Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống. Với chuyển giao cứng, một quyết định xác định được thực hiện để chuyển giao hay không chuyển giao và trạm di động chỉ truyền thông với một trạm
No
Đo lường thông tin cần thiết để quyết định chuyển giao. Vd: Ec/I0 của kênh CPICH của cell dịch vụ và các cell lân cận, thông tin định thời tương đối giữa các cell.
Yes
Hoàn thành quá trình chuyển giao. Cập nhật các thông số liên quan.
Thỏa tiêu chuẩn chuyển giao
Giai đoạn thực hiện Giai đoạn quyết định Giai đoạn đo lường
gốc tại thời gian đó. Còn với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được thực hiện để quyết định có chuyển giao hay là không. Tuỳ thuộc vào những thay đổi của cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ 2 hoặc nhiều trạm gốc tham gia vào quá trình, một quyết định tốt nhất cuối cùng sẽ được thực hiện để truyền thông với một và chỉ một trạm gốc mà thôi. Và điều này thường xảy ra sau khi đã chắc chắn rằng tín hiệu đến từ trạm gốc được chọn mạnh hơn tín hiệu đến từ các trạm gốc khác. Trong chu kỳ chuyển tiếp của quá trình chuyển giao mềm, trạm di động truyền thông đồng thời với tất cả trạm gốc đang kết nối với nó. Sự khác nhau giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm giống như sự khác nhau giữa các cuộc thi bơi tiếp sức và chạy tiếp sức. Chuyển giao cứng xảy ra tại một điểm thời gian, trong khi đó chuyển giao mềm kéo dài trong một chu kỳ thời gian.
Hình 3.3 đưa ra quá trình cơ bản của chuyển giao cứng và chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường). Giả sử có một đầu cuối di động bên trong chiếc xe hơi di chuyển từ cell 1 đến cell 2, BS1 là trạm gốc ban đầu của trạm di động. Trong khi di chuyển, trạm di động đo đồng thời cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu nhận được từ các trạm gốc lân cận. Với chuyển giao cứng đưa ra ở hình 3.3(a), việc kích hoạt được mô tả đơn giản như sau [11, trang 46]:
If (pilot_Ec/I0)2 – (pilot_Ec/I0)1 > D và BS1 là BS dịch vụ Handover to BS2
Else
Do not handover end
Trong đó (pilot_Ec/I0)1 và (pilot_ Ec/I0)2 lần lượt là tỷ số Ec/I0 kênh hoa tiêu nhận được từ BS1 và BS2; D là số dự trữ trễ.
Lý do giới thiệu số dự trữ trễ D trong giải thuật chuyển giao cứng là để tránh tác động của hiện tượng “ping-pong” , là hiện tượng mà khi trạm di động di chuyển trong và ngoài biên giới của Cell, thì quá trình chuyển giao cứng thường xuất hiện. Ngoài tính di động của thuê bao, hiện tượng fading của kênh vô tuyến cũng làm cho tác động “ping-pong” càng trở nên nghiêm trọng hơn. Bằng việc giới thiệu số dự trữ trễ D, tác động của “ping-pong” sẽ giảm nhẹ hơn bởi khi đó trạm di động sẽ không chuyển giao ngay đến trạm gốc
tốt hơn. Số dự trữ càng lớn thì tác động của hiện tượng “ping-pong” càng giảm. Tuy nhiên, nếu số dự trữ lớn thì điều đó cũng đồng nghĩa với độ trì hoãn tăng. Hơn nữa, trạm di động cũng gây thêm nhiễu đối với các cell lân cận do các kết nối chất lượng kém suốt trong thời gian trì hoãn. Do đó, đối với chuyển giao cứng thì số dự trữ trễ D là khá quan trọng. Khi quá trình chuyển giao cứng xuất hiện, kết nối lưu lượng ban đầu với BS1 sẽ bị rớt trước khi thiết lặp một kết nối mới với BS2 và cũng vì lý do đó mà ta nói chuyển giao cứng là một quá trình “break before make” có nghĩa là “ngắt trước khi nối”.
Hình 3.3 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm
Trong trường hợp chuyển giao mềm, được đưa ra ở hình 3.3(b), trước khi (pilot_ Ec/I0)2 vượt quá (pilot_Ec/I0)1,chỉ cần điều kiện kích hoạt chuyển giao mềm được thoả mãn thì trạm di động sẽ vào trạng thái chuyển giao mềm và một kết nối mới được thiết lặp. Trước khi BS1 bị rớt (điều kiện rớt chuyển giao được thoả mãn) thì trạm di động sẽ truyền thông đồng thời với cả BS1 và BS2. Vì vậy, không giống như chuyển giao cứng, chuyển giao mềm là một quá trình “nối trước ngắt sau” hay người ta còn gọi là “make before break”. Cho đến nay, một số thuật toán đã được đề xuất để hỗ trợ
chuyển giao mềm và các tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng trong các thuật toán khác nhau.
Hình 3.4 Nguyên lý chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường)
Quá trình chuyển giao mềm là không giống nhau trong các hướng truyền khác nhau. Hình 3.4 minh hoạ cho điều đó. Ở hướng lên, trạm di động truyền tín hiệu đến không gian thông qua anten đẳng hướng của nó. Hai trạm gốc đang kết nối với nó có thể nhận được tín hiệu một cách đồng thời bởi hệ số tái sử dụng tần số của một trong những hệ thống CDMA. Sau đó, những tín hiệu này sẽ được truyền thẳng tới RNC để thực hiện kết hợp lựa chọn. Khung nào tốt hơn sẽ được chọn và khung kia sẽ bị bỏ đi. Do đó, ở hướng lên không có kênh bổ sung cần thiết để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm.
Ở hướng xuống, cả 2 BS sẽ cùng truyền các tín hiệu giống nhau đến trạm di động, và khi trạm di động nhận thấy chúng thì nó có thể kết hợp một cách dễ dàng các tín hiệu này. Thông thường, chiến lược kết hợp tỷ lệ tối đa sẽ được sử dụng để cung cấp một lợi ích bổ sung được gọi là phân tập đa dạng. Tuy nhiên, để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao ở hướng xuống thì cần ít nhất một kênh hướng xuống bổ sung (SHO 2 đường). Kênh hướng xuống bổ sung này tác động đến các User khác giống như nhiễu bổ sung trong giao tiếp không gian. Vì vậy, để hỗ trợ cho quá trình chuyển giao mềm ở hướng xuống thì yêu cầu phải có thêm tài nguyên. Và kết quả là, ở hướng xuống,
hiệu suất của quá trình chuyển giao mềm phụ thuộc vào sự cân bằng giữa độ lợi phân tập đa dạng (macrodiversity) và sự tiêu thụ nguồn tài nguyên bổ sung.
3.2.2 Thuật toán chuyển giao mềm
Thuật toán có một tầm ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quá trình chuyển giao mềm. Hình 3.5 đưa ra thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A (cũng còn được gọi là thuật toán cdmaOne cơ bản), [11, trang 48, 49].
Hình 3.5 Thuật toán chuyển giao mềm của IS-95A
Trong hình:
• (1) nếu cường độ tín hiệu pilot (Ec/I0) nhóm gần vượt ngưỡng T_ADD thì MS phát bản tin đo cường độ pilot (PSMM) và pilot này trở thành pilot nhóm thứ.
• (2) BS phát bản tin chỉ dẫn chuyển giao (HDM).
• (3) Pilot xét trở thành pilot nhóm chủ và MS phát bản tin hoàn thành chuyển giao (HCM-Handover Completion Message).
• (4) nếu cường độ tín hiệu pilot (Ec/I0) xuống dưới ngưỡng T_DROP thì MS bắt đầu kỳ hạn bỏ chuyển giao T_DROP.
• (5) kỳ hạn T_DROP kết thúc, MS phát bản tin đo cường độ pilot (PSMM).
• (7) MS chuyển pilot xét từ nhóm chủ sang nhóm gần và MS phát bản tin hoàn thành chuyển giao (HCM).
• Active set (Nhóm chủ): là danh sách các cell mà hiện đang kết nối với trạm di động.
• Candidate set (Nhóm thứ): là danh sách các cell mà hiện không được sử dụng trong kết nối chuyển giao mềm, nhưng các giá trị Ec/I0 kênh pilot của chúng là đủ mạnh để được bổ sung vào nhóm gần.
• Neighbouring set (Nhóm gần): là danh sách các cell mà trạm di động đo lường liên tục, nhưng các giá trị Ec/I0 kênh pilot của chúng không đủ mạnh để bổ sung vào nhóm chủ.
Trong IS-95A, ngưỡng chuyển giao là một giá trị Ec/I0 cố định nhận được từ kênh hoa tiêu. Nó rất dễ thực hiện, nhưng lại gặp nhiều khó khăn khi phải đối mặt với những thay đổi tải động. Dựa trên thuật toán IS-95A, nhiều biến đổi của thuật toán cdmaOne với tính năng động hơn ngưỡng cố định đã được đề xuất cho hệ thống IS-95B và CDMA2000.
Trong W-CDMA sử dụng các thuật toán phức tạp hơn, được minh họa như trên hình 3.6 [5, trang 59].
Hình 3.6 Thuật toán chuyển giao mềm W-CDMA
Thuật toán chuyển giao mềm W-CDMA có thể được mô tả như sau: Khởi đầu cell 1 và cell 2
nằm trong nhóm chủ Sự kiện 1A=> Bổ sung cell 3
Sự kiện 1C
=> Thay cell 2 bằng cell 4
Sự kiện 1B => Loại cell 1
• Lúc đầu: Chỉ có cell 1 và cell 2 nằm trong nhóm chủ.
• Tại sự kiện A: (Ec/I0)P-CPICH3 > (Ec/I0)P-CPICH1 − (R1a − H1a/2) trong đó (Ec/I0)P-CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của cell 1 mạnh nhất, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của cell 3 nằm ngoài nhóm chủ và R1a là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a/2 là thông số trễ và (R1a − H1a/2) là cửa sổ kết nạp cho sự kiện 1a. Nếu bất đẳng thức này tồn tại trong khoảng thời gian ΔT thì cell 3 được kết nạp vào nhóm chủ.
• Tại sự kiện C: (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 + H1c/2, trong đó (Ec/I0)P−CPICH4 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của cell 4 nằm ngoài nhóm chủ và (Ec/I0)P−CPICH2 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của cell 2 tồi nhất trong nhóm chủ, H1c/2 là thông số trễ. Nếu quan hệ này tồn tại trong thời gian ΔT và nhóm chủ đã đầy thì cell 2 bị loại ra khỏi nhóm chủ và cell 4 sẽ thế chỗ của nó trong nhóm chủ.
• Tại sự kiện B: (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3 − (R1b + H1b/2) trong đó (Ec/I0)P-CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của cell 1 yếu nhất trong nhóm chủ, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của cell 3 mạnh nhất trong nhóm chủ, R1b hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b/2 là thông số trễ và (R1b + H1b/2) là cửa sổ loại cho sự kiện 1B. Nếu quan hệ này tồn tại trong khoảng thời gian ΔT thì cell 3 bị loại ra khỏi nhóm chủ.
Trong thuật toán W-CDMA, người ta sử dụng ngưỡng tương đối chứ không sử dụng ngưỡng tuyệt đối. So với IS-95A, lợi ích lớn nhất của giải thuật này đó là sự biểu diễn tham số một cách dễ dàng, và nhờ có các giá trị ngưỡng tương đối nên không yêu cầu bất kỳ một sự thay đổi tham số nào đối với các khu vực có nhiễu cao và thấp.