UMTS Intra Node-B Soft-Handover

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Introdução

Quando um serviço está em curso na tecnologia UMTS, existe a possibilidade de o móvel 3G trocar de Node-B efetuando o procedimento de Handover. Existem diversos tipos de Handover na tecnologia UMTS e um deles é o Intra Node-B Soft-Handover. Este tipo Handover se refere à troca de canal de serviço dentro do mesmo Node-B, mantendo-se a portadora.
O objetivo deste tutorial é descrever o procedimento de Intra Node-B Soft-Handover, mostrando o fluxo de mensagens e procedimentos que são realizados. Não devemos considerar este tutorial algo aprofundado e nem mesmo detalhado, mas é adequado para um nível intermediário de conhecimento sobre o assunto

 

Tipos de Handover no UMTS
Podemos classificar os Handovers do UMTS em três grandes categorias:

• Soft-Handover
• Inter Frequency Handover
• Inter-RAT Handover

O Soft-Handover é o que mantém a portadora, possibilitando a transição suave do móvel e sua conexão simultânea com mais de um canal durante o procedimento. Já no Inter Frequency Handover ocorre a mudança de portadora, ou seja, a transição é brusca devido à mudança da sintonia. O Inter-RAT Handover refere-se a todas as trocas de canal onde há mudança de tecnologia, por exemplo, no caso de um celular UMTS passar para uma célula GSM. A sigla RAT significa Radio Access Technology.
Dentre as possibilidades de Soft-Handover são listadas algumas abaixo:

• Intra Node-B – troca de canal dentro do mesmo Node-B.
• Inter Node-B, Intra RNC – troca de Node-B, mantendo-se o RNC (Radio Network Controller).
• Inter RNC – troca de RNC.

Neste tutorial iremos estudar o Intra Node-B Soft Handover.
Disparo do Handover
Quando o móvel UMTS está realizando um serviço, envia freqüentemente para o sistema mensagens de “Measurement Report”.  Essas mensagens carregam as informações das medidas de qualidade do sinal do Node-B servidor e dos Node-Bs vizinhos que o móvel efetuou durante um período. Neste tutorial não iremos detalhar as várias razões que podem levar o móvel 3G a enviar uma “Measurement Report”. Apenas para conhecimento geral, existem quatro razões:

• Periodicamente de acordo com o que foi configurado (250 mseg a 64 seg).
• Quando o número de medidas atingir um valor configurado.
• Quando o número de medidas de cada categoria de célula atingir um valor configurado.
• Quando ocorre um evento definido pela UTRAN – existem em torno de 15 eventos definidos nas normas UMTS.

Quando a rede recebe uma “Measurment Report”, lê as informações dos campos, os quais vão auxiliar na avaliação de qual é a real situação da recepção do móvel 3G e portanto, pode-se avaliar se o serviço prestado está dentro da qualidade esperada.
Se as informações da “Measurement Report” mostrarem que o sinal servidor está bom, o RNC provavelmente optará por manter a entrega do serviço como está. Entretanto, se o sinal estiver ruim ou um sinal de outro Node-B estiver muito melhor, o RNC pode optar por realizar um Handover, ou seja, uma troca de canal.

Na figura acima, ilustramos um caso onde o RNC decide por realizar o Handover a partir da análise das informações da mensagem “Measurement Report” recebida e, neste caso, dizemos que o Handover foi disparado.
Vamos ainda supor que a decisão do RNC é por um Soft-Handover que ocorrerá dentro do Node-B. Desta forma, o móvel trocará de canal, mas permanecerá no Node-B e no RNC.
Efetivação do Handover
Depois de decidida a necessidade da realização de um Handover pelo RNC, deve-se alocar um novo canal na interface aérea para o UE (User Equipment). O RNC envia uma mensagem “Radio Link Addition Request” para o Node-B para que este aloque um canal de tráfego para o UE que fará o Handover. O Node-B ao receber a mensagem, realiza a alocação e responde com uma “Radio Link Addition Response”, indicando ao RNC que está tudo pronto.

No passo seguinte, o RNC monta e envia, para o móvel, uma mensagem “Active Set Update” do protocolo RRC (Radio Resourse Control) indicando ao menos a adição do novo canal alocado para o Handover. Esta mensagem indica para o móvel o conjunto de sinais ativos que ele deve capturar na sua recepção utilizando o Rake Receiver. A mensagem “Active Set Update” pode ser utilizada tanto para adicionar como dispensar um canal à recepção do UE.
Depois de processar a mensagem e proceder com a adição ou dispensa de algum canal, o móvel deve enviar para a rede uma mensagem “Active Set Update Complete”. Isto confirma que o Handover foi executado com sucesso. No caso de uma dispensa de canal, o RNC, ao receber a confirmação de efetivação do UE, deve desativar o canal dispensado na interface aérea. Por isso, às vezes, são trocadas as mensagens “Radio Link Deletion Request” e “Radio Link Deletion Response” entre RNC e Node-B.

O procedimento de Inter Node-B Soft-Handover termina aqui. Entretanto, neste tutorial é interessante ao menos falar um pouco do Rake Receiver.

Rake Receiver
O Rake Receiver é o receptor UMTS utilizado para capturar mais de um canal (diversidade) durante o processo de Soft-Handover. Como mencionado, o Soft-Handover mantém a portadora durante o processo, e de fato, a diferenciação dos canais dentro do mesmo Node-B ou entre Node-Bs diferentes é feita apenas pelos códigos de embaralhamento (seqüências PN) e canalização (OVSF – Orthogonal Variable Spreading Factor). Desta forma, como os canais em diversidade são enviados para o móvel na mesma freqüência, mas com códigos diferentes, o receptor pode demodular o sinal de RF e manter derivações de decodificação W-CDMA (“fingers”) simultâneas no processamento digital do sinal. A figura abaixo ilustra esta situação.

Note ainda que na figura, foi destacado o fato de que, os “fingers” podem tanto decodificar sinais de Node-Bs diferentes, como multi-percursos de um mesmo sinal.

Considerações Finais
Neste rápido tutorial, procuramos explicar o procedimento de Intra Node-B Soft-Handover da tecnologia UMTS. Apresentamos o fluxo de mensagens e  aproveitamos para fazer um rápido resumo sobre o Rake Receiver. É importante notar que um estudo aprofundado do que foi apresentado seria muito extenso para um tutorial, e portanto,  para quem quiser algo mais detalhado, muitas dúvidas surgirão. Entretanto, este texto é um bom começo e pretendemos aos poucos, ir colocando informações complementares em outros tutoriais

César Kyn d'Ávila