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planeamento e optimização em redes celulares móveis auto

1. CIE of E PA i Frequency Hz 2 6e9 Bandwidth Hz 20e6 Map Resolution metersipixel 20 ug ae a s eR ri eat Gi Pathioss p Transmission mode L i eg Ra a Minimum Coupling Loss dB 70 nTX 1 a E Macroscopic Pathloss Model free space nRX 1 ih Pathloss Model Enviroment urban micro v TX Mode Single Antenna v 4 4 Ae o RR g mane iypo E Use Fast Fading a l Traffic Type 0 Random ivi Channel Mode Type PedA d MY Upumization Trace Length seconds 1 Enabled True eS Correlated Fading True v ANR Enabled True Zj Claussen v Show Live NR True X P UDTM Enviroment DiDeep indoor Available group codes 1 168 168 pass NR Allocation Method Sequenciel een 4 qro riso Dora OO o Reuse Distance 1500 FE Random Speed False m Q 1 tdo ue mac Spa ont s Random Seed me E t 0 Remove Random Seed Value 0 3 Eca N eral 20 o ea STS E EEE o q UE per eNodeB Sector 2 TTI 10 S E Selt Organizing Network Simulator A Menu principal F Defini es do sistema K Defini es do eNodeB P Aloca o de PCI B Barra de ferramentas G Desvanecimento larga escala L Modo de transmissao Q Defini es de simula o Mapa H Desvanecimento pequena escala M Tipo de tr fego do UE D Lista de eNodeBs 1 Difrac o N Optimiza o de Handover E Barra de estado J Defini es do UE O Fun o ANR Figura 3 1 Interface principal e
2. Para tornar a comunica o entre cada eNodeB e UE coerente um algoritmo assegura que a comunica o entre estes segue o processo de handover intra frequ ncia Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 67 Simula o de Redes Auto Geridas especificado pelo 3GPP e o qual j foi descrito no cap tulo 3 A Figura 4 8 ilustra o fluxo de mensagens trocadas entre UE e eNodeB durante o processo de handover Figura 4 8 Sinaliza o entre eNodeB e UE durante o processo de handover em cada TTI No Yes No Yes Figura 4 9 Algoritmo de Actualiza o da NAT 68 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas PCI 2m detection ener X2 E3 Start ANR procedure Exchange NRT Measurement Report received Update NRT HO Decision Reconfigure UE End ANR procedure Proceed HO Request target cell ECGI Figura 4 10 Fluxograma do algoritmo ANR 4 2 4 Optimiza o de Handover Finalmente a terceira funcionalidade implementada no contexto das SON a optimiza o autom tica de par metros de handover com vista redu o da taxa de handovers por oscila o HPP Localizada ao n vel da c lula esta fun o visa uma actualiza o din mica dos par metros de handover com base nas medida
3. Sensibilidade do eNodeB 1cccscccceccceseneesceseceseneeesseesceseeeeessessseseneeesseeees 38 Equa o 3 4 Link Budget para o canal de downlink cccccccsccsecseecseecseecseeseecseesseesseesaes 38 Equa o 3 5 Pot ncia m xima da BTS por RB aaaipda asa aa anda 39 Equa o 3 6 Pot ncia m xima por sub portadora tetra rara areas 39 Equa o 3 7 Sensibilidade do UE errar ET E T aa na nana 39 Equa o 3 8 RSRP Medido na c lula de servi o 1cccscceecceeceeeceecneccetsnesseerseeneeenesens 49 Equa o 3 9 SINF Medido No VE sa cisecdencisendscicexicecissnesseee aS 50 Equa o 3 10 Handover Failure Performance Indicator eternas 50 Equa o 3 11 Ping Pong Handover Performance Indicator 50 Equa o 3 12 Drop Call Handover Performance Indicator eterna 51 Equa o 4 1 Perdas Totais System Level Simulator eretas 56 Equa o 4 2 Pot ncia Recebida System Level Simulator terrena 56 Equa o 4 3 Condi o de Handover reter aer an aen an aer an aea aerea e an nra nana 64 Equacao dd Ron Me O espe DIS s SD 70 Equa o 4 5 Factor Delta de compensa o de HISTELESE ccsccceeceecseecseeceeneeeneeeens 73 XXV 2G 3G 3GPP AMC ANR ANRF BCCH BCH BER BLER BSIC BTS CAPEX CAZAC CCCH CDMA CDR CGI CINR CN COI CR CRS CS CSFB CTC Acronimos 2 Gera o 3 Gera o 3rd
4. B Link budget 163 01 C Link Budget 2600 Maximum Cell Radius D 10 69 55 26 16 LOG10 C 13 82 LOG10 A Cell Radius 4 78 LOG10 C 42 18 33 LOG10 C 40 94 E5 44 9 6 55 LOG10 A 156 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Refer ncias Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 157 Refer ncias EgDu10 TS36300 3GPP04 TR25913 ShSo11 3GPP06 Se To09 LuSc05 HoTo09 TS36321 LeFr08 158 Egan K Duvall J Mobile data traffic surpasses voice ERICSSON Press Release March 23 2010 3GPP Evolved Universal Terrestrial Radio Access E UTRA and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network E UTRAN Overall description Stage 2 Release 10 2010 3GPP TSG RAN Future Evolution Work Shop Toronto Canada Compendium of Abstracts 2004 3GPP TR 25 913 Requirements for Evolved UTRA E UTRA and Evolved UTRAN E UTRAN Release 9 2009 Shen J Song L Envolved Cellular Network Planning and Optimization for UMTS and LTE CRC Press 2011 ISBN 978 1 4398 0649 4 3GPP UTRA UTRAN Long Term Evolution LTE and 3GPP System Architecture Evolution SAE 2006 Sesia S Toufik l Baker M LTE The Long Term Evolution From Theory to Practise Jonn Wiley amp Sons Ltd 2009 ISBN 978 0 470 69716 0 Schulze H Luders C Theory and Applications of OFDM and
5. NRT e NoHo atributo que indica que a NR em an lise n o dever ser usada pelo eNB para fins de handover e NoX2 atributo que indica que a NR n o dever usar a interface X2 para iniciar os procedimentos de handover com o eNB que det m a c lula de destino A Figura 2 12 mostra uma proposta de funcionamento da fun o ANR pelo 3GPP 7536300 Nesta podemos observar a interac o entre a fun o ANR e o RRC bem como a liga o O amp M com outros eNBs da rede Add Update eighbor Relations Internal Information Neighbor Relation Table ontrolled O amp M ci Neighbour Relation Neighbour Relation Attributes Neighbour ROE Removal A Function update NRT Managemnt Neighbour Function Detection Function ANR function Figura 2 12 Funcionamento da fun o ANR proposto em FeSe08 De seguida s o analisados alguns cen rios tipo em que usada a fun o ANR e que tem como refer ncia a ilustra o anterior Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 21 Estado da Arte 2 2 3 2 1 Intra LTE Intra Frequency ANR Segundo 1536300 o funcionamento do ANR assenta no facto das c lulas difundirem o seu ECGI Partindo do procedimento ilustrado na Figura 2 13 descreve se de seguida o funcionamento da fun o ANR para o caso em que temos um handover intra LTE intra frequ ncia Cell A Cell B Phy CID 3 Phy CID 5 Global CID 17 Global CID 19
6. Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 123 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON em cada c lula o que significa que a transmiss o no mesmo RB poder ser agendada entre c lulas vizinhas ao mesmo tempo provocando uma colis o de RB No campo da coordena o de interfer ncia inter c lula t m sido realizados in meros estudos na tentativa de achar t cnicas capazes de minimizar a interfer ncia inter c lula e os seus efeitos no desempenho da rede Estudos como realizado em RRFo08 sugerem t cnicas baseadas em HARQ e Link Adaptation Segundo o 3GPP estas t cnicas poder o ser divididas em reactivas e pro activas O esquema reactivo baseia se em medidas efectuadas no passado Com base em medidas retiradas monitorizado o desempenho e se a interfer ncia detectada atingir valores elevados feito um ajuste da pot ncia de transmiss o ou escalonamento de modo a reduzir a interfer ncia entre c lulas Num esquema pr activo cada eNB informa os seus vizinhos atrav s da interface X2 da forma como planeia agendar a transmiss o dos seus utilizadores no futuro Desta forma os eNB vizinhos poder o ter esta informa o em conta para futuras transmiss es De acordo com a norma ainda em desenvolvimento para um esquema pr activo foi definido um indicador denominado de High Interference Indicator HIl e para o esquema reactivo o Overload Indicator Ol
7. cccccscccsecccseeceuceceececseeceaeeceucesaueesaeeseueeseueeeaeeseueesueesaeeseaeeseasesseensees 145 20 42 IRCIMOVEG INGIGMDOUN as ua asa sere cena tee sh ses clea ote a epa GE alee SR 146 xvii BO 4 5 Nelgnbour COUNTES wead foi ui inane DAE sa DE a aa nad ado aa aaa 146 B 6 4 4 Handover Chari aaa aan sda DU RS a Sa nb Sanna 147 BO o IMANdOVE craniano pare rarara seara AO AI AEREE 147 B 6 9 1 FHandover Oscillation Rate Chart ss ans to acaices piada don tm aaa dada Saab adaga Sd 147 B 6 5 2 Handover Oscillation Rate Counters era eeaeeraaaa ea eeranaaaareraaananaas 148 B 6 5 3 Optimized Handover Parameters e eeeereeerere erre a renan aeee acena racer aaa re anna 148 50 60 Physical CONTO puseste iss nd ra dia iai o anda ara oia ps tiras ti meti eii ami 149 BGO 1 InibidiUSErs Char a a A OAR 149 BOO ARE OOT OAA ssa E ne EE da ss 149 B7 Problemas CORNCCIOOS ias aa org 151 BAr DeSSNDONNO cenena a 151 Eita INCH ACC Chall Ce eeacetcce tet ieet tee eetcen aetiendieeeacahsentcae Lane nic anus ias lana cana 151 ANONO C ai qnd seater ete RR RE edie dad RS cases 153 C 1 LAK BUG OCU Lid ssgagsssto nadas dps nda seda andas casadas dana sala andas saradas sda ada sacada salada dad 154 C 2 C lculo do Raio de C lula s22ccccsccacscanceaccaandse casedenccaneceacccadsacaaaeceaicaaesteeaedess 155 E 2 1 Cenan Urano Denso baias a S E NN DE 155 C22 CEN UMDANO eie a 155 G2 Cenao SUDU DANO enie a E 156 C24 Ceao RUI ra A A 156
8. 2010 Leher F Next Generation Mobile Networks Recommendation on SON and O amp M Requirements NGMN Alliance 2008 Amirijoo M Frenger P Gunnarsson F Kallin H Moe J Zetterberg K Neighbor Cell Relation List and Physical Cell Identity Self Organization in LTE Wireless Acess Networks Ericsson Research Ericsson AB Sweden 2008 Kim D Bongjhim S Hong D Lim J Self Configuration of Neighbor Cell List Utilizing E UTRAN NodeB Scanning in LTE Systems Department of Electronic Engineering Sogang University Korea Feng S Seidel E Self Organizing Networks SON in SGPP Long Term Evolution Nomor Research GmbH 2008 3GPP TR 36 902 Self configuring and self optimizing network SON use cases and solutions Release 9 2010 Graybeal J The Benefits of SON in LTE Self Optimizing and Self Organizing Networks 3G Americas 2009 Syed A Dimensioning of LTE Network Description of Models and Tools Coverage and Capacity Estimation of 3GPP Long Term Evolution Department of Electrical and Communications Engineering Helsinki University of Technology 2009 3GPP TS 36 304 Evolved Universal Terrestrial Radio Access E UTRA User Equipment UE procedures in idle mode Release 8 2008 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 159 Refer ncias Johnson C Long Term Evolution IN BULLETS Chris Johnson John10 2010 Liu Y Li W
9. 22 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte 2 2 1 Requisitos das SON A implementa o de fun es para automatiza o de procedimentos operacionais em redes m veis com multiplas tecnologias e em muitos dos casos provenientes de multiplos fornecedores coloca muitos desafios e implica um conjunto de requisitos Segundo NNJT10 os requisitos impostos no desenvolvimento das SON poder o ser divididos em requisitos t cnicos e de neg cio Ao n vel dos requisitos t cnicos encontram se aspectos como desempenho estabilidade robustez escabilidade e interac o multi fornecedor e quanto aos requisitos de neg cio encontramos os custos associados a sua implementa o Segundo SOCRO8 os desafios impostos ao desenvolvimento das SON poder o ser os seguintes e Medi o e an lise de indicadores Identificar qual a informa o que dever ser recolhida tendo em conta o r cio entre quantidade de informa o necess ria e quantidade de sinaliza o gerada e Infer ncia do estado da rede Analisar o correcto estado da rede e processar adequadamente os dados recolhidos e Toler ncia a atrasos Toler ncia a atrasos na an lise de feedback de decis es tomadas pelo algoritmo Ter em considera o que o feedback da rede perante determinadas decis es poder n o ser imediato e Efici ncias dos m todos Os m todos implementados dever o ter um
10. INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA SERVI O DE DOCUMENTA O E PUBLICA ES INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA rea Departamental de Engenharia de Electr nica e Telecomunica es e de Computadores PLANEAMENTO E OPTIMIZA O EM REDES CELULARES MOVEIS AUTO GERIDAS ASSENTES EM LTE Marco Ant nio Louren o Carvalho Licenciado Trabalho Final de Mestrado para Obten o do Grau de Mestre em Engenharia de Electr nica e Telecomunica es Orientador Doutor Pedro Manuel de Almeida Carvalho Vieira J ri Presidente Doutor M rio Pereira V stias Vogal Arguente Doutor Ant nio Jos Castelo Branco Rodrigues Vogal Orientador Doutor Pedro Manuel de Almeida Carvalho Vieira Novembro 2011 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA SERVI O DE DOCUMENTA O E PUBLICA ES INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA rea Departamental de Engenharia de Electr nica e Telecomunica es e de Computadores PLANEAMENTO E OPTIMIZA O EM REDES CELULARES MOVEIS AUTO GERIDAS ASSENTES EM LTE Marco Ant nio Louren o Carvalho Licenciado Trabalho Final de Mestrado para Obten o do Grau de Mestre em Engenharia de Electr nica e Telecomunica es Orientador Doutor Pedro Manuel de Almeida Carvalho Vieira J ri Presidente Doutor M rio Pereira V stias Vogal Arguente Doutor Ant nio Jos Castelo Branco Rodrigues Vogal Orientador Doutor Pedro Manuel de Almeida Carvalho Vieira N
11. Resolu o de PCI Par metros de simula o Par metro Valor N de UE 270 540 Velocidade do UE Aleat ria at 120 Km h Dura o 500 TTI Assim utilizando o mesmo cen rio Urbano provocou se um conflito de PCI entre eNodeB 4 e 5 e analisou se o numero de TTIs necess rios para o algoritmo resolver o conflito existente com base nos relat rios de medidas enviados por cada UE aquando do processo de handover A Figura 5 14 ilustra o n mero e a percentagem de UEs bloqueados em fun o do TTI para os cen rios em que temos 10 e 20 utilizadores por sector Blocked Users Urban Scenario 10 User Cell Blocked Users Urban Scenario 20 User Cell 80 h ya m Blocked Users 78 Blocked Users y o Blocked Users Blocked Users 74 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 TTI a b Figura 5 14 N mero de UEs Bloqueados e N mero de Handovers a 10 UE sector b 20 UE Sector o contr rio do que seria de esperar ao final de 500 TTI ainda existem utilizadores bloqueados por interfer ncia No cen rio onde temos 10 utilizadores c lula consegue se apenas uma redu o de 4 UEs na lista de UEs bloqueados o que corresponde como se pode observar na Figura 5 14 a a uma redu o de apenas 3 J no cen rio onde temos 20 utilizadores c lula podemos observar Figura 5 14 b uma redu o de 8 UEs na lista de UEs bloqueados o que corresponde aproxima
12. Vieira P An Enhanced Handover Oscillation Control Algorithm in LTE Self Optimizing Networks 14th International Symposium on Wireless Personal and Mobile Communications WPMC 11 Brest France IEEE 2011 Carvalho M Vieira P Um Algoritmo Avan ado de Controlo de Oscila o de Handover em Redes LTE Auto Geridas 5 Congresso Comit Portugu s da URSI Detec o e Medi o de Sinais R dio no Futuro das Radiocomunica es Lisboa Portugal 2011 Carvalho M Vieira P Simulating Long Term Evolution Self Optimizing Based Networks 1st Conference on Electronics Telecommunications and Computers Instituto Superior de Engenharia de Lisboa CETC 11 Lisbon Portugal 2011 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 5 Capitulo 2 Estado da Arte Este cap tulo proporciona uma introdu o aos conceitos e tecnologias que ser o abordados ao longo deste estudo Neste cap tulo come a se com uma breve introdu o ao LTE Long Term Evolution analisando os seus requisitos arquitectura interface r dio e protocolos bem como outras caracteristicas Introduzidos os conceitos chave do LTE parte se para o estudo das redes SON Self Organizing Self Optimizing Networks enquanto tecnologia para a implementa o de redes auto geridas baseadas em LTE analisando as suas caracter sticas e funcionamento para diferentes cen rios Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M v
13. di http www nt tuwien ac at forum 116 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 117 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON A 1 Auto Optimizacao de Canais F sicos Os canais f sicos do Long Term Evolution LTE possuem um grande n mero de par metros para configura o e muitas das vezes dada a complexidade e interven es necess rias estes par metros s o configurados com os valores por defeito Esta abordagem apesar de minimizar o custo operacional poder ter efeitos negativos no desempenho da rede Neste sentido o estudo realizado em SOCRO8 prop e alguns algoritmos capazes de optimizar a parametriza o de canais f sicos em downlink e uplink Com base nos cen rios identificados por SOCROS podem se identificar os poss veis par metros de entrada para este tipo de algoritmos e Parametriza o dos canais f sicos configurados nas c lulas vizinhas e Tr fego previsto e Localiza o do eNB e Configura o do HW do eNB e Feedback dos UEs e Medi es nos canais de UL Da execu o deste tipo de algoritmo poder resultar a altera o do seguinte conjunto de par metros nos canais de downlink e uplink e Altera o da pot ncia de transmiss o e Configura o de pot ncia e Po
14. e Estimar o d bito de c lula correspondente com o raio de c lula calculado no planeamento de cobertura e Analisar estat sticas de tr fego previsto incluindo n mero de assinantes tipo de tr fego densidade de tr fego etc 3 1 1 3 1 C lculo do D bito M dio por C lula semelhan a do UMTS no LTE o aumento do n mero de utilizadores numa c lula aumenta a interfer ncia e ru do diminuindo o raio de c lula Atrav s da distribui o e geometria dos utilizadores poss vel estimar o d bito poss vel de alcan ar para diferentes raios de c lula Aqui o objectivo determinar uma estimativa do n mero de BTSs necess rias com base nos requisitos de tr fego Em LTE o principal indicador de qualidade a distribui o do SINR numa c lula Esta distribui o obtida atrav s de simula es do tipo System Level e Link Level e pode ser directamente mapeada em d bito de dados O SINR depende dos seguintes factores e Esquemas de modula o e codifica o MCS e Modelo de propaga o do canal Quanto maior for o MCS maior dever ser o SINR e vice versa o que significa que esquemas de modula o com menor efici ncia espectral e g QPSK requerem valores de SINR baixos ao passo que esquemas de modula o com maior efici ncia espectral e g 64QAM requerem valores de SINR elevados O SINR poder ser estimado de duas formas e Utilizando tabelas que relacionam o d bito m ximo com SINR m dio obtid
15. o configura o e optimiza o reduzindo as hip teses de erro humano Do ponto de vista capital a automatiza o deste tipo de tarefas minimiza o n mero de recursos humanos necess rios e tamb m os custos Antecipando esta tend ncia o f rum NGMN Next Generation Mobile Networks estabelece em 2006 um conjunto de requisitos para as redes auto geridas desde ent o designadas de Self Organizing Selt Optimizing Networks SON LeFr08 O estabelecimento deste conjunto de requisitos viria a contribuir mais tarde para a adop o das SON pelo 3GPP no seu processo de especifica o da E UTRAN NNJT10 As SON t m vindo a ser discutidas desde o in cio da especifica o do LTE E UTRAN pelo 3GPP mais concretamente desde a sua primeira publica o Realease 8 Desde ent o tem sido alvo de uma s rie de melhorias atrav s das publica es que se seguiram Release 9 e 10 Para al m dos desenvolvimentos levados a cabo pela NGMN e pelo 3GPP existem outros projectos a n vel europeu que t m contribu do significativamente na especifica o das SON dos quais de destaca o projecto SOCRATES Self Optimisation and self ConfiguRATion in wirelEss networkS que visa o desenvolvimento de mecanismos para auto gest o de redes sem fios atrav s da integra o do planeamento configura o e optimiza o num nico processo que minimiza a interven o humana NNJT10 http www ngmn org gt http www fp7 socrates org
16. o da Physical Cell ID 2 S o definidos um conjunto de Physical Cell IDs tempor rios Cada c lula do eNB escolhe um Physical Cell ID tempor rio 3 De acordo com a fun o de ANR o UE reporta os Physical Cell ID das c lulas por ele detectadas e reporta c lula que lhe est a fornecer servi o Desta forma as c lulas em torno da nova c lula recebem o relat rio do UE com o Physical Cell ID da nova c lula Por outro lado a nova c lula recebe o relat rio das c lulas que lhe s o vizinha 4 A nova c lula adiciona as c lulas reportadas a sua tabela de rela es vizinhan a 5 As c lulas que receberam a informa o da c lula nova adicionam na tabela de vizinhas 6 Depois de estabelecida uma liga o X2 as c lulas circundantes trocam as suas listas de vizinhas 7 Uma vez recebida a informa o das c lulas vizinhas a c lula nova poder escolher um Physical Cell ID que respeite as condi es anteriormente referidas 8 A nova c lula informa depois as suas vizinhas que alterou o seu Physical Cell ID desta vez definitivo Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 31 Estado da Arte 2 2 3 4 Auto Optimiza o A optimiza o de redes m veis celulares funciona como um processo peri dico na medida em que as tarefas de parametriza o an lise de desempenho e optimiza o se repetem v rias vezes na tentativa de alcan ar a configura o Optima que
17. os resultados obtidos pelo Atoll Verifica se igualmente que nos resultados obtidos pela ferramenta Atoll existe uma quantifica o do sinal recebido ao passo que no simulador o decaimento do sinal mais suave Esta situa o deve se resolu o do c lculo do n vel de sinal recebido configurada na ferramenta Atoll Ao diminuir a resolu o diminui se o tempo de simula o contudo diminuem se os n veis de quantifica o do sinal 5 3 2 An lise das Fun es SON Na sec o anterior foram comparados os n veis de cobertura obtidos atrav s do simulador desenvolvido com os obtidos pela ferramenta Atoll para cada um dos cen rios definidos no in cio deste cap tulo Nesta sec o analisa se o desempenho de cada uma das fun es SON descritas no cap tulo 4 o longo desta sec o tentar se sempre que poss vel comparar os resultados obtidos pelo simulador com os obtidos pela ferramenta de planeamento Atoll nomeadamente na an lise das fun es de aloca o de PCI e ANR J na an lise da optimiza o de handover recorre se a um conjunto de dados estat sticos disponibilizados pela operadora m vel Vodafone Portugal para este estudo e que permitem comparar as taxas de oscila o de handover em determinados cen rios tomando como refer ncia as registadas pela rede GSM da operadora 5 3 2 1 Atribui o e Resolu o de PCI No que diz respeito atribui o de PCI tal como j foi referido no c
18. v rias etapas que comp em um processo de planeamento de uma rede celular Defini o de Requisitos Planeamento Nominal Predi o de Cobertura amp Capacidade Site Survey Desenho de Desenho de Cobertura Capacidade Y Y Implementa o Optimiza o Figura 3 1 Processo de Planeamento Celular Assim O processo de planeamento celular inicia se com a defini o de requisitos Nesta etapa feita uma an lise a v rios indicadores nomeadamente de tr fego cobertura e capacidade actuais da rede distribui o de tr fego e tipo de tr fego Segue se a etapa de planeamento nominal na qual efectuada uma previs o de cobertura e capacidade usando ferramentas de planeamento e g Atol Maplinfo Estas ferramentas permitem calcular o Link Budget com base em modelos emp ricos ou se for o caso dados estat sticos de redes j existentes e estimar o n vel de sinal que ser http www pbinsight eu 36 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE recebido pelos utilizadores Ap s a previs o de cobertura e capacidade segue se a etapa designada de Site Survey Esta etapa consiste tomar contacto com o local onde a BTS poder ser instalada e efectuar medidas Esta etapa permite ter uma melhor percep o da
19. 1 report Phy CID 5 strong signal 3 Report Global CID 19 2b Read BCCH 2 Report Global CID Request Target Phy CID 5 Figura 2 13 Exemplo de funcionamento do ANR Intra LTE Inter RAT TS36300 O eNB onde a fun o de ANR est a ser executada intr i os UEs que est a servir para realizarem medi es nas c lulas vizinhas por eles descodificadas Este procedimento feito com base em pol ticas que s o definidas pelo controlador de recursos r dio ou RRC Com base na Figura 2 13 uma vez dada a indica o aos UEs para recolha de medidas o procedimento seria o seguinte 1 UE envia as medidas registadas da c lula B cujo PCI o 5 2 Com base no PCI recebido o eNB intr i o UE a ler o ECGI TAC e PLMN ID de todas as c lulas vizinhas por ele descodificadas 3 Quando o UE consegue descodificar o ECGI da c lula B envia o ao eNB em conjunto com a informa o do TAC e de todos os PLMN IDs detectados 4 O eNB decide adicionar a NR a NRT e poder usar o PCI e ECGI para a Procurar o endere o da camada de transporte para o eNB 28 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte b Actualizar a lista de rela es vizinhan a c Caso seja necess rio estabelecer a interface X2 para o segundo eNB 2 2 3 2 2 Inter RAT Inter Frequency ANR Neste tipo de cen rio exemplifica se o exemplo de um handover entre c lulas pertencentes a RAT
20. 20 Bp Pot ncia m xima sa da da BTS Max Antenna Gein dB JA TE Ganho M ximo da Antena depende do tipo de antena escolhido She Altitude m 15 p Altitude do solo Site Height m 20 p gt Altura do sistema de antenas relativamente ao solo Antenna Gain Pattern kathreinTSAntenna v p gt Tipo de Antena Kathrein Berger TS 36 942 Antenna Pattern KATHREIN 80010681_2690 MHz_P45pol_000 B Ficheiro da antena apenas para antenas da Kathrein Choose View pb Ver diagrama de Radia o eae hadi wot EDT Escolher ficheiro as caracter sticas de propaga o da 0 0 0 c antena mkv Azimuth q A x i B v 90 2 Es Mechanical Downtilt lt lt p gt Lista de sectores m nimo 1 m ximo 3 Electrical Downtilt lt lt Add Sector Ea E p Adicionar sector ao eNodeB Add x Cancel Cancelar adi o de eNodeB p gt Adicionar eNodeb Figura 5 2 Formul rio para adicionar novo eNodeB 4 Se desejar visualizar o diagrama de radia o da antena Kathrein seleccione View ap s escolher a localiza o do ficheiro msi com as caracter sticas da antena E 2 Figure 2 Kathrein Pattern Viewer Model K80010681 Frequency 2690 MHz Horizontal Vertical 15 erie ee oie eeeeetoceee clase ee SB See eo gee eee see TEET Figura 5 3 Visualizador de diagramas de radia o Exemplo para K 800 10681 9 Pressione Add para c
21. Zhang H Yu L Distributed PCI assignment in LTE LLZY40 based on consultation mechanism State Key Laboratory of Networking and Switching Technology Beijing University of Posts and Telecommunications IEEE 2010 Liu Y Li W Zhang H Lu W Graph based automatic centralized LLZW10 PCI assignment in LTE State Key Laboratory of Networking and Switching Technology Beijing University of Posts and Telecommunications IEEE 2010 Amirijoo M Frenger P Gunnarsson F Kallin H Moe J AF GHO8 Zetterberg K Neighbor Cell Relation List and Physical Cell Identity Self Organization in LTE ICC 08 IEEE 2008 T Jansen Balan J Turk Moerman T K urner Handover parameter optimization in LTE self organizing networks Technische TIJI10 Universit at Braunschweig Braunschweig Germany Interdisciplinary Institute for Broadband Technology Ghent Belgium Vodafone Group Newbury England 2010 Ikuno J Wrulich M Rupp M System level simulation of LTE IWRu10 networks Institute of Communications and Radio Frequency Engineering Vienna University of Technology Austria 2010 Mehlfuhrer C Ikuno J Vienna LTE Simulators System Level Simulator Documentation v1 3r427 Institute of Communications and Melk11 Radio Frequency Engineering Vienna University of Technology Austria Gusshausstrasse 25 389 A 1040 Vienna Austria 2011 http www nt tuwien ac at Itesimulator Holma H Tos
22. es que verificam as condi es do canal aquando do processo de handover Implementa o de um mecanismo de cria o e gest o autom tica de rela es vizinhan a ANR Implementa o de fun es que permitem atribuir de forma sequencial ou com base numa dada dist ncia minima de reutiliza o PCls a cada c lula Implementa o de fun es que com auxilio da fun o ANR detectam e resolvem conflitos de PCI Implementa o de fun es que com base em relat rios de medidas dos UEs permitem optimizar os parametros de Histerese e TTT ao nivel da celula Implementa o de fun es que recolhem dados que permitem a cada simula o gerar dados estat sticos Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 59 Simula o de Redes Auto Geridas As sec es que se seguem descrevem com maior rigor as altera es efectuadas ao n vel da funcionalidade do simulador que conferem a este a capacidade de simular as fun es j referidas Nota que a vers o do simulador base usada ao longo de todo este trabalho a 1 3 r427 4 2 1 Atribui o Autom tica de PCI No mbito deste trabalho a atribui o de PCI a cada eNodeB sector feita sem qualquer restri o havendo apenas um mecanismo que com base numa lista de PCI dispon veis atribiu um novo PCI tentando ao m ximo minimizar o risco de interfer ncia com os PCI j atribu dos aos eNodeB sectores j existentes No que diz resp
23. lula a qual o UE estava ligado anteriormente a falha e Reestablishment Cell ID ECGI da c lula onde foi feito o restabelecimento do link r dio e C RNTI C RNTI do UE na c lula onde o UE estava ligado anteriormente a ocorr ncia da falha e shortMAC I opcional A 1 4 1 Detec o de Too Late HOs A c lula origem nem sempre est ocorrente do fen meno Too Late HOs porque o RLF poder ocorrer antes que a c lula origem seja capaz de receber o Measurement Report Message MRM do UE Deste modo uma solu o poss vel seria a c lula destino para a qual o link r dio foi restabelecido enviar a indica o de RLF atrav s do estabelecimento de uma interface X2 A 1 4 2 Detec o de Too Early HO No caso de ocorr ncia de uma falha do tipo Too Early HO de uma c lula A para uma c lula B poder ser reportado da c lula A para a c lula B usando o m todo anteriormente descrito a indica o de RLF Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 127 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON A 1 4 3 Redu o de HO desnecess rios Um processo de HO consome imensos recursos A configura o ptima de HO depende muito das condi es r dio o que dificulta o seu controlo manual Muitas das vezes factores como o padr o de reutiliza o e zonas limite de cobertura poder gerar HO frequentes o que resulta num maior consumo de recursos da rede Por outro lado
24. m com base na performance alcan ada na periferia da c lula que determinado o raio de c lula m ximo alcan vel O desempenho alcan ado na periferia da c lula quantificado com base no d bito m ximo na periferia cobertura m xima usando o MCS Modulation and Coding Scheme mais baixo e um raio de c lula pr definido 3 1 1 2 Dimensionamento para Cobertura Quanto aos indicadores de cobertura estes assemelham se em grande parte aos j usados no dimensionamento das redes de terceira gera o UMTS O dimensionamento de cobertura centra se essencialmente no c lculo do Link Budget atrav s do Link Budget que calculado o Maximum Allowable Path Loss MAPL ou seja as perdas m ximas de pot ncia que podem existir entre as antenas emissoras e as Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 37 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE receptoras Como par metros de entrada o Link Budget baseia se na pot ncia de transmiss o ganho no emissor e receptor margens de perdas n mero de antenas requisitos de SNR e E N e modelos de propaga o com base no MAPL que estimado o raio de cada c lula e determinado o n mero de c lulas necess rias para servir uma determinada rea semelhan a do UMTS em LTE a m xima perda de pot ncia determinada por servi o e o raio de c lula definido pelo servi o mais exigente A equa o 3 1 permite calcular o Link Budget par
25. ncia o ajuste de tilt com vista minimiza o da interfer ncia ou a cria o de rela es vizinhan a Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 47 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE s o tarefas bastante exaustivas e cujo erro humano poder resultar numa degrada o significativa dos KPIs A realiza o destas tarefas por parte de fun es SON permite aliviar consideravelmente a interven o humana necess ria para o rollout e optimiza o de novas BTS As sec es que se seguem descrevem algumas das solu es propostas para automatizar as tarefas mais comuns num processo de optimiza o da rede e as quais ser o alvo de implementa o no cap tulo 4 3 1 3 1 Resolu o Automatica do Physical Cell Id Sempre que existe uma colis o de PCI a performance dos UEs degrada se de tal forma que poder o mesmo perder conectividade com a c lula de servi o Outro problema que se levanta com o conflito de PCI prende se com o relat rio de medidas do UE aquando da necessidade deste fazer handover para uma outra c lula Se existir uma c lula na proximidade de um UE cujo PCI id ntico ao PCI da c lula de servi o para al m de interferir esta poder impedir a recep o correcta do relat rio de medidas pela c lula de servi o Assim a principal prioridade a ter em considera o no processo de atribui o de PCI a cada c lula maximizar a dist ncia de reutiliza o
26. o de c lula e Paging Control Channel PCCH Usado para notificar o UE de uma chamada ou para comunicar a altera o da informa o de c lula e Common Control Channel CCCH Usado para comunicar informa o de controlo em uplink ou downlink quando nao existe uma liga o RRC entre o UE e a rede e Multicast Control Channel MCCH Usado para transmitir informa o em multicast e Dedicated Control Channel DCCH Usado para transmitir informa o de controlo em modo dedicado para um determinado UE quando este possui uma liga o RLC com o eNB Quanto aos canais de tr fego temos e Dedicated Traffic CHannel DTCH Usado para transportar os dados do utilizador tanto em uplink como em downlink quando o UE se encontra no modo dedicado e Multicast Traffic Channel MTCH Usado para transporte dos dados do utilizador para servi os multim dia MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service em downlink 16 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte 2 1 4 2 Canais de Transporte Atrav s de canais de transporte os canais f sicos trocam informa o com a camada MAC O LTE cont m apenas canais de transporte comuns n o possuindo canais dedicados e g DCH Dedicated Channel no WCDMA Wide Band Code Division Multiple Access Os canais de transporte proporcionam a interface entre a camada MAC e a camada f sica Dependendo das condi es
27. o manual da localiza o de cada eNB e Defini o manual da configura o de cada eNB incluindo pot ncia de sa da n mero de sectores e respectivas orienta es modelo da antena MDT Mechanical Down Tilt e EDT Electrical Down Tilt altura e cota e Suporte para eNodeB evolved NodeB com 1 2 ou 3 sectores e Defini o manual da frequ ncia de opera o e largura de banda da rede e Defini o manual do modo de transmiss o e Defini o manual dos modelos de propaga o de larga e pequena escala incluindo desvanecimento por difrac o shadow fading e Defini o do ambiente de propaga o velocidade tipo de tr fego e n mero de utilizadores e Visualiza o de mapas de cobertura e Visualiza o de mapas de atribui o de PCI e Visualiza o de indicadores de handover e resolu o de PCI e Guardar cen rios e resultados em formato de projecto mat para an lise futura 12 http nt tuwien ac at ltesimulator Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 133 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 3 Interface B 3 1 Vista Geral A Figura 3 1 ilustra o workspace do simulador e a descri o dos seus v rios componentes hi The Self Organizing jetwork Simulator 2011 M File Edit Results Help SCI Ji EEL E o g Ro yer ea regue
28. sec o ser de esperar um HPlI pp consideravelmente inferior ao registado pela rede GSM tamb m de notar que nem todas as BTSs LTE possuem BTS GSM co localizada pelo que s o ilustradas algumas BTSs com uma taxa de oscila o de handover nula A Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 107 An lise de Desempenho Figura 5 26 compara a taxa de oscila o de handover em cada BTS do cen rio Rural simulado com o obtido por cada BTS GSM co localizada de um cen rio real Taxa de OScila o de Handover Rede GSM real vs Rede LTE simulada 40 35 30 25 20 15 10 35 9 E Taxa de oscila o Rede GSM Real E Taxa de oscila o Rede LTE Virtual ta uw ta i O WM P M m N UJ BTS Figura 5 26 Taxa de Oscila o de Handover para cen rio Rural Rede GSM real vs Rede LTE simulada Como se pode observar no cenario Rural simulado consegue se obter uma taxa de oscila o de handover HPI pp consideravelmente menor obtida pela rede GSM A raz o para esta diferen a deve se essencialmente as diferentes densidades de utilizadores que podem existir entre o cen rio simulado e o cen rio real semelhan a do que se passou no cen rio Urbano Denso as BTS LTE 2 e 4 n o t m BTS GSM co localizado o que justifica a inexist ncia de dados estat sticos Tal como foi referido no cap tulo 4 o algoritmo de handover desenv
29. sica Em downlink o PCH em conjunto com o DL SCH mapeado no Physical Downlink Shared Channel PDSCH o BCH mapeado no Physical Broadcast Channel PBCH e o MCH mapeado no Physical Multicast Channel PMCH A Figura 2 8 e Figura 2 9 ilustram o mapeamento existente entre canais l gicos e canais de transporte em downlink e uplink respectivamente 1536321 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 17 Estado da Arte MTCH MCCH PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH Downlink Logical channels Downlink Transport channels BCH DL SCH Figura 2 8 Mapeamento dos canais l gicos para os canais de transporte em downlink 1536321 CCCH DCCH DTCH Uplink Logical channels Uplink Transport channels RACH UL SCH Figura 2 9 Mapeamento dos canais l gicos para os canais de transporte em uplink 1536321 2 1 4 3 Canais F sicos A camada f sica mapeia canais f sicos em canais de transporte Nesta camada encontramos os procedimentos de procura de c lula controlo de pot ncia e adapta o liga o Cada canal f sico corresponde a um conjunto de sub portadoras OFDM que transportam a informa o das camadas superiores Os canais f sicos usados no LTE s o OS que se seguem e Physical Broadcast Channel PBCH usado para transportar informa o de sistema frequ ncia canal de controlo sincroniza o de trama etc e Physical Control Format Indicat
30. 1 recebe o feedback de cada UE e agenda a transmiss o para este com base no CQI recebido 4 2 Implementa o de Fun es de Auto Gest o Tomando como ponto de partida o trabalho que tem vindo a ser desenvolvido pelo TU WIEN no System Level Simulator of LTE Networks e beneficiando da estrutura modular que caracteriza este simulador foi efectuado um conjunto de altera es que conferem a este a capacidade de simular as funcionalidades SON de atribui o e resolu o de PCI ANR e optimiza o de handover Apesar de se tratar de um simulador do tipo System Level cujo objectivo o estudo de capacidade em redes LTE a sua estrutura de comunica o o Link Budget baseado em modelos de propaga o emp ricos de pequena e larga escala incluindo desvanecimento r pido e lento e a aplica o de modelos de tr fego tornam o ideal para a simula o de funcionalidades que reflectem o planeamento e a optimiza o celular Para munir este simulador das funcionalidades SON pretendidas foi necess rio efectuar altera es de fundo em v rias partes do simulador As altera es efectuadas podem ser agrupadas em dois tipos usabilidade e funcionalidade As altera es de usabilidade visam conferir ao simulador a capacidade de simular cen rios mais personalizados e resumem se a e Importa o de mapas geo referenciados permite o c lculo autom tico de dist ncias 58 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis A
31. 1 3 2 Cria o Autom tica de Rela es Vizinhan a e eteeeeereeeeeererea rrenan 49 3433 Optimiza o de HandoOVer assar content cucu EU aaa sgh dead a aaa aaah 49 3 lada Melricas de Handover csininchiicbs AR ee 49 S 1 3 0 2 Indicadores de Desempenho 2siada nce eet dei een oe ed 50 4 Simula o de Redes Auto Geridas sisser rian 53 4 1 System Level Simulator of LTE Networks err 54 4 1 1 Arquitectura do System Level Simulator ecran reree acerca ea sereaenaera 54 dz MOdO NOS FUNCIONAMENTO as wees eee eae ees ee ees 55 4 2 Implementa o de Fun es de Auto Gest o seres 58 42 1 Atibuicao Automatica de POL issues n A a a a ees 60 4 2 2 Resolu o de Conflitos de PCl er a aerea aerea a 61 4 2 3 Cria o Autom tica de Rela es VIZINNANGA cccccccsecccseeeseeeteneeceseeeeeeeaueeeaueeteneeneeeneeetans 63 4 2 3 1 Modo GE FUNCIONAMENTO ais resinas tita a a a e E 64 42A Oplmiza o de AMG OV SM ia Nia as toca da Nee a Sle hen iad lens ahead eee aa a 69 4 2 4 1 peteccao de SCIAC O si eT e RS eer aon RE ee ee ee 69 4242 Contolode OSCIA O pasta ia pi a o A A Rb nannies 70 4 3 Interface Grafica para Simula o de Redes Auto Geridas 73 4 3 1 Atribui o e Resolu o de PCL eeccseccsseeteseecseeeeneeteneetenseeaeeeeaeeteneeteneetaeetsueeeeetsaeeteass 14 4 3 2 Automatic Neighbour Relation ANR ccccccc
32. 3 37 0 28 N 7 821 W 20 Edit 1 i UE per eNodeB Sector 1 TTI 10 Simulation done Saving results Done Figura 4 13 Interface gr fica do simulador LTE As sec es que se seguem descrevem os principais par metros que um utilizador poder definir no mbito dos algoritmos anteriormente descritos 4 3 1 Atribui o e Resolu o de PCI No que diz respeito atribui o de PCI a interface gr fica possibilita ao utilizador especificar o metodo de atribui o sequencial distancia minima de reutiliza o o n mero de grupos de PCI dispon veis para a atribui o e a serem usados por qualquer um dos m todos e a dist ncia m nima de reutiliza o 4 3 2 Automatic Neighbour Relation ANR No que diz respeito ao algoritmo de ANR o utilizador poder definir os seguintes par metros e Serving cell measurement threshold dBm Valor de RSRP da c lula de servi o abaixo do qual o UE come a a fazer medidas das c lulas interferentes por defeito igual a 100 dBm 14 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 4 3 3 Simula o de Redes Auto Geridas Event trigger offset dB Offset que compensa o valor de histerese por defeito igual a O dB Max NR relation N mero maximo de rela es vizinhan a que cada c lula poder ter na sua NRT por defeito igual a 32 UE minimal sensitivity dBm Sensibilidade maxima de
33. 6 05 6 055 6 06 6 065 6 07 6 075 x pos m o Figura 6 4 N vel de sinal recebido em figura separada B 6 3 Aloca o de PCI B 6 3 1 In Map Esta op o permite visualizar a atribui o de PCI final ap s simula o sobreposta no mapa 144 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual Figura 6 5 Aloca o de PCI com sobreposi o no mapa B 6 3 2 In Figure Esta op o permite visualizar a atribui o de PCI atrav s de uma figura gerada a parte x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading 4 0995 4 099 y pos m 4 0985 4 098 4 0975 6 03 6 04 6 05 6 06 6 07 x pos m x 10 Figura 6 6 Aloca o de PCI em figura separada B 6 4 Neighbour B 6 4 1 Neighbour Relation Esta op o permite obter uma listagem das rela es vizinhan a ap s simula o Nota que a listagem obtida corresponde ao estado final das tabelas de rela es vizinhan a e n o incluem rela es que possam ter sido removidas previamente Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 145 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual h Automatic Neighbour Figura 6 7 Lista das rela es vizinhan a ap s simula o B 6 4 2 Removed Neighbour Esta op o permite obter uma listagem de rela es vizinhan
34. BEE ds e eee DER SOR CR Cee are ss os ee RS a eee es eee ores eee E rH o H E T a 45 RR RN RR ea a ee eee www eee eb ww ee ee tw we eee eed 20 STS Ot T TTET Ep aco 4 E 40 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TTI TTI a b Figura 5 22 Taxa de Oscila o de Handover sem e com optimiza o a Suburbano b Rural 7 Como pode ser observado no geral not ria a melhoria que introduzida com o algoritmo de optimiza o medida que o n mero de TTIs aumenta De entre todos os cen rios podemos verificar que o cen rio Urbano o que apresenta uma maior redu o no HPIypp atingindo uma diferen a de 34 entre a situa o n o optimizada e optimizada De seguida destaca se o cen rio Rural onde o HPlI pp atinge uma redu o de 25 seguido do cen rio Suburbano e Urbano com 14 e 9 respectivamente A raz o pela qual a maior redu o de HPlI pp atingida no cen rio Urbano Denso poder dever se a dois factores que se relacionam entre si e os quais j foram identificados aquando da an lise da fun o ANR densidade de utilizadores e defini o da ROI Porque cada cen rio tem diferentes densidades de utilizadores e porque cada UE assume inicialmente uma localiza o velocidade e direc o aleat rias o n mero total de tentativas de handover ir variar OU seja o numero de itera es que ser o realizadas pelo algoritmo de optimiza o ira variar Ta
35. CDMA Wideband Wireless Communications John Wiley amp Sons Ltd ISBN 978 0 470 85069 5 Holma H Toskala A LTE for UMTS OFDMA and SC FDMA Based Radio Access John Wiley amp Sons Ltd 2009 ISBN 978 0 470 99401 6 3GPP TS 36 321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access E UTRA Medium Access Control MAC protocol specification Release 9 2009 Lehser F Next Generation Mobile Networks Use Cases related to Self Organising Network Overall Description Next Generation Mobile Network NGMN Technical Working Group Self Organising Networks Project 12 2008 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE NNJT 10 SOCROS TS32521 Lehe08 AmFr08 KiHo10 FeSe08 TR36902 Gray09 Syedo9 TS36304 Refer ncias Marchetti N Prasad N Johansson J Cai T Self Organizing Networks State of the Art Challenges and Perspectives Institute of Electrical and Electronics Engineers 2010 Scully N Thiel S Litjens R Jorguseski L Nascimento R Linnell O Zetterberg O Amirijoo M Blondia C Spaey K Moerman Il Balan l Kurner T Hecker A Jansen T Oszmianski J Schmelz L Use Cases for Self Organising Networks INFSO ICT 216284 SOCRATES D2 1 2008 3GPP TS 32 521 Self Organizing Networks SON Policy Network Resource Model NRM Integration Reference Point IRP Requirements Release 9
36. De acordo com a norma estes indicadores dever o ser trocados entre eNB via interface X2 Esta informa o trocada por sua vez servir ao eNB para ajustar o n mero e pot ncia de cada RB alocado a cada uma das suas c lulas Cell Cell B Figura 1 2 Coordena o de Interfer ncia Inter C lula em Uplink 1532521 124 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON Interference Cay Cell A Cell B Figura 1 3 Coordena o de Interfer ncia Inter C lula em Downlink TS32521 A 1 4 Optimiza o Avan ada de Mobilidade Segundo 1536300 uma forma de ajustar estes par metros poder ser alcan ada atrav s da an lise das falhas no link r dio devido ocorr ncia antecipada ou tardia de HO Too Early HO Too Late HO ou devido ao HO para uma c lula errada HO to a wrong cell e Too Late HO Considerando o exemplo da Figura 1 4 se a mobilidade do UE mais agressiva do que os parametros de handover configurados permitem o handover podera ser despoletado quando o sinal da celula A ja esta muito baixo ou podera mesmo n o acontecer por RLF Radio Link Failure A liga o poder ent o ser estabelecida numa outra c lula c lula B diferente da c lula de servi o Este cen rio frequente em zonas onde a mobilidade dos utilizadores muito alta como o caso de auto estradas vias f
37. EEEE AEE EAE E A E A E E E A E A E E E E E 157 xviii ndice de Figuras Figura 2 1 Arquitectura gen rica do E UTRAN TS36300 reter 10 FiquiaZ 2 Arquiteciula EFS SO TOO es a iai asilos iii 11 Figura 2 3 S mbolo OFDM com portadoras ortogonais entre si LUSCOS 13 Figura 2 4 Exemplo de atribui o de recursos em OFDMA TDMA Ho T009 13 Figura 2 5 Ajuste de largura de banda num sistema SC FDMA Ho T009 14 Figura 2 6 Pilha Protocolar para o plano de utilizador TS36300 15 Figura 2 7 Pilha Protocolar para o plano de controlo 1536300 16 Figura 2 8 Mapeamento dos canais l gicos para os canais de transporte em downlink Bove cho 22 fl eee REDES DIR MEDO ER ER MERO E RD ree meen re eee err sere 18 Figura 2 9 Mapeamento dos canais l gicos para os canais de transporte em uplink RETO ore EE RR RR DD IR REA E A ao 18 Figura 2 10 Modelo de Transmiss o MIMO com N antenas de TX e M antenas de RX FSC TODO io E EE EE A EE ae epee oust aoe aaa 20 Figura 2 11 Procedimentos de Self Configuration Self Optimization TS36300 25 Figura 2 12 Funcionamento da fun o ANR proposto em F S O8 27 Figura 2 13 Exemplo de funcionamento do ANR Intra LTE Inter RAT TS36300 28 Figura 2 14 Exemplo de funcionamento do ANR Inter RAT Inter Freg 1536300 29 Figu
38. Frequency Division Muliple Access OPerational EXpenditure Power Amplifier Peak to Average Power Ratio Physical Broadcast CHannel Paging Control CHannel Policy Control Enforcement Function Physical Control Format Indicator Channel Paging CHannel Physical Cell Identity Policy Control and Charging Rules Function Physical Downlink Control CHannel Packet Data Convergence Protocol Packet Data Network Physical Downlink Shared CHannel Physical Downlink Uplink Shared CHannel Pdn GateWay Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel Public Land Mobile Network Physical Multicast CHannel Pseudo Noise Physical Random Access CHannel Physical Resource Block Packet Switched Primary Scrambling Code Primary Synchronization Signal Physical Uplink Control CHannel Physical Uplink Shared CHannel Quadrature Amplitude Modulation Quality Of Service XXX QPSK RAC RACH RAN RAT RB RLC RLF RNC ROI RRC RRM RSRP RSRQ S1 U SAE SC FDMA SCH SCTP SD SFR S GW SINR SOCRATES SON SSS TA TAC TAI TAO Quadrature Phase Shift Keying Routing Area Code Random Access CHannel Radio Access Network Radio Access Technology Resource Block Radio Link Control Radio Link Failure Radio Network Controller Region Of Interest Radio Resource Controller Radio Resource Management Reference Signal Received Power Reference Signal Received Quality S1 User Plane Interface System Architecture Evolution Single Carrier Frequency Division
39. Generation Partnership Project Adaptive Modulation and Coding Automatic Neighbour Relation Automatic Neighbour Relation Function Broadcast Control CHannel Broadcast CHannel Bit Error Rate BLock Error Rate Base Station Identity Code Base Transceiver Station CAPital EXpenditure Constant Amplitude Zero Auto Correlation Common Control CHannel Code Division Multiple Access Call Drop Rate Cell Global Identity Carrier to Interference plus Noise Ratio Core Network Channel Quality Indicator Contention Rate Cell specific Reference Signal Circuit Switch Circuit Switched Fall Back Convolutional Turbo Coding XXVII DCCH DCH DFT DHCP DL SCH DMR DNS DTCH EMS ECGI ECM EDGE eNB eNodeB EPC EPS E UTRAN FDD FDMA FFR FSS GERAN GIS GPRS GSM GTP HARQ HLR HO HPI HSDPA Dedicated Control CHannel Dedicated CHannel Discrete Fourrier Transform Dynamic Host Configuration Protocol Downlink Shared CHannel Detection Miss Ratio Domain Name System Dedicated Traffic CHannel Element Mangement System Envolved Cell Global Identifier Connection Management Enhanced Data rates for GSM Evolution evolved NodeB evolved NodeB Evolved Packet Core Evolved Packet System Evolved UTRAN Frequency Division Duplex Single Carrier Frequency Division Multiple Access Fractional Frequency Reuse Frequency Selective Scheduling GSM EDGE Radio Access Network Geographic Information System General packet radio service Gl
40. Multiple Access Synchronization CHannel Stream Control Transmission Protocol Switch Diversity Soft Frequency Reuse Serving GateWay Signal to Interference plus Noise Ratio Self Optimisation and self ConfiguRATion in wirelEss networkS Self Organizing Networks Secondary Synchronization Signal Tracking Area Tracking Area Code Tracking Area Identifier Tracking Area Optimization XXxi TAP TAU TCl TCP TDD TTI TTT UDP UE UL SCH UMTS URS UTRAN WCDMA WiMAX Tracking Area Planning Tracking Area Update Target Cell Identifier Transmission Control Protocol Time Division Duplex Transmission Time Interval Time To Trigger User Datagram Protocol User Equipment Uplink Shared CHannel Universal Terrestrial Radio Access Network UE specific Reference Signal UMTS Terrestrial Radio Access Network Wide Band Code Division Multiple Access Worldwide Interoperability for Microwave Access xxxii Ne LUL pmax Pry ref SeNodeB Bru BLNF Lg LcpL LBpL Ga Ly Prx UE NRB NFenodeB TN Af SINRREQ LDL pmax SUE Bip Pry BTS BW Lista de Simbolos Physical Cell Identity Group Physical Layer Identity Energia de Bit Ruido termico Perdas m ximas por atenua o numa transmiss o em uplink Pot ncia de transmiss o por RB Sensibilidade de um eNodeB Margem de interfer ncia no uplink Margem de desvanecimento log normal Perdas corporais Perdas por penetra o em carros Perdas por penetra
41. Planning TAP e Tracking Area Optimization TAO Segundo Gray09 aquando da fase inicial de planeamento da rede poder o ser atribu dos TAls com base na localiza o geogr fica das esta es densidade populacional tr fego gerado etc Uma vez estabelecidos e configurados os TAI o algoritmo T O passa a monitorizar continuamente a ocorr ncia de TAUs e a carga no RACH de modo a identificar os eNB mais indicados para mudarem os seus TAls Este funcionamento particularmente til quando existem mudan as na distribui o de tr fego que n o foram previstas no momento em que os TAI foram planeados Desta forma consegue se evitar o fen meno de ping pong entre m ltiplas TAs 32 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte 2 2 3 4 2 Optimiza o de Mobilidade A fun o que visa a optimiza o da mobilidade dos UEs tamb m designada de Mobility Robustness Optimization MRO tem como objectivo melhorar a performance ao n vel do handover na rede melhorando a performance entregue ao utilizador e aumentando a capacidade da rede Isto feito atrav s do ajuste dos par metros da c lula para aumentar ou diminuir os limites de HO HandOver com base na an lise de Handover Performance Indicators HPI Estes indicadores poder o ser o n mero quedas de chamada devido a falhas no link r dio o n mero de handovers falhados ou mesmo a oscila o de handover entre c lu
42. RACE aaa sia a iss nisi a la 118 A 1 1 1 Procedimento de Acesso Ale atOrid ccccccccscccssceceeeeceeeccueeceeceucecsueessueesueeseueesaueessuessaeeseas 119 A 11 2 Algoritmo de Optimiza o sc actos assi eee SO ada TE SUAS Ga 120 AZ Balanceamento qe Caida stasis atent ot tasers ie cease ee 122 A 1 3 Coordena o de Interfer ncia Inter Celula cc cecccecceeceeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 123 A 1 4 Optimiza o Avan ada de Mobilidade cccceccecceecseeeeeeeeeteeeeeeeeeeeeeseees 125 ALAT Detec o de Toolate HOS sucata passas ied De on UA ir a Ps O Dai 127 A L42 Detec o de Tod EAV ssa ai sit A Te ae 127 A 1 4 3 Redu o de HO desnecess rios erre eeerea renan eere racer arcar ana cee aaa crea na caando 128 Reco lc EANO ia PD ee RR ee 128 AS OUD ANCA GC FM CIO dass land iii Cia SCG dd dd a E oe 129 ANOO E ti E a a aid ain ree ere meee rr re ere 131 BD FACQUISHOS MINIMOS sesuais sis dass an Tara TIN Cad TUGA CINTAS LAT Ses Sais nis sai st una lia 132 Bell Requisitos de SONMANO aiii da 132 B 1 2 Requisitos de Hardware erre eee eee ree rare ee area ne arena 132 B INCOM ANC ACCS quis ini anda a ni 133 E DIU Fl ACC ining he A T aiauueten ania ibaa iubn nly A G 134 Xvi Bo VISA GERA ata ir dd e A PC E E 134 Bor COMPONENTES csc sos Bag TS duadiatasahcawmanetaeeeneds 134 Das 2 Menu PINEDA sis E REDE Lie ia Dto bn 134 BrSZ 2 Barade Ferramentas ara ss a eee eats ins tao Se ss
43. Usando o PCI descoberto o eNB instr i o UE para ler a informa o das c lulas detectadas O UE ir ler o CGI Cell Global Identity e RAC Routing Area Code no caso de se tratar de uma c lula GERAN CGI LAC Local Area Code e RAC no caso de se tratar de uma c lula UTRAN CGI no caso de se tratar de uma c lula CDMA2000 Para o caso de c lulas com frequ ncias diferentes o eNB instr i o UE usando o PCI recebido para ler o ECGI TAC Tracking Area Code e todas as PLMN Public Land Mobile Network ID das c lulas encontradas Neste ultimo procedimento o eNB agenda um per odo de IDLE para o UE para este descodificar a informagao das celulas vizinhas 4 Ap s a recolha da informa o pretendida da nova c lula o UE reporta o CGI RAC no caso de uma c lula GERAN CGI LAC e RAC no caso de UTRAN ou CGI no caso de CDMA2000 ao eNB de servi o No caso de c lulas de frequ ncias diferentes o UE reporta o ECGI TAC e PLMN ID s que foram detectados 5 O eNB actualiza a sua NRT com as vizinhas inter RA T inter frequ ncia detectadas Para o caso particular de c lulas de frequ ncias diferentes o eNB poder usar o PCI e ECGI para estabelecimento de uma nova liga o X2 para o eNB pertencente 2 2 3 3 Configura o autom tica do Physical Cell ID Para que um UE consiga sincronizar com uma c lula em downlink este ter de obter o PCI da mesma O PCI um par metro de configura o essencial contido no SCH Synchronization Chan
44. a configura o incorrecta do HO poder resultar na falta de HOs que deveriam acontecer A especifica o incorrecta de par metros de HO poder afectar negativamente a experi ncia do utilizador e desperdi ar recursos da rede ao causar os efeitos de ping pong falhas de HO e falhas no ink r dio A optimiza o de par metros de HO dever ser capaz de prever tais cen rios tal Cell A EE EN Pal NASA Sos SOS ESSES DESSA 92 SAS Figura 1 7 Cen rio de handovers frequentes 1532521 Eai Cell A P ZININ ONNA OS SESE XX SSL NR HOs not triggered due to HO parameter adjustment Figura 1 8 Ajuste de par metros para redu o do numero de handovers 1532521 Para al m dos par metros de HO a configura o incorrecta da parametriza o para re selec o de c lulas poder resultar em HO indesejados logo ap s o procedimento de RRC connection setup A 2 Self Healing A quebra de servi o de uma c lula poder ser motivada por falhas de HW ou SW falha de energia perda de conectividade com a rede ou mesmo por erro de configura o Muitas das vezes a resolu o deste tipo de falhas poder levar horas o que em determinadas situa es poder ter um impacto negativo no desempenho da rede e nos 128 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing N
45. algoritmo de optimiza o tenta automaticamente definir um conjunto de par metros relacionados com o desempenho do RACH como por exemplo e PRACH Configuration Index e PRACH Transmission Power Control Parameters e RACH Backoif Parameter Indica ao eNB para aguardar um determinado per odo de tempo antes de voltar a tentar aceder rede e RACH Preamble Split Divis o do pre mbulo e RACH Root Sequence Index Sinalizar o UE das sequ ncias dispon veis para acesso aleat rio ao meio atrav s da difus o do RACH Root Sequence Index que indica a primeira root sequence na c lula podendo o UE derivar todas as restantes sequ ncias poss veis A defini o exacta dos par metros que optimizam o RACH foi deixada em aberto pelo 3GPP cabendo a cada fabricante definir quais os par metros cr ticos necess rios ao aumento do seu desempenho Um exemplo disso apresentado em SOCRO8 onde sugerida a altera o dos seguintes par metros para optimiza o RACH e N mero de tentativas antes de bloqueio e Atraso at nova tentativa de acesso e Numero de RACH Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 121 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON e Divis o do pre mbulo Preamble Split O estudo realizado em AFGMO9 baseou se no c lculo do DMR Detection Miss Ratio e CR Contention Rate para identificar quais os par metros que mais optimizam
46. aparecimento de zonas onde c lulas com PCI id nticos est o pr ximas umas das outras Nas mesmas circunst ncias testado o algoritmo de aloca o de PCI baseado numa dist ncia m nima de reutiliza o de 1000 m Os resultados obtidos s o claros Este segundo m todo revela se capaz de separar c lulas com PCI id nticos Para verificar a influ ncia da dist ncia de reutiliza o na utiliza o deste m todo simula se novamente a aloca o de PCI para o cen rio Urbano desta vez utilizando uma dist ncia 112 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Conclus es de 1500 e 2000 m Para ambas as dit ncias o algortimo demonstra dificuldade em separar c lulas com o mesmo PCI o que permite concluir que a dist ncia de reutiliza o dever ter em conta a dist ncia a que os eNodeBs se encontram uns dos outros de modo a tirar maior partido deste No que diz respeito ao algoritmo de resolu o de conflito de PCI para o mesmo cen rio Urbano come ou se por simular a introdu o de um novo elemento de rede cujos PCls j eram utilizados por c lulas j existentes na rede Definiram se dois tipos de cen rios em fun o do n mero de utilizadores por c lula 10 e 20 Uma vez simulados em ambos os casos o algoritmo revelou se incapaz de resolver os conflitos criados A introdu o do novo elemento de rede provocou o bloqueio de 38 e 82 UEs para os cen rios com 10 e 20 utilizadores
47. as regi es de handover AmFr08 Para al m das discrep ncias entre as vizinhas planeadas e regi es de handover o pr prio processo de cria o actualiza o de rela es vizinhan a representa uma percentagem consider vel das tarefas de opera o e manuten o de uma rede m vel nomeadamente em ambientes multi fornecedor A Automatic Neighbour Relation uma fun o implementada ao n vel do eNB que permite com o aux lio do relat rio de medidas enviado pelo UE adicionar ou remover rela es vizinhan a ao eNB sempre que necess rio Relativamente ao ANR v rios algoritmos t m sido propostos tais como o apresentado em KiHo10 Segundo 1536300 para cada c lula do eNB dever ser mantida uma Neighbour Relation Table NRT A cada entrada na NRT corresponde uma Neighbour Relation NR que dever ter a 26 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte informa o do Target Cell Identifier TCl que identifica a c lula destino Na E UTRAN o TCI corresponde ao E UTRAN Cell Global Identifier ECGI e PCI da c lula destino Cada NR na NRT dever ter tr s atributos NoRemove NoHO e NoX2 Estes atributos determinam qual o tratamento que dever ser dado a cada NR aquando da an lise de rela es vizinhan a pela fun o de ANR Assim estes atributos t m a seguinte defini o e NoRemove atributo que indica que a NR em an lise n o dever ser removida da
48. aumento extraordin rio do volume do tr fego de dados nas redes m veis Estudos como o apresentado em EgDu10 estimam que nos ltimos dois anos o tr fego de dados em todo o mundo tenha crescido aproximadamente 280 e prev em que este valor venha a duplicar anualmente nos pr ximos cinco anos O aumento da diversidade de produtos e servi os nomeadamente do tipo Mobile Broadband Services em parte impulsionado pela populariza o dos smarthphones indicado como a causa mais prov vel para este crescimento t o acentuado dos servi os de dados face aos servi os de voz Toda esta procura dos mercados tem exigido um enorme empenho das operadoras na implementa o de solu es capazes de acompanhar este crescimento ao mesmo tempo mantendo um elevado n vel de competitividade Toda esta evolu o tem levado ao aumento inevit vel da complexidade das redes m veis celulares A chegada do LTE Long Term Evolution enquanto tecnologia de quarta gera o para as redes m veis vem adicionar mais uma tecnologia s j existentes Global System for Mobile Communications GSM e Universal Terrestrial Radio Access Network UMTS Esta co exist ncia destas m ltiplas tecnologias em muitos casos provenientes de diferentes fabricantes dificulta as tarefas de opera o e manuten o por parte das operadoras Numa era cada vez mais exigente em termos de qualidade de servi o a automatiza o destas tarefas revela se cada vez mais uma necess
49. c lula em RRC CONNECTED o eNodeB quem controla o processo de handover O handover baseado em medidas efectuadas pelo UE cuja parametriza o controlada pelo eNodeB Quando identificada uma c lula cujo sinal recebido apresenta melhores caracter sticas que o sinal da c lula de servi o o eNodeB despoleta o processo de handover handover trigger Dependendo da tecnologia de rede de acesso e frequ ncia em modo dedicado o UE poder realizar tr s tipos de handover entre c lulas E UTRAN com portadoras de igual frequ ncia intra frequency handover entre c lulas E UTRAN com portadoras de diferentes frequ ncias inter frequency handover ou entre c lulas de diferentes tecnologias de rede de acesso inter RAT handover Mais uma vez por imposi o do simulador LTE adoptado ser apenas abordado o handover do tipo intra frequ ncia intra MME SGW 44 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE 3 1 2 4 1 1 Intra Frequency Intra MME SGW Handover Existem tr s tipos de procedimentos de mobilidade para o handover intra frequ ncia intra site inter site usando a interface X2 e inter site usando a interface S1 O procedimento de intra site handover acontece quando ambas as c lulas de origem e destino pertencem ao mesmo eNodeB No caso da c lula candidata pertencer a um eNodeB diferente do de servi o mas ambos pertencerem ao mes
50. c lula respectivamente A aplica o do algoritmo permitiu uma redu o de apenas 4 e 8 UEs na lista de UEs bloqueados para os cen rios com 10 e 20 utilizadores celula respectivamente Perante esta situa o o algoritmo proposto em AmFr08 foi revisto Esta revis o permitiu identificar situa es que n o foram claramente expostas pelo documento mas cuja aplica o poder melhorar o desempenho do algoritmo s o elas a contabiliza o dos PCI dos sectores co localizados aquando da atribui o de um novo PCI e a redu o do per odo com que os relat rios peri dicos s o enviados por cada UE Uma vez realizadas estas altera es simularam se novamente os cen rios anteriores Os novos resultados obtidos revelaram a mais valia das altera es efectuadas com a elimina o da totalidade dos UEs bloqueados em ambos os cen rios No que diz respeito fun o ANR cada cen rio definido foi simulado e em cada simula o foi contabilizado o n mero de handover realizados e a taxa de handovers falhados tendo em conta um SINR m nimo de acesso de 10 dB Com base nos resultados obtidos verificou se que os cen rios Urbano Denso e Suburbano apresentam uma maior m dia de handovers falhados quando comparados com os cen rios Urbano e Rural Esta situa o deveu se essencialmente diferente densidade de utilizadores em cada um dos cen rios e forma como a ROI definida Neste ltimo caso porque a ROI pode apenas assumir a for
51. conflitos de PCI os quais poder o ser solucionados usando o mecanismo descrito anteriormente Uma vez trocada Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 65 Simula o de Redes Auto Geridas a informa o de NRT entre ambos os eNodeB dada a indica o ao UE para que este efectue o handover para a nova c lula Uma vez recebido o comando de handover o UE abandona a sua antiga c lula de servi o libertando os recursos associados Durante este processo este mant m uma medi o constante do n vel de sinal recebido Se o n vel de sinal recebido descer abaixo do limiar de sensibilidade do UE o processo de handover falha e o UE regressa c lula de origem Atrav s do Link Budget apresentado no Anexo C considera se que cada UE tem uma sensibilidade de 133 dBm Caso o n vel de sinal recebido seja superior ao limiar m nimo de sensibilidade o UE efectua o acesso nova c lula e mede a qualidade do sinal utilizando o SINR m dio de todos os RBs como medida de qualidade do sinal recebido Se o SINR m dio for superior a um dado limiar o handover conclu do caso contr rio o UE regressa a sua c lula de origem O SINR m nimo para que um UE possa aceder a uma c lula de 10 dB como proposto em Ho To07 para um receptor com duas antenas e para um d bito m nimo de 1 Mbps em downlink A Figura 4 7 ilustra a sequ ncia de mensagens que trocada entre UE e eNodeB origem e destino durant
52. dispersas pela localidade de Fern o Ferro Seixal Trata se de um cen rio com elevada densidade de utilizadores veiculares pelo facto de ser cruzado por uma auto estrada Contudo por limita es do pr prio simulador n o poss vel representar de forma distinta os utilizadores que se deslocam na auto estrada a uma velocidade superior aos demais Tal como no cen rio anterior cada sector tem inicialmente 10 utilizadores atribu dos A Figura 5 4 ilustra a localiza o de cada uma das BTSs Figura 5 4 Cen rio de Refer ncia para ambiente de propaga o Suburbano Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 83 An lise de Desempenho A Tabela 5 4 resume os par metros gerais tidos em conta em cada simula o efectuada no cen rio Suburbano Tabela 5 4 Par metros gerais de simula o para o cen rio Suburbano Shadow Fading Log normal u 0 0 10 dB Perdas m nimas entre BTS e UE 70 dB TS 36 942 N mero utilizadores 290 Aprox 5 Util Km 5 2 4 Cen rio Rural Este cen rio composto por quatro BTSs dispersas pelo munic pio de Ferreira do Alentejo Trata se de um cen rio rural com baixa densidade de utilizadores num ambiente de propaga o em espa o aberto onde as esta es se encontram separadas de alguns quil metros entre si Cada sector tem no m ximo 10 utilizadores e existem no total 10 sectores Figura 5 5 Cen rio de refer nci
53. do canal e Af o espa amento entre sub portadoras Quanto ao S este poder ser dado pela seguinte equa o 3 7 onde NFyg corresponde ao noise figure do UE TN o ru do t rmico Af o espa amento entre sub portadoras e SINRp o O SINR m nimo requerido tipicamente obtido atrav s de simula es e que segundo HoTo0 poder ser de 10 dB para um d bito m nimo de 1 Mbps e para um receptor UE com duas antenas Finalmente para calcular o raio de c lula de um eNodeB recorre se a modelos de propaga o que permitem estimar o desvanecimento que o sinal ir sofrer para determinados ambientes de propaga o e para determinadas frequ ncias Modelo espa o livre Walfish lkegami Okumura Hata ou Longley Rice s o apenas alguns dos modelos de propaga o existentes Ho To07 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 39 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE 3 1 1 3 Dimensionamento para Capacidade O dimensionamento de capacidade d uma estimativa dos recursos necess rios para disponibilizar tr fego numa c lula com um determinado n vel de QoS e d bito m dio A capacidade de uma c lula est limitada por in meros factores que incluem n vel de interfer ncia algoritmos de escalonamento de tr fego e esquemas de modula o e codifica o usados Segundo Syed09 a avalia o da capacidade necess ria no processo de planeamento dever compreender as seguintes tarefas
54. dos mesmos de modo a evitar situa es de interfer ncia quer no UE quer no eNodeB sector Desde as primeiras especifica es criadas para o LTE que t m surgido v rias propostas de algoritmos de atribui o de PCI que tentam minimizar o risco de colis o tais como as referenciadas em LLZY10 e LLZW10 Com base nos estudos realizados pode se concluir que existem essencialmente tr s m todos de atribui o de PCI a um eNB s o eles e Escuta dos PCI difundidos pelos eNB vizinhos usando um receptor de downlink e atrav s de interrup es coordenadas da transmiss o como se de um UE se tratasse e Recep o do relat rio de medidas de todos os UEs na area antes de iniciar a transmiss o e Estabelecimento de uma liga o SCTP atrav s da interface X2 com eNodeBs vizinhos Apesar das solu es indicadas uma terceira descrita em AFGHO8 revela se mais eficiente na medida em que aproveita a fun o ANR para resolver conflitos de PCI Esta solu o baseia se em dois m todos para identifica o de conflitos de PCI utilizando a 48 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE fun o ANR e os relat rios de medidas dos UEs No primeiro m todo atrav s de verifica es ao n vel da NRT aquando da adi o de uma nova NR poss vel identificar c lula com ECGI diferentes e com PCls iguais No segundo m todo atrav s de interr
55. e por gerir os KPIs relativos aos handovers efectuados Assim o UE poder utilizar o RSRP ou RSRQ como medida para determinar a qualidade do sinal proveniente da sua c lula de servi o O System Level Simulator of LTE Networks na sua vers o mais actual n o implementa quaisquer mecanismos de handover sendo apenas efectuada a mudan a de c lula sempre que o utilizador sai fora da ROI Assim como uma aproxima o ao c lculo do RSRQ cada UE utiliza a m dia de todos os valores de SINR medidos para cada RB como indicador da qualidade do sinal recebido N o sendo este o m todo correcto de avalia o da qualidade do sinal na c lula esta acaba por se revelar uma medida suficientemente eficaz para a demonstra o do funcionamento do algoritmo de ANR 4 2 3 1 Modo de Funcionamento Em cada ciclo de transmiss o cada UE verifica o n vel de sinal recebido da sua c lula de servi o Sempre que o sinal recebido da c lula de servi o des a abaixo dos 100 dBm o UE inicia o processo de medi o do n vel de sinal recebido das suas c lulas interferentes ao mesmo tempo que verifica se alguma destas possui o mesmo PCI que a sua c lula de servi o Se existir alguma c lula interferente cujo PCI id ntico ao PCI da c lula de servi o o UE entra numa designada situa o de bloqueio Nesta situa o o UE v se impedido de transmitir enquanto o PCI da c lula interferente nao for resolvido Se n o for verificada a exist nc
56. e que torna o seu uso mais f cil e intuitivo Atrav s da interface desenvolvida possivel criar cen rios personalizados com um elevado grau de detalhe e simular as fun es SON implementadas Em adi o ainda poss vel visualizar os resultados obtidos ap s cada simula o e guardar estes e toda a configura o usada em formato de projecto Atrav s destas altera es ao simulador foi poss vel conferir a este a capacidade de simular cen rios personalizados e dessa forma analisar o desempenho dos algoritmos com base em cen rios reais Finalmente no cap tulo 5 realizada a an lise de desempenho dos algoritmos desenvolvidos tendo como base cen rios reais constru dos a partir de dados disponibilizados pela operadora m vel Vodafone Neste cap tulo come am se por apresentar quatro cen rios Urbano Denso Urbano Suburbano e Rural Em cada um destes definida uma minuciosa parametriza o tentando aproxim los o mais poss vel daquilo que seria uma rede comercial LTE No final realizada uma an lise a cada uma das fun es implementadas 6 2 Conclus es No que diz respeito fun o de aloca o de PCI tomando como refer ncia o cen rio Urbano s o testados os mecanismos de atribui o e resolu o de PCI Na atribui o de PCI especificamente s o testados os m todos sequencial e baseado na dist ncia minima de reutiliza o Quando utilizando apenas 4 grupos de PCI como esperado verifica se o
57. maximiza o desempenho da rede Segundo LeFr08 o processo de optimiza o poder ser dividido em dois tipos optimiza o de par metros r dio e optimiza o de par metros de transporte O processo de Self Optimization o processo onde a rede optimizada com base nas medidas obtidas pelo UE eNB de servi o e eNB vizinhos Descrevem se de seguida os procedimentos enunciados pelo 3GPP para optimiza o nas SON 2 2 3 4 1 Tracking Area Para que a rede mantenha um contacto permanente com um UE no estado ECM IDLE EPS Connection Management IDLE este ltimo dever actualizar a sua localiza o sempre que a sua Tracking Area TA muda atrav s de um procedimento designado de Tracking Area Update TAU Cada TA identificada pelo seu Tracking Area Identifier TAI De modo a assegurar que o MME tem a localiza o de cada UE na rede cada UE ter de realizar um TAU sempre que o TAI do seu eNB de servi o diferente O pedido de actualiza o do TA do UE enviado atrav s do RACH e como tal o planeamento dos TA dever ter em aten o o padr o de tr fego caracter stico da rea de cobertura de modo a minimizar a sinaliza o entre UE e o eNB Tipicamente o planeamento das TAs efectuado durante o processo de implementa o da rede e s ser mudado em situa es extremas onde existe uma degrada o consider vel De modo a facilitar as tarefas de planeamento e optimiza o de TAs foi criada a fun o de Tracking Area
58. na regi o de cobertura da c lula A Figura 1 5 Cen rio de handover prematuro 1532521 e HO to Wrong Cell Acontece quando ocorre uma falha no link r dio nos momentos que se seguem conclus o do HO ou durante este Se o HO da c lula origem para a c lula destino ocorreu com sucesso e a c lula vizinha pertence ao eNB B que diferente de eNB A este poder enviar a mensagem de HANDOVER REPORT para o eNB A indicando a ocorr ncia de um HO para uma c lula errada quando o eNB B recebeu uma mensagem de RLF de um terceiro eNB C e quando eNB B enviou a mensagem UE CONTEXT RELEASE para o eNB A indicando a conclus o do HO para o mesmo UE nos ltimos segundos de Tstore UE cntxt 126 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON O HO triggering agai Cell A X radio link failure Cell B ASA aaa SSL PSA LL SAS 4 E EASY DG MEME AA SZ ON gt A LX E ASAS XXX IE XXX SZ R SINES EI SM ESTA ES E LX EZ Falha no link radio devido a m parametriza o de HO entre a c lula A e c lula B SSIS i ANAA SA 4 XXDOOOOODEX SOS Figura 1 6 Cen rio de handover para c lula errada 1532521 Em qualquer um dos casos a mensagem de RLF enviada de um eNB B para um eNB A dever conter a seguinte informa o e Failure Cell ID PCI da c
59. o RACH Do estudo realizado foram identificados alguns par metros tidos como favor veis a optimiza o do RACH e Carga no PUSCH e Aumento de Pot ncia no pre mbulo Power Ramping Step A 1 2 Balanceamento de Carga O objectivo do balanceamento de carga ou Mobility Load Balancing MLB distribuir a carga numa c lula de forma equitativa por todas as outras c lulas vizinhas ou distribuir parte do tr fego de c lulas em situa o de congestionamento Esta fun o levada a cabo atrav s da auto optimiza o de par metros de mobilidade ou atrav s de HO handover A auto optimiza o dos par metros intra LTE e inter RAT inter Radio Access Technology na pr pria c lula e suas vizinhas poder aumentar a capacidade do sistema quando comparado com um mecanismo est tico n o optimizado de par metros de re selec o handover Existem dois tipos de arquitectura MLB distribuida e centralizada A escolha do tipo de arquitectura depende da RAT em causa e Distributed MLB Algoritmos correm localmente nos eNB A informa o de carga trocada entre esta es de modo a optimizar os par metros de HO e ou ajustar par metros de RRM e Centralized MLB Os algoritmos s o executados ao n vel do core Esta es reportam a sua informa o de carga a uma entidade centralizada que posteriormente envia altera es aos par metros de HO de cada esta o O suporte para a optimiza o do balanceamento de car
60. o em edif cios Somat rio do ganho da BTS e UE Perdas provocadas por guias de onda Pot ncia de transmiss o de um UE Numero de RBs Noise Figure do eNodeB Ruido termico Espa amento entre sub portadoras SINR minimo Perdas m ximas por atenua o numa transmiss o em downlink Sensibilidade do UE Margem de interfer ncia no downlink Pot ncia de transmissao da BTS Largura de banda do canal XXxXili SINR ye RSRP om RSRPintnoise HPl yor NHofail NHoatmp NHosucc NHofail HPlypp NHopp NHonpp HPIpc Naropped call Nacceptable call Pathlossrotal Pathloss Gry Grx MCL Pwrpx Pwrry RSRP ue Qnys Qoffset RSRPavg nT RSRP da c lula de servi o para o UE Pot ncia transmitida pela c lula de servi o Perdas de percurso entre BTS e UE Perdas por difrac o com uma distribui o log normal e desvio padr o de 3dB SINR medido no UE RSRP da c lula de servi o para o user equipment RSRP das c lulas interferentes Handover Performance Indicator Handover Failure Rate N mero de handovers falhados N mero de tentativas de handover N mero de handovers realizados com sucesso N mero de falhas de handover Handover Performance Indicator Handover Ping Pong N mero de handovers com oscila o N mero de handovers sem oscila o Handover Performance Indicator Drop Call N mero de chamadas falhadas N mero de chamadas aceites Perdas totais Perdas por atenua o Ganho de transmiss o Ganho de rec
61. of Communications and Radio Frequency Engineering da Universidade Tecnol gica de Vienna ustria TU WIEN O System Level Simulator of LTE Networks um simulador que visa o estudo de v rios aspectos relacionados com o planeamento escalonamento e interfer ncia em sistemas LTE gra as sua estrutura bem organizada e ao funcionamento e desempenho comprovados que as fun es de atribui o e resolu o do PCI ANR e optimiza o de handover s o implementadas Para tornar poss vel a implementa o destas fun es foram necess rias v rias altera es forma como os dados da rede s o carregados no simulador bem como o modo como esta criada Para al m dos aspectos relacionados com a constru o do cen rio de simula o foi necess rio proceder a altera es aos elementos de rede conferindo a estes por exemplo no caso do UE a capacidade de reportar vizinhas ao eNodeB de servi o Estas altera es tornaram se imperiosas pois qualquer uma das fun es SON implementadas dependia do correcto funcionamento das restantes O mau funcionamento de uma fun o poderia adulterar os resultados obtidos por outra e vice versa No que diz respeito fun o de aloca o de PCI dois m todos foram desenvolvidos sequencial e baseado na dist ncia m nima de reutiliza o No m todo sequencial os PCI s o alocados sem qualquer restri o a cada BTS No m todo baseado na dist ncia m nima de reutiliza
62. que para os cen rios Urbano Denso e Urbano o valor de Histerese superior ao registado nos cen rios Suburbano e Rural devido s condi es de propaga o o que origina uma maior probabilidade de oscila o de handover Esta situa o tamb m se verifica ao n vel do TTT registando igualmente valores superiores nos cen rios Urbano Denso e Urbano face aos cen rios Urbano e Rural Posteriormente utilizando somente o cen rio Urbano Denso e Rural foi analisado o HPlypp quando os UEs utilizam o servi o HTTP servi os NRT e VoIP servi os RT e quando estes se deslocam a uma velocidade maxima de 3 60 e 120 Km h afim de perceber qual o desempenho do algoritmo em cada uma das situa es No geral atrav s das simula es efectuadas verifica se uma redu o consider vel do HPlI pp principalmente quando os UEs de deslocam a baixa velocidade como o caso do cen rio Rural com um servi o VoIP e uma velocidade de 3 Km h onde esta redu o de 73 91 No caso do cen rio Urbano Denso a maior redu o no HPI pp obtida tamb m quando o tipo de servi o VolP mas ao contr rio do cen rio Rural quando a velocidade m xima dos UEs de 60 Km h tendo se verificado uma redu o de 44 67 Verificou se tamb m que em ambos os cen rios tal como esperado a redu o do HPI pp maior quando o UE se desloca a baixa velocidade e menor quando se desloca a alta velocidade No que diz respeito aos valores optimizados de Hister
63. que s o gerados gr ficos de cobertura aloca o de c lula ou aloca o de PCI sobrepostos com o mapa o desempenho da aplica o degrada se significativamente Esta situa o s resolvida quando o mapa limpo B 7 2 Interface Gr fica Durante a fase de testes foram identificadas situa es onde ap s algumas simula es a tabela de eNodeB deixa de funcionar correctamente Durante esta situa o poder o ocorrer erros Java na consola do Matlab Ap s esta ocorr ncia o utilizador fica impossibilitado de remover ou editar eNodeB j existentes As restantes funcionalidades da aplica o n o s o afectadas Este problema s poss vel de resolver reiniciando a aplica o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 151 Anexo C LTE Link Budget Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 153 Anexo C LTE Link Budget C 1 Link Budget LTE LTE Downlink Radio Link Budget General Parameter Criteria Downlink Unit E CR Ec O E S E ETC DR T SC EE DR O RE w CO 7 O CE id CEE Cd CEE Cd buldngrenetatnscben aoea OOOO O ET ine Cd Pathloss at Cell Border E N X S V D 130 85 dB Path Losses 154 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo C LTE Link Budget C 2 C lculo do Raio de C lula C 2 1 Cen rio Urbano Denso Cell Radius C
64. sua implementa o Apesar do trabalho j realizado sobre este tema a decis o de implementa o das SON caber em ultimo lugar s operadoras m veis Apesar dos benef cios claros que esta tecnologia demonstra as operadoras continuam ainda receosas quanto ao desempenho destas fun es nomeadamente pelo impacto que poder o ter no desempenho de uma rede No cap tulo 3 s o introduzidos os principais conceitos de planeamento e optimiza o em redes LTE Neste cap tulo come am se por analisar as t cnicas para um dimensionamento para qualidade cobertura e capacidade Posteriormente s o analisadas as altera es parametriza o que s o feitas com a chegada da tecnologia LTE nomeadamente no que diz respeito ao TA Tracking Area PCI planeamento de frequ ncias e rela es vizinhan a Segue se a optimiza o da rede onde tendo em linha de vista as fun es que ser o implementadas analisado a resolu o autom tica de PCI a cria o autom tica de rela es vizinhan a e a optimiza o de handover E a partir 110 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Conclus es da an lise destes tr s ltimos conceitos que s o introduzidos no cap tulo 4 um conjunto de fun es que permitem a sua implementa o No cap tulo 4 come a se por introduzir o System Level Simulator of LTE Networks um simulador LTE em c digo aberto em desenvolvimento pelo Institute
65. tempo de resposta o mais linear quanto poss vel evitando oscila es e degrada o da qualidade de servi o QoS e Fiabilidade dos m todos Os m todos implementados dever o ser fi veis e evitar situa es que prejudiquem o desempenho da rede e Compatibilidade Devido multiplicidade de fornecedores e tecnologias de acesso r dio Radio Access Tecnology RAT as fun es implementadas dever o ser escal veis e possuir protocolos independentes de fornecedor que permitam a comunica o entre elas 2 2 2 Arquitectura Em termos de arquitectura as SON podem ser divididas em quatro tipos Dependendo da localiza o dos algoritmos de optimiza o esta poder ser centralizada distribuida Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 23 Estado da Arte localizada e h brida Numa arquitectura do tipo centralizada todas as decis es s o tomadas ao n vel do Element Mangement System EMS e Network Management System NMS Esta arquitectura visa implementar todo um conjunto de fun es que implicam a interac o entre v rios elementos da rede como o caso do ANR e PCI A principal vantagem no uso deste tipo de arquitectura a facilidade de implementa o de novas fun es na rede uma vez que todas as fun es s o implementadas nos sistemas OAM Operation Administration and Maintenance Contudo por se tratar de uma solu o centralizada poder revelar se pouco
66. vizinhas Numa arquitectura do tipo H brida temos decis es que s o tomadas quer ao n vel local quer ao n vel central da rede Este tipo de solu o util para optimiza es com diferentes requisitos Para al m disso esta arquitectura permite a optimiza o entre equipamentos de diferentes fabricantes atrav s de interfaces X2 e interfaces Itf N North Bound Interface 1532521 24 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte 2 2 3 Fun es das SON Segundo 1536300 a configura o do elemento de rede poder ser dividida em duas fases pr operacional e operacional A Figura 2 11 ilustra uma framework para as l eNB power on or cable connected _ POLOT si a 1 configuration of IP address A Basic Setup and detection of OAM 4 a 2 authentication of eNB NW eae a 3 association to aGW Self Configuration pre operational state 1 Ee a 4 downloading of eNB software and operational parameters B Initial Radio F r b 1 neighbour list configuration Configuration b 2 coverage capacity related parameter configuration Self Optimisation ee operational state C Optimization o c 1 neighbour list optimisation Adaptation 4 c 2 coverage and capacity control Figura 2 11 Procedimentos de Self Conf
67. 2 ZAZA MACRO ARO sido a e e a 32 2 2 3 4 2 Optimiza o de Mobilidade e ereerereerer ear er aerea rea ea rre nana 33 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE ni eereraaaaaneraananneaaa 35 3 1 Planeamento Celularem ETE sereis oorner EEOAE 36 3 1 1 Dimensionamento da Rede de Acesso uisseriaiasensencacanerosienenicianrecasararoaaannitasassaicasanaiiada 37 3 1 1 1 Dimensionamento para Qualidade eee eeereerere renan rer ea rre anna 37 3 1 1 2 Dimensionamento para Cobertura cccceccccceececeeeeeeaeececeececeeecesecesseecesseeeesseeeseeeeseeeeeas 37 3 1 1 3 Dimensionamento para Capacidade eee erre rer ea rre aan erean o 40 3 1 1 3 1 C lculo do D bito M dio por C lula ereta area anana 40 DZ FRIM UZ AS AO insana aaa a A a a E 41 3 1 2 1 Tracking AFC A sesuais iris titans ad aaa R ane 41 31 22 Physical Cell Ident ga scu Senos da a de eae O GS E aa awe aca cae 42 3 1 2 3 Planeamento de Frequ ncias cccccccsecceececeeeceucecaueeceeeecaeeceuceseueesuesageeseeeesseessaeesageess 43 3 1 2 4 FREIACOES VIZIN MAN Cama assassinado Sa SST a 44 3 1 2 4 1 Mobilidade LTE em RRC CONNECTED eee 44 3 1 2 4 1 1 Intra Frequency Intra MME SGW Handover erram 45 DE OPUN A peer een pee Sa sais E Aa E a Ra GER dai RS RE REP 47 3 1 3 1 Resolu o Autom tica do Physical Cell ld e eeereeereererareereeaaeea 48 XIV 3
68. 9 4 099 y pos m E y pos m 4 0985 100 4 0985 4 0975 4 0975 0 6 0 6 045 605 6055 606 6 065 Oe ee e a x pos m x 10 x 10 a b Figura 5 12 Atribui o autom tica de PCI usando o m todo da minima dist ncia de reutiliza o 1000 m a Usando 168 grupos de PCI dispon veis b Usando 4 grupos PCI dispon veis Como se pode observar pela Figura 5 12 b utilizando o m todo da dist ncia m nima de reutiliza o deixam de ocorrer situa es de eNodeB sector com os mesmos PCI pr ximos uns dos outros Para verificar a influ ncia da dist ncia de reutiliza o neste cen rio aumentou se a mesma para observar o desempenho do algoritmo A Figura 5 13 ilustra o resultado obtido para uma dist ncia de reutiliza o de 1500 e 2000 m 92 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading 4 1 4 1 4 0995 4 0995 4 099 4 099 y pos m y pos m 4 0985 4 0985 4 098 4 098 4 0975 4 0975 6 045 605 6 055 6 06 6 065 x pos m x 10 x pos m x 10 a b Figura 5 13 Atribui o autom tica de PCI usando o m todo da m nima dist ncia de reutiliza o com 4 grupos de PCl a Dist ncia de reutiliza o 1500 m b Dist ncia de reutiliza o 2000 m Como se pode observar para as dist ncias de reutiliza o de 1500 e 2000 metros o algoritmo revela alguma di
69. Algoritmos de escalonamento mais simples e Maior largura de banda por c lula Contudo esta op o levanta s rios problemas entre os quais e Aumento de utilizadores provoca um grande aumento da interfer ncia e Baixo n vel de SNR principalmente na periferia das c lulas e Necess rio recorrer a downtilt para mitigar interfer ncias e Downtilt resulta numa redu o da rea de cobertura O LTE est desenhado para funcionar em ambientes onde existe interfer ncia co canal Cada eNodeB sector que opere no mesmo canal poder ser interferido pelo sinal proveniente de outros eNodeBs sectores O Carrier to Interference plus Noise Ratio CINR mede a rela o entre o sinal da portadora de servi o e os sinais das portadoras interferentes De modo a minimizar as situa es de baixo CINR foram desenvolvidos os seguintes m todos e Resource Block Group Assignment RBGA Planear diferentes RBs para cada sector de modo a minimizar os efeitos da interfer ncia e Frequency Selective Scheduling FSS O escalonador utiliza os RBs que oferecem melhor performance para transmitir os dados para os utilizadores e Inter Cell Interference Coordination ICIC Baseia se numa estrat gia de escalonamento Estas estrategias incluem o SFR Soft Frequency Reuse e FFR Fractional Frequency Reuse Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 43 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE Em ge
70. Ap s cada simula o o utilizador poder consultar os resultados obtidos atrav s da op o Results dispon vel no menu principal Segue se uma descri o das op es dispon veis B 6 1 Sector Boundaries B 6 1 1 In Map Esta op o permite visualizar a atribui o de sectores sobreposta no mapa gt x a Was Pe e ae AO Figura 6 1 Aloca o e sectores com sobreposi o no mapa B 6 1 2 In Figure Esta op o permite visualizar a atribui o de sectores atrav s de uma figura que gerada a parte x 10 Cell and sector assignment macroscopic fading 4 0995 4 099 y pos m 4 0985 4 098 4 0975 6 035 6 04 6 045 6 05 6 055 6 06 6 065 6 07 6 075 x pos m x 10 Figura 6 2 Aloca o de sectores em figura separada Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 143 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 6 2 Signal Level B 6 2 1 In Map Esta op o permite visualizar o n vel de sinal recebido atrav s da sua sobreposi o no mapa Figura 6 3 N vel de sinal recebido com sobreposi o no mapa B 6 2 2 In Figure Esta op o permite visualizar o nivel de sinal recebido atrav s de uma figura gerada a parte x 10 Signal Level macroscopic fading 60 dBm 70 dBm 4 0995 60 dBm 4 099 y pos m 90 dBm 4 0985 100 dBm 4 098 110 dBm 4 0975 6 035 6 04 6 045
71. Atrav s da seguinte equa o 3 4 poss vel calcular o Link Budget para o downlink LDL pmax Pry ref 7 SUE a Bip o Bune o Ley 7 LcpL Es LepL F Ga Ly 3 4 38 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE onde Prxref a pot ncia m xima da BTS por RB Syg a sensibilidade do UE Brp margem de interfer ncia no downlink B nr desvanecimento log normal Lp as perdas corporais body loss Lcp a margem de penetra o em carros se previsto Lpp a margem de penetra o em edif cios se previsto G o somat rio dos ganhos da BTS e UE e finalmente L o total de perdas provenientes das infra estruturas da esta o e g cabos splitters etc Em downlink a pot ncia total da BTS partilhada entre todos os RBs semelhan a do uplink quantos mais RBs existem menor a pot ncia atribu da a cada um Assim Pry e em downlink poder ser dado pela equa o 3 5 Prxret Prxprs 10 logio N RB 3 5 onde Pry prs a pot ncia total do PA Power Amplifier e N o n mero de RBs existentes em cada s mbolo e que depende da largura de banda do canal Em alguma bibliografia poss vel encontrar situa es onde o Pry ref considerado como sendo a pot ncia maxima por sub portadora Nesse caso Px re dado pela equa o 3 6 BW Prxret Prxprs 10 logio 3 6 onde Pry srs a pot ncia total do PA BW a largura de banda
72. C Random Access Procedure gt r S 11 RRC Connection Reconfiguration Complete Uplink and Downlink User Plane Data Uplink User Plane Data 4 Y y PN 12 Path Switch Request 13 Mod Bearer Req rp C Switch downlink Path Uplink and Downlink User Plane Data Uplink and Downlink User Plane Data LL q n a ii ee ee ee o ss dee vt Sa e e e tienen gt NY uonjs duoS JSAopueH 14 Mod Bearer Res AAAS 15 Path Switch Request Ack A 16 EU Context Release A Figura 3 2 Processo de HO Intra Frequ ncia Inter eNodeB Intra MME 3 1 3 Optimiza o No que diz respeito aos processos de optimiza o de uma rede celular m vel LTE estes assemelham se aos j usados na UTRAN e baseiam se essencialmente na an lise de KPIs Atrav s da an lise de indicadores ap s a integra o e ao longo da vida de um eNodeB resultam ajustes de par metros como pot ncia tilt rela es vizinhan a entre outros que visam a optimiza o dos pontos que foram analisados anteriormente Qualidade Cobertura e Capacidade na fase de optimiza o que o papel das SON mais se evid ncia A aplica o das fun es SON na fase de optimiza o permite eliminar tarefas que at agora pertenciam componente de planeamento Como descrito no cap tulo 2 a optimiza o de pot
73. Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 13 Simula o de Redes Auto Geridas Em suma as altera es efectuadas ao simulador garantem um maior n vel de coer ncia e veracidade aquando da compara o de dados obtidos por simula o com os extra dos de uma rede real ou com o resultado de simula es obtidas com outros Fa t The Self Organizing LTE Network Simulator 2011 MEET LS ELscenario 2 po E File Edit Results Help Aisa EIKES EiL Ar 4 patem dA Frequency Hz 2600000000 Bandwidth Hz seg w Map Resolution meters pixel 20 086 de Grame st o A EV Ibo de Pe LEA SE a ER Macroscopic Pathloss Transmission Mode Minimum Coupling Loss dB 70 nTX 1 Macroscopic Pathloss Model TS36942 X nRX 1 Pathloss Model Enviroment urban TX Mode CS ADE Microscale Fading Traffic Type Use Fast Fading True X Traffic Type 0 Random v Channel Mode Type VehA a HO Optimization Trace Length seconds 1 Enabled Tis m Correlated Fading True X ANR Shadow Fading Enabled True X Enabled Claussen v Show Live NR True i UE PCI UDTM Enviroment OD Outdoor z Available group codes 1 168 168 Noise Figure dB am Allocation Method Sequencal Th Noise Density dB 174 ite Reuse Distance 1500 Random Speed True v Simulation UE Max Speed Km h 120 Random Seed False BTS Random Seed Value 20 3 3
74. Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 81 An lise de Desempenho pedestres e veiculares num ambiente de propaga o caracterizado por edificios com diferentes alturas e tamanhos bem como por ruas pouco uniformes A raz o que levou escolha desta localiza o para o cen rio Urbano deveu se essencialmente morfologia aproximadamente uniforme do terreno Neste cen rio considera se que as BTSs poder o estar no topo ou nas fachadas dos edif cios ou mesmo em torres nas zonas mais afastadas da zona urbana semelhan a do cen rio Urbano Denso a cada sector ser atribu do inicialmente 10 utilizadores A Figura 5 3 ilustra a localiza o de cada uma das esta es que comp em este cen rio E o A o mis gt Tra et w Te aU ial eae esga Pe ih y Aa ae E EL ati a gt Ed v bA ear h q a i ns Ns de Figura 5 3 Cenario de refer ncia para ambiente de propagacao Urbano A Tabela 5 2 resume os par metros gerais tidos em conta em cada simula o efectuada no cen rio Urbano 82 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Tabela 5 3 Par metros gerais de simula o para o cen rio Urbano Perdas m nimas entre BTS e UE 70 dB TS 36 N mero utilizadores 270 Aprox 19 Util Km SISO TS 36 213 820 5 2 3 Cen rio Suburbano Este cen rio composto por dez BTSs na sua maioria tri sectorizadas
75. Denso Taxa de Oscila o de Handover Cen rio Suburbano E essi a cd ci AS SREY Gado dador ME a l NGO doi smo 7 eal E et ae ARE RR ee Com Optm o E 4 e5 as GL GREER MERE Neder i O Tanan ee ee ee eee ee ee eee ee ee l a a E nto onto ineo tono onn dono 45 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TTI a b Figura 5 21 Taxa de Oscila o de Handover sem e com optimiza o a Cen rio Urbano Denso b Urbano Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 101 An lise de Desempenho Taxa de Oscila o de Handover Cen rio Urbano Taxa de Oscila o de Handover Cen rio Rural G5 ssssaesecos nono o ones piso os opsossa aque caio cpaccanaacisesa s o as SE m ae ae 4 E s ii aa a nae a Apes i 2 Lu No doi LS Com Optm fry 1 1 75 re ree a ae ee ee eee eee 80 A oe ee One ee ee ee ee eee ey i i i i i Y T i i i i i i i i i i i l i 70 f 4 2 lt 4 2 2 4 bccn nant A E E ARDE E EEA EE eee E E E i l i de amp i i i i i D i i i i i i i e ps ae u pes acy ae aca ee sa Ces ne a es e e q x h E 2 i i i i t i i 60 a pensas possanajasaenso patetes jinen pasee n4 jeene oe A lo ii ld fd ie al a E alate H i i i 2 7 PoE PoE bio ay add ee Roda aa cs Send Sea ar dei ca o a E da oia rca polo soa ola 3 oe ee o 1 i 1 i 1 i i Ea i i
76. E EE ARDE E E Da ae e oP 4 ro 3 ti T i i us ae di a a acmabie is 7 Be ifs ke din eae a 70 L ee ee der SE OO EMP JARRA yee TH H 8 3 Km h PA DLC aba ie fae Sale anc ae panasea ss S 60 Km h E Gage a 420 Km Osc 20 p eaden neo atos matte o TY ane ee 7 a Y Y a a 60 15 t 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TTI TTI c d Figura 5 24 Taxa de oscila o de handover no cen rio Rural a HTTP sem optimiza o b HTTP com optimiza o c VolP sem optimiza o e d VolP com optimiza o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 105 An lise de Desempenho Tabela 5 13 Percentagem de redu o de HPIy pp para cen rio Rural 3 Km h 60 Km h 120 Km h HTTP 72 57 Yo 38 87 26 7 Yo 73 91 66 07 44 35 No cen rio Rural podemos observar que o HPlI pp atinge no geral maiores redu es contudo deve ser tido em conta que o n mero de utilizadores neste cen rio menor face ao cen rio Urbano Denso pelo que o n mero de handovers menor e da menos itera es do algoritmo de optimiza o s o realizadas Da observa o da Figura 5 24 e da Tabela 5 13 podemos observar que os melhores resultados s o alcan ados quando os UEs t m uma velocidade maxima de 3 Km h com o HPlI pp a atingir uma redu o de 72 57 e 73 91 para os servi os HTTP e VoIP respectivam
77. E O SS 9 Zito WAUCR ACS FRAO assada SG a a Oratadaetenines 12 244 Protocolos de Radio rapa da aa da DS a 14 2 1 4 1 Canais EOGICOS passas das iris irao cist Olas eins bi ST dette da usa alse Coeds elect 16 242 Canais de TANS OOM CG insani nana dnd sas de qro deals a leis add 17 auto CANAIS F SICOS uso Sane ceases A a E le ahaa asatensaaee a Mteaea dea routteutarites 18 xiii 2 1 5 Codifica o Modula o e Multiplexagem eee rerer aerea erre neranaa 19 2 1 6 Tecnicas de Antenas MUNIDIAS ja said gasta ansga lis ada Gantvadvenect andere seats Da Saad End psi agia SA 20 2 2 Sell Organizing NCIWOIK ssextecadscatacudacstacadsastasadscetncadsadtatad assi cada niasadsesiagad santas 22 224 Requisitos das SON desalento uessa lindo Gael E e a E Gunde DEDE dignos aaa 23 Zz JIQURCCUIAS ass Oras as REP vatan ate gedeneavasel T sass desea 23 22 0 F ncoes das SON cnisa a T ee 25 2 2 3 1 AUGE OMIM AC AO paras ARTS acon ss ee ec eas oe a aaa 25 2 2 3 2 ANR Automatic Neighbour Relation cccccccceeseeeeeeeeeeeeeseeeeeeseeeesaeeeeessaeeeeesaeeeeeens 26 2 2 3 2 1 Intra LTE Intra Frequency ANR aines ia a aai aa aE aa aa eaaa aiaa 28 2 2 3 2 2 Inter RAT Inter Frequency ANR c cccccccssseecceesseecceseeeceeeeeceaaeecseuseeessageeessageeesseass 29 2 2 3 3 Configura o autom tica do Physical CellID c erre 30 2294 PURO ODUIMIZACAO ss acaso anido0 cs SRA Esta Deo URSS Deda do doe a aides ad ata DS A da apa 3
78. ME Com base nas medidas r dio reportadas pelo UE e nas medidas efectuadas pelo eNB o eNB toma decis es quanto ao handover de um UE entre c lulas O SAE uma evolu o do core GPRS General Packet Radio Service com algumas diferen as das quais se destacam o facto de ser totalmente baseada em IP All IP e suportar a mobilidade entre redes heterog neas O principal elemento da SAE o j referido EPC tamb m designado de SAE Core O EPC uma designa o l gica ao grupo constitu do pelos seguintes elementos 10 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte e Mobility Management Entity MME o n de controlo que processa a informa o entre o UE e a CN Core Network atrav s de um conjunto de protocolos denominados de NAS Non Access Stratum e Policy Control and Charging Rules Function PCRF respons vel pelas pol ticas de decis o bem como pelo controle das funcionalidade de charging atrav s de uma Policy Control Enforcement Function PCEF e Home Location Register HLR cont m os dados de subscri o dos utilizadores bem como as Packet Data Network PDN a que cada um deles pode ligar e PDN Gateway P GW o ponto de interliga o da rede com E UTRAN com outras PDN exteriores e Serving Gateway S GW o ponto atrav s do qual os pacotes de um dado UE s o encaminhados quando este se move dentro da E UTRAN de um eNB
79. Ping Pong Detection Figura 4 11 Algoritmo de detec o de oscila o de handover 4 2 4 2 Controlo de Oscila o No algoritmo de hard handover o UE tem apenas de garantir que o RSRP da c lula candidata superior ao RSRP da sua c lula de servi o adicionado de uma determinada histerese Ao fazer isto o UE poder cair numa situa o onde o RSRP da c lula de servi o oscila com uma dada frequ ncia cujo periodo superior ao TTT mas n o superior o suficiente para evitar a oscila o de handover Esta situa o indesejada poder ser colmatada atrav s do ajuste din mico do TTT com base no HPI pp Contudo o eNodeB n o est desta forma a prevenir a ocorr ncia de handover mas sim a reagir mesma Assim em vez de usar os valores instant neos de RSRP da c lula de servi o cada UE calcula a m dia dos ltimos N valores de RSRP registados na c lula de servi o tornando assim as decis es de handover mais fidedignas O RSRP m dio numa dada c lula poder ser calculado usando a seguinte express o N RSRPvg a 4 4 70 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas onde N representa o n mero total de n amostras durante um dado per odo T Porque fen menos como desvanecimento r pido do sinal podem ocorrer o par metro T poder ser ajustado para cada tipo de ambiente de propaga o r dio No que diz respeito ao funci
80. Radio Access Technology diferentes e handovers entre c lulas cuja frequ ncia diferente Cell A Phy CID 3 Global CID 17 Cell B Phy CID 5 Global CID 19 1 report Phy CID 5 strong signal 3 Report Global CID 19 2b Read BCCH 2 Report Global CID Request Target Phy CID 5 Figura 2 14 Exemplo de funcionamento do ANR Inter RAT Inter Freg 1536300 Neste cen rio o eNB da c lula que est a servir o UE e na qual est a ser executada a fun o ANR instr i o UE para realizar medidas em c lulas de outras RAT Frequ ncias Neste cen rio o eNB pode usar diferentes pol ticas para instruir o UE nas realiza es de medidas e na escolha do momento certo para as reportar 1 O eNB instr i o UE para procurar por c lulas vizinhas em outras RAT Freq Para isso o eNB precisa de agendar per odos de idle para que o UE possa escutar o meio por c lulas em outras frequ ncias 2 Uma vez conclu da a recolha de dados o UE reporta o PCI das c lulas detectadas O PCI ser definido pela frequ ncia da portadora e pelo Primary Scrambling Code PSC no caso de se tratar de vizinha UTRAN FDD frequ ncia da portadora e Cell ID no caso de UTRAN TDD Indicador de Banda BSIC Base Station Identity Code Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 29 Estado da Arte e BCCH no caso de GERAN e PN Pseudo random Noise Offset no caso do CDMA2000 3
81. TTP 43 6 31 49 7 86 17 23 44 67 No cen rio Urbano Denso podemos observar que o maior ganho obtido quando o tipo de servi o VoIP e a velocidade m xima de 60 Km h com o HPI pp a atingir uma 104 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho redu o de 44 67 Podemos tamb m observar que o menor ganho obtido quando o tipo de servi o HTTP e a velocidade m xima do UE de 120 Km h Tal como descrito no capitulo anterior num cen rio n o optimizado o HPI pp menor quando o UE circula a maior velocidade o que significa que existe menor oscila o de handover tal como se esperava Da mesma forma quando a velocidade do UE menor em geral a taxa de oscila o de handover maior nomeadamente quando o servi o HTTP Taxa de Oscila o de Handover HTTP Cen rio Rural 60 Km h F 120 Km h 15 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TTI a b Taxa de Oscila o de Handover VolP Cen rio Rural Taxa de Oscila o de Handover VolP Cen rio Rural 100 Rd Rd a a ad ae ad Sd oba ed aa alae dd aaa ria ni ea ie eg 95 4 11t arisen 7 AES et a E mene EET ED a 55 ie ee ee dada aaa oo S 3 Km h i a z o E 60 Km h l a a Ya eae Pr Assada ne na as peaks F 120 Kmh F i e A Moo Po do Po Pod H A5 H n T E A AEn E E oi Nae 5 eka a ne CS SC CO o EG od Fa th a 40 ss ni a E T GR
82. UEs rede SeTo09 De forma geral os eventos anteriores t m como objectivo em alguns casos a sincroniza o do UE com a rede e noutros a notifica o da exist ncia deste perante a rede ou o seu acesso mesma No caso particular dos eventos 3 4 e 5 identificados na inicio da sec o A 1 1 podemos ter um acesso n o contencioso onde para cada UE atribuida uma assinatura A 1 1 2 Algoritmo de Optimiza o A configura o do RACH depende de v rios par metros de entre os quais e A interfer ncia inter c lula em uplink do PUSCH Aplica o de esquemas de controlo de pot ncia de modo a minimizar a interfer ncia inter c lula e Carga no RACH volume de pedidos recebidos taxa de handover padr o de tr fego e popula o servida 120 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON e Carga no canal PUSCH Quantidade de pre mbulo c lula s e Preambulos alocados c lula e High Speed mode On Off e Desequil brio entre UL e DL Factores como a orienta o das antenas pot ncia de transmiss o ou threshold de handover poder o afectar a performance do RACH Segundo TR36902 as fun es prim rias numa optimiza o RACH s o a Minimizar o atraso no acesso do UE rede b Minimizar a interfer ncia em uplink causada pelo RACH c Minimizar a interfer ncia durante os acessos RACH O
83. a o disponibilizada ao eNB dever permitir igualmente que este estabele a uma liga o SCTP com pelo menos um MME Uma vez estabelecida a liga o com o MME o eNB dever recolher a informa o necess ria para estabelecer uma interface S1 MME Para permitir as fun es de mobilidade e ICIC Inter Cell Interference Control a interface X2 dever ser igualmente estabelecida inicialmente com os eNB indicados por O amp M Uma vez integrado o eNB poder estabelecer outras liga es X2 com outros eNB com base nas fun es de ANR de modo a optimizar handover Ap s a configura o do eNB d se in cio segunda fase com a configura o das rela es vizinhan a atrav s do mecanismo de ANR o qual ser descrito nos subcap tulos que se seguem 2 2 3 2 ANR Automatic Neighbour Relation Uma das principais causas para o aumento do CDR Call Drop Rate numa rede m vel est na ma defini o de rela es vizinhan a ou mesmo na aus ncia destas Tipicamente nos sistemas 2G e 3G a especifica o das rela es vizinhan a levada a cabo atrav s de ferramentas de planeamento que atrav s de mapas estimam a propaga o e da as rela es vizinhan a necess rias para garantir o handover No entanto imperfei es nos mapas usados ou altera es ao meio f sico d o origem a discrep ncias entre as rela es previstas e as realmente necess rias o que obriga realiza o de drive tests para identificar exaustivamente
84. a 136 Bo 2 Sr LIStadeCINOOCE rogo iinn aca asd Das ns such suse tod esnte cach sds DOS a a a ar IN E A aS S 136 B 3 24 Painel de Configura es ssa sncsyaa des tcends Dasiiaa sadias Dea do cb eaaa a gde deal ua ES Lda 136 B 4 Defini es AVANCAO AS sone setuasceanhsassnaubdosauoubsansanchdacauontdanduastdandeanhdoasyactdondnoebdonarontee 138 BM OpumizaGad de sHandov el nonion N 138 B 4 2 Automatic Neighbour Relation ecran serena 139 Bo Criacao de GONG OS cien aaa EETA reste Rina eel sede inatas eai 139 Bo Carregar Mapas sererai na ieee eect veined tected 140 B92 CHAreNOdED somava vara ssa pa Souls Da oo o pos Va PULA a snes atue eia teens 140 Bsdo IDEM COMARO eae nee ner SO ee eee S O ee ee eee eee 141 B 5 4 Definir Regi o de Interesse eee rare area 142 Boo Guardar Cenal aaa nne AA tenn eee A 142 SO Analise d Resultado S orenen 143 B 6 Secior BOUNGAMES Sesinia E E EEEE AES 143 BOT N A E O O A N 143 B612 el 6 ee ee eee ree EEE 143 BOA Signal LEVE cela tot enc tic Lens DO louse a Gael laa lteter ED lesa 144 CSA ND pe eee ea eee ee eee eee ee eee eee eee eee 144 DO 2 In QUO ssa a ai een ete ed ee Re cee en ee eRe T eee 144 B00 Aloca o GOH Clk iara 144 RO eo val MB NA Dc e E arte te ey eee a Rte ee cn meer ee 144 B 02 WME IQUNG ppp DCI ARE RR PERA SEDE SRA PRO ISIS PR OR BRR ED RD NR 145 BOA NEONO ur a he eee ene eater E E Re eemen ee Teme a 145 B 6 4 1 Neighbour Relation
85. a introdu o de uma arquitectura plana TR25913 As tecnologias chave do LTE s o a modula o e codifica o adaptativas Adaptative Modulation and Coding AMC Multiple Input Multiple Outout MIMO com a utiliza o de antenas adaptativas Os requisitos identificados pelo 3GPP para o LTE em TR25913 incluem e D bito de Pico 100 Mbps 5 bps Hz em downlink e 50 Mbps 2 5 bps Hz em uplink para uma atribui o do espectro de 20 MHz e Throughput Capacidade em downlink 2 3 vezes maior do que a alcan ada na Release 6 HSDPA High Speed Downlink Packet Access e Efici ncia Espectral em downlink 3 4 vezes melhor do que a Release 6 HSDPA e em uplink 2 3 vezes melhor 8 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte e Largura de banda escal vel para maior flexibilidade de espectro 1 25 1 6 2 5 5 10 15 20 MHz e Interoperabilidade com outros sistemas onde os terminais dever o suportar as medidas e handovers entre os v rios sistemas presentes e Custo dever ser alcan ada uma redu o de CAPEX CAPital EXpenditure e OPEX OPerating EXpenses incluindo backhaul O custo de migra o das actuais redes dever ser reduzido Dever ser assegurada uma redu o da complexidade custo e consumo de energia dos terminais Todas as interfaces especificadas estar o abertas a equipamentos multi vendor de modo a promover a interopera
86. a o canal de uplink LUL pmax E Pry ref SeNodeB E Bru E BLNF Le E LcpL LgpL Ga gt Ly 3 1 onde Pryreg a pot ncia de transmiss o do UE por Resource Block RB Senodeg a sensibilidade do eNodeB B a margem de interfer ncia no uplink B jz a margem de desvanecimento log normal Lp as perdas corporais body loss Lcppmargem de penetra o em carros Lgp a margem de penetra o em edif cios G o somat rio dos ganhos da BTS e UE e finalmente L o total de perdas provenientes das infra estruturas da esta o e g cabos Tipicamente para o c lculo do Pry e no uplink considerada a pot ncia m xima do UE Contudo em alguma bibliografia poder ser considerada a pot ncia por RB Nesse caso Pry ref dado pela equa o 3 2 Pryret Prxup 10 logio N 3 2 onde Pry yg a pot ncia total do UE e N o n mero de RBs existentes em cada s mbolo O S nodep por seu lado dado pela equa o 3 3 SenodeB NFenodes TN 10 logs Af SINRREQ 3 3 onde NF nodep Corresponde ao noise figure do eNodeB TN o ru do t rmico Af o espa amento entre sub portadoras e SINRggo O SINR Signal to Interference plus Noise Ratio m nimo requerido tipicamente obtido atrav s de simula es o qual segundo HoTo07 poder ser de 7 dB para um d bito m nimo de 64 Kbps e para um receptor eNodeB com duas antenas Opcionalmente poder ser contabilizado o ganho introduzido por MHA Mast Head Amplifier
87. a para ambiente de propaga o Rural 84 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Neste cen rio todas as BTSs s o compostas por uma torre cuja altura ronda em m dia os 30 m A Tabela 5 5 ilustra os par metros gerais tidos em considera o durante cada simula o Tabela 5 5 Par metros gerais de simula o para o cen rio Rural 5 3 Simula o Ap s a defini o de cada cen rio procede se ao in cio das simula es Para esta fase foram definidos dois grupos de simula o O primeiro grupo de simula es visa avaliar o desempenho do simulador implementado sem nenhuma funcionalidade de auto gest o activa Esta primeira fase pretende analisar os n veis de cobertura que s o propostos pelo simulador implementado e compar los com os obtidos atrav s da ferramenta Atoll Quanto ao segundo grupo de simula es este tem como objectivo avaliar individualmente o desempenho das fun es SON de atribui o e resolu o de PCI ANR e optimiza o de handover 5 3 1 An lise de Cobertura Antes de proceder an lise do desempenho das fun es SON implementadas procedeu se a uma an lise de cobertura realizada pelo simulador para cada um dos cen rios anteriormente descritos Assim para cada cen rio define se uma ROI e para cada ROI analisa se a distribui o de sectores e o n vel de sinal recebido RSRP A Figura 5 6 ilustra a atribui o
88. a que foram removidas durante a simula o Ag Automatic Neighbour 26808 z F Jojo som 2680831 False False dit esosas 32 aseog93 False False 122 pesos aseogi3 False False pis pesi Q peoi fae False pa peeoesa o geeoBi2 fase _ False 58088 False Figura 6 8 Lista de rela es vizinhan a removidas durante simula o B 6 4 3 Neighbour Counters Esta op o permite obter uma listagem dos contadores de handover indicando o numero de handover realizados com sucesso e os falhados em cada c lula 146 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual XE Automatic Handover Realtion Statistics So ES Figura 6 9 Contadores de handover B 6 4 4 Handover Chart Esta op o permite visualizar graficamente a evolu o do numero de tentativas e numero de falhas de handover em m dia em fun o do TTI Intra Frequency Handover Handover Count Handover Fail 5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TTI Figura 6 10 Handover intra frequ ncia n mero de handover vs n mero de handover falhados em fun o do TTI B 6 5 Handover B 6 5 1 Handover Oscillation Rate Chart Atrav s desta op o o utilizador poder verificar a evolu o da taxa de oscila o de handover em fun o do TTI Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto G
89. al Level mim Fi E Sigral Level Em a Ei Tyra Level dtm me E iiral Level tm E Sigral Level Em o E iara Level Em gt 125 BB sional Level dtm 1 E Sagal Level Em te 1 OO riral Level iim BB Sans Level dtd 2105 ba j ry f LE T f 1 T T E m E LE PRE ih a O eH ik S ei LEA ott LEIO dese 130555 Stale 1 16 Bhs Oo 2 O00 ma 4 C d Figura 5 9 N vel de sinal recebido estimado usando o Atoll a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural Tomando como refer ncia a Figura 5 7 pode se verificar que o n vel de sinal estimado pelo Atoll bastante id ntico ao estimado pelo simulador n o sendo a diferen a maior que 5 dB na generalidade dos cen rios Esta diferen a deve se essencialmente ao facto do simulador possibilitar um maior n vel de detalhe no c lculo da atenua o de Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 89 An lise de Desempenho propaga o nomeadamente atrav s da introdu o do desvanecimento log normal e atenua o provocada pelo ambiente de propaga o onde o UE se encontra O resultado desta situa o particularmente vis vel nos cen rios Urbano Denso Figura 5 7 a e Urbano Figura 5 7 b onde por op o o detalhe do c lculo da atenua o configurado maior o que resulta num n vel de sinal substancialmente inferior quando comparado com
90. alculation Urban Dense Downlink Unit CE 2 E eme itor on as am crane o mo em E T T ua mo feet O estriado E TT fe Eco e Input Parameter J IF AND O lt G G lt 35 10 0 354 G IF AND 35 lt G G lt 55 2 5 ori 0 075 G 35 IF AND 55 lt phi phi lt 90 4 0 114 G 55 IF AND 55 lt 0 62 phi phi lt 90 4 0 114 G 55 L IF A gt D 54 IF AND Q gt 0 5 A lt D 54 0 8 E11 IF AND Q lt 0 5 A lt D 54 0 8 1 Q 0 5 E Ca Carrier Frequency P Link Budget 2600 Maximum Cell Radius l Q 10 A 15 5 20 LOG10 Q 10 LOG10 F 10 LOG Q 20 LOG10 I K L Max Cell R Phi 1512 4 ax Cell Radius Phi 30 M N LOG10 Q 9 LOG10 G 20 0 1000 aS C 2 2 Cen rio Urbano Cell Radius Calculation Urban Downlink Unit oa 8 CO O do e Parameter am a Maximum Cell Radius Estrada I 104 A 46 3 33 9 LOG10 B 13 82 LOG10 D G C 44 9 SAS A 6 55 LOG10 D Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 155 Anexo C LTE Link Budget C 2 3 Cen rio Suburbano Cell Radius Calculation Suburban Downlink Unit Input Parameter Maximum Cell Radius l 10 A 46 3 33 9 LOG10 B 13 82 LOG10 D G C 44 9 41 Cell Radius 6 55 LOG10 D 90 C 2 4 Cenario Rural MHz Cell Radius Calculation Rural Downlink Unit TS 36 942 Rural Input A Simulator Model Input Parameter
91. ance de handover poder o ser resumidos taxa de falhas de handover Handover Failure Rate HOF Taxa de oscila o de Handover Ping Pong Handover Rate HPP e taxa de drops Dropping Rate DR O indicador de performance de falha de handover HPIgor o n mero N de handovers falhados Nyoyair dividido pelo numero de tentativas de handover Nuoatmp NHofail NHofail HPI D E 3 10 MOR NHOatmp NHosucct NHofail onde Nyoatmp Corresponde a soma dos handover com sucesso Nyosucc com o n mero de handovers falhados No aii J O indicador de performance de oscila o de handover mede a taxa a que uma chamada entregue da c lula A para a c lula B e devolvida c lula A num per odo de tempo que inferior a um designado per odo cr tico Terit O HPIypp calculado como o numero de handovers por oscila o Nyopp dividido por ele mesmo somado do numero de handovers que n o sofreram oscila o Nuonpp O n mero de handovers falhados AP iss OP 3 11 NHopp Nyonpp NHofail Finalmente o indicador de performance de chamadas ca das HPIp mede a probabilidade de uma chamada cair antes de um handover terminar e calculado como a rela o do n mero de chamadas ca das Nyropped cau Sobre o n mero de chamadas aceites Nacceptabie call 50 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE N ro ed ca HPl
92. ao no desvanecimento Figura 3 10 Defini es de desvanecimento pequena escala Shadow Facing Enade Claussen Modelo de difrac o Figura 3 11 Modelo de atenua o por difrac o E UDTM Enviroment Di Deep Indoor Ambiente do UE Noise Figure dB g Noise Figure do UE Thermal Noise Density a8 174 Ru do t rmico Random Spec False _ 1 UE com velocidade aleat ria UE hax Speed Km 5 gt Velocidade do UE Km h Figura 3 12 Defini es do UE BTS VE per e odeB Sector gt N de UEs por sector de eNodeB Figura 3 13 Defini es do eNodeB Transmission Mode nix gt N antenas de transmiss o Usado para gerar modelo de desvanecimento em pequena escala ARX 1 1 N antenas de recep o Usado para gerar modelo de desvanecimento em pequena escala TX Mode Single Antenna e b Modelo de transmiss o como definido em TS 36 213 Figura 3 14 Modelo de transmiss o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 137 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual Traffic Type Traffic Type Random 4 PP Tipo de tr fego do UE aleat rio entre todos os UE FTP HTTP V deo VolP Gamming e Full Buffer Figura 3 15 Tipo de tr fego realizado pelos UE HO Cplirmaration Enabled True gt Optimiza o de par metros de handover True HPI False Fix
93. ap tulo 4 esta poder ser feita de uma forma sequencial ou atrav s do m todo da m nima dist ncia de reutiliza o sendo este ltimo bastante comum entre os simuladores de redes m veis celulares existentes no mercado A Figura 5 10 ilustra um exemplo de uma aloca o de PCI realizada pelo Atoll usando o m todo de distancia minima de reutiliza o 90 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Physical Cell ID Assignment Scenario Urban ETE F ORES i m mi ni ni mi a E oO iR de lo Fe O O t ee e J bi bd mi mi ie ie E LA de ud ie H ETET if de fs wa Fd RE A D mee o ACE e LF ma mf E i n a EE EE E Figura 5 10 Exemplo para uma aloca o de PCI usando uma dist ncia m nima de reutiliza o de 1500 m Como j foi referido no cap tulo anterior o m todo sequencial um m todo simples e directo de atribui o cujo nico crit rio atribuir o mesmo Physical Cell Identity Group a um eNodeB Este m todo b sico de atribui o de PCI levanta s rios problemas quando a lista de PCI dispon veis para um dado cluster muito reduzida Ao limitar o n mero de PCI usando o m todo sequencial podemos observar a principal desvantagem deste pelo facto de surgirem sectores pr ximos entre si cujo PCI id ntico e que dessa forma se interferem entre si A Figura 5 11 ilustra
94. as atrav s de simuladores do tipo Link Level e Utilizando a formula Shannon Alpha que constitui uma aproxima o num rica s simula es do tipo Link Level 40 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE Uma vez conclu da a an lise de capacidade a contagem de BTSs obtida por capacidade comparada com a contagem obtida por cobertura sendo que o maior das duas definir o n mero final de esta es necess rias 3 1 2 Parametriza o A chegada do LTE vem introduzir novos conceitos no planeamento e optimiza o de redes celulares com a introdu o de novos par metros e elimina o de outros As sub sec es que se seguem descrevem as principais altera es que s o introduzidas ao n vel da parametriza o no planeamento de redes LTE 3 1 2 1 Tracking Area No UTRAN o UE tem de actualizar a sua localiza o tanto na rede CORE CS Circuit Switch como no CORE PS Packet Switch sempre que o Location Area e Routing Area respectivamente s o alterados No caso da E UTRAN o UE actualiza apenas a sua localiza o no CORE PS sempre que a sua TA alterada Numa situa o de Circuit Switched Fall Back CSFB o CORE CS envia uma mensagem de paging para o UE Nesse caso o MME mapeia o TA com a LA TA representa assim o equivalente Routing Area usada no UTRAN Como o dominio do LTE apenas packet switched este n o necessita de Loca
95. atribuir a cada c lula a dist ncia de reutiliza o de PCI dever ser tal de modo a impedir que um UE detecte dois PCls id nticos Em cada BTS entre cada sector os PCls dever o ser diferente PCI m dulo 3 de modo a proporcionar um desvio na frequ ncia No mbito deste trabalho foram desenvolvidos dois algoritmos de atribui o autom tica de PCI Sequencial ou baseado na minima dist ncia de reutiliza o Estes algoritmos ser o descritos no cap tulo seguinte Sequ ncia pertencente a classe de sequ ncias exponenciais complexas cujo sua auto correla o discreta em sinais n o desfasados nula Em adi o as sequ ncias Zandoff Chu possuem uma amplitude constante Mans09 42 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE 3 1 2 3 Planeamento de Frequ ncias O planeamento de frequ ncias determina a largura de banda que ser disponibilizada a cada c lula Idealmente cada operador m vel teria sua disposi o um espectro RF grande o suficiente para permitir um factor de reutiliza o maior que 1 Contudo na pr tica os operadores t m um espectro RF limitado pelo que n o conseguem atribuir a m xima largura de banda a cada c lula a n o ser que usem um factor de reutiliza o de 1 Utilizar um factor de reutiliza o de 1 tem como vantagens e Maior efici ncia espectral e Dispensa um planeamento de frequ ncias e
96. bilidade e Atribui o do espectro opera o em pares Frequency Division Duplex Modo FDD e espectro n o partilhado Time Division Duplex Modo TDD dever ser poss vel e Co exist ncia Deve ser assegurada a coexist ncia na mesma rea geogr fica e coabita o com GERAN GSM EDGE Radio Access Network UTRAN Al m disso a coexist ncia entre os operadores nas bandas adjacentes bem como o conv vio inter fronteiras uma exig ncia 2 1 2 Arquitectura de Rede O LTE foi desenhado apenas para suportar servi os comutados por pacotes em contraste com os modelos baseados em comuta o por circuitos nas gera es anteriores Ao LTE associam se dois termos o primeiro est associado a uma evolu o da tecnologia de acesso r dio UTRAN designado de E UTRAN o segundo est associado a uma evolu o dos aspectos n o r dio mais concretamente arquitectura de core e designa se de System Architecture Evolution SAE Juntos estes dois conceitos d o origem ao Envolved Packet System EPS A E UTRAN respons vel pelas fun es de gest o de recursos r dio compress o de dados seguran a e conectividade com as entidades core sendo estas o MME e S GW Serving Gateway Na E UTRAN a maioria das fun es de gest o r dio s o atribu das ao eNB evolved NodeB o que permite uma melhor interac o entre protocolos de diferentes camadas da rede de acesso reduzindo assim a lat ncia e aumentando a efici nc
97. boa performance definido tamb m pelas pol ticas do sistema os par metros de Histerese e TTT s o decrementados Numa an lise de boa performance procura se optimizar quanto poss vel os par metros de handover A Figura 4 12 ilustra o fluxograma que descreve o funcionamento do algoritmo desenvolvido Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 11 Simula o de Redes Auto Geridas Start Parameter Optimization UpdateHPI TTI i_update_TTI gt pi TTI d update TTl TTI y i_update_TTI TTI Decrease Thresholds HPIHPP lt gt last_HPIHPP No HPIHPP last HPIHPP amp NHO last NHO HPIHPP last HPIHPP amp HO gt last NHO Decrease Increase Increase Thresholds Thresholds Thresholds End Parameter Optimization Figura 4 12 Algoritmo de controlo de oscila o de handover Segundo LGKi10 um UE que se desloque a uma velocidade elevada tem uma menor taxa de handover quando comparado com um UE que se desloca a baixa velocidade Esta situa o deve se em grande medida ao facto de um UE que se desloca a uma velocidade elevada ser incentivado a passar para uma c lula de uma camada superior na hierarquia ou seja passar para uma c lula cujo raio de cobertura superior de forma a minimizar a sinaliza o e proporcionar uma melhor gest o dos recursos r di
98. ccsseeeeeseeeeeeseeeeeeeeeeeeeesaeeeeeaeseeeseeeeessaeeeesaaeeees 74 43 3 Opumizac ao de Randova sas anais isa choles A a aU oa Gab Dea sebo iG Donas do 75 5 An lise de Desempenho 2 1c sccsscccceccneccsneccscnsuecsuscsusessuensuseseeessuetsuessesessuessuesseseseesans 77 5 1 Ferramenta de Planeamento e Optimiza o Atoll 78 5 2 DeCode Cenas anus asa sunnier TE N 19 d2 Genaro Urbano Den SOx siccucscaratccnsstutecedunaaavecnssadgenssttuds A a EES 80 22 Cena UUM ala iar cece rcs a ett eine anes A E RC o apices 81 O20 Genao SUDUMDANO assar sieenenss a E Atari DS narrates 83 D2 Cena RUA ai A 84 KO SAC AO aa TT 85 Sd Wablalise1e C ODE T e na a E A aaa 85 XV doa Analise das Fun es SON a ai o AS a a ebeninadaceeune tbateuaaaee 90 9 3 2 1 Atribui o e Resolu o de PC ses toaas eine asso ab a aaa 90 5 3 2 2 Automatic Neighbour Relations eee erra erra a a aa 97 doa Qpumiza o de Handover ssa iss pis a AA salsa lee ais assa 100 O CON CUSOOS peters perce re ae re EE co eee Doda Roi io o RO ac ener 109 6 1 RESUMO cassia isa agido sic We SESI E Sos gUas sda UlasTA 110 6 2 COnCUSOES ossein iara lava bsuabgnabosabeuabsuolysabfuabgeas 112 6 3 TaD ANNO FUU o RPE ONDE DE SUR SR RE ORE PR PURE E RR RR 115 FAIVOXO dE DNS REPARE RR DR RAD RR RSRS DER A RR EAR IR RS RT 117 A 1 Auto Optimiza o de Canais F SICOS cccccseccseceeeseeceeeeeeeeeteeeeeeseeeseeeaes 118 AET Oblimizac o do
99. ceito de redes auto geridas no contexto do planeamento e optimiza o aplicado a redes m veis baseadas na tecnologia Long Term Evolution LTE Sobre este conceito tipicamente designado de Self Organizing Network SON para al m da sua arquitectura e modo de funcionamento foram estudadas as fun es que dele fazem parte Atrav s deste estudo s o identificadas tr s fun es que pelas suas caracter sticas e modo de funcionamento permitem automatizar algumas das tarefas mais importantes no planeamento e optimiza o em redes LTE s o elas a atribui o e detec o de conflitos de PCI Physical Cell Identity cria o autom tica de rela es vizinhan a tipicamente designada de Automatic Neighbour Relation ANR e optimiza o autom tica de par metros r dio mais concretamente de par metros de handover Atrav s do recurso a um simulador do tipo System Level as fun es anteriores s o implementadas e utilizando cen rios retirados de uma rede real o seu desempenho avaliado Utilizando os resultados obtidos por outras ferramentas de planeamento e optimiza o assim como dados estat sticos provenientes de uma rede real s o verificados o bom desempenho e benef cio dos algoritmos implementados Assim no capitulo 2 come a se por apresentar um estudo do conceito de Self Organizing Networks Aqui come a se por analisar a sua arquitectura modo de funcionamento e principais fun es que s o propostas pelo 3GPP para a
100. cila o de handover HPI pp calculada a partir do relat rio de medidas enviado por cada UE Assim para avaliar da forma mais precisa quanto poss vel o desempenho do algoritmo desenvolvido come a se por analisar os valores de HPlI pp obtidos para cada cen rio Para cada um realiza se uma simula o sem e com optimiza o A Tabela 5 9 descreve os valores definidos para cada par metro de handover A parametriza o escolhida visa criar uma situa o limite onde a oscila o de handover tem elevada probabilidade de ocorrer 100 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Tabela 5 9 Optimiza o de Handover Par metros de Simula o Histerese Inicial Maxima Minima 3 6 2 dB TTT Inicial M ximo Minimo 3 12 2 TTI Cada UE desloca se a uma velocidade aleat ria que poder ir de 1 a 120 Km h e a cada um atribuido um tipo de servi o aleat rio que poder ser qualquer um dos descritos na Tabela 4 2 Cada TTI corresponde a 1 ms e de modo a minimizar o tempo de simula o todos os valores temporais de handover foram normalizados por 1000 ms A Figura 5 21 e Figura 5 22 ilustram os valores de HPI pp Obtidos para cada cen rio para as situa es sem e com optimiza o de handover Nota que o valor de HPI pp apresentado representa a m dia dos valores registados entre todas as c lulas Taxa de Oscila o de Handover Cen rio Urbano
101. cobertura existente no local bem como identificar eventuais constrangimentos que possam existir e condicionar as decis es tomadas na etapa anterior e g local de instala o tipo de HW HardWare acessos etc Ap s o Site Survey s o tomadas as decis es finais quanto localiza o configura o de cobertura e capacidade e efectua se o rollout das esta es ltima mas n o menos importante a etapa de optimiza o visa a observa o dos Key Performance Indicator KPI das esta es instaladas a fim de identificar eventuais melhorias a aplicar configura o Estas melhorias poder o ser um ajuste de pot ncia altera o do tilt das antenas ou ainda activa o de funcionalidades que permitem ajustar a capacidade da BTS ao tipo e densidade de tr fego existentes 3 1 1 Dimensionamento da Rede de Acesso O objectivo do dimensionamento da rede de acesso estimar a densidade de esta es e configura o necess rias para a rea de interesse tipicamente designada de ROI Region Of Interest Este processo requer como vimos anteriormente um conjunto de indicadores os quais podem ser divididos nos seguintes tipos qualidade cobertura e capacidade 3 1 1 1 Dimensionamento para Qualidade Os indicadores de qualidade incluem d bito m dio e probabilidade de bloqueio de c lula com base nestes indicadores que determinada a qualidade de servi o Quality of Service QoS que oferecida aos utilizadores tamb
102. codifica o adaptativa e pela baixa toler ncia deste esquema a desvios de frequ ncia Devido s caracter sticas do UE alcan ar estes objectivos seria muito dif cil principalmente no que toca redu o do PAPR que exigiria uma amplifica o linear por parte do UE o que iria traduzir se num consumo de energia elevado Por estes motivos em uplink foi adoptada a modula o SC FDMA Single Carrier FDMA uma deriva o do OFDM O SC FDMA ou DFT Spread OFDM Discrete Fourrier Transform Spread FDMA um esquema de transmiss o que atrav s da aplica o da DFT a um conjunto de N simbolos em uplink consegue mapear cada transmiss o em diferentes portadoras com diferentes larguras de banda ver Figura 2 5 Reference signals iai a SC FDMA Symbol duration Bandwidth o ms sub frame Figura 2 5 Ajuste de largura de banda num sistema SC FDMA Ho To09 2 1 4 Protocolos de R dio semelhan a de tecnologias anteriores na E UTRAN cada interface dividida em plano de utilizador e plano de controlo O plano de utilizador transporta os dados do utilizador tais como voz e dados bem como sinaliza o ao n vel das aplica es usadas pelo UE O plano de controlo suporta todas as mensagens e procedimentos estritamente relacionados com as funcionalidades suportadas pela interface como por exemplo mensagens de controlo para o procedimento de handover do UE semelhan a do UMTS cada plano define a sua pilha protoco
103. d Users A Blocked Users N Figura 5 16 N mero de UEs Bloqueados e N mero de Handovers a 10 UE sector b 20 UE Sector Pela an lise da Figura 5 16 rapidamente se conclui que as altera es efectuadas permitiram a elimina o da totalidade dos utilizadores interferidos alcan ando assim uma situa o onde a rede se encontra est vel Na Figura 5 17 podemos observar a aloca o final de PCI ap s a realiza o das simula es Como se pode observar gra as s altera es efectuadas v rios PCls foram alterados de modo a acomodar o novo eNodeB Estas altera es permitem assim colmatar o aparecimento de conflitos de PCI De recordar que a resolu o de PCI realizada c lula a c lula o que significa que uma vez detectado um conflito de PCI n o atribu do um Physical Identity Group BTS mas em vez disso apenas c lula conflituosa 96 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho 6 PCI Assignment Final Scenario 8 PCI Assignment macroscopic and shadow fading x 10 x 10 E 6 045 6 05 6 055 6 06 6 065 6 045 6 05 6 055 6 06 6 065 x pos m x 10 x pos m x 10 4 0995 4 099 y pos m y pos m 4 0985 4 098 4 0975 a b Figura 5 17 Alocacao de PCI a Cenario com 10 Utilizadores Celula b Cenario com 20 Utilizadores C lula No trabalho realizado por AmFr08 assumido que a rede atinge a estabilida
104. damente a uma redu o de 1 75 Uma vez que no cen rio com 20 utilizadores c lula existe uma maior densidade de 94 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho utilizadores normal que a resolu o de pelo menos um conflito de PCI entre duas c lulas resulte numa redu o mais significativa do numero de UEs bloqueados Na Figura 5 15 podem ser observados os cen rios finais ap s a simula o dos cen rios com 10 e 20 utilizadores c lula Analisando as imagens podemos verificar que em ambos os cen rios continuam a existir c lulas de eNodeBs cujos PCI podem provocar interfer ncia em outras c lulas x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading 4 1 4 0995 y pos m y pos m 4 0985 4 0985 4 098 4 0975 6 045 6 055 6 06 6 065 6 045 6 6 055 6 06 6 065 x pos m x 10 x pos m x 10 4 0975 a b Figura 5 15 Aloca o de PCI a Cen rio com 10 Utilizadores C lula b Cen rio com 20 Utilizadores C lula At este ponto pode se concluir que o m todo adoptado n o suficientemente eficaz para resolver todos os conflitos de PCI existentes e da reduzir o n mero de utilizadores bloqueados Sendo o conflito de PCI uma situa o muito indesejada pretende se que esta seja resolvida no menor tempo poss vel Para melhorar o desempenho do mecanismo de resolu o d
105. de quando todas as rela es vizinhan a previstas s o estabelecidas pelo algoritmo de ANR Uma vez que um UE devido ao n vel de sinal recebido poder n o despoletar um processo de handover ao longo de todo o per odo de simula o n o fi vel concluir que a estabilidade da rede alcan ada pois o algoritmo de ANR n o chega a reunir a informa o necess ria Para al m disso n o colocada a hip tese de ocorrer um bloqueio no UE devido recep o do mesmo PCI de uma c lula cujo ECGI diferente Desta forma n o ser realizada uma compara o dos resultados obtidos pelo simulador com os obtidos por AmFr08 5 3 2 2 Automatic Neighbour Relations Para analisar o desempenho da fun o ANR efectuou se uma simula o da mesma em cada um dos cen rios e em cada uma destas foram contabilizados o n mero de comandos de handover efectuados a taxa de sucesso por cada per odo de 50 TTIs e as rela es que atrav s destas mesmas simula es foram estimadas Cada simula o tem a dura o de 1000 TTI um SINR m nimo de acesso c lula de 10 dB como sugerido por HoTo09 para um d bito m nimo de 1 Mbps em downlink e para receptores com sistema de antenas MIMO e cada UE possui um tipo de servi o e velocidade aleat rios A Tabela 5 8 resume os par metros de simula o para a an lise da fun o ANR implementada Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 97 An lise d
106. de sectores com base na matriz de perdas calculada para cada um dos cen rios Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 85 An lise de Desempenho x 10 Cell and sector assignment macroscopic fading x 10 Cell and sector assignment macroscopic fading 4 2886 41 4 2884 4 0995 4 2882 E E o 4 288 2 4 099 a a 4 2878 4 0985 4 2876 4 098 4 2874 4 0975 4 865 4 875 4 885 6 045 6 6 055 6 6 065 x pos m x 10 x pos m x 10 a b x 10 Cell and sector assignment macroscopic fading 4 94 4 96 4 98 x pos m x 10 Cell and sector assignment macroscopic fading 4 273 iss 4 272 s 4 216 4 214 4 212 4 21 4 208 5 7 5 75 5 8 5 85 5 9 4 271 427 y pos m y pos m 4 269 4 268 4 267 x pos m x 10 c d Figura 5 6 Distribui o de sectores na ROI a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural Atrav s da Figura 5 6 poss vel observar qual o sector que ser atribu do para um UE numa dada localiza o dentro da regi o de interesse Como seria de esperar existe uma boa defini o da regi o correspondente a cada um dos sectores de cada uma das BTSs De notar que algumas reas s o mais pequenas que outras o que expect vel devido ao facto de existirem sectores com diferentes valores de tilt el ctrico e mec nico A Figura 5 7 ilustra o n vel de sinal que medido em cada pont
107. de transmiss o na interface r dio os dados s o multiplexados em canais de transporte Os canais de transporte s o os seguintes e Broadcast Channel BCH Usado para difus o dos par metros da rede que permitem aos m veis aceder a esta e Downlink Shared Channel DL SCH Canal que transporta os dados do utilizador para uma liga o do tipo ponto a ponto ou seja informa o que destinada apenas a um UE no estado RRC CONNECTED Adicionalmente a informa o de sistema que n o transportada pelo BCH transportada pelo DL SCH e Paging Channel PCH Canal que transporta a informa o de paging para o UE para que este passe do estado RRC IDLE para RRC CONNECTED na sequ ncia de um pedido da rede Adicionalmente usado para informar o UE de actualiza es na informa o de sistema e Multicast Channel MCH Canal usado para transportar dados dos utilizadores ou informa o de controlo em multicast e Uplink Shared Channel UL SCH Canal usado para transportar dados e informa o de controlo dos m veis em uplink e Random Access Channel RACH Usado para acesso aleat rio dos m veis a rede quando estes n o se encontram sincronizados com a rede Em uplink o UL SCH transportado pelo Physical Uplink Shared Channel PUSCH e o RACH transportado pelo Physical Random Access Channel PRACH Adicionalmente utilizado um canal para transporte de informa o de controlo da camada f
108. e Desempenho Tabela 5 8 ANR Par metros de simula o Par metro Valor 100 dBm 133 dBm 10 dB 1000 TTI Considera se que cada c lula s poder ter simultaneamente 32 rela es vizinhan a e que cada UE d inicio medi o do sinal das c lulas interferentes quando o sinal da sua c lula de servi o desce abaixo dos 100 dBm Considera se ainda que todos os UE que apresentam um SINR inferior a 10 dBm s o for ados a permanecer na c lula origem at reunirem novas condi es para handover o mesmo acontece quando o sinal recebido inferior sensibilidade do UE Na Figura 5 18 e Figura 5 19 poder o ser observados os indicadores de handover recolhidos para cada cen rio simulado Handover Intra Frequ ncia Cen rio Urbano 0 0 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 TT TT a b Figura 5 18 N mero de Handover e Taxa de Falha de Handover m dios a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano 98 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Handover Intra Frequ ncia Cen rio Suburbano Intra Frequency Handover Cen rio Rural 0 0 200 400 600 800 1000 TTI a b Figura 5 19 N mero de Handover e Taxa de Falha de Handover m dios a Cen rio Suburbano b Cen rio Rural Atrav s destes indicadores podemos verificar que o cen rio Urbano Denso e Suburbano s o os que apresentam uma maior m dia de
109. e Interval Figura 4 6 SGPP LTE Handover Procedure 1536300 De referir que cabe ao eNodeB sector de servi o efectuar regularmente a actualiza o dos par metros de handover de cada um dos seus UEs No caso particular deste trabalho onde um algoritmo a ser apresentado na sec o seguinte responsavel por optimizar os par metros de handover esta actualiza o fica dependente da actualiza o dos par metros de histerese e TTT pelo mesmo A cada ciclo de transmiss o cada eNodeB sector verifica se existem relat rios de medidas de UE para processar Sempre que um relat rio de medidas recebido o eNodeB sector verifica se a c lula candidata oferece melhores condi es de cobertura que a c lula de servi o HO decision Se a c lula candidata for melhor que a c lula de servi o no que diz respeito ao n vel de RSRP medido o processo de handover inicia se Tomada a decis o de handover a fun o ANR come a por verificar se o PCI da c lula candidata consta na sua base de dados NRT Se o PCI da c lula candidata j se encontrar na NRT o processo de handover prossegue caso contr rio o eNodeB solicita ao UE o ECGI da c lula candidata O UE por seu lado responde com o PCI ECGI da c lula candidata Com base no ECGI da c lula candidata o eNodeB de origem troca informa o com o eNodeB destino para que ambos possam conhecer as suas NRTs Esta troca de informa o permitir verificar a exist ncia de eventuais
110. e LTE real 6 3 Trabalho Futuro Ao longo deste trabalho foram enfrentados v rios problemas alguns dos quais tiveram de ser contornados atrav s de solu es alternativas que embora n o sendo as mais precisas constituam uma boa aproxima o Um exemplo desses problemas o acesso de um UE a uma c lula aquando do processo de handover Como se pode verificar no cap tulo 4 o UE mede o RSRP e calcula a m dia dos SINRs medidos em cada RB como forma de verificar se a c lula destino apresenta as condi es m nimas de acesso Contudo h outros factores que poder o condicionar o acesso de um UE a uma nova c lula como por exemplo o RSSI m xima pot ncia do UE BLER etc Apesar do simulador em quest o ainda se encontrar em desenvolvimento pelo TU WIEN segundo este ltimo n o est previsto o desenvolvimento de fun es capazes de simular falhas no link r dio sendo essas fun es mais indicadas para um simulador do tipo Link Level como o descrito em MISM11 e MWIBRO9 A implementa o de um mecanismo mais robusto de an lise do link r dio permitiria avaliar com mais precis o o efeito de diferentes configura es no processo de handover intra frequ ncia Outra melhoria recomendada para este trabalho diz respeito interface gr fica do simulador Apesar da maturidade do software Matlab a cria o de GUI Graphical User Interface neste continua a ser bastante limitada para al m da performance bastante Planeam
111. e conflitos de PCI mantendo o mesmo per odo de simula o resolveu se analisar novamente o algoritmo proposto por AmFr08 Da informa o disponibilizada por AmFr08 n o se consegue tirar conclus es quanto necessidade de contabilizar os PCI co localizados no processo de resolu o de conflitos Para al m disso n o dada nenhuma indica o quanto periodicidade com que um UE dever enviar os relat rios peri dicos de handover Assim tomou se a op o de se realizarem algumas altera es ao algoritmo original para que este independentemente de existir ou n o rela es vizinhan a contabilize os PCI dos sectores co localizados Para al m disso reduziu se o per odo com que os relat rios peri dicos s o enviados por cada UE A Tabela 5 7 indica os novos par metros de simula o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 95 An lise de Desempenho Tabela 5 7 Resolu o de PCI Algoritmo Optimizado Par metros de simula o N de UE 270 540 Velocidade do UE Aleat ria at 120 Km h Dura o 500 TTI Periodo de Envio de 25 TTI Relatorio A Figura 5 16 ilustra o n mero e a percentagem de UEs bloqueados em fun o do TTI ap s as altera es efectuadas Blocked Users Urban Scenario 10 User Cell Blocked Users Urban Scenario 20 User Cell Blocked Users Blocked Users Blocked Users Blocked Users Blocke
112. e noutra A diversidade na transmiss o aumenta a rea de cobertura de uma c lula e permite aumentar os d bitos na liga o atrav s da escolha do caminho que maximiza o Signal to Noise Ratio SNR Finalmente a t cnica de beamforming baseada no conhecimento de canal pelo transmissor para obter um ganho de capacidade Beamforming MIMO uma t cnica que usa m ltiplas antenas de transmiss o para criar um feixe na direc o do receptor alvo Com o conhecimento do canal de transmiss o o transmissor gera um vector de pr codifica o o qual permite a este colocar menos ganho na direc o com mais interfer ncia e mais ganho na direc o com menos interfer ncia Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 21 Estado da Arte 2 2 Self Organizing Network Com o aumento da complexidade das redes celulares tornou se evidente a necessidade de cria o de fun es capazes de minimizar aquela que uma das tarefas mais intensas na opera o de uma rede m vel celular que a sua optimiza o Os principais benef cios na implementa o de t cnicas de auto gest o em redes Wireless podem se traduzir em ganhos de efici ncia e na redu o dos custos operacionais e capitais OPEX CAPEX das operadoras Do ponto vista operacional pretende se reduzir a interven o humana em processos como integra o de novas esta es automatizando ao m ximo as tarefas envolvidas e g instala
113. e o processo de handover ap s o evento A3 66 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas Source eNodeB Source eNodeB RRC Connection Conf RRC Connection Reconfiguration Complete Intra Freq Monitoring Measurements Report PCI RSRP cal HO Decision RRC Connection Conf Request ECGI gt gt Read ECGI Measurements Report PCI ECGI RSRP X2 Setup Request PCI ECGI RF Carrier AddNR X2 Setup Response RRC Connection Target NRT Reconfiguration UE deattach gt UE attach RRC Connection Reconfiguration Complete er Figura 4 7 Fluxo de mensagens trocado no algoritmo ANR proposto De referir que ao longo de todo o processo de handover os KPIs de handover sao actualizados ao nivel da celula permitindo posteriormente uma analise do numero de handovers e taxa de sucesso dos mesmo ao longo de cada TTI de destacar tamb m o facto que a fun o ANR s permite a adi o de no maximo 32 rela es vizinhan a e que periodicamente a lista de NR existentes em cada NRT revista de modo a que todas as NR que n o s o utilizadas dentro de um determinado per odo ser o removidas Esta ultima ac o garante que rela es vizinhan a que n o s o muito utilizadas n o impe am outras NRs mais importantes de ser adicionadas a NRT
114. e o UE troca com o eNodeB no plano do utilizador No ambito deste trabalho foram definidos seis tipos de trafego FIP HTTP Video VoIP Gaming e Full Buffer A cada tipo de tr fego corresponde um peso o qual em determinada medida indica a sensibilidade do servico a atrasos Na Tabela 4 2 sao ilustrados os servi os e os respectivos pesos que sao tidos em conta Tabela 4 2 Peso atribuido a cada tipo de trafego realizado por um UE rT oP 4 FullBuffer 6 4 3 Interface Gr fica para Simula o de Redes Auto Geridas Para efectuar uma correcta avalia o do desempenho dos algoritmos anteriormente descritos torna se necess rio efectuar a simula o destes em diferentes cen rios Para alcan ar este objectivo tal como j referido foram introduzidas altera es ao simulador que conferem a este a capacidade de definir e simular diferentes cen rios onde por exemplo esta es base e utilizadores t m caracter sticas diferentes entre si Estas altera es resumem se inclus o de novas fun es e altera o de algumas j existentes bem como a cria o de uma interface gr fica que permite ao utilizador definir manualmente cada cen rio No caso particular das fun es SON desenvolvidas esta interface possibilita a sua parametriza o O Anexo B cont m um manual para o simulador desenvolvido que possui todas as intru es necess rias para tirar o maior partido deste Planeamento e Optimiza o em Redes
115. e pelas c lulas vizinhas das vizinhas Uma vez reunidos todos os PCI das c lulas vizinhas gerado um novo PCI e actualizada cada rela o vizinhan a das c lulas vizinhas A segunda solu o proposta para este trabalho baseia se na cria o de per odos temporais aleat rios onde a c lula de servi o interrompe a sua transmiss o permitindo ao UE escutar outras c lulas cuja assinatura id ntica c lula de servi o Uma vez identificada uma c lula com a mesma assinatura o UE informa o eNodeB o qual por sua vez informa o OSS para que uma ac o seja tomada No mbito deste trabalho decidiu se implementar o primeiro mecanismo proposto por AFGHOS para identifica o e resolu o de conflitos de PCI No que diz respeito ao segundo mecanismo proposto por este estudo o autor n o claro quanto forma como um UE gere a comunica o com a sua c lula de servi o quando recebe um sinal de uma outra c lula com o mesmo PCI Podendo ocorrer uma situa o onde ambos os sinais possuem a mesma frequ ncia o m vel poder n o conseguir comunicar com qualquer uma das c lulas Perante a hip tese do UE n o conseguir comunicar com a sua c lula de servi o este segundo mecanismo n o foi considerado e desta forma a detec o de conflitos de PCI ser apenas baseada nos relat rios de medidas enviados pelos UEs A Figura 4 5 ilustra dois algoritmos desenvolvidos para a detec o e resolu o de PCI usando a fun o ANR como au
116. e software para executar correctamente esta aplica o o utilizador dever assegurar os seguintes requisitos e Sistema Operativo Windows XP Vista ou Seven 64 bit e Microsoft Visual C 2008 SP1 m nimo e Matlab 7 8 0 R2009a e Matlab Communications Toolbox 4 1 e Matlab Signal Processing Toolbox 6 7 B 1 2 Requisitos de Hardware Ao nivel de hardware para assegurar uma boa performance da aplica o o utilizador dever assegurar os seguintes requisitos de hardware e Processador AMD Intel x86 e 2048 MB de RAM m nimo recomendado e 4 GB de espa o em disco m nimo recomendado Esta aplica o foi desenvolvida e testada atendendo aos requisitos anteriores pelo que o seu bom funcionamento n o poder ser assegurado se estes n o forem cumpridos 132 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 2 Funcionalidades O The Self Organizing LTE Network Simulator um simulador baseado no System Level Simulator of LTE Networks vers o 1 3 r427 em desenvolvimento pelo Institute of Communications and Radio Frequency Engineering da Universidade Tecnol gica de Vienna ustria TU WIEN Ao simulador original foram efectuadas altera es que incluem uma interface gr fica e que conferem a este as seguintes funcionalidades e Importa o de mapas geo referenciados e Defini
117. e uma resposta do eNB O funcionamento deste mecanismo poder ser o seguinte Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 119 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON e Com base na estima o das perdas de percurso atrav s da medida do RSRP o UE transmite o pre mbulo inicial e Se n o recebida nenhuma resposta o UE aumenta a pot ncia de transmiss o do pre mbulo Random Access J Timing F Adang Power pa ane Alignment TA Power Ramp Step on H ASSOC valve Ramp Step vith RA NTI Uplink grant Ween Preamble Received Preamble _ T Target Power initial Receivedlf oe Target Power Time Vin dow TTI Window Backolf Preamble 5 3 lt Preamble Random Access Transmission E o Trans Max procedure successfully Counter completed Figura 1 1 Power Ramping no acesso via RACH TR36902 LA Neste cen rio poss vel que mais do que um UE possa transmitir o mesmo pre mbulo o que exige que o eNB realize um processo de resolu o de conten o Apesar disto existem situa es onde o eNB poder alocar uma assinatura dedicada ao UE para os procedimentos em que este necessita de receber dados em downlink e para os casos de handover acesso n o contencioso Ao contr rio do que acontece no WCDMA em LTE fixado um n mero fixo de assinaturas em cada c lula que ser o usadas para o acesso contencioso e n o contencioso dos
118. eB sector de servi o no instante TTI 1 No mesmo TTI o UE estima a qualidade do canal e calcula o CQI Uma vez efectuados os c lculos necess rios o UE no mesmo TTI coloca num buffer o qual simula o canal de uplink os dados que pretende transmitir ao eNodeB No instante TTI 2 o eNodeB respectivo retira do buffer os dados colocados pelo UE no instante TTI 1 e procede ao agendamento da transmiss o para o utilizador com base no feedback por ele fornecido No mesmo TTI o eNodeB coloca a Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 57 Simula o de Redes Auto Geridas informa o que pretende transmitir ao UE Dentro de cada TTI come a se por mover cada utilizador de acordo com o modelo de deslocamento determinado pelo utilizador A cada itera o verifica se se todos os UEs se mant m dentro da ROI Se algum UE sair fora da ROI este ser colocado aleatoriamente numa nova posi o e atribu do a um novo eNodeB sector Em cada itera o cada utilizador estima a qualidade do seu canal de downlink atrav s do c lculo do seu SINR em cada RB e da tradu o deste num CQI e BLER usando as curvas carregadas no in cio da simula o Segundo IWRuU10 o BLER nao dever ser maior que 10 Uma vez determinado cada utilizador transmite o CQI ao seu eNodeB de servi o O eNodeB por sua vez e recordando que no instante TTI est o a ser processados os dados provenientes do instante TTI
119. econdary Synchronization Signal SSS possuem um mapeamento nico a um PCI Para al m dos sinais de sincronismo o PCI tamb m usado como refer ncia para o Downlink Reference Signal DL Reference Signal e o Uplink Reference Signal UL Reference Signal incluindo o Cell specific Reference Signal CRS e o UE specific Reference Signal URS No DL Reference Signal s mbolos de refer ncia s o alocados em fun o do tempo e da frequ ncia No tempo cada s mbolo de refer ncia transmitido no mesmo s mbolo OFDM ao passo que na frequ ncia o desvio frequency shift corresponder ao resto da divis o do PCI por 3 modulo 3 Desta forma evita se a sobreposi o de sinais de refer ncia No UL Reference Signal o PUSCH transporta s mbolos de refer ncia para desmodula o do sinal chegada ao eNodeB Estes s mbolos de refer ncia s o constru dos atrav s de sequ ncias Zandoff Chu as quais est o divididas em 30 grupos Isto significa na pr tica que para um dado Physical Resource Block PRB existem 30 sequ ncias diferentes para atribuir pelo que dificilmente haver 2 sequ ncias iguais O que ben fico para a limita o da interfer ncia inter c lula Para que isto seja poss vel necess rio que s c lulas vizinhas sejam atribu das diferentes sequ ncias base Para isso necess rio assegurar que os modulo 30 das c lulas potencialmente interferentes sejam diferentes Assim aquando do planeamento dos PCI a
120. eis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte 2 1 Long Term Evolution O processo de especifica o do LTE teve o seu in cio em Novembro de 2004 em Toronto Canad quando um conjunto de empresas formado por operadoras fabricantes e institui es de investiga o apresentaram a sua vis o do futuro das UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network atrav s da apresenta o de um conjunto de requisitos onde constam aspectos como o aumento da efici ncia espectral a compatibilidade ou redu o dos custos de opera o e manuten o O amp M 3GPP04 De facto nos ltimos anos a redu o de custos de opera o e manuten o nas redes m veis celulares assumiu particular import ncia para as operadoras A chegada da quarta gera o das redes m veis pela m o do 3GPP com a tecnologia LTE ir marcar uma forte mudan a no paradigma das comunica es m veis com a implementa o de redes puramente Packet Switched PS colocando os servi os de dados como principal rea de neg cio 2 1 1 Requisitos O aumento do desempenho em rela o aos actuais sistemas m veis existentes um dos principais objectivos das operadoras de redes m veis para garantir a competitividade com a implementa o do LTE e estimular o interesse do mercado para novos servi os A norma LTE especifica d bitos superiores maior efici ncia espectral menor lat ncia flexibiliza o da largura de banda do canal e redu o dos custos com
121. eito gera o de PCI para atribui o esta baseada no m todo descrito na Sec o 2 2 3 3 onde s o criados 167 Physical Cell Identity Group e onde cada grupo possui tr s PCI para aloca o Physical Layer Identity A aloca o de PCI aquando da prepara o de cada simula o feita com base nos seguintes crit rios e A cada eNB est alocado um e s um Physical Cell Identity Group e As c lulas co localizadas dever ser atribu do um PCI por ordem ascendente do Physical Layer Identity Na Tabela 4 1 pode ser observado o modo como os PCI s o distribu dos ao longo dos 167 grupos Tabela 4 1 Tabela de PCI gerada para atribui o o a 2 n 166 167 ois te tL 501 o 3 dba 7 oj n 52 a O modo como cada PCI atribu do a cada uma das c lulas poder ser sequencial onde a cada eNodeB atribu do um grupo de PCI ou utilizando o m todo da m nima dist ncia de reutiliza o onde um algoritmo atribui a cada eNodeB um grupo de PCI tendo em conta os PCI atribuidos aos eNodeBs vizinhos cuja dist ncia inferior dist ncia m nima de reutiliza o definida pelo utilizador Atrav s do primeiro m todo utilizando somente a tabela anterior poder ser criado um cluster cujo n mero de c lulas poder ir at s 504 sem que algum PCI seja repetido contudo esta situa o mant m o problema da interfer ncia com c lulas de clusters adjacentes O segundo m todo baseia se num a
122. ente Tamb m neste tipo de cen rio se observa que em situa es onde o UE se desloca a alta velocidade o HPI pp menor quando comparado com as situa es onde este se desloca a baixa velocidade Na Tabela 5 14 podemos observar um resumo dos valores de Histerese e TTT obtidos ap s a optimiza o nos cen rios Urbano Denso e Rural para cada tipo de situa o relativamente ao tipo de servi o e velocidade dos UE Tabela 5 14 Valores optimizados de Histerese e TTT para cada tipo de cen rio dBm TT 3 Km h 60 Km h 120 Km h Urbano e qn HTTP 3 8 10 3 3 12 2 1 9 3 VoIP BAT 2 9 12 2 12 Da an lise dos resultados obtidos podemos concluir tal como esperado que para uma velocidade baixa a Histerese no geral maior A baixas velocidades para um servi o VolP a Histerese menor quando comparada com a obtida para o servi o HTTP com a mesma velocidade Por outro lado quando a velocidade alta a Histerese menor e quando o servi o VolP tamb m esta menor quando comparada com o servi o HTTP para a mesma velocidade Finalmente como termo de compara o tomou se a op o de comparar a taxa de oscila o de handover HPI pp obtida para cada cen rio e para cada BTS com a obtida numa rede GSM real onde as BTS est o co localizadas com as BTS LTE apresentadas neste trabalho A motiva o para esta compara o deve se essencialmente as 106 Planeamento e Optimiza o em Redes Celular
123. ento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 115 Conclus es baixa quando comparado com outras solu es existentes no mercado Gra as capacidade de integra o deste software em outras aplica es a interface gr fica deste simulador poderia ser desenvolvida utilizando outras plataformas de desenvolvimento bem como outras linguagens de programa o como por exemplo C ou Java Desta forma apenas a parte computacional era deixada a cargo do Matlab Finalmente partindo do trabalho realizado outras fun es das SON j aqui descritas poder o ser implementadas e testadas Um exemplo dessas fun es poder ser a optimiza o de cobertura atrav s do ajuste autom tico de tilt el ctrico com base nos relat rios de medidas dos UEs Outra solu o poderia passar pelo balanceamento autom tico de carga A adop o do System Level Simulator of LTE Networks como a base para a implementa o e an lise das fun es SON permitiu um elevado n vel de liberdade ao n vel do desenvolvimento tendo permitido desenvolver v rias fun es que foram ao encontro das necessidades deste trabalho Contudo apesar de se tratar de um projecto em c digo aberto para a investiga o acad mica a informa o disponibilizada pelo TU WIEN sobre o simulador muito escassa n o havendo quaisquer documenta es que n o a dispon vel em artigos que recorrem ao uso deste ou atrav s do seu f rum
124. ep o Perdas m nimas entre emissor e receptor Pot ncia de recep o Pot ncia de transmiss o RSRP da c lula interferente Margem de histerese Margem de offset RSRP m dio N mero de TTIs XXXIV N delta vas v Vmax S PL P RACH P max P 0_RACH ARACH Apreamble m Rs Qmeas s Qhysts Rn Qmeasn Qof fsetsn lroselecton N mero de amostras Limiar delta Velocidade de um UE Velocidade do UE mais r pido Tipo de servi o Perdas de percurso Pot ncia de transmiss o do pre mbulo Pot ncia m xima Pot ncia recebida desejada Power Ramping Step Offset do preambulo N mero de tentativas de transmiss o do pre mbulo Crit rio R para a c lula de servi o RSRQ da c lula de servi o Histerese da c lula de servi o Crit rio R para a c lula vizinha RSRQ da c lula vizinha Offset entre a c lula de servi o e respectivas vizinhas Tempo de reselec o de c lula XXXV Capitulo 1 Introdu o Este cap tulo pretende dar uma introdu o ao estudo realizado come ando por um enquadramento do mesmo seguindo para a apresenta o dos objectivos No final deste cap tulo ainda apresentada a estrutura que caracteriza o documento e os artigos publicados Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 1 Introdu o 1 1 Enquadramento As comunica es m veis atravessam tempos de mudan a Nos ltimos anos tem se assistido a um
125. er optimizados para cada celula B 6 6 Physical Cell Id B 6 6 1 Inibid Users Chart Atrav s desta op o o utilizador poder consultar um gr fico do n mero e percentagem de utilizadores bloqueados em fun o do TTI Blocked Users 85 co o m o o m Blocked Users Blocked Users o o n mn 50 Figura 6 14 Utilizadores bloqueados numero e percentagem de utilizadores bloqueados em fun o do TT em fun o do TTI B 6 6 2 Resolution Chart Atrav s desta op o o utilizador poder consultar um gr fico com a m dia de handover e resolu es de conflitos de PCI a cada 50 TTI em fun o do TTI Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 149 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual PCI Conflict Resolution Handover Count Conflict Resolution 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TT Figura 6 15 Resolu o de conflitos de PCI n mero m dio de ocorr ncias vs n mero m dio de handovers em fun o do TTI 150 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 7 Problemas Conhecidos o longo do desenvolvimento desta aplica o foram identificados problemas que poder o surgir durante a sua utiliza o Segue se uma descri o dos problemas identificados B 7 1 Desempenho Sempre
126. eridas assentes em LTE 147 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual Handover Oscillation Rate Figura 6 11 Oscila o de handover em fun o do TTI B 6 5 2 Handover Oscillation Rate Counters Atrav s desta op o o utilizador poder consultar a taxa de oscila o de handover registada em cada c lula em fun o do TTI a Handover Oscillation Rate A HO Count HPIHPP Avg 10 16 6667 63 3803 45 4545 31 5789 25 31 5789 13 3333 25 6 9767 42 8571 57 1429 11 1111 27 7778 23 0769 igi 2894 niolula la ele lwlwiwininiIniP P Detwi e wN e w Nn e w N e T N OK Figura 6 12 Oscila o de handover por c lula B 6 5 3 Optimized Handover Parameters Atrav s desta op o o utilizador poder consultar os par metros de handover optimizados ap s simula o 148 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual f l Optimized Handover Parameter A Ha hs W wW u w w w w w u u w w u u u JU MN Us in W U U w w W w u w w u u u u fU ha Vo lho Fa wN e wN Ae wu N le lw lh s mlana SS BIW IWIN IN INI Figura 6 13 Parametros de handov
127. es M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho semelhan as no processo de handover existentes entre estas duas tecnologias A Tabela 9 15 indica o tempo cr tico para ocorr ncia de oscila o considerado pelo algoritmo utilizado pela rede GSM real e a dura o normalizada da amostra recolhida Tabela 5 15 Par metros de handover e simula o da rede real GSM Par metro Valor Tempo Cr tico de Oscila o 10 TTI Tempo de amostra 10800 TTI A Figura 5 25 compara a taxa de oscila o de handover em cada BIS do cen rio Urbano Denso simulado com o obtido por cada BTS GSM co localizada de um cenario real Taxa de Oscila o de Handover Rede GSM real vs Rede LTE simulada 50 45 40 35 30 25 20 15 4 OW w OW O O WwW w N o0 pa O N O B O ul EEEA o i v SERN LEE ae ll Io pa N W ep N 0 0 g3 mm 74 E Taxa de oscila o Rede GSM Real E Taxa de oscila o Rede LTE Virtual Figura 5 25 Taxa de Oscila o de Handover para cen rio Urbano Denso Rede GSM real vs Rede LTE simulada Como se pode observar no cen rio Urbano Denso os valores de HPI pp Obtidos por simula o aproximam se dos registados pela rede GSM real Nota que o per odo de simula o da rede LTE muito menor que a dura o da amostra recolhida pelo que dada a tend ncia de decr scimo registada no HPlI pp como se observou no inicio desta
128. escal vel com o aumento do numero de elementos na rede O aumento do volume de decis es na EMS NMS poder introduzir atrasos em situa es de converg ncia na rede o que ir prejudicar o desempenho da mesma Outra desvantagem prende se com o facto de numa eventual falha dos sistemas EMS NMS toda a gest o automatizada da rede poder ficar comprometida Finalmente a dificuldade de interac o entre os fornecedores dos sistemas OAM torna esta solu o ainda menos desej vel Numa arquitectura do tipo distribu da todas as decis es s o tomadas ao n vel dos elementos de rede e g eNB Neste caso os algoritmos de optimiza o s o executados ao n vel do eNB Esta solu o diminui drasticamente a complexidade no EMS NMS pois todo o processo de converg ncia passa a ocorrer localmente bastando a estes manter um registo das altera es que v o sendo feitas na rede Um exemplo pr tico do funcionamento desta arquitectura poder ser o caso em que uma c lula de um dado eNB precisa de trocar informa es com uma outra c lula de um outro eNB Neste caso ambos os eNB precisam de trocar informa es entre eles atrav s da interface X2 Dependendo do n mero de optimiza es este tipo de situa es poder provocar um aumento do tr fego nas interfaces X2 o que dever ser tido em conta neste tipo de arquitectura Numa arquitectura do tipo localizada as decis es s o tomadas ao n vel da c lula n o afectando necessariamente as suas
129. ese e TTT observou se que tal como esperado a baixa velocidade a Histerese em geral maior quando comparada com os valores obtidos a alta velocidade Para al m disso verificou se que para a mesma velocidade a Histerse substancialmente menor quando o tipo de servi o VolP 114 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Conclus es comparando com o valor obtido para o servi o HTTP Esta observa o permite concluir que o par metro delta apresentado no cap tulo 4 permite de facto compensar a histerese em fun o da velocidade e tipo de servi o De forma a estabelecer um termo de compara o e dado o facto de ainda n o existirem redes LTE em funcionamento em Portugal decidiu se comparar o HPI pp Obtido pelo simulador com o obtido atrav s da recolha de dados estat sticos de uma rede real GSM cujas BTS s o co localizadas com as BTS LTE dos cen rios Urbano Denso e Rural Da an lise realizada concluiu se que apesar do tempo de amostragem ser consideravelmente superior ao tempo de simula o os valores de HPlI pp Simulados est o bastante pr ximos dos obtidos da rede GSM real registando inclusiv valores inferiores no cen rio Rural Apesar das caracter sticas dispares entre as tecnologias o facto de o GSM utilizar uma estrat gia de hard handover semelhante ao LTE permite concluir que os valores obtidos por simula o aproximam se daquilo que ser de esperar numa red
130. etworks SON indicadores de disponibilidade para al m de que dependendo da localiza o abrang ncia da c lula em causa poder afectar uma quantidade consider vel de utilizadores Uma das funcionalidades em estudo para as SON consiste em compensar o desempenho da rede na eventualidade de falha de uma c lula atrav s da parametriza o autom tica das c lulas vizinhas Pretende se com esta abordagem compensar o efeito negativo no desempenho da rede que provocado pela falta de servi o de uma c lula Neste sentido existem tr s fases diferentes na detec o de uma falha no servi o de uma c lula s o elas e Previs o An lise de medidas reportadas por UE eNB e O amp M Operation amp Maintenance e Detec o Detec o da falha de servi o e Compensa o Compensa o atrav s da parametriza o autom tica A previs o de falha de servi o numa c lula levada a cabo por um algoritmo que com base em medidas reportadas pelo UE eNB e O amp M procura antecipar uma eventual falha de servi o e prepara as c lulas vizinhas e parametriza es necess rias compensa o A 3 Poupan a de Energia Um dos custos mais cr ticos para uma operadora m vel est na energia dispendida pelos equipamentos nomeadamente na RAN para a sua opera o Tipicamente os equipamentos particularmente esta es base s o dimensionados tendo em conta um cen rio de maior carga Segundo as especifica es a prime
131. evita se que a cada nova posi o de um UE se calcule um novo Link Budget para determinar a qual eNodeB sector este pertence Relativamente distribui o e densidade dos utilizadores numa designada regi o de interesse denominada muitas das vezes de ROI esta poder ser determinada por uma de duas formas aleatoriamente ou atrav s de mapas de tr fego importados para o simulador Uma vez criados os eNodeBs procede se cria o dos UEs Cada UE possui uma posi o inicial uma velocidade constante e um modelo de deslocamento que poder ser aleat rio ou em linha recta A cada UE tamb m atribu do um sector inicial e um canal de downlink Uma vez gerada a rede d se in cio a fase de simula o Cada TTI tem 1 ms e em cada per odo destes tanto o eNodeB como o UE recebem processam e enviam dados para um buffer ou seja em cada per odo um dado UE ou eNodeB s recebe e envia uma vez n o havendo portanto uma comunica o completa num s TTI A Figura 4 4 ilustra o processo de comunica o entre UE e eNodeB get downlink channel c y C link quality model Y TTI 1 link performance model UE feedback gt UE feedback y mE 2 schedule users set downlink channel Figura 4 4 Processo de comunica o entre UE e eNB usado pelo LTE System Level Simulator No instante TTI 1 o UE vai buscar ao seu canal de downlink a informa o colocada pelo seu eNod
132. ficuldade em separar os eNodeB sector com o mesmo PCI colocando alguns pr ximos uns dos outros como o caso do conjunto 9 13 e 17 Figura 5 13 b No que diz respeito fun o de resolu o de conflito de PCI como j foi referido no cap tulo 4 esta visa a detec o de conflitos de PCI e a sua resolu o aquando da activa o de um novo eNodeB Para poder simular a cria o de um conflito de PCI ao eNodeB novo atribu do o mesmo Physical Cell Identity Group de um eNodeB j existente Esta situa o ir provocar um conflicto entre os PCls utilizados pelas c lulas do novo eNodeB e as c lulas de um eNodeB j ao servi o Deste conflito pelas raz es j apresentadas no cap tulo 4 resultam UEs bloqueados devido confus o que a difus o do mesmo PCI por c lulas diferentes provoca na interpreta o dos sinais de sincronismo Ser o n mero de UEs bloqueados que servir de m trica para determinar a estabilidade da rede Assim quando deixam de existir UEs bloqueados considera se que a rede atingiu uma situa o de estabilidade e portanto o novo eNodeB j n o est a degradar o desempenho da rede Para testar esta funcionalidade recorre se mais uma vez ao cen rio Urbano A Tabela 5 6 ilustra os par metros de simula o tidos em conta para al m dos j referidos no inicio deste cap tulo Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 93 An lise de Desempenho Tabela 5 6
133. ga poder ser alcan ado atrav s das seguintes funcionalidades e Medi o da carga de c lulas entre eNB troca de informa o via interface X2 e Aplica o de algoritmos para identificar a necessidade de distribui o de carga entre c lulas adjacentes e Adapta o de par metros de HO e ou Re Selec o 122 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON De acordo com o crit rio de re selec o descrito em 1536304 cabe ao UE classificar as c lulas intra frequ ncia e inter frequ ncia com igual prioridade que obedecem ao crit rio S S criterion com base no crit rio R R criterion Atrav s dos crit rios R s o determinadas classifica es c lula de servi o e c lulas vizinhas R e Rn respectivamente Para a c lula servidora e c lulas vizinhas temos respectivamente Rs Qmeas s Qhysts 1 2 Rn Qmeasn Qoffsetsn 1 3 onde Qmeass Qmeasn correspondem ao RSRQ uma medida de qualidade da c lula realizada pelo UE para a c lula de servi o e suas vizinhas respectivamente Qhyst O par metro que controla o nivel de histerese para a classifica o das c lulas e Qoffsetsn especifica o offset entre a c lula de servi o e respectivas vizinhas cuja prioridade id ntica A re selec o ocorre para a c lula mais bem classificada para al m da c lula de servi o no per odo m nimo de T e
134. grande numero de tecnologias como por exemplo GSM GPRS CDMA WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access ou LTE Atrav s deste software poss vel efectuar o planeamento de uma rede celular utilizando software integrado GIS Geographic Information System que permite a manipula o de informa o geogr fica aplica o de modelos de propaga o simula o de cobertura e capacidade e funcionalidades que permitem o planeamento de frequ ncias c digos rela es vizinhan a etc Para al m das funcionalidades de planeamento este software permite efectuar tarefas de optimiza o ao nivel de frequ ncias rela es vizinhan a tilts etc Em suma as principais funcionalidade do Atoll resumem se a e Planeamento multi tecnologia GSM UMTS CDMA2000 LTE e Optimiza o usando ferramentas de AFP Automatic Frequency Planning e ACP Automatic Cell Planning e Utiliza o de macros e SDK Software Development Kit para customiza o e Sistema GIS Geographic Information System para manipula o de informa o geogr fica Multi Formato Multi Resolu o e Processamento distribu do Na Figura 5 1 pode ser observado um exemplo do ambiente de trabalho da ferramenta Atoll pe if k i E Fado af le re JZGO0RCO0DR 00000000000 Ce pejt PELL ELE LTT J s i ERITREA Figura 5 1 Exemplo de um workspace LTE no Atoll 78 Planeamento e Optimiza o em Redes Cel
135. guinte ilustra os passos essenciais para carregar um mapa georreferenciado 1 Na barra de ferramentas Figura 3 6 ou a partir do menu File seleccione a op o para importar mapa Escolha uma imagem georreferenciada Suporte apenas para ficheiros do tipo GeoTif h Select Map Procurar em J Olhao S ce Ear ri tta Localiza es Nome do ficheiro z Ficheiros do tipo tif Cancelar Figura 5 1 Exemplo para a escolha de um mapa Utilize os bot es Pan e Zoom da barra de ferramentas Figura 3 6 para mover ou seleccionar uma regi o espec fica do mapa B 5 2 Criar eNodeB O procedimento seguinte ilustra os passos essenciais para adicionar um novo eNodeB a um cen rio T Pressionar o bot o Add no painel que cont m a lista de eNodeB 2 Fazer um clique apenas com o bot o esquerdo do rato na localiza o no mapa onde se pretende colocar o novo eNodeB Um novo formul rio dever aparecer 3 No formulario insira os dados necessarios A Figura 5 2 descreve o significado de cada campo 140 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual r i Add new eNodeB a x eNodeB Properties ID p N mero de identifica o do eNodeB Lat e 920 N gt Localiza o geogr fica do eNodeB Lon 7 767 W Max Transmission Power 4
136. handovers falhados distanciando se dos cen rios Urbano e Rural Nota ainda que os cen rios Urbano e Rural possuem em m dia um menor n mero de tentativas de handovers A raz o pela qual existe esta diferen a entre os resultados obtidos em cada cen rio deve se essencialmente densidade de utilizadores em cada um dos cen rios e forma como a ROI pode ser definida No primeiro caso a aleatoriedade com que os UEs s o colocados na ROI e a forma como estes se movimentam faz com que as condi es de recep o n o sejam iguais para todos No segundo caso devido a limita es do simulador desenvolvido s poss vel desenhar pol gonos rectangulares o que provoca o aparecimento de zonas limite onde o sinal recebido inferior e onde UEs localizados junto fronteira poder o ter m s condi es de recep o durante todo o per odo de simula o Com base nas simula es realizadas efectuou se igualmente um levantamento das rela es vizinha a criadas comparando as s estimadas pela ferramenta Atoll nas mesmas condi es de cada cen rio O gr fico da Figura 5 20 compara o n mero de rela es vizinhan a estimadas pelo Atoll com o n mero estimado pelo Simulador e o n mero de rela es que foram igualmente estimadas por ambos De referir que tanto as simula es efectuadas pelo simulador como as efectuadas pelo Atoll foram for adas a criar simetria em cada rela o vizinhan a criada Planeamento e Op
137. ia da rede ShSo11 Esta solu o permite eliminar a necessidade Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 9 Estado da Arte de um equipamento central para gest o r dio como o caso do RNC Radio Network Controller caracter stico do UMTS Contudo a descentraliza o de esta e outras funcionalidades obriga a que os eNBs troquem informa o entre si nomeadamente em situa es de handover como se passava com a interface luR no UMTS Assim na E UTRAN os eNB est o interligados entre si por interm dio de uma interface designada de X2 e interligados com a rede EPC Evolved Packet Core atrav s de dois tipos de interface S1 MME para a interliga o com a entidade MME e S1 U para interliga o ao S GW SGPPO6 Figura 2 1 MME S GW MME S GW do e t i f q i TO DO gt E UTRAN eNB i w eNB I I l gt l I l I I 1 1 l 1 y 1 1 I 1 ay i I i BD Figura 2 1 Arquitectura gen rica do E UTRAN TS36300 O eNB actua como bridge entre o User Equipment UE e o EPC transferindo a informa o proveniente da conex o r dio existente com o UE para uma dada conex o IP Internet Protocol com o EPC O eNB respons vel pela gest o de recursos r dio atrav s do RRM Radio Resource Management e desempenha um papel importante na gest o de recursos r dio em conjunto com o M
138. ia de uma situa o de bloqueio o UE prosegue com as medidas e verifica se existem condi es para despoletar o processo de handover A forma como despoletado um evento do tipo A3 id ntica proposta pelo 3GPP 7536300 Para que um evento do tipo A3 ocorra necess rio que o sinal proveniente de uma qualquer c lula interferente obede a condi o abaixo durante um per odo designado de TTT Time To Trigger RSRP ue gt RSREcue Qays Qoffset 4 3 onde RSRP eO nivel de sinal recebido da c lula interferente RSRP O nivel de sinal recebido pela c lula de servi o Qays O valor de histerese de handover e QoryserO valor de offset de handover Sempre que a condi o acima se verifica por um per odo m nimo equivalente ao TTT o evento A3 despoletado pelo UE e um relat rio de medidas enviado ao eNodeB sector de servi o Mesmo que a condi o acima n o se verifique o 64 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas UE obrigado a transmitir periodicamente um relat rio de medidas de modo a evitar situa es de degrada o de handover por uma subita altera o das condi es de recep o A Figura 4 6 ilustra a situa o necess ria para que o UE gere um evento do tipo AS Serving Cell Trigger Handover RSRP dBm Hysterese A Interfering Cell di lt gt Measurement Interval TTI Transmission Tim
139. idade e um objectivo a ter em considera o Neste campo o LTE assume um papel importante na medida em que introduzira pela primeira vez o conceito de rede auto gerida As Self Organizing Selt Optimizing Networks SON s o um conjunto de normas e fun es introduzidas na especifica o do LTE que permitir o s operadores automatizar as suas tarefas de opera o e manuten o O amp M proporcionando uma resposta mais eficaz s novas exig ncias de mercado e uma redu o significativa de custos marcando um ponto de viragem no paradigma da opera o e manuten o de redes m veis 1 2 Objectivos O presente trabalho aborda um conjunto de sistemas que integram a arquitectura das SON a qual permite a auto gest o e optimiza o de redes celulares m veis de quarta gera o que assentam na norma LTE Esta arquitectura que poder ser centralizada distribu da localizada ou h brida consiste num conjunto de fun es que permitem auxiliar 2 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Introdu o as tarefas de planeamento opera o e manuten o de uma rede de acesso m vel nomeadamente ao n vel do eNodeB evolved NodeB atrav s da sua parametriza o configura o e manuten o autom ticas Assim este trabalho tem como objectivo avaliar os principais benef cios das SON no que diz respeito ao planeamento e optimiza o de redes de quarta gera o LTE n o s atra
140. iguration Self Optimization TS36300 A Figura 2 11 pode ser ainda complementada com a inclus o das fun es de auto diagnostico auto reparo e aplica o de esquemas de resolu o tal como sugerido por Lehe08 Nas sec es que se seguem descreve se de um modo geral as principais fun es de configura o e optimiza o existentes nas SON No Anexo A s o descritas as fun es mais avan adas das SON 2 2 3 1 Auto Configura o Segundo 7536300 o procedimento inicial de Self Configuration dividido em duas fases Basic Setup e Initial Radio Configuration Na primeira fase ap s a instala o f sica do equipamento uma vez ligado o eNB come a por fazer um auto diagn stico seguido de um processo de auto descoberta onde ir detectar o tipo de transporte equipamento RF Radio Frequency instalado etc De seguida o eNB configura o seu link de transporte e estabelece uma liga o com um servidor de DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System onde ir obter o seu IP e informa o relativa ao Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 25 Estado da Arte S GW MME e servidor do qual ir descarregar a sua configura o Uma vez estabelecida a liga o OAM o eNB descarrega a vers o de software mais indicada assim como a configura o m nima que lhe permite saber restantes elementos aos quais se deve ligar bandas de frequ ncias etc A inform
141. iores Com vista viabiliza o dos algoritmos implementados pretende se igualmente atrav s da defini o de um conjunto de cen rios baseados em cen rios reais com diferentes ambientes de propaga o avaliar entre outros par metros a flexibilidade fiabilidade e robustez destes Os resultados obtidos s o tamb m confrontados n o s com dados estat sticos como tamb m com os resultados de simula es usando a ferramenta de planeamento e optimiza o Atoll da Forsk http nt tuwien ac at ltesimulator http www forsk com Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 3 Introdu o 1 3 Organiza o do relat rio Este trabalho encontra se organizado da seguinte forma e Cap tulo 1 Introdu o Neste cap tulo feito um enquadramento do estudo realizado a apresenta o formal do relat rio descri o dos objectivos e organiza o do mesmo e Cap tulo 2 Estado de Arte Neste cap tulo s o introduzidos os conceitos e as tecnologias bem como o seu estado da arte consideradas essenciais para a compreens o do estudo realizado Este cap tulo come a com a abordagem de alguns conceitos b sicos sobre as redes E UTRAN Envolved UTRAN onde se analisa a arquitectura e os conceitos que as diferenciam das restantes tecnologias usadas em redes m veis celulares Posteriormente apresentado de uma forma sucinta as Self Organizing Self Optimizing Network
142. ira solu o para alcan ar a redu o de custos de opera o das RANS est nas esta es base mais concretamente nas c lulas configuradas nos eNB Atrav s da desactiva o tempor ria de c lulas redu o de pot ncia ou mesmo redu o do n mero de antenas de transmiss o poss vel alcan ar ganhos de poupan a de energia significativos Neste sentido as normas que t m sido desenvolvidas para as SON prev em a implementa o de algoritmos que com base na informa o de carga qualidade de servi o dos utilizadores estat sticas de tr fego e informa o da rea de cobertura conseguem alterar estado das c lulas do eNB On Off pot ncia de transmiss o defini es de pot ncia n mero de antenas TX e par metros de HO Apesar da aparente simplicidade do funcionamento o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 129 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON algoritmo dever ter em conta o poss vel aparecimento de zonas sem cobertura e as regi es de HO entre c lulas 130 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 131 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 1 Requisitos M nimos B 1 1 Requisitos de Software Ao nivel d
143. iver a Figura 2 10 Modelo de Transmiss o MIMO com N antenas de TX e M antenas de RX SeTo09 20 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte Os m ltiplos percursos que um sinal pode tomar quando viaja do UE para o eNB e vice versa d o origem a v rias r plicas que chegam s antenas em diferentes instantes Devido aos diferentes percursos cada r plica sofre um desvio de fase em rela o ao sinal original o que indesejado pelo facto de poder anular o sinal resultante no receptor O Modo Diversidade uma t cnica que permite usar multiplas antenas de modo a aumentar a qualidade de liga o entre um emissor e um receptor podendo ser implementada no emissor ou receptor ou em ambos Este mecanismo de diversidade consiste em usar duas ou mais antenas colocadas a uma determinada dist ncia entre si para que possam receber sinais provenientes de diferentes caminhos e que atrav s do uso de t cnicas combina o de sinal ou comuta o entre antenas possam aumentar o ganho do sinal recebido As principais t cnicas conhecidas s o o MRC Maximum Ratio Combining uma t cnica que combina os sinais provenientes de diferentes antenas atrav s de algoritmos de processamento para maximizar o n vel de SNR e o SD Switch Diversity onde o receptor comuta de antena sempre que verifica que a pot ncia do sinal recebido ou que o n vel de ru do aumenta numa antena e desc
144. k Measurement Model contribui o layout da rede nomeadamente a configura o de cada eNodeB modelos de propaga o ganho das antenas mobilidade 54 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas mapas de tr fego e pol ticas de gest o de recursos Para o Link Performance Model contribui o Link Measurement Model e a estrat gia de adapta o ao canal Deste ltimo s o obtidos indicadores de d bitos taxas de erro e respectivas distribui es SINR etc 4 1 2 Modo de Funcionamento No que diz respeito ao seu funcionamento este divide se em duas fases A primeira fase diz respeito cria o do cen rio para simula o enquanto a segunda diz respeito simula o propriamente dita da comunica o entre eNodeB e UE com base em intervalos de transmiss o apelidado na maior parte das vezes de TTI Transmission Time Interval Cada simula o assenta num conjunto de par metros previamente definidos pelo utilizador os quais determinam a configura o a aplicar aquando da cria o da rede Em Melk11 poder ser encontrada uma descri o detalhada de cada par metro de configura o existente na vers o original do simulador Sempre que iniciada uma simula o o simulador come a por carregar as curvas de BLER Estas curvas permitir o ao UE identificar o CQI a reportar ao eNodeB para um dado BLER De seguida s o criados os eNodeBs Depende
145. k de dados de um UE sem sincronismo A 1 1 1 Procedimento de Acesso Aleat rio O procedimento de acesso ao meio via RACH desenrolado por interm dio de uma de duas formas contencioso e n o contencioso O acesso contencioso usado para todos os eventos listados anteriormente Neste cen rio o UE gera um pre mbulo e escolhe uma janela de oportunidade e com base na informa o difundida pelo eNB calcula a pot ncia de transmiss o da mesma com base na estima o das perdas de percurso PL tendo em conta a pot ncia da portadora piloto e a informa o difundida pelo eNB pot ncia recebida desejada Po racy Power Ramping Step Aracy e offset do preambulo Apreambie O UE tamb m monitoriza o numero de tentativas de transmiss o do pre mbulo m Para a transmiss o inicial m 1 a pot ncia de transmiss o do pre mbulo Pracy dada por AFGMO9 PracH min Prax Po RACH PL m o 1 AracH A prado 1 1 Ao detectar o pre mbulo de acesso enviado pelo UE o eNB correlaciona o com todas as sequ ncias de pre mbulo poss veis Se o pre mbulo for aceite enviada a informa o necess ria a todos os UEs que usaram o mesmo pre mbulo na mesma janela de oportunidade Se nenhuma resposta for recebida o UE efectua uma nova tentativa usando um mecanismo de power ramping O power ramping um procedimento onde o UE aumenta gradualmente a pot ncia de transmiss o para cada pre mbulo que retransmitido enquanto n o receb
146. kala A WCDMA for UMTS HSDPA Evolution and MOTORI LTE fourth edition John Wiley amp Sons Ltd 2007 Doo Won Lee Gye Tae Gil 2 and Dong Hoi Kim1 A Cost Based ILGKI10 Adaptive Handover Hysteresis Scheme to Minimize the Handover Failure Rate in SGPP LTE System EURASIP Journal onWireless Communications and Networking Hyunggon Park 2010 Rapp02 Rappaport T Wireless Communications Principles and Practise Prentice Hall PTR 2002 ISBN 0 13 042232 0 160 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Refer ncias 3GPP TR 36 942 Evolved Universal Terrestrial Radio Access E Esso UTRA Radio Frequency RF system scenarios Release 10 2010 Mehlfuhrer C Ikuno C Simko M Schwarz S Wrulich M Rupp M The Vienna LTE Simulators Enabling Reproducibility in Wireless MISM 11 Communications Research Institute of Communications and Radio Frequency Engineering Vienna University of Technology Austria 2011 Mehlfuhrer C Wrulich M Ikuno J Bosanska D Rupp M Simulating The Long Term Evolution Physical Layer Institute of MWIBRO9 Communications and Radio Frequency Engineering Vienna University of Technology Gusshausstrasse 25 389 A 1040 Vienna Austria 2009 Amirijoo M Frenger P Gunnarsson Moe J Zetterberg K On AFGMO9 Self Optimization of the Random Access Procedure in 3G Long Term Evolution ERICSSON Research AB S
147. l como foi descrito na an lise da fun o ANR porque a ROI poder apenas assumir uma forma rectangular e porque o n mero de BTS n o abrange todo o mapa existir o sempre zonas onde os UEs ir o ter menores condi es de recep o e como tal mais falhas de handover ir o ocorrer o que ir influenciar o resultado final da optimiza o de handover A defini o de ROIs atrav s de pol gonos que se ajustam ao formato do cluster permitiria minimizar as zonas de fraca cobertura A Tabela 5 10 resume os ganhos do HPI pp Obtidos para cada um dos cen rios 102 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Tabela 5 10 Percentagem de redu o do HPI ypp 34 20 14 10 9 25 25 13 A Tabela 5 11 resume os valores de Histerese e TTT obtidos para cada cen rio simulado Tabela 5 11 Histerese e TTT ap s optimiza o Histerese dBm TTT TTI Como se pode observar face aos valores iniciais definidos para a Histerese e TTT o algoritmo optimiza cada cen rio de modo a minimizar a taxa de oscila o de handover Em termos de histerese no cen rio Urbano Denso e Urbano esta apresenta um valor superior quando comparada com a dos cen rios Suburbano e Rural Esta situa o ocorre pois nos primeiros dois cen rios o UE tem uma maior probabilidade de oscilar entre c lula devido ao pr prio ambiente de propaga o e como tal um maior valor de Histerese at
148. l de Histerese Minimum HO Hysteresis dBm gt Valor m nimo poss vel de Histerese TTT 3 Valor inicial de Time To Trigger TTT Maximum TTT 6 Valor maximo de TTT Minimum TTT 2 Valor m nimo de TTT Critical TTI 15 Tempo cr tico para detec o de oscila o Good HO TT gt Intervalo de bom desempenho em TTI Bad HO TTI 5 Intervalo de mau desempenho em TTI E Gaal Figura 4 1 Defini es avan adas de handover B 4 2 Automatic Neighbour Relation A Figura 4 2 descreve o significado dos v rios campos do formul rio para alterar os par metros avan ados da fun o ANR Wo ANR Advanced Settings Ss ANR Advance Settings a Valor de RSRP da c lula de servi o abaixo do Serving cell measurement threshold dBm 100 qual o UE inicia a medi o das suas vizinhas Event trigger offset dBm 0 Offset para compensa o de Histerese bax MR Relations 32 Numero maximo de NR na NRT UE Minimal Sensitivity dBm 140 Sensibilidade do UE Minimum average access SINR dB 10 Valor m dio de SINR que permite o UE aceder a uma c lula Figura 4 2 ANR advanced settings B 5 Cria o de Cen rios Nesta sec o descreve se o procedimento b sico para criar um cen rio para simula o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 139 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 5 1 Carregar Mapas O procedimento se
149. lar A adi o de funcionalidades que conferem a capacidade de uma rede E UTRAN se auto gerir desde cedo foi tida em conta no desenvolvimento dos protocolos a usar nas interfaces X2 e S1 A pilha protocolar usada na arquitectura E UTRAN dividida em dois 14 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte tipos User Plane e Control Plane A Figura 2 6 mostra a pilha protocolar no plano de utilizador UE NB PDCP PDCP RLC C a RLC MAC E S K MAC PHY gt PHY Figura 2 6 Pilha Protocolar para o plano de utilizador TS36300 Na E UTRAN diferentes protocolos de tunneling s o usados em diferentes interfaces Um protocolo de tunneling usado no 3GPP designado de GPRS Tunneling Protocol GTP e usado na interface core da rede S1 e S5 S8 A Figura 2 6 ilustra os diferentes protocolos que comp em a camada no plano do utilizador do LTE Esta camada composta pelo e Packet Data Convergence Protocol PDCP respons vel pelo processamento das mensagens de gest o de recursos r dio Radio Resource Control RRC no plano de controlo e dos pacotes IP no plano do utilizador Cabe a este protocolo as fun es de compress o seguran a integridade e confidencialidade ordena o em pacotes IP e retransmiss o em situa es de handover e Radio Link Control RLC respons vel pela
150. las Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 33 Cap tulo 3 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE Neste cap tulo analisam se as t cnicas de planeamento e optimiza o em redes de quarta gera o tendo em conta os mecanismos de auto gest o anteriormente enunciados Este cap tulo come a com uma breve introdu o aos conceitos fundamentais de planeamento celular em redes de quarta gera o com os processos de dimensionamento para qualidade cobertura e capacidade De seguida s o analisadas as principais altera es t cnicas que s o introduzidas com a chegada das redes LTE Finalmente analisam se as tarefas de planeamento e optimiza o previstas pelas SON para a automatiza o algumas das quais ser o alvo de implementa o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 35 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE 3 1 Planeamento Celular em LTE O planeamento celular um processo pelo qual uma rede celular dimensionada Trata se de um processo iterativo que inclui desenho s ntese e realiza o de uma rede celular Em termos pr ticos trata se de determinar que esta es s o necess rias que equipamento ser usado e como o equipamento ser configurado Dependendo do estado de maturidade da rede as tarefas de um planeamento celular podem diferir de operadora para operadora A Figura 3 1 ilustra de um modo gen rico as
151. lation Rate Counters Optimized Handover Counters gt Gr fico de handover aa E a a GU gt Gr fico da taxa de oscila o de handover gt Contadores de oscila o de handover gt Valores de Histerese e TTT optimizados Physical Cell Ids Inibid Users Chart Resolution Chart Figura 3 4 Op es do menu Results gt Gr fico dos utilizadores bloqueados gt Gr fico da resolu o de conflitos de PCI Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 135 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual CO About Figura 3 5 Op es do menu Help B 3 2 2 Barra de Ferramentas A Figura 3 6 descreve os v rios componentes da barra de ferramentas correspondente ao ponto B da Figura 3 1 Zoom In pen Out Pan Ueda TAg S oO P Novo Projecto lt R Abrir Projecto Imprimir Mapa Iniciar Simula o gt Salvar Projecto gt Marcar ROI Region of Interest p gt Importar Mapa Figura 3 6 Ilustra o da Barra de Ferramentas B 3 2 3 Lista de eNodeB A Figura 3 7 ilustra o painel onde s o listados todos os eNodeBs que s o criados e respectivas caracter sticas Este painel corresponde ao ponto D da Figura 3 1 r gt eNodeB settings eNodeB Cells Lat on Max Pwr Max Ant Site Altitude Site Height Ant Model Add Adicio
152. lgoritmo que com base na matriz sector analisa quais os potenciais sectores interferentes num dado sector e a dist ncia a que se encontram e desta forma atribui um 60 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas grupo de PCI diferentes dos utilizados pelos eNodeBs interferentes e que se encontram a uma dist ncia menor que a dist ncia de reutiliza o 4 2 2 Resolu o de Conflitos de PCI Tal como se pode ver na sec o anterior um dos problemas que adv m da atribui o de um PCI de forma autom tica prende se com a dist ncia de reutiliza o dos mesmos semelhan a da atribui o de um SC no UTRAN WCDMA tamb m a atribui o de um PCI na E UTRAN dever ter em conta a dist ncia de reutiliza o de modo a minimizar a hip tese de interfer ncia A atribui o autom tica de um novo PCI a uma c lula poder fazer com que esta provoque interfer ncia numa outra c lula na sua vizinhan a mas que n o lhe conhecida Neste contexto alguns estudos t m sido realizados nomeadamente o descrito em AF GHO8 o qual prop e duas solu es para minimizar o risco de interfer ncia entre duas c lulas aquando da atribui o de um novo PCI Numa primeira abordagem este trabalho prop e uma atribui o local de um novo PCI c lula interferente sendo que o PCI atribu do dever ser diferente do conjunto de PCI utilizados pelas c lulas vizinhas
153. liza o das mesmas nomeadamente no que diz respeito s funcionalidades SON implementadas 5 2 1 Cen rio Urbano Denso Este cen rio composto por nove BTSs na sua maioria tri sectorizadas localizadas na Av da Republica e zonas circundantes Trata se de uma zona com elevada densidade de utilizadores pedestres e veiculares num ambiente de propaga o urbano onde as ruas t m aproximadamente a mesma largura e muitas delas com alguma vegeta o A Figura 5 2 ilustra a localiza o definida para cada uma das BTSs que comp em este cen rio 80 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Figura 5 2 Cen rio de refer ncia para ambiente de propaga o Urbano Denso Considera se neste cen rio que todas as BTSs est o localizadas no topo ou nas fachadas dos edif cios e que todas elas utilizam o mesmo tipo de antena Considera se tamb m inicialmente que cada sector tem 10 utilizadores atribu dos A Tabela 5 2 resume os par metros gerais tidos em conta em cada simula o efectuada com cen rio Urbano Denso Tabela 5 2 Par metros gerais de simula o para o cen rio Urbano Denso SISO TS 36 213 820 5 2 2 Cen rio Urbano Este cen rio composto por nove BTSs tri sectorizadas dispersas pela zona urbana da cidade de Olh o Trata se de um cen rio com uma elevada densidade de utilizadores Planeamento e Optimiza o em Redes
154. m TIJI10 as m tricas de optimiza o de handover poder o ser divididas em m tricas de sistema e m tricas de controlo Nas m tricas de sistema temos o RSRP e o SINR Ambos s o periodicamente medidos pelo UE de modo a permitir a este saber qual a melhor c lula para se ligar e quais as c lulas candidatas O RSRP para cada c lula RSRP ve poder ser medido da seguinte forma RSRP ye Pe Lpi Let 3 8 onde P a pot ncia transmitida pela c lula Lp as perdas de percurso entre um UE e a c lula e Ls as perdas por difra o com uma distribui o log normal e desvio padr o de 3 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 49 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE dB Adicionalmente o SINR medido ao nivel do UE SINR baseado na rela o entre o RSRP da c lula de servi o e o RSRP da c lula candidata com o sinal mais forte e poder ser descrito como SINRye RSRPoonn RSRPintnoise 3 9 onde RSRPom representa o nivel de sinal recebido da c lula de servi o e RSRPint noise NO nivel de sinal da c lula interferente candidata a handover 3 1 3 3 2 Indicadores de Desempenho De modo a manter uma conectividade cont nua numa comunica o torna se necess ria uma avalia o cont nua do n vel de QoS percepcionado pelos utilizadores Para alcan ar este objectivo efectuado um c lculo continuo dos HPI Segundo TR36902 os principais indicadores de perform
155. ma de um pol gono rectangular surgem zonas de m cobertura as quais fazem com que os UEs localizados na zona de fronteira principalmente nos v rtices da ROI tenham piores condi es de recep o e da provoquem mais handovers falhados Em adi o s simula es efectuadas foi tamb m simulado na ferramenta Atoll a defini o de rela es vizinhan a para cada um dos Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 113 Conclus es cen rios Este teste teve como objectivo comparar as rela es vizinhan a obtidas pelo simulador com as obtidas pelo Atoll Neste ultimo teste verificou se que as rela es vizinhan a obtidas pelo simulador desenvolvido se aproximam bastante das obtidas pelo Atoll com o primeiro a identificar 73 60 63 e 47 das rela es vizinhan a identificadas pelo segundo para os cen rios Urbano Denso Urbano Suburbano e Rural respectivamente Finalmente no que diz respeito fun o de optimiza o de handover numa primeira abordagem para cada um dos cen rios foi analisada HPI pp para uma situa o sem e com optimiza o Para cada cen rio verificou se um bom desempenho do algoritmo de optimiza o com o HPlI pp a atingir uma redu o de 34 para o cen rio Urbano Denso 23 para o cen rio Rural e 14 e 9 para os cen rios Suburbano e Urbano respectivamente Analisando os valores optimizados de Histerese e TTT verificou se tal como esperado
156. mo MME uma comunica o usando a interface X2 ou S1 toma lugar Neste caso temos um handover do tipo inter site que utiliza primeiramente a interface X2 e que caso esta n o exista utiliza a interface S1 para comunicar com o eNodeB destino Finalmente se a c lula candidata pertencer a um MME diferente da c lula de servi o torna se necess ria uma comunica o usando a interface S1 e assim temos uma handover inter site inter MME No geral o processo de handover intra frequ ncia poder ser dividido em tr s fases prepara o execu o e conclus o A fase de prepara o diz respeito apenas rede de acesso e consiste em configurar o UE para enviar relat rios de medidas de uma forma peri dica e ou com base em eventos Atrav s da mensagem RRC Connection Reconfiguration a qual vem substituir a mensagem Measurement Control usada no UMTS s o configurados os seguintes eventos John10 e evento A1 a c lula de servi o torna se melhor que um limiar absoluto e evento A2 a c lula de servi o torna se pior que um limiar absoluto e evento A3 c lula vizinha torna se x dB melhor que a c lula de servi o e evento A4 c lula vizinha torna se melhor que um limiar absoluto e evento Ad c lula de servi o torna se pior que um dado limiar A e c lula vizinha torna se melhor que um dado limiar B Cabe ao UE aquando da ocorr ncia de qualquer um dos eventos anteriores ou mediante um per odo estabelecido re
157. nar novo eNodeB duplo clique sobre mapa para 4 3B79 0 27 N_f 7 8 17 W 2 I ol 200010681 DOT PR definir localiza o do eNodeB e mostrar formul rio Remove gt Remover eNodeB seleccionar linha do eNodeB correspondente p gt Editar eNodeB Initial Hysteresis value Edi Figura 3 7 Painel com a lista de eNodeB B 3 2 4 Painel de Configura es As ilustra es seguintes indicam o significado de cada componente de cada painel de configura o Frequ ncia de opera o do Resolu o do mapa a ser Largura de Banda do canal gt sistema considerada na simula o System Settings Frequency Hz 7 6e9 Bandwidth Hz 20eg l Map Resolution meters pixel 20 Figura 3 8 Par metros gerais do sistema 136 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual Macroscopic Pathloss Minimum Coupling Loss dB r Perdas m nimas entre eNodeB e UE Macroscopic Pelhhoss Model free space Modelo de Propaga o Larga Escala Pathioss Model Enviroment urban micro Ambiente de Propaga o Figura 3 9 Defini es de desvanecimento larga escala Microscale Facing Lise Fast Fading True Contabilizar desvanecimento r pido Channel Mode Type Peda gt Modelo de canal Trace Length seconds 1 t gt Atraso no desvanecimento Correlated Fading True Correlac
158. ndo da configura o especificada pelo utilizador estes poder o ser gerados aquando de cada simula o ou atrav s do carregamento de um ficheiro de configura o proveniente de ferramentas de planeamento como por exemplo Atoll No que diz respeito especifica o manual da rede esta est limitada apenas cria o de clusters hexagonais de eNodeBs tri sectorizados igualmente espa ados entre si e com a mesma configura o A Figura 4 2 ilustra o layout t pico de uma simula o eNodeB and UE positions 1 600 26 gt j 8 ia Em 53 51 60 do 200 s17 of ez 2 wee is 39 o 2 56 os E jg 8 i 04 82 4 Q52 amp 7 o amp 1 615 As Es 200 s 2 14 e o 29 58 8 400 030 0 o o 14 E 854 81 800 600 400 200 0 200 400 600 800 x pos m Figura 4 2 Exemplo de um cen rio de simula o usando o LTE System Level Simulator Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 55 Simula o de Redes Auto Geridas Com base no modelo de propaga o especificado criada uma matriz de atenua o com uma dada resolu o medida em unidades metro pixel Atrav s do tipo de antena igualmente especificada pelo utilizador o simulador calcula o padr o de ganho correspondente a cada sector de cada eNodeB com base na matriz de atenua o e na matriz de ganho de cada sector que o simulador calcula a mat
159. nef cio dos algoritmos desenvolvidos foram ainda comparados com os obtidos pela ferramenta profissional de planeamento e optimiza o Atoll tendo se verificado a franca proximidade de desempenho em algumas das fun es Finalmente foi desenvolvida uma interface gr fica que permite o desenho configura o e simula o de cen rios bem como a an lise de resultados Palavras chave Comunica es Wireless Planeamento Optimiza o Auto Configura o Auto Optimiza o LTE SON Xi ACRACECIIM NTOS sirrien en asno ss EEGu Asia Pao caG Sds ju US UCS Ui US aa ea aaa vii PAN Obs Co Gy aieea AAA RR PDA RO IX FICS CO cadet rey E O RR atennt acca ae xi UMC scree res es ce eet ses et AEON RD DD ND xiii Nace de ONA aaner a T AS OEE EE EREA xix Indica de Tabelas sipini inni A T NE xxiii ndice de Equa es ADI RR A XXV ACHO NOS aii O iis uisdGoniadeo rein atmiantoaes xxvii PASTA de SITIO Ol OS i ee EANTA O E xxxiii T UOU e e E E 1 1 1 Enquadramento eee ree eee e rare re area aeee arara renan 2 1 2 ODJECUVOS RR DDD RR RR RD O RR RR ERR SR CRE SE SR RA 2 1 3 Organizacao CO Telat sono li iG ado alee ha and a eae a a 4 1 4 ALIGOS PUDIICADOS cites cc scucs sere coset seule eee case eae anna ene ne ee 5 BZ ESA PC aE EEEE E E E E E E S 7 2 1 LONO LE MVE VOUTO eoe a A A A 8 Ze IREQUISILOS eden cotiwierttng sacada aa na CAOS ose sos E co peida e ENE ion 8 2 1 2 Arquitectura de Rede cco csc AI ito soc tina E O
160. nel Com base no 3GPP 1536321 existem no total 504 PCI poss veis numa rede E UTRAN distribu dos por 168 grupos designados de Physical Cell Identity Groups onde cada um cont m tr s identificadores nicos PCI 3N NY 2 1 onde 3N pode tomar valores entre O e 167 representando o Physical Cell Identity Group e N pode tomar valores entre O e 2 representando o Physical Layer Identity Tecnologia m vel 3G especificada pelo 3GPP Third Generation Partnership Project que utiliza a tecnologia CDMA Code Division Multiple Access para transmiss o de voz dados e sinaliza o entre UE e BTS 30 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte dentro do Physical Cell Identiy Group Durante o processo de instala o de um eNB atribu do um PCI Com base nos IDs atribu dos o eNB transmite o PCI no pre mbulo de downlink Os UEs na rea de servi o do eNB recebem o pre mbulo e com este que s o capazes de identificar o eNB Segundo TR36902 o Physical Cell ID de uma c lula dever satisfazer os seguintes crit rios e O Physical Cell ID de uma c lula n o deve ser igual ao das suas c lulas vizinhas e O Physical Cell ID das c lulas vizinhas n o dever ser o mesmo Segundo o 3GPP um poss vel procedimento para a auto configura o do PCI por parte do eNB poder ser a que se segue 1 Quando o procedimento come a o eNB inicia o per odo de configura
161. nn eon asus 100 Figura 5 21 Taxa de Oscila o de Handover sem e com optimiza o a Cen rio Urbano DENSO DN UTDARO causas dobrando aa aE 101 Figura 5 22 Taxa de Oscila o de Handover sem e com optimiza o a Suburbano b DELLE a lids acina Mia Maan nn anna eden a tacee ant 102 Figura 5 23 Taxa de oscila o de handover no cen rio Urbano Denso a HTTP sem optimiza o b HTTP com optimiza o c VolP sem optimiza o e d VolP COMMODNDINZA CAO ora E AET a aaa Capa ia 104 XXI Figura 5 24 Taxa de oscila o de handover no cen rio Rural a HTTP sem optimiza o b HTTP com optimiza o c VolP sem optimiza o e d VolP com OPUNIZACAO siri ip E 105 Figura 5 25 Taxa de Oscila o de Handover para cen rio Urbano Denso Rede GSM real vs Rede LTE simulada erre RE arara arara REANO a eranana 107 Figura 5 26 Taxa de Oscila o de Handover para cen rio Rural Rede GSM real vs FeOC TE E 101101218 colonia or E ter Sere Me eee o a id 108 xxii ndice de Tabelas Tabela 4 1 Tabela de PCI gerada para atribui o errar aereas 60 Tabela 4 2 Peso atribu do a cada tipo de tr fego realizado por um UE 73 Tabela 5 1 Raio de c lula m dio por CONALIO 1cccceccceecceeccsnsccnsecceesssenesesseesseseeneesseeees 79 Tabela 5 2 Par metros gerais de simula o para o cen rio Urbano Denso 81 Tabela 5 3 Par metros gerais de
162. ntre a BTS e o UE Recorrendo ferramenta de planeamento Atoll efectuou se o mesmo tipo de simula es para cada tipo de cen rio para comparar os resultados obtidos Na Figura 5 8 podemos observar a atribui o de sectores para cada tipo de cen rio Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 87 An lise de Desempenho Coverage By Transmitter Coverage By Transmitter Scenario Dense Urban Scenario Urban f TSH ft TG tar Tadd f 898 P 8500 84 a b Coverage By Transmitter Coverage By Transmitter Scenario Suburban Scenario Rural wes ww Tese 10506 o 2000 4 OO Gen ee sa c d Figura 5 8 Distribui o de sectores na ROI usando o Atoll a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural Tomando como refer ncia a Figura 5 6 podemos verificar que a distribui o efectuada pelo Atoll se assemelha bastante estimada pelo simulador Contudo nos resultados estimados pelo simulador nomeadamente no cen rio Urbano Denso verifica se alguma confus o nas cores utilizadas o que dificulta a distin o dos sinais provenientes de diferentes sectores Verifica se tamb m nos resultados das simula es efectuadas pelo Atoll a ocorr ncia de situa es onde a rea de cobertura de uma c lula afectada pelo sinal de uma outra situa o essa que n o se regista nos resultados obtidos pelo simulador Esta si
163. o Figura 3 16 Optimiza o de par metros de handover AMR Erabi Tru gt Handover True ANR False Imediato Show Live NR True gt Mostrar rela es vizinhan a durante simula o Figura 3 17 Automatiza o da cria o de rela es vizinhan a PCI ER Physical Cell Id Groups Avaliable group codes 1 168 168 dispon veis para aloca o in cial E 7 M todo de aloca o de PCI Sequencial qlee aione sequencial M nima distancia de reutiliza o 1500 Dist ncia de reutiliza o Reuse Distance Figura 3 18 Defini es de aloca o de PCI simulation Random Seed True Utilizar semente para gera o de valores pseudo aleat rios Random Seed Walie 0 Valor da semente N de TTI Transmission Time Interval para simular TTI Figura 3 19 Defini es gerais de simula o B 4 Defini es Avan adas B 4 1 Optimiza o de Handover A Figura 4 1 descreve o significado dos v rios campos do formul rio para alterar os par metros avan ados da fun o de optimiza o de handover 138 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual a E ke Handover Advanced Settings O E Sem HO Advance Optimization Settings Handover Hysteresis dBm q Valor inicial de Histerese considerado Maximum HO Hysteresis dBm 6 Valor maximo de possive
164. o Por outro lado um UE que se desloca a uma velocidade baixa sofre de uma maior flutua o no RSRP da sua c lula de servi o devido proximidade com a periferia da c lula especialmente em zonas urbanas com elevada densidade de c lulas Na primeira situa o exige se um valor de histerese baixo ao passo que na segunda situa o requere se um valor de histerese mais elevado Outra situa o que poder afectar o desempenho dos handovers diz respeito ao tipo de servi o onde tipicamente servi os do tipo Real Time RT t m mais prioridade uma vez que s o mais sens veis ao atraso quando comparados com servi os do tipo Non Real Time NRT Segundo LGKi10 para o caso de servi os RT dever ser usado um valor de histerese baixo ao passo que em servi os do tipo NRT dever ser utilizado um valor de histerese elevado Assim para 72 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas ultrapassar os constrangimentos que a velocidade e tipo de servi o do UE poder o causar na performance de handover ao valor de Histerese subtra do um determinado par metro delta calculado com base na velocidade do UE e no tipo de dados que este troca com o eNodeB O par metro delta dado por deltat vnan 1 F 1 4 5 Vmax onde v a velocidade do UE Vmax a Velocidade maxima dos UEs que s o servidos pela c lula a cada TTI e s o tipo de dados qu
165. o como o pr prio nome indica uma dist ncia de reutiliza o tida em conta de modo a evitar o aparecimento de conflitos de PCI No seguimento apresentada uma fun o de resolu o de PCI Baseado no trabalho apresentado em AFGH08 esta fun o visa atrav s dos relat rios de medidas enviados pelos UEs detectar eventuais conflitos de PCI que possam ocorrer na sequ ncia da entrada de um novo elemento de rede De seguida apresentado um algoritmo de cria o autom tica de rela es vizinhan a Este algoritmo tamb m ele baseado na interpreta o de relat rios de medidas cria rela es vizinhan a de forma autom tica conforme a necessidade do UE Finalmente apresenta se tamb m neste cap tulo um algoritmo de optimiza o de 10 http nt tuwien ac at ltesimulator Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 111 Conclus es par metros de handover Este ltimo algoritmo com base na medi o da taxa de oscila o de handover dos UEs ao nivel da c lula optimiza de uma forma continua os par metros de Histerese e TTT Time To Trigger Para al m da mobilidade dos UEs o servi o e velocidade destes tido em considera o no c lculo dos par metros de handover mais adequados Devido impraticabilidade de criar v rios cen rios atrav s de scripts ou linha de comandos tamb m apresentada uma interface gr fica que acrescenta novas potencialidades ao simulador
166. o por dois eventos carga de tr fego ou informa o de interfer ncia e informa o de handover A inicializa o do procedimento para estabelecer uma interface X2 come a com a identifica o do eNB destino da liga o Esta identifica o levada a cabo pela Automatic Neighbour Relation Function ANRF O funcionamento desta fun o sera abordado mais tarde aquando do estudo das SON 2 1 3 Interface R dio Num sistema tradicional os s mbolos s o enviados em sequ ncia atrav s de uma unica portadora cujo espectro ocupa a largura de banda dispon vel no canal Nestes sistemas para separar os canais s o inseridas bandas de guarda A t cnica de transmiss o OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing baseia se numa modula o multi portadora onde os dados a transmitir s o enviados de um modo paralelo em diversas sub portadoras espa adas entre si e cuja frequ ncia atribu da a cada uma permite que estas sejam ortogonais entre si Esta caracteristica apresenta inumeras vantagens de entre as quais uma maior efici ncia espectral maior robustez interfer ncia Inter Simb lica ISI imunidade ao efeito multi percurso entre outras Apesar das vantagens o facto de termos sub portadoras ortogonais torna este sistema mais sens vel a desvios de frequ ncia Para al m disso os sinais OFDM possuem uma elevada rela o de pot ncia de pico pot ncia m dia PAPR Peak to Average Power Ratio A Figura 2 3 ilustra o espectro de
167. o da regi o de interesse em cada um dos cen rios 86 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho Signal Level macroscopic fading Signal Level macroscopic fading 4 2886 41 60 dBm 90 dBm 4 2884 4 0995 70 dBm 100 dBm 80 dBm 110 dBm 4 0985 90 dBm 120 dBm 4 098 100 dBm 130 dBm 4 0975 4 2882 4 288 y pos m y pos m 4 2878 4 2876 4 2874 4 865 4 875 4 885 6 045 6 6 055 6 065 x pos m x 10 x pos m a b Signal Level macroscopic fading Signal Level macroscopic fading 80 dBm 4 273 4992 60 dBm 90 dBm 4 272 4 218 70 dBm 100 dB 4 271 o 4 216 _ 80 dBm E E q 4 27 110 dBm w 4214 90 dBm 4 269 420 dBm 4 212 100 dBm 4 268 4 21 130 dBm 4 267 4 208 110 dBm 140 dBm i 4 94 4 96 x pos m x om c d Figura 5 7 N vel de sinal recebido estimado usando o simulador LTE a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural Atrav s desta ilustra o vis vel a maior intensidade de sinal junto das esta es base nomeadamente na direc o de cada um dos sectores semelhan a da distribui o de sectores os diferentes valores de tilt el ctrico e mec nico traduzem se numa maior ou menor rea para um dado n vel de sinal Verifica se tamb m que os n veis de RSRP est o ligeiramente baixos o que poder ser causado pelo par metro de perdas m nimas e
168. obal System for Mobile Communications Generic Tunneling Protocol Hybrid Automatic Repeat reQuest Home Location Register Handover Handover Performance Indicator High Speed Downlink Packet Access xxviii HSS HW ICIC IMEI IMSI ISI Itf N KPI LAC LTE MAC MAPL MBMS MCCH MCH MCL MIMO MLB MME MRC MRM MRO MTCH NAS NGMN NMS NR NRT O amp M OAM Home Subscription Server HardWare Inter Cell Interference Control International Mobile Equipment Identity International Mobile Subscriber Identity Internet Protocol Inter Symbol Interference North Bound Interface Key Performance Indicator Local Area Code Long Term Evolution Medium Acces Control Maximum Allowable Path Loss Multimedia Broadcast Multicast Service Multicast Control CHannel Multicast CHannel Minimum Coupling Loss Multiple Input Multiple Output Mobility Load Balancing Mobility Management Entity Maximum Radio Combining Measurement Report Message Mobility Robustness Optimization Multicast Traffic Channel Non Access Stratum Next Generation Mobile Networks Network Management System Neighbour Relation Neighbour Relation Table Operation amp Maitenance Operation Aministration and Maitenance XXIX OFDM OFDMA OPEX PA PAPR PBCH PCCH PCEF PCFICH PCH PCI PCRF PDCCH PDCP PDN PDSCH PDSCH PUSCH P GW PHICH PLMN PMCH PN PRACH PRB PS PSC PSS PUCCH PUSCH QAM QoS Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal
169. olvido partiu do trabalho apresentado em LGKI10 no qual um algoritmo de optimiza o de histerese e TTT baseado em politicas do sistema apresentado Para avalia o deste algoritmo o autor utiliza a taxa de falhas de handover oscila o de handover e chamadas ca das Quando comparados com LGKi10 e considerando apenas o HPlI pp OS resultados obtidos atrav s do algoritmo desenvolvido revelam se bastante positivos pelo facto de apresentarem uma redu o superior no HPl pp Usando um per odo de simula o consideravelmente inferior 108 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Capitulo 6 Conclusoes Neste capitulo sao revistos os objectivos propostos para este trabalho as metodologias adoptadas e os resultados alcan ados Nesta sec o come a se por rever os principais conceitos estudados relativamente s SON e forma pela qual estes poder o alterar o paradigma de planeamento e optimiza o em redes celulares de quarta gera o Posteriormente rev se o simulador implementado bem como os algoritmos que permitiram desenvolver e analisar tr s das principais fun es das SON Finalmente analisam se os resultados obtidos para um conjunto de simula es efectuadas e prop em se as melhorias e trabalho futuro Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 109 Conclus es 6 1 Resumo Este trabalho teve como objectivo estudar o con
170. onamento do algoritmo de optimiza o propriamente dito este parte do mesmo principio descrito em TIJI10 ou seja no aumento ou diminui o peri dicas dos valores de Histerese e TTT sempre que o HPlI pp maior ou menor respectivamente que um dado limiar estabelecido atrav s das pol ticas do sistema Contudo o algoritmo desenvolvido vai mais longe na medida em que tenta continuamente garantir os melhores valores de Histerese e TTT evitando ao mesmo tempo situa es de suboptimiza o de par metros Assim se o HPI pp medido superior ao limiar m ximo estabelecido atinge se uma designada an lise de mau desempenho caso contr rio atinge se uma an lise de bom desempenho A actualiza o dos par metros de handover feita periodicamente usando um designado contador de bom e mau desempenho Cada vez que um dado TTI alcan ado os par metros de handover s o revistos Se o contador de mau desempenho atinge o TTI de ma performance o algoritmo come a por verificar se o HPI pp actual igual ao ltimo HPlypp registado aquando da ltima an lise de mau desempenho Se diferentes os valores de Histerese e TTT s o incrementados caso contr rio o algoritmo verifica se o NHO aumentou Se sim a Histerese e TTT s o incrementados se n o s o decrementados Caso o HPI pp Seja menor que o valor de HPI pp definido pelas pol ticas efectuada uma an lise de bom desempenho Se o contador de bom desempenho atinge o TTI de
171. oncluir a adi o do novo eNodeB B 5 3 Definir Cen rio Uma vez definidos os eNodeB verifique as configura es gerais A mem ria e o tempo de simula o necess rios s o dependentes da dura o da simula o TTI n mero de Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 141 Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual utilizadores complexidade do canal modelo de propaga o tipo de transmiss o resolu o do mapa e fun es de optimiza o B 5 4 Definir Regi o de Interesse Para minimizar o tempo de simula o e tornar a distribui o dos utilizadores mais eficiente o utilizador pode definir manualmente os limites da ROI Region Of Interest utilizando a fun o existente na barra de ferramentas Figura 3 6 E a i i o E ha a zji ha a os oe Has est x pres j D 4 i i L 1 i io E i F a Aun oh E Pall ay a O pah yi A Figura 5 4 Defini o manual da ROI B 5 5 Guardar Cen rio Em qualquer altura o estado do projecto poder ser guardado usando as op es dispon veis no menu File ou utilizando a barra de ferramentas Nota que o tamanho de cada projecto depende da complexidade e tempo de simula o do mesmo 142 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual B 6 An lise de Resultados
172. or Para auxiliar o processo de defini o de cada um dos cen rios para cada um destes foi calculado um ink budget tomando como refer ncia uma dada pot ncia de transmiss o Os resultados obtidos poder o ser encontrados no Anexo C A Tabela 5 1 resume o raio de c lula estimado para cada um dos cen rios usando os modelos inicialmente implementados pelo simulador e para um SINR m nimo de acesso c lula de 10 dB como sugerido por HoTo09 Os modelos de propaga o usados foram o COST 231 Extended Hata Model Rapp02 para o ambiente Urbano Denso Urbano e Suburbano e o modelo proposto em 1536942 para o ambiente Rural Tabela 5 1 Raio de c lula m dio por cen rio Modelo de Propaga o Raio de C lula m COST 231 Urban Micro 1512 COST 231 Urban Macro 3439 Sub Urbano COST 231 Suburban Macro 4190 Rural TS36942 9180 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 19 An lise de Desempenho Tal como j foi referido o simulador desenvolvido contabiliza a altitude de cada BTS incluindo a sempre que aplic vel no c lculo da atenua o de propaga o Contudo para evitar situa es onde a altura dos edif cios pouco homog nea ou o terreno irregular foram escolhidas localiza es cujas caracter sticas minimizam as situa es anteriores e da tornam a representa o de cada cen rio no simulador mais fidedigna Assim para o cen rio Urbano Denso optou se
173. or Channel PCFICH informa o UE do n mero de simbolos OFDM que s o usados no canal PDCCH e Physical Downlink Control Channel PDCCH Transporta informa o relativa a formato dos canais de transporte DL SCH e PCH formato H ARQ no DL SCH formato atribui o de recursos e informa o de H ARQ relativa ao UL SCH 18 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte e Physical Hybrid ARQ Indicator Channel PHICH Transporta o HARQ de ACKNOWLEDGE e NOT ACKNOWLEDGE ACK NAK associado com as transmiss es de dados em uplink e Physical Downlink Uplink Shared Channel PDSCH PUSCH transporta os canais de sincroniza o no SCH e UL SCH bem como informa o de PCH e Physical Uplink Control Channel PUCCH transporta o HARQ para as transmiss es em downlink agendamento e indicador de qualidade de canal Channel Quality Indicator CQI e Physical Random Access Channel PRACH Transporta os pre mbulos de acesso que s o enviados pelo UE 2 1 5 Codifica o Modula o e Multiplexagem Para melhorar a transmiss o com desvanecimento intenso o LTE recorre ao Convolutional Turbo Coding CTC para a codifica o de canal Para combater as rajadas de erros em ambientes multi percurso a informa o de canal codificada passa por um processo de interleaving de modo a espalhar os erros no tempo Atrav s do interleaving aumentam se as hip teses de cor
174. ovembro 2011 Esta p gina foi deixada intencionalmente em branco Agradecimentos A realiza o deste trabalho n o seria poss vel sem o apoio colabora o e compreens o das pessoas que s o dispostas de seguida A todos eles gostaria de exprimir a minha enorme gratid o e reconhecer lhes o elevado contributo que deram concretiza o deste trabalho o Instituto de Telecomunica es pelo interesse e apoio que deu no desenvolvimento e divulga o deste trabalho Celfinet e em especial ao Eng Lu s Varela pela compreens o e apoio que deu ao longo da realiza o deste trabalho Vodafone Portugal e em especial ao Eng Carlos Caseiro Eng Raul Almeida e Eng Lu s Chaves que tornaram poss vel contributo desta neste trabalho Ao Eng Pedro Vieira pela oportunidade orienta o amizade e acima de tudo pela confian a que transmitiu desde o primeiro contacto Ao Eng Ricardo Reis pelo apoio e incentivo que transmitiu desde os primeiros passos desta longa caminhada Janice Ferreira pela enorme compreens o paci ncia e ajuda que deu e que toda a diferen a fez nos momentos mais dif ceis minha m e Olinda Louren o por a partir de t o pouco ter feito tanto por mim e tornar me no homem que sou hoje Ao Carlos Sousa por em poucas palavras me ter dado um novo f lego na recta da meta A todos aqueles que n o foram mencionados acima mas que de forma directa ou indirecta contribuiram pa
175. p ePPed car 3 12 Nacceptable call Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 51 Capitulo 4 Simula o de Redes Auto Geridas Neste cap tulo descreve se um conjunto de fun es implementadas que permitem simular algumas das funcionalidades SON descritas no cap tulo anterior Este cap tulo come a por apresentar o System Level Simulator of LTE Networks do Institute of Communications and Radio Frequency Engineering da Universidade Tecnol gica de Vienna Austria TU WIEN o qual tido como a base para o desenvolvimento das fun es SON pretendidas Posteriormente decrevem se as fun es de atribui o detec o e resolu o de PCI ANR e optimiza o de handover implementadas com especial aten o aos algoritmos desenvolvidos Finalmente apresenta se uma interface gr fica que permite a interac o do utilizador com o simulador http nt tuwien ac at ltesimulator Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 53 Simula o de Redes Auto Geridas 4 1 System Level Simulator of LTE Networks o longo do processo de normaliza o do LTE v rios simuladores t m vindo a ser desenvolvidos por fabricantes e operadoras m veis Para al m de empresas algumas institui es acad micas t m vindo igualmente a desenvolver simuladores LTE Um caso pr tico de um simulador LTE desenvolvido em ambiente acad mico o Sy
176. para outro e HSS Home Subscription Server cont m informa o necess ria autentica o do UE A Figura 2 2 seguinte ilustra o relacionamento logico entre as entidades anteriormente referidas Serving Figura 2 2 Arquitectura EPS SeTo09 No que toca s interfaces presentes na arquitectura da Figura 2 1 a interface S1 interliga o eNB ao EPC e dividida em duas partes plano de utilizador e plano de controlo No plano de utilizador S1 U S1 User Plane Interface esta interface transporta os dados do eNB para o Serving GW A estrutura do protocolo usado nesta interface semelhante usada pelo UMTS e baseia se na pilha protocolar GTP Generic Tunneling Protocol UDP User Datagram Protocol IP No plano de controlo a interface S1 S1 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 11 Estado da Arte Control Plane Interface baseia se no protocolo SCTP Stream Control Transmission Protocol sobre IP SCTP IP O SCTP usado por ser um protocolo com garantia de servi o muito similar ao TCP Transmission Control Protocol A interface X2 como j foi referido usada para interligar eNB s e usa os mesmos protocolos que a interface S1 quer para o plano de utilizador quer para o plano de controlo A interface X2 pode ser estabelecida quando existe necessidade de dois eNB trocarem informa o entre si O estabelecimento da interface X2 poder ser despoletad
177. pela zona urbana de Lisboa mais concretamente pela zona metropolitana situada na Freguesia de Nossa Senhora de F tima Para o cen rio Urbano optou se pela cidade de Olh o Para o cen rio Suburbano optou se pela Freguesia de Fern o Ferro Seixal Finalmente para o cen rio Rural optou se pelo Munic pio de Ferreira do Alentejo Beja Por quest es de simplifica o as perdas relativas a cabos s o desprezadas seguindo o princ pio da m nima atenua o entre a BTS e o UE sugerido por 7536942 e j apresentado no cap tulo anterior o qual adoptado pelo TU WIEN na vers o original do simulador LTE O valor de tilt el ctrico e mec nico de cada esta o tem como base o utilizado pela rede real sendo este tido em considera o no c lculo do diagrama de radia o das antenas pelo simulador Todas as BTS est o equipadas com antenas single band do fabricante Kathrein modelo K80010681 No que diz respeito ao posicionamento dos UEs este feito de uma forma aleat ria n o havendo restri es sua localiza o A cada simula o s poder ser definido um dos seguintes ambientes para os UEs Deep Indoor Indoor In Car e Outdoor A cada BTS s o atribu dos no m ximo 10 utilizadores por sector devido aos elevados recursos computacionais necess rios As sec es que se seguem descrevem a parametriza o geral adoptada para cada cen rio Toda a parametriza o espec fica de cada simula o descrita aquando da rea
178. portar as medidas efectuadas quer da sua c lula de servi o quer das c lulas vizinhas Atrav s das medidas da pr pria c lula o eNodeB avalia o n vel de cobertura e compara o com o das c lulas vizinhas O UE pode reportar dois tipos de medidas no processo de avalia o da c lula candidata e Reference Signal Received Power RSRP que representa a pot ncia m dia medida pelo UE Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 45 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE e Reference Signal Received Quality RSRQ que representa a qualidade do sinal de refer ncia que o UE recebe da c lula candidata O trigger de handover intra frequ ncia pode ser configurado para reagir pelo valor do RSRP ou RSRQ ou ambos Se o eNodeB identificar uma c lula vizinha candidata cujas caracter sticas de cobertura superam as da c lula de servi o ent o o procedimento de handover iniciado O eNodeB come a por enviar a mensagem X2 AP Handover Request para o eNodeB destino usando para isso o ECGI da c lula destino Cada c lula vizinha identificada pelo seu PCI n o sendo necess rio ao UE reportar o ECGI respectivo uma vez que em princ pio existe na base de dados do eNodeB uma rela o vizinha com a c lula reportada Caso estejamos perante um cen rio onde a fun o ANR esta activa o eNodeB n o ter em princ pio nenhuma rela o vizinha na sua base de dados sendo portanto necess rio solicita
179. qu ncia entre sectores Partiu se tamb m do princ pio que dois eNodeB relativamente pr ximos e com o mesmo Physical Identity Group n o possuem necessariamente todos os sectores a interferirem uns com os outros 4 2 3 Cria o Autom tica de Rela es Vizinhan a Tomando como ponto de partida o trabalho realizado em AFGHOS foi desenvolvido um algoritmo que partindo do System Level Simulator of LTE Networks permite simular o funcionamento da fun o ANR para um cen rio de handover intra frequ ncia entre eNodeB da mesma MME Tal como proposto pelo 3GPP 1536300 o algoritmo baseia se na constru o de uma NRT com base nas c lulas que s o reportadas por cada UE quer seja pelo envio peri dico ou por evento do relat rio de medidas Para tornar cada UE capaz de dispoletar eventos que o permitam reportar medidas foram feitas altera es de modo a possibilitar lhe efectuar a cada TTI a medi o do RSRP da sua c lula e das c lulas vizinhas e com base nos valores obtidos criar eventos Por outro lado ao n vel do eNodeB tornou se necess rio conferir a este a capacidade de analisar os relat rios de medidas enviados por cada UE e com base neles responder com mensagens de reconfigura o Ali s no sector de cada eNodeB que se centra a Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 63 Simula o de Redes Auto Geridas fun o ANR respons vel por adicionar ou remover NR
180. r posteriormente ao UE o ECGI da c lula reportada Ap s aplica o do algoritmo de admiss o o eNodeB destino sinaliza o eNodeB origem com a informa o necess ria ao UE usando a mensagem X2 AP Handover Acknowledge Entre outra informa o esta mensagem cont m a mensagem RRC Connection Reconfiguration encapsulada que ser enviada pelo eNodeB origem ao UE para que este ultimo se possa ligar ao eNodeB destino Uma vez concluida a sincroniza o com a c lula destino o UE sinaliza o eNodeB destino da conclus o do handover atrav s da mensagem RRC Connection Reconfiguration Complete A Figura 3 2 resume de um modo geral o processo de handover intra frequ ncia intra MME John10 46 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Planeamento e Optimiza o em Redes LTE UE Source eNB Target eNB MME Serving Gateway 1 RRC Connection Reconfiguration 2 RRC Connection Reconfiguration Complete 3 Measurement Report 4 Handover Decision 5 Handover Request 6 Admission Control gt 7 HO Request Ack y uojgeJedaJdq JSAopueH HO Command 8 RRC Connection RRC Connection Reconfiguration Reconfiguration a 9 SN Status Transfer N Forward User Plane Data e O O O O M M I o 2 10 Buffer Packets O lt D gt 5 Synchronisation u D e
181. ra 3 1 Processo de Planeamento Celular 00 cccccccsssesccnsseccensnsecensssesensanesensenesenseaes 36 Figura 3 2 Processo de HO Intra Frequ ncia Inter eNodeB Intra MME 47 Figura 4 1 Esquema de blocos do LTE System Level Simulator IWRu10 54 Figura 4 2 Exemplo de um cen rio de simula o usando o LTE System Level Simulator Figura 4 3 Estrutura da matriz de atenua o usada pelo LTE System Level Simulator 56 X X Figura 4 4 Processo de comunica o entre UE e eNB usado pelo LTE System Level SIENA DOR nisi es acacia apd edb clap cel ch ig de de perenne 57 Figura 4 5 Algoritmo de detec o a e resolu o b de PCI atrav s da fun o ANR 62 Figura 4 6 SGPP LTE Handover Procedure TS36300 erraram 65 Figura 4 7 Fluxo de mensagens trocado no algoritmo ANR proposto 67 Figura 4 8 Sinaliza o entre eNodeB e UE durante o processo de handover em cada Tlie detention PE EA E EE AA A EAE ao A A A o Ra E dese eect 68 Figura 4 9 Algoritmo de Actualiza o da NR ccccsscccnsseeeccnenecenseessnenessnsnesanenensnenesanes 68 Figura 4 10 Fluxograma do algoritmo ANR reter eera arara nara ara nara nao 69 Figura 4 11 Algoritmo de detec o de oscila o de handover reter 70 Figura 4 12 Algoritmo de controlo de oscila o de handover emma 72 Figura 4 13 Interface gr fica do
182. ra a realiza o deste trabalho A todos eles o meu obrigado Abstract The aim of this work is to evaluate the benefits of the Self Organizing Networks SON with regard to planning and optimization in Long Term Evolution LTE networks not only through its study but also through the development and testing of algorithms that assess the functioning of some of its main functions The accomplished study on SON allowed the identification of a set of functions such as automatic Physical Cell Id PCI assignment Automatic Neighbour Relation ANR and automatic handover parameter optimization that can ease or even replace some of the most common tasks in mobile network planning and optimization in particular LTE networks Using an open source Matlab based LTE simulator available for academic research a set of algorithms which allow the implementation of the functions in question were developed In addition to the implemented functions a set of changes which give this simulator the ability to represent and simulate real networks were also introduced allowing a more coherent analysis of the developed algorithms The obtained results beyond clearly showing the benefit of the developed algorithms were also compared with those obtained by the professional planning and optimization tool Atoll verifying a close performance level in some functions Finally a graphical interface was developed that allows the design config
183. ral o planeamento de frequ ncias usando um factor de reutiliza o de 1 aliado a m todos de coordena o de interfer ncia dever ser o caminho a seguir de modo a tirar maior partido da capacidade do LTE 3 1 2 4 Rela es Vizinhan a Ao contr rio da UTRAN WCDMA na E UTRAN dependendo se existe ou n o uma liga o RRC com a rede os UES possuem apenas dois estados RRC CONNECTED e RRC IDLE No estado RRC IDLE o UE monitoriza o canal de paging para detectar eventuais tentativas de chamadas da rede adquire informa o do sistema efectua medidas nas suas c lulas vizinhas e efectua re selec o das mesmas 1536304 No estado RRC CONNECTED o UE recebe transfere dados de para a rede Para isso monitoriza os canais de controlo que est o associados com os canais de dados para determinar se existem dados para receber e fornece informa o da qualidade do canal ao eNodeB de servi o Tamb m neste estado o UE efectua medidas nas suas c lulas vizinhas e reporta estas ao seu eNodeB de servi o com base na sua configura o No mbito deste trabalho para o estudo de mobilidade dos UEs por imposi o do simulador LTE adoptado e o qual ser descrito no cap tulo 4 ser apenas focado o estado UE RRC CONNECTED 3 1 2 4 1 Mobilidade LTE em RRC CONNECTED No estado RRC CONNECTED o UE mant m uma comunica o activa com a rede Ao contr rio do estado RRC IDLE onde o UE quem assume o controlo no processo de re sele o de
184. rec o de erros nos s mbolos transmitidos Quanto modula o esta dependente das caracter sticas do canal Com base em medidas efectuadas o UE envia o Channel Quality Indicator CQI ao eNB com base no CQI que o eNB escolhe o esquema de modula o que mais se adapta s condi es do canal Os esquemas de modula o poss veis v o desde o QPSK Quadrature Phase Shift Keying com dois bit por cada s mbolo e 64 QAM Quadrature Amplitude Modulation com seis bits por cada simbolo No LTE a codifica o e modula o adaptativa AMC implementada em uplink e downlink de acordo com as condi es do canal Desta forma o esquema de modula o e codifica o alterado automaticamente consoante as condi es do canal Finalmente os esquemas de multiplexagem baseados em multi portadora revelam se eficazes na mitiga o da interfer ncia de banda estreita e efeitos provocados pelo multi percurso Neste campo o LTE recorre ao OFDMA para transmiss o downlink e SC FDMA para o uplink tal como j foi referido anteriormente Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 19 Estado da Arte 2 1 6 T cnicas de Antenas Multiplas Uma das principais tecnologias introduzidas com as primeiras especifica es do LTE nomeadamente da E UTRAN foi o modo de opera o MIMO que introduziu os conceitos de multiplexagem espacial beamiorming e diversidade de transmiss o Neste esquema de transmi
185. recursos o eNodeB origem transmite ao eNodeB destino toda a sua NRT 62 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas Nesta fase o eNodeB de destino come a por comparar as NR da c lula origem com as suas Se for identificado um par de NR pertencente a ambas as c lulas cujo PCI id ntico mas o ECGI diferente ent o concluiu se desta forma que existe um outro conflito de PCls Uma vez identificado um conflito de PCI d se in cio ao algoritmo de resolu o Na fase de resolu o do conflito de PCI semelhan a do processo anterior o eNodeB sector de destino come a por reunir as NR das c lulas vizinhas e vizinhas das vizinhas S o reunidos os PCls de todas as NR e com base nestes gerado um novo PCI que ser atribu do c lula conflituosa Uma vez gerado e atribu do o novo PCI todas as NR das c lulas vizinhas s o percorridas e actualizadas com a informa o do novo PCI atribu do Nota que o processo de resolu o de conflitos entre PCls atribui apenas um novo PCI c lula conflituosa e n o um novo Physical Identity Group ao eNodeB Esta op o foi tomada para minimizar o n mero de interrup es de transmiss o entre eNodeB e UE ou seja per odos em que as c lulas teriam de mudar de PCI Contudo numa situa o real a aloca o de um novo Physical Identity Group dever ser considerada de modo a manter a coer ncia nos desvios de fre
186. recursos de HW necess rios Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 75 Cap tulo 5 Analise de Desempenho Neste cap tulo feita uma an lise de desempenho aos algoritmos expostos no cap tulo 4 utilizando o simulador LTE desenvolvido Com base num conjunto de cen rios reais com diferentes ambientes de propaga o e com diferentes configura es realizado um conjunto de simula es que permitem analisar o funcionamento e desempenho de cada um dos algoritmos desenvolvidos em diferentes circunst ncias Este cap tulo come a com uma an lise cobertura obtida pelo simulador para cada um dos cen rios a qual comparada com a obtida atrav s da simula o dos mesmos usando a ferramenta de planeamento e optimiza o celular Atoll Posteriomente analisado o desempenho individual de cada uma das fun es desenvolvidas tendo como base da mesma forma os resultados obtidos atrav s da simula o das mesmas utilizando a ferramenta Atoll No caso particular da fun o de optimiza o de handover esta ser avaliada tendo como base um conjunto de dados estat sticos recolhidos de uma rede real GSM Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 77 An lise de Desempenho 5 1 Ferramenta de Planeamento e Optimiza o Atoll O Atoll um software escal vel multi tecnologia de desenho e optimiza o de redes RF O Atoll suporta um
187. ribu do Quanto ao TTT verifica se que este maior nos cen rios Urbano Denso Urbano e Rural quando comparado com o obtido pelo cen rio Suburbano No caso do TTT de esperar um maior valor nos cen rios Urbanos dado que estes pelas condi es de propaga o est o mais sujeitos a oscila o de handover O facto do cen rio Rural ter recebido um TTT t o elevado deve se essencialmente como j foi anteriormente referido ao menor n mero de itera es que s o efectuadas pelo algoritmo de optimiza o devido menor densidade de utilizadores Se o n mero de itera es fosse controlado seria de esperar um menor TTT no cen rio Rural Como foi descrito no cap tulo anterior o algoritmo desenvolvido contabiliza para al m do HPlypp tamb m a velocidade e tipo de servi o dos UEs para optimizar os par metros de handover Para verificar qual o desempenho do algoritmo nestas condi es foram realizadas simula es com os cen rios Urbano Denso e Rural usando diferentes velocidades e tipos de servi o No que diz respeito aos servi os foi considerado o HTTP para servi os do tipo NRT e VolP para servi os RT No que diz respeito velocidade considerou se que os UEs poder o circular a velocidades aleat rias de 3 60 e 120 Km h As Figura 5 23 e Figura 5 24 ilustram os resultados obtidos para cada situa o sem e com optimiza o respectivamente Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assente
188. riz final de atenua o entre o eNodeB e o UE utilizando a equa o Pathlossrota Max Pathloss Gr Gry MCL 4 1 onde Gr a matriz de ganho do emissor Gp O ganho do receptor que tido como O dB e MCL Minimum Coupling Loss que corresponde ao valor de perdas m nimo que dever existir entre o transmissor e o emissor incluindo perdas nos cabos splitters etc Ser com base nesta matriz de atenua o que cada UE ir calcular a sua pot ncia recebida utilizando a seguinte equa o Pwrpy Pwrry Pathlossrotai 4 2 onde Pwrp a pot ncia do receptor Pwr a pot ncia do transmissor e Pathlossrsora a atenua o total entre o emissor e o receptor Uma vez terminada a cria o de cada eNodeB procede se cria o de uma designada matriz sector A cada ponto x pos y pos da matriz de atenua o anteriormente calculada corresponde uma dada atenua o e a qualquer UE que esteja localizado nesse ponto ser atribu do um determinado eNodeB e sector A Figura 4 3 ilustra a estrutura da matriz sector calculada antes de cada simula o atrav s do Link Budget especificado pelo utilizador A Y pos eNodeB E ad sector X_pos v pathloss Figura 4 3 Estrutura da matriz de atenua o usada pelo LTE System Level Simulator 56 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas Desta forma
189. rreas etc Uma vez estabelecida a liga o com a C lula B enviado uma mensagem de RLF para a c lula A alertando a para o HO mal sucedido lee CellA X radio link failure Cell B XO SS Ae XK XS SS Devido ao rapido movimento e ma parametrizagao de HO o UE deixa a c lula origem antes do inicio do processo de HO Figura 1 4 Cen rio de atraso de handover 1S32521 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 125 Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON e Too Early HO Considerando o exemplo da Figura 1 5 o processo de handover poder ser despoletado quando o UE entra numa zona coberta pela c lula B dentro da zona de cobertura da c lula A Quando isto acontece a c lula B poder enviar uma mensagem de HANDOVER REPORT a c lula A indicando a ocorr ncia de um Too Early HO quando recebe uma mensagem de RLF INDICATION da c lula A e quando a c lula B enviou a mensagem de UE CONTEXT RELEASE para a c lula A indicando a conclus o do HO para o mesmo UE nos ltimos segundos de Tstore UE cntxt Este cen rio t pico de zonas urbanas onde a cobertura das c lulas fragmentada O eg CellA X HO failure Cell Bi SSSI SSE ASSES RAE gS v A Ss EA SZ S EEE SSK E Lx gt Z XX Zs Z SOL LS RZ IE Sea XX EDS ox NA h o Ilha de cobertura da c lula B
190. rrenas 91 Figura 5 12 Atribui o autom tica de PCI usando o m todo da minima dist ncia de reutiliza o 1000 m a Usando 168 grupos de PCI dispon veis b Usando 4 Qrupos PCI GISDONIVEIS vscnseonsdocsvortuancuantuassuantandroublandcousdousnoubdandvensdatevantdaes 92 Figura 5 13 Atribui o autom tica de PCI usando o m todo da minima dist ncia de reutiliza o com 4 grupos de PCI a Dist ncia de reutiliza o 1500 m b Dist ncia de reutiliza o 2000 M a 98 Figura 5 14 N mero de UEs Bloqueados e N mero de Handovers a 10 UE sector b EO E SCCO ms ee ee POR Ee PO nee eet REE PSA AS 94 Figura 5 15 Aloca o de PCI a Cen rio com 10 Utilizadores C lula b Cen rio com 20 CN ZAC OVE S O Paa O ead nine ete eines 95 Figura 5 16 N mero de UEs Bloqueados e N mero de Handovers a 10 UE sector b CODE SCCO a TO ado ORE TPR OT TCT IE a E 96 Figura 5 17 Aloca o de PCI a Cen rio com 10 Utilizadores C lula b Cen rio com 20 Uillizadores Cela sie a Gen tas bao ROSE do dia cs ERAS 97 Figura 5 18 N mero de Handover e Taxa de Falha de Handover m dios a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano temer erae terra eraataana 98 Figura 5 19 Numero de Handover e Taxa de Falha de Handover m dios a Cen rio Suburbano b CON ANO TAN isa TAATA O 99 Figura 5 20 Compara o da predi o de vizinhas efectuada entre o Atoll e o SIAO ee SR Rd Ree NES eN TENSE RTe Re De
191. s Nesta segunda parte identificam se os requisitos analisa se a arquitectura e descreve se o seu funcionamento atrav s de casos de estudo propostos pelo 3GPP 3 Generation Partnership Project e Capitulo 3 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE Neste cap tulo analisam se as principais diferen as que s o introduzidas no processo de planeamento e optimiza o nas rede E UTRAN e a forma como as SON poder o auxiliar esse mesmo processo e Cap tulo 4 Simula o de Redes Auto Geridas Neste cap tulo apresentado um simulador LTE e um conjunto de fun es que a partir do primeiro implementam tr s das mais importantes funcionalidades das SON no processo de planeamento e optimiza o em redes E UTRAN e Capitulo 5 An lise de Desempenho Neste cap tulo s o testadas as funcionalidades SON implementadas e descritas no cap tulo 4 Atrav s da apresenta o de v rios casos de estudo analisado o funcionamento e desempenho das fun es implementadas e Capitulo 6 Conclus es Neste cap tulo s o apresentadas as conclus es e algumas propostas de trabalho futuro partindo do trabalho desenvolvido http www 3gpp org 4 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Introdu o 1 4 Artigos Publicados As t cnicas desenvolvidas e os resultados obtidos durante a realiza o deste trabalho permitiram a publica o dos seguintes artigos Carvalho M
192. s efectuadas por cada UE que contribuem para o c lculo do HPlypp 4 2 4 1 Detec o de Oscila o De modo a detectar a ocorr ncia de um handover por oscila o cada c lula mant m um hist rico de todos os utilizadores que foram alvo de handover Sempre que inicializado um handover de um dado UE a c lula de servi o que despoletou o seu in cio guarda o ID deste que num caso pr tico poder ser o International Mobile Subscriber Identity IMSI ou International Mobile Equipment Identity IMEI do equipamento e o TTI no qual o evento ocorreu Sempre que uma c lula recebe um novo utilizador por handover o algoritmo apresentado na Figura 4 11 aplicado Nesta figura o n mero de handovers NHO sempre incrementado quando um UE recebido Se o UE existe na lista de UE que foram recentemente alvo de handover o algoritmo verifica quanto tempo passou Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 69 Simula o de Redes Auto Geridas desde o seu ltimo handover ou seja verifica o n mero de TTIs que passaram desde ent o Se o numero de TTIs que separa o primeiro handover do segundo for inferior a um determinado periodo cr tico Terit O numero de handovers por oscila o incrementado NHopp Start Ping Pong Detection NHO NHO 1 Belongs to No Previously Handed User List current TTI handoff TTI lt Tcri NHOpp NHOpp 1 End
193. s em LTE 103 An lise de Desempenho Taxa de Oscila o de Handover HTTP Cen rio Urbano Denso Li RR iai pres oat aid io ra a de eras ie at ia one O ee ee cate ee Quad ee ene Dada i bee 85 F aaa T mar a e a T cr rier a do LAE cd D aoe ese eee co a Po e i i i 75 E E A A ae uia A Baal aa danado je T0 ET a E E SEE J a EN E A O sete T 3 Km h i i i cotf i E 60kmh i ii id i 120 Km h i ssh 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TTI a b Taxa de Oscila o de Handover VolP Cen rio Urbano Denso Taxa de Oscila o de Handover VolP Cen rio Urbano Denso 95 a Dre Dos oC o Eyes Pe ii ee 0 90 bei did e 3kKmh E 60 Km h tee tal 120 Km h pe malaria abate SRD d BELa Aged da mobi id N a S O m ey aes a ee ee a ee a a ca e Fi e ps o aa dd dead caido alada Cada Ea i ad daca 65 7 i ee ens eae t i sa E E amp D L J E eee E CO E E O RR E c d Figura 5 23 Taxa de oscila o de handover no cen rio Urbano Denso a HTTP sem optimiza o b HTTP com optimiza o c VolP sem optimiza o e d VolP com optimiza o As Tabela 5 12 e Tabela 5 13 ilustram os ganhos em percentagem obtidos com a aplica o do algoritmo de optimiza o em cada uma das situa es de servi o e velocidade do UE Tabela 5 12 Percentagem de redu o de HPI pp para cen rio Urbano Denso 3 Km h 60 Km h 120 Km h H
194. segmenta o e reconstru o de pacotes IP para transmiss o pelo link r dio retransmiss o em caso de erro e reorganiza o para o uso de Hybrid Automatic Repeat reQuest HARQ e Medium Acces Control MAC respons vel pela multiplexagem dos dados da interface r dio Para o plano de controlo temos a sinaliza o entre UE eNB e MME Todas as decis es de mobilidade s o levadas a cabo pelo eNB mas o MME tamb m actua quando esta ocorre entre eNB diferentes atrav s da camada NAS que permite sinaliza o entre o UE e o MME Figura 2 7 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 15 Estado da Arte SS SS SS SS SS is mo fu me cm SS SSS SSS SS SSS SSeS SSS SS SS Ss DDS SS SS SS SS SSS UE eNB MME NAS Los NAS RRC c RRC PDCP le S PDCP RLC RLC PHY le PHY l E ENTE MENEMENE SE NEME NESE PE do Ne Np 1E ee RA OOE DE ee ee ee ee I E EE EEEO CEOE ODE E Figura 2 7 Pilha Protocolar para o plano de controlo TS36300 2 1 4 1 Canais L gicos Atrav s de canais l gicos a interface MAC troca informa o com a camada RLC Os canais l gicos podem ser divididos em canais de controlo para o transporte de sinaliza o e canais de tr fego para o transporte de dados do utilizador O conjunto de canais de controlo e Broadcast Control Channel BCCH Usado para difus o da informa
195. setection Segundo FeSe08 a altera o do Qhyst ira influenciar a escolha entre a c lula de servi o e todas as outras c lulas vizinhas Uma vez que se pretende controlar a carga entre c lulas adjacentes prop e se a altera o do Qoffset n A 1 3 Coordena o de Interfer ncia Inter C lula O alcance dos d bitos anunciados no LTE depende de entre outros factores de uma densa reutiliza o do espectro electromagn tico e por conseguinte de uma gest o eficiente da interfer ncia inter c lula De modo a tirar partido da totalidade do espectro dispon vel e reduzir a complexidade no planeamento de frequ ncias poder o ocorrer casos onde as redes LTE usar o um factor de reutiliza o de 1 Contudo com o uso de um factor de reutiliza o de 1 a interfer ncia na periferia das c lulas ir ser consider vel o que poder conduzir a d bitos e n veis de QoS insatisfat rios O SINR uma das m tricas de desempenho que relaciona o n vel de sinal recebido por um utilizador e o n vel de sinal interferente O Inter Cell Interference Coordination ICIC em especifica o pelo 3GPP um conjunto de t cnicas que visa a mitiga o dos efeitos provocados pela interfer ncia inter c lula de modo a aumentar a performance dos canais comuns PDSCH e PUSCH Em OFDM a interfer ncia inter c lula ocorre quando existe uma colis o entre RBs Devido ao factor de reutiliza o unit rio qualquer RB est dispon vel para transmiss o
196. seus componentes B 3 2 Componentes B 3 2 1 Menu Principal As figuras que se seguem ilustram as v rias op es dispon veis no menu principal correspondente ao ponto A da Figura 3 1 134 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo B The Self Organizing LTE Network Simulator User Manual Cre New p gt Criar Novo Projecto Open Abrir Projecto Close gt Fechar Projecto Actual Save Salvar Projecto Save As Salvar Projecto Como Save Image As Salvar uma imagem com o mapa e seus objectos Importar um mapa GeoTif Exit J Fechar Aplica o Import Map p gt Figura 3 2 Op es do menu File Edit Settings Automatic gt Editar defini es avan adas da fun o ANR Neihbour Relation Handover Editar defini es avan adas da fun o de Optimization optimiza o de Handover Figura 3 3 Op es do menu Edit Results Predictions Signal Levels D N vel de sinal recebido In Map In Figure PCI Assignment Atribui o de PCI In Map In Figure Neighbour Neighbour Relation p Listar rela es vizinhan a Removed Neighbour Rela es vizinhan a removidas Neighbour Counters Contadores de handover Handover Chart Handover Handover Oscillation Rate Handover Oscil
197. simula o para o cen rio Urbano 83 Tabela 5 4 Par metros gerais de simula o para o cen rio Suburbano 84 Tabela 5 5 Par metros gerais de simula o para o cen rio Rural 85 Tabela 5 6 Resolu o de PCI Par metros de SIMUIAGGO ccccccceeccseecseecsnseeeessneees 94 Tabela 5 7 Resolu o de PCI Algoritmo Optimizado Par metros de simula o 96 Tabela 5 8 ANR Par metros de simula o teta rena rera era nera era aaanano 98 Tabela 5 9 Optimiza o de Handover Par metros de Simula o 101 Tabela 5 10 Percentagem de redu o do HPIHPP terrena arara aereas 103 Tabela 5 11 Histerese e TTT ap s optimiza o 11 1ccccccccveccneecceeecnseceeesseseeseceeessnssenees 103 Tabela 5 12 Percentagem de redu o de HPIHPP para cen rio Urbano Denso 104 Tabela 5 13 Percentagem de redu o de HPIHPP para cen rio Rural 106 Tabela 5 14 Valores optimizados de Histerese e TTT para cada tipo de cen rio PDI A NE RENO TORRE DR RN RR RDNS O ERR SD RR 106 Tabela 5 15 Par metros de handover e simula o da rede real GSM 107 xxiii ndice de Equa es Equac o 2 Physical Ce segs EE E E E E 30 Equa o 3 1 Link Budget para o canal de uplink eee eeererrre era erre rrenan 38 Equa o 3 2 Pot ncia de transmiss o do UE por RB terre tarerareneram 38 Equa o 3 3
198. simulador LTE erra erra aerea narra errana 74 Figura 5 1 Exemplo de um workspace LTE no AtollP terrenas 78 Figura 5 2 Cen rio de refer ncia para ambiente de propaga o Urbano Denso 81 Figura 5 3 Cen rio de refer ncia para ambiente de propaga o Urbano 82 Figura 5 4 Cen rio de Refer ncia para ambiente de propaga o Suburbano 83 Figura 5 5 Cen rio de refer ncia para ambiente de propaga o Rural 84 Figura 5 6 Distribui o de sectores na ROI a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural cccccccecceeeccneeneeeseeseeneesees 86 Figura 5 7 Nivel de sinal recebido estimado usando o simulador LTE a Cenario Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural 87 Figura 5 8 Distribui o de sectores na ROI usando o Atoll a Cen rio Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural 88 Figura 5 9 Nivel de sinal recebido estimado usando o Atoll a Cenario Urbano Denso b Cen rio Urbano c Cen rio Suburbano d Cen rio Rural 89 Figura 5 10 Exemplo para uma aloca o de PCI usando uma dist ncia m nima de rouza cao CO OD I usas ias io Ss nana ie 91 XX Figura 5 11 Atribui o autom tica de PCI usando o m todo sequencial a Usando 168 PCI dispon veis b Usando 4 PCI dispon veis te
199. ss o os sinais das antenas de transmiss o TX s o combinados com os sinais das antenas de recep o RX de tal modo que a qualidade da liga o quantificada pelo BER Bit Error Rate e d bito da liga o bps atribu dos a cada utilizador s o aumentados No transmissor v rios fluxos de s mbolos s o gerados com um determinado grau de redund ncia Cada um destes fluxos mapeado numa antena do conjunto de m ltiplas antenas de transmiss o No receptor os multiplos sinais s o capturados por uma ou mais antenas e s o desmodulados e desmapeados a fim de recuperar a mensagem original O MIMO pode operar em tr s modos Multiplexagem Espacial Diversidade e Pr Codifica o O princ pio b sico por detr s da multiplexagem espacial est no envio simult neo de diferentes fluxos de dados do utilizador atrav s de m ltiplas liga es em paralelo de modo a aumentar a capacidade do sistema Neste mecanismo um canal MIMO composto por M antenas de transmiss o e N antenas de recep o forma MxN liga es poss veis eventualmente estatisticamente descorrelacionadas entre o emissor e o receptor ver Figura 2 10 Nesta situa o poss vel fornecer uma protec o MxN vezes maior ao efeito de desvanecimento multi percurso em compara o a uma situa o de mono antena M N 1 SISO Single Input Single Output N transmitting antennas M receiving antennas 0010110 Pec Ta E 0010110 MIMO transmitter eae O e aaa MIMO rece
200. stem Level Simulator of LTE Networks Este simulador do tipo como o pr prio nome indica System Level implementado em Matlab permite auxiliar a tarefa de dimensionamento de capacidade de uma rede ao possibilitar o c lculo das distribui es de erros d bitos m ximos alcan veis etc IWRu10 4 1 1 Arquitectura do System Level Simulator A Figura 4 1 ilustra os v rios blocos que comp em o System Level Simulator of LTE Networks proposto pelo TU WIEN IWRu10 base station deployment antenna gain pattern tilt azimuth i network layout Interference structure macro scale fading antenna gain shadow fading mobility management y gt lt link measurement a traffic model Fadel lt micro scale fading l gt lt resource scheduling strategy precoding y power allocation strategy link performance a link adaptation model strategy y y y troughput error rates error distribution Figura 4 1 Esquema de blocos do LTE System Level Simulator IWRu10 Os blocos essenciais que comp em este simulador s o o Link Measurement Model respons vel pela adapta o da liga o e pela atribui o de recursos e o Link Performance Model respons vel por determinar o Block Error Rate BLER IWRu10 Para o Lin
201. timiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 99 An lise de Desempenho Predi o de Rela es Vizinhan a Atoll vs Simulador 200 180 172 a 160 Ea m Soma de oo il atol rare E Soma de oL Ma o Estimadas o O oe Simulador 2 di zz o Soma de 50 E EN Partilhadas E mM o o Rural Suburbano Urbano Urbano Denso Figura 5 20 Compara o da predi o de vizinhas efectuada entre o Atoll e o Simulador Atrav s do gr fico da Figura 5 20 podemos concluir que o simulador mais eficaz no processo de estima o de rela es vizinhan a em ambientes urbanos do que em ambientes rurais Esta situa o mais evidente no cen rio Urbano Denso onde o numero de rela es igualmente estimadas pelo Atoll e pelo simulador de 123 o que constitui cerca de 73 das rela es estimadas pelo primeiro No cen rio Urbano 60 das rela es estimadas pelo Atoll s o tamb m estimadas pelo simulador No cen rio Suburbano 63 e no cen rio Rural 4 Apesar dos resultados obtidos tendo em conta as condi es de simula o nomeadamente o numero de utilizadores usado dura o e SINR m nimo de acesso considera se positivo o desempenho da fun o implementada 5 3 2 3 Optimiza o de Handover No cap tulo 4 prop s se um algoritmo capaz de detectar e controlar a oscila o de handover numa rede LTE atrav s da optimiza o autom tica dos par metros handover com base na taxa de os
202. tion Area Uma mensagem de paging e difundida pela TA quando o UE esta no modo RRC_IDLE Cada UE podera estar registado em mais que uma TA e como tal podera ser necessario difundir uma mensagem de paging por varias TA O problema que se coloca aquando do planeamento da TA diz respeito ao tamanho que esta devera ter O planeamento de TA grandes resulta num aumento da carga de paging ou seja cada mensagem de paging tem de ser difundida por um largo numero de eNodeB Contudo o planeamento de TA grandes permite uma redu o do numero de actualiza es de TA necess rias devido mobilidade dos utilizadores Assim a TA dever ser planeada para ser relativamente grande de modo a minimizar a sinaliza o e situa es de perca de mensagens de paging devido ao atraso resultante do UE atravessar TA diferentes Se existirem situa es onde se preveja uma maior carga de paging poder proceder se redu o do tamanho da TA ou criar v rias TA de menor dimens o Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 41 Planeamento e Optimiza o em Redes LTE 3 1 2 2 Physical Cell Identity O sistema LTE baseia se todo ele na utiliza o de scrambling codes e Pseudo Noise Codes PN Codes para permitir uma distin o entre utilizadores e c lulas assim como para estabelecer um sincronismo entre o UE e o eNB Na camada f sica os sinais de sincronismo incluindo o Primary Synchronization Signal PSS e o S
203. tua o deve se essencialmente aplica o de alguma abstrac o na gera o da matriz de atenua o de modo a reduzir os recursos computacionais necess rios Esta ltima situa o claramente vis vel nos resultados obtidos para o cen rio Suburbano Figura 5 8 c onde existem reas de cobertura de c lulas que s o 88 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho afectadas pelos sinais provenientes de c lulas adjacentes Apesar do rigor dos resultados obtidos pela ferramenta Atoll os resultados do simulador n o deixam de ser bastante aceit veis permitindo visualizar com clareza na maioria dos cen rios qual a rea de cobertura de cada c lula A Figura 5 9 ilustra o nivel de sinal recebido em cada ponto da regi o de interesse resultante da contribui o dos sinais emitidos por cada um dos sectores Coverage By Best Signal Level Coverage By Best Signal Level Scenario Dense Urban SWE Tie Scenario Urban i gq E Sans Level mi 2 1 Sonal Level dim 1417 24 7 258 7 500 7 84 Shale 115 4h Seale 1 22 159 70 aba o 500 1 000m a b Coverage By Best Signal Level Coverage By Best Signal Level Scenario Suburban Scenano Rural i Hral Sagal aren Serial Level Em Fj JE Sigral Level Bm 2e 75 Beral Lave Em AD a Serial Level Em 85 Signal Level Hm gt Saral Level dtm gt E ir
204. ulares M veis Auto Geridas assentes em LTE An lise de Desempenho No mbito deste trabalho o Atoll ser utilizado para efectuar predi es em cen rios LTE de cobertura atribui o de PCI e estima o de rela es vizinhan a 5 2 Defini o de Cen rios Para a avalia o do desempenho do simulador foram definidos quatro tipos de cen rios os quais em termos de propaga o r dio se podem definir como Urbano Denso Urbano Suburbano e Rural Cada um destes cen rios constru do a partir de dados provenientes de uma rede real os quais foram gentilmente cedidos pela operadora m vel Vodafone Portugal Esta op o foi tomada tendo em vista a aproxima o dos resultados obtidos pelo simulador com o que seria de esperar num cen rio real de uma rede LTE Devido fase ainda prematura em que o LTE se encontra em Portugal os dados recolhidos s o provenientes da rede UMTS Contudo porque a maior parte das operadoras ir adoptar por solu es LTE co localizadas mantendo em alguns casos as configura es semelhantes as j usadas no UMTS tilt azimuth altura das antenas etc as simula es efectuadas nestas condi es poder o constituir uma boa aproxima o Para a identifica o de cada um destes cen rios foram definidos crit rios tais como raio de c lula ou morfologia do terreno que tem como objectivo tornar a representa o dos cen rios o mais fidedigna poss vel face s limita es inerentes ao simulad
205. um simbolo OFDM 12 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Estado da Arte Figura 2 3 S mbolo OFDM com portadoras ortogonais entre si LuSc05 No LTE o esquema de acesso m ltiplo em downlink baseado em OFDMA Orthogonal Frequency Division Muliple Access e em uplink baseado em SC FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access O OFDMA uma extens o do OFDM para comunica es em sistemas multi utilizador Neste esquema as sub portadoras resultantes de um s mbolo OFDM podem ser distribu das por v rios utilizadores ao mesmo tempo permitindo que estes sejam escalonados para receber dados simultaneamente ver Figura 2 4 C User 1 C User 2 User 3 C User 4 Frequency Time Figura 2 4 Exemplo de atribui o de recursos em OFDMA TDMA HoTo0O9 A escolha pelo OFDM em detrimento de outros esquemas de modula o existentes prende se essencialmente com a sua grande imunidade interfer ncia inter simbolica Contudo devido ao efeito de Doppler o espa amento entre sub portadoras fixou se nos 15 kHz A escolha deste tipo de modula o apenas para o downlink deveu se a factores Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 13 Estado da Arte como o elevado PAPR que caracteriza os s mbolos OFDM e que s pode ser minimizado atrav s de uma amplifica o bastante linear pela necessidade de esquemas de
206. um UE atrav s do link budget aproximadamente igual a 133 dBm UE minimal access SINR average dB Valor m dio m nimo de SINR para que um UE possa aceder a uma c lula por defeito 10 dB como proposto por HoTo07 Optimiza o de Handover No que diz respeito aos par metros do algoritmo de optimiza o de handover pass veis de serem alterados pelo utilizador usando a interface estes s o Handover Hysteresis dBm Valor de histerese inicial a partir do qual o algoritmo de optimiza o ir iniciar a sua fun o por defeito igual a 3 dB Max Handover Hysteresis dB Valor m ximo de histerese que poder ser alcan ado por optimiza o por defeito igual a 6 dB Min Handover Hysteresis Valor m nimo de histerese que poder ser alcan ado por optimiza o por defeito igual a 2 dB TTT Valor de Time To Trigger inicial a partir do qual o algoritmo de optimiza o ira iniciar a sua fun o por defeito igual a 3 TTIs Max TTT Valor m ximo de TTT que poder ser alcan ado por optimiza o por defeito igual a 12 TTIs Min TTT Valor m nimo de TTT que poder ser alcan ado por optimiza o por defeito igual a 2 TTIs Critical TTI Per odo dentro do qual um handover de regresso a sua celula de origem contabilizado como handover por oscila o por defeito 15 TTIs Nota que os par metros temporais foram normalizados de modo a minimizar o tempo de cada simula o e os
207. um exemplo de uma atribui o usando o m todo sequencial com 168 e 4 Physical Cell Identity Groups dispon veis dos 9 necess rios para o cen rio Urbano x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading 4 0995 4 0995 4 099 4 0985 4 098 4 0975 6 045 6 05 6 055 6 06 6 065 4 099 y pos m y pos m 4 0985 4 098 4 0975 6 045 605 6 055 606 6 065 en ie al x pos m x 10 a b Figura 5 11 Atribui o autom tica de PCI usando o m todo sequencial a Usando 168 PCI dispon veis b Usando 4 PCI dispon veis Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 91 An lise de Desempenho Como se pode observar utilizando o m todo sequencial quando o n mero de grupos de PCI reduzido apenas a 4 Figura 5 11 b surgem PCI pr ximos uns dos outros como por exemplo os conjuntos 0 4 e 8 e 3 7 e 11 assinalados Contudo atrav s do m todo de atribui o baseado na distancia minima de reutiliza o esta situa o consideravelmente minimizada A Figura 5 12 ilustra os resultados obtidos com o algoritmo da dist ncia m nima de reutiliza o para os cen rios com 168 e 4 Physical Cell Identity Group dispon veis e uma dist ncia m nima de reutiliza o de 1000 m x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading x 10 PCI Assignment macroscopic and shadow fading 4 1 4 0995 200 4 0995 4 09
208. up es na transmiss o de cada uma das c lulas do novo eNodeB poss vel com base em medidas efectuadas pelo UE identificar c lulas com ECGI diferentes e PCI iguais Esta ltima solu o ser a eleita para implementa o a qual descrita no cap tulo 4 3 1 3 2 Cria o Automatica de Rela es Vizinhan a Tal como foi referido no cap tulo 2 no que diz respeito a quest es de mobilidade uma das fun es proposta pelas SON o ANR Atrav s da fun o ANR a rede adapta se as necessidades de mobilidade de cada utilizador dispensando a cria o manual de rela es vizinhan a Esta fun o torna se bastante ben fica para o desempenho da rede pois evita falhas de handover por falta de rela es vizinhan a No que concerne ao funcionamento desta fun o v rias propostas t m surgido como a descrita em AFGHOS No mbito deste trabalho ser criado um algoritmo baseado no trabalho desenvolvido por AFGHO8 para cria o autom tica de rela es vizinhan a e simultaneamente resolu o de conflitos de PCI 3 1 3 3 Optimiza o de Handover No que diz respeito optimiza o de par metros de handover tamb m aqui as SON assumem um papel especial na medida em que proporcionam algoritmos capazes de com base em medidas efectuadas pelos UEs fazer ajustes de par metros de modo a melhorar o desempenho da mobilidade dos utilizadores em diferentes situa es da rede 3 1 3 3 1 M tricas de Handover De acordo co
209. uration simulation and data analysis of the considered scenarios Keywords Wireless Communications Planning Optimization Operation Self Configuration Self Optimization LTE SON Resumo O objectivo deste trabalho consiste em avaliar os benef cios das Self Organizing Networks SON no que concerne ao planeamento e optimiza o de redes Long Term Evolution LTE n o s atrav s do seu estudo como tamb m atrav s do desenvolvimento e teste de algoritmos que permitem avaliar o funcionamento de algumas das suas principais fun es O estudo efectuado sobre as SON permitiu identificar um conjunto de fun es tais como a atribui o autom tica de Physical Cell Id PCI o Automatic Neighbour Relation ANR e a optimizagao automatica de parametros de handover que permitem facilitar ou mesmo substituir algumas das tarefas mais comuns em planeamento e optimiza o de redes m veis celulares em particular redes LTE Recorrendo a um simulador LTE destinado investiga o acad mica em c digo aberto e desenvolvido em Matlab foi desenvolvido um conjunto de algoritmos que permitiram a implementa o das fun es em quest o Para al m das fun es implementadas foram tamb m introduzidas altera es que conferem a este simulador a capacidade de representar e simular redes reais permitindo uma an lise mais coerente dos algoritmos desenvolvidos Os resultados obtidos para al m de evidenciarem claramente o be
210. uto Geridas assentes em LTE Simula o de Redes Auto Geridas Defini o manual da configura o de cada eNB incluindo pot ncia de sa da n mero de sectores e respectivas orienta es modelo da antena MDT Mechanical Down Tilt e EDT Electrical Down Tilt altura e cota Cria o de eNB com 1 2 ou 3 sectores Defini o manual das caracter sticas do canal incluindo frequ ncia de opera o largura de banda modo de transmiss o e modelos de propaga o de larga e pequena escala incluindo desvanecimento por difrac o shadow fading Defini o da velocidade tipo de tr fego e n mero de utilizadores Guardar cen rios e resultados em formato de projecto mat para an lise futura No que diz respeito s altera es ao n vel da funcionalidade estas tem como objectivo conferir ao simulador a capacidade de simular as fun es SON anteriormente referidas e resumem se a Implementa o ao n vel do UE de fun es que permitem a este com base no sinal da sua c lula de servi o e das c lulas interferentes gerar relat rios de medidas e despoletar um handover atendendo a um determinado valor de Histerese e TTT Time To Trigger Implementa o de um algoritmo de handover intra frequ ncia Intra MME SGW ao n vel da c lula de cada eNodeB que permite o processamento de relat rios de medidas Measurement Report e reconfigura o dos UEs RRC Connection Reconfiguration John10 Implementa o de fun
211. v s do seu estudo como tamb m atrav s da implementa o de algoritmos que permitem observar e optimizar o funcionamento de algumas das suas principais fun es Os algoritmos a implementar assentam sobre o System Level Simulator of LTE Networks um simulador LTE em c digo aberto em desenvolvimento pelo Institute of Communications and Radio Frequency Engineering da Universidade Tecnol gica de Vienna ustria TU WIEN As fun es a implementar contemplam a atribui o e resolu o de conflitos de PCI Physical Cell Id a cria o autom tica de rela es vizinhan a designada de ANR Automatic Neighbour Relation e a optimiza o autom tica de handover intra frequ ncia intra MME Mobility Management Entity Atendendo s caracter sticas do simulador adoptado e para possibilitar uma an lise coerente dos algoritmos anteriores ser o igualmente implementadas fun es que conferem ao primeiro a capacidade de simular o algoritmo de handover intra frequ ncia tal como proposto pelo 3GPP para as redes LTE 1536300 Em adi o para possibilitar a cria o de cen rios personalizados para al m dos cen rios tipo que s o implementados por este simulador ser o criadas fun es que permitem a cria o de cen rios com um elevado grau de liberdade Ser tamb m implementada uma interface gr fica que permite a cria o e simula o de cen rios e an lise dos resultados obtidos em cada uma das fun es SON anter
212. weden 2009 Racz A Reider N Fodor G On the Impact of Inter Cell RRF008 Interference in LTE Global Telecommunications Conference 2008 IEEE GLOBECOM 2008 IEEE 2008 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 161
213. wer Boosting no canal de refer ncia em downlink e Sequ ncias CAZAC Constant Amplitude Zero Auto Correlation para os canais de refer ncia em uplink Segundo SOCRO8 a aplica o destes algoritmos permitir a optimiza o dos canais de downlink e uplink na medida em que estes s o bem recebidos pelo UE e assim evita quedas de chamadas A 1 1 Optimiza o do RACH semelhan a do WCDMA no LTE o RACH o canal de acesso ass ncrono do UE rede A configura o do RACH tem um grande impacto no desempenho de uma rede m vel celular na medida em que afecta a probabilidade de bloqueio de acesso do UE 118 Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE Anexo A Fun es Avan adas das Self Organizing Networks SON rede A m configura o deste canal afecta directamente os procedimentos de call setup data resuming tracking area update e handover introduzindo atraso nos mesmos e taxa de sucesso nos procedimentos de setup tracking area update e handover sucess rate Em adi o a m configura o do RACH poder influenciar a capacidade da rede probabilidade de detec o de pre mbulo e rea de cobertura O procedimento de acesso a rede via RACH poder ser despoletado pelos seguintes eventos 1 Acesso inicial do UE a rede 2 Restabelecimento ap s falha no link radio 3 Handover para uma c lula diferente 4 Downlink de dados para o UE fora de sincronismo 5 Uplin
214. x lio Planeamento e Optimiza o em Redes Celulares M veis Auto Geridas assentes em LTE 61 Simula o de Redes Auto Geridas Start ERA CONTHCT VETECTIO z fli nti ee CONTHCtING Cel PCI List k NR Target PCI ECG L a b Figura 4 5 Algoritmo de detec o a e resolu o b de PCI atrav s da fun o ANR No que diz respeito detec o de conflitos de PCI entre c lulas diferentes uma vez iniciado o processo de handover intra frequ ncia o eNodeB verifica se o PCI da nova c lula ja existe na sua NRT Se existir este vai verificar se o ECGI dessa mesma c lula igual ao ECGI da NR j existente na sua NRT Se o ECGI for diferente concluiu se que existem pelo menos duas c lulas na proximidade que possuem o mesmo PCI Para resolver esta situa o o eNodeB contacta o eNodeB sector correspondente NR existente com o mesmo PCI usando o respectivo ECGI e solicita a gera o de um novo PCI O eNodeB sector contactado por seu lado alertado para a exist ncia de conflito de PCI reune os PCI das suas c lulas vizinhas e das vizinhas das vizinhas e com base neles gera um novo PCI e reporta o de volta para o eNodeB sector origem O eNodeB sector origem por seu lado actualiza a NR respectiva Uma vez resolvido o conflito o eNodeB origem estabelece uma liga o com o eNodeB destino e solicita a aloca o dos recursos necess rios para efectuar o handover do UE Para al m da aloca o de

planeamento e optimização em redes celulares móveis auto

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