Qualite de Service Des Reseaux Mobiles 2G Important

Qualité de service des réseaux mobiles 2G (et plus) Thierry KONDRATUK

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Plan






Rappels Compteurs OMC Drive Test Analyse de protocole 2.5G et 3G

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Plan






Rappels Compteurs OMC Drive Test Analyse de protocole 2.5G et 3G

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Rappels







Architecture réseaux GSM FDMA/TDMA (fréq., timeslot) Canal physique/logique Message Flow Mesures MS / BTS Qualité, Niveau, Sensibilité

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Architecture réseaux GSM MS

Um

BSC

BTS (plusieurs TRX)

MSC

Abis A PSTN

• Elements du réseau (architecture SIMPLIFIEE!!!) MS: Mobile Station Puissance d’émission = 2W (33 dBm), Sensibilité = -104 dBm (-102 dBm selon la norme) pour un mobile GSM (bande 900) BTS: Base Transceiver Station, équipement radio assurant la couverture d’une cellule Puissance d’émission typique = 20 W (43 dBm), Sensibilité = -110 dBm (-104 dBm selon la norme). Une BTS contient plusieurs TRX (1 TRX = 1 fréquence = 8 timeslots) BSC: Base Station Controller, contrôle un ensemble de BTS (activation des canaux, consignes de puissance, etc.) MSC: Mobile Switching Center (commutateur), établit, supervise et libère les appels. Assure la commutaion des appels dans le réseau GSM et vers le réseau fixe (PSTN) PSTN: Public Switched Telephone Network (RTC en français), réseau fixe

• Interfaces Um ou interface radio. Le niveau 3 (couche supérieure) est défini dans la norme GSM 04.08 Abis. Le niveau 3 (couche supérieure) est "défini" dans la norme GSM 08.58 (non entièrement normalisé!) A. Le niveau 3 (couche supérieure) est défini dans la norme GSM 08.08

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FDMA/TDMA (fréq., timeslot) F1 (TRXa)

0

7 0

7 0

7

F2 (TRXb)

0

7 0

7 0

7

fréquence temps Le mobile rouge utilise la fréquence F1 et le TimeSlot (TS) 4 = canal physique - largeur d'un canal fréquentiel = 200 kHz - durée d'un TS = 0.577 ms, 8 TS → trame TDMA (4.615 ms)

• Partage de la resource radio entre les mobiles - Partage en fréquence (FDMA: Frequency Divison Multiple Access) Chaque mobile utilise une partie du spectre = une fréquence ou un canal (en fait un couple de fréquences: 1 fréquence pour le sens montant et 1 pour le sens descendant) - Partage en temps (TDMA: Time Division Multiple Access) Plusieurs mobiles utilisent la même fréquence une portion du temps → intervalle de temps (IT) ou TimeSlot (TS) - Partage en code (CDMA: Time Division Multiple Access) → UMTS ou 3G L'interface radio GSM utilise une technique mixte TDMA/FDMA.

• Canaux GSM canal

f. centrale UL

f. centrale DL

Ecart duplex = 45 MHz

1

890.2 MHz

935.2 MHz

bande DL (Downlink) = 25 MHz

2

890.4 MHz

935.4 MHz

...

...

...

124

914.8 MHz

959.8 MHz

Largeur canal = 200 kHz

bande UL (Uplink) = 25 MHz

6

Canal physique/logique - 1



F

Canal physique = couple (Fréquence,Timeslot) Canal logique = subdivision temporelle d'un canal physique ex. le canal physique (F,TS=6) est "divisé" en 2 canaux logiques L et l

0

L7 0

l 7 0

L7

etc.

• Canaux DCS (se rapporte au slide précédent) Largeur canal = 200 kHz

canal

f. centrale UL

f. centrale DL

Ecart duplex = 95 MHz

512

1710.2 MHz

1805.2 MHz

513

1710.4 MHz

1805.4 MHz

...

...

...

885

1784.8 MHz

1879.8 MHz

bande DL (Downlink) = 75 MHz bande UL (Uplink) = 75 MHz

(se rapporte au slide courant) La même capacité n'étant pas nécessaire pour les différentes procédures requises par le GSM, afin d'optimiser l'utilisation du spectre, les canaux physiques = (F,TS) sont subdivisés (temporellement) en canaux logiques.

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Canal physique/logique - 2


Principaux canaux logiques


BCCH - broadcast → diffusion des informations système




RACH / PCH / AGCH - canaux communs → accès aléatoire, appel mobile (paging), allocation de resource




SDCCH (+SACCH) - canal dédié → signalisation




TCH (+SACCH) - canal dédié → traffic

BCCH: Broadcast Control Channel, diffuse les informations nécessaires au mobile (ex. puissance d'émission max., fréquence des cellules voisines,...). RACH: Random Access Channel, utilisé par le MS pour l'accès initial au réseau (avant l'obtention d'un resource dédiée). Canal commun UL → risque de collision! PCH: Paging Channel, pour signaler à un mobile qu'on cherche à établir une liaison avec lui. AGCH: Access Grant Channel, pour allouer un canal de signalisation dédié au mobile. SDCCH: Standalone Dedicated Control Channel, canal de signalisation dédié utilisé pour les mises à jour de localisation, la phase précédant l'allocation d'un canal de traffic, etc. TCH: Traffic Channel, canal de traffic utilisé par exemple pour une communication voix.

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Canal physique/logique - 3 trame TDMA (4.615 ms)

0 1

multitrame 26 (120 ms)

0 1 2 3 4 .

TCH/SACCH full rate

T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T I

TCH/SACCH half rate

T t

2 3 4

T t

5 6 7

T t

.

0 1 2

3 4 5

6 7 0

1 2 3

4 5 6

etc.

7

.

T t

T t

T t

A T t

T t

T t

T t

T t

T t

a

Sur un canal physique (F,TS), on peut "mapper" 1 canal logique TCHF (full rate) et son canal associé SACCH (Slow Associated Control Channel). Sur un canal physique (F,TS), on peut "mapper" 2 canaux logiques TCHH (half rate) et leur 2 canaux associés SACCH (Slow Associated Control Channel).

A savoir (non représenté ici) En utilisant une structure de multitrame 51 (au lieu de 26), on peut "mapper" 8 canaux SDCCH (et leur 8 canaux associés SACCH) sur un seul canal physique (F,TS).

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SDCCH Assignment BTS

MS

BSC

MSC

Possibly PAGING

CHANNEL REQUEST RACH

CHANNEL REQUIRED CHANNEL ACTIVATION CHANNEL ACTIVATION ACK

IMMEDIATE ASSIGNMENT

IMMEDIATE ASSIGN COMAND (IMMEDIATE ASSIGNMENT)

AGCH

SABM (L3 message) SDCCH

UA (L3 message)

ESTABLISH INDICATION (L3 message)

CONNECTION REQUEST (L3 message)

L3 message CM SERVICE REQUEST (TCH needed)

CONNECTION CONFIRM

PAGING RESPONSE (TCH needed) LOCATION UPDATING REQUEST (no TCH needed) etc.

Objectif: obtenir un canal de signalisation dédié (SDCCH) utilisé par exemple pour une procedure de mise à jour de localisation (canal de trafic non nécessaire), l'envoi d'un SMS ou pour la signalisation nécessaire à l'obtention d'un canal de trafic dédié (TCH). CHANNEL REQUEST: contient 'random reference' + 'establishment cause' (ex. emergency call, answer to paging, originating call, location updating, ...) CHANNEL REQUIRED: contient 'TS/logical channel (RACH)', 'request reference' (inclus l'info du Chan. Req.), 'access delay' CHANNEL ACTIVATION: 'TS/logical channel (SDCCH)/subchannel', etc. voir spec. 08.58 CHANNEL ACTIVATION ACKNOWLEGE: une fois le canal activé par la BTS, envoi d'un AR IMMEDIATE ASSIGNMENT: ordre au mobile de commuter sur le canal SDCCH activé. Contient 'TS/logical channel (SDCCH)/subchannel', 'ARFCN' (canal), 'request reference', etc. Le mobile qui se reconnait (d'après l'élement d'information 'request reference') prend le canal de signalisation dédié SDCCH. Une fois le canal SDCCH correctement pris, le mobile peut demander un service. Suivent alors une suite de procédures (Authentication, Ciphering mode setting, Call initiation) entre le MS et le MSC avant d'arriver à l'assignation d'un canal de trafic TCH.

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TCH Assignment - normal procedure = hors HO BTS BSC

MS

MSC

- SDCCH assignment

SDCCH

- Authentication - Ciphering mode setting - Call initiation ASSIGNMENT REQUEST

CHANNEL ACTIVATION CHANNEL ACTIVATION ACK ASSIGNMENT COMMAND

ASSIGNMENT COMMAND

SABM TCH

ESTABLISH INDICATION

UA

ASSIGNMENT COMPLETE ASSIGNMENT COMPLETE ASSIGNMENT COMPLETE

SDCCH channel release

ASSIGNMENT REQUEST: le MSC demande au BSC d'établir un canal de trafic vers le mobile Activation du canal de trafic (TCH) à la BTS (CHANNEL ACTIVATION, CHANNEL ACTIVATION ACK): même principe que précédemment Activation du canal de trafic (TCH) au mobile (ASSIGNMENT COMMAND, ASSIGNMENT COMPLETE): même principe que précédemment Une fois le canal TCH correctement pris, suivent les procédures 'Call confirmation' (sonnerie) et 'Call accepted' (decroché) avant le trafic voix. Note1: Durant cette procédure, le canal de trafic TCH étant utilisé pour de la signalisation et non du trafic voix, on le nomme FACCH Note2: Une fois le trafic voix établi, les besoins en signalisation sont vehiculés par la canal SACCH associé au canal TCH (1 TS sur 26) Exemple de message: Measurement Result

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Mesures MS / BTS BTS

Um

MS

Abis

Measurement Report

Measurement Result

(mesures MS)

(mesures MS + BTS)

mesures MS (2x par sec.) - niveau serveuse + voisines - qualité etc.

BSC

mesures BTS (2x par sec.) - niveau - qualité - TA etc.

Un mobile utilisant un canal de trafic TCH effectue des mesures sur la liaison radio (mesures Downlink (DL) ou sens descendant). Ces mesures sont envoyées toutes les 480 ms à la BTS en utilisant le message Measurement Report (voir spec. interface radio GSM 04.08). De son côté la BTS effectue des mesures sur la liaison radio (mesures Uplink (UL) ou sens montant) pour tous les mobiles en trafic dans la cellule. Le BTS consolide les mesures DL et UL et les envoit toutes les 480 ms au BSC en utilisant le message Measurement Result (voir spec. interface Abis GSM 08.58). Grandeurs mesurées (principalement) Ce qui est DL est mesuré par le MS et ce qui est UL est mesuré par la BTS! Niveau serveuse, RXLev DL & RXLev UL Niveau des 6 meilleures voisines, RXLev DL N1, ..., RXLev DL N6 Qualité serveuse, RXQual DL & RXQual UL Timing Advance TA - Plage de mesure niveau: -110 dBm → -47 dBm - Plage de mesure qualité: 0 (qualité excellente) → 7 (qualité fortement dégradée) Cette "note" est liée au taux d'erreur binaire sur la liason radio - Plage de TA (distance MS-BTS): 0 (mobile à - de 500m) → 63 Une unité de TA correspond à peu près à 500 m (ex. TA = 2 → mobile entre 1km et 1.5 km)

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Qualité, Niveau, Sensibilité - 1


Qualité 0 (excellent) → 7 (très mauvais: coupure!) - à 3/4 la qualité est dégradée, seuil utilisé pour déclencher un Handover 'Qualité'




Niveau Puissance d'émission BTS = 43 dBm (20W), typiquement Puissance d'émission MS = 33 dBm (2 W)




Sensibilité La qualité se dégrade à faible niveau. Sensibilité = niveau minimum (dBm) pour lequel la qualité est meilleure que 4 (BER *) Level

Quality

HO Suc. (X->*)

Better Cell

Level

Quality

Better Cell

A

100

90

200

99

90

198

B

80

70

160

72

63

160

C

50

40

100

45

36

100

D

10

5

20

9

7

10

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Rapports "Qualité de service"


Rapport management Vue macroscopique, quelques indicateurs globaux d'accès au réseau et de qualité (coupure)




Rapport troubleshooting A destination des équipes d'ingénierie, vue cellule, indicateurs globaux + détaillés




Exemples

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Avantages / Inconvénients







+ Vue complète du réseau (tout, tout le temps) + Process automatisable - Comparaison concurrence impossible - peu ou pas d'information purement radio (voir message 'measurement result')

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Drive Test





Principe Exploitation des mesures Démo outil TEMS (Ericsson) Avantages / Inconvénients

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Principe Um

BTS

GPS

MS de trace

Outil d'acquisistion (Laptop+soft)

Messages

→ Enregistrement des messages échangés entre le mobile de trace et le réseau + position GPS

MS de trace: mobile fournissant sur une de ses interfaces une copie des messages envoyés / reçus. Outil d'acquisition: PC portable + logiciel d'acquisition (Ex. Ericsson TEMS) L'un des messages intéressant qui est enregistré est le message "Measurement Report" contenant les mesures effectuées par le mobile (mesures DL): en particulier le niveau RxLev DL et la qualiré RXQual DL.

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Exploitation des mesures









Cartes Niveau DL / Qualité DL, Evénements (ex. Blocked Call, Dropped Call, HO) Analyse de la séquence des messages échangés Replay d'une trace Analyses statistiques

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Level map

Niveau (Downlink = reçu par le mobile) représenté selon un échelle à 4 couleurs (voir légende). Les cellules sont représentées selon 3 couleurs: Rouge: cellule serveuse Vert: cellules voisines de la cellule serveuse Gris: autres cellules Certains événements (voir légende) sont positionés sur la carte. Ex. HO. Note: on utilise généralement une carte scannée en fond.

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Quality map

Qualité (Downlink = reçu par le mobile) représenté selon un échelle à 3 couleurs (voir légende). Pour les autres informations, voir 'Level map'.

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Messages échangés

Tous les messages, ainsi que leur contenu peuvent être visualisés. On peut en particulier examiner la séquence d'établissement d'un appel posant problème.

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Replay d'une trace

• Graphe du haut Barres en rouge: niveau serveuse Courbe multicouleur: niveau 1ère voisine, changement de couleur lorsque la première voisine change • Graphe du bas Courbe en rouge: RxQual (serveuse) Barres en vert: SQI (Speech Quality Indicator), appréciation de la qualité audio. Algorithme propriétaire Ericsson. Notes: Les différentes visualisations (carte, messages, courbes, etc.) sont synchronisées. Les différentes visualisations (carte, messages, courbes, etc.) sont hautement paramétrables (on peut visualiser toute info GSM de toutes les façons).

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Démo outil TEMS (Ericsson)


RxQual, RxLev maps





Message Flow





affichage paramétrable des IE possibilité de filtrage couche / message

Trace Replay


affichage paramétrable des IE

IE: Information Element

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Avantages / Inconvénients










+ Information géographique (utile par ex. pour analyser un pb client) + Evaluation réseaux concurrents (benchmarking) - Vue "snapshot" (1 endroit, 1 instant) - Info uniquement DownLink (non UL) - Mise en oeuvre

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Analyse de protocole







Principe Interface Radio (c'est l'outil de DT) Interface Abis Interface A Démo outils Abis Surfer (Astellia) Avantages / Inconvénients

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Principe MS

Um

BTS

Abis

BSC

A

PSTN

analyseur de protocole interface Abis

analyseur de protocole interface A

Analyseur de protocole interface x: outil d'acquisition / d'analyse des messages échangés sur l'interface x

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Interface Abis


Interface partiellement normalisée dans la spec. GSM 08.58 (certains constructeurs ont une interface propriétaire!)




Interface fournissant le plus d'information radio (ex. message "Measurement Result" contenant les mesures DL et UL)




Vision complète d'une cellule

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Interface A








Interface normalisée dans la spec. GSM 08.08 Interface fournissant peu d'information radio Vision complète d'un BSC

Il est possible de recréer en monitorant toutes les interfaces A d'un réseau un système de compteurs type OMC avec l'avantage d'être exhaustif et constructeur indépendant.

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Démo outils Abis Surfer- 1

Démo outils Abis Surfer - 1

Exercice - Sur quel objet porte la mesure? - Quel table / graphique observe-t-on? - Conclusion

Rép. la sensibilité moyenne du parc de mobiles DCS est -102 dBm

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Démo outils Abis Surfer- 2

Démo outils Abis Surfer - 1

- Sur quel objet porte la mesure? - Quel table / graphique observe-t-on? - Conclusion

Rép. interférence DL sur canal 1

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Démo outils Abis Surfer- 3

Démo outils Abis Surfer - 1

- Sur quel objet porte la mesure? - Quel table / graphique observe-t-on? - Conclusion

Rép. résurgence à 8/9 km

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Avantages / Inconvénients





Abis + mesures UL & DL + finesse de l'analyse radio - mise en oeuvre A + constructeur indépendant + exhaustif - "mise en oeuvre"

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2.5G et 3G


2.5 G = GPRS







Compteurs Drive Test Analyse de protocole

3G = UMTS




Compteurs Drive Test Analyse de protocole

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GPRS (PS)


Compteurs






Drive Test





pas de coupure / HO au sens CS du terme compteurs de débit (data throughput) sur interfaces radio, Gb mesure débit (data throughput) int. radio

Analyse de protocole


interface A → interface Gb

CS: Circuit Switched PS: Packet Switched

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UMTS (CS+PS)


Compteurs






Drive Test





CS + PS nombreuses nouvelles procédures (ex. soft HO) interface radio totalement différente → de nouvelles grandeurs (ex. code, Ec/No)

Analyse de protocole


interface Abis / A → interface Iub / Iu

CS: Circuit Switched PS: Packet Switched

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This is the end Merci pour votre attention

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