SINALIZAÇÃO EM GSM SELEÇÃO E RESELEÇÃO DE CÉLULAS

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1 Equipe de Trabalho: Eng.º H B e Eng.º L M. 
 
 
Universidade Eduardo Mondlane 
Faculdade de Engenharia 
Departamento de Engenharia Electrotécnica 
 
DISCIPLINA: Comunicações Sem Fio 
 
FICHA 09 
 
SINALIZAÇÃO EM GSM – SELEÇÃO E RESELEÇÃO DE CÉLULAS 
 
4º Ano – 2022 
2 Equipe de Trabalho: Eng.º H B e Eng.º L M. 
 
1. Selecção e Reselecção de Célula 
 O objectivo da selecção de célula é o de obter um serviço normal, situando-se na célula e 
registando-se no PLMN de forma a: 
a) Receber informação de sistema do PLMN (no BCCH), por exemplo, as opções da célula; 
b) Receber mensagens de paging do PLMN, por exemplo, na chegada de uma chamada; 
c) Iniciar um estabelecimento de chamada originada no móvel, e quaisquer outras acções 
originadas pelo assinante ou móvel. 
Só as células que proporcionam uma transmissão com um desempenho mínimo, podem ser 
escolhidas pelo móvel. Esta escolha tem como objectivo maximizar a qualidade da transmissão, 
e minimizar o risco de perca de chamada. Desta forma as especificações definem dois critérios 
para este efeito: o critério rádio, e o critério de reselecção. 
 
2. Critério Rádio ou de seleção 
De forma a maximizar a qualidade da transmissão, foi definido um critério, o qual tem em atenção o 
nível do sinal recebido pela estação móvel na frequência de referência, a máxima potência de 
transmissão da estação móvel e alguns parâmetros específicos da célula. Este critério é chamado de 
C1 e é definido do seguinte modo: 
C1 := ( A - Max(B,0)) 
Onde: 
A - representa o Nível Médio de Recepção e é designado por RXLEV_ACCESS_MIN; 
B - é um parâmetro que representa a Potência Máxima do MS e é designado por 
MX_TXPWR_MAX_CCH. 
Os parâmetros MX_TXPWR_MAX_CCH e RXLEV_ACCESS_MIN são difundidos na célula. 
Este critério é utilizado da seguinte forma. Quando se procuram células, sejam elas células vizinhas 
em modo de serviço normal, ou PLMN´s, só as células com C1 positivo são tidas em conta. 
Quando tem que ser feita uma escolha entre células, a célula com o melhor C1 é escolhida entre as 
equivalentes para outros critérios. Como consequência C1 determina dois parâmetros: 
 O limite de cobertura para cada célula medido isoladamente, tendo em conta que a 
área exterior onde C1 é positivo não existe célula para as estações móveis. 
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 A fronteira entre duas células adjacentes para a selecção em modo idle é determinado 
de maneiras que C1=C1’. As fronteiras com todas as células adjacentes determinam um 
segundo limite de célula normalmente dentro da área delimitada por C1=0. 
A figura 2.1 mostra um exemplo de duas células com os seus limites C1=0 e a linha de iguais C1´s. 
Porque a potência máxima de transmissão da estação móvel intervém no cálculo de C1, os 
limites são diferentes para diferentes classes de móveis. 
 
Figura 2.1 - Limites de célula de acordo com C1. 
Existem outros limites de células determinados pela selecção da célula para handover. É da 
responsabilidade do operador escolher os parâmetros de forma a obter um compromisso correcto 
entre as fronteiras das células, tráfego e qualidade de transmissão para as diferentes classes de 
estações móveis assim como uma consistência entre os parâmetros e algoritmos de handover. 
 
2.1. Algoritmo de Selecção da Célula 
O objectivo da selecção de células pode ser resumido da seguinte forma: de forma a obter um 
serviço normal, a estação móvel tem que se situar numa das células, que deverá obedecer às 
seguintes condições: 
a) Deverá pertencer ao PLMN seleccionado; 
b) Não deve estar barrada; 
c) Não deve estar contida numa LA pertencente à lista “LA forbidden”; 
d) A atenuação de percurso entre o móvel e a estação base deverá estar abaixo do limite 
imposto pelo operador. 
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Inicialmente, o móvel irá procurar por uma célula que satisfaça as quatro condições anteriores. 
Existem dois métodos para isto: 
1) Selecção normal de célula 
Neste método o móvel não tem qualquer conhecimento à priori acerca dos canais rádio associados 
às portadoras BCCH das células. Por isso mesmo, terá de efectuar uma procura, percorrendo os 
canais rádio por ordem decrescente de intensidade de sinal, de forma a identificar as 
portadoras BCCH. Apenas deverá ser tentado o acesso numa célula de baixa prioridade caso não 
seja possível encontrar uma de alta prioridade. 
2) Selecção de célula pela lista de portadoras 
Aqui, o móvel dispõe de uma lista de portadoras BCCH utilizadas no PLMN. Esta lista pode ter sido 
obtida a partir de anteriores selecções de células. As portadoras aqui guardadas deverão ser 
procuradas por ordem decrescente de intensidade de sinal. 
Depois de identificadas as células que estão em condições de serem as escolhidas, é então 
descodificado os respectivos canais BCCH, e calculados os critérios C1 para cada célula. Deverá ser 
escolhida a célula que oferece o C1 mais elevado. 
Se, depois de ter efectuado um varrimento a um determinado número de canais RF com a maior 
intensidade de sinal recebido, o móvel não encontrar uma célula apropriada do operador 
seleccionado, o móvel poderá terminar a procura para aquele PLMN. Caso o móvel não encontre 
nenhuma célula apropriada, tentará acampar numa célula qualquer, ficando assim num estado de 
“Serviço Limitado”. 
 
3. Critério de Reselecção 
De forma a optimizar a reselecção da célula, existem parâmetros adicionais que poderão ser 
difundidos no BCCH de cada célula. O processo de reselecção de célula utilizará um parâmetro 
definido como C2, que é definido como: 
 
Se T < PENALTY_TIME 
C2 = C1 + CELL_RESELECT_OFFSET - TEMPORARY_OFFSET 
Senão 
C2 = C1 + CELL_RESELECT_OFFSET 
 
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Onde: 
 Em que o parâmetro CELL_RESELECT_OFFSET (Deslocamento de reeleição de nova 
célula) – é um parâmetro opcional (deslocamento positivo ou negativo) aplicado a cada 
célula para incentivar ou desencorajar os MSs a selecionar novamente essa célula. 
É uma histerese que tem por objectivo evitar um efeito de ping-pong entre duas células 
vizinhas. A célula com o maior valor de C2 é seleccionada. 
 O parâmetro T é um contador que iniciará a contagem quando o móvel entrar na célula. 
 O parâmetro PENALTY_TIME (Tempo da penalidade) - Quando o MS coloca a célula na 
lista das portadoras mais fortes, inicia um temporizador (T) que expira após o 
PENALTY_TIME. Este timer será redefinido quando a célula for retirada da lista. Durante 
esse tempo, C2 recebe um deslocamento negativo. Isso tenderá a impedir que os EMs em 
movimento rápido selecionem a mesma célula. 
 
 O parâmetro TEMPORARY_OFFSET (Deslocamento temporário) - é o valor do 
deslocamento negativo descrito no "Tempo de penalidade" acima. Um valor infinito pode 
ser aplicado, mas também são possíveis vários valores finitos. 
Esta abordagem mostra que nos primeiros PENALTY_TIME (equivalente a T) uma determinada 
célula será posta em desvantagem no valor de TEMPORARY_OFFSET influenciando no valor do 
parâmetro C2. 
Assim, aplicação do parâmetro C2 serve para evitar que móveis que se desloquem a grandes 
velocidades escolham as células de dimensão menor, isto para evitar sucessivos handovers e 
a respectiva carga no tráfego das microcélulas. 
 
3.1. Algoritmo de Reselecção de Célula 
Depois de efectuada a selecção de célula com sucesso o móvel passa estar acampado na célula. 
Enquanto estiver neste estado poderá necessitar de seleccionar uma célula diferente. Esta reselecção 
de célula poderá assim ocorrer devido a um dos seguintes eventos: 
a) O parâmetro que traduz o critério rádio C1 indica que a atenuação no percurso é demasiado 
elevada, ou seja, C1<0; 
b) Existe uma falha na recepção de informação em downlink; 
c) A célula em que se encontra o móvel passou a estar barrada; 
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d) Existe uma célulamelhor, em termos do critério C2, na mesma área de localização. Ou existe 
uma célula “muito” melhor noutra área de localização. 
e) Um acesso aleatório foi tentado nesta célula sem êxito. 
 
Note que na condição d) entra a questão do “melhor”. Se o móvel se move na fronteira entre LA 
adjacentes, poderá originar repetidamente alterações de área de localização, o que se traduzirá numa 
significativa carga em termos de sinalização. 
 
Figura 3.1 – Região de carga de sinalização pesada. 
Para prevenir isto, é definido um parâmetro conhecido como CELL_RESELECT_HYSTERESIS 
que deverá ser utilizado em conjunto com o parâmetro C2. Isto significará que para escolhermos 
uma célula de LA diferente, o critério C2 dessa célula terá de estar pelo menos 
CELL_RESELECT_HYSTERESIS acima do actual. 
 
3.2. Serviço Limitado 
Temos agora que nos referir aos casos onde o serviço normal não pode ser garantido, sendo possível 
contudo um serviço limitado. Isto acontece quando o utilizador não tem acesso a um serviço 
normal em qualquer um dos PLMN´s encontrados. 
Note-se que na HPLMN, se o acesso é localmente evitado por nível de assinatura em vez de 
propagação rádio, ou seja, existir escassez de recursos (canais de rádio) para a estação móvel, a 
selecção da célula é a mesma que no modo de serviço normal. 
 
4. Actualização de Localização 
 A informação da localização é guardada em dois locais diferentes na infra-estrutura, o HLR e o 
MSC/VLR visitado. De facto a mesma informação é conhecida em três lugares diferentes do 
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sistema, a estação móvel é o terceiro local. Esta informação pode mudar, e vários procedimentos são 
necessários para manter a consistência entre as três entidades. Na realidade podemos observar os 
diferentes tipos de actualização de localização. 
1. Mudança de célula dentro da mesma área de localização. O móvel seleccionou uma nova 
célula dentro da mesma LA. Neste caso não existe qualquer procedimento de actualização de 
localização, pois o registo existente nas bases de dados mantém-se actuais; 
2. Mudança de célula de diferentes áreas de localização em duas situações distintas: 
 a. LA controladas pelo mesmo MSC/VLR. O móvel seleccionou uma nova célula de LA 
diferentes, em que o MSC/VLR que controla esta área de serviço é o mesmo que 
anteriormente. 
 b. LA controlados por diferentes MSC/VLR. O móvel seleccionou uma nova célula de LA 
diferentes, em que o MSC/VLR que controla esta área de serviço é diferente. 
3. Cancelamento de registo do IMSI. Existem duas situações que poderão estar na origem deste 
procedimento, o utilizador desligou o móvel, ou o móvel desligou-se por falta de bateria. 
4. Registo de IMSI. Este procedimento é actuado quando se liga o móvel, ou após uma falha de 
cobertura de sinal. 
5. Actualização de Localização periódica. Basicamente este procedimento diz respeito à 
necessidade que a estação móvel tem de contactar regularmente a rede quando está em 
serviço normal. Isto é feito automaticamente pela estação móvel, e toma a forma de um 
procedimento de actualização de localização. A periodicidade do procedimento fica ao 
critério do operador, podendo ir dos 6 minutos até cerca de 24 horas. O operador tem 
também a possibilidade de cancelar este mecanismo. 
6. Cancelamento de registo implícito. Este procedimento é causado pela ausência de actividade 
por parte do móvel, ou seja, terminou o prazo de actualização periódica, sem que tivesse 
existido algum pedido do móvel. Outro caso é o da chegada de uma chamada, ou de SMS, e 
não ser possível encontrar o móvel. 
 
Quando a MSC/VLR necessita contactar com o HLR do assinante, tem primeiro que saber qual o 
HLR a contactar. Os utilizadores são identificados por um número, o IMSI, que é a identificação 
internacional do assinante móvel. Este número é fornecido pela estação móvel sempre que acede à 
rede, e é tão específico que a MSC/VLR é capaz de saber a PLMN do subscritor, e o equipamento 
HLR encarregado do utilizador. Assim através deste número a MSC/VLR pode entrar em contacto 
com o HLR pretendido. 
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Figura 4.1 - Actualização de Localização. 
Na figua 4.1 estão representados os vários procedimentos tipicamente envolvidos numa actualização 
de localização: 
1. O móvel escuta o canal BCCH da melhor célula, e verifica a LAI. Se esta área de 
localização é diferente da anterior, então o móvel decide efectuar um pedido de 
actualização de localização. Esta decisão pode ser tomada também no caso de ligação 
de móvel, ou de actualização periódica; 
2. O móvel faz um acesso ao sistema e pede um canal de sinalização SDCCH até ao 
MSC/VLR. Neste momento será efectuada uma autenticação do móvel; 
3. O MSC terá de consultar o VLR para saber se o móvel estava antes registado, e em 
caso afirmativo, registar a nova localização. É também pedido ao HLR as chaves de 
autenticação para que o móvel seja autenticado; 
4. Caso seja necessário o HLR será contactado a fim de transferir a localização do 
móvel para este novo MSC/VLR. Neste caso o anterior VLR terá de ser contactado. 
5. É dada a resposta ao pedido do móvel 
6. O móvel pede ao BSC para ser libertado o canal dedicado de sinalização. 
 
5. Procedimentos Envolvidos no Handover 
O handover pode ser executado por diferentes razões, mas em todos os casos, a decisão de tentar 
o handover de uma determinada estação móvel é tomada pelo BSC. Uma vez tomada a 
decisão, e uma vez que foi escolhida uma nova célula (ou uma lista de candidatas), a transferência 
actual tem que ser coordenada entre a estação móvel, as máquinas que gerem a antiga célula (BTS-
old) e a nova célula (BTS-new). 
O procedimento de handover pode ser de diversas espécies, de acordo com os dois principais 
critérios. O primeiro critério está relacionado com o mecanismo do avanço temporal, e interfere 
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apenas com a parte de “entrada” do procedimento do interface rádio entre a estação móvel e a BTS-
new. Podem se distinguir dois casos: 
 A estação móvel é capaz de calcular o novo avanço temporal (a ser utilizado com a BTS-
new), porque as células, antiga e nova, estão sincronizadas, tendo neste caso o handover 
síncrono; 
 O avanço temporal tem que ser inicializado tanto na estação móvel como na BTS-new 
durante o procedimento de handover, sendo este caso chamado de handover assíncrono. 
O segundo critério diz respeito à localização do ponto de comutação da infra-estrutura. Esta 
localização interfere fortemente com os procedimentos utilizados entre as entidades da 
infraestrutura. 
De forma a descrever os diferentes casos, iremos utilizar o sufixo “old” para referir todas as 
entidades ao longo do percurso da comunicação antes do handover, e “new” será utilizado para o 
percurso após o handover. A BTS-old, BSC-old e MSC-old representam as máquinas encarregadas 
da célula antiga, e BTS-new, BSC-new e MSC-new são as máquinas encarregadas da nova célula. 
Pode acontecer que a BSC-old=BSC-new, ou MSC-old=MSCnew. 
Quer seja síncrono ou assíncrono, seja inter ou intra-MSC, e seja inter ou intra-BSC, a execução do 
handover é composta principalmente por duas fases: 
 Numa primeira fase, a BSC-old realiza uma série de eventos com o objectivo de estabelecer 
o futuro percurso rádio. Uma vez que isto esteja feito, esta fase termina com o envio dum 
comando de handover para a estação móvel; 
 Numa segunda fase, a estação móvel acede ao novo canal. Este acesso provoca a comutação 
dos percursos na infra-estrutura, e a libertação do antigo percurso. 
Uma vez que a decisão de efectuar um handover foi tomada pela BSC-old, isto tem que ser indicado 
ao ponto de comutação. Este último tem que então estabelecer os recursos terrestres, se necessário, 
até à BSC-new, sinalizar com esta para atribuir um recurso rádio e fornecer a todas máquinas 
interferentesno processo toda a informação necessária para o handover e a futura gestão da ligação. 
Esta informação inclui: 
 O modo de transmissão, utilizado para escolher e configurar o percurso rádio duma forma 
apropriada, incluindo o novo canal rádio; 
 O modo de encriptação; 
 A identidade da célula origem, utilizada para determinar se o handover pode ser efectuado 
duma forma síncrona ou assíncrona; 
 A classe da estação móvel, utilizada para a futura gestão da ligação. 
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5.1. Execução do Handover 
Vamos então particularizar o processo para as diferentes situações. No primeiro caso temos o mais 
simples handover, ou seja, ambas as células são controladas pelo mesmo BSC. Os procedimentos 
envolvidos no processo estão representados e numerados na Figura 5.1. Quando se desenrola um 
handover deste tipo, o MSC não é envolvido na troca de sinalização. Contudo O MSC será 
informado assim que termine o handover, de forma a actualizar o registo do assinante no VLR. Se as 
células envolvidas no processo não pertencerem à mesma área de localização, então será necessário 
efectuar um procedimento de actualização de localização após o handover. 
A sequência de procedimentos será então: 
1. Baseado nos critérios referidos anteriormente, o BSC decide efectuar um handover 
entre as duas células. O BSC informa a BTS que esta deve activar um TCH, com as 
mesmas características do canal anterior. 
2. O BSC envia então a mensagem de handover para o móvel. Esta mensagem contém 
informação acerca da frequência e escalonamento temporal do novo canal, assim 
como a potência a utilizar inicialmente. Esta informação é enviada no canal de 
sinalização associado rápido (FACCH), activado para o efeito. 
3. O Móvel sintoniza a nova frequência e após a correcta sincronização, passa a 
transmitir bursts de acesso para handover. Estes bursts são enviados no canal 
FACCH. 
4. Após detecção dos bursts de acesso, a nova BTS responde, enviando informação 
acerca do avanço temporal, pelo no canal FACCH. 
5. O móvel recebe a resposta e envia a mensagem de handover completo para o BSC, 
através da nova BTS. 
6. O BSC está em condições agora de mandar a BTS-old libertar o canal TCH antigo. 
 
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Figura 5.1 - Handover entre células controladas pelo mesmo BSC. 
Na segunda situação, temos um handover entre células controladas por BSC diferentes, mas 
pertencendo ao mesmo MSC. Neste caso já o MSC/VLR terá de ser directamente envolvido no 
processo de estabelecimento do novo canal, pois o percurso terrestre do canal de tráfego será 
alterado. Isto poderá ser observado na Figura 5.2: 
 
Figura 5.2 - Handover entre células controladas por diferentes BSC’s, mas no mesmo MSC. 
A sequência numerada na figura será: 
1. O BSC que serve no momento o móvel (old) envia uma mensagem de pedido de 
handover ao MSC contendo a identidade da célula destino. 
2. O MSC sabe qual o BSC que controla a nova célula, e envia-lhe um pedido de 
handover. 
3. O novo BSC verifica o estado dos canais (poderão estar todos ocupados), e ordena 
então à BTS-new que active o canal para que o móvel possa ser recebido. 
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4. Este BSC enviará então a mensagem de handover ao móvel, através do MSC e do 
antigo BSC e BTS. É esta BTS que suporta o canal ainda activo. Esta mensagem 
contém informação acerca das características do novo canal. 
5. O Móvel sintoniza a nova frequência e após a correcta sincronização, passa a 
transmitir bursts de acesso para handover. Estes bursts são enviados no canal 
FACCH. 
6. Após detecção dos bursts de acesso, a nova BTS responde, enviando informação 
acerca do avanço temporal, pelo no canal FACCH. 
7. O móvel recebe a resposta e envia a mensagem de handover completo para o MSC, 
através do novo BSC. 
8. O MSC informa o BSC que o handover correu bem e que poderá libertar os canais 
de tráfego. 
9. O BSC antigo manda a BTS-old libertar o canal anteriormente utilizado. 
 
O terceiro e último caso trata do handover entre células que pertencem a áreas de serviço de 
diferentes MSC’s. Este tipo de handover apenas poderá ser executado dentro do mesmo operador. 
É claro que neste caso também os BSC serão diferentes. Vamos então explicar as fases apresentadas 
na Figura 5.3: 
 
Figura 5.5 - Handover entre células controladas por diferentes MSC’s. 
2. O BSC que serve no momento o móvel (old) envia uma mensagem de pedido de handover 
ao MSC-A. Neste mensagem é enviada a identificação da célula destino; 
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3. O MSC-A verifica que a célula pertence a outro MSC, o MSC-B, e pede-lhe então ajudo no 
processo; 
4. O MSC-B atribui um número ao handover para o reencaminhamento da chamada. É então 
enviado uma mensagem de pedido de handover ao BSC-new; 
5. O novo BSC manda a BTS destino activar o novo canal de tráfego; 
6. O MSC-B recebe a informação acerca do canal, e passa-a ao MSC-A juntamente com o 
número de handover; 
7. Nesta altura é estabelecida uma ligação para transporte de tráfego entre os dois MSC’s. O 
estabelecimento deste circuito poderá passar pela PSTN. 
8. O MSC-A enviará então a mensagem de handover ao móvel, através do antigo BSC e BTS. 
9. O Móvel sintoniza a nova frequência e após a correcta sincronização, passa a transmitir 
bursts de acesso para handover. Estes bursts são enviados no canal FACCH. 
10. Após detecção dos bursts de acesso, a nova BTS responde, enviando informação acerca do 
avanço temporal, pelo no canal FACCH. 
11. O móvel recebe a resposta e envia a mensagem de handover completo para o antigo MSC, 
através do novo BSC. 
12. O MSC-A estabelece então um novo circuito de forma a que a chamada passa a ser 
encaminhada através da nova ligação. Depois disso e«informa o antigo BSC que já pode 
libertar o canal antigo. 
 
Figura 5.6 - Handover entre células controladas por diferentes MSC’s. 
 
 
FIM