Quyết định thực hiện một chuyển vùng và nhận diện BTS mới phù hợp nhất dựa trên một vài phép đo lường khác nhau, được thực hiện tại cả MS và BTS. Nó cũng dựa trên một số thông số tĩnh, và việc mô tả lưu lượng giao thông trong mạng. Các đo lường được thực hiện trong quá trình chuyển vùng như sau :
a. Đo lường được thực hiện tại BTS :
● Mức tín hiệu đường lên nhận được từ MS ( thông số RXLEV_UL)
● Chất lượng (hay BER) của tín hiệu đường lên nhận được từ MS (thông số RXQUAL_UL).
● Khoảng cách giữa MS và trạm BTS dựa trên thông số thời gian thích nghi trước (TA)
● Mức nhiễu trong các khe thời gian rỗi b. Các đo lường được thực hiện tại MS :
● Mức tín hiệu đường xuống nhận được từ cell đang phục vụ (thông số RXLEV_DL).
● Chất lượng (BER) của tín hiệu đường xuống nhận được từ cell đang phục vụ (thông số RXQUAL_DL).
● Mức của tín hiệu đường xuống nhận được từ cell lân cận thứ n (thông số RXLEV_NCELL(n)).
Bảng 2.4.3. Mức tín hiệu
Ngoài các thông số trên, quá trình chuyển vùng cũng quan tâm đến công suất truyền tối đa của MS, của BTS đang phục vụ và các BTS lân cận. Một chuyển vùng có thể được sử dụng để phân bổ giao thông một cách đều khắp trong mạng thông qua việc chuyển các MS từ các BTS có mật độ cao sang các BTS lân cận mật độ thấp hơn, cung cấp các BTS lân cận chấp nhận MS. Chính vì vậy, quá trình chuyển vùng cũng sẽ quan tâm tới lưu lượng giao thông trong mạng.
Lịch trình đo lường của MS :
Mỗi MS không những chỉ đo đạc tín hiệu đường xuống từ BTS đang phục vụ nó mà còn tín hiệu đường xuống từ các BTS xung quanh nó. Mỗi BTS truyền một danh sách kèm theo chứa các tần số sóng mang của các BTS lân cận nó. Xem xét lịch trình truyền và nhận tại MS nhận thấy 3 cửa sổ trong suốt thời điểm các phép đo tiến hành. Có một khe trống giữa 2 khe thời gian (trừ thời gian thích nghi) trong quá trình nhận burst đường xuống và truyền burst đường lên. Cửa sổ thứ nhấtcùng với khoảng thời gian thích nghi trước của nó là lớn nhất, tồn tại trong khoảng 920 µs và quá ngắn cho
nhận burst đường xuống, với khoảng thời gian tối thiểu là 4 khe thời gian hay 2.3 ms (không tính khoảng TA) được chỉ ra trong hình sau :
Hình 2.4.4. Cửa sổ thong tin đo lường ngắn trong khe thời gian thứ 3.
Cửa sổ này được MS sử dụng để đo lường cường độ tín hiệu đường xuống của sóng mang BCCH trong các cell lân cận. Trong suốt thời gian này, MS phải điều hướng tới sóng mang BCCH để đo đạc, lấy phép giá trị đo, sau đó điều hướng tới tần số đường xuống hiện thời trong thời gian nhận burst tiếp theo. Lịch trình kín này không cho phép MS có thời gian đợi một burst tích cực, vì vậy mỗi khe thời gian trên sóng mang BCCH luôn phải tích cực. Điều này đạt được bằng cách sử dụng các cụm giả để điền đầy các khe thời gian mà thông thường không tích cực.
Từ đó cũng có một yêu cầu rằng sóng mang BCCH phải được truyền với công suất đủ lớn và do đó việc điều khiển công suất đường xuống không được áp dụng.
Cửa sổ đo lường thứ 3 được tạo ra bởi khung rỗi trong đa khung lưu lượng (nghĩa là 26 khung TDMA). Cửa sổ này có tối thiểu là 12 khe thời gian, hay chu kì 7 ms, được mô tả như sau :
Cửa sổ này được sử dụng để đảm bảo chắc chắn rằng việc đo lường sóng mang BCCH mô tả như trên luôn luôn được liên kết với đúng BTS. Vì các tần số sóng mang BCCH được tái sử dụng bởi các BTS khác nhau trong khắp mạng, chúng ta không thể đảm bảo chắc chắn rằng mỗi MS đang đo một BTS phù hợp mà chỉ biết được tần số sóng mang tại thời điểm giá trị đo lường được lấy. Chính vì lí do này, MS được yêu cầu kiểm tra định kì nhận dạng của trạm BTS bằng việc giải mã cụm đồng bộ được truyền trên sóng mang BCCH và trích ra mã nhận diện trạm gốc BSIC (Bse Station Colour Code). Một vùng định vị LA được chia thành một số tế bào. Tế bào được mạng xác minh bằng số nhân diện tế bào toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Đến lượt mình, tế bào lại thường xuyên tự thông báo về mình để các MS nhận diện được bằng cách phát thường xuyên mã nhận diện trạm gốc BSIC trên kênh SCH, BSIC gồm 6 bit, chia làm 2 phần : Mã màu quốc gia NCC gồm 3 bit và mã màu trạm gốc BCC cũng gồm 3 bit. BSIC được ấn định tới các BTS như vậy 2 BTS sử dụng cùng một tần số sóng mang sẽ có các BSIC khác nhau nếu không rất có khả năng gây nhiễu đồng kênh. MS gửi báo cáo về BSIC tới mạng theo cùng với các đo lường về sóng mang BCCH và mạng chấp nhận điều này để đảm bảo rằng các đo lường là phù hợp với BTS cần đo.
Một ví dụ cụ thể khi tiến hànhđo lường :
Giả thiết MS đang tiến hành liên lạc trong khe thời gian thứ 2, nó thực hiệnđo lường trong chính khe thời gian này cho BTS đang phục vụ hiện thời và các khe thời gian không liên lạc còn lại cho các BTS lân cận.
Hình 2.4.6. MS thực hiệnđo lường trong quá trình liên lạc
Trong suốt thời gian cửa sổ đo lường dài, MS được yêu cầu điều hướng tới sóng mang BCCH, nhận diện và giải mã burst đồng bộ, và sau đó điều hướng tới tần số đường xuống của nó để nhận burst tiếp theo từ BTS đang phục vụ. Có thể thấy rằng burst đồng bộ trên sóng mang BCCH lân cận trượt trong 12 khe thời gian cửa sổ đo lường. Các burst đồng bộ xuất hiện trong khoảng khung TDMA 10 hoặc 11 trong đa khung điều khiển 51 khung. Do vậy, không thể đảm bảo rằng cửa sổ đo lường sẽ đồng chỉnh với một cụm đồng bộ tại mỗi thời điểm. Tuy nhiên, cấu trúc khung thời gian là các khung cửa sổ rỗi trong đa khung lưu lượng 26 khung dần dần trượt qua đa khung điều khiển 51 khung đảm bảo rằng các cửa sổ rỗi sẽ trùng với một cụm đồng bộ. Với những đặc tính như vậy nên đòi hỏi BSIC của sóng mang BCCH phải được giải mã ít nhất một lần mỗi 10s. MS cũng sẽ giải mã và lưu giữ thông tin đồng bộ được mang trong cụm đồng bộ, và các thông tin này có thể sử dụng để giải mã BSIC. Ngoài ra thông tin đồng bộ này cũng có thể được dùng để làm giảm thời gian của chuyển giao.
3 bit mã mầu PLMN 3 bit mã
quốc gia3 bit mãmầu BST1:11 bit chỉ số siêu khung T2: 5 bit chỉ số đa khung T3’: 3 bit chỉ số khối khung 19 bit RFN
6 bit BSIC
Hình 2.4.7. Khuôn dạng bức điện đồng bộ
Ta thấy, 6 bít đầu tiên trong 25 bit điều khiển bao gồm 3 bit mã màu của mạng di động mặt đất công cộng PLMN và 3 bit mã mầu trạm gốc cung cấp cho mã nhận diện trạm gốc duy nhất (BSIC) để truyền thông tin tới trạm di động mà trạm gốc liên lạc với. Đoạn thứ 2 gồm 19 bit được gọi là số khung TDMA suy giảm (RFN) được lấy từ số khung TDMA đầy đủ (FN), T1, T2, T3’ được tính như sau:
T1 (11 bit) = (FN div (26x51))
T2 (5 bit) = (FN mod 26) T3’ (3 bit) = ((T3 – 1) div 10) với T3 = (FN mod 5)
Trong đó, T1 xác định chỉ số siêu khung trong một siêu siêu khung, T2 là chỉ số đa khung trong một siêu khung, T3 làchỉ số khung trong một đa khung, T3’ là chỉ số khối của một khung trong một đa khung điều khiển cụ thể. Vai trò của chúng được mô tả trong hình (3.3). Một lần nữa, MS phải nhận cụm đồng bộ , ta sẽ dễ dàng tính được số khe thời gian yêu cầu trong nhiều thuật toán điều khiển khác nhau như mã mật, chuyển vùng… được cho như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
FN = 51x((T3 – T2) mod 26) + T3 + 51x26xT1 với T3 = 10 T3’ +1
Lấy trung bình phép đo lường của MS:
Các kết quả đo lường của MS được báo cáo tới mạng thông qua kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH) dưới hình thức một bản tin báo cáo đo lường. Với cùng một báo cáo đo lường MS có thể báo cáo lên dến nhiều hơn 6 cell lân cận, thêm cả cell đang phục vụ. Thông tin được mang trên kênh SACCH ghép qua 4 cụm và tương ứng với độ trễ : 4 x 120 ms = 480 ms. Khoảng thời gian này được xem là chu kì báo cáo và các phép đo lấy từ MS được tính trung bình qua chu kì này trước khi chúng được báo cáo tới mạng. Hơn nữa phép lấy trung bình sẽ diễn ra một lần nữa khi các đo lường tới phân hệ trạm gốc (BSS). Các BSS có thể phải lưu giữ ít nhất 32 mẫu đo lường, tại đây một mẫu được xác định như giá trị ước lượng bởi MS trong suốt chu kì báo cáo đo lường 480 ms. BSS có thể không thực hiện lấy trung bình của 32 mẫu trong một số trường hợp cần chuyển vùng bắt buộc nếu không cuộc gọi sẽ bị rớt.
Thuật toán quyết định chuyển vùng :
Cơ sở xử lý thành công chuyển vùng là thuật toán quyết định chuyển vùng dựa trên các kết quả đo đạc được từ MS và BS, để xác dịnh các BS là đích đến của chuyển vùng và tính tối ưu khi thực hiện chuyển vùng. Mục đích là để giữ cho số lượng chuyển vùng cho mỗi một cell là nhỏ nhất có thể. Lí tưởng là không có nhiều hơn một chuyển vùng trong mỗi cell. Tuy nhiên trong thực tế thì điều này không thực hiện được. Khi một MS rời khỏi vùng phủ sóng của một trạm gốc và chuyển sang một trong các BS lân cận, thì các đặc tính vô tuyến thường không ổn định nữa, cho nên một vài trường hợp chuyển vùng phải thực hiện trước khi ổn định liên lạc.
Mỗi khi xuất hiện chuyển vùng không những làm gia tăng lưu lượng truyền tải cho báo hiệu và giao thông hệ thống mà còn làm giảm chất lượng thoại,do đó một thuật toán chuyển vùng hợp lí là rất quan trọng, một thuật toán hợp lí này cũng cần quan tâm tới điều kiện cục bộ. Đó là lí do trong GSM không có một thuật toán chuẩn thống nhất nào cho việc xác định chuyển giao tại thời điểm hiện tại. Để quyết định thuật toán khi thực hiện chuyển vùng, nhà điều hành mạng có thể triển khai và cải tiến các thuật toán của riêng họ sao cho các thuật toán này tối ưu cho mạng. Điều này có thể có được thông qua tiêu chuẩn chỉ có trên giao diện kênh báo hiệu xác định xử lý chuyển
GSM vì vậy khởi xướng bởi mạng là đối lập với khởi xướng từ di động. Lợi thế của quá trình tiến gần đến chuyển giao là phần mềm của MS không cần thay đổi khi mà chiến lược chuyển giao hay thuật toán quyết định chuyển giao bị thay đổi trong toàn mạng hay một phần của mạng. Mặc dù các chuẩn trong GSM không bắt buộc đối với các thuật toán quyết định chuyển giao, mà chỉ đề xuất một thuật toán đơn giản, các nhà điều hành mạng có thể lựa chọn thuật toán này hoặc thay thế bằng một thuật toán phức tạp hơn.
Về cơ bản, chuyển giao trong GSM luôn tiến hành 3 bước (nhưđã trình bày trong chương 2) dựa trên dữ liệu đo đạc do MS cung cấp thông qua kênh SACCH, và các phép đo được BSS của chính nó thực hiện :
Hình 2.4.8. Các bước tiến hành chuyển vùng
Các dữ liệu này là mức tín hiệu nhận được của (RXLEV) và chất lượng tín hiệu (RX QUAL) của kênh hiện thời, cả trên đường lên (được đo bởi BSS) và đường xuống (được đo bởi MS). Để nhận dạng các cell lân cận, đối tượng có khả năng là đích đến cho chuyển giao, MS tiến hành đo cả mức tín hiệu thu được trên 16 trạm gốc lân cận (RX_LEV_CELLn). Giá trị RXLEV thu được từ 6 trạm gốc tốt nhất được báo cáo tới BSS mỗi khoảng thời gian 480ms. Ngoài ra, tiêu chuẩn của thuật toán quyết định chuyển giao là khoảng cách giữa MS và BTS được đo thông qua thông số Timing Advance (TA) và các đo lường nhiễu trong các khe thời gian không sử dụng. Giá trị mới của từng phép đo có giá trị trong vòng 480 ms.
Bộ tiền xử lý tính toán các giá trị trung bình từ các đo lường, do đó có ít nhất 32 giá trị cuối của RXLEV và RXQUAL phải được tính trung bình. Kết quả là các giá trị này liên tục được so sánh với ngưỡng sau khoảng thời gian mỗi một SACCH.
Những giá trị ngưỡng có thể được cấu hình bởi mỗi một BSS thông qua giao diện quản lý mạng của OMSS. Khởi nguồn của việc so sánh các đo lường với ngưỡng dựa trên một thực nghiệm của Bernulli : nếu giá trị cuối Ni vượt quá Pi (RXLEV) hay vượt quá ngưỡng (RXQUAL, MS_RANGE) , thì khi đó chuyển giao có thể là cần thiết. Giá trị của Ni và Pi cũng có thể được thiết lập bởi nhà quản lý mạng. Các giá trị cho phép của chúng nằm trong dải [0; 31].
Cùng với các giá trị đó, một BSS có thể tính toán quỹ công suất hiện thời PBGT(n), giá trị này đại diện cho sự mất đường truyền tương ứng giữa MS và BS hiện thời hay BS thứ n lân cận. Sử dụng tiêu chí này, một trạm gốc luôn có thể tiến hành chuyển giao để việc mất đường truyền đối với tín hiệu từ hoặc tới MS là ít nhất. Quỹ công suất không chỉ xét đến RXLEV_ DL của đường xuống hiện tại và RXLEV_NCELL(n) của sóng mang BCCH lân cận mà còn xét đến truyền dẫn công suất lớn nhất P của MS, công suất tối đa MS_TXPWR_MAX được cho phép tới di động trong cell hiện tại, và công suất tối đa MS_TXPWR_MAX(n) cho phép tới di động của cell lân cận. Thêm đó, sự tính toán sử dụng giá trị PWR_C_D, là sự sai khác giữa công suất tối đa trên đường xuống và công suất truyền hiện thời của BTS tại
BSS đưa ra quyết định chuyển vùng bằng việc xác định mức cần thiết của chuyển vùng sử dụng các ngưỡng giá trị trong bảng sau :
Bảng 2.4.4. Các ngưỡng giá trị cho chuyển vùng GSM
Về cơ bản có thể phân chia thành 3 loại chuyển vùng : ● Chuyển vùng vì mất đường dẫn
● Chuyển vùng bắt buộc trong cell ● Chuyển vùng bắt buộc ngoài cell
Quá trình chuyển vùng không bắt buộc phải tiến hành khi một trạm gốc lân cận có những điều kiện truyền dẫn thuận lợi và do đó việc mất đường dẫn thấp hơn. Một chuyển vùng tới một cell lân cận là cần thiết nếu quỹ công suất PBGT(n) >0 và lớn hơn ngưỡng HO_MARGIN(n). Ngưỡng HO_MARGIN thực chất là sự chênh lệch giữa mức thu của cell đang phục vụ và các cell lân cận. Khi mức thu của một cell lân
cận nào đó vượt quá mức thu của cell đang phục vụ một khoảng giá trị HO_MARGIN định sẵn thì một báo hiệu chuyển vùng được gửi về hệ thống nhằm đưa đến quyết định chuyển vùng. Thông thường thì thủ tục chuyển vùng sẽ được thực hiện ngay sau đó. Nếu việc đặt giá trị HO_MARGIN quá thấp sẽ dẫn tới chuyển vùng quá nhiều, nhưng nếu ngược lại giá trị này quá lớn sẽ làm giảm chất lượng cuộc gọi. Vì vậy, tùy vào tính chất phủ sóng của từng vùng cũng như mức độ nhiễu của từng cell phục vụ, HO_MARGIN sẽ được điều chỉnh thích hợp để đạt được chất lượng tốt nhất. Ví dụ như vùng chịu ảnh hưởng của nhiễu quá lớn có thể đặt ngưỡng HO_MARGIN thấp để MS có thể nhanh chóng chuyển sang cell khác có chất lượng tốt hơn.
Nhận thấy rằng một chuyển giao bắt buộc dựa trên nhiều yếu tố : mức tín hiệu nhận được, chất lượng tín hiệu nhận được trên đường lên và đường xuống, khoảng cách giữa MS và BTS. Các yếu tố này vượt qua hoặc ở dưới ngưỡng tương ứng thì bắt buộc phải tiến hành chuyển giao . Dưới đây là các trường hợp bắt buộc phải chuyển vùng :
• Mức tín hiệu nhận được trên đường lên hay đường xuống giảm xuống dưới ngưỡng giá trị chuyển vùng và dải công suất điều khiển đã cạn kiệt, tức là MS, và/ hoặc BSS vượt quá mức công suất truyền tối đa của chúng.
• Tỷ lệ lỗi bit hay chính là phép đo chất lượng của tín hiệu đường lên và/hoặc đường xuống (RXQUAL_DL/RX_QUAL_UL) ra tăng so với giá trị ngưỡng chuyển vùng tương ứng (L_RXQUAL_UL_H/L_RXQUAL_DL_H) cùng thời điểm đó mức tín hiệu nhận được giảm xuống so với giá trị ngưỡng lân cận