Upload
metalharley
View
520
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SVEUČILIŠTE U ZAGREBUFAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI
ZAGREB
Seminarski rad za kolegij:TEHNOLOGIJA TELEKOMUNIKACIJSKOG PROMETA 2
Tema:VRSTE I ZNAČAJKE PREKAPČANJA KOD UMTS-a
Mentor: StudentDoc.dr.sc. Štefica Mrvelj Krešimir Špoljar
0035144898 / PiT
Zagreb, 2010.
Sadržaj
1. Uvod.........................................................................................1
2. Opčenito o UMTS mreži................................ ...............................2
3. Osnovni princip prekapčanja.........................................................6
4. Vrste prekapčanja.......................................................................9
4.1. Tvrdo prekapčanje.............................................................10
4.2. UMTS/GMS prekapčanje.....................................................13
4.3. Meko prekapčanje..............................................................15
4.4. Mekše prekapčanje............................................................17
5. Zaključak..................................................................................19
Literatura......................................................................................20
1. Uvod
Mogućnost obavljanja mobilnog telefonskog razgovora, bilo da se radi o
pozivanju ili primanju poziva, bilo gdje i bilo kad, glavna je prednost
današnjih mobilnih telekomunikacijskih sustava. Neometanu i neprekinutu
telefonsku vezu prilikom kretanja korisnika iz jedne ćelije u drugu omogućuje
proces prekapčanja.
Prekapčanje je nužno potrebno kako bi se u potpunosti omogućila
mobilnost korisnika, što je i glavna zadaća jednog mobilnog telefonskog
sustava kao što je UMTS.
Koncept prekapčanja odvija se prilikom mobilne aktivnosti
korisnika(mobilne stanice), pri kretanju po rubnom dijelu ćelije gdje je slaba
pokrivenost signalom pripadajuće bazne stanice. Pritom dolazi do
neprimjetnog prekapčanja, tj. mobilna stanica preuzima jači signal od
susjedne bazne stanice prilikom prelaska u njezinu ćeliju, odnosno područje
pokrivenosti njezinim signalom.
Prekapčanje omogućuje i međusobnu komunikaciju između različitih
telekomunikacijskim mrežnih tehnologija, npr. između mreža 2. i 3.
generacije. To je bitna stavka s obzirom da još uvijek postoje područja koja
nisu u potpunosti pokrivena UMTS mrežom.
Ovim seminarskim radom navest će se vrste prekapčanja i njihova
uloga u radu UMTS sustava.
2. Općenito o UMTS mreži
1
Univerzalni svjetski pokretni telekomunikacijski sustav UMTS (Universal
Mobile Telecommunication System) je dio projekta “IMT-2000”, rezultat treće
generacije (3G) mobilnih komunikacijskih sustava koje je donijela
međunarodna telekomunikacijska udruga (ITU).
Najvažnija prednost koju UMTS donosi je brzina prijenosa podataka.
Takve brzine omogućuju ne samo prijenos podataka, pristup Internetu i
mnoge druge razne aplikacije, nego i prijenos video slike, što znači mobilnu
video telefoniju, video konferencije, video na zahtjev i sl. Osim paketnog
prijenosa podataka, UMTS nudi i stalnu prisutnost na mreži.
Mrežna UMTS infrastruktura podijeljena je u tri domene: korisničku
opremu (UE – User Equipment)1, UTRAN2 i jezgrenu UMTS mrežu, slika 1.
Slika 1. UMTS mrežna infrastruktura, [4]
UMTS zemaljska radijska pristupna mreža (UTRAN) se zasniva na
širokopojasnom višestrukom pristupu u kodnoj podjeli (WCDMA – Wideband
1 UE – korisnička oprema koji čini mobilni terminal sa pripadajućom korisničkim identifikacijskim modulom2 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) – zemaljska radijska pristupna mreža
2
Code Division Multiple Access) koji je namijenjen za otvoreni prostor, široko
područje pokrivanja i javnu mrežu. Dodijeljeno je frekvencijsko područje
1920-1980 MHz (uzlazno) i 2110-2170 MHz (silazno), tako da je svakom
smjeru komunikacije dodijeljeno drugo frekvencijsko područje (FDD –
Frequency Division Duplex), [1].
Razlozi za uvođenje WCDMA su sljedeći:
veći kapacitet i bolja pokrivenost od TDMA i drugih rješenja,
mogućnost varijabilne i visoke brzine prijenosa,
prikladnost za paketski i kanalski prijenos,
omogućene višestruke istodobne usluge u jednom terminalu,
hijerarhijsko strukturiranje ćelija.
Za zatvoreni prostor, uža područja pokrivanja i privatne mreže,
predviđena je mogućnost uporabe višestrukog pristupa s vremenskom i
kodnom raspodjelom (TD – CDMA), gdje se dodijeljeno frekvencijsko područje
dijeli na načelu vremenskog odvajanja smjerova (TDD – Time Division
Duplex), [1].
Zahtjevi postavljeni na UMTS kao sustav treće generacije, prvenstveno
generirani novim, na Internetu zasnovanim uslugama, su sljedeći:
osobna pokretljivost uz prijenos govora, podataka i multimedije,
3
brzina prijenosa do 144kbit/s u svim uvjetima, do 2Mbit/s u zatvorenom
prostoru,
komutacija kanala i paketa,
simetrični i asimetrični prijenos,
podrška uslugama od uskopojasnih do širokopojasnih, uz mogućnost
podrške više usluga istodobno,
kvaliteta govora usporediva s onom u fiksnoj telefoniji,
integracija s PSTN-om i koegzistencija s 2G mrežom,
brzi pristup internetu u pokretu, [1].
U ćelijsku strukturu uvodi se hijerarhija s obzirom na brzinu prijenosa,
područja pokrivanja, gustoću korisnika i brzinu kretanja:
svjetska ćelija: do 144 kbit/s, udaljeni krajevi, slaba naseljenost, brzina
kretanja do 1000km/h,
makro ćelija: 144 – 384 kbit/s, prigradska područja, srednja
naseljenost, brzina kretanja 120 – 500 km/h,
mikro ćelija: 384 – 2048 kbit/s, gradsko područje, velika naseljenost,
brzina kretanja do 120 km/h,
piko ćelija: 2048 kbit/s, zatvoreni prostor, vrlo velika gustoća korisnika,
mirovanje ili hodanje, [1].
Hijerarhija ćelijske strukture UMTS sustava prikazana je na slici 2.
4
Slika 2. Hijerarhija ćelijske strukture, [4]
3. Osnovni princip prekapčanja
5
Kako bi se olakšalo određivanje lokacije, mreža se dijeli na određena
područja. U radijskim pristupnim mrežama pojam područja odgovara ćeliji, tj.
prostoru pokrivenom radijskim signalom bazne postaje, npr. BTS (Base
Transceiver Station) u mreži GSM ili čvor B (Node B) u UMTS mreži, slika 3.
Slika 3. Kretanje korisnika kroz ćelijski podijeljenu mrežu
Sam proces prekapčanja provodi se kroz tri faze: faza mjerenja i analize
signala, faza odluke i na kraju faza provedbe prekapčanja, slika 4.
Slika 4. Faze prekapčanja
Osnovni princip prekapčanja prikazat će se kroz model pokretljivosti.
6
Neka je mreža M1 podijeljena na područja P11, P12, … P1n kako prikazuje
slika 5.
Slika 5. Model pokretljivosti u mreži
Lokacijska informacija za ovakvu mrežu bila bi oznaka područja P1i u
kojem se korisnik trenutno nalazi. Lokacijska informacija postaje poznata u
trenutku kada se uključi terminal (u ovom primjeru P11).
Pri prijelazu iz jednog područja u drugo provodi se promjena lokacijske
informacije (u ovom primjeru iz P11 u P12). Dva su moguća načina promjene
lokacije:
kad je terminal aktivan (komunicira),
dok je terminal neaktivan (uključen, ali ne komunicira).
Promjena lokacije tijekom komunikacije, odnosno prekapčanje između
ćelija (handover), P1i P1j, mora se odvijati uz održivi kontinuitet
komunikacije, [5].
Prekapčanje između područja pokrivenosti tijekom komunikacije se
može riješiti na dva osnovna načina:
7
tvrdo prekapčanje (hard handover) – prekida se komunikacija
pristupnim kanalom u području P1i u trenutku t1 i nastavlja drugim
pristupnim kanalom u području P1j u trenutku t2, slika 6a. Kod ovakvog
prijelaza mobilna stanica održava vezu samo u jednom području u
kojem se trenutno nalazi,
meko prekapčanje (soft handover) - mobilna stanica održava vezu u
oba područja tijekom promjene lokacije (t1-t2), čime je omogućena
zamjena pristupnog kanala P1i s onim u P1j bez prekida komunikacije,
slika 6b.
a) tvrdo prekapčanje b) meko prekapčanje
Slika 6. Osnovni načini prekapčanja, [5]
Meko prekapčanje karakteristično je za mreže treće generacije i sustave
sa kodnom podjelom kanala CDMA (Code Division Multiple Access) kao što je
UMTS, što će detaljnije biti razrađeno u poglavljima koja slijede, [5].
4. Vrste prekapčanja kod UMTS-a
8
Od velike je važnosti da se proces prekapčanja sprovede neopaženo od
strane korisnika. Svako neuspješno prekapčanje će u konačnici rezultirati
prekidom veze. Time se narušava kvaliteta usluge posluživanja (QoS)3,
korisnici su nezadovoljni, te postoji mogućnost da prijeđu na drugog
operatera.
Kako se potražnja za mobilnim telekomunikacijskim uslugama
povećava, tako dolazi i do većih zahtjeva za kapacitetima mreže. Pošto
rješenje nije u postavljanju baznih stanica koje bi svojim signalom činile
velike ćelije, bitno je poraditi na smanjenju veličine ćelija u mobilnoj
telekomunikacijskoj mreži, što bi dovelo do povećanja broja procesa
prekapčanja. Pritom je vrlo važno upotrijebiti prave mehanizme prekapčanja.
Postoje četiri osnovne vrste UMTS prekapčanja:
Tvrdo prekapčanje (eng. Hard handover)
UMTS/GSM prekapčanje (eng. Inter-system handover)
Meko prekapčanje (eng. Soft handover)
Mekše prekapčanje (eng. Softer handover)
4.1. Tvrdo prekapčanje
3 QoS (Quality of Service) – pojam koji se odnosi na kvalitetu usluge
9
Ova metoda prekapčanja počela se upotrebljavati u GSM sustavu, no
pošto UMTS mreža koegzistira sa GSM mrežom, nužna je njezina primjena.
Tvrdo prekapčanje je proces gdje dolazi do prekida radio veze između
mobilne i bazne stanice na području postojeće ćelije nakon što se uspostavi
da se jačina signala trenutne bazne stanice (čvor B) snizila. Zatim se
uspostavlja nova veza sa čvorom B iz susjedne ćelije.
Postoje dva tipa tvrdog prekapčanja:
Inter – frekvencijsko prekapčanje
Intra – frekvencijsko prekapčanje
Kod Inter – frekvencijskog tvrdog prekapčanja (Slika 7.) MS prelazi u
ćeliju koja radi na drugom frekvencijskom području.
Slika 7. Inter-frekvencijsko prekapčanje
Kod Intra-frekvencijskog tvrdog prekapčanja MS prelazi u ćeliju koja je
pokrivena istim frekvencijskim područjem, slika 8.
10
Slika 8. Intra-frekvencijsko prekapčanje
Tri su osnovne faze koje se odvijaju pri tvrdom prekapčanju,
pojednostavljeno:
1. Mreža odlučuje da je potrebno izvršiti prekapčanje zbog slabljenja radio
signala na području trenutne ćelije, u odnosu na jačinu signala iz
susjedne ćelije
2. Radio veza između mobilne stanice i prvotne bazne stanice (čvor B) se
prekida
3. Uspostavlja se nova radio veza između mobilne stanice i novog čvora B
iz susjedne ćelije
Neki od slučajeva kada se provodi proces tvrdog prekapčanja su:
pri prelasku korisnika iz jedne ćelije u susjednu ćeliju koja je
pokrivena drugim frekvencijskim signalom
pri prelasku iz FDD moda u TDD mod rada
11
pri prelasku iz ćelije u kojoj nema raspoloživih kapaciteta na
postojećem kanalu, pa je potreban prelazak na drugu radnu
frekvenciju u novoj ćeliji (Inter-frekvencijsko prekapčanje)
Primjer korištenja tvrdog prekapčanja kod UMTS-a je kad se prelazi na
drugi frekvencijski pojas između mobilne stanice i UTRAN mreže. Ta
mogućnost dana je UMTS operaterima da bi se omogučilo povećanje
kapaciteta mreže. Naime, svakom operateru je dano na raspolaganje
nekoliko frekvencijskih pojaseva u rasponu od 5 MHz, te se između njih vrši
prekapčanje kad dođe do zagušenosti u jednom području.
Potreba za procesom tvrdog prekapčanja može biti inicirana od strane
mobilne stanice (UE – User Equipment) ili od strane mreže.
Glavni problem kod tvrdog prekapčanja je taj da svaka nemogućnost
ponovnog uspostavljanja veze, kod prelaska u novu ćeliju, može dovesti do
neuspješnog prekapčanja, što rezultira gubitkom veze.
4.2. UMTS/GSM prekapčanje
Ova vrsta prekapčanja poznata je i pod nazivom Inter-system
prekapčanje. Ono je potrebno kako bi se omogućila kompatibilnost između
12
različitih mobilnih sustava, u prvom redu se misli na komunikaciju između
UMTS i GSM sustava.
Inter-system prekapčanje se primjenjuje kada korisnik dolazi u područje
koje nije u potpunosti prekriveno UMTS mrežom i u slučaju kada su kapaciteti
UMTS sustava zagušeni, te je tada moguće preusmjeriti opterećenje na GSM
mrežu.
Signalizacijska procedura koja prethodi prije UMTS/GSM prekapčanja
prikazana je na slici 9.
Slika 9. Inter-system prekapčanje UMTS/GSM, [4]
Postoje dva moda Inter-system prekapčanja :
kompresijski mod (eng. compressed mode handover) – Mobilna
stanica koristi vremenske stanke koje nastaju zbog potrebnog
vremena detektiranja frekvencije na kojoj radi drugi sustav u
prijenosu za analiziranje prijema lokalnih GSM baznih stanica. MS
13
zatim uz pomoć popisa dostupnih susjednih GSM baznih stanica
(dobiven od UMTS mreže) odabire ciljanu baznu stanicu koja ima
najjači signal. Nakon odabira prikladne bazne stanice dolazi do
samog prekapčanja. Korisnička informacija se pritom kompresira u
vremenskoj domeni tako da ne dolazi do gubitka podataka.
slijepi mod (eng. blind handover) – Ova vrsta prekapčanja
pojavljuje se kada čvor B preda mobilnoj stanici potrebne podatke
o novoj ćeliji u koju prelazi, bez da MS prethodno uspostavi ikakvu
vezu sa GSM baznom stanicom. Dakle u ovom slučaju UMTS mreža
odabire optimalnu GSM baznu stanicu. Nakon toga MS locira kanal
nove ćelije, dobiva podatke o vremenskom usklađivanju, te se
naposljetku provodi prekapčanje, [6].
4.3. Meko prekapčanje
Meko prekapčanje (eng. soft handover) nužno je kada se mobilna
stanica nalazi u području preklapanja između više ćelija (maksimalno tri)
različitih baznih stanica (Slika 10.).
14
Slika 10. Područje preklapanja ćelija
Meko prekapčanje se odvija tako što je mobilnoj stanici omogućena
istovremena komunikacija sa dvije bazne stanice, te je samim time proces
prekapčanja pouzdaniji, slika 11. Mobilna stanica komunicira s baznom
stanicom putem dva odvojena kanala.
Slika 11. Meko prekapčanje
U silaznoj vezi4 MS obrađuje signale u tzv. rašljastom prijamniku (RAKE
receiver)5. U uzlaznoj vezi6 postoje značajnije razlike, jer obje bazne stanice
primaju raspršene signale koje upućuje mobilna stanica. Primljeni podaci se
upućuju u RNC(Radio Network Controller)7 gdje se provodi i vanjska petlja
4 Silazna veza – komunikacija u kojoj MS prima podatke od BS5 RAKE prijamnik – nalazi se u MS i u BS, služi za poboljšanje prijama signala6 Uzlazna veza – komunikacija u kojoj MS šalje podatke BS7 RNC – modul za upravljanje baznim stanicama (Čvor B), u GSM mreži tu ulogu ima BSC
15
kontrole snage, tj. provjerava se BLER čimbenik (BLock Error Rate) za svaki
od primljenih signala i odabire se onaj koji ima manji BLER čimbenik,
odnosno manju učestalost pojavljivanja pogreške. Za vrijeme mekog
prekapčanja aktivne su dvije petlje kontrole snage, [3].
Nakon što je proces mekog prekapčanja završen, konekcijske veze sa
prvotnim čvorom B se prekidaju.
4.4. Mekše prekapčanje
Kod mekšega prekapčanja (eng. softer handover) mobilna stanica se
nalazi u prostoru koji prekriva više sektora iste bazne stanice. Mobilna i
16
bazna stanica istovremeno komuniciraju putem dva odvojena kanala (kao i
kod mekog prekapčanja), a svaki od njih pripada drugom sektoru (Slika 12.).
Slika 12. Mekše prekapčanje
Mekše prekapčanje moguće je samo kada je mobilna stanica u
mogućnosti primati signale iz različitih sektora od iste bazne stanice. To je
moguće u slučaju preklapanja sektora ili češće kad dolazi do refleksije
signala od različitih prepreka, kao što su npr. zgrade.
U silaznoj vezi gotovo da nema razlike između mekšeg i mekog
prekapčanja, signali se također kombiniraju u rašljastom prijamniku. U
silaznoj vezi potrebna su dva PN koda kako bi mobilna stanica mogla
razlikovati signale iz različitih sektora. U uzlaznoj vezi odvija se sličan
proces, raspršeni signali se primaju u oba sektora, a nakon dekodiranja se
šalju istom rašljastom prijamniku. Pri mekšem prekapčanju aktivna je samo
jedna zatvorena petlja kontrole snage, [3].
17
8. Zaključak
Prekapčanje je proces koji ima veliku ulogu u funkcioniranju jedne
mobilne telekomunikacijske mreže kao što je UMTS, jer bez metoda
prekapčanja nebi bila ostvarena mobilnost korisnika.
Koncepti prekapčanja kao što su Inter-system prekapčanje, omogućili su
komunikaciju između UMTS i GSM mreže, te na taj način olakšali prelazak iz
18
2G u 3G mrežne sustave. To je bitno rješenje s obzirom da još uvijek postoje
područja koja nisu u potpunosti pokrivena UMTS mrežom.
Ovim seminarom prikazane su osnovne vrste i značajke prekapčanja i
svaka od tih metoda doprinosi učinkovitom funkcioniranju mobilne
telekomunikacijske mreže.
Literatura
1. Bažant, A., Gledec, G.: Osnovne arhitekture mreža, Element,
Zagreb, 2004.
2. Kaaranen, H., Ahtiainen, A.: UMTS networks : Architecture,
mobility and services, Second edition, John Wiley / Sons Ltd.,
Chichester, 2005.
19
3. Časopis Ericsson Nikola Tesla, broj 16, 2003.
4. http://oldwww.com.dtu.dk/research/networks/opnet/
UMTS_handover.pdf
5. http://old.tel.fer.hr/files/poslijediplomski/pts/3.%20Post-PTS2-
Pov.pdf
6. http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/
umts/umts-wcdma-handover-handoff.php
20