8.aitor garcia vinas

26
1 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL Understanding how Vodafone Spain are managing their HSPA network to ensure optimum performance Mobile Network Optimisation Vienna 6th9th June 2011 Aitor Garcia Viñas [email protected] Vodafone Spain – Access Department

Upload: erdinc1302

Post on 22-Dec-2015

97 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 8.Aitor Garcia Vinas

1 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Understanding how Vodafone Spain are  managing their HSPA network to ensure  optimum performance

Mobile Network Optimisation

Vienna 6th‐9th June 2011

Aitor Garcia Viñas

[email protected]

Vodafone Spain – Access Department

Page 2: 8.Aitor Garcia Vinas

2 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

THE WAY WE HAVE BEEN  SEEING THE NETWORK IS  CHANGING

SMARTPHONES ARE THERE

Page 3: 8.Aitor Garcia Vinas

3 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

SMARTPHONE EVOLUTION IN VODAFONE SPAIN

sep-10 oct-10 nov-10 dic-10 ene-11

M B/M onth Device Number

Smartphone Evolution in Vodafone Spain

+14%+65%

Page 4: 8.Aitor Garcia Vinas

4 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Understanding traffic mix and profiles in an existing HSPA

network to 

improve HSPA Data performance 

21%

31%

48%

95.74%

0.36%3.89%

Smartphones & modem data traffic

modem

mobile phone

smartphone

% devices with PS traffic

% total traffic

Page 5: 8.Aitor Garcia Vinas

5 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Understanding Device Requirements

•Mobile Phones:–

Voice quality and mobility

•Modems:–

User peak and average throughput

RNC data traffic processing load

DL interference

•Smartphones:–

Number of simultaneous users

RNC signalling processing load

UL interference

XXXXXX

RRU

Antenna

BBU

RNC

Node B

Different capacity issues depending on device type

Mobile Phones Modems Smartphones

MARKET DIRECTION

VOICE

DATA

VOICE + DATA

Page 6: 8.Aitor Garcia Vinas

6 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Understanding Capacity Requirements

•Capacity Improvement in DL: More steps 

and more resources (power and codes)

•Better optimised for multi‐user

•Capacity Improvement in UL: Less and bigger 

steps than in DL

•Simultaneous user affects significantly the 

cell capacity

•Baseband consumption is very demanding

714

21

4228

84

10 codes 16QAM

15 codes 16QAM

Multi Carrier

MIMO

15 codes 64QAM

Combinations

2

5.7

11.5

10ms

2ms

Multi Carrier or 16QAM

Multi Carrier + 16QAM22

Page 7: 8.Aitor Garcia Vinas

7 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

DL Cell Capacity and User Performance Enhancement

Dl

R99

HSDPA+ 64QAM

HSDPA 16QAM

11

0100

10

1111

111111

Scheduler

&

TFRC

Selection

HARQ

HARQ

Turbo 

encoder

Turbo 

encoder

Modulation 

Spreading 

Scrambling

Modulation 

Spreading 

Scrambling

•W11

•W12

•W21

•W22

•P‐CPICH

•S‐CPICH

Precoding 

matrix 

calculation

•W1•W2•W3•W4

•Pre‐coding control info•(PCI) from UE

R99 R99/HSDPA

R99

R99/HSDPA

R99/HSDPA+

R99/HSDPA+

5, 10 , 15 codes

5, 10 , 15 codes 15 codes

HSDPA+ WORLD: 64QAM, MIMO and Carrier Aggregation

MIMO     28.8Mbps 

MULTI CARRIER     42.2Mbps

DUAL CARRIER +MIMO  Up to 

84Mbps

64QAM 

21.8Mbp

s

384kbps Up to 10.8Mbps

Up to 

84Mbps

Page 8: 8.Aitor Garcia Vinas

8 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Inter‐carrier Load Sharing vs

Non‐Load Sharing

15% CS Call drop rate improvement in 

Smartphones

50% PDP Context activation time

Throughput improvement in node B 

with high load: +15% DL and +10% UL *

Downlink and Uplink Noise distributed in 

both layers

R99/HSDPA+

R99/HSDPA+ Cell barred

Any HSPA call to F2No HSPA call established in F1No interfreq

reselection

F2

F1 R99/HSDPA+

R99/HSDPA+

Full HSPA&R99 load balanceInterfreq

resel. allowed

F2

F1

Voice Only layer

HSPA and MRAB Layer

Complete sharing of traffic 50%/50% obtained unbarring F2 and making use of full load sharing

* Benefit seen by drive test

All users camp in F1PS Redirection to F2

Voice and data 

redirection and 

reselection 

based on load 

and quality

Page 9: 8.Aitor Garcia Vinas

9 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

HSPA+ 64QAM, MIMO and Dual Carrier

Throughput Comparison at Different Radio Conditions (Mbps)

6.1

2.5

9.0

3.5

20.7

9.6

5.1

21.0

11.1

5.1

10.8

14.2

Good Radio Medium Radio Bad Radio

HSPA + 64QAMHSPA+ MIMOHSPA+ Dual Carrier 64QAM (20W)HSPA+ Dual Carrier 64QAM (40W)

Spectrum Efficiency Comparison at different Radio Conditions (Bits/Hz)

1.2

2.2

0.7

1.8

2.8

0.5

1.0

2.1

0.5

1.1

2.1

0.5

Good Radio Medium Radio Bad Radio

HSPA+ 64QAMHSPA+ MIMOHSPA+ Dual Carrier 64QAM (20W)HSPA+ Dual Carrier 64QAM (40W)

HSPA+ DC almost doubles HSPA+ 64QAM 

throughput

MIMO sometimes unstable in good radio

Impact on legacy users due to MIMO data 

and S‐CPICH Channel

40W Power availability performance 

improvement not significant

But best spectrum efficiency for MIMO: highly 

advisable for high loaded scenarios where DC 

reduces its performance

Note: Tests performed on a cluster having average traffic load 

according to VF‐ES traffic profile performing FTP downloads

Page 10: 8.Aitor Garcia Vinas

10 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Enhanced Virtual Antenna Mapping to cope with MIMO 2

VAM

matrixPA2

PA1∑

Rel’99 / HSMIMO stream #1

Primary Pilot

∑MIMO stream #2

Secondary Pilot

V1

V2

Virtual Antennas

(what the UE believes is transmitted)

Physical Antennas

(what the UE is actually transmitted)

Ant 1

Ant 2

θPhase adaptation to

Optimise power received

by HSPA users

CQI reporting from HSPA users

E-VAM algorithm

Enhanced VAM (E-VAM)

allows to dynamically control the phase offset between with the following objectives:

1)

Minimise interference from MIMO2 (virtual antenna 2 signals seen as interference for HSPA users).

2)

Maximise the throughput of HSPA legacy users (independently from MIMO).

Enhanced VAM (E-VAM)

was developed to build upon the partial

success of VAM by insertion of phase after

the signal passes the VAM matrix to one

of the output ports only

Page 11: 8.Aitor Garcia Vinas

11 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

eVAM

to cope with MIMO 2 and improve coverage

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

cdf (

%)

CQI

E-VAM

VAM

E‐VAM activated at BH in VF 

ES commercial Network with 

high HSDPA traffic load with 

no MIMO users present

Around 0.8dB average CQI 

improvement achieved

0

5

10

15

20

25

Baseline ‐ 7.2 Mbps "14.4" Mbps MIMO HS ‐ HS HS ‐ MIMO VAM HS ‐ MIMO E‐VAM MIMO ‐ MIMO

user 2user 1

Mbp

s

single active user concurrent active users

DL throughput (good radio conditions)

Legacy  throughput 

degradation due to 

MIMO 2

Page 12: 8.Aitor Garcia Vinas

12 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

UL Cell Capacity and User Performance Enhancement

1.

Rake Receiver:

Place fingers on path delays  Maximise Self Power

2.

Equaliser Receiver:

Add extra fingers to suppress the self interference Combat self interference

3.

Time Division Mux

Receiver:

Allocate different TTIs

to each user  Combat intra‐cell interference + Interference Cancellation Receiver: Suppress dominant intra‐ and inter‐cell interference  Maximise received SIR

4.

Dynamic Noise level and BLER target  Increase cell capacity adapting to user location and traffic mix

5.

16QAM Increase spectrum efficiency + Multi Carrier Increase peak and average user throughput

2 4 51 3

TIMETODAY

Up to 3.2Mbps Up to 4Mbps Up to 6Mbps ? Mbps (Max 21 Mbps)

Page 13: 8.Aitor Garcia Vinas

13 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

UL Expected Cell Capacity in multi‐user environment

2ms HSUPA User

10ms HSUPA User

2ms User Mix 10ms User Mix 2ms + 10ms User Mix

Significant cell capacity reduction with the 3rd user in the system

UL Cell capacity will depend on user location and 2ms to 10ms HSUPA user traffic mix due to 

scheduler fairness

No Capacity gain when putting 3x2ms users vs

having 10ms in the system

Expected Max cell capacity 10ms: 1 user 1.7 Mbps, 2 user: 2.4 Mbps, 3 user 2MbpsExpected Max cell capacity 2ms: 1 or 2 user 4Mbps, 3 user: 3Mbps, 4 user 2Mbps

1

Page 14: 8.Aitor Garcia Vinas

14 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

UL Receiver Equaliser and SIR Optimisation

2ms HSUPA Average Application Throughput comparison with Equaliser and SIR

•Equaliser benefit depends on layer type and traffic mix: over 8%

•Power control optimisation improves over 20% the average throughput

2

Page 15: 8.Aitor Garcia Vinas

15 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

UL Interference Cancellation

+12%

+61% +51% +28%

Cell throughput gain between 12% and 61% depending on HSUPA user

combination

Major increase observed for HSUPA 5.76Mbps when HSUPA 2Mbps user

throughput is near its 

achievable maximum rates (1.7Mbps)

2ms HSUPA User

10ms HSUPA User

3 x 10ms Use

rs

1 x 10

ms + 1 x 2ms Use

rs

2 x 10ms + 1 x 2ms Use

rs

2 x 2m

s Use

rs

Interference Cancellation feature benefits for different types of user mix

3

Page 16: 8.Aitor Garcia Vinas

16 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

DL and UL Short Term Key Features: Fast Dormancy

Fast Dormancy enables the direct transition to cell‐PCH from 

cell‐DCH or cell‐FACH for some specific UE’s

Pre‐Rel

8 Fast dormancy can be triggered by two reasons:1.

UE sends RRC Con. release to indicate no more data to send

2.

RNC detects no data from/to the UE during a certain period of time

Avoid scenarios with high signaling generated by UE’s

or 

Paging channel congestion

Battery saving and better user experience

XX

XXX

X

RRU

Antenna

BBU

RNC

Nod

e B

SGSN

GGSN

DL and UL Baseband CE > 10%

Radio Links established > 20%

FACH usage > 7%

Significant Control plane load decrease

Very high #PS 

RAB and Paging 

reduction

CELL_DCH

CELL_FACH

CELL_PCH

URA_PCH

IDLE

FAST 

DORMANCY

Call Drop Rate 

increased for 

specific UE’s

so 

white list based 

fast dormancy 

generated

Pre or Post Rel‐8 

devices

Page 17: 8.Aitor Garcia Vinas

17 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

DL and UL Short Term Key Features: Traffic Offload

XX

XXX

X

RRU

Antenna

BBU

RNC

Nod

e B

SGSN

GGSN

WIFI NETWORKINTERNET

Traffic Offload

WIFI OFFLOAD NODE B OFFLOAD RNC OFFLOAD

TYPICAL 3G E2E 

DATA CONNECTION 

WITH OR WITHOUT 

ONE TUNNEL

Page 18: 8.Aitor Garcia Vinas

18 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

DL and UL Short Term Key Features: Coverage Improvement

UMTS2100 F2

UMTS900

UMTS2100 F1

Traffic Steering

Traffic SteeringMobility

Mobility

RRU

Passive Antenna 

with Macro 

equipment

Passive Antenna 

With RRUActive Antenna

CARRIER 1CARRIER 2

VERTICAL BEAM FORMING

USER 2

USER 1

HORIZONTAL BEAM FORMING

ACTIVE ANTENNAS

UMTS 900

Page 19: 8.Aitor Garcia Vinas

19 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

DL and UL Short Term Key Features: CPC

•UE battery saving gains by allowing to turn off the transmitter and/or receiver 

when there is no data

•DL and UL interference level reduction

•Benefit is maximised with users in the system performing little data transmission 

as it happens in the Smartphone case

•Live tests show reduction of the UL load in around 2 dB of RSSI

•Trade off of 10ms latency increase

UL DTXDL DRX

DRX Pattern INACTIViTY

TIMER – RX ON RX OFF

time

HS‐SCCH and

E‐AGCH/RGCH

time

DPCCH DPCCH

UL DTX CYCLE

ACK/NACK CQI ACK/NACK ACK/NACK

time

CPC OFF ‐

DPCCH

time

Page 20: 8.Aitor Garcia Vinas

20 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

DL and UL Short Term Key Features: HS‐FACH

•Handle more traffic on FACH

•Higher data rate compared to FACH

•More users per cell

•Higher capacity for chatty applications

•Reduce signalling

•Faster up switch FACH ‐> HSPA

•Less Power Consumption

HSPA

HS‐FACHFACH

CELL‐PCH

URA‐PCHIDLE

Data Rates

Power

Connected

Page 21: 8.Aitor Garcia Vinas

21 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

The SmartPhone effect….

•Smartphones make many more PS calls, because of "Fast dormancy" handset 

behaviour and "Heart Beat" of their applications. These UEs

are very dangerous 

because they repeat and repeat connection attempts if they are not successful

•The normal sequence of radio congestion is as follows when the number of 

HSUPA users rises, mainly 2ms UL ones–

RTWP rises exponentially; RTWP reaching ‐80dBm begins to degrade BTS sensitivity

UEs

use higher and higher power to reach the NodeB/RNC  RTWP gets worse

UL RRC establishment messages do not arrive to RNC due to high noise UL RTWP

UEs

repeat RRC establishment Requests in a loop

FACH channel is saturated by high number of RRC Setup messages. RRC Setup messages 

are queued and reach Timeout  Collapse and “snow ball” effect

DL power saturates due to the lack of UL In‐Sync. UL Innerloop

does not converge

Page 22: 8.Aitor Garcia Vinas

22 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Example of Hot Spot: May Puerta

del Sol 

Protest (Madrid)

• “Puerta

del Sol”

event ‐> May 17th – 22nd

• Big numbers–

Traffic:–35%

in case of voice and 50%

in case of data more traffic than New Years Eve peak–28%

more voice traffic than the Real Madrid Bernabeu

football match peak

Performance:–Accessibility problems at the beginning

of the event due to UL saturation–Dense network changes improved performance and allowed keeping  Voice and Data calls 

were in 3G

–Voice accessibility above 97%–Data accessibility above 80%

‐> In this case, it is almost transparent for the customer due 

to the handset retries it automatically

–Dropped Call Rate

below 1%

Page 23: 8.Aitor Garcia Vinas

23 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Performance Summary in Puerta

del Sol

Voice Accessibility

Voice Erlangs

0%

100%

Voice Accessibility vs

Voice Traffic

0%

100%

Packet Accessibility

Data Traffic

Packet Accessibility vs

Data TrafficUplink Noise Level

Minimum UL Noise

Average UL Noise

Page 24: 8.Aitor Garcia Vinas

24 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Action Summary in Puerta

del Sol, Madrid

•3 Non‐barred Cell Carriers allowing device continuously to camp on best cell

• 15 code with 64QAM HSPA+ capability with 2ms HSUPA

•Over 1000 Channel Element base band capacity per site (for the UL)

•Fast Dormancy with Cell/URA PCH

•Remote Radio Units with 80W power amplifiers

•An Edge based 2G network with Coordinated paging and protected against RACH 

storms

Page 25: 8.Aitor Garcia Vinas

25 VODAFONE C3 CONFIDENTIAL

Conclusion

•Philosophy and methodology change in terms of network dimensioning due to 

smartphone

introduction

•Multi‐RAB CS + PS service more and more important  voice and data must be shared, no more need to protect data in dedicated carrier

•Average and peak throughput necessary but mainly reliable fast connection. Multi 

Carrier for the short/medium term, MIMO for the long term

•Main target to reduce UL interference level  by means of interference cancellation, new features (CPC and HS‐FACH) and network parameter tuning

•Fast dormancy feature critical to avoid too many reestablishment

from idle

Page 26: 8.Aitor Garcia Vinas

26 VODAFONE CONFIDENTIAL 13 June 2011

THANK YOU