2.6.1 Chuyển giao mềm
Trong một mụi trường thụng tin di động, khi một thuờ bao di chuyển từ vựng phủ súng của một trạm gốc tới vựng phủ súng của một trạm gốc khỏc, một quỏ trỡnh chuyển giao xảy ra để chuyển tiếp đường thụng tin từ một trạm gốc đến trạm tiếp theo. Hệ thống CDMA được xỏc định bởi tiờu chuẩn IS-95 hỗ trợ cỏc quỏ trỡnh chuyển giao khỏc nhau.
Chuyển giao mềm và mềm hơn cần phải cú trong cỏc hệ thống thụng tin di động CDMA vỡ: Để trỏnh hiệu ứng gần xa xảy khi MS tiến sõu vào vựng phủ súng của ụ lõn cận và khụng được BS của ụ này điều khiển, điều này sẽ dẫn đến việc nú sẽ gõy nhiễu rất lớn tới cỏc MS khỏc ở ụ này. Cựng với điều khiển cụng suất, chuyển giao mềm và mềm hơn là cụng cụ quan trọng để giảm nhiễu, tăng dung lượng ở CDMA.
Thứ nhất là quỏ trỡnh chuyển giao mềm (soft handoff). Cú thể hiểu ngắn gọn là CDMA sử dụng chuyển giao mềm trong đú trong thời gian chuyển giao một mỏy di động đồng thời duy trỡ liờn lạc với hai hoặc ba trạm gốc. Khi mỏy di động di
Mó PN Mó PN ngắn Mó Walsh Hệ thống trải phổ Truy nhập trỏi phộp (nghe trộm)
lượng được duy trỡ đồng thời với cả hai ụ. Hỡnh 2.3(a) và hỡnh 2.3(b) minh họa cỏc đường truyền đồng thời trong thời gian chuyển giao mềm. Trờn đường truyền đi
(xem hỡnh 2.3(a)), mỏy di động sử dụng mỏy thu quột để giải điều chế hai tớn hiệu
riờng biệt từ hai trạm gốc khỏc nhau. Hai tớn hiệu được kết hợp để tạo ra một tớn hiệu tổng hợp cú chất lượng tốt hơn. Trờn đường truyền về (xem hỡnh 2.3(b)), tớn hiệu phỏt từ mỏy di động được thu bởi cả hai trạm gốc.Hai ụ thực hiện giải điều chế tớn hiệu riờng biệt và gửi cỏc khung đó giải điều chế phản hồi về trung tõm chuyển mạch di động (MSC). MSC chứa một bộ lựa chọn để lựa chọn khung tốt nhất trong số cỏc khung được gửi phản hồi về. Khi chuyển giao mềm, trờn một kết nối cú hai vũng điều khiển cụng suất tớch cực, mỗi vũng cho mỗi trạm BS. Chuyển giao mềm xảy ra vào khoảng 10% - 40% kết nối. Chuyển giao mềm và mềm hơn cú thể ra đồng thời trờn một kết nối.
Thứ hai là quỏ trỡnh chuyển giao mềm hơn (softer handoff). Loại chuyển giao này diễn ra khi một mỏy di động di chuyển giữa hai bộ lựa chọn khỏc nhau trong cựng một ụ. Trờn kờnh hướng đi, mỏy di động thực hiện cựng quỏ trỡnh kết hợp như trong chuyển giao mềm. Trong trường hợp này, mỏy di động sử dụng bộ thu quột của nú để kết hợp cỏc tớn hiệu thu được từ hai cung (sector) khỏc nhau. Tuy nhiờn, trờn đường truyền về, hai cung trong cựng một ụ thu đồng thời hai tớn hiệu từ mỏy di động. Cỏc tớn hiệu được giải điều chế và kết hợp trong ụ và chỉ một khung được gửi trở lại MSC. Trong quỏ trỡnh chuyển giao mềm hơn ở mỗi kết nối chỉ cú một vũng điều khiển cụng suất là tớch cực. Thụng thường chuyển giao mềm hơn chỉ xảy ra ở 5% - 15% kết nối.
Thứ ba là quỏ trỡnh chuyển giao cứng (hard handoff ). Hệ thống CDMA sử dụng hai loại chuyển giao cứng. Chuyển giao CDMA tới CDMA diễn ra khi mỏy di động đang chuyển tiếp giữa hai súng mang CDMA (tức là hai kờnh trải phổ
được tập trung ở cỏc tần số khỏc nhau). Quỏ trỡnh chuyển giao cứng này cũng cú
thể diễn ra khi mỏy di động chuyển tiếp giữa hai hệ thống của hai nhà khai thỏc khỏc nhau. Đụi khi quỏ trỡnh chuyển giao CDMA tới CDMA được gọi là chuyển
giao D tới D. Mặt khỏc, quỏ trỡnh chuyển giao từ hệ thống CDMA tới hệ thống
tương tự diễn ra khi một cuộc gọi CDMA được chuyển giao tới một mạng tương tự. Quỏ trỡnh này cú thể xảy ra khi mỏy di động di chuyển vào một khu vực mà ở đú cú dịch vụ tương tự nhưng khụng cú CDMA. Đụi khi quỏ trỡnh chuyển giao từ hệ thống CDMA tới hệ thống tương tự được gọi là chuyển giao D tới A.
Hỡnh 2.3a - Chuyển giao mềm giữa hai trạm gốc-đường truyền đi
Hỡnh 2.3b - Chuyển giao mềm giữa hai trạm gốc- đường truyền về MS
C
ĐƯỜNG TRUYỀN ĐI
ễ đớch Mỏy di động ễ nguồn kết hợp 2 tớn hiệu ĐƯỜNG TRUYỀN VỀ MS C Bộ chọn ễ đớch ễ nguồn Khung đó giải điều chế Khung đó giải điều chế Lựa chọn khung tốt Mỏy di động
Trước khi chỳng ta miờu tả chi tiết quỏ trỡnh chuyển giao mềm, cần lưu ý một điều rất quan trọng là mỗi cung (sộc tơ) trong một hệ thống CDMA được phõn biệt với một cung khỏc bởi kờnh hoa tiờu của cung đú. Như trỡnh bày trong hỡnh 2.4, kờnh hoa tiờu là một trong số bốn kờnh lụgic trờn đường truyền đi: Hoa tiờu, tỡm gọi, đồng bộ và lưu lượng. Kờnh hoa tiờu cú nhiệm vụ như một "đốn hiệu" đối với mỗi cung và trợ giỳp cho mỏy di động trong việc tỡm nhận cỏc kờnh lụgic khỏc trong cựng một cung. Khụng cú thụng tin được chứa đựng trong kờnh hoa tiờu ngoài mó PN ngắn với một chuỗi bự (chuỗi ụpset) đặc trưng được ấn định cho riờng cung đú. Nhớ lại về chuỗi PN mà chỳng ta đó đề cập ở phần trước một chuỗi PN cộng với một chuỗi bự trở thành một chuỗi PN khỏc và chuỗi PN bự này là trực giao với chuỗi PN gốc. Mó PN được phỏt trờn kờnh hoa tiờu sử dụng đặc tớnh này để phõn biệt bản thõn nú với cỏc cung khỏc và cỏc trạm gốc khỏc. Chuỗi bự của một chuỗi PN kết hợp với một cung riờng được chỉ định bằng thụng số PILOT PN cho cung đú.
Hỡnh 2.4 - Tớn hiệu trải phổ (SS) đường truyền đi trong CDMA
Một thuật ngữ đặc biệt được sử dụng để mụ tả SNR của kờnh hoa tiờu: Năng lượng chớp trờn mật độ nhiễu hoặc Ec/Io. Năng lượng chớp (năng lượng trờn một
chớp) khỏc với năng lượng bớt trong đú "cỏc chớp" liờn quan tới cỏc chuỗi PN được
Kờnh lưu lượng K ( cho thuờ bao K)
Kờnh lưu lượng 2 ( cho thuờ bao 2) Kờnh lưu lượng 1 ( cho thuờ bao 1) Kờnh đồng bộ Kờnh tỡm gọi Kờnh hoa tiờu Tần số Cụng s u ất
trải phổ. Vỡ khụng cú thụng tin băng gốc chứa đựng trong kờnh hoa tiờu, nờn kờnh hoa tiờu khụng cú quỏ trỡnh giải trải phổ và cỏc bớt khụng được khụi phục. Do đú, để mụ tả cường độ tớn hiệu của kờnh hoa tiờu, tỷ số S/N (SNR) hoặc Ec/Io được sử dụng. Lưu ý rằng do kờnh hoa tiờu khụng được giải trải phổ nờn Ec/Io duy trỡ dưới mức 1 trong phần lớn thời gian.
2.6.1.1.Lưu giữ cỏc tập tin
Trong CDMA, mỏy di động là một thành phần liờn quan mật thiết trong quỏ trỡnh chuyển giao mềm. Mỏy di động liờn tục thụng bỏo cho trạm gốc về điều kiện kiện truyền lan nội tại; trạm gốc sử dụng thụng tin này để đưa ra cỏc quyết định chuyển giao. Quỏ trỡnh chuyển giao cú sự trợ giỳp của mỏy di động (MAHO) này là rừ ràng trong đú mỏy di động thực hiện đo tỷ số Ec/Io của đường truyền đi và bỏo cỏo kết quả đo tới trạm gốc. Do mỗi trạm gốc phỏt kờnh hoa tiờu của nú trờn một mẫu ụpset PN khỏc nhau nờn Ec/Io của một kờnh hoa tiờu cho biết rừ việc một sộc tơ riờng cú thể là sộc tơ phục vụ thụng tin cho mỏy di động hay khụng.
Trong việc quản lý quỏ trỡnh chuyển giao, mỏy di động lưu giữ trong bộ nhớ của nú bốn danh sỏch riờng của cỏc sộc tơ trong trạm gốc. Cỏc sộc tơ được lưu giữ dưới dạng cỏc ụpset PN kờnh hoa tiờu của cỏc sộc tơ này. Cỏc danh sỏch này cũng được gọi là cỏc tập. Bốn tập là tập hoạt động (active set), tập dự tuyển (candidate
set ), tập lõn cận ( neighbor set ) và tập dư (remaining set).
Tập hoạt động (A) chứa cỏc kờnh hoa tiờu của cỏc sộc tơ đang thụng tin với mỏy di động trờn cỏc kờnh lưu lượng. Nếu tập hoạt động chỉ chứa một kờnh hoa tiờu thỡ mỏy di động khụng nằm trong quỏ trỡnh chuyển giao mềm. Nếu tập hoạt động chứa nhiều hơn một kờnh hoa tiờu thỡ mỏy di động duy trỡ thụng tin với tất cả cỏc sộc tơ đú trờn cỏc kờnh lưu lượng riờng biệt. Trạm gốc điều khiển quỏ trỡnh chuyển giao ở giai đoạn sau cựng vỡ một kờnh hoa tiờu chỉ cú thể được bổ sung vào tập hoạt động nếu trạm gốc gửi một bản tin điều khiển chuyển giao tới mỏy di động và bản tin chứa kờnh hoa tiờu đú cần được bổ sung vào tập hoạt động. Tập hoạt động cú thể chứa ớt nhất sỏu kờnh hoa tiờu.
Tập dự tuyển chứa cỏc kờnh hoa tiờu cú Ec/Io đủ lớn để làm cho chỳng trở thành cỏc kờnh dự tuyển (cú thể chọn) cho chuyển giao. Điều này nghĩa là nếu Ec/Io
của một kờnh hoa tiờu nào đú lớn hơn ngưỡng phỏt hiện kờnh hoa tiờu
bị xoỏ khỏi tập này và đưa vào tập lõn cận nếu cường độ của kờnh hoa tiờu đú giảm xuống dưới ngưỡng mất hoa tiờu T -DROP trong khoảng thời gian lớn hơn khoảng thời gian được chỉ định bởi giỏ trị giới hạn cho thời gian mất hoa tiờu trong chuyển giao. Tập dự tuyển cú thể chứa ớt nhất là sỏu kờnh hoa tiờu.
Lưu ý rằng một kờnh hoa tiờu cú thể bị xoỏ khỏi tập hoạt động và đặt vào tập dự tuyển nếu bản tin điều khiển chuyển giao thu được khụng chứa kờnh hoa tiờu đú; và nếu T_TDROP cho kờnh hoa tiờu đú khụng cũn tồn tại thỡ kờnh hoa tiờu đú cũng bị xoỏ khỏi tập hoạt động và đặt vào tập dự tuyển.
Tập lõn cận (N) chứa cỏc kờnh hoa tiờu nằm trong danh sỏch kờnh lõn cận
(lỏng giềng) của sộc tơ đang phục vụ thụng tin cho mỏy di động. Ban đầu, tập lõn
cận chứa cỏc kờnh, được gửi đến mỏy di động bởi trạm gốc đang phục vụ thụng tin cho mỏy di động đú, trong bản tin danh sỏch kờnh lõn cận. Để lưu giữ tất cả cỏc kờnh hoa tiờu hiện tại trong tập lõn cận, mỏy di động lưu giữ số liệu trong một bộ
đếm thời gian tồn tại đối với mỗi kờnh hoa tiờu trong tập này. Bộ đếm này được
khởi đầu về số khụng khi một kờnh hoa tiờu được chuyển từ tập hoạt động hoặc tập dự tuyển tới tập lõn cận. Bộ đếm sẽ đếm tăng đối với mỗi kờnh hoa tiờu trong tập lõn cận mỗi khi thu được một bản tin cập nhật danh sỏch kờnh lõn cận. Kờnh hoa tiờu được chuyển từ tập này tới tập dư nếu bộ đếm vượt quỏ giỏ trị NGHBR MAX_AGE. Tập lõn cận cú thể chứa ớt nhất là 20 kờnh hoa tiờu.
Lưu ý rằng một kờnh hoa tiờu cú thể bị xoỏ khỏi tập hoạt động và đặt vào tập lõn cận nếu bản tin điều khiển chuyển giao thu được khụng chứa kờnh hoa tiờu đú; và nếu T_ TDROP cho kờnh hoa tiờu đú khụng cũn tồn tại thỡ kờnh hoa tiờu đú cũng bị xoỏ khỏi tập hoạt động và đặt vào trong tập lõn cận.
Tập dư (R) chứa tất cả cỏc kờnh hoa tiờu cú thể tồn tại trong hệ thống đối với tần số súng mang CDMA này, trừ cỏc kờnh hoa tiờu đang nằm trong cỏc tập hoạt động, dự tuyển và lõn cận. Cỏc ụpset PN kờnh hoa tiờu trong tập này được xỏc định bởi thụng số số gia kờnh hoa tiờu(PILOT INC). Vớ dụ, nếuPILOT INC là 4 thỡ cỏc sộc tơ riờng biệt trong hệ thống chỉ cú thể phỏt với cỏc ụpset là 0, 4, 8, 12, v.v... PILOT INC được gửi tới mỏy di động trong bản tin danh sỏch lõn cận và bản tin cập nhật danh sỏch lõn cận.
2.6.1.2.Quỏ trỡnh chuyển giao
Trong vớ dụ sau đõy, chỳng ta xem xột quỏ trỡnh chuyển giao từ ụ nguồn tới ụ đớch. Như trỡnh bày trong hỡnh 2.5, mỏy di động di chuyển từ vựng phủ súng của ụ nguồn A tới vựng phủ súng của ụ đớch B. Sau đõy là một chuỗi cỏc bước trong quỏ trỡnh chuyển giao này:
1. Ở đõy mỏy di động chỉ đang được phục vụ bởi ụ A và tập hoạt động của nú chỉ chứa kờnh hoa tiờu A. Mỏy di động đo tỷ số Ec/Io của kờnh hoa tiờu B và nhận thấy nú lớn hơn T_ADD. Mỏy di động gửi một bản tin đo
cường độ kờnh hoa tiờu và chuyển kờnh hoa tiờu B từ tập lõn cận tới tập
dự tuyển.
2. Mỏy di động thu được một bản tin điều khiển chuyển giao từ ụ A. Bản tin điều khiển để mỏy di động bắt đầu thụng tin trờn một kờnh lưu lượng mới với ụ B; bản tin chứa ụpset PN của ụ B và mó Walsh của kờnh lưu lượng mới được phõn.
3. Mỏy di động chuyển kờnh hoa tiờu B từ tập dự tuyển tới tập hoạt động. Sau khi chiếm được kờnh lưu lượng hướng đi đó được chỉ định trong bản
tin điều khiển chuyển giao, mỏy di động sẽ gửi một bản tin hoàn thành
chuyển giao. Lỳc này tập hoạt động chứa hai kờnh hoa tiờu.
4. Mỏy di động phỏt hiện ra kờnh hoa tiờu A hiện đó bị rớt xuống dưới ngưỡng T_DROP. Mỏy di động khởi động bộ đếm thời gian rớt mức. 5. Bộ đếm thời gian rớt mức đạt đến giỏ trị T_TDROP. Mỏy di động sẽ gửi
đi một bản tin đo cường độ kờnh hoa tiờu.
6. Mỏy di động nhận được một bản tin điều khiển chuyển giao. Bản tin này chỉ chứa ụpset PN của ụ B. ễpset PN của ụ A khụng cú trong bản tin này. 7. Mỏy di động chuyển kờnh hoa tiờu A từ tập hoạt động tới tập lõn cận và nú
gửi đi một bản tin hoàn thành chuyển giao.
Cú một phương phỏp khỏc cú thể kớch hoạt quỏ trỡnh phỏt bản tin đo cường
độ kờnh hoa tiờu bởi mỏy di động. Nếu cường độ của một kờnh hoa tiờu trong tập
sỏnh ngưỡng T COMP x 0,5 dB giữa tập hoạt động với tập dự tuyển, thỡ mỏy di động sẽ gửi bản tin đo cường độ kờnh hoa tiờu.
Hỡnh 2.5 - Quỏ trỡnh chuyển giao
2.6.1.3.Tỡm kờnh hoa tiờu
Ngoài quỏ trỡnh trải phổ bằng mó Walsh, đường truyền đi cũn được trải phổ bởi một chuỗi PN (với một ụpset PILOT PN) tốc độ 1,2288 Mc/s. Tớn hiệu đường truyền đi này, giống như bất cứ tớn hiệu nào khỏc truyền lan qua một mụi trường di động, cú thể gặp phải sự phản xạ gõy ra hiệu ứng đa đường (nhiều tia). Kết quả là cỏc tớn hiệu hoa tiờu khỏc nhau cú thể đến mỏy di động ở những thời điểm khỏc nhau và một tia súng thành phần trong hiệu ứng nhiều tia của một kờnh hoa tiờu cú thể đến chậm hơn một số chớp so với tia truyền thẳng. Do đú, cỏc cửa sổ tỡm kiếm được cung cấp để tỡm cỏc kờnh hoa tiờu đang ở trong cỏc cửa sổ hoạt động, dự tuyển, lõn cận và dư. Đặc biệt, thụng số SRCH WIN A xỏc định độ rộng của cửa sổ tỡm kiếm được sử dụng để tỡm cỏc kờnh hoa tiờu trong cỏc tập dư. Ba thụng số này
1 kờnh hoa tiờu (B) trong tập hoạt ễ nguồn A Mỏy di động ễ đớch B
1 kờnh hoa tiờu (A) trong tập hoạt
2 kờnh hoa tiờu (A&B) trong
tập hoạt
được gửi tới mỏy di động trong bản tin cỏc thụng số hệ thống và bản tin điều khiển chuyển giao.
Cửa sổ tỡm kiếm cho cỏc tập hoạt động và dự tuyển được xem xột với cỏc tia súng thành phần đến sớm nhất của kờnh hoa tiờu. Mỏy di động sẽ tập trung cửa sổ tỡm kiếm cho mỗi kờnh hoa tiờu trong cỏc tập hoạt động và dự tuyển quanh cỏc tia súng thành phần cú thể sử dụng đến sớm nhất của kờnh hoa tiờu. Vớ dụ, nếu SRCH WIN A được xỏc định là 40 chớp, thỡ mỏy di động sẽ tỡm 20 chớp quanh cỏc tia súng thành phần đến sớm nhất của kờnh hoa tiờu. Đối với mỗi kờnh hoa tiờu trong cỏc tập lõn cận và dư, mỏy di động tập trung cửa sổ tỡm kiếm cho mỗi kờnh hoa tiờu quanh ụpset chuỗi PN của kờnh hoa tiờu sử dụng tham chiếu thời gian của mỏy di động.