Chuyển giao cùng tần số trong mạng UTRAN có thể là chuyển giao cứng hoặc chuyển giao mềm. Tại mỗi đầu cuối, các cell UTRAN được phân loại thành 3 tập: • Tập kích hoạt (Active Set): chứa các cell đang kết nối với MT;
• Tập giám sát (Monitor Set): chứa các cell không nằm trong tập kích hoạt nhưng được MT đo để trở thành các cell ứng cử vào tập kích hoạt;
• Tập nhận biết (Detected Set): chứa các cell còn lại mà MT có thể nhận biết (tức là có mức thu RSCP và lớn hơn mức ngưỡng). Các cell thuộc tập nhận biết không nằm trong danh sách Cell_Info_List nên không được đưa vào báo cáo kết nối.
Chuyển giao trong cùng tần số qui định cách các cell được thêm hoặc loại bỏ khỏi tập kích hoạt dựa trên báo cáo kết quả đo. Chuyển giao cùng tần số có thể là chuyển giao cứng hoặc chuyển giao mềm tương ứng với trường hợp số cell tối đa trong tập kích hoạt bằng 1 hoặc lớn hơn 1.
Báo cáo kết quả đo có thể chứa tham số RSCP, Ec/No của kênh CPICH hoặc suy hao đường truyền của từng cell. Nói chung, tham số được sử dụng là RSCP khi tải trong mạng thấp hoặc Ec/No khi tải trong mạng lớn hoặc khi mạng cần được tối ưu. Nếu báo cáo đo được kích hoạt theo sự kiện, hệ thống phải thiết lập các mức ngưỡng kích hoạt tương ứng với giá trị đo.
Các sự kiện kích hoạt báo cáo đo bao gồm:
• 1A: kênh CPICH chính mới được xuất báo cáo đo;
• 1C: kênh CPICH chính không nằm trong tập kích hoạt tốt hơn so với kênh CPICH chính nằm trong tập kích hoạt;
• 1D: cell tốt nhất thay đổi;
• 1E: kênh CPICH chính có chỉ tiêu cao hơn mức ngưỡng; • 1F: kênh CPICH chính có chỉ tiêu thấp hơn mức ngưỡng.
Để tránh ảnh hưởng của các sự kiện liên tục được tạo ra, việc kích hoạt bản tin báo cáo chỉ được thực hiện nếu sự kiện tồn tại liên tục ít nhất trong khoảng thời gian nhất định gọi là thời khoảng kích hoạt.
Việc thêm cell hoặc loại bỏ cell khỏi tập kích hoạt được thực hiện theo thuật toán chuyển giao xác định. Thủ tục loại bỏ hoặc thêm cell được RNC khởi tạo bằng bản tin Active Set Update và được xác nhận bằng bản tin Active Set Update Complete
được UE tạo ra.
Dưới đây là 02 trường hợp chuyển giao điển hình, tương ứng với kiểu ngưỡng kích hoạt ở dạng giá trị chênh lệch tương đối và giá trị tuyệt đối.
Hình 2-3 trình bày sơ đồ chuyển giao dựa trên mức chênh lệch tín hiệu giữa các cell. Các giá trị được sử dụng bao gồm:
• : dải giá trị tương ứng với sự kiện 1A, [dB]; • : dải giá trị tương ứng với sự kiện 1B, [dB]; • : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1A, [dB]; • : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1B, [dB]; • : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1C, [dB]; • : ngưỡng thời gian kích hoạt.
Hình 2-4 biểu diễn trường hợp chuyển giao dựa trên giá trị ngưỡng tuyệt đối.
Hình 2-4. Chuyển giao dựa trên ngưỡng giá trị tuyệt đối (kích thước tập kích hoạt bằng 2)
Các tham số được sử dụng trong trường hợp chuyển giao dựa trên ngưỡng giá trị tuyệt đối báo bao gồm:
• T_ADD: giá trị ngưỡng tương ứng với sự kiện 1E, [dB]; • T_DROP: giá trị ngưỡng tương ứng với sự kiện 1F, [dB]; • : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1E, [dB];
• : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1F, [dB];
• : giá trị bảo vệ áp dụng khi thay thế cell (xảy ra khi có chuyển giao khi tập kích hoạt đã đầy), [dB];
2.3.4 Chuyển giao khác tần số trong cùng hệ thống
Chuyển giao giữa các cell ở tần số khác nhau trong mạng UMTS xảy ra trong hai trường hợp dưới đây:
• Các cell tham gia sử dụng nhiều sóng mang: các cell sử dụng nhiều sóng mang là một trong những giải pháp được triển khai khi cần nâng cao dung lượng phục vụ của Node B. Trong một số trường hợp nhất định, mạng cho phép thiết lập dịch vụ trên các sóng mang khác nhau. Khi có sự chênh lệch về tải giữa các sóng mang khác nhau, hệ thống có thể cho phép chuyển giao giữa các sóng mang khác nhau theo hướng cân bằng tải;
• Chuyển giao trong hệ thống có cấu trúc cell phân lớp (Hierarchical Cell Structure – HCS): trong hệ thống WCDMA có cấu trúc phân lớp, để giảm nhiễu gây ra do sự chồng lấn vùng phủ sóng, các lớp cell khác nhau phải sử dụng tần số khác nhau. Chuyển giao xảy ra giữa các cell ở lớp khác nhau sẽ là chuyển giao liên tần số.
Để chuyển giao liên tần, mạng UTRAN và MT cần thực hiện đo trên các tần số
khác nhau để quyết định thời điểm thực hiện chuyển giao thích hợp. Khi được yêu cầu chuyển giao giữa các cell có tần số khác nhau, MT phải gửi các báo cáo Ec/No, RSCP của kênh CPICH và độ suy hao đường truyền, đồng thời, phải giám sát độ chênh lệch thời gian giữa các khung vô tuyến của cell khác nhau. Nếu được kích hoạt bởi sự kiện, chuyển giao liên tần sẽ sử dụng các sự kiện sau:
• 2A: thay đổi tần số tốt nhất;
• 2B: chất lượng được ước lượng trên tần số hiện tại thấp hơn ngưỡng yêu cầu và chất lượng được ước lượng trên tần số chưa sử dụng cao hơn mức yêu cầu; • 2C: chất lượng được ước lượng trên tần số chưa được sử dụng cao hơn mức
ngưỡng yêu cầu;
• 2D: chất lượng được ước lượng trên tần số hiện tại thấp hơn ngưỡng yêu cầu; • 2E: chất lượng được ước lượng trên tần số chưa được sử dụng thấp hơn mức
ngưỡng yêu cầu;
Tương tự như chuyển giao cùng tần số, chuyển giao liên tần trong cùng hệ thống UTRAN cũng sử dụng giá trị bảo vệ kết hợp với ngưỡng thời gian kích hoạt chuyển giao để tránh chuyển giao liên tục.
Chuyển giao liên tần, thực hiện qua các thủ tục RRC Hard Handover, sẽ loại bỏ toàn bộ tập kích hoạt hiện tại và thay thế bằng tập kích hoạt mới của cell ở tần số khác.
2.3.5 Chuyển giao liên hệ thống (Inter-RAT)
Trong trường hợp MT hỗ trợ đồng thời GSM/UTRAN, chuyển giao có thể được thực hiện giữa các cell UTRAN và GSM do yêu cầu về vùng phủ hoặc dịch vụ. Để chuyển giao Inter-RAT, RNC phải xác định mức ngưỡng bắt đầu đo cell GSM. Các ngưỡng này tương ứng với mức ngưỡng sRATsearch của các sự kiện 2D, 2F (xem chuyển giao liên tần), trong đó, RNC sẽ quyết định thực hiện hoặc dừng đo các cell GSM. Để thực hiện chuyển giao Inter-RAT hợp lí, nhà khai thác cần chú ý các điểm sau:
• Xác định giá trị ngưỡng sRATsearch để UT dừng đo cell GSM. Nếu giá trị này được đặt quá nhỏ, MT có thể nằm ngoài vùng phủ sóng của UTRAN trong khi vẫn chưa thực hiện đo cell GSM, dẫn tới bị mất dịch vụ. Ngược lại, nếu giá trị
sRATsearch được đặt quá lớn, số lượng cell GSM được đo nhiều, có thể dẫn tới có nhiều chuyển giao Inter-RAT không cần thiết, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống;
• Thiết lập các giá trị bảo vệ, tránh chuyển giao Inter-RAT từ UTRAN sang GSM không cần thiết.
Các sự kiện kích hoạt đo và xuất báo cáo đo cell GSM trong chuyển giao Inter-RAT bao gồm:
• 3A: chất lượng được ước lượng trên tần số UTRAN hiện tại thấp hơn ngưỡng yêu cầu và chất lượng được ước lượng của hệ thống khác (ví dụ: GSM) cao hơn mức yêu cầu;
• 3B: chất lượng được ước lượng của hệ thống khác thấp hơn mức yêu cầu; • 3C: chất lượng được ước lượng của hệ thống khác cao hơn ngưỡng yêu cầu; • 3D: thay đổi cell tốt nhất của hệ thống khác.
Nếu được thực hiện, chuyển giao Inter-RAT từ UTRAN sang GSM được thực hiện theo các bước trong sơ đồ trên Hình 2-5.
Hình 2-5. Các bước thực hiện chuyển giao từ UTRAN sang GSM
Ban đầu, các bản tin Measurement Control được RNC sử dụng để cấu hình theo các sự kiện 2D hoặc 2F. Khi chất lượng trong mạng UTRAN thấp hơn mức ngưỡng xác định (sự kiện 2D), MT sẽ gửi bản tin Measurement Report và RNC sẽ kích hoạt đo để chuyển giao Inter-RAT theo sự kiện 3A. Chuyển giao sẽ bắt đầu khi MS gửi báo cáo xác định sự kiện 3A. Sau đó, RNC gửi bản tin Relocation Request đến mạng lõi (MSC) để thiết lập tài nguyên GSM trong cell được yêu cầu chuyển giao. Khi tài nguyên yêu cầu sẵn sàng để sử dụng, lệnh Handover from UTRAN được gửi đến MT để khởi tạo phát trên tần số GSM và khe thời gian tương ứng bởi các bản tin
HO Access. Thủ tục chuyển giao được hoàn thành khi tài nguyên được sử dụng trong giao diện Iu giữa RNC và MSC được giải phóng.
Quan hệ giữa các mức ngưỡng tương ứng với các sự kiện 2D, 2F và 3A cần được xác định một cách thích hợp.
Sự kiện 2D kích hoạt đo cell GSM, dẫn tới MT phải hoạt động ở chế độ nén (compressed mode: chế độ nén tín hiệu để dành một khoảng thời gian cho MT thực hiện đo trên tần số khác và báo cáo kết quả đo). Giá trị ngưỡng sự kiện 2D thấp sẽ hạn chế kích hoạt sự kiện này, làm giảm sự xuất hiện chế độ nén không cần thiết. Tuy nhiên, ngưỡng sự kiện 2D thấp cũng có thể dẫn tới chất lượng dịch vụ bị suy giảm, thậm chí có thể dẫn tới mất kết nối. Ngưỡng sự kiện 2D cần cao hơn ngưỡng sự kiện 3A – được sử dụng để kích hoạt chuyển giao từ UTRAN sang GSM. Ngưỡng kích hoạt của sự kiện 2F phải cách ngưỡng kích hoạt sự kiện 2D một giá trị đủ lớn để tránh việc bắt đầu và kết thúc đo GSM liên tục.
Ngưỡng kích hoạt của sự kiện 3A phải đủ lớn để MS không bị mất vùng phủ UTRAN do suy hao tín hiệu bất thường. Giá trị này cần được xác định kết hợp với ngưỡng kích hoạt chuyển giao theo hướng từ GSM sang UTRAN. Hai mức ngưỡng trên có giá trị gần nhau có thể dẫn tới hiện tượng ping-pong giữa các hệ thống. Hình 2-6 minh họa chuyển giao từ UTRAN sang GSM trong trường hợp điển hình. Các mức ngưỡng tương ứng với các sự kiện 2D, 2F, 3A được kí hiệu bằng , và . Các khoảng giá trị bảo vệ lân cận được biểu diễn bằng , và .
Hình 2-6. Chuyển giao từ UTRAN sang GSM
Đổi kết nối (Directed Retry) là thủ tục đặc biệt liên quan đến chuyển giao Inter- RAT từ UTRAN sang GSM. Thủ tục đổi kết nối xảy ra khi trong quá trình thiết lập kết nối trong UTRAN, RNC quyết định dịch vụ nên được thực hiện trong mạng GSM (ví dụ khi tải trong mạng UTRAN quá cao). Hình 2-7 biểu diễn các bước xử lí trong thủ tục đổi kết nối. RNC trả lời bản tin RAB Assignment Request của giao thức RANP bằng chỉ thị đổi kết nối, đồng thời bắt đầu thủ tục thiết lập lại vị trí. Sau đó, MSC mạng 3G sẽ kết nối với MSC mạng 2G để chuẩn bị chuyên giao Inter- RAT. Sau khi chuẩn bị các bước chuyển giao trong mạng lõi, lệnh Handover from UTRAN của RRC sẽ được gửi tới MT để kích hoạt thủ tục giải phóng tài nguyên UTRAN (kênh mang vô tuyến, kênh vô tuyến, …) và bắt đầu thiết lập kết nối với BSC trong mạng GSM. Thủ tục này được hoàn thành khi toàn bộ tài nguyên sử dụng ở giao diện Iu được giải phóng.
2.3.6 Xây dựng danh sách neighbor cell
Mỗi cel UTRAN có một danh sách neighbor cell tương ứng gọi là tập neighbor. Kích thước tối đa của tập neighbor bao gồm 32 cell cùng tần số, 32 cell khác tần số và 32 cell khác hệ thống (ví dụ GSM).
Để chuyển giao, mỗi MT phải đo và báo cáo kết quả đo các cell nằm trong tập kích hoạt và tập giám sát. Danh sách các cell cần đo do mạng UTRAN quyết định bao gồm tối đa 32 cell được xây dựng từ tập neighbor của các cell nằm trong tập kích hoạt. Danh sách này nằm trong trường Cell_Info_List của bản tin RRC Measurement Control được mạng gửi cho MT ở chế độ kết nối.
Tuy nhiên, MT có thể phát hiện ra các cell cùng tần số không nằm trong tập kích hoạt hoặc tập giám sát, nhưng nằm trong tập nhận biết. Trong trường hợp có cell nằm trong tập neighbor của một trong các cell trong tập kích hoạt nhưng không nằm trong tập giám sát do thiếu bộ nhớ, MS có thể tạo báo cáo để sử dụng các cell này thay thế các cell trong tập nhận biết thông qua các sự kiện 1A và 1C. Tuy nhiên, cell nằm trong tập nhận biết không thể chuyển ngay sang tập kích hoạt nếu các cell này chưa nằm trong tập neighbor của ít nhất một trong các cell trong tập kích hoạt. Nếu phát hiện một cell trong tập nhận biết và cell này không thể chuyển sang tập kích hoạt, MT sẽ phát công suất cao hơn khi di chuyển vào vùng phủ sóng của cell này. Như vậy, mức nhiễu MT tạo ra cho các người sử dụng khác sẽ tăng lên, làm giảm chất lượng và dung lượng mạng. Để tránh trường hợp này, danh sách neighbor cần được xây dựng một cách thích hợp.
Số lượng cell nằm trong tập neighbor không nên quá nhiều để tránh trường hợp MS phải đo quá nhiều cell trong tập giám sát. Trên thực tế, số cell trong tập neighbor nằm trong khoảng từ 15 đến 20.
Các tham số của sự kiện 1A, 1C (kích hoạt báo cáo đo cell trong tập kích hoạt) cần được xác định cẩn thận, tránh trường hợp mức tín hiệu thu từ cell không nằmtrong tập neighbor có giá trị lớn. Để tránh ảnh hưởng của nhiễu từ các cell nói trên, trong một số trường hợp, mạng sẽ yêu cầu loại bỏ kết nối dịch vụ hiện tại, dẫn tới cuộc gọi bị rơi.
Mạng UTRAN cần xác định các cell neighbor từ GSM khác các cell GSM nằm cùng vị trí với cell UTRAN. Nếu một cell GSM nằm cùng vị trí với cell UTRAN được định nghĩa là cell neighbor, trong trường hợp tải trong mạng thấp, MT có thể
đo được Ec/No cao ngay cả khi MT ở xa trạm. Trong trường hợp có chuyển giao, MT có khả năng được mạng yêu cầu chuyển sang kết nối với cell GSM nằm cùng vị trí với cell UTRAN. Khi đó, dịch vụ đang kết nối có thể bị rơi vì trên thực tế, mức tín hiệu MT thu được từ cell GSM rất nhỏ (vì MT ở xa trạm).
Để đảm bảo độ chính xác của phép đo và khả năng xử lí của thiết bị, số lượng cell GSM nằm trong tập neighbor của cell UTRAN cần được giảm nhỏ tới mức có thể. Với các MT không ở chế độ đã kết nối, danh sách các cell cần đo nằm trong trường
Cell_Info_List được mạng UTRAN phát quảng bá. Danh sách này không nhất thiết trùng với danh sách tương ứng được mạng UTRAN phát đến các MT ở chế độ đã kết nối. Ngược lại, cell nằm trong danh sách đo gửi đến các MT ở chế độ đã kết nối cần nằm trong danh sách đo gửi đến các MT không ở chế độ đã kết nối.
2.4 Các vấn đề kĩ thuật khác
Khi được bật, đầu tiên, MT (Mobile Terminal) phải lựa chọn mạng PLMN và giao diện vô tuyến được sử dụng RAT (Radio Access Technology). Sau đó, MT chọn cell thích hợp để kết nối và thực hiện thủ tục đăng kí nếu được yêu cầu. Ở chế độ Idle, MT thực hiện các thủ tục lựa chọn lại cell, bao gồm cả các cell có RAT khác. Ở chế độ kết nối (Connected Mode, chế độ đang có kết nối RRC):
• Nếu chưa được cấp phát tài nguyên dành riêng (trạng thái Cell_FACH, Cell_PCH, URA_PCH), MT liên tục thực hiện các thủ tục lựa chọn kênh;
• Nếu đã được cấp phát tài nguyên dành riêng (trạng thái Cell_DCH), MT có thể thực hiện thủ tục chuyển giao đẻ lựa chọn các cell kết nối phù hợp.
2.4.1 Thủ tục lựa chọn mạng PLMN, RAT và cell
Sơ đồ khối biểu diễn thủ tục lựa chọn mạng PLMN, công nghệ vô tuyến RAT và