Interoperabilidade UMTS-to-GSM (IRAT – Inter-Radio Access Technology)

Este tutorial apresenta os conceitos básicos do processo de Interoperabilidade entre os sistemas UMTS e

GSM (IRAT – Inter-Radio Access Technology).

Cesar Nunes

Engenheiro de Telecomunicações pela Universidade Estácio de Sá, com formação em Gestão de

Tecnologia da Informação pela Universidade Católica de Brasília (UCB), atualmente está cursando Pós

Graduação em Redes de Nova Geração (NGN) na Universidade Católica de Brasília como forma de dar

continuidade a formação e crescimento profissional na área de atuação.

Com mais de 13 anos de experiência na área de Otimização em Telefonia Celular, atuou em vários

projetos no Brasil e em outros países adquirindo experiência prática para atuar na área. Trabalhou em

empresas como NEC, Motorola, Huawei e Lucent sempre na área de otimização de RF.

Atualmente ocupa o cargo de Especialista de RF III na Alcatel-Lucent, onde é responsável pela

Otimização de Redes de Telefonia Celular 3G/2G.

Email: cesar.nunes@alcatel-lucent.com

Categoria: Telefonia Celular

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 27/08/2012

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Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Introdução

Em cenários atuais da maioria das redes de telefonia celular 3G no Brasil temos muitos casos de

descontinuidade de cobertura deste sistema onde a implementação do processo de interoperabilidade

definirá a “transferência” da chamada do sistema 3G para o 2G quando possível, mantendo assim a

continuidade da chamada e permitindo a satisfação do cliente de uma operadora sem q queda da chamada

atual.

O processo de continuidade da chamada é uma etapa importantíssima na avaliação de qualidade de uma

rede de telefonia celular. Mecanismos de controle atuais são periodicamente verificados para a

verificação daquela qualidade e nesta etapa o processo de interoperabilidade torna-se essencial para uma

avaliação correta neste quesito.

Para efeitos deste tutorial, daqui a diante chamaremos o processo de Interoperabilidade entre o sistema

UMTS e GSM simplesmente de IRAT (Inter-Radio Access Technology).

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Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Conceitos

A implementação da Interoperabilidade entre sistemas 3G para 2G ocorre geralmente em sites 3G de

borda do sistema onde não é possível mais manter a continuidade da chamada e faz-se necessário neste

momento a “transferência” da chamada para outro sistema sem que sejam percebidos detalhes pelo cliente

durante esta ação.

Para o entendimento básico do processo de IRAT, devemos compreender primeiramente os eventos

básicos definidos no protocolo 3GPP TS 23.038.

2d: A qualidade da frequência usada esta abaixo de um certo nível.

2f: A qualidade da frequência usada esta acima de certo nível.

3a: A qualidade da frequência UTRAN usada esta abaixo de certo nível e a qualidade do sistema

GSM está acima de certo nível.

3c: A qualidade do outro sistema está acima de certo nível.

Compressed Mode ou Modo Comprimido – Eventos 2d e 2f

Basicamente os eventos 2d e 2f fazem parte do processo chamado Compressed Mode ou Modo

Comprimido. Compressed Mode é uma funcionalidade que habilita um terminal móvel 3G a realizar

medidas em portadoras diferentes que estão alocadas em células ou setores vizinhos.

É importante destacar que isso vale também para tecnologias diferentes, ou seja, caso um terminal móvel

3G se desloque para uma área GSM, ele consegue avaliar a qualidade da célula GSM com a

funcionalidade do modo comprimido. O terminal móvel 3G manterá na sua operação, uma lista de células

vizinhas e de frequências passíveis de serem utilizadas em um Handover.

A idéia do Compressed Mode é “comprimir” a transmissão da informação do canal em um tempo menor e

existem diversas maneiras de se fazer isso. Neste tempo que sobra, o terminal móvel 3G troca de

frequência e realiza as medidas necessárias. As formas de implementação do Compressed Modedentro do

UMTS/W-CDMA são as seguintes:

Diminuir o SF (Spreading Factor) para aumentar a taxa de transmissão dos dados e liberar tempo no uso

do canal de TX. Se o SF for reduzido à metade, a taxa do canal dobra.

Mudar o agendamento de transmissão de tráfego de camadas superiores para contemplar uma taxa de

transmissão menor.

A figura 1 ilustra o modo comprimido e foi retirada da norma TS 25.212 – Seção 4.4

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Figura 1: Compressed Mode

Os valores definidos pelo Engenheiro de Otimização para os eventos 2d e 2f (Compressed Mode) são

enviados ao terminal móvel através da mensagem de Downlink via RNC “RRC Measurement Control”:

Figura 2: Mensagem de Measurement Control

IRAT por Cobertura e Serviço – Eventos 3a e 3c

Os eventos 3a e 3c destinam-se basicamente a IRAT por cobertura e por serviço. No IRAT por cobertura

a ideia principal e iniciar o processo onde a qualidade de sinal do sistema UMTS já está ruim e onde a

uma boa qualidade do sistema GSM para que a chamada seja “transferida” sem problemas. Já no IRAT

por serviço a preocupação não é com a qualidade do sinal UMTS e sim em “transferir” o mais rápido

possível, isto é, logo após a aquisição do sinal UMTS a chamada para o sistema GSM.

Em ambos os eventos 3a e 3c é necessário que seja realizado os eventos 2d e 2f para que medidas do

outro sistema, neste caso o GSM, seja realizadas pelo terminal móvel e reportadas a RNC para que

decisão seja tomada.

Fórmulas dos Eventos 2d, 2f, 3a e 3c

As fórmulas que definem os eventos são:

Evento 2d: Qused <= T2d – H2d/2;

Evento 2f: Qused >= T2f – H2f/2;

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Evento 3a: Qused <= T3a – H3a/2 and Mused + CIO >= Tother – H3a/2;

Evento 3c: Mother + CIO >= Tother – H3c/2.

Onde:

Qused = Qualidade do sistema UMTS

T2d = Threshold to 2d event trigger IRAT

H2d = 2d Hysteresis related to IRAT handover

T2f = Threshold to 2f event trigger IRAT

H2f = 2f Hysteresis related to IRAT handover

T3a = Threshold to 3a event trigger IRAT

H3a = 3a Hysteresis related to IRAT handover

Mused = Qualidade do sistema GSM

CIO = Cell Offset

Tother = Target Threshold to GSM trigger

H3c = 3c Hysteresis related to IRAT handover

Tais parâmetros (Thresholds) podem ser definidos de acordo com a necessidade de antecipar ou aguardar

o momento exato do “disparo” dos eventos e consequentemente o início do processo de transferência da

chamada do sistema UMTS para GSM.

Geralmente definem-se Threshold diferentes em células de borda e células urbanas. Devido a

continuidade do sistema 3G em grandes centros urbanos não há a necessidade de um rápido disparo do

IRAT para um sistema GSM. Neste caso, a idéia e manter a chamada o máximo possível no sistema 3G.

Já nas células de borda 3G onde não existe mais a continuidade do mesmo sistema, a idéia é que quando a

qualidade o sistema 3G começar a degradar o processo de IRAT seja iniciado para outro sistema, neste

caso, o GSM.

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Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Arquitetura Típica

O processo de Interoperabilidade entre o sistema 3G e 2G é simplificado pela figura 3 abaixo.

Figura 3: Processo simplificado de IRAT-CS 3G-to-2G

Basicamente, o processo de IRAT divide-se em três fases: Preparação (Preparation), Execução

(Execution) e a Desconexão do Link 3G (Iu Release).

A figura 4 mostra as fases divididas em suas mensagens durante o processo.

Figura 4: Fases do Processo de IRAT-CS 3G-to-2G

Para a constatação e análise de possíveis problemas, o processo de IRAT pode também ser acompanhado

pela execução de um “trace” da chamada em questão. Na figura 5 abaixo é possível verificar o sucesso de

um processo de IRAT de uma chamada:

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Figura 5: Trace de Chamada (IRAT CS)

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Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Considerações finais

As decisões de Handover IRAT são geralmente tratadas pela RNC 3G (Radio Network Controller 3G), que

continuamente monitora as informações recebidas do terminal móvel (celular, smartphones, modem,

etc.) e toma decisões de quando e como agir para dar início ao processo. Por isso, a importância da

definição nos estágios iniciais das estratégias que serão utilizadas para o processo e em que parte da rede

3G elas serão aplicadas.

Na maioria das redes 3G de diversos fabricantes atuais é possível implementar inicialmente o processo de

IRAT somente em uma parte da rede, para facilitar e monitorar a sua atuação. Posteriormente é possível

expandir a mesma estratégia para toda a rede.

Recomendações para Otimização do Processo

Após a implementação do handover IRAT (UMTS-to-GSM) algumas recomendações básicas devem ser

seguidas ao longo do processo para que sua atuação seja um sucesso na rede.

Quando se verifica através de indicadores do sistema que após a implementação do processo existe um

baixo índice de sucesso, devem ser seguidas as seguintes recomendações:

1. Verificar parametrização (BSIC, BCCH, CI, LAC) da célula 2G externa (GSM) configurada na RNC

3G:

Esta parametrização será informada ao terminal móvel durante o processo e caso não esteja de

acordo com o configurado na BSC 2G, não será possível realizar o handover UMTS-GSM para a

determinada célula.

2. Verificar a definição de parâmetros (Threshold - gatilhos de disparo) do evento de IRAT:

Esta definição é importante, polis dependendo do valor de “disparo” do processo o Handover pode

ser antecipado ou até mesmo atrasado em uma determinada região de borda ou não. Teoricamente,

o Threshold de disparo de IRAT de células 3G em áreas urbanas deve ser diferente de células 3G

em áreas de borda onde não existirá continuidade de cobertura 3G. A ideia principal aqui é que em

áreas urbanas não existira a necessidade de realizar o IRAT, permitindo assim que exista

continuidade da chamada 3G iniciada anteriormente. Já em células 3G de borda de sistema, como

em determinado momento não existirá tal continuidade a ideia e transferir a chamada através do

processo de IRAT para células 2G (GSM) onde exista continuidade evitando assim a queda da

chamada.

3. Se possível realizar um trace (acompanhamento) do processo de handover da chamada e verificar onde

está acontecendo a falha (em qual interface).

Referências

3GPP, Technical Specification Group RAN, 3GPP TS 22.129 Handover Requirements between UMTS

and GSM or other Radio System. 1999. Disponível em:

http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/22129.htm

Acesso em: 09/08/2012

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3GPP, Technical Specification Group RAN, 3GPP TS 22.331 Radio Resource Control (RRC); Protocol

specification (Release 10). Junho, 2012. Disponível em:

http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25331.htm

Acesso em: 09/08/2012

R. KREHER and T. RUDEBUSCH. UMTS SIGNALLING: UMTS Interfaces, Protocols, Message Flows

and Procedures Analyzes and Explained. John Wiley & Sons, Ltd. Second Edition. Acesso em:

09/08/2012.

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Interoperabilidade UMTS-to-GSM: Teste seu entendimento

1. Qual é o evento de disparo, isto é, de início do processo do Compressed Mode?

2f.

2d.

3a.

3c.

2. Qual é o evento responsável pelo processo de IRAT definido por cobertura?

2d.

3c.

3a.

2f.

3. Qual é a Mensagem de Uplink do 3GPP onde é possível identificar o evento definido para o

processo de IRAT?

RRC_Measurement Report.

RRC_Measurement Control.

RRC_Handover from Utran Command.

RANPA_Relocation Required.

4. Quais são as Fases do Processo de IRAT, em ordem de cronológica?

Execução, Preparação, Deletar Link 3G.

Preparação, Deletar Link 3G, Execução.

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Execução, Deletar Link 3G, Preparaçãoo.

Preparação, Execução, Deletar Link 3G.

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