4G LTE

CRITERIO-S

Il criterio di selezione delle celle S è una precondizione per celle idonee.
Le condizioni per le celle E-UTRAN, UTRAN FDD e GSM sono elencate nella figura.

R – CRITERIO – RISELEZIONE CELLULARE

Il processo di valutazione della riselezione cellulare dipende dall’utilizzo o meno della struttura gerarchica cellulare (HCS). Per eseguire la riselezione delle celle, UE misura e classifica le celle vicine.

Per ogni tipo di cella vicina (Intra-Frequenza; Inter-Frequenza; Inter-RAT, cioè GSM) sono definibili delle soglie. Le misurazioni delle celle vicine verranno avviate se queste soglie vengono raggiunte.

MOBILITÀ ALTA / MOBILITÀ MEDIA / MOBILITÀ NORMALE:

Per UE che si muovono più velocemente la procedura cambia: vengono applicate regole di ridimensionamento dipendenti dalla velocità. Se il numero di riselezioni di celle (diverse celle) durante l’ultimo periodo di tempo TCRmax supera NCR_H, è stata rilevata un’elevata mobilità. Se il numero supera NCR_M e non NCR_H, è stata rilevata mobilità media.

Negli stati ad alta/media mobilità, un UE:

• moltiplica Qhyst per “ScalingFactor dipendente dalla velocità per Qhyst per stato di mobilità” se inviato.
• moltiplica TreselectionRAT per “ScalingFactor dipendente dalla velocità per TreselectionRAT per lo stato di mobilità delle celle RAT. (RAT = EUTRAN, UTRAN, GERAN).

La valutazione della riselezione della cella viene eseguita in base ai trigger interni dell’UE o se le informazioni sul BCCH utilizzate per la procedura di valutazione della riselezione della cella sono state modificate.

PER CELLE INTRAFREQUENZA E INTERFREQUENZA PARI PRIORITÀ:

(Re-) La cella selezionata è una cella adatta (ad esempio soddisfa il criterio S) ed è la cella meglio classificata (ha la R più alta). L’UE dovrà comunque riselezionare la nuova cella, solo se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

• la nuova cella è classificata meglio della cella servente durante un intervallo di tempo Treselezioni
• è trascorso più di 1 secondo da quando l’UE si è accampata nella cella attualmente servita.

Il criterio di classificazione delle celle R è definito come mostrato di seguito:
Nota,
s – indica la cella servente,
n – indica la cella candidata.

PER CELLULE INTERFREQUENZA E INTER-RATTO VICINO:

Se l’UE si accampa per più di 1 secondo nella cella di servizio e:

– un vicino con priorità più alta soddisfa (durante TreselectionRAT):
SnonServingCell,x > Threshhigh -> riseleziona la cella vicina.

– nessuna cella soddisfa SnonServingCell,x > Threshhigh :
SServingCell < Threshserving,low e SnonServingCell,x > Threshx,low ->riseleziona la cella vicina.

Selezione e riselezione della cella in LTE UE

Per ottenere il servizio dal PLMN selezionato, l’UE esegue due tipi di procedure: selezione della cella LTE e riselezione della cella LTE

SELEZIONE CELLULA in LTE

Dopo la selezione PLMN, LTE UE utilizza la “selezione cella” per la ricerca rapida delle celle su cui accamparsi. Per ricevere informazioni sul sistema, LTE UE si sintonizza sui canali di controllo. Questa procedura è nota come “camping on the cell”.

L’UE registrerà quindi la propria presenza nell’area di registrazione della cella prescelta mediante la procedura di registrazione NAS (Non Access Stratum). La procedura di registrazione NAS implica che le informazioni del livello superiore LTE vengono trasmesse dall’UE alla CN tramite AS (Access Stratum). Il NAS offre agli utenti il ​​servizio E-UMTS. La cella verrà considerata idonea se soddisfa i criteri di selezione della cella.

Lo scopo del campeggio su una cella è:

• Per abilitare la ricezione LTE UE delle informazioni di sistema dal PLMN selezionato

• Per consentire a LTE UE una connessione RRC, accedendo alla rete sul controllo della cella
canale.

• Per ricevere il cercapersone e rispondere ai messaggi del cercapersone su un canale di controllo sintonizzato nell’area di registrazione. Il PLMN conosce l’area di tracciamento della cella in cui è accampato l’UE registrato.

RISELEZIONE CELLULARE in LTE

Se l’UE trova una cella “migliore”, la riseleziona e si accampa su di essa. Dopo l’attivazione, UE monitora le informazioni del sistema per ottenere la soglia di qualità ed esegue
misurazioni per la procedura di valutazione della riselezione cellulare. L’UE valuta
se esista o meno una cellula migliore.

L’E-UTRAN controlla le misurazioni della qualità per le celle LTE da riselezionare. Le misurazioni UE vengono attivate in base al livello di qualità della cella servente e alla soglia indicata nelle informazioni di sistema. La misurazione deve soddisfare diversi requisiti per le stime di qualità intrafrequenza, interfrequenza o inter RAT (Radio Access Technology).

La selezione della cella viene eseguita in modalità RRC inattiva. Il campeggio su una cella in modalità inattiva consente all’UE di ricevere informazioni dalla rete LTE. L’UE rimane in modalità inattiva finché non trasmette una richiesta per stabilire una connessione RRC. Dopo aver ricevuto la configurazione della connessione RRC, la modalità passa alla modalità connessa.

Processo di selezione PLMN in LTE

L’UE scansiona tutti i canali RF nella banda UTRAN in base alle sue capacità per trovare PLMN disponibili. Su ciascuna portante, l’UE ricerca la cella più forte secondo la procedura di ricerca di cella (ricerca di cella di riferimento) e legge le informazioni del suo sistema per scoprire a quale PLMN appartiene la cella.

Se l’UE può leggere l’identità PLMN, la PLMN e la potenza del segnale misurata vengono segnalate al NAS: se: segnale >= – x dBm (PLMN di alta qualità); senza l’intensità del segnale misurata se < x dBm.

PROCESSO DI SELEZIONE DELLE CELLE per LTE

Dopo aver selezionato un PLMN, inizia il processo di selezione della cella. L’UE seleziona una cella adatta e la modalità di accesso radio in base alle misurazioni della modalità inattiva e ai criteri di selezione della cella. L’UE ricerca una cella adatta di quel PLMN su cui accamparsi secondo i seguenti passaggi:

1) L’UE crea un elenco di potenziali cellule in cui accamparsi utilizzando uno dei

due procedure di ricerca:

• Selezione iniziale della cella UE esegue la scansione di tutti i canali RF nella banda UTRAN per trovare una cella adatta. Su ciascuna portante, UE cerca la cella più potente e legge le informazioni del suo sistema. Una volta che l’UE ha trovato la cella adatta per il PLMN selezionato, l’UE crea un elenco di candidati costituito da questa cella e dalle celle vicine come ricevuto nelle informazioni di controllo della misurazione.

• Selezione cella informazioni memorizzate (facoltativo) Questa procedura richiede informazioni memorizzate da elementi di informazione di controllo della misurazione precedentemente ricevuti (parametri della cella, frequenze portanti, ecc.). Dopo che l’UE ha trovato una cella adatta per la PLMN selezionata, viene creato l’elenco dei candidati come nel processo di selezione della cella iniziale.

2) Ciascuna cella dell’elenco dei candidati viene valutata secondo i criteri di selezione S come descritto di seguito.

3) Dopo aver selezionato una cella adatta (criterio S soddisfatto) per il campeggio, UE segnala questo evento al NAS per le procedure di registrazione. Se la registrazione ha esito positivo, l’UE entra nello stato “campeggiato normalmente”.

Se l’UE non è in grado di trovare alcuna cella adatta nel PLMN selezionato, l’UE entra nello stato “qualsiasi selezione di cella”.

1. Camped normalmente stato: UE ottiene il servizio normale ed esegue le seguenti attività:

• Selezionare e monitorare il PCH della cella.
• Esegue il monitoraggio delle informazioni di sistema.
• Eseguire le misurazioni necessarie per la procedura di valutazione della riselezione cellulare.
• Eseguire la procedura di valutazione della riselezione della cella.

Se dopo il processo di valutazione della riselezione della cella viene trovata una cella migliore, viene eseguita la riselezione della cella. Se non viene trovata alcuna cella adatta, l’UE passa allo stato successivo “qualsiasi selezione di cella”.

2. Qualsiasi selezione di cella LTE: LTE UE cerca una cella accettabile di qualsiasi PLMN su cui accamparsi. Se viene trovata una cella accettabile, l’UE segnala al NAS e si accampa su questa cella ottenendo un servizio limitato. E l’UE entra nello stato “accampato su qualsiasi cella”. Se l’UE non riesce a trovare alcuna cella accettabile, rimane in questo stato.

3. Campeggiato su qualsiasi stato di cella: LTE UE ottiene un servizio limitato e cerca periodicamente una cella adatta nel PLMN selezionato. Se viene trovata una cella adatta, lo stato cambia normalmente in Camped.

L’azione del campeggio consente l’accesso ai servizi. La rete fornisce diversi livelli di servizio a un UE in modalità Inattiva o Connessa. Sono definiti tre livelli di servizi:

SERVIZIO LIMITATO: chiamate di emergenza su un cellulare accettabile.
Cella accettabile: L’UE può accamparsi per ottenere un servizio limitato come la chiamata di emergenza. L’insieme minimo di requisiti per avviare una chiamata di emergenza in una rete UTRAN sono:

• La cella non è sbarrata.
• I criteri di selezione della cella sono soddisfatti.

SERVIZIO NORMALE: ad uso pubblico su cellulare idoneo.
Cella adatta: L’UE può accamparsi per ottenere il servizio normale. Tale cella deve soddisfare tutti i seguenti requisiti:

• La cella fa parte del PLMN selezionato/registrato/equivalente
• La cella non è sbarrata
• La cella non fa parte di un’area di registrazione vietata
• I criteri di selezione della cella sono soddisfatti
• In caso di cella CSG fa parte della lista bianca

SERVIZIO OPERATORE: PER OPERATORI SOLO SU CELLULARE RISERVATO.
Cella riservata: Quando è indicato lo stato della cella “riservata per l’uso dell’operatore” e la Classe di Accesso della UE è 11 o 15, la UE può selezionare/riselezionare questa cella se in Home PLMN. Impostato dal parametro O&M.

Cella bloccata:

Quando viene indicato lo stato della cella “barrata”, all’UE non è consentito selezionare/riselezionare questa cella, nemmeno per servizi limitati. Queste informazioni sono impostate dai dati dell’ufficio.

Selezione PLMN in modalità IDLE per LTE-UE

Oggi ti porto dentro un aspetto che molti trascurano, ma che in realtà è fondamentale ogni volta che accendi il tuo telefono: la selezione PLMN in modalità IDLE. Non si tratta solo di “prendere segnale”, ma di come il tuo dispositivo LTE-UE decide a quale rete connettersi quando non è ancora attivo per chiamare, ricevere o scambiare dati. E tutto questo avviene prima ancora che tu tocchi qualcosa sullo schermo.

PLMN significa Public Land Mobile Network, ovvero la rete mobile pubblica. Quando sei in modalità IDLE, il tuo dispositivo LTE-UE non sta trasmettendo o ricevendo dati attivamente, ma è sempre pronto ad attivarsi. In questo stato, il terminale osserva costantemente le celle intorno, valuta i segnali e decide a quale rete registrarsi. È un processo che il telefono fa in modo autonomo, ma che segue una logica ben precisa che ora ti spiego punto per punto.

Fasi della selezione PLMN in modalità IDLE

1. Scansione delle frequenze: appena il dispositivo si accende, parte una scansione automatica delle bande LTE disponibili. Cerca le celle con segnale sufficiente e decodifica i dati contenuti nei messaggi broadcast.
2. Identificazione del PLMN: ogni cella trasmette un codice identificativo (PLMN ID), composto da MCC (Mobile Country Code) e MNC (Mobile Network Code). Questi dati dicono al dispositivo di quale operatore si tratta.
3. Verifica delle reti preferite: il dispositivo controlla se quella rete è nella lista delle reti preferite o consentite, memorizzata nella USIM. Se trova corrispondenza, prosegue con la registrazione.
4. Selezione automatica o manuale: in base alle impostazioni, il dispositivo può selezionare automaticamente la rete migliore (modalità automatica) o aspettare che tu scelga (modalità manuale). Quasi tutti i telefoni sono impostati su automatico.
5. Registrazione alla rete: una volta scelta la rete, il dispositivo invia una richiesta di registrazione (Tracking Area Update o Attach Request) per iniziare la comunicazione. In questo punto esce dalla modalità IDLE e diventa attivo.

Modalità di selezione PLMN

Modalità	Funzionamento	Quando si usa
Automatica	Il dispositivo sceglie da solo la rete con priorità tra quelle disponibili	È la modalità più usata, garantisce connessione immediata
Manuale	L’utente seleziona la rete desiderata da un elenco	Utile quando sei in roaming o vuoi forzare una rete specifica

Devi sapere anche che ci sono casi in cui il telefono cambia rete anche senza che tu te ne accorga, per esempio se ti sposti e il segnale di un’altra rete diventa migliore. Ma non è un passaggio casuale. Avviene solo se la nuova rete è nella lista di quelle permesse e offre condizioni migliori. Questo è parte della gestione intelligente del dispositivo in modalità IDLE.

Ti ricordi quando abbiamo parlato di roaming e di come il telefono gestisce più reti all’estero? È proprio in questa fase che entra in gioco la selezione PLMN. La rete estera viene trattata come una rete qualsiasi, ma con priorità più bassa rispetto a quella del tuo operatore principale, a meno che tu non stia usando una SIM specifica per il paese in cui ti trovi.

Questa selezione non riguarda solo la connettività. Ha anche impatto sulla sicurezza, sul consumo energetico e sul tempo di risposta quando fai o ricevi una chiamata. Un’ottima selezione PLMN fa sì che il tuo dispositivo sia pronto al momento giusto senza sprecare risorse.

Prossimamente ti parlerò anche di cosa succede quando il dispositivo passa dalla modalità IDLE alla modalità CONNECTED e come vengono gestiti i canali fisici in quel momento. Ma prima era importante che ti chiarissi bene questa parte iniziale, perché è proprio da qui che tutto comincia.

Sincronizzazione in LTE Mobile “Switch On”

I segnali di sincronizzazione primari e secondari occupano 2 blocchi di simboli ogni 10 ms (72 sottoportanti centrali per tutte le larghezze di banda dei canali).

Di seguito è mostrato un esempio per il caso di 72 sottoportanti (1,4 MHz) / antenna singola.
Durante la ricerca iniziale della cella, la stazione mobile ricerca la cella più forte. Determina quindi l’ID del livello fisico della cella e la sincronizzazione dei frame. La ricerca iniziale delle celle utilizza i canali di sincronizzazione (primario e secondario). Poiché la temporizzazione del frame radio di tutti i comuni canali fisici è correlata alla sua temporizzazione, è sufficiente trovare solo la temporizzazione del canale di sincronizzazione.

La ricerca della cella viene eseguita in tre passaggi: ricerca della cella più forte, cornice
sincronizzazione/identificazione del gruppo di codici e identificazione del codice di codifica

Passaggio 1 (cella più forte): A seconda della sua capacità radio, la stazione mobile cerca la cella più forte.

Passo 2 (Sincronizzazione slot / Identificazione id L1): In base ai picchi di correlazione rilevati per il codice di sincronizzazione primario, la stazione mobile rileva l’id L1 (0,1 o 2). Inoltre trova l’inizio dello slot (0/10)..

Passaggio 3 (Sincronizzazione frame/ID cella livello fisico): Il frame
In questa fase si ottengono la sincronizzazione e l’identificazione del gruppo. Ci sono 168 possibilità per la parola del codice di sincronizzazione secondaria. Il terminale cerca i codici che appartengono al particolare ID del gruppo. Ogni gruppo di codici è composto da tre ID.

Insieme ci sono 504 diversi ID di cella del livello fisico.

Trasmissione dati in uplink in LTE

Oggi voglio farti capire come funziona davvero la trasmissione dati in uplink in LTE. Quando usi il tuo telefono per caricare una foto, inviare un messaggio vocale o semplicemente inviare dati verso la rete, quello che stai usando è proprio l’uplink. E se ti sei mai chiesto come questi dati arrivano alla rete in modo stabile e veloce, allora è il momento giusto per vedere cosa succede dietro le quinte.

In LTE, l’uplink è progettato per essere estremamente efficiente. Non usa la stessa tecnica dell’LTE downlink. Qui si utilizza qualcosa chiamato SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access), e la ragione è molto pratica: ridurre il consumo di batteria del tuo dispositivo. Questo significa che il tuo smartphone riesce a comunicare con la rete senza esaurire la carica troppo in fretta.

Come funziona davvero la trasmissione in uplink

• Il tuo dispositivo genera i dati che devono essere trasmessi.
• Questi dati vengono organizzati in blocchi e codificati.
• Il segnale viene modulato con SC-FDMA, diverso dal downlink che usa OFDMA.
• Vengono assegnate le risorse di frequenza da parte della rete tramite il PDCCH.
• I dati viaggiano verso l’eNodeB (la stazione base LTE) attraverso il UL-SCH (Uplink Shared Channel).

In pratica, ogni volta che usi una app per mandare qualcosa – come un messaggio vocale su WhatsApp o una foto su Instagram – stai usando il canale uplink. E il tuo telefono riceve le istruzioni su quando e come farlo tramite il canale di controllo in downlink. Sì, proprio così: per trasmettere in uplink, il tuo telefono ascolta prima il downlink per capire cosa fare.

Canali coinvolti nella trasmissione uplink

Canale	Funzione
UL-SCH	Trasporta i dati utente dal terminale verso la rete
PUCCH	Usato per il controllo, come conferme (ACK/NACK) e CQI
PRACH	Accesso casuale alla rete, per iniziare una nuova connessione

Uno degli aspetti più interessanti è che il tuo dispositivo non trasmette continuamente. Riceve delle “occasioni” precise per farlo. La rete ti dice quando puoi usare una certa frequenza e per quanto tempo. Così si evitano interferenze e collisioni tra dispositivi che stanno tutti cercando di parlare con la stessa antenna.

Se ti ricordi quando abbiamo parlato del canale RACH, ti ho già accennato che prima di tutto il telefono deve chiedere l’accesso. Ecco, quello è l’inizio dell’uplink. Poi, una volta connesso, può inviare dati usando i canali che ti ho appena elencato. Tutto questo succede in millisecondi, ma dietro c’è un lavoro preciso e coordinato.

Ora immagina questo: tu sei in una zona piena di gente, tutti connessi alla stessa cella LTE. Per far funzionare tutto senza problemi, la rete deve gestire l’uplink di ognuno. E lo fa assegnando tempi e frequenze in modo intelligente. Questo è uno dei motivi per cui LTE funziona così bene anche in ambienti affollati. Ma ti mostrerò di più quando parleremo del meccanismo di schedulazione uplink e delle tecniche per evitare congestioni.

Per adesso, tieni a mente che ogni volta che mandi qualcosa dalla tua parte verso internet, lo fai tramite uplink LTE, e se tutto fila liscio, è perché il tuo dispositivo e la rete stanno lavorando in perfetto coordinamento.

Informazioni sul sistema

1920 bit o 1728 bit devono essere trasmessi per CP normale o esteso.
Il PBCH viene trasmesso ogni 40 ms. La codifica dei bit dipende dall’ID della cella e inizia nei frame radio 0, 4, 8 …. PBCH utilizza QPSK.

Cioè. È necessario allocare 960 (864) simboli.

Mappatura e precodifica sono possibili per
– porta per antenna singola
– trasmettere la diversità

Vengono utilizzate le durate dei simboli

4 OFDM x 72 RE, posizionate al centro della cella BW. Le RE occupate si trovano all’inizio del 1° sottoframe, 2° slot di ciascun frame. Quindi ci sono 4 x 72 = 288 simboli per frame radio; 1152 simboli QPSK in totale per 40 ms.

Dati DL-SCH

La risorsa fisica è data da elementi di risorsa non assegnati dai canali/segnali sopra descritti. Può essere utilizzato per trasmettere informazioni di livello superiore, ovvero dati di controllo e utente, sul PDSCH. La risorsa DPSCH verrà schedulata su base TTI (sottoframe) tramite i DCI.

Quadruple di simboli vengono formate, permutate e mappate sulle RE lasciate libere, cioè non utilizzate dai segnali di sincronizzazione, RS, PBCH, PCFICH, PHICH, PDCCH. Normalmente è mappata una parola in codice, in caso di multiplex spaziale possono essere trasmesse due parole in codice.

I bit di ciascuna parola in codice vengono codificati per PDSCH a seconda dell’ID UE e dell’ID cella; per il PMCH a seconda del NID MBSFN.

Sono supportati gli schemi di modulazione QPSK, 16QAM e 64QAM.

RE – gruppi e CFI – L’indicazione del formato di controllo in LTE è la seguente.

RE – gruppi

Per supportare la mappatura delle informazioni di controllo DL, vengono definiti i gruppi RE.
Sono raggruppati quattro simboli utili, utili nel senso che le RE che trasportano i simboli di riferimento specifici della cella non sono disponibili.

Il caso RS specifico per una cella è mappato allo stesso modo del caso RS specifico per due celle. Quindi l’esempio disegnato nella figura seguente si applica ai casi con una e due antenne. Nel primo simbolo sono raggruppate sei RE, tuttavia solo quattro sono disponibili poiché due sono bloccate dai segnali di riferimento.

I gruppi

RE sono allineati all’interno di un simbolo e occupano frequenze consecutive (sottoportanti). I gruppi RE sono indirizzati dalla coppia di indici (k’,l’) dove k’ è il numero più basso tra gli RE del gruppo considerato.

CFI – Indicazione del formato di controllo

Quanti simboli OFDM per sottoframe vengono utilizzati per PDCCH è indicato su PCFICH.

Per i sottoframe non MBSFN e la struttura frame di tipo 1 sono presenti 1, 2 o 3 simboli OFDM utilizzati per PDCCH se in una cella sono configurati più di 10 RB, 2, 3 o 4 altrimenti.

Per segnalare il numero effettivo vengono utilizzati 32 bit. Questi bit vengono codificati in base all’ID della cella e vengono modulati utilizzando QPSK.

Mappatura e precodifica sono possibili per
– porta per antenna singola
– trasmettere la diversità

Vengono utilizzate le stesse porte dell’antenna di PBCH e 4 quadruple di simboli sono mappate su elementi di risorsa.

504 diversi ID di cella dello strato fisico sono composti da 168 diversi gruppi di ID di cella dello strato fisico, ciascuno dei 3 ID di strato fisico all’interno del gruppo

Ci sono
– segnale di sincronizzazione primario – basato su un dominio di frequenza Zadoff-Chu
sequenza che indica l’id del livello fisico,
– segnale di sincronizzazione secondario che indica il gruppo ID della cella del livello fisico.

La mappatura degli elementi della risorsa è
– Il segnale di sincronizzazione primario viene trasmesso nell’ultimo simbolo OFDM dello slot 0 e dello slot 10. Nella frequenza si trova simmetricamente al centro della larghezza di banda della cella configurata. La sequenza è lunga 62 simboli.
– il segnale di sincronizzazione secondario viene spostato di un segnale OFDM e quindi
occupa il penultimo simbolo OFDM di quegli slot.
– 5 RE sono mantenute vuote su ciascun lato della frequenza.

Segnalazione HI, CFI, DCI

Informazioni ARQ ibride (HI), informazioni sul formato di controllo (CFI) e controllo DL
Gli indicatori (DCI) vengono segnalati tramite PHICH, PCFICH e PDCCH.

HI viene utilizzato per informazioni ACK/NACK su UL-SCH HARQ. Poiché c’è solo un TB in UL, c’è un bit da segnalare.

CFI è specifico per cella e sottoframe e contiene due bit in cui vengono utilizzati tre valori diversi. DCI esiste in diversi formati e può combinare diversi tipi di informazioni.