23/02/2011

Gestion de la mobilit radio dans les rseaux cellulaires 2G 4GSami Tabbane1

SommaireI. Introduction II. Mobilit radio dans les rseaux GSM/GPRS III. Mobilit radio dans les rseaux UMTS IV. Mobilit radio en WiMAX2

Handover (1)Transfert automatique intercellulaire, handover ou handoff Se produit uniquement en cours de communication (i.e., en mode ddi). Ncessaire la mise en oeuvre du concept cellulaire. Objectifs : Garantir une qualit de service acceptable. Minimiser le niveau dinterfrences global. Principe gnral : Changement de(s) canal(canaux) frquentiel(s) et/ou de cellule. 4

I. Introduction3

Raisons du Handover La principale raison dexcution dun HO est le fait que linterface radio ne rpond plus aux critres dfinis pour le terminal et/ou le rseau. Les critres dexcution du HO dpendent principalement de la stratgie implante dans le systme : Qualit du Signal Niveau de trafic Mobilit usager5

Causes : Dplacements du mobile et/ou des lments environnants. Dgradation de la qualit du lien courant (interfrences).

Handover (2)

... ...< ^>

... ...< ^>

..

..

Station A

Station B

Station A

Station B

Avant le handover

Aprs le handover6

Droulement dun handover inter-cellulaire

1

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Fonctions du handoverpermettre le dplacement pendant une communication, viter la rupture du lien pour causes radio rescue handover , quilibrer le trafic entre cellules traffic handover , maintenir une qualit acceptable si arrive d'interfrants, optimiser l'utilisation des ressources radio, minimiser consommation d'nergie des mobiles et niveau dinterfrence global confinement handover .7

Complexit du handoverProcdure qui touche la fois des aspects radio et rseau. Niveau physique - liaison de donnes changement complet des caractristiques de la liaison radio, Niveau rseau changement du point daccs (la MS change de BTS/Node B et ventuellement de MSC/SGSN) : commutation/reroutage des liens dans le MSC/SGSN. 8

Questions rsoudre par la procdure de handover1. Quelles mesures et quelle(s) entit(s) pour les raliser puis les traiter ? 2. Quelles BTSs (connaissance de lenvironnement) ? 3. Quelle BTS cible ? 4. Quand dclencher le transfert ? 5. Stockage/retransmission/perte/ des donnes transmises lors du transfert ? 6. Lien utilis pour la signalisation lors du transfert ? 7. Entit responsable du choix de cellule cible ? 8. Gestion de la liaison physique (puissance, synchro., ) ? 9. Protocoles utiliser (e.g., Cellular IP, Mobile IP, ) ? 10. QoS avant et aprs ? 9 11.

Principe de base du handoverPendant la communication (usager ou signalisation) lien radio mesur et valu priodiquement. Situation anormale alarme. Alarme Choix dune cellule cible et/ou dun nouveau canal - si elle/il existe, alors handover, - sinon, la communication continue sur le mme canal et handovers tents priodiquement.10

Droulement du Handover (1)Diffrentes phases :Mesures (network discovery) et supervision du lien, Dtermination de la cellule cible et dclenchement, Excution (transfert effectif des liens).BSS MSCBSB-n BS A Qualit + Niveau de Champ Donnes BSB1

Droulement du Handover (2)Principales mesures ralises : RSSI, BER (cas des systmes numriques), distance mobile-station de base (grce lavance en temps pour les systmes TDMA). Paramtres diffuss par une station de base : identit de la station de base, frquences des canaux balise des stations de base voisines.11 12

BSS MSC

BSS MSCBS B-n

BSA ... Commutation

BS

BSA

Donnes BSBi

Bi

... Qualit + Niveau de Niveau de Champ + Champ Identits

Niveau de Champ + Identits Excution Ralisation des mesures et Choix de cellule cible Dclenchement

Ralisation des mesures et Choix de cellule cible

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Droulement du Handover (3)Slection des cellules candidates : Exemple du systme IS-95

Droulement du Handover (4)Mcanisme de dclenchement Les critres de dclenchement utilisent principalement trois variables de base qui sont : dure de la fentre de moyennage des mesures, niveau des seuils (seuil de puissance des signaux et seuil de qualit typiquement), marge dhystrsis.14

Le mobile gre la liste des BSs candidates (candidate set). Une BS y est incluse quand : la puissance du canal pilote passe au dessus dun seuil, le mobile, reoit lidentit de cette BS et reoit les signaux de cette BS avec une puissance suprieure au seuil, Une BS y est retire quand : si la temporisation associe cette BS expire, si le mobile ajoute une BS la liste et que la liste contient dj un nombre maximum de cellules, la BS dont la temporisation doit expirer le plus tt est retire de la liste.13

Critres de dclenchementPuissance relative des signaux Puissance relative des signaux avec utilisation dun seuil Puissance relative des signaux avec utilisation dun hystrsis Puissance relative des signaux avec hystrsis et seuils15

Types et contraintes de HOType de handover Fast HO Smooth HO Seamless HO Contraintes et Objectifs Minimisation du dlai (latence), Contrainte minimum sur le taux de perte paquets. Minimisation du taux de perte paquets, Rduction du dlai de transfert. Maintien des capacits de service, QoS et scurit. 16

Paramtres de mesures de performances dun HOTaux de perte paquets, Latence : temps coul entre la rception du dernier paquet mis par la BS de service et la rception du premier paquet mis par la BS cible. Probabilit de blocage HO, Dbit, Dure dinterruption : dure pendant laquelle le mobile nest connect aucun rseau. Taux de handover : nombre de HO par unit de temps.17

Latence du handover (1)1. Dtection : dure ncessaire pour trouver le nouveau rseau radio et recevoir les Router Advertisement (RA) de la part du nouveau routeur daccs. 2. Configuration dadresse : intervalle entre le moment o lquipement reoit le RA et lallocation de la Care-ofAddress (CoA) par le nouveau routeur. 3. Enregistrement rseau : dure entre la mise jour du HA et du nud correspondant et la rception des paquets de ce nud.18

3

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Latence du handover (2)

Procdure dexcution (1)Hard Handover

MSC BSC

MSC BSC

MSC BSC

... . .^ . ..

... . .^ . ..

... .^ . . ..

Avant

Pendant Circuit tabli (lien physique et logique)

Aprs Circuit non tabli

1 : dlai de dtection de HO 2 : dlai dacquisition et de configuration dadresse IP 3 : dlai denregistrement et de redirection de mdia.

Exemples : systmes cellulaires analogiques, GSM, IS-136, PDC.19 20

Procdure dexcution (2)Seamless Handover

Procdure dexcution (3)Soft Handover

BSC

MSC

MSC

BSC

MSC BSC

MSC

BSC

MSC BSC

MSC BSC

... .. . ^ .. Avant

... .. .< ^ > .. Pendant Circuit tabli (lien physique et logique) Aprs

... .. . ^ ..

... . . ^. .. Avant

... . . ^. .. Pendant Circuit tabli (lien physique et logique) Circuit non tabli Aprs

... .> . L_RXQUAL_XX_H (XX = DL ou UL) c) MS-BTS > MAX_MS_RANGE (Optionnel)38

d) Critre Bilan de liaison (optionnel) :PBGT(n)>HO_MARGIN(n) et PBGT(n)>0PBGT(n) = [Min(MS_TXPWR_MAX,P)-RXLEV_DL-PWR_C_D] [Min(MS_TXPWR_MAX(n), P) - RXLEV_NCELL(n)] -

Critre Bilan de liaisonGnralement :Min(MS_TXPWR_MAX,P) = Min(MS_TXPWR_MAX(n), P)

- RXLEV_NCELL(n) et RXLEV_DL moyenns. - PWR_C_D = puissance maximum permise sur DL - puissance utilise. - MS_TXPWR_MAX = puiss. max. autorise pour la MS sur un TCH. - MS_TXPWR_MAX(n) = puiss. max. autorise sur un TCH de BS n. - P = puissance maximale possible de la MS. - Assure qu'une MS est toujours en liaison avec la cellule avec laquelle l'affaiblissement du signal est minimum. - Favorise la migration des MS vers des cellules o elles peuvent mettre avec une puissance moindre (contribue diminuer le niveau d'interfrence).

Do : PBGT(n) = RXLEV_NCELL(n) - RXLEV_DL - PWR_C_D Ou, si le contrle de puissance nest pas activ dans la cellule de service : PBGT(n) = RXLEV_NCELL(n) - RXLEV_DL Cest--dire, si : RXLEV_NCELL(n) - RXLEV_DL > HO_Margin(n) Alors, HO de cellule courante vers cellule n40

39

HO Intra-cellulaire GSM (8) IntraRXQUAL

Rgions de HO en fonction de RXLEV et RXQUALL_RXLEV_XX_IHHO inter-cellulaire sur qualit HO intra-cellulaire sur qualit

RXLEV_XX > RXLEV_XX_IH et RXQUAL_XX > L_RXQUAL_XX_H (XX = DL ou UL) - Niveau de champ dans la cellule courante suffisant mais qualit de la liaison trop dgrade.

L_RXQUAL_XX_HHO intercellulaire sur niveau de champ Pas de HO sur qualit ou niveau de champ

41

L_RXLEV_XX_H

RXLEV

42

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Relation entre les seuils RXLEV de HORXLEV_Min L_RXLEV_XX_IH (intra)

Algorithme de choix de la cellule cible (effectu au BSC)Pendant la phase prliminaire, le BSC tabli une liste de cellules candidates (parmi les voisines) pour un handover. RXLEV_NCELL(n) > RXLEV_MIN(n) + Max(0, Pa) (1)

Sensibilit du rcepteur

L_RXLEV_XX_H 43 (inter)

o Pa = (MS_TXPWR_Max(n) - P) PBGT(n) - HO_MARGIN(n) > 0 (2) RXLEV_MIN(n) : niveau de champ min. pour l'accs la cellule n. Le BSS : - value (2) pour chaque cellule adjacente satisfaisant (1), - construit une liste ordonne de cellules en fonction de la valeur dcroissante de PBGT(n) - HO_MARGIN(n) (premire cellule = celle pour laquelle cette valeur est 44 maximum).

Mesures RadioEcoute et mesures des signaux sur les cellules voisines Le mobile effectue une mesure pour une cellule dj dcode (FCCH reu). Le mobile reoit linformation du SCH (FN + BSIC) sur la frquence BCCH de la cellule voisine. Le mobile dcode le BSIC de toutes les cellules voisines au moins une fois toutes les 10 secondes. Avant de raliser une mesure sur une cellule voisine, le mobile doit dcoder le FCCH au moins une fois.45

ProcessusMesures concernes Puissance courante MS Puissante courante BTS RXLEV RXQUAL RXLEV RXQUAL PBGT Distance MS-BTS Distance MS-BTS Processus impliqu (ordre de priorit) Contrle de puissance

Handover

Interruption de la communication

46

Handover intra-BSC intra... . ..< ^>

Handover inter-BSC inter... . ..< ^>

... ...< ^>

... ...< ^>

..

..

BTS 1 BSC MS Measurement report Measurement report Measurement report Measurement report Dclenchement du handover Channel activation

BTS 2

MS

..

..

MS

BSS A

MSC A

BSS B

MS

Dclenchement du handover Handover required

Handover request Handover request ACK

Channel activation ACK Handover Command Handover access Handover access Physical information Physical information SABM UA Channel release Channel release ACK Handover complete

Handover Command Handover Command Handover access Handover detection Handover complete Handover complete Clear command Clear complete Released Released complete47 48

Handover detection

8

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Exemple du DECT (1)Chaque MS scrute les canaux (slots) des bornes courante et voisines. Elle stocke les mesures de C/I et RSSI pour chaque canal et chaque borne. Si le signal d'une borne voisine, reu par un mobile, est suprieur celui de la borne courante d'au moins une certaine valeur (8 dB par exemple), alors un handover est dclench par le mobile. Le mobile envoie alors une demande de connexion la borne cible, sur le slot le moins interfr. Pendant la phase d'tablissement d'appel avec la borne cible, la MS garde le lien de trafic avec l'ancienne borne. Lorsque le handover est termin, le commutateur route les 49 donnes usager vers la nouvelle borne.RFP1

Exemple du DECT (2)Traffic Dummy Traffic Call Set-Up RFP2 CPP Dummy Traffic CPP : Cordless Portable Part RFP : Radio Fixed Part RFP2 RFP1 RFP2

1

2

CPP

RFP1

3

CPP

RFP1 Traffic (TS 2) Traffic (TS 2) Dummy (TS 2)

PP

RFP2 Dummy(TS 5) Call (TS 5) Traffic(TS 5)50

Objectifs

B. Contrle de puissance dans GSM51

Implantation dans la BTS ou le BSC en fonction des constructeurs. Sens montant : - 20 30 dB (en fonction de la classe du mobile), - Pas : 2 dB maximum toutes les 60 ms, - Minimum : 13 dBm (= 20 mW). Sens descendant (dpend du constructeur) : - Environ 30 dB, - Pas : 2 dB maximum toutes les 60 ms, - Minimum : 13 dBm (= 20 mW).

52

Mesures Mesures ralises par la MS : - RXLEV_DL, - RXQUAL_DL, Remontes dans le message Measurement Report. Mesures ralises par la BTS : - RXLEV_UL, - RXQUAL_UL.53

Paramtres L_RXLEV_XX_P (XX = DL ou UL) : seuil bas pour la puissance du signal reu, U_RXLEV_XX_P (XX = DL ou UL) : seuil haut pour la puissance du signal reu, L_RXQUAL_XX_P (XX = DL ou UL) : seuil bas pour la qualit du signal reu, U_RXQUAL_XX_P (XX = DL ou UL) : seuil haut pour la qualit du signal reu.54

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Critres Si RXLEV_XX < L_RXLEV_XX_P (XX = DL ou UL) pour au moins P1 valeurs sur N1, alors, augmenter XX_TXPWR, Si RXLEV_XX > U_RXLEV_XX_P (XX = DL ou UL) pour au moins P2 valeurs sur N2, alors, diminuer XX_TXPWR, Si RXQUAL_XX > L_RXQUAL_XX_P (XX = DL ou UL) pour au moins P3 valeurs sur N3, alors, augmenter XX_TXPWR, Si RXQUAL_XX < U_RXQUAL_XX_P (XX = DL ou UL) pour au moins P4 valeurs sur N4, alors, diminuer XX_TXPWR.

Actions enclenches pour le contrle de puissanceCas Phnomne (a) Niveau de champ dans la cellule courante infrieur au seuil (b) Qualit du signal dans la cellule courante infrieur au seuil (c) Niveau de champ dans la cellule courante suprieur au seuil (d) Qualit du signal dans la cellule courante suprieure au seuil55

Action Augmentation de puissance

Diminution de puissance56

Introduction (1)

C. Slection et reslection de cellules dans GSM57

Objectif : permettre la station mobile de choisir une cellule particulire du rseau pour : Enregistrer les informations diffuses par le rseau aux mobiles, Etre prte se connecter au rseau en cas de communication, Signaler ses mouvements au rseau. Ncessite lcoute permanente des stations de base voisines.58

Introduction (2)Informations diffuses par les BSs Mesures des signaux reus Choix dune station de base privilgie Slection : ralise uniquement la mise sous tension du mobile Reslection : ralise lors du dplacement du mobile, aprs une premire slection.59

ProcessusA la mise sous tension : Recherche des porteuses du systme : Scruter tous les canaux du systme, Utiliser une liste tablie lors de la dernire phase d'activit, Slection de porteuses parmi les plus puissantes, Recueil des informations diffuses : tat des cellules, paramtres daccs, localisation, liste des cellules voisines, synchronisation, emplacement des canaux en frquence et en temps, ... Enregistrement (IMSI Attach) ou Mise jour de localisation (Location Update) dans la zone de localisation de la cellule choisie. 60

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Processus (2)En cours de dplacement : Si la cellule n'est plus reue, reslection d'une meilleure cellule, Si rception dun message de recherche (paging), demande dtablissement de connexion avec le rseau, Si la zone de localisation a chang, mise--jour de localisation, Si plus aucune cellule du rseau slectionn n'est reue, un nouveau rseau est slectionn.61

Paramtres utiliss (1)Les plus couramment utiliss : Niveau du signal reu sur le canal balise. Etat de la cellule : certaines cellules peuvent tre interdites laccs pour diffrentes raisons (saturation des ressources, panne dun lien ou dun metteur/rcepteur de la cellule, ...), Identit du rseau : dans le cas o plusieurs rseaux couvrent la zone o se trouve la station de base, Zone gographique : dans le cas o des abonnements par rgion sont possibles. Des paramtres de type temporisation peuvent galement tre utiliss62

Processus dcoute des canauxPour slectionner une cellule, une MS doit couter les canaux de diffusion de cette cellule pour pouvoir : a) Recevoir les informations du systme provenant du rseau (synchronisation, position des canaux, paramtres d'accs la cellule, liste des cellules voisines, etc...) b) Recevoir les messages de paging de la part du rseau (cas d'un appel entrant), c) Engendrer des tablissements d'appels (appels sortants ou mise--jour de localisation).63

Contraintes pour la slection d'une cellule(i) Faire partie du rseau slectionn. (ii) Ne pas tre interdite laccs (barred). (iii) Ne pas se trouver dans une zone de localisation ou dans une cellule interdites. (iv) Affaiblissement radio entre MS et BTS infrieur un seuil. Aprs le choix d'une cellule, la MS cherche rgulirement s'il n'y a pas de meilleure cellule. Si oui, celle-ci est slectionne.64

Mesures effectues pour la reslection de cellule - La MS coute le niveau du signal reu sur le canal de diffusion (BCCH). - Elle moyenne ce niveau pour chaque cellule reue (cellules de service et voisines) sur une priode de 3-5 secondes typiquement. - Elle dcode toutes les donnes du BCCH de la cellule de service au moins une fois toutes les 30 secondes. - Elle dcode les BCCH des 6 cellules voisines les plus puissantes au moins une fois toutes les 5 minutes.65

Paramtres pour la slection/reslection de cellule (1)La MS utilise le paramtre du critre d'affaiblissement de propagation C1 pour dterminer la cellule convenable slectionner. C1 = A - Max(B,0) A = Niveau de signal reu - RXLEV_ACCESS_MIN. B = MS_TXPWR_MAX_CCH - P MS_TXPWR_MAX_CCH : niveau de puissance maximum que la MS peut utiliser lors de l'accs au systme. Critre d'affaiblissement satisfait si C1 > 0.66

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Paramtres pour la slection/reslection de cellule (2)C2 utilis pour les rseaux multi-couches pour discriminer les mobiles rapides des mobiles lents : C2 = C1 + CELL_RESELECT_OFFSET TEMPORARY OFFSET si T < PENALTY_TIME C2 = C1 + CELL_RESELECT_OFFSET sinon T : timer, dmarre 0 quand la cellule (i) est place dans la liste des porteuses les plus puissantes. T remis 0 quand i n'est plus dans la liste. T expire aprs PENALTY_TIME. MS rapide Franchit la frontire de la cellule avant PENALTY_TIME

Paramtres pour la slection/reslection de cellule (3) CELL_RESELECT_OFFSET : utilis pour la cellule considre. TEMPORARY_OFFSET s'applique C2 pendant la dure PENALTY_TIME aprs dmarrage de T. PENALTY_TIME : la dure pendant laquelle TEMPORARY_OFFSET s'applique. CELL_RESELECT_OFFSET, TEMPORARY_OFFSET et PENALTY_TIME : paramtres diffuss sur le BCCH de la cellule.67 68

Paramtres pour la slection/reslection de cellule (4)CELL_RESELECT_OFFSET

Utilisation de C1 ou C2 Chaque cellule diffuse sur le BCCH les informations ncessaires au calcul de C1 et C2. CELL_RESELECT_PARAM_IND est diffus sur le BCCH, il indique au mobile le critre (C1 ou C2) utiliser dans la cellule.69 70

C2TEMPORARY_OFFSET

C1

T

Dclenchement dune reslectionProcessus de reslection dclench si l'un des vnements suivants est vrifi pendant plus de 5 secondes : (i) C1 indique un affaiblissement trop important. (ii) Echec de signalisation sur DL. (iii) Cellule slectionne devenue interdite ("barred"). (iv) Il existe une meilleure cellule (relativement au paramtre C2). (v) Tentative d'accs alatoire toujours inefficace aprs plus de "Max retrans" retransmissions. 71

D. Transfert interinter-cellulaire dans GPRS72

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Rappel des modes GPRSReady

Handover dans GPRS (1) Pas de handover en mode PS comme dans le mode CS. Mode IDLE, pour initier un GPRS Attach : - Si cellule slectionne supporte le GPRS, pas de reslection, - Sinon, reslection dune cellule supportant le GPRS. Mode GPRS Standby ou Ready : slection/reslection spcifiques GPRS.

Idle

Stand-by

Etat Idle : mobile non attach GPRS au rseau (non reconnu et donc non accessible). Etat Standby : mobile attach GPRS au rseau (peut tablir des contextes PDP). Etat Ready : mobile synchronis sur le rseau 73 (envoi/rception de PDP PDU).

74

Handover dans GPRS (2)3 modes de slection/reslection GPRS : Mode 0 : le mobile ralise les reslections de faon autonome, sans envoyer de reports de mesures au rseau. Mode 1 : le mobile ralise les reslections de faon autonome, il envoie les reports de mesures au rseau. Mode 2 : le mobile ne ralise pas de reslection, il envoie les reports de mesures au rseau qui contrle les reslections.75

Handover dans GPRS (3) Nouveaux critres de re-slection : C31 et C32 (complments aux critres de reslection GSM C1 et C2). Paramtres utiliss :

Paramtre

Equivalent GSM CS ou utilit

GPRS_RXLEV_ACCESS_Min RXLEV_ACCESS_MinGPRS_MS_TXPWR_MAX_CCH MS_TXPWR_MAX_CCH

GPRS_TEMPORARY_OFFSET TEMPORARY_OFFSET

GPRS_PENALTY_TIME HCS_THR GPRS_PRIORITY_CLASS RLA_P

PENALTY_TIME Priorits aux cellules en architecture multi-couches.Priorit aux cellules de service et voisine en architecture multi-couches et en mode 0. Received level average for PS service 76

Handover dans GPRS (4) C1 idem GSM avec :A = RLA_P - GPRS_RXLEV_ACCESS_MIN B = GPRS_MS_TXPWR_MAX_CCH P.

Handover dans GPRS (5) C31 : critre de puissance de signal. Cellule ayant la priorit la plus importante et satisfaisant le critre C32 slectionne. Si plus dune cellule a la priorit la plus leve, celle de valeur C32 la plus leve est choisie. Si aucune cellule ne satisfait le critre C31, celle pour laquelle la valeur de C32 est la plus leve est choisie. 78

77

13

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Handover dans GPRS (6)C31(s) = RLA_P(s) GPRS_HCS_THR(s) C31(n) =GPRS_PRIORITY_CLASS(s) GPRS_PRIORITY_CLASS(s)

Handover dans GPRS (7)C32(s) = C1(s) C32(n) =GPRS_PRIORITY_CLASS(s) GPRS_PRIORITY_CLASS(s)

GPRS_PRIORITY_CLASS(n)

=GPRS_PRIORITY_CLASS(n)

GPRS_PRIORITY_CLASS(n)

=GPRS_PRIORITY_CLASS(n)

T(n) C31(n) = RLA_P(n) GPRS_PENALT GPRS_HCS_THR(n) GPRS_TEMPORARY_OFFSET(n) Y_TIME T(n) >GPRS_PENALT Y_TIME

C31(n) = RLA_P(n) GPRS_HCS_THR(n)

T(n)

C32(n) = C1(n) +

C32(n) = C1(n) +GPRS_RESELECT_OFFSET(n) - GPRS_TEMPORARY_OFFSET(n)

GPRS_PENALTY GPRS_RESELECT_OFFSET(n) _TIME

C31(n) = RLA_P(n) GPRS_HCS_THR(n)

T(n) >GPRS_PENALTY _TIME

C32(n) = C1(n) + GPRS_RESELECT_OFFSET(n)

Cellules pour lesquelles C31(n) 0 : candidates pour la reslection. Elles sont classes sur la base de C32. 79 s : service n : neighbouring.

GPRS_RESELECT_OFFSET(n) : utilis pour viter les reslections de cellules de RACs diffrentes. Cellule pour laquelle C32 est maximum : meilleure cellule. 80

III. Mobilit Radio dans les rseaux UMTS81

A. Handover dans les Rseaux UMTS82

Architecture dun rseau UMTSCore Network UTRAN RNS RNC Iub Iub Node B Node B Node B...

Soft et Softer Handover Macrodiversit combinaison des signaux radio provenant de multiples antennes (jusqu 6 liens radio simultans) SRNC (Serving RNC) dcide de lajout/libration de connexions en fonction du rapport S/N remont par lUE. Softer HO : toutes les cellules contrles par le mme Node B Soft HO : sinon.83 84

Iu RNS Iur RNC

Iu

Iub

Iub

Uu..

Node B

UE

RNS : Radio Network Sub-system Iu ~ A Interface - Iub ~ Abis Interface UE : User Equipment RNC : Radio Network Controller Iur : Inter RNC interface (supporte le soft HO)

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Importance du HO Mauvais paramtrage : - Sur-consommation de ressources sur lUTRAN, - Rduction de capacit DL, - Brouillage par des cellules de puissance trop leve.85

Rappel : Etats RRC en UMTS (1)IdleCell_DCHCell_DCH : - canal ddi (DCH : Dedicated Channel) ( et ) lUE - UE connue au niveau cellule (cf. Active Set) - UE utilise les canaux de transport ddis et partags et une combinaison de ces canaux. Cell_FACH : - Pas de canal ddi lUE - LUE coute en permanence le FACH (Forward Access Channel) descendant - LUE dispose dun canal commun ou partag de transport sur le lien montant (e.g. RACH) - Localisation connue au niveau cellule. Cell_PCH (URA_PCH) : - Pas de canal ddi lUE - LUE coute un PCH sur un PICH associ - Pas dactivit sur le sens montant possible - Localisation connue au niveau URA. URA = UMTS Registration Area.

Cell_FACH

Cell_PCH

86

Rappel : Etats RRC en UMTS (2)Mode UTRA RRC ConnectHO GSM-UTRAN

Rappel : Etats RRC en UMTS (3)Idle

URA_PCH

Cell_PCH

Mode transfert GPRS

Mode connect GSM

Cell_DCHChangement vers le mode FACH aprs expiration du timer dinactivit (ex. 2 sec.)

Cell_DCHRelease/Establish RRC Connection

Cell_FACHRelease/ Cell Re-selection Initiation of Release/Establish a TBF RRC Connection

Release/ Establish RR Connection

Cell_FACHChangement vers le mode PCH aprs une priode dinactivit

UE camped on an UTRAN Cell

GPRS Packet Idle ModeUE camped on a GSM/GPRS cell

Cell_PCHEn pratique, ltat Cell_PCH peut ne pas tre implant dans lUE.87 88

Mode Idle

Processus de Handover 3 phases principales Phase de mesures Intra-frquence Inter-frquence Volume de trafic Qualit InterneMeasuremetnt criteria Measurement reports

Processus de mesures (1) Contrle des mesures par le RNC.Informations spcifiques au contrle des mesures : - Measurement identity number : rfrence utilise par lUTRAN lors de la modification des mesures et par le terminal pour la remonte des mesures. - Measurement command : pour ltablissement, la modification ou la libration, - Measurement type : type de mesure effectuer, parmi 7 types :o intra-frquence : sur les canaux physiques downlink de la frquence utilise, o inter-frquence : sur les canaux physiques downlink de frquences diffrentes de celle utilise, o inter-systme : canaux physiques diffrents de lUTRAN, o volume de trafic : sur le uplink (charge du buffer RLC pour chaque support radio par exemple), O qualit : BLER des canaux de transport downlink ou BER sur les canaux physiques downlink, o internes : situation ou puissance dmission du terminal, 90 o services de localisation (location services).

MEASUREMENT

Phase de dcision

DECISION

Algorith parameters Handover criteria

Changement de meilleure cellule. Changements dans le niveau de SIR. Changements du niveau dISCP. EXECUTION Report priodique.

Handover signalling Radio Resource Allocation

Phase dexcution Network Evaluated Handover (NEHO) Mobile Evaluated Handover (MEHO)89

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Processus de mesures (2) Signification ItemMeasurement objectsObjet que le terminal doit mesurer (pour le HO : information de cellule pour les mesures intrafrquence, inter-frquence ou inter-systme, pour le volume de trafic : identification du canal de transport)

Processus de mesures (3) Mode compress (1)CDMA transmission continue sur UL et rception continue sur DL 2 options de mesures sur une ou plusieurs autres porteuses : 1. Rception sur plusieurs porteuses la fois (ncessit de double rcepteur, complexit et cot plus importants), ou 2. Arrt dmission/rception sur certaines porteuses : mode compress.91 92

Measurement quantity Volume de mesures raliser Measurement reporting quantities Measurement reporting criteria Reporting mode Measurement validityVolume de mesures inclure dans le rapport de mesures Critre qui dclenche la remonte des mesures (priodique ou sur vnement particulier) Paramtre spcifiant si le terminal doit transmettre les rapports de mesures en mode RLC avec ou sans ACK Gestion des mesures quand le terminal change dtat RRC. Mesures pouvant tre libres au changement dtat ou maintenues aprs que ltat ait t modifi

Processus de mesures (4) Mode compress (2) Interruption de la transmission pendant 3 14 slots. Interruptions dfinies par deux Transmissions Gap Patterns rpts plusieurs fois : Transmission Gap Pattern Sequence (TGPS). A la fin du TGPS : mode compress dsactiv. Pendant le mode compress, rduction du temps de transmission pour librer ces espaces (gaps) : - rduction du facteur dtalement par 2, - poinonnage (rate matching), sur DL et pour de courtes priodes, - squencement au niveau des couches suprieures, non applicable aux services temps rel. 93

Processus de mesures (5) Mode compress (3)Impacts (1) : - performances du lien : donnes moins protges, PC et estimationde canal interrompus,

- performance systme : laugmentation de puissance pendant les trames compresses augmente le niveau dinterfrence, - couverture : puissance supplmentaire ncessaire pour activer le mode compress, donc couverture UL rduite.Dbit 2*R

Dbit R

Trame radio

Intervalle de temps libr pour les mesures sur des frquences diffrentes

94

Processus de mesures (6)Mode compress (4) Impacts (2) : - pas de matriel supplmentaire ncessaire, - seul mcanisme considr actuellement par le 3GPP pour la ralisation de mesures, - une partie du gain dentrelacement est perdue, - applicable uniquement si le mobile ne fonctionne pas pleine puissance et un facteur dtalement plus faible, - augmente le niveau dinterfrence.95

Remonte des mesuresInitie par le terminal. Message Measurement Report (identification et rsultats de mesures). Emis quand mobile dans ltat Cell_DCH ou Cell_FACH. Gestion de la macro-diversit : Ajout de rsultats de mesures intra-frquence aux messages suivants si envoys sur le RACH : RRC Connection Request, RRC Connection Re-establishment Request, Direct Transfer (tablissement dune connexion de signalisation), Cell Update (rponse un paging), Measurement Report (remonte du volume de trafic uplink). Le RNC dcide du dclenchement du handover sur la base des mesures du terminal.

96

16

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Gestion des ensembles de cellulesDeux ensembles de cellules sont grs au niveau du mobile : Active Set : Cellules impliques dans une situation de soft handover (toutes les cellules de cet ensemble sont connectes au mobile travers une ou plusieurs liaisons). Neighbour Set (Monitored Set) : Cellules mesures en permanence par le mobile mais pour lesquelles la valeur de Ec/I0 nest pas suffisante pour tre incluses dans lActive Set.97

Gestion des connexions RRC (1) Active Set Update : Met jour lActive Set du terminal enCell_DCH. Comporte 3 fonctions : ajout, suppression dun lien radio et ajout/suppression combins de plusieurs liens radio. Hard Handover : Hard handovers inter-frquence ou intra frquence du terminal en Cell_DCH. Permet de changer de mode de fonctionnement, FDD et TDD. Utilise pour les procdures suivantes : reconfiguration dun canal physique, tablissement, reconfiguration ou libration du support radio, reconfiguration dun canal de transport. Inter-system handover : HO inter-systme lorsque seuls les services circuits sont utiliss. Utilise dans les tats Cell_DCH et Cell_FACH.98

Inter-system cell reselection: Re-slections de cellules entre lUTRAN et un autre systme daccs radio (ex. GERAN). Utilise dans les tats Cell_PCH, URA_PCH et Cell_FACH. Cell Update : Localisation du terminal en Cell_FACH et Cell_PCH. Dclenche par exemple pour la re-slection dune cellule, lexpiration de la temporisation de mise-jour de localisation priodique, linitialisation dune transmission de donnes sur le uplink, URA update : Signale la localisation dun terminal au RNC pour un terminal en URA_PCH. Dclenche aprs reslection de cellule si la nouvelle cellule un identifiant dURA diffrent de celui du terminal ou lors de lexpiration de la temporisation URA Update.

Critres de dclenchement : - Si Pilot_Ec/I0 > Best_Pilot_Ec/I0 Reporting_range + Hysteresis_event1A pendant T et si la liste Active Set nest pas pleine, la cellule est ajoute la liste Active Set. Evnement appel Event1A ou Radio Link Addition . - Si Pilot_Ec/I0 < Best_Pilot_Ec/I0 Reporting_range + Hysteresis_event1B pendant T, la cellule est limine de la liste Active Set. Evnement appel Event1B ou Radio Link Removal . - Si la liste Active Set est pleine et que > Worst_Old_Pilot_Ec/I0 Best_candidate_Pilot_Ec/I0 pendant T, la cellule de plus faible Ec/I0 de la liste Active Set est remplace par la cellule de plus fort Ec/I0 de la liste Monitored Set. Evnement appel Event1C ou Combined Radio Link Addition and Removal .99

Paramtres : - Reporting_range : seuil de soft handover, - Hysteresis_event1A : hystrsis dajout dune cellule, - Hysteresis_event1B : hystrsis de suppression dune cellule, - Hysteresis_event1C : hystrsis de remplacement dune cellule, T : temporisation utilise avant de dclencher une action, - Best_Pilot_Ec/I0 : cellule de Ec/I0 pilote le plus puissant de la liste Active Set, - Worst_Old_Pilot_EC/I0 : cellule de Ec/I0 pilote le plus faible de la liste Active Set, - Best_candidate_Pilot_Ec/I0 : cellule de Ec/I0 pilote le plus lev de la liste Monitored Set. - Pilot_Ec/I0 : valeur de Ec/I0 pilote mesur et trait dune cellule donne. 101

Pilote de la cellule B

) 1( revodnaH ud tnemehcnelcd ed emht roglA revodnaH ud tnemehcnellcd ed emht rogllA revodnaH ud tnemehcne cd ed emht rog A revodnaH ud tnemehcne cd ed emht rog A revodnaH ud tnemehcnellcd ed emhtiiiiirogllA100

Gestion des connexions RRC (2)

Exemple de droulement du HandoverPilote de la cellule A T T T Reporting_range + Hysteresis_event1B Reporting_range - Hysteresis_event1A Hysteresis_event1C

) 2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( revodnaH ud tnemehcnellcd ed emht rogllA revodnaH ud tnemehcnellcd ed emhtiiiiiiiirogllA revodnaH ud tnemehcne cd ed emht rog A revodnaH ud tnemehcne cd ed emht rog A revodnaH ud tnemehcnellcd ed emht rogllA revodnaH ud tnemehcnellcd ed emht rogllA revodnaH ud tnemehcne cd ed emht rog A revodnaH ud tnemehcne cd ed emht rog A

Pilote de la cellule C Connexion la cellule A Connexion aux cellules A et B Ajout de la cellule B

t

Suppression de la cellule C Connexion aux cellules B et C

Remplacement de A par C

102

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Procdures de handover (1)Types : - Intra Node B avec changement de frquence/code sans changement de cellule, - Intra Node B avec changement de cellule, lintrieur du mme Node B, - Inter Node B et intra RNC (changement de Node B sans changement de RNC), - Inter Node B et inter RNC (changement de Node B et de RNC). - Inter systme (de lUTRAN vers GSM par exemple, ou vice-versa).

Procdures de handover (2)Procdure de HO inter-systmeUTRAN dtecte une dgradation de performances sur la porteuse Active le mode compress et les mesures GSM UTRAN vrifie les mesures sur la cellule GSM et dclenche le HO vers la cellule GSM

UTRAN

Mode compress activ

HO vers GSM

Mobile UE reporte les (UE) mesures

103

sur la porteuse utilise

UE reporte les mesures sur les cellules GSM

104

Procdures de handover (3)Handover inter-systme (de lUTRAN vers le GSM)

Procdures de handover (4)Handover aveugle (blind handover)

...

..

UE UTRAN MSC BCCH (SI) or DCCH (Measurement Control) DCCH/DCH : Measurement report "Resource Reservation"

GSM BSS

Aucune mesure du mobile sur la cellule GSM cible, choisie par lUTRAN dans la liste des voisines GERAN de faon autonome. Acclre la procdure mais se base sur des hypothses sur la qualit et lidentit de la cellule cible (do taux de succs de HO plus faible).105 106

"Resource Reservation ACK" & "Handover Command" DCCH/DCH : Inter-system HO Cmd GSM Handover Access

Procdure UE en veilleMise sous tension Slection du rseau Slection dune porteuse UMTS 1 cellule voisine meilleure que la cellule courante ?Non Oui

B. Slection/ Reslection de cellules en UMTS107

Recherche de nouvelles cellules intra et interfrquences Reslection de la cellule

Non

Dtection dune cellule avec un code dembrouillage valide ?Oui

Dcodage du BCHNon

Recherche dun nouveau rseau suivant des rgles de priorit prtablies Reslection du rseau et de la cellule

Cellule convenable ?Oui

Cellule de bonne qualit appartenant un PLMN de plus haute priorit trouve ?Non

Oui

Inscription domaine PS ou CS

Calage initial sur une cellule

Reslection de cellule et de rseau

108

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Slection du rseau LUE scanne tous les canaux RF des bandes UTRA. Pour chaque bande, lUE cherche la cellule la plus puissante et lidentit du rseau correspondant. Par exemple, la puissance (RSCP, Received Signal Code Power) du CPICH primaire doit tre suprieure ou gale -95 dBm (FDD) et -84 dBm (TDD) et le Ec/I0 doit tre suprieur -17 dB. Note : RSCP (niveau de champ) et qualit (Ec/N0) sont lis mais il peut arriver que le Ec/N0 soit dgrad tout en ayant un bon niveau de RSCP.109

Procdure de recherche de cellule (tat inactif) (1)Synchronisation trame et identification du groupe (parmi 64) SSC (Canal de synchronisation secondaire) Identification du code dembrouillage (parmi 8) CPICH (Canal pilote commun)

Synchronisation slot PSC (Canal de synchronisation primaire)

110

Procdure de recherche de cellule (tat inactif) (2)- Recherche du code de synchronisation primaire (SCH, de 256 chips), code non modul identique pour toutes les cellules. Le pic correspondant indique les limites du slot, - Recherche du pic le plus large sur le canal SCH secondaire (squence de 16 codes orthogonaux) parmi les 64 canaux SCH secondaires (qui indiquent 64 groupes de code dembrouillage diffrents), - Quand le code de synchronisation secondaire est dtect, recherche des codes dembrouillage primaires du groupe de codes dfini par le SCH. 111

Procdure de slection/reslection en UMTS (1) Critres de re-slection en UMTS bass sur les mesures radio. Si le changement de cellule implique un changement de technologie daccs radio, la connexion RRC est libre et lUE entre en mode idle. Si aucune cellule adquate nest trouve, lUE entre ventuellement en mode idle.112

Procdure de slection/reslection en UMTS (2)Slection de cellule en quittant le mode connect Retour mode idleMode connect UTRA RRC

Procdure de slection/reslection en UMTS (3)Toutes les cellules noffrent pas le mme service LUE slectionne une cellule convenable : 1) La cellule doit faire partie du rseau slectionn 2) La cellule ne doit pas tre interdite (barred) 3) La cellule ne doit pas faire partie dune zone de localisation interdite 4) La cellule doit satisfaire le critre radio S. Une cellule acceptable satisfait les critres (2) et (4). Seuls des appels durgence y sont possibles. 114

Camped normally

Pas de cellule convenable

Reslection initiale de cellulePas de cellule convenable Cellule convenable dans une techno radio diffrente113

Reslection de cellule

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Dfinition des paramtres de slectionSqual Srxlev Qqualmeas Qrxlevmeas Cell Selection Quality Value (dB), cellules FDD Cell Selection RX level value (dBm) Moyenne du CPICH Ec/N0 (dB) pour les cellules FDD CPICH RSCP (Received Signal Code Power, en dBm) pour les cellules FDD et P-CCPCH RSCP (dBm) pour les cellules TDD Niveau minimum de qualit (dB), FDD Niveau de champ minimum (dBm)

Slection (1)Critre de slection S satisfait si : Srxlev > 0 et Squal > 0 Srxlev > 0 O Squal = Qqualmeas Qqualmin Srxlev = Qrxlevmeas Qrxlevmin Pcompensation (cellules FDD) (cellules TDD)

Qqualmin Qrxlevmin

Pcompensation max(UE_TXPWR_MAX_RACH P_MAX, 0), dB UE_TXPWR_ Puissance maximum (dBm) utilisable par lUE lors MAX_RACH de laccs sur le RACH (donn dans le System Info.) P_Max Puissance RF maximum de lUE (dBm) 115

116

Paramtres de reslection (1)TOn = TEMP_OFFSETn*W(PENALTY_TIMEn Tn) Ln = 0 Si HCS_PRIOn = HCS_PRIOs Ln = 1 Sinon W(x) = 0 Pour x < 0 W(x) = 1 SinonTEMP_OFFSETn sapplique pendant PENALTY_TIMEn aprs armement du compteur Tn. TEMP_OFFSETn et PENALTY_TIMEn ne sont utiliss quen HCS.117

Paramtres de reslection (2)Tn dmarre quand : 1. Si HCS_PRIOn HCS_PRIOs et Qmeas,n > Qhcsn 2. Si HCS_PRIOn = HCS_PRIOs et (i) pour les cellules FDD de service et voisines la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH RSCP dans la cellule de service et Qmeas,n > Qmeas,s + Qoffset1s,n (ii) pour les cellules FDD de service et voisines la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH Ec/N0 dans la cellule de service et Qmeas,n > Qmeas,s + Qoffset2s,n (iii) pour toutes autres cellules de service et voisines : Qmeas,n > Qmeas,s + Qoffset1s,nSn Qmeas Cell Selection Quality Value (dB) pour la cellule voisine Qualit en moyenne du CPICH Ec/N0 ou RSCP (dB) pour les cellules FDD et P-CCPCH RSCP (dBm) pour les cellules TDD118

Paramtres de reslection (3)Qoffset1s,n : utilis pour les cellules TDD, GSM et FDD sur la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH RSCP. Qoffset2s,n : utilis pour les cellules FDD sur la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH Ec/N0. Qhyst1s : utilis pour les cellules TDD, GSM et FDD sur la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH RSCP. Qhyst2s : utilis pour les cellules TDD, GSM et FDD sur la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH Ec/N0. HCS_PRIOs ,HCS_PRIOn : priorit HCS (entre 0 et 7) utilis pour les cellules courante et voisines. Qhcss ,Qhcsn : seuils de qualit pour la reslection avec priorits en HCS. Qqualmin : niveau de qualit minimum (en dB), cellules FDD. Qrxlevmin : niveau de puissance minimum dans la cellule en dBm. PENALTY_TIMEn : dure pendant laquelle TEMPORARY_OFFSETn sapplique n.

Paramtres de reslection (4)TEMPORARY_OFFSET1n : appliqu aux critres H et R n pendant PENALTY_TIMEn. Utilis pour les cellules TDD, GSM et FDD quand la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH RSCP. TEMPORARY_OFFSET1n : appliqu aux critres H et R n pendant PENALTY_TIMEn. Utilis pour les cellules FDD quand la mesure de qualit pour la slection/reslection est le CPICH Ec/N0. TCRmax : dure pour lvaluation le nombre de reslection(s) autorises. NCR : nombre maximum de reslections. TCRmaxHyst : priode supplmentaire avant que lUE ralise des mesures faible mobilit. Treselection : valeur de la temporisation de reslection. SsearchHCS : limite infrieure de Srxlev dans la cellule courante en dessous de laquelle lUE doit faire des mesures dans toutes les cellules voisines.119 120

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Paramtres de reslection (5)SsearchRAT 1 - SsearchRAT k : seuil spcifique dans la cellule de service utilis dans les mesures inter-RAT. SHCS,RATm : seuil spcifique dans la cellule de service utilis dans les mesures inter-RAT. Sintrasearch : seuil (dB) pour les mesures intra-frquences et pour les mesures HCS. Sintersearch : seuil (dB) pour les mesures inter-frquences et pour les mesures HCS. Slimit,SearchRATm : limite en dB dans la cellule courante en dessus de laquelle lUE ne doit pas faire de mesures inter-RAT m .

Reslection (1)Critres de reslection de cellules pour les cellules intra-, inter-frquences et inter-RAT Critre H de seuil de qualit, utilis pour les structures HCS, pour le classement des cellules : Hs = Qmeas,S QhcsS Hn = Qmeas,n Qhcsn TOn*Ln Si HCS non utilis, H ne sapplique pas. Critre de classement des cellules R : Rs = Qmeas,S + Qhysts Rn = Qmeas,n Qoffsets,n TOn*(1 Ln)121 122

Reslection (2)Critre de slection S satisfait si : Srxlev > 0 et Squal > 0 Srxlev > 0 Srxlev > 0 (cellules FDD) (cellules TDD) (cellules GSM)

Reslection (3)LUE classe toutes les cellules qui satisfont S parmi : - Toutes les cellules ayant le HCS_PRIO (entre 0 et 7) le plus lev parmi les cellules satisfaisant H 0 - Toutes les cellules, sans considrer les niveaux de priorit HCS, si, pour aucune cellule H 0. Les cellules sont classes en fonction du critre R.123 124

O Squal = Qqualmeas Qqualmin Srxlev = Qrxlevmeas Qrxlevmin Pcompensation

Reslection (4)LUE reslectionne la nouvelle cellule si : - La nouvelle cellule est mieux classe que la cellule courante pendant Treselection - Plus dune seconde sest coule aprs que lUE ait camp sur la cellule de service courante.

Reslection inter-, intrainter- intrafrquences et inter-RAT interUne fois cale sur une cellule, lUE cherche de nouvelles cellules offrant une meilleure qualit. Reslection de cellules intra-frquences La nouvelle cellule slectionne utilise la mme frquence porteuse que la cellule de service. Ncessite des mesures intra-frquences. Reslection de cellules inter-frquences La nouvelle cellule slectionne utilise une frquence porteuse diffrente de celle de la cellule de service. Ncessite des mesures interfrquences. Reslection de cellules inter-RAT La nouvelle cellule slectionne utilise un rseau radio diffrent de celui de la cellule de service. Ncessite des mesures inter-systme.

125

126

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Principes

C. Contrle de puissance en UMTS127

Ajustement du niveau de puissance transmis la QoS requise (boucles interne et externe). Planification des diffrents services et de QoS en fonction de la charge radio. Adaptation de la puissance UL et DL en fonction de : - Service, - Distance, - Interfrences inter et intra cellulaires, - Environnement de propagation (multi-trajets).128

Types de contrle de puissance (1)Le Node B contrle la puissance de lUE sur le canal physique en fonction du seuil Mise jour du seuil ct UE Boucle interne Node B Mise jour du seuil ct Node B Boucle externe RNC

Types de contrle de puissance (2)Objectifs : - Lutter contre le near/far effect sur lUL, - Rduire linterfrence inter-cellulaire en DL, - Compenser les pertes de propagation (pathloss, mask effect, fast fading), - Augmenter la dure de vie de la batterie des UE. 1. Contrle de puissance en boucle ouverte (open loop power control) 2. Contrle de puissance en boucle ferme (closed loop power control) Boucle interne de contrle de puissance (inner loop power control) Boucle externe de contrle de puissance (outer loop power control). 130

Boucle UE externe

LUE contrle la puissance du Node B sur le canal physique courant en fonction du seuil

129

CP DL en boucle ouverteObjectifs : - Utilis pour dterminer la puissance initiale des canaux DL, - Se base sur les mesures de pathloss en DL, - Fonction implante dans lUE et dans lUTRAN.

Exemple dalgorithme :PTxInitial

=

R (Eb/N0)DL W (Eb/N0)CPICH

PtxTotal

R.(E b N 0 )DL CPICH _ Tx _ power .PtxTotal W (E b N 0 )CPICH dbit binaire usager, Eb/N0 planifi pour le service bearer concern, dbit chip, mesures de lUE, facteur dorthogonalit DL, puissance mesure la BTS et reporte au RNC. 131

Objectifs : - Dterminer la puissance de transmission initiale, - LUE tabli la puissance initiale pour le premier PRACH et pour le DPCCH avant dinitier le CP en boucle interne. Preamble_Initial_Power = CPICH_Tx_Power CPICH_RSCP + UL_interference + UL_required_CI UL_interference mesur au Node B et diffus sur le BCH Puissance DPCCH pour le CP UL en boucle interne : DPCCH_Initial_Power = DPCCH_Power_Offset CPICH_RSCP CPICH_RSCP mesur par lUE. DPCCH_Power_Offset calcul par le RNC et transmis lUE lors de la configuration du RB : DPCCH_Power_Offset = CPICH_Tx_Power + UL_interference + SIRDPCCH 10.log10(SFDPDCH) SIRDPCCH : SIR cible initial (dtermin au RNC), 132 SFDPDCH : facteur dtalement pour le DPDCH correspondant.

CP UL en boucle ouverte

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CP DL sur les canaux communs Dtermin par le rseau Le rapport entre les puissances utilises sur les diffrents canaux communs DL nest pas normalis.Canaux communs DL Niveau de puissance typique Note5-10% puissance max. BTS (20W). Relatif P_CPICH Relatif P_CPICH Relatif P_CPICH et au nbre dindicateurs de paging par trame Np = 72. Puissance dun AI (Acquisition Indicator) par rapport au P_CPICH. Relatif au P_CPICH et SF=256133

CP UL/DL boucle interne et externe CP boucle interne : bas sur linformation de retour couche 1. CP rapide utilis en UMTS pour les canaux ddis UL et DL. Commandes de CP mises jour 1500 Hz (soit 1 fois / 0,666 ms).

P_CPICH P-SCH, S-SCH P_CCPCH PICH AICH S_CCPCH PDSCH

30-33 dBm - 3 dB - 5 dB - 8 dB - 8 dB - 5 dB

RNCCP boucle externe UL SIR = f(BLER, BER) Mesures de SIR cible

Node B UESIR estim en fonction du SIR cible - Commandes CP UL134

CP boucle interne Contrle par lUE.

CP boucle externe DL - SIR = f(BLER, BER) Mesures de SIR cible - Commandes CP DL

CP UL boucle ferme Puissance(signal reu) / CIR cible (CP boucle externe UL). Performances fonction de la vitesse usager : - v < 30 km/h : pas de 1 dB (Algorithme 1), - 30 < v < 80 km/h : pas de 2 dB (Algorithme 1), - 80 < v : le CP ne peut suivre les changements de canal et ne gnre que du bruit (Algorithme 2). Algorithme 1 Commande de CP reue : +1 dB ou -1 dB. A chaque symbole est associ une valeur Wi.TPC_cmd = (W1, W2, , Wn, TPC1, TPC2, , TPCN) valeur +1 ou -1.

CP DL boucle ferme UE estime le SIR reu et le compare au SIR cible, partir des symboles pilotes du DL_DPCH. 2 modes CP DL : - DPC_MODE = 0 : contrle de puissance pour chaque slot, - DPC_MODE = 1 : contrle de puissance 1 slot sur 3. Diffrence de puissance pour diffrents canaux estime. Changements de puissance multiples du pas minimum (0,5 ou 1 dB).Tslot = 2560 chips

TL Tx pwr DL DPCH135

Algorithme 2 Permet dannuler le CP UL.

DPDCH

DPCCH

DPDCH

DPCCH

136

CP en boucle externe Dtermine le CIR cible pour le CP en boucle interne. Ralis pour chaque DCH relatif la mme connexion RRC. Frquence comprise en 10 et 100 Hz. Pendant un SHO : SIR cible gnr pour chaque cellule en SHO. Qualit estime en fonction des codes CRC. CP DL en boucle externe implant dans lUE : pour CPCH, la cible de qualit est le BER ou le BLER DPCCH. Valeur du CP DL de la boucle externe est contrle par le RNC : valeur envoye lUE dans un message RRC.137

Contrle de puissance en WCDMA Exemple de comportement de contrle de puissance en boucle interne : Avec des vitesses plus leves, le fading de Rayleigh est plus rapide et le contrle de puissance 1500 Hz peut tre insuffisant.138

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Processus de Handover (1)

VI. Handover en WiMAX mobile139

1. Association : permet dacqurir les paramtres des stations voisines 2. Dcision et dclenchement de HO 3. Synchronisation avec BS cible DL 4. Ranging 5. Network entry 6. Terminaison du contexte MS140

Processus de Handover (2)Initiation du handover : MS : envoie une liste de BSs cible la BS de service BS : envoie une liste de BSs voisines que la MS scanne, choix de cellule cible (en fonction de la QoS, capabilities MS) Rseau.141

Processus de Handover (3)

142

Procdure dassociation (1) dassociation Ralise pendant lintervalle de scanning dune BS voisine Association = acquisition et enregistrement des paramtres de ranging et de service Objectif : liste de voisines et cibles pour le handover143 144

Processus de Handover (4)

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Procdure dassociation (2) dassociation3 niveaux dassociation : Niveau 0 : Scan/Association sans coordination (accs alatoire) Niveau 1 : Association avec coordination (assistance par la BS de service, la MS envoie une liste de voisines pour association la SBS) Niveau 2 : Association assiste par le rseau (le rseau fournit une liste de voisines prdfinies)145

Procdure dassociation (3) dassociationExemple dAssociation de Niveau 1MS S-BSMOB-SCN_REQ (liste des voisines) MOB-SCN_RSP (paramtres pour lassociation avec chaque voisine)

N-BSChaque voisine fournit : - Transmission opportunity - Initial Ranging Codeset

146

Association assiste par la BSMSMOB_NBR-ADV MOB_SCN-REQ MOB_SCN-RSP Synchronisation avec N-BS1 PHY information Rsolution de contention RNG_RSP (success) RNG_REQ (Serving BSID, MS MAC address) RNG_RSP (success) Synchronisation avec N-BS2 PHY information Rsolution de contention RNG_RSP (success) RNG_REQ (Serving BSID, MS MAC address) RNG_RSP (success) MOB_ASC-REPORT147

S-BS

N-BS1

N-BS2

Procdure de Network Entry 1) Ngociation des paramtres de base 2) Authentification 3) Etablissement TEK 4) Enregistrement148

Handoff ou Handover 802.16e supporte 3 types de handover : Hard Handoff (HHO). Fast Base Station Switching (FBSS). Macro Diversity Handover (MDHO). Techniques doptimisation du HHO (rduction des dlais Couche 2 < 50 ms).149

Soft et Hard Handovers 802.16e supporte diffrents types de handover, du hard au soft HO. Hard handover (break-before-make) : le terminal nest connect qu une seule BS en mme temps. Moins complexe que les SHO mais temps de latence plus important. Conviennent aux services de donnes. Soft handover (make-before-break) : permettent au terminal de maintenir la connexion avec la BS jusqu ce quil soit raccord une nouvelle BS. Permet de rduire le temps de latence. Conviennent aux services de VoIP ou de jeux.150

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Schmas de HO IEEE802.16 Hard Handoff (dans le profil) Optimized Hard Handoff (dans le profil) Fast Base Station Selection (pas dans le profil) Macro diversity Handoff (pas dans le profil)151

Principes du FBSS (1)1. Active Set (liste de BS impliques dans le FBSS) : MS et BS. 2. Supervision des BSs de lActive Set par MS. 3. BS Anchor : une BS de lActive Set, en liaison avec MS (signalisation + trafic). 4. BS Switching (Transition Anchor BS autre BS) : pas de messages explicites transmis. 5. Mise jour de lAnchor BS par mesures de RSSI de la BS courante sur le canal CQI (Channel Quality Indicator).152

Principes du FBSS (2)Un HO FBSS dbute avec la dcision dune MS de recevoir ou mettre des donnes partir dune BS de lActive Set diffrente de lAnchor BS. MS scanne les BSs voisines et slectionne celles dont la puissance est suffisante pour tre incluses dans lActive Set. Remonte des mesures et mise jour de lActive Set par MS et BS. Slection (parmi les BSs de lActive Set) de lAnchor BS et envoi par MS sur le CQICH de la BS choisie (MS initiated HO request message). Information transmise simultanment toutes les BSs de lActive Set pouvant desservir le mobile.153

Principes du MDHO (1) MS et BSs supportant le MDHO : MS et BS ont un Active Set des BSs impliques dans un MDHO avec le MS. BS particulire est dfinie : Anchor BS. Situation normale : Active Set = 1. Pendant MDHO : mobile communiquant avec toutes les BSs de lActive Set sur des messages unicast UL et DL.154

Principes du MDHO (2)1. Si MS dcide dmettre ou recevoir des messages unicast de plusieurs BSs simultanment. MDHO 2. MDHO DL : 2 BSs assurent la synchronisation des donnes DL pour diversity combining la MS. 3. MDHO UL : transmission MS reue par plusieurs BSs avec selection diversity de linformation.155

FBSS et MDHO Fast Base Station Switching (FBSS): HO FBSS dbute avec la dcision pour une mobile de recevoir/mettre des donnes partir/vers une BS de service pouvant changer dans Diversity Set. Diversity Set : slection et mise jour par mesures des BSs voisines par le mobile. Slection/Mise jour de la BS de service (Anchor BS) par la mesure des niveaux de champs des BS du Diversity Set. Dcision Macro diversity handover (MDHO) : MDHO commence avec une dcision pour un mobile dmettre vers et de recevoir de multiple BSs au mme moment (id. soft handoff).156

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Principe du FBSS La MS possde un Diversity Set dans lequel elle choisi la BS de service (pas de HO : FBSS). Choix : Si CINR(BS) < H_Delete_Threshold : limination BS du Diversity Set Si CINR(BS) > H_Add_Threshold : ajout BS au Diversity Set travers Anchor BS.157

CQI (Channel Quality Indication) (Channel Indication) Utilis en OFDM/OFDMA, BS dtecte la qualit du canal UL, SS renvoie la qualit du lien DL (prambule de la trame) sur le canal CQI, BS utilise AMC (modulation et codage adaptatif) pour les sous-canaux.158

Hard Handover Inter sector HHO: dun secteur un autre dans la mme BS, Inter-BS HHO: dune BS une autre, Inter ASN handover: entre 2 sous-rseaux dans une mme zone de micro-mobilit, Inter Micro mobility zone handoff: MSS utilisant un IP Simple sera dconnecte et devra se reconnecter avec une nouvelle IP et un MSS avec une adresse Mobile IP pourra se baser sur un handover Mobile IP.159

Optimized Hard Handoff Evite la complexit du FBSS avec une dure de HO infrieure 50ms pour la mobilit totale. Dlais pour les donnes pouvant tre couverts par la mise en uvre de buffers dans les mobiles Latence du HHO 50 msec Pas de donnes transportes pendant le HO Pendant la coupure, les donnes sont stockes et retransmises aprs la phase de rtablissement160

Procdure OHH

MS

Procdure de dclenchement de HO et de ranging N-BS S-BS Target-BSMOB_MSHO-REQ HO notification HO notification MOB_HO-RSP MOB_HO-IND DL Synchronization parameters Processus de Ranging initial Rsolution de contention RNG_RSP (success) RNG_REQ (Serving BSID) RNG_RSP (success) HO notification-RSP Release Ranging Slot

161

162

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ConclusionsLe Handover est lvnement le plus critique lors dune communication mobile-rseau. Il conditionne : La qualit de service (coupures dappels et qualit de communication par exemple), La capacit du systme (minimisation des interfrences principalement). Loptimisation des paramtres de HO est essentielle pour garantir QoS et capacit.163

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