Optimização do RACH

À semelhança do WCDMA, no LTE o RACH é o canal de acesso assíncrono do UE à rede. A configuração do RACH tem um grande impacto no desempenho de uma rede móvel celular na medida em que afecta a probabilidade de bloqueio de acesso do UE à

rede. A má configuração deste canal afecta directamente os procedimentos de call-setup,

data-resuming, tracking-area-update e handover, introduzindo atraso nos mesmos e taxa

de sucesso nos procedimentos de setup, tracking-area-update e handover-sucess-rate. Em adição, a má configuração do RACH poderá influenciar a capacidade da rede, probabilidade de detecção de preâmbulo e área de cobertura. O procedimento de acesso à rede via RACH poderá ser despoletado pelos seguintes eventos:

1. Acesso inicial do UE à rede;

2. Restabelecimento após falha no link rádio; 3. Handover para uma célula diferente;

4. Downlink de dados para o UE fora de sincronismo; 5. Uplink de dados de um UE sem sincronismo.

A.1.1.1 Procedimento de Acesso Aleatório

O procedimento de acesso ao meio via RACH é desenrolado por intermédio de uma de duas formas: contencioso e não contencioso. O acesso contencioso é usado para todos os eventos listados anteriormente. Neste cenário, o UE gera um preâmbulo e escolhe uma janela de oportunidade, e com base na informação difundida pelo eNB calcula a

potência de transmissão da mesma com base na estimação das perdas de percurso ( ),

tendo em conta a potência da portadora piloto e a informação difundida pelo eNB:

potência recebida desejada ( _ ), Power Ramping Step (∆ ) e offset do preambulo

(∆ ). O UE também monitoriza o número de tentativas de transmissão do

preâmbulo ( ). Para a transmissão inicial ( 1) a potência de transmissão do

preâmbulo ( ) é dada por, [AFGM09]:

, _{_} 1 ∆ ∆   (1.1)

Ao detectar o preâmbulo de acesso enviado pelo UE, o eNB correlaciona-o com todas as sequências de preâmbulo possíveis. Se o preâmbulo for aceite, é enviada a informação necessária a todos os UEs que usaram o mesmo preâmbulo na mesma janela de oportunidade. Se nenhuma resposta for recebida, o UE efectua uma nova tentativa usando um mecanismo de power ramping. O power ramping é um procedimento onde o UE aumenta gradualmente a potência de transmissão para cada preâmbulo que é retransmitido enquanto não recebe uma resposta do eNB. O funcionamento deste mecanismo poderá ser o seguinte:

 Com base na estimação das perdas de percurso através da medida do RSRP o UE transmite o preâmbulo inicial;

 Se não é recebida nenhuma resposta o UE aumenta a potência de transmissão do preâmbulo.

Figura 1.1 – Power Ramping no acesso via RACH, [TR36902].

Neste cenário é possível que mais do que um UE possa transmitir o mesmo preâmbulo, o que exige que o eNB realize um processo de resolução de contenção. Apesar disto, existem situações onde o eNB poderá alocar uma assinatura dedicada ao UE para os procedimentos em que este necessita de receber dados em downlink e para os casos de handover, acesso não contencioso. Ao contrário do que acontece no WCDMA, em LTE é fixado um número fixo de assinaturas em cada célula, que serão usadas para o acesso contencioso e não contencioso dos UEs à rede, [SeTo09].

De forma geral, os eventos anteriores têm como objectivo, em alguns casos, a sincronização do UE com a rede e noutros a notificação da existência deste perante a rede ou o seu acesso à mesma. No caso particular dos eventos (3), (4) e (5) identificados na inicio da secção A.1.1, podemos ter um acesso não contencioso onde para cada UE é atribuída uma assinatura.

A.1.1.2 Algoritmo de Optimização

A configuração do RACH depende de vários parâmetros, de entre os quais:

 A interferência inter-célula em uplink do PUSCH – Aplicação de esquemas de controlo de potência de modo a minimizar a interferência inter-célula;

 Carga no RACH (volume de pedidos recebidos, taxa de handover, padrão de tráfego e população servida);

 Carga no canal PUSCH – Quantidade de preâmbulo/célula/s;  Preâmbulos alocados à célula;

 High-Speed mode (On-Off);  Desequilíbrio entre UL e DL.

Factores como a orientação das antenas, potência de transmissão ou threshold de

handover poderão afectar a performance do RACH. Segundo [TR36902], as funções

primárias numa optimização RACH são:

a) Minimizar o atraso no acesso do UE à rede;

b) Minimizar a interferência em uplink causada pelo RACH; c) Minimizar a interferência durante os acessos RACH.

O algoritmo de optimização tenta automaticamente definir um conjunto de parâmetros relacionados com o desempenho do RACH, como por exemplo:

 PRACH Configuration Index;

 PRACH Transmission Power Control Parameters;

 RACH Backoff Parameter – Indica ao eNB para aguardar um determinado período

de tempo antes de voltar a tentar aceder à rede;

 RACH Preamble Split – Divisão do preâmbulo;

 RACH Root Sequence Index – Sinalizar o UE das sequências disponíveis para acesso aleatório ao meio, através da difusão do RACH Root Sequence Index que indica a primeira root sequence na célula, podendo o UE derivar todas as restantes sequências possíveis.

A definição exacta dos parâmetros que optimizam o RACH foi deixada em aberto pelo 3GPP, cabendo a cada fabricante definir quais os parâmetros críticos necessários ao aumento do seu desempenho. Um exemplo disso é apresentado em [SOCR08] onde é sugerida a alteração dos seguintes parâmetros para optimização RACH:

 Número de tentativas antes de bloqueio;  Atraso até nova tentativa de acesso;  Número de RACH;

 Divisão do preâmbulo (Preamble Split).

O estudo realizado em [AFGM09] baseou-se no cálculo do DMR (Detection Miss Ratio) e CR (Contention Rate) para identificar quais os parâmetros que mais optimizam o RACH. Do estudo realizado, foram identificados alguns parâmetros, tidos como favoráveis à optimização do RACH:

 Carga no PUSCH;

 Aumento de Potência no preâmbulo (Power Ramping Step).