Planeamento, Implementação e Otimização de um Grupo de. Pedro Santos Ana Dias Pedro Vieira

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Adriano Cipriano Barbosa
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1 Planeamento, Implementação e Otimização de um Grupo de Femto células em Redes UMTS Pedro Santos Ana Dias Pedro Vieira 16 de Novembro 2011

2 Sumário Introdução Objetivos O que é uma femto celula? Vantagens Arquitetura Funcionamento Cenários e tipos de aplicação Femto células em grupo Planeamento femto celular Cenário de Aplicação Condições rádio GSM/UMTS Dimensionamento da rede Otimização & Análise de desempenho Controlo da área de cobertura Key Performance Indicators Conclusões 2

3 INTRODUÇÃO 3

4 Objetivos Estudo e avaliação das capacidades das redes Self Organizing Networks (SON) associadas às femto células. Estudo do funcionamento das femto células em grupo co localizado, através da realização de planeamento celular no interior de uma empresa. Avaliar o ganho que as femto células apresentam relativamente à cobertura da rede macro indoor existente, em termos de qualidade e nível de sinal recebido. Análise desempenho e otimização da rede femto celular implementada em termos de área de cobertura rádio indoor. 4

utilizam espectro licenciado, sendo compatíveiscomtodososterminaisque suportem UMTS com

5 O que é uma femto célula? São pequenos pontos de acesso conectados à rede 3G/UMTS do operador através de uma ligação fixa (DSL, FTTH) utilizam espectro licenciado, sendo compatíveiscomtodososterminaisque suportem UMTS com baixapotênciadetransmissão( mw) Arquitetura genérica das femto células baixa área de cobertura ( m) capacidade de autoconfiguração e autootimizção Nome atribuído pelo 3GPP: Home NodeB (HNB) Vodafone HNB 5

$especializado (Plug & Play) Melhoria da cobertura (em zonas onde existe fraca cobertura macro celular)$ Para o operador de telecomunicações Possibilidade de realizar offload do tráfego da rede macro

Para o operador de telecomunicações Possibilidade de realizar offload do tráfego da rede macro

6 Vantagens Para o utilizador final Fácil de instalar, não necessita da intervenção de pessoal especializado (Plug & Play) Melhoria da cobertura (em zonas onde existe fraca cobertura macro celular) Para o operador de telecomunicações Possibilidade de realizar offload do tráfego da rede macro Equipamento menos dispendioso que as estações base 3G Baixos custos de instalação e manutenção Auto configuração e auto otimização 6

7 Arquitetura Novos elementos introduzidos: Home NodeB (HNB) Home NodeB Gateway (HNB GW) Security Gateway (SeGW) Home Management System (HMS) Fonte: Golde, N., Redon, K., Borgaonkar, R. Weaponizing Femtocells: The Effect of Rogue Devices on Mobile Telecommunication, Techniche Universität Berlin. 7

Funcionamento Auto configuração e auto otimização Estado pré operacional Estado operacional Instalação do HNB Autenticação e Registo Download da configuração default (Perfil) Criar lista de células

8 Funcionamento Auto configuração e auto otimização Estado pré operacional Estado operacional Instalação do HNB Autenticação e Registo Download da configuração default (Perfil) Criar lista de células vizinhas Parâmetros HO Scanning RF Atualização do SW Scanning RF Parâmetros RF Ciclo de Auto otimizaçã o Auto configuração Auto otimização Parâmetros RF: Frequência da portadora Scrambling Code LAC, RAC e SAC Potência de transmissão DL Fonte: Zhang, J., Roche, G., "Femtocells Technologies and Deployment", John Wiley & Sons, 2010, ISBN

Cenários e tipos de aplicação Cobertura indoor

cliente Propriedade do cliente Cobertura Pública

Propriedade do cliente ou do operador Uma femto

Propriedade do operador Outdoor Projeto de

9 Cenários e tipos de aplicação Cobertura indoor Tipos de aplicação Residencial Plug&play pelo cliente Propriedade do cliente Cobertura Pública Empresarial Plug&play ou projeto de instalação Propriedade do cliente ou do operador Uma femto célula (Standalone) Indoor Projeto de instalação Propriedade do operador Outdoor Projeto de instalação Propriedade do operador Grupo de femto células 9

Mobilidade: Handover CS apenas permitido entre femto células pertencentes ao mesmo Security Gateway.

10 Femto células em grupo Todas as femto células pertencentes a um grupo partilham os seguintes valores: Modo de acesso (Open/Close Access Mode) Lista de utilizadores (Access Control List) Security Gateway Address LAC, SAC, RAC Lista de Scrambing Codes Perfil de Grupo Mobilidade: Handover CS apenas permitido entre femto células pertencentes ao mesmo Security Gateway. HNB1 HNB2 Message Exchange A toca de mesnsagens ente HNBs permite otimizaraáreadecoberturae estabelecer realções de vizinhança entre os HNBs. HNB3 Re selecção Handover (HO) 10

11 PLANEAMENTO FEMTO CELULAR 11

Cenário de Apliacação Planta da Empresa G Gabinete CO Corredor S Sala de Reuniões ES Entrada de Serviço OS Open Space E Entrada Principal CA Cantina WC Casa de Banho /

12 Cenário de Apliacação Planta da Empresa G Gabinete CO Corredor S Sala de Reuniões ES Entrada de Serviço OS Open Space E Entrada Principal CA Cantina WC Casa de Banho / Balneário R Receção A Arrumações ZM Zona de Manutenção ST Sala de Trabalhos Características: Área de 3660 m2; Tem 50 funcionários, 25 dos quais estão registados na ACL dos HNBs. 12

Condições Rádio UMTS RSCP Sem HNBs % de medidas recolhidas 50% 40% 30% 20%

.. to 120 120 to 110 110 to 100 100 to 90 90 to 80 80 to 70 Intervalos de

30% 20% 10% 0% Distribuição dos valores de RxLev 60,9% 19,2% 19,1% 0,8%

13 Condições Rádio UMTS RSCP Sem HNBs % de medidas recolhidas 50% 40% 30% 20% 10% 0% Distribuição dos valores de RSCP 45,5% 27,6% 20,6% 3,9% 2,2% 0,0%... to to to to to to 70 Intervalos de potência [dbm] GSM RxLev Sem HNBs % de medidas recolhidas 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Distribuição dos valores de RxLev 60,9% 19,2% 19,1% 0,8% 0,0%... to to to to to Intervalos de Potência [dbm] 13

Dimensionamento da rede (1/2) Utilização do TEMS Transmitter

Posição Bancada (Extremo TP) Tripé Bancada (Centro TP) RSCP

0º (frente) -58,02-4,02 90º (lateral) -57,36-3,98-60,21 180º

(frente virada para baixo) (Antena Painel)

14 Dimensionamento da rede (1/2) Utilização do TEMS Transmitter com antena omni direcional. Potência Tx de 10 dbm. Posição Bancada (Extremo TP) Tripé Bancada (Centro TP) RSCP [dbm] Ec/No [db] Orientação HNB Transmitter HNB Transmitter 0º (frente) -58,02-4,02 90º (lateral) -57,36-3,98-60,21 180º (costas) -51,96-3,58 Cima (costas assentes na bancada) Baixo (frente virada para baixo) (Antena Painel) -61,08-3,11-59,24-4,00 Lateral -56,81-59,36-3,43 Cima (costas assentes na bancada) (Antena Omni.) -66,02-3,14-4,02 (Antena Painel) -3,5 (Antena Omni.) Bancada 0º Bancada Cima Tripé Lateral Antena Omni. Antena Painel 14

Transmitter para determinar a localização

Nível de sinal (Ec) e de Ec/Io obtido na

15 Dimensionamento da rede (2/2) Testes realizados no terreno com o TEMS Transmitter para determinar a localização e quantidade de HNBs a utilizar. Nível de sinal (Ec) e de Ec/Io obtido na posição 1. Nível de sinal (Ec) e de Ec/Io obtido na posição 2. Nível de sinal (Ec) e de Ec/Io obtido na posição 3. Ec Ec Ec Ec/Io Ec/Io Ec/Io 15

16 ANÁLISE DE COBERTURA & DESEMPENHO 16

17 Controlo da área de cobertura (1/4) Potência do CPICH com fixo pré definido CPICHPower [new] = valor de potência pretendido [dbm] Ajuste dinâmico da potência do CPICH Baseado no RSCP CPICHPower [new] = TargetCpichRSCP + MaxPathLoss [dbm] MaxathLoss = FreeSpacePathloss + indoorpenetrationloss [dbm] FreeSpacePathloss = 20*log10(Freq_DL [MHz] ) + 20*log10(maxCoverageDist) 27,558 [db] Ajuste dinâmico da potência do CPICH Baseado no Ec/Io CPICHPower [new] = TargetCpichEcIo + MaxPathLoss + Io [dbm] Io [dbm]: valor médio do Received Signal Strength Interference (RSSI) das células UMTS vizinhas. 17

18 Controlo da área de cobertura (2/4) Objetivo: Avaliar as várias possibilidades de ajuste da potência do CPICH (Common Pilot Channel) e determinar a melhor configuração. Cenários de teste: Parâmetros Valores para os vários cenários de teste TS1 TS2 TS3 pilotpoweradjustmode mimbased rscpbased eciobased CPICHPower [dbm] 10 TargetCpichRSCP + TargetCpichEcIo + MaxPathLoss MaxPathLoss + Io TargetCpichRSCP [dbm] TargetCpichEcIo [db] indoorpenetrationloss [db] maxcoveragedist [m] Período de aplicação 12 26/6/ /6 4/7/ /7/2012 Data da recolha de medidas 26/6/2012 3/7/ /7/2012 Planeamento e Otimização de Femto células em Ambiente Empresarial 18

19 Controlo da área de cobertura (3/4) Scrambling Codes TS1 TS2 Critério de cobertura: 95% de área coberta com um limiar de potência de 95 dbm. Cenários de Teste Cobertura Atingida [%] TS1 96 TS2 83 TS3 84 TS3 A potência do CPICH determinada pelo HNB para os cenários TS2 e TS3 é de 3dBm. 19

20 Controlo da área de cobertura (4/4) Nível de RSCP Nível de Ec/No TS1 TS1 TS2 TS2 Cenários de Teste CPICH RSCP Valor Desvio Médio Padrão [dbm] [db] TS1-74,8 11,7 TS2-82,8 12,2 TS3-82,6 12,8 TS2 TS3 TS3 Cenários de Teste CPICH Ec/No Valor Desvio Médio Padrão [db] [db] TS1-3 1,7 TS2-4,7 3,7 TS3-5,2 4,4 TS3 20

21 Key Performance Indicators (1/2) Taxa de sucesso das chamadas de voz (CS): SuccEstabCS: Número total de ligações RAB estabelecidas com sucesso para tráfego CS de voz. AttEstabCS: Número total de tentativas de chamadas de voz estabelecidas. Taxa de sucesso das chamadas de dados (PS): SuccEstabPS: Número total de ligações RAB estabelecidas com sucesso para tráfego PS. AttEstabPS: Número total de tentativas de ligações RAB estabelecidas para tráfego PS. 21

22 Key Performance Indicators (2/2) TS1 TS2 TS3 TS1 TS2 TS3 22

23 Conclusões A facilidade de instalação, a capacidade de auto configuração e auto otimização assim como os baixos custos de manutenção, irão permitir a afirmação das femto células como uma solução simples e eficaz para cenários de cobertura indoor. As medidas realizadas no interior da empresa depois da implementação dos HNBs, permitiram concluir a existência de boa cobertura (96 % da área), com uma qualidade de sinal excelente (97 % dos valores de Ec/No 7dB). Os resultados obtidos dos cenários de teste desenvolvidos para avaliar o ganho em termos de área de cobertura, demonstram que a configuração que permite obter melhor desempenho é a colocação da potência do CPICH fixa (TS0), com o valor máximo possível (10 dbm), obtendo se uma cobertura existente de 96% da área, contra os 82% obtidos no TS2 e os 84% obtidos no TS3. Da análise dos KPIs relativos à taxa de sucesso de chamadas de voz (CS) e à taxa de sucesso das chamadas de dados (PS), verifica se que a alteraçãodapotênciadocpichnãoproduz impacto significativo sobre a performance da rede. Apesar da potência do CPICH diminuir de 10 dbm (TS1) para 3 dbm (TS2 e TS3). 23

24 Obrigado pela vossa atenção! Questões? Autores: Pedro Santos, Ana Dias, Pedro Vieira, 24

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