Gestion de la mobilit au sens Radio
Mobilit et Qos radio Rduction de la congestion cot radio
Equilibre et rpartition de charge entre : Les diffrentes bandes du rseau (900/1800)
Des cellules charges vers les cellules moins charges
Ajustement de paramtres de slection / r-slection et de Ho
Rduction du taux de coupure des communications et du taux dchecde Ho Minimiser les Handovers Inter_BSC,
raffectation des BTS aux BSC,
BSS uniforme dans la mme zone,
Vrifier la liste de voisinage
Ajuster les paramtres de dclanchement de HO
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Gestion de la mobility dans un
resaeu GPRS/EDGE
12/17/2015 [email protected] 28
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Architecture dun rseau GSM/GPRS
BSC
GMSC
MSC/VLR
SGSN
PTM-SC
EIR
HLR
AUC
GGSNIP-Backbone
Network
External
IP Network
External
X.25 Network
Gs
Gf
Gr
Traffic & Signaling
Signaling
BTS - Base Transceiver StationBSC - Base Station ControllerMSC - Mobile Switching CentreHLR - Home Location RegisterSGSN - Serving GPRS Support NodeGGSN - Gateway GPRS Support NodePTM-SC - Point-to-Multipoint Service Centre
Notebook & GPRS mobile
BTS
Gb
External
IP Network
Um
ISDN/
PSTN
Gn
Gi
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GPRS: Echange et ProcduresGPRS Attach (mme SGSN)
Attach Request
Update Location
Security functions
Attach Accept
MS BSS SGSN HLR GGSN
Securityfunctions
Update Location Ack
Insert Subscriber Data(IMSI, Subscriber data)
Insert Subscriber Data Ack
Attach Complete
Remarque: Le cryptage de data en GPRS est entre
MSSGSN, contrairement au GSM (MSBTS)
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GPRS: Echange et ProcduresActivation de PDP context
Suite un GPRS attach, un mobile peut demander un ouplusieurs PDP adresses (Packet Data Protocole address).
Chaque PDP adresse est dcrit par un PDP context:
Type de PDP (ex. IP) PDP adresse of MS (IP adresse, peut tre statique ou dynamique)
Qos class (min, max throughput demand)
Adresse du GGSN de service
Le PDP context est enregistr dans le MS, SGSN et
GGSN
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GPRS: Echange et ProcduresActivation de PDP context
Send Routing Info
for GPRS
Activate PDP Context Request
PDU Notification Request
Security Functions
Activate PDP context Accept
MS BSS SGSN HLR GGSN
Create PDP Context Request
Create PDP Context Response
PDP PDU
Send Routing Info
for GPRS Ack
PDU Notification Response
Request PDP Context Activation
PDP Context Activation Procedure
MS
request
GGSN
request
PDP Context activ sur demande de MS
PDP Context activ sur demande de rseau
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GPRS: Echange et ProcduresUpdate Location
Update PDP Context Request
( Identity old RA)
Routing Area Update Request
(Old)(New)
Cancel Location
Cancel Location Ack
Update Location Ack
Routing Area update Accept
Routing Area update Complete
GGSNMS BSS SGSN SGSN HLR
SGSN Context Request
SGSN Context Response
Security functions
SGSN Context Ack
Update PDP Context Response
Update Location
Insert Subscriber Data
Insert Subscriber Data Ack
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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GPRS: Echange et ProcduresSlection/r-slection
En GPRS pas de Handover slection/ rslection
En GPRS la procdure de slection r-slection est effectue par le MS et nonpas le BSS Procdure (slection/rselection par MS):
1. Suite une dtection dune dgradation de du lien radio (augmentation du taux deretransmission)
2. Le mobile cherche une autre cellule offrant un meilleur niveau du signal3. Interruption du TBF4. changement dtat packet tranfert ltat packet idle)
5. Slection de la nouvelle cellule et lecture de son systme dinformation6. Passe en tat de packet tranfert sur la nouvelle cellule et tablissement dun
nouveau TBF
Problme: Slection sur niveau de puissance problme de rparation decharge entre les cellules
Solution: Network Controlled Cell Reselection
NCO : Network Control Order
NCO= 0 : le MS contrle la r-slection sans envoi de rapport de mesuresNCO=1 : le MS contrle la r-slection avec envoi de rapport de mesuresNCO=2 : le rseau contrle la r-slection avec envoi de rapport de mesures
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Gestion de la mobility 3G
12/17/2015 [email protected] 35
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Architecture dun Rseau UMTS (R99)
Server
WCDMA
RAN
GSM
BSC
HLR/VLR
SCP
MSC
GGSN
NN--ISDNISDN
IP NetworkIP NetworkSGSN
Mme CN pour le GSM/GPRS/EDGE et UMTSDeux sous systmes radio spars :BSS-GRAN (GSM) et UTRAN (UMTS)
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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WCDMA Handovers
Intra-Node B
Intra-RNC
Inter RNC (Serving/Drift)
SoftSoft handover :handover :
Same BTS, inter- sector
SofterSofter handoverhandover
Inter-frequency hand-off
Intra-frequency inter RNC (non Serving/Drift)
Intra-system
Hard handoverHard handover
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3G selection/reselection
Mesure Q:
Dtermine la qualit de la cellule
Utilis dans le calcule des paramtres S et R
Le critre S: Dtermine si le cellule est Suitable pour camping
du mobile
Critre R:
Dtermine le Rang Ranking de la cellule par raportau cellule serveuse et les cellules avoisinantes
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3G selection/reselection
Definition de critere Suitable:Srxlev>0 et Squal>0
Avec
Srxlev=Qrexlevmeas Qrexlevmin-Pcompensation
Squal=Qqualmeas-Qqualmin
Pcompensation= max(UE_TX_PWR_Max_RACH-P_Max, 0)
P_Max=maximum de puissance TX du Mobile,
UE_TX_PWR_Max_RACH: maximum de puissance on PRACH
Qrxlevmin : Minimum CPICH RSCP de la cellule pour tre Suitable
Qqualmin: Minimum CPICH Ec/No pour que la cellule soit Suitable
Ranking: Rs=Qmeas,s + Qhysts (cellule serveuse) Rn=Qmeas,n Qoffsets,n (cellules avoisinantes)
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3G selection/reselection
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Squal ranked for
Treselection (s)
Has UE been al leastone second since
camping on serving cell
Meets all othersuitablilitycriteria?
ReselectNew Cell
Remain onServing Cell
No
No
No
Yes No No
Yes
Yes
No
Yes
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WCDMA Soft/Softer Handover
Soft Handover : moins de coupure decommunications
SoftHo: tablissement de lien avec la cellule cible avant la coupure avec la cellule
courante
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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WCDMA Soft/Softer Handover
T-Add
T-Drop
C1
C2
C1+C2
Eb
/N0
RNC2
CN
RNC1
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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WCDMA Soft/Softer Handover
Gain apport par le Soft Ho
Cot Mobile et Communication Soft Ho= un Gain de Macro diversit
Au niveau de SRNC = [Rc1(t), RC2(t)]
Cot rseau Rduction dinterfrence (Hard Ho gnre plus dinterfrence)
Perte apporte par le Soft Ho
Allocation de double ressources physique pour un seul UE
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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Paramtres et Procdures de Soft HO
Messages et signalisation utiliss en Soft HO
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Measurement Control:
envoy par la BTS (NodeB); il indique aux UE quest ce quils doiventmesurer et quand ils doivent remontrer au rseau les rapports demesures
Measurement report:
rapport de mesures effectues par le UE selon la demande du rseau etenvoyer au NodeB (priodiquement ou bien selon vnements spcifispar le rseau),
Active set Update:
mise a jour de la liste de cellules incluse dans le mcanisme deSoftHo
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3G Hard Handover
Inter-frequency HO:
Handover entre deux differentes porteuses 3G,
Un secteur 3G peut avoir jusqua 4 porteuses 3G (4 x 5MHz)
Inter-RAT HO: Handover vers diffrent access radio ( GSM/ LTE/CDMA200)
RNC to RNC HO
Uniquement dans le case ou il ny a pas dinterface Iur
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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Mesures HO: parametres devenements
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Event 1a : A primary CPICHenters the Reporting Range,
Event 1b : A primary CPICHleaves the Reporting Range,
Event 1c : A non activePrimary CPICH becomes
better than an active PrimaryCPICH
Event 1d : Change of best cell,
Event 1e : A Primary CPICHbecomes better than anabsolute threshold
Event 1f : A Primary CPICHbecomes worse than anabsolute threshold
Intra-Frequency Events
Event 2a : Change of bestfrequency,
Event 2b : the estimated qualityof the curently used frequencyis < threshold and estimatedquality of nonused frequency is> threshold,
Event 2c : the estimated qualityof a nonused frequency is >threshold,
Event 2d : The estimated qualityof the currently used frequencyis < threshold,
Event 2e: : the estimatedquality of a nonused frequencyis < threshold,
Event 2f: : the estimatedquality of a currently usedfrequency is > threshold,
Event 3a : The estimatedQuality of the current usedUTRAN frequency is threshold
Event 3b : The estimatedquality of the other system isbelow a certain threshold,
Event 3c : The estimatedquality of the other system isabove a certain threshold,
Event 3e : Change of best cellin the other system
Inter-Frequency Events Inter-RAT Events
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7/25/2019 Gestion de La Mobilite
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WCDMA Soft/Softer Handover
Recommandations pratiques:
1. Dfinition correcte de la liste de voisinage de chaque cellule Vrification de la liste par Drive test SCAN
2. Ajustement de paramtres de Soft_Ho (fentre de soft Ho ,
Hystrisis) Paramtrage systme en fonction des KPI observs
3. viter une sur-couverture (Overlapping) importante entre les cellules(pas de HCS avec la mme frquence!!)
4. Eviter une faible surcouverture entre les cellules risque de
coupure de lien radio avant tablissement du deuxime lien. Lors de la planification (choix de site, estimation de la rpartition de trafic,
paramtres radio)