CDMA: Hard‐ und Soft‐Handoff

• Handoff‐Verfahren in TDMA und FDMA immer  dergestalt, dass ein Gerät an eine Basisstation  angebunden ist.

• Vorig beschriebene Idee zu RAKE‐Receiver lässt sich im  CDMA‐Fall auch auf Handoff übertragen

• Wenn ein Mobilgerät mehrere Basisstationen gut  empfangen kann

– Von Mobilgerät ausgesendete Signale werden von all  diesen Basisstationen empfangen und an die Mobile‐

Switching‐Station weiter geleitet; Die Mobile‐Switching‐

Station kombiniert die Signale (z.B. Selection‐Combining) – Dasselbe geht auch in die umgekehrte Richtung. Alle 

Basisstationen senden mit dem Code der Mobile‐Station. 

Die Mobile‐Station kann die Signale ebenfalls kombinieren – (Vergleiche mit RAKE‐Receiver auf voriger Folie)

Übersicht

• Zellgeometrie

• Frequency‐Reuse

• Übliche Systemfunktionen

• Ausbreitungsmodelle

• Traffic‐Engineering

• Beispiel GSM

• Beispiel UMTS

– 3G‐Systeme

– Diskussion von CDMA‐Systemen – Übersicht über das UMTS‐System – Power Control

– Handover Control

UMTS Architektur

UTRAN

UE CN

I_u U_u

UTRAN (UTRA Network)

 Mobilität auf Zellenebene

 Radio Network Subsystem (RNS)

 Kapselung der funkspezifischen Abläufe UE (User Equipment)

CN (Core Network)

 Handover zwischen Systemen

 Location Management

USIM

User Equipment Domain

Z_u

Y_u

Core Network Domain Infrastructure Domain

UMTS Bereiche und Schnittstellen I

User Equipment Domain

 Einem Benutzer zugeordnet, um auf UMTS Dienste zuzugreifen Infrastructure Domain

 Geteilt für alle Benutzer

 Bietet den zugelassenen Benutzern UMTS Dienste an

UMTS Bereiche und Schnittstellen II

Universal Subscriber Identity Module (USIM)

 Funktionen zur Verschlüsselung und eindeutigen Authentisierung des Benutzers

 Auf der SIM untergebracht Mobile Equipment Domain

 Funktionen zur Funkübertragung

 Teilnehmerschnittstelle zur Realisierung von Ende-zu-Ende-Verbindungen

Access Network Domain

 Zugangsnetzabhängige Funktionen Core Network Domain

 Funktionen, die unabhängig vom Zugangsnetz sind

 Serving Network Domain

 Netz, das den gegenwärtig den Zugang realisiert

 Home Network Domain

 Funktionen, die unabhängig vom aktuellen Aufenthaltsort des Benutzers dort zur Verfügung stehen

Zellatmung

GSM

 Endgerät erhält volle Leistung der Basisstation

 Anzahl eingebuchter Endgeräte hat keinen Einfluss auf die Zellgröße

UMTS

 Zellgröße ist eng korreliert mit der Kapazität der Zelle

 Kapazität ist bestimmt durch den Signal-Rausch-Abstand

 Rauschen entsteht durch vorhandene Interferenz

 anderer Zellen

 anderer Teilnehmer

 Interferenz erhöht das Rauschen

 Endgeräte an der Zellgrenze können das Signal (aufgrund der Sendeleistungsbeschränkung) nicht weiter verstärken

 keine Kommunikation möglich

 Beschränkung der Teilnehmeranzahl notwendig

 Zellatmung erschwert die Netzwerkplanung erheblich

Zellatmung: Beispiel

Übersicht

• Zellgeometrie

• Frequency‐Reuse

• Übliche Systemfunktionen

• Ausbreitungsmodelle

• Traffic‐Engineering

• Beispiel GSM

• Beispiel UMTS

– 3G‐Systeme

– Diskussion von CDMA‐Systemen – Übersicht über das UMTS‐System – Power Control

– Handover Control

The near-far problem of CDMA

 Large area may become blocked

 Need to balance emitted power

 Assume for now a target SIR for each UE

 Goal: minimum TX power to keep the SIR NodeB

Fast fading spoils our plans

The solution: fast close loop power control

NodeB

execute in NodeB at rate 1.5kHz:

foreach UE i assigned to NodeB

estimate SIR_est after rake combining if SIR_est > SIR_target then

generate TPC “DOWN” command for i if SIR_est ≤ SIR_target then

generate TPC “UP” command for i

Compensates a fading channel

Further remarks

 And the downlink? basically the same…

 A short reflection: closed loop power control

• Tight interaction between sender and receiver

• Useful for an interaction period

 What if sender and receiver are not connected so far?

 Example random access on RACH for

• Initial access

• Short packages

 Open loop power control…

Open loop power control

 Transmit power needs to be known to UE

 Inaccurate! Fast fading between uplink and downlink is uncorrelated in WCDMA FDD

 Does not consider interference at receiver

 (Use power ramping to avoid excessive interference)

NodeB

• estimate path loss

• adapt power

• estimate path loss

• adapt power

How to choose the right target SIR?

 Adjust target SIR to meet the link quality

 Consider quality as BER or BLER

 SIR for quality depends on

• Mobiles speed

• Multipath profile

 Adjust SIR to the worst case?

• Unnecessary high SIR wastes capacity

• Desirable: minimal SIR which fulfils the quality requirement

 How to find such SIR?

Finding the target SIR: outer loop power control

 Similar method for the downlink

 Downlink method resides in UE

 Why is uplink handled in RNC?

 Soft handover combining! … NodeB

execute in RNC at rate of max 100Hz:

foreach UE i assigned to a NodeB

determine the quality from CRC attachment if quality better than required then

decrease SIR_target = SIR_target – ∆_down else

increase SIR_target = SIR_target + ∆_up

Radio Network Controller (RNC)

target SIR adjustment frame reliability

information

Übersicht

• Zellgeometrie

• Frequency‐Reuse

• Übliche Systemfunktionen

• Ausbreitungsmodelle

• Traffic‐Engineering

• Beispiel GSM

• Beispiel UMTS

– 3G‐Systeme

– Diskussion von CDMA‐Systemen – Übersicht über das UMTS‐System – Power Control

– Handover Control

WCDMA Handover types

 Inter-system (e.g. WCDMA and GSM)

 Inter-frequency (needed at different cell layers or at hot spots)

 Intra-frequency (what we look at here)

• Soft handover

• Softer handover

GSM GSM GSM GSM

WCDMA WCDMA WCDMA

GSM GSM

capacity extension coverage extension

F1 F1 F1 F1

F2 F2

handover at hot spot

F1 F1 F1 F1

F2 F2 F2 F2 F2 F2 F2

handover to support macro and micro layers

The idea of soft handover

 Exploiting multi path/antenna diversity (Macro diversity)

 Uplink

• No additional signal is transmitted

• In principal, always increases performance

 Downlink

• Each link causes interference at other users

• Trade-off

NodeB1

NodeB2

Soft handover: the downlink perspective

 Maximal ratio combining (MRC) in the rake receiver

 Recall: MRC used to exploit multi path diversity

 Difference: rake receiver fingers use different codes

NodeB1

NodeB2

Soft handover: the uplink perspective

 Selection combining (SC) in the RNC

 Target SIR decided after SC NodeB1 with CRC

frame with CRC RNC

Softer handover

 Sectored antenna

 Downlink: similar to soft handover

 Uplink: the more effective MRC instead of SC is possible and used NodeB

Ingredients of the soft handover procedure

cell 1

cell 2

cell 3

CPICH E_c/I₀  Measurement quantity, e.g.

CPICH E_c/I₀

 Active set: soft handover connection of UE

 Neighbor/monitored set: set of cells that UE can measure

 In the following example the active set size is 2

Adding a cell to the active set

cell 1

cell 2

cell 3



_add

Active set is not full

Best pilot

Replacing a cell in the active set

cell 1

cell 2

cell 3

 

Worst pilot in full active set Best candidate pilot

_replace

Removing a cell from the active set

cell 1

cell 2

cell 3

  

_remove

Best pilot

Im Dokument Zellulare Netze (Seite 71-97)