9 Sistemas celulares de terceira geração (3G), quarta geração (4G) e B4G

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1 Celulares e de Rádio Acesso - Comunicação Móvel Celular 9 Sistemas celulares de terceira geração (3G), quarta geração (4G) e B4G Agenda Redes 3G e 4G Introdução Evolução dos sistemas Elementos do sistema Referências de padronização Canalização Planejamento de frequências Planejamento de capacidade Cobertura Sistemas B4G Celulares e de Rádio Acesso 2 1

2 Introdução A respeito das redes celulares, desde os 80 s temos participado como usuários, engenheiros, técnicos desta evolução que tem adotado as denominações: 1G-> 2G ->2.5G -> 3G->3.5G -> 4G->5G. Mas o que tem nos oferecido esta evolução tecnologica? Maiores taxas de transmissão; Capacidades de convergência de informações no mundo IP; Maior cobertura, maior capacidade. Redes seguras; Telefones mais inteligentes, com baixo consumo, baixo custo. Celulares e de Rádio Acesso 3 Introdução Existem desafios técnicos para permitir as aplicações de demanda atual, dentre algumas: Streaming video por dispositivos móveis; Mobile Music; Jogos em tempo real; Noticias e acesso às redes sociais; Serviços de localização; Transmissão de texto, voz, vídeo em alta resolução, imagens em alta resolução e diversos formatos. Celulares e de Rádio Acesso 4 2

3 Introdução Celulares e de Rádio Acesso 5 Introdução Internet of Things Machine to Machine communications Celulares e de Rádio Acesso 6 3

4 Introdução O meio de comunicação sem fio traz vários desafios técnicos para diminuir os efeitos físicos de: Desvanecimento de canal; Situações de NLOS em ambientes urbanos; Uso de protocolos de redes cabeadas (TCP/IP) em redes sem fio; Segurança de informação; Roaming e handoff rápido e sem percepção do usuário; Sombras de cobertura, Interferência; Capacidade de backbone; Alta eficiência espectral; Variedade de requerimentos de QoS; Baixo consumo de energia. Celulares e de Rádio Acesso 7 Introdução FONTE: 2020 Vision for LTE Keith Mallinson, WiseHarbor June 20, A cada ano crescimento de tráfego de dados é de 100%. 3x Espectro: Novas faixas Faixas livres Rádio Cognitivo TDD Carrier Aggregation 6x Eficiência Espectral 256 QAM Redução de Interferência 3D MIMO Beamforming 64 elementos 56xDensidade da rede Redes Heterogêneas Melhorias no Backhaul Sinalização inter-celulas para gestão eficiente de recursos Celulares e de Rádio Acesso 8 4

5 Introdução Algumas das soluções técnicas atualmente disponíveis em redes 3G/4G são: Antenas Inteligentes; Antenas MIMO; Codificação robusta; Criptografia das informações; Transmissão por muitportadora (OFDM); Agregação de portadoras; Femtocells; Relay Nodes; Rádio por comutação de pacotes; Rádio Cognitivo; SON (Self Organizing Networks). Celulares e de Rádio Acesso 9 Padronização 3GPP Third Generation Partnership Project É a união de 6 organizações desenvolvedores de padrões de telecomunicações: ARIB ATIS CCSA ETSI TTA TTC Há 4 grupos de especificação técnica (TSG): Radio Access Networks (RAN); Service & Systems Aspects (SA); Core Network & Terminals (CT); GSM EDGE Radio Access Networks (GERAN). Celulares e de Rádio Acesso 10 5

6 Radio Network Planning Celulares e de Rádio Acesso 11 Padronização 3GPP p/ redes 3G Arquitetura de rede Define nós, interface aérea usada em WCDMA Arquitetura de camada de rádio. Fluxos de dados entre camadas, útil em tarefas de otimização de rede Procedimentos da Camada Física. Para planejamento de rede e otimização Define as características técnicas da UE Define as características de RF do Node B Define as medições requeridas pela UE e pela rede para permitir operações no modo Idle e Connected Define cenários de RF e parâmetros de simulação. Documentos adicionais Define a arquitetura de canalização Define RRC (Radio Resource Control) Conceitos para gestão de desempenho, a base para otimização continua Celulares e de Rádio Acesso 12 6

7 Evolução (Especificações) Release 99 WCDMA Release Mcps TDD Release 5 HSDPA Release 6 HSUPA Release 7 HSPA+ Release 8 LTE Release 9 Melhorias de LTE Release 10 LTE-A Release 11, 12, 13 Melhorias LTE Celulares e de Rádio Acesso 13 Evolução Fonte: Celulares e de Rádio Acesso 14 7

8 Evolução Alta taxa de transmissão QOS robusto (voz, dados e multimídia) Aplicações e serviços com base em IP Prover cobertura indoor Banda Larga Móvel para laptops e telefones Dispersão de frequência devido ao movimento Ruído Interferência Arquitetura Celular Codificação e Modulação Adaptativa Técnicas de Acesso Eficientes Equilíbrio no projeto / implementação / especificação Criptografia Transmissão confiável / Recepção num ambiente sem fio Alta eficiência espectral Variedade de requerimentos de QOS Mobilidade por meio de handover e roaming suave Consumo baixo de energia Segurança Robusta Adaptação para protocolos IP Sinal recebido em função da distância Sombreamento Variações em longa escala Interferência entre símbolos devida à dispersão temporal Reuso de Frequências Multiplexação espacial Fluxo de Tráfego, Perda de Pacotes, Jitter, Delay Autenticação Requerimentos de serviço Desafios Técnicos Celulares e de Rádio Acesso 15 Evolução Fonte: Celulares e de Rádio Acesso 16 8

9 Evolução Versão Ano Característica Fase GSM Fase GSM com codificação EFR Release GSM com canal de dados 14,4 kbps Release GSM e adição de GPRS Release GSM e uso de codificador AMR, EDGE, GPRS para 1900 MHz Release UMTS 3G com tecnologia CDMA, Interoperabilidade com GSM (Handoff, acesso) => IMT-2000 Release All-IP Release IMS e HSDPA Release Operação integrada com WLAN, adiciona HSUPA, MBMS, Push to talk over Cellular, GAN Release HSPA+ (Modulações de mais altos níveis e MIMO) Release 8 Dezembro 2008 LTE Release 9 Dezembro 2009 Melhorias no LTE e interoperabilidade com WIMAX e UMTS Release 10 Abril 2011 LTE Advanced => IMT-Advanced, CoMP, 4 portadoras HSDPA Release Interconexões avançadas de IP, CoMP, edl MIMO, eca, MIMO OTA, HSUPA TxD & 64QAM MIMO, HSDPA 8C & 4x4 MIMO, MB MSR Release Melhorias, interface com WLAN, M2M, Alta Eficiência de codificação de vídeo, etc Release 13 Em andamento Compartilhamento de RAN, melhorias de monitoramento, controle de congestão. Celulares e de Rádio Acesso 17 Evolução WCDMA - R99 (Voz e Dados) Funciona como uma espécie de overlay com a rede GSM Sistema projetado para coexistir com o GSM de forma transparente para o usuário. O GSM e UMTS passam a integrar uma única rede. Permite tráfego de voz com maior eficiência espectral que o GSM Proporciona serviços de dados com maior velocidade que o EDGE (cerca de 2x) Release 4 Suporte a mensagens multimídia. São dados os primeiros passos para o Core IP. Sistema projetado para coexistir com o GSM de forma transparente para o usuário. HSDPA (Release 5) / HSUPA (Release 6) Sistema de banda larga (dados em alta velocidade) projetado para ser uma evolução do WCDMA - R99 (atualmente: cerca 4x mais rápido que o WCDMA e 8x mais rápido que o EDGE) Projetado para coexistir com o WCDMA/GPRS/EDGE No Rel 6 há possibilidade de integração com WLANs Começam a ser implementadas capacidades de Voip. Grande foco no aumento da eficiência espectral (capacidade e taxas de transmissão) - Técnicas de modulação e Técnicas de códigos corretores de erro (Turbo Coding) Redução RTT da rede por meio de mecanismos mais rápidos de ACK e evolução na gerência de mobilidade e uso eficiente dos canais lógicos Celulares e de Rádio Acesso 18 9

10 Evolução Release 7 Especificação do HSPA+ Utilização de MIMO (2x2) Utilizaçào de QAM 64 no sentido Downlink. Melhorias na sinalização (F-PDCH enhanced) e CPC (Continues Packedge Connection) Introdução de 16 QAM no sentido Uplink. Release 8 Uso simultâneo de MIMO e 64 QAM. Inclui duas portadoras para incremento de taxa de transmissão (DC-HSPA). Especificação do LTE com base no acesso OFDMA Define EPC (Arquitetura de Core Network nova) Release 9 Operação de HSPA de duas portadoras junto com MIMO. Melhorias no EPC Suporte às Femtocélulas Release 10 Atendimento ao IMT-Advanced, é o 4G (MIMO 8x8, Agregação de portadoras, 100 MHz, etc, 3.3 Gbps) Inclui 4 portadoras Planejamento de HSPA+ de Sistemas de Comunicações Celulares e de Rádio Acesso 19 Evolução Release 11 Novas combinações de agregação de canal Verificação de recepção multiantena Procedimentos de mitigação de interferência por sinalização. CoMP (Mutiponto coordenado) for LTE Release 12 LTE-B Comunicações M2M Melhorias de acesso IP/Wlans segurança LTE para faixa de 450 MHz no Brasil Release 13 Estudos em melhorias de compartilhamento entre RANs Estudo de controle de congestão específico por aplicação. Melhorias em gestão de alarmes e monitoramento de uso de recursos da rede Celulares e de Rádio Acesso 20 10

11 Redes 3G (Nomenclatura) Célula (Cell): Área de cobertura básica Hardware associado com a áres de cobertura básica: sistema de antena, HPA, tranmsissor, receptor, etc. Equivalente ao setor no GSM e CDMA2000 Node B: Equivalente ao site (ERB Estação Rádio Base, BTS, RBS) que controla as células. Site: Local onde está implantado o Node B. RNC Radio Network Controller: Equipamento que controle Node Bs e é interface com a rede. Equivalente ao BSC no GSM e CDMA2000. Controlling RNC RNC ao qual um Node B é interligado. Serving RNC RNC que leva a ligação da Node B ao Core Network. Drift RNC Qualquer outra RNC que atue na ligação. UE: Equipamento de usuário. Celulares e de Rádio Acesso 21 Redes 2G-2.5G Base Station System Network Sub-System Voz Voz e Dados BTS BSC MSC VLR HLR AuC GMSC Serviços: SMS, PTT IVR, PREPAGO PSTN SGSN GGSN PSDN Celulares e de Rádio Acesso 22 11

12 Redes 3G Rel 99 Network Sub-System Base Station System Voz Voz e Dados BTS BSC MSC VLR GMSC Serviços: SMS, PTT IVR, PREPAGO PSTN Radio Network Controller HLR AuC Voz e Dados Node B RNC SGSN GGSN PSDN Celulares e de Rádio Acesso 23 Redes 3G Rel 4 (SoftSwitch) Network Sub-System Voz Base Station System CS-MGW CS-MGW PSTN Voz e Dados BTS BSC Servidor MSC VLR SS7 Servidor GMSC Serviços: SMS, PTT IVR, PREPAGO Radio Network Controller HLR AuC IP/ATM Serviços: WAP, MMS Voz e Dados Node B RNC SGSN GGSN PSDN Celulares e de Rádio Acesso 24 12

13 Redes 3G Rel 5 (IP Multimedia) Voz Voz e Dados Voz e Dados Base Station System BSC ATM BTS Radio Network Controller RNC Node B CS-MGW Servidor MSC SGSN VLR Network Sub-System HLR SS7 AuC CS-MGW Servidor GMSC IP/ATM GGSN PSTN Serviços: SMS, PTT IVR, PREPAGO Serviços: WAP, MMS, POC, VIDEO Rede IP IP Multimedia Sub-System IM-MGW MRF MGCF CSCF Celulares e de Rádio Acesso 25 Redes 4G Rel 8 (LTE-SAE) Network Sub-System Voz Voz e Dados Voz e Dados Base Station System BSC ATM BTS Radio Network Controller RNC CS-MGW Servidor MSC VLR SGSN SS7 AuC HLR/HSS CS-MGW Servidor GMSC IP/ATM GGSN PSTN Serviços: SMS, PTT IVR, PREPAGO Serviços: WAP, MMS, POC, VIDEO Rede IP Voz e Dados MME S-GW PDN-GW enode B IP Multimedia Sub-System IM-MGW PCRF MRF MGCF CSCF Celulares e de Rádio Acesso 26 13

14 Redes 4G (Nomenclatura) enodeb é equivalente ao site (ERB Estação Rádio Base, BTS, RBS) que controla as células. UE é o equipamento de usuário. MME é a sigla para Mobility Management Entity S-GW é a sigla de Serving Gateway P-GW é a sigla de Packet Data Network Gateway PCRF é a sigla de Policy and Charging Resource Funcion HSS é a sigla de Home Subscriber Server Celulares e de Rádio Acesso 27 Redes UMTS (Características PHY) Característica Técnica de acesso múltiplo Método de Duplexação Largura de Banda Taxa de chip Espaçamento entre portadoras Comprimento do Frame Modulação Conceito Multi-taxa Taxa máxima Codificação de canal Valor CDMA de Sequência Direta FDD/TDD 5 MHz 3.84 Mcps 100 a 200 khz 5/10/20 ms QPSK (Downlink), BPSK (Uplink) Spreading Factor variável 2 Mbps (indoor)/384 kbps (móvel) Codificação convolucional (R=1/3 ou ½, K =9) e codificação turbo para maior taxa Celulares e de Rádio Acesso 28 14

15 Redes 3G (Ruído) Cada usuário possui um código de espalhamento o qual é utilizado para sua decodificação Sinais com códigos diferentes não são desespalhados pelo receptor CDMA Ganho de processamento está na relação entre o sinal despalhado e o ruído É função da taxa de transmissão da informação e da taxa de transmissão na interface rádio (domínio do código) Padrão UMTS possui dois códigos principais Spreading Code (OVSF sua multiplicação ao sinal provoca espalhamento do mesmo) Scrambling code (não provoca espalhamento do sinal e sim apenas embaralhamento) Celulares e de Rádio Acesso 29 Redes 3G (Códigos) Codificação e Interleaving Mcps Σ Channelization Code Spreading Code Scrambling Code De 4 chips a 512 chips dependendo da taxa DL Diferencia os canais físicos de uma mesma célula UL Usado para configurar múltiplos canais para um mesmo UE A kcps DL Diferencia células (512 disponíveis exige planejamento) UL Utilizado para separar usuários ( códigos diferentes) Celulares e de Rádio Acesso 30 15

16 Redes 3G (Códigos) No sentido Downlink (NodeB -> UE): O Scrambling Code IDENTIFICA A CÉLULA OU SETOR O código de canalização IDENTIFICA CANAIS DE USUÁRIO NA CÉLULA (SETOR) Código de Canalização 2 Código de Canalização 1 Código de Canalização 3 Código de Canalização 1 Código de Canalização 2 Código de Canalização 3 Scrambling Code 1 Código de Código de Canalização 2 Canalização 1 Código de Canalização 3 Scrambling Code 3 Scrambling Code 2 Celulares e de Rádio Acesso 31 Redes 3G (Códigos) No sentido Uplink (UE -> NodeB): O Scrambling Code IDENTIFICA O TERMINAL DE USUÁIO O código de canalização IDENTIFICA CANAIS NO TERMINAL DE USUÁRIO Código de Canalização 2 Código de Canalização 1 Scrambling Code 1 Código de Canalização 1 Scrambling Code 2 Código de Canalização 1 Scrambling Code 3 Celulares e de Rádio Acesso 32 16

17 OVSF Orthogonal Varying Spread Spectrum Csp,i,j, i é o fator de espalhamento,i =2 a n, n {2,3,...,9}, e j é o índice do fator de espalhamento j {0,1,...,(i 1)} Celulares e de Rádio Acesso 33 OVSF Orthogonal Varying Spread Spectrum OVSF Walsh code tree Celulares e de Rádio Acesso 34 17

18 OVSF Orthogonal Varying Spread Spectrum (Uplink) c d,1 código OVSF β d - fator de escala s dpch,n - scrambling code. Exemplo: UL dedicated channels Celulares e de Rádio Acesso 35 OVSF Orthogonal Varying Spread Spectrum (Downlink) c ch,sfm código OVSF s dl,n - scrambling code. Exemplo: DL PhCH Celulares e de Rádio Acesso 36 18

19 UMTS FDD Codes Synchronisation Codes Channelisation Codes Scrambling Codes, UL Scrambling Codes, DL Tipo Gold Codes Primary Synchronization Codes (PSC) and Secondary Synchronization Codes (SSC) Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codes sometimes called Walsh Codes Complex-Valued Gold Code Segments (long) or Complex-Valued S(2) Codes (short) Pseudo Noise (PN) codes Complex-Valued Gold Code Segments Pseudo Noise (PN) codes Comprimento 256 chips chips Duração µs Número de códigos 1 primary code / 16 secondary codes 1.04 µs µs = spreading factor UL, DL chips / 256 chips chips 10 ms / µs 10 ms 16,777, primary / 15 secondary for each primary code Spreading No, does not change bandwidth Yes, increases bandwidth No, does not change bandwidth No, does not change bandwidth Uso UL: to separate physical To enable terminals to data and control data locate and synchronise from same terminal to the cells' main control DL: to separate channels connection to different terminals in a same cell Separation of terminal Separation of sectors Celulares e de Rádio Acesso 37 Canais Físicos (PhCHs) Os canais Físicos são comunicação de nível L1 caracterizados pela combinação de Scrambling Code, Código OVSF, Fator de Espalhamento e formato. No sentido downlink, os canais físicos são classificados em dois grupos: Canais Comuns Canais Dedicados Os canais comuns no sentido do downlink são os que transportam os dados da célula com os seguintes objetivos:. L1 handshaking, sincronização e estimação de canal (Primary Synchronization Channel (P-SCH), the Secondary Synchronization Channel(S-SCH) and the Common Pilot Channel(CPICH)); Transmissão de informações de camada 3 (Broadcast Channel(BCH), Forward Access Channel (FACH) e Paging Channel(PCH)); Dados de usuário orientados a não conexão (FACH), e para o compartilhamento de tempo e código de multiplexação (Downlink Shared Channel(DSCH)) Existe somente um canal físico do tipo dedicado, Dedicated Physical Channel (DPCH), que é utilizado para os dados do usuário. Celulares e de Rádio Acesso 38 19

20 Interface aérea WCDMA Os canais de Radio por multiplexação de informações de transporte em canais físicos permite o envio de informações simultâneas de tráfego de dados e controle ao mesmo tempo que dados de diferentes usuários móveis. NO canal físico DPCH, há dois tipos de informação, o DPDCH que transmite dados e o DPCCH que controla a camada 1 (controle de potência na transmissão, por exemplo) Canais Lógicos: DTCH (Dedicated Traffic Channel) Transmite informação de usuário para 1 UE. DCCH (Dedicates Control Channel) Transfere informação de controle para 1 UE. CTCH (Common Traffic Channel) Transfere informação de usuário para um grupo de UEs. PCCH (Paging Channel) Transfere informação de paging. BCCH (Broadcast Channel) broadcast informação de controle do sistema. CCCH (Common Control Channel) Transfere informações de controle entre a rede e o UE. Camada MAC (Medium Access Control) Layer Converte os canais lógicos e os canais de transporte. Celulares e de Rádio Acesso 39 Interface aérea WCDMA Canais de transporte: DCH (Dedicated Channel) Transfere informação de usuário ou de controle entre rede e UE. RACH (Random Access Channel) Transfere informação de controle deste a UE. CPCH (Common Packet Channel) Transfere dados de usuário do tipo pacote, é uma extensão do RACH BCH (Broadcast Channel) Encaminha informações específicas de sistema e célula FACH (Forward Access Channel) Transfere informação de controle para a UE. PCH (Paging Channel) Transfere paging para a UE. DSCH (Downlink Shared Channel) Transfere informação de usuários ou contrle que pode ser compartilhada entre usuários. Celulares e de Rádio Acesso 40 20

21 Interface aérea WCDMA Celulares e de Rádio Acesso 41 Interface aérea WCDMA Canais Físicos: DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) Transfere dados dedicados gerados na camada 2 e acima. DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) Transfere informações de controle gerados pela camada 1. DPCH (Downlink Dedicated Physical Channel) Transfere informações de controle para a UE. PRACH (Physical Random Access Channel) Transfere o RACH. PCPCH (Physical Common Packet Channel) Transfere o CPCH. P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel) Transfere o BCH. S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) Transfere FACH e PCH. PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) Transfere DSCH. CPICH (Common Pilot Channel) Fornece fase para o canal físico. SCH (Synchronization Channel) Utilizado para busca de célula. PICH (Page Indication Channel) Transfere a indicaçãi de paging. AICH (Acquisition Indication Channel) Transfere indicador de aquisição para o acesso PRACH. AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indication Channel) Transfere indicador de aquisição para acesso PCPCH. CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/Channel Assignment Indicator Channel) Usado para controle de colisões do PCPCH. CSICH (CPCH Status Indicator Channel) Transfere informação do estado do PCPCH. Celulares e de Rádio Acesso 42 21

22 Interferência em CDMA Interferência Interferência Interferência Interferência Sinal Desejado A interferência no CDMA é resultado das estações móveis de células vizinhas assim como da mesma célula. A interferência total experimentada no NodeB é o somatório de todos os sinais interferentes Se a interferência aumente, há necessidade de que a UE incremente a sua potência de transmissão Celulares e de Rádio Acesso 43 Controle de Potência em WCDMA O controle de potência rápido, preciso é muito importante no sentido Uplink, pois efeito de não controle, pode gerar redução de capacidade na célula. Desde o ponto de vista do NodeB, cada estação móvel incrementa a interferência do sistema. A capacidade do WCDMA é proporcional ao nível da interferência, então, um dos objetvos é minimizar a interferência. O Controle de Potência mantem a qualidade do enlace ajustando a potência de cada slot no Uplink e no Downlink Diminui o efeito perto-distante, proporcionando uma potência minima requerida para cada conexão. As estações móveis (UE) e as NodeB deverão sempre estar com a menor potência de transmissão possível. O controle de potência utiliza a relação sinal a ruído mais interferência (SIR) independentemente em cada conexão. Ao mesmo tempo porvê de proteção contra o sombreamento e o desvanecimento rápido do canal. Celulares e de Rádio Acesso 44 22

23 Controle de Potência em WCDMA P1 RNC P2 Acesso Inicial: Controle de potência de laço aberto Controle de potência de laço fechado Controle de potência de laço fechado (externo) Celulares e de Rádio Acesso 45 Controle de Potência em WCDMA (laço aberto) Iniciado pela UE. Determina a potência para o uplink. A rede informa para o UE: Potência do CPICH C/I requerido Interlerência no sentido Uplink A unidade móvel usa estes parâmetros para calcular a potência inicial do preâmbulo RACH. Se o acesso não é detetado pelo NodeB, a potência é incrementada em passos de 1 db. Posteroir à detecção, o valor de SIR inicial é calculado Potência de tx Preâmbulo RACH Preâmbulo RACH Preâmbulo RACH AICH Mensagem t Celulares e de Rádio Acesso 46 23

24 Controle de Potência em WCDMA (rápido) Localizado tanto na UE como no NodeB e realiza: Controla a potênca dos DCH Muda a potência a cada slot (até 1500 vezes por segundo) NodeB e UE continuamente comparam o SIR recebido com o SIR de objetivo e informam entre si o incremento ou diminuição da potência. MS1 MS2 MS3 Potência recebida no NodeB Potência recebida no NodeB MS1 MS2 MS3 Sem controle de potência MS1 MS2 MS3 Com controle de potência Celulares e de Rádio Acesso 47 Tipos de Handover Inter sistema: Entre sistemas GSM 1800/900 e UMTS(WCDMA) Entre sistemas WCDMA TDD e FDD Intra sistema: Entre NodeB de um mesmo provedor Soft Softer Inter frequência Potência recebida no NodeB NodeB1 Janela de Soft Handover NodeB2 Celulares e de Rádio Acesso 48 24

25 Controle de Admissão Margem de Interferência [db] Controle de carga para prevenir sobrecarga Diminuir taxa Não aceitar usuários Margem de interferência para planejamento Carga Celulares e de Rádio Acesso 49 Channel Elements Channel Element É uma unidade de processamento básica. Comumente chamado de recursos em banda base. Correspondem a uma determinada taxa transmissão (kbps) em DL e UL. Deve ser corretamente dimensionada com base nas demandas dos serviços utilizados Simulações estáticas e de Monte Carlo Demanda de channel elements por serviço é específico de cada fabricante Hardware Node B equipada com placas com quantidade definida de Channel Elements (CE) Placas podem conter quantidade simétrica ou assimétrica no DL/UL Upgrade de CE pode ser via SW (se ainda disponível na placa) ou adicionando-se novas placas Em geral solução distribuída possui menos capacidade em banda base CE para HSDPA pode ser pool separado ou em conjunto com recursos Rel99. Huawei Ericsson Lucent Nokia UL DL UL DL UL DL UL DL AMR CS64 (VideoCall) PS PS PS Demanda CE em função recursos Rel99. Celulares e de Rádio Acesso 50 25

26 Link Budget Fatores influenciam Link budget Tipo dos serviços de referência e respectivos ganhos de processamento Chamada de voz Video Call PS 64,128, 384 HSDPA Valores de Eb/No por serviço nas Node Bs (dependente do fornecedor de equipamento) impacto no UL Características do UE Figura de Ruído impacto no DL Potência máxima de transmissão impacto no UL Eb/No para cada serviço impacto no DL Características de RF do ambiente Margens de variabilidade de larga escala (sombreamento) e perdas de penetração Probabilidade de cobertura para cada clutter (CAP Coverage Area Probability) Margem de desvanecimento rápido Carga estimada para a rede UL definir o noise rise utilizado no Link Budget DL pode definir a potência por conexão Ganhos sistêmicos Ganho de Softhandover Ganho de macrodiversidade Celulares e de Rádio Acesso 51 Linkbudget WCDMA Downlink e Uplink em conjunto (em geral rede é limitada pelo UL) Realizar Link Budget UL avaliar perda máxima Utilizar a perda do UL para executar o link budget do DL no sentido reverso Independe da carga avaliada para o DL. Executar Link Budget UL e DL Executar linkbudget UL Através da carga avaliar o número de usuários no DL, avaliar a potência máxima por conexão e executar linkbudget por DL Deve ser realizado por serviço Link Budget HSDPA Definir os códigos referência (taxa de transmissão por código HSDPA) Iniciar Linkbuget pelo UL 64 Kbps (pois HSDPA exige esta taxa mínima no UL) 26

27 Geometria da Célula No Sentido Downlink: Geometria da célula É a razão da potência recebida desde a célula em serviço (Ior), incluindo as células em softhandover, sobre a interferência das outras células (Ioc). Borda da célula Ior/Ioc Celulares e de Rádio Acesso 53 Geometria da Célula Linkbudget projetado para carga no UL de 50% e DL 70% Definição dos critérios de cobertura e qualidade: RSCP Nível de sinal do canal piloto Ec/Io Qualidade do canal piloto. Níveis RSCP Resumo Parâmetros Link Budget Thresholds Enviroments Levels (DL) Dense Urban -74 Urban -79 Suburban -86 Rural Indoor -94 Rural Outoor -100 RSCP Celulares e de Rádio Acesso 54 27

28 HSDPA Objetivo HSDPA: Tornar interface rádio mais eficiente Aumento nas taxas de pico e médias por conexão Redução do RTT Principais mudanças arquitetura rede com HSDPA Redução no intervalo entre transmissões (TTI) de 10 para 2 ms Implementação do H-ARQ e Adaptive Modulation (análogo ao EDGE, mas usando 16-QAM) Desmembramento de funcionalidades da camada RRC. Parte de função ACK fica na Node B Inclusão de novos canais físicos. Não possui estrutura de canal dedicado. No UL é Rel 99 Algorítimos de scheduling podem ser baseados em qualidade de cada usuário (vendor dependent) Opera com SF fixo Planejamento de 16. Disponível de Sistemas apenas de Comunicações 15 códigos por setor Celulares e de Rádio Acesso 55 HSDPA Celulares e de Rádio Acesso 56 28

29 HSUPA Objetivo HSDPA: Tornar interface rádio mais eficiente Aumento nas taxas de pico e médias por conexão no UL Redução adicional no RTT - melhoria do desempenho no TCP/IP Principais mudanças arquitetura rede com HSUPA Redução no intervalo entre transmissões (TTI) de 10 para 2 ms Implementação do H-ARQ, multicode e SF variável -> Modulação não é variável Implementação realizada através de canais dedicados (E-DCH) Manutenção do softhandover no UL Algorítmo de scheduling muitos para um ao invés de um para muitos do HSDPA HSUPA Permite operação multicode Códigos de espalhamento baixos geram elevados níveis de ruído em UL Canais HSUPA E-AGCH (SF 256 Mod QPSK) Envio do grant para UE E-RGCH (SF 128 Mod QPSK) Utilizado pelos canais em SHO E-HICH (SF 128 Mod QPSK) ACK/NACK E-DPDCH/DPCCH (SF variável, QPSK) Canal de transmissão e controle de dados usuário 29

30 HSPA+ Possui Duas categorias: 1. Características para suporte de altas taxas de transmissão: MIMO 64 QAM no Downlink 16QAM no Uplink 2. Características para melhora da eficiência espectral CPC, Estados de RRC melhorados, melhorias no canal F-DPCH Traduzido em menos códigos, menor energia, reduzida interferência, menor sinalização e mais rápida, etc. Celulares e de Rádio Acesso 59 Processo de Otimização de Redes 3G De Rede De Cluster De site único Avaliação de cobertura Avaliação de desempenho e parâmetros Plano de otimização (em função de ranking de células) Testes de otimização Aceitação Celulares e de Rádio Acesso 60 30

31 Processo de Otimização de Redes 3G Alguns dos parâmetros de rede e de desempenho que permitem comparar com uma base de tempo o comportamento da rede/ cluster ou estação base Celulares e de Rádio Acesso 61 Processo de Otimização de Redes 3G Processo Cíclico que tem como partes do processo: 1. Monitoramento do desempenho da rede via Drive Tests, OMC, etc 2. Análise de Dados. 3. Plano de otimização 4. Implementação 5. Testes -> volta para o ponto 1. Celulares e de Rádio Acesso 62 31

32 Processo de Otimização de Redes 3G (Drive Test) Celulares e de Rádio Acesso 63 Processo de Otimização de Redes 3G Celulares e de Rádio Acesso 64 32

33 Processo de Otimização de Redes 3G O que é um Drive Test? É a medição e coleta de dados de cobertura de RF de um site, cluster ou mesmo da rede inteira, assim como da obtenção dos KPIs relativos aos serviços CS (Circuit Switched) e PS (Packet Switched). Os dados medidos compreendem: Signal Strenght Indicator Ec Signal Quality Indicator Ec/Io Estabelecimento de serviços bem sucedidos % Taxa de handoff bem realizados Quantidade de handoffs Taxa de dropped calls Througput promédio para Uplink e Downlink Atraso durante o estabelecimento do serviço. Com base nestes parâmetros de medição e a verificação de quais falhas existem, poderá se determinar o problema, como por exemplo Dispositivos com defeito, poluição de piloto, falhas de HW na célula, parâmetros errôneos na configuração do site, etc, etc, etc. Celulares e de Rádio Acesso 65 Processo de Otimização de Redes 3G Testes de Qualidade de ligação Um teste de qualidade de ligação (CQT) é um teste de ligação para um ponto fixo. O seu propósito é coletar além de dados de cobertura, dados de estabelecimento e continuidade da ligação de serviço (dados ou voz). Celulares e de Rádio Acesso 66 33

34 Processo de Otimização de Redes 3G Poluição do canal piloto São sinais piloto recebidas num determinado local que não tem diferença significativa de intensidade, ou seja não há um sinal piloto dominante. O sintoma é que a potência recebida pelo piloto é boa, mas a relação Ec/Io de cada célula é ruim. Atualmente, a maior parte dos equipamentos WCDMA suporta até 3 células ativas. Se o número de valores Ec/Io de diferentes célular é maior do que 3, pode-e estabelecer que existe um tipo de interferência. As causas da distroção do sinal incluem, overshooting de sitios em locais altos, implementação em anel, efeito das ruas, refletores fortes, etc. Celulares e de Rádio Acesso 67 Processo de Otimização de Redes 3G Celulares e de Rádio Acesso 68 34