gabi 3

Strategiile handover intre femto si macrocelule Sumar Aceasta lucrare are ca scop prezentarea unui algoritm de optimizare a parametrilor handover (HO) pentru o retea de interior. In scopul de a imbunatatii performantele generale ale retelei, principalul scop este sa diminuam numarul de ping pong si handover failure dintre celula esterioara si o femtocelula interioara. In scopul acestui studiu vom folosi un parc de birouri cu exteriorul comun si acoperirea interioara este simulata folosind o retea wireless planificata si optimizata Raplan iBuildNet. Performanta handover este bazata pe controlul parametrilor optimi handover si testati. Algoritmul se doreste a fi o autooptimizare pentru a receptiona cel mai bun hysteresis si time-to-trigger (TTT) combinatia actuala a statusului retelei. Algoritmul de auto-optimizare este introdus. O imbunatatire de la setarile manuale statice sunt arhivele. Cu toate astea controlul optimizarii parametrilor de handover pentru diferite scenarii si puncte de operare diferite trebuiesc cercetate in viitor. Introducere Handover este una din cheile procedurale pentru a asigura tuturor utilizatorilor sa se miste liber prin retea in timp ce inca sunt conectati si avand parte de servicii de calitate. Inca de cand rata de succes este un indicator cheie a satisfacerii utilizatorilor este vitala pentru ca aceasta procedura sa se intample cat mai repede posibil si cat mai perfect posibil. In retelele de telefonie mobila utilizate in prezent, optimizarea handover (HO) face manual pe o perioada lunga de timp, de exemplu zile sau saptamani, doar la faza de necesitate. Aceasta abordare consuma timp si estita posibilitatea sa nu se realizeza de cate ori este necesar. Aceasta lucrare are ca scop introducerea unui algoritm de auto-optimizare on-line, care coordoneaza parametrii HO luand in considerare performantele retelei globale de imbunatatirea utilizatorului. Principalele obiective sunt: reducerea numarului de HOS initiate, dar nu se efectueaza pana la final (ho failures) repetate ianinte si inapo intre doua statii de baza (ping pong) si call dropp. Autooptimizarea viitoarelor retele de acces este unul din principalele subiecte de cercetare in prezent. Handover-ul poate fi descris de un flux de evenimente foarte precis si unii ar pute argumenta ca exista putine, daca ceva ar fi imbunatatit. In abordarea noastra cautam sa nu modificam acest flux ci mai degraba la a face setarile parametrilor usor folosibili si le modifica in consecinta. Principalele provocari ale acetui algoritm intretine un echilibru perfect intre parametrii de control ai procesului HO si sa se asigure ca reteaua este stabila pe o perioada lunga de timp. Restul raportului este organizat dupa cum urmeaza: Scenariul real al simularii de catre o retea wireless planificata si optimizata de tip Ranplan iBuilNet R(9) este descrisa o simulare de propagare. Este introdus un algoritm de optimizare care aduna parametrii handover. In cele din urma sunt date rezultatele simularii incheierea si respectivele lucrari

Masuratori Masuratorile care sunt utilizate in algoritmul de optimizare a parametrilor sunt divizate in indicatori de sistem, parametrii de control si masuratori de evaluare. Puterea semnalului de referinta (RSRP) si rata de semnal de interferenta si zgomot (SINR) sunt siteme de masurare. Sunt folosite pentru a selecta femtocelulele conectate si posibilii candidati handover. Parametrii de control sunt reglati de catre algoritmul de optimizare pentru a creste performanta handover a retelei. Masuratorile de evaluare sunt utilizate ca masuratori in timpul de optimizare si ca indicatori de performanta pentru evaluarea algoritmilor de optimizare. Masuratorile sunt descrise mai jos: A) Sisteme de masurare 1) RSRP – RSRP se calculeaza de la puterea transmisa de celula (Pc), valori pathloss de la utilizatori catre diferite celule (Lu) si interferentele suplimentare cu o distributie lungnormala, si o deviatie standard de 3 dB (Lf). Valorile RSRP rezultate sunt calculate per celula c si utilizator u

2) SINR – valorile SINR sunt calculate din RSPR-ul celulei conectate (RSRPconn) si valorileRSRP ale celei mai puternice interferente a celulei plus zgomotul termic (RSRPint,noise). Rezultatele SINR sunt calculate prin

Se presupune ca toate celulele transmit cu 46dB pe toate perioada simularii B) Cobtrolul parametrilor Fandoverul este inceput daca doua conditii sunt indeplinite: RDRP-ul unei celule este mai bun decat RSRP-ul celulei conectate plus valoarea hysteresis iar aceasta conditie este mentinuta mai putin timp decat este specificat in parametrii time-to-trigger. Hysteresis-ul si TTT vor fi controlati de algoritmul de optimizare: 1) Hysteresis : in simulare este valabila valoarea hysteresis-ului intre 0 si 10 cu pasi de 1 Db, rezultand 11 valori hysteresis valabile 2) Time-to-trigger (TTT) : valoarile TTT valabile sunt specificate in 3GPP. Valorile 0, 40, 64, 80, 100, 128, 160, 256, 320, 480, 512, 64, 1024, 1280, 2560, 5120 (ms). Aceste 16 valori sunt singurele valori TTT valabile. Prin urmare exista 11x16 combinatii de parametrii de control valabile de la 11 valori hysteresis valabiel si 16 valori TTT valabile C) Indicatorii de performanta handover (HPIS) 1) Raportul de handover failure (raportul de esec handover) este un raport al numarului de esecuri handover, numarul de handover in asteptare (suma numarului de succese si numarul de esecuri) 2) Raportul de handover ping pong – daca un apel este predat la o noua celula si este dat inapoi in celula sursa in mai putin decat momentul critic (TP), acest handover este considerat a fi ping pong handover. Cu alte cuvinte aparitia unui ping pong este determinata de durata de utilizare directa a unei celule de catre un utilizator dupa handover, numit time of stay (timp de stationare). Timpul de stationare incepe cand un

utilizator trimite un mesaj complet de handover catre celula, si se finalizeaza cand utilizatorul trimite un handover complet catre alta celula. Daca utilizatorul are un timp de sedere mai mic decat pragul Tp de exemplu 1 s, si o noua celula vizata este aceeasi ca si celula sursa cand se face predarea celulei folosite, atunci handover-ul terminalelor timpului de stationare este considerat un handover inutil adica un pig pong. Raportul de handover ping pong este raportul numarului de ping pong si numarul total de handover (numarul de handover ping pong, numarul de handover care nu este ping pong si numarul de handover failure) 3) Raportul de call dropping: raportul de call dropping rste posibilitatea ca un apel existent este abandonat ianinte de a fi terminat, de exemplu in timpul de predare, in cazul in care utilizatorul se muta in afara ariei de acoperire. Se calculeaza ca raportul dintre numarul de apeluri intrerupte la numarul de apeluri care au fost acceptate de retea Scenariul de simulare Pentru simularea de handover, simulare efectuata intr-un parc de cladiri de birouri, este aleasa acoperirea in comunin aer liber si in interior. Scenariul este simulat folosint o retea wireless palnificata si optimizata Ranplan iBuildNet R (9). Datele pathloss sunt furnizate de simulator. Fig 1 arata layout-ul simularii. O molecula acoperea perimetrul exterior intr-un parc industrial. Aceasta ofera o acoperire foarte slaba in interiorul cladirii B fiind aproape de macro RRU. Cel mai rau furnizata acoperire interioara este in cladirea A fiind cea mai indepartata. Femtocelulele sunt utilizate pentru acoperirea complementara si o capacitate mai mare in cladirile A si B. Pentru simplificarea simularii sunt folosite la fiecare intrare in cladire catre o femtocelula asa cum este prezentat in fig 2. Fig 3 descrie beneficiile implementate de femtocelulele plasate in interiorul cladirii. Pentru a studia managementul de mobilitate, se presupune ca utilizatorii se deplaseaza in jurul cladirilor cu femtocelule cu viteza de 5 km/h pe intreaga traiectorie prezenta in fig 2. Daca utilizatorii ajung la granita scenariului simularii va sari inapoi si va fi indreptat in directia opusa. Este aceasta performanta handover pentru acest scenariu. Si raportul de handover failure, raportul de handover ping pong si raportul de call dropping sunt prezentate in sectiunea urmatoare.

Procesul de handover Procesul de handover poate fi divizat in 4 faze: masurare, prelucrare, preparare si executie. Masuratorile si prelucrarile handdover sunt efectuate de catre UE. Masuratorile handover sunt de obicei bazate pe estimarea puterii semnalul de referinta receptionat downlink (RSRP) in timp ce are loc procesul de filtrare a efectelor fading si estimeaza marja de eraore a masuratorilor handover. Dupa prelucrare daca conform filtrelor de masurare, un anumit eveniment de handover indeplineste conditia de intrare, UE avertizeaza celula de servire si raporteaza masuratorile facute printr-un raport de masuratori. Apoi incepe faza de pregatire in care celula de servire incepe procesul de handover si pregateste executia acestuia impreuna cu celulele vizate. In cele din urma in faza de executie acestuia impreuna cu celulel vizate. In cele din urma, in faza de ezecutie, celulele de servire efectueaza procesului de retea necesare, cu ajutorul tranferului UE pentru a transfera legatura pana la ultima. UE efectueaza masuratori handover si de prelucrare si de predare in Layer 1 (fizic) si Layer

3 (retea)prezentate in fig 4 (12). Pentru masuratorile de handover, UE in general ia estimarile RSRP de la celula incluzand in list asi celulele vecine. In scopul de a elimina efectul de fading din estimarile RSRP UE obtine fiecare proba RSRP ca medie liniara peste contributiile de putere ale tuturor elementelor ce transporta simboluri de referinta intr-un subcadru (ex. 1ms) latimea de banda de masurare (ex 6 blocuri de resurse) si dupa acea medie continua pe parcursul mai multor probe RSRP. Aceasta medie liniara se realizeaza in Layer 1 si este cunoscuta sub numele de L1 filtering. Pentru o configurare normala (fig 4 a) pentru a obtine o masurare de handover filtrata L1, probele de downlink RSRP pot fi luate la fiecare 40ms, iar apoi in medie 5 probe RSRP consecutive

Fig 1 O acoperire exterioara macrocelulare intr-un parc industrial

fig 2

Filtrele de masurare de handoverare L1 sunt actualizate in fiecare perioada de masurare handover (ex 200ms) la UE si luate in ordine de la raspunsul impulsului infinit (IIR) cum este prezentat in fig 4 pana la atenuarea efectelor de fading si estimarile imperfectiunilor. Aceasta miscare medie se face in Layer 3 si este cunoscuta sub numele de L3 filtering. Intrucat probe sucesive de shadowing in semnalul receptionat. Pentru o mai mare mobilitate a UE-urilor probele lungi si medii de shadowing nu sunt corelate intens si ar fi mai bine sa avem o perioada mai scazuta de filtrare L3 decat pentru mobilitatea scazuta a ue_urilor. O perioada normala de filtrare L3 este de 200ms. Un handover se declasaza daca masuratorile filtrate de L3 indeplinesc conditii minime de handover

Fig 3 acoperirea semnalului femtocelulelor Exista 8 tipuri de conditii ce initiaza un handover. Odata ce A3 (vecinatatea devine offset mai bun decat un server) conditia este indeplinita, adica filtrele RSRP L3 din celula vizata este mai mare decat cea a celulei de serviremai mare decat cea a celulei de servire plus o marja hysteresis (de asemenea face referire si la evenimentul A3 offset) UE incepe momentul TTT (Fig 4 b). Doar daca conditiile momentului A3 sunt satisfacatoare de asemenea si TTT; UE instiinteaza celula de lucru si trimite inapoi conditiile lui A3 printr-un raport de masuratoare infiintind asfel procesul de handover. Valorile mici ale TTT pot duce la handovere timpurii crescand ping pong-urile, in timp ce valorile mai mare ale TTT pot duce la handover intaziat crescand handover failure. Prin urmare optimizarea TTT conform vitezei UE au o importanta capitala in managementul mobilitatii, asa cum este prezentat mai jos. Odata ce TTT a fost setat ca in fig 4 b incepe faza de handover. Problema celulei sursa cer mesaje celulei vizate, care efectueaza proceduri de control admise de cerintele de functionare UE. Dupa ce sunt indeplinite cerintele, celula vizata pregateste procesul de handover si trimite o cerere de handover constatarea fiind facuta de celula sursa. Cand confirmarea este primita la celula sursa, transmiterea de date de la celula sursa la celula vitala, iar celula sursa trimite o comanda de handover (printr-un mesaj RRC) la UE. In cele din urma, in faza de handover, ue se sincronizeaza cu celula vizata si o acceseaza. UE trimite un mesaj handover complet la celula vizata cand procesul de handover este finalizat. Celula vizata care poate incepe sa transmita date catre UE, trimite un mesaj switch pentru a informa reteaua ca UE si a schimbat celula folosita. Dupa aceea reteaua transmite un mesaj de cerere de actualizarela portalul UE, care schimba calea de date in legatura descendenta din celula sursa la celula vizata. Reteaua trimite de asemenea pachete de marcare finali pe vechea cale catre celula sursa, cerandu-i sa elibereze orice resursa alucata ulterior acestuia. Un UE este considerat a fi, in afara sincronizarii cand SINR-ul sau de pe banda larga (referire se face la indicatorul de calitate al canalului CQI scade la Qout in dB) si reintra in sincronizare cand atinge Qin (in dB). Pentru a urmarii caderile de semnal radio (RLF)(8) un UE foloseste doua portaluri mobile, care au adancimi de 200ms si 100ms pentru a-si calcula calorile CQI Qout si Qinu. Cele doua portaluri sunt actualizate o data / frame, adica o data la fiecare 10ms. Cand Qout este scazut atunci apare o problema de sincronizaresi temporizatorul T310 (de obicei cu durata de 1 s) este declansat asa cum arata fig 4. Temporizatorul T310este oprit odata Qin,u este mai mare decat pragul Qin, iar UE este considerat reintrat in sincronizare. Cu toate astea, daca atemporizatorul T310 reuleaza pana expira. UE este considerat scos din sincronizare si un RLT este declarat. Prin urmare se intampla un handover failure daca una dintre cele 3 conditii este indeplinita: -

RLF se intampla in timpul perioadei dintre conditia de indeplinire A3 si o receptionera comanda handover Temporizatorul T310 este declansat si ruleaza inca atunci cand o comanda handover este trimisa

-

-

Fig 4 Procedura de filtering L1 si L3, procesul de monitorizare radio link si procesul de handover Banda larga SINR Qout a UE este mai mare decat Qout cand un mesaj complet de handover este trimis

Daca nu au loc situatiile 2 sau 3 (care nu sunt prezentate in fig 4 b ) un canal de control de date (PDCCH) este declarat fail. Aparitia unui ping pong este determinata de durata de timp in care UE sta conectat la celula in mod direct dupa un handovernumit time to stay, (timp de stationare). Timpul de stationare incepe cand UE trimite un mesaj complet handover catre o alta celula. Daca UE are timp de stationare mai mic decat pragul TP (ex 1 s) si noua celula vizata este la fel ca celula sursa cand predarea catre noua celula se termina, atunci handover-ul care finalizeaza acest timp de stationare este considerat un transfer inutil, adica un ping pong. Simularea sistemului de prelucrare si parametrii de mobilitate specifici sunt dati in tabelul 1 si 2

Tab 1 Presupusa simulare de sistem

Tab 2 Parametrii simularii. Specificatiile mobilitatii Performanta sistemului retelelor neoptimizate In studiile de performanta, performanta sistemului de retele non optimizate pentru diferite setari ale parametrilor handover sunt examinate. Acest studiu ofera o perspectiva de efecte ale schimbarilor handover asupra performantei sistemului. Studiile sistemelor de performanta sunt efectuate pentru toatepunctele de oeprare handover ( o combinatie de un anumit hysteresis si caloarea TTT), care sunt definite in sectiunea aII a B.Simularile de sistem sunt efectuate pentru 128 s pentru fiecarepunct de operare handover. Simularea rezultata pentru indicatorul de performanta handover failure este adaugat in fig 5, raportul pentru handover failure mai si mici si TTT sunt abordate 2dB-8 dB, marja handover poare reduce handover failure 40 ms – 320ms TTT, este timpul potrivit pentru handover. Fig 6 descrie raportul de handover de ping pong. TTT scazut si marjele de eroare pot duce de

asemenea la handoverprea devreme, crescand ping-pong-ul, mai ales in scenariul NetNet. Fig 7 arata raportul de call dropping. Calorile mari TTT si marjele handover pot duce de asemenea la handover intaziat crescand numarul de call dropping. In scopul de a evalua performanta sistemului in ansamblu rezultatele de simulare prntru indicatorii de performanta handover (HPI) care sunt fail (HOF), handover ping pong (CHE) si raportul call dropping (DC)pot fi combinate intr-o singura cifra. Astfel urmatoarea functie de pondere a fost definita ca cerceteze cooperarea indicativilor de performanta handover (HP) Diferite pondere pot fi introduse pentru a permite introduce politicii operatorilor in evaluarile performantelor handover. Diferitii aoperatori definesc diferite seturi de indicatori. O cerere a unui operator poate fi sa evite caderile de apel cu orice pret. Alt operator poate sa accepte un numar scazut de apeluri pierdute in cazul in care sunt semnalizabile cazul acestora fiind foarte redus. De retinut este ca in sismulare punctele operationale de handover au fost schimbate in acelasi timp. Valorile HPI sunt normalizate la valoarea maxima in toate punctele de operare inaintea ca acestea sa fie combinate cu ponderea. Algoritmul nostru de optimizare are ca scop gasirea de puncte operationale handover optime pentru fiecare celula.

Fig 5 Raportul de handover failure in punctele de operare

Fig 6 Raportul de ping pong handover

Fig 7 Raportul de call Dropping