Atualmente ocupa o cargo de Especialista de RF III na Alcatel-Lucent, onde é responsável pela Otimização de Redes de Telefonia Celular 3G/2G.

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1 Interoperabilidade UMTS-to-GSM (IRAT Inter-Radio Access Technology) Este tutorial apresenta os conceitos básicos do processo de Interoperabilidade entre os sistemas UMTS e GSM (IRAT Inter-Radio Access Technology). Cesar Nunes Engenheiro de Telecomunicações pela Universidade Estácio de Sá, com formação em Gestão de Tecnologia da Informação pela Universidade Católica de Brasília (UCB), atualmente está cursando Pós Graduação em Redes de Nova Geração (NGN) na Universidade Católica de Brasília como forma de dar continuidade a formação e crescimento profissional na área de atuação. Com mais de 13 anos de experiência na área de Otimização em Telefonia Celular, atuou em vários projetos no Brasil e em outros países adquirindo experiência prática para atuar na área. Trabalhou em empresas como NEC, Motorola, Huawei e Lucent sempre na área de otimização de RF. Atualmente ocupa o cargo de Especialista de RF III na Alcatel-Lucent, onde é responsável pela Otimização de Redes de Telefonia Celular 3G/2G. cesar.nunes@alcatel-lucent.com Categoria: Telefonia Celular Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 27/08/2012 1

2 Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Introdução Em cenários atuais da maioria das redes de telefonia celular 3G no Brasil temos muitos casos de descontinuidade de cobertura deste sistema onde a implementação do processo de interoperabilidade definirá a transferência da chamada do sistema 3G para o 2G quando possível, mantendo assim a continuidade da chamada e permitindo a satisfação do cliente de uma operadora sem q queda da chamada atual. O processo de continuidade da chamada é uma etapa importantíssima na avaliação de qualidade de uma rede de telefonia celular. Mecanismos de controle atuais são periodicamente verificados para a verificação daquela qualidade e nesta etapa o processo de interoperabilidade torna-se essencial para uma avaliação correta neste quesito. Para efeitos deste tutorial, daqui a diante chamaremos o processo de Interoperabilidade entre o sistema UMTS e GSM simplesmente de IRAT (Inter-Radio Access Technology). 2

3 Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Conceitos A implementação da Interoperabilidade entre sistemas 3G para 2G ocorre geralmente em sites 3G de borda do sistema onde não é possível mais manter a continuidade da chamada e faz-se necessário neste momento a transferência da chamada para outro sistema sem que sejam percebidos detalhes pelo cliente durante esta ação. Para o entendimento básico do processo de IRAT, devemos compreender primeiramente os eventos básicos definidos no protocolo 3GPP TS d: A qualidade da frequência usada esta abaixo de um certo nível. 2f: A qualidade da frequência usada esta acima de certo nível. 3a: A qualidade da frequência UTRAN usada esta abaixo de certo nível e a qualidade do sistema GSM está acima de certo nível. 3c: A qualidade do outro sistema está acima de certo nível. Compressed Mode ou Modo Comprimido Eventos 2d e 2f Basicamente os eventos 2d e 2f fazem parte do processo chamado Compressed Mode ou Modo Comprimido. Compressed Mode é uma funcionalidade que habilita um terminal móvel 3G a realizar medidas em portadoras diferentes que estão alocadas em células ou setores vizinhos. É importante destacar que isso vale também para tecnologias diferentes, ou seja, caso um terminal móvel 3G se desloque para uma área GSM, ele consegue avaliar a qualidade da célula GSM com a funcionalidade do modo comprimido. O terminal móvel 3G manterá na sua operação, uma lista de células vizinhas e de frequências passíveis de serem utilizadas em um Handover. A idéia do Compressed Mode é comprimir a transmissão da informação do canal em um tempo menor e existem diversas maneiras de se fazer isso. Neste tempo que sobra, o terminal móvel 3G troca de frequência e realiza as medidas necessárias. As formas de implementação do Compressed Modedentro do UMTS/W-CDMA são as seguintes: Diminuir o SF (Spreading Factor) para aumentar a taxa de transmissão dos dados e liberar tempo no uso do canal de TX. Se o SF for reduzido à metade, a taxa do canal dobra. Mudar o agendamento de transmissão de tráfego de camadas superiores para contemplar uma taxa de transmissão menor. A figura 1 ilustra o modo comprimido e foi retirada da norma TS Seção 4.4 3

4 Figura 1: Compressed Mode Os valores definidos pelo Engenheiro de Otimização para os eventos 2d e 2f (Compressed Mode) são enviados ao terminal móvel através da mensagem de Downlink via RNC RRC Measurement Control : IRAT por Cobertura e Serviço Eventos 3a e 3c Figura 2: Mensagem de Measurement Control Os eventos 3a e 3c destinam-se basicamente a IRAT por cobertura e por serviço. No IRAT por cobertura a ideia principal e iniciar o processo onde a qualidade de sinal do sistema UMTS já está ruim e onde a uma boa qualidade do sistema GSM para que a chamada seja transferida sem problemas. Já no IRAT por serviço a preocupação não é com a qualidade do sinal UMTS e sim em transferir o mais rápido possível, isto é, logo após a aquisição do sinal UMTS a chamada para o sistema GSM. Em ambos os eventos 3a e 3c é necessário que seja realizado os eventos 2d e 2f para que medidas do outro sistema, neste caso o GSM, seja realizadas pelo terminal móvel e reportadas a RNC para que decisão seja tomada. Fórmulas dos Eventos 2d, 2f, 3a e 3c As fórmulas que definem os eventos são: Evento 2d: Q used <= T 2d H 2d /2; Evento 2f: Q used >= T 2f H 2f /2; 4

5 Evento 3a: Q used <= T 3a H 3a /2 and M used + CIO >= T other H 3a /2; Evento 3c: M other + CIO >= T other H 3c /2. Onde: Q used = Qualidade do sistema UMTS T 2d = Threshold to 2d event trigger IRAT H 2d = 2d Hysteresis related to IRAT handover T 2f = Threshold to 2f event trigger IRAT H 2f = 2f Hysteresis related to IRAT handover T 3a = Threshold to 3a event trigger IRAT H 3a = 3a Hysteresis related to IRAT handover M used = Qualidade do sistema GSM CIO = Cell Offset T other = Target Threshold to GSM trigger H 3c = 3c Hysteresis related to IRAT handover Tais parâmetros (Thresholds) podem ser definidos de acordo com a necessidade de antecipar ou aguardar o momento exato do disparo dos eventos e consequentemente o início do processo de transferência da chamada do sistema UMTS para GSM. Geralmente definem-se Threshold diferentes em células de borda e células urbanas. Devido a continuidade do sistema 3G em grandes centros urbanos não há a necessidade de um rápido disparo do IRAT para um sistema GSM. Neste caso, a idéia e manter a chamada o máximo possível no sistema 3G. Já nas células de borda 3G onde não existe mais a continuidade do mesmo sistema, a idéia é que quando a qualidade o sistema 3G começar a degradar o processo de IRAT seja iniciado para outro sistema, neste caso, o GSM. 5

6 Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Arquitetura Típica O processo de Interoperabilidade entre o sistema 3G e 2G é simplificado pela figura 3 abaixo. Figura 3: Processo simplificado de IRAT-CS 3G-to-2G Basicamente, o processo de IRAT divide-se em três fases: Preparação (Preparation), Execução (Execution) e a Desconexão do Link 3G (Iu Release). A figura 4 mostra as fases divididas em suas mensagens durante o processo. Figura 4: Fases do Processo de IRAT-CS 3G-to-2G Para a constatação e análise de possíveis problemas, o processo de IRAT pode também ser acompanhado pela execução de um trace da chamada em questão. Na figura 5 abaixo é possível verificar o sucesso de um processo de IRAT de uma chamada: 6

7 Figura 5: Trace de Chamada (IRAT CS) 7

8 Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Considerações finais As decisões de Handover IRAT são geralmente tratadas pela RNC 3G (Radio Network Controller 3G), que continuamente monitora as informações recebidas do terminal móvel (celular, smartphones, modem, etc.) e toma decisões de quando e como agir para dar início ao processo. Por isso, a importância da definição nos estágios iniciais das estratégias que serão utilizadas para o processo e em que parte da rede 3G elas serão aplicadas. Na maioria das redes 3G de diversos fabricantes atuais é possível implementar inicialmente o processo de IRAT somente em uma parte da rede, para facilitar e monitorar a sua atuação. Posteriormente é possível expandir a mesma estratégia para toda a rede. Recomendações para Otimização do Processo Após a implementação do handover IRAT (UMTS-to-GSM) algumas recomendações básicas devem ser seguidas ao longo do processo para que sua atuação seja um sucesso na rede. Quando se verifica através de indicadores do sistema que após a implementação do processo existe um baixo índice de sucesso, devem ser seguidas as seguintes recomendações: 1. Verificar parametrização (BSIC, BCCH, CI, LAC) da célula 2G externa (GSM) configurada na RNC 3G: Esta parametrização será informada ao terminal móvel durante o processo e caso não esteja de acordo com o configurado na BSC 2G, não será possível realizar o handover UMTS-GSM para a determinada célula. 2. Verificar a definição de parâmetros (Threshold - gatilhos de disparo) do evento de IRAT: Esta definição é importante, polis dependendo do valor de disparo do processo o Handover pode ser antecipado ou até mesmo atrasado em uma determinada região de borda ou não. Teoricamente, o Threshold de disparo de IRAT de células 3G em áreas urbanas deve ser diferente de células 3G em áreas de borda onde não existirá continuidade de cobertura 3G. A ideia principal aqui é que em áreas urbanas não existira a necessidade de realizar o IRAT, permitindo assim que exista continuidade da chamada 3G iniciada anteriormente. Já em células 3G de borda de sistema, como em determinado momento não existirá tal continuidade a ideia e transferir a chamada através do processo de IRAT para células 2G (GSM) onde exista continuidade evitando assim a queda da chamada. 3. Se possível realizar um trace (acompanhamento) do processo de handover da chamada e verificar onde está acontecendo a falha (em qual interface). Referências 3GPP, Technical Specification Group RAN, 3GPP TS Handover Requirements between UMTS and GSM or other Radio System Disponível em: Acesso em: 09/08/2012 8

9 3GPP, Technical Specification Group RAN, 3GPP TS Radio Resource Control (RRC); Protocol specification (Release 10). Junho, Disponível em: Acesso em: 09/08/2012 R. KREHER and T. RUDEBUSCH. UMTS SIGNALLING: UMTS Interfaces, Protocols, Message Flows and Procedures Analyzes and Explained. John Wiley & Sons, Ltd. Second Edition. Acesso em: 09/08/

10 Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Teste seu entendimento 1. Qual é o evento de disparo, isto é, de início do processo do Compressed Mode? 2f. 2d. 3a. 3c. 2. Qual é o evento responsável pelo processo de IRAT definido por cobertura? 2d. 3c. 3a. 2f. 3. Qual é a Mensagem de Uplink do 3GPP onde é possível identificar o evento definido para o processo de IRAT? RRC_Measurement Report. RRC_Measurement Control. RRC_Handover from Utran Command. RANPA_Relocation Required. 4. Quais são as Fases do Processo de IRAT, em ordem de cronológica? Execução, Preparação, Deletar Link 3G. Preparação, Deletar Link 3G, Execução. 10

11 Execução, Deletar Link 3G, Preparaçãoo. Preparação, Execução, Deletar Link 3G. 11