Cell-DCH (Cell Dedicated CHannel). Nếu thiết bị đó có khả năng HSPA, thì mạng sẽ chọn một kênh dùng chung (shared channel) cho nó thay vì kênh dành riêng, như sẽ được bàn chi tiết hơn bên dưới. Tuy nhiên, xét theo quan điểm kiểm soát tài nguyên vô tuyến thì thiết bị đó vẫn được xem là đang ở trạng thái Cell-DCH. Thời gian trễ khứ hồi ở trạng thái Cell-DCH là từ 160 ms với một kênh truyền dành riêng UMTS cho đến 120 ms với một kênh truyền HSPA. Trong trường hợp một kênh dữ liệu chuyển gói, mạng có thể quyết định chuyển thiết bị trở lại trạng thái Cell-FACH nếu tính tích cực của nó, tức lượng dữ liệu được truyền đi, giảm thiểu. Sau khi tính tính cực lại tăng lên, mạng sẽ chuyển kênh truyền đó về lại trạng thái Cell-DCH. Đối với những khoảng thời gian thụ động dài hơn trong phiên truyền dữ liệu đó, mạng thậm chí có thể quyết định đặt UE đó về lại trạng thái Idle để giảm tiêu thụ điện năng của UE để giảm tải xử lý quản lý cho mạng. Cho dù ở trạng thái Idle, UE vẫn có thể tiếp tục lại việc gửi các gói IP vào bất kỳ lúc nào thông qua kênh PRACH. Tuy nhiên, có một độ trễ đáng chú ý khi chuyển đến một trạng thái tích cực hơn. Tùy theo nhà sản xuất mạng vô tuyến, thời gian khứ hồi ban đầu có thể từ 2 đến 4 giây.
Các trạng thái Cell-PCH và URA-PCH: ngay cả khi ở trạng thái Cell-FACH, UE vẫn đòi hỏi một lượng điện năng đáng kể để lắng nghe kênh truy cập chuyển tiếp RACH mặc cho tính tích cực tối tiểu của nó. Do độ trễ đáng kể khi từ trạng thái Idle chuyển sang tiếp tục truyền dữ liệu, nên có hai trạng thái nữa được chỉ định, nằm giữa trạng thái Idle và trạng thái Cell- FACH, đó là Cell-PCH và URA-PCH. Trong các trạng thái này, UE chỉ cần định kỳ lắng nghe kênh thông điệp nhắn tin thôi, trong khi kênh luận lý giữa mạng vô tuyến và UE vẫn được giữ nguyên. Nếu kênh đó tích cực trở lại, đường truyền có thể nhanh chóng được tiếp tục. Sự khác biệt giữa hai trạng thái này là, ở trạng thái Cell-PCH UE phải báo cáo những thay đổi của cell cho mạng, bởi vì thông điệp nhắn tin chỉ được gửi tới một cell mà thôi, còn khi ở trạng thái URA-PCH thì UE có thể di chuyển (roam) giữa vài cell thuộc cùng một khu vực routing mà không cần báo cáo sự thay đổi cell cho mạng, bởi vì thông điệp nhắn tin được gửi đến tất cả các cell thuộc khu vực routing đó. Tuy nhiên, trong thực tế chỉ có một ít nhà cung cấp dịch vụ mạng tận dụng hai trạng thái bổ sung này.
2.2.3.4. Quản lý tính di động trong mạng vô tuyến đối với các kênh dành riêng riêng
Một tác vụ quan trọng trong các mạng di động là xử lý tính di động của người dùng. Ở trạng thái Cell-DCH, trạm cơ sở chủ động giám sát đường truyền giao tiếp vô tuyến từ và đến các UE, và điều chỉnh công suất phát của trạm cơ sở và công suất phát của UE mỗi giây 1500 lần. Trong các hệ thống CDMA, những sự điều chỉnh công suất rất nhanh như vậy là cần thiết, bởi vì trạm cơ sở phải nhận được các cuộc truyền của tất cả các UE ở cùng mức công suất, bất kể chúng ở rất gần hay rất xa trạm. Ở chiều từ mạng về UE nếu dùng được càng ít công suất phát thì càng tốt, bởi vì công suất phát của trạm cơ sở bị giới hạn. Trong thực tế, các cuộc truyền đến và đi khỏi các UE gần trạm cơ sở chỉ cần một lượng công suất phát nhỏ, còn các UE ở xa hoặc bên trong các tòa nhà cần nhiều công suất phát hơn. Việc điều chỉnh công suất phát thường xuyên như vậy cũng có nghĩa là, cùng với dữ liệu người dùng, UE phải không ngừng báo cáo cho mạng thông tin về mức độ tốt mà nó nhận được dữ liệu người dùng. Sau đó mạng xử lý thông tin này và ra lệnh cho UE, theo cùng nhịp độ khẩn trương đó, là nó nên tăng, giữ nguyên, hay giảm công suất phát hiện tại. Vì mục đích này, luôn có một kênh điều khiển dành riêng được thiết lập bên
cạnh một kênh truyền dữ liệu dành riêng. Trong khi nội dung của kênh truyền dữ liệu dành riêng được chỉ định ở các tầng cao hơn của chồng giao thức, là các tầng mà cuối cùng sẽ trích xuất ra một gói thoại hoặc một gói IP, thì thông tin được vận chuyển trong kênh điều khiển này nằm trong chồng phần mềm vô tuyến và không lộ ra với các ứng dụng tầng cao hơn.
Khi một người dùng di chuyển, đến một lúc nào đó họ sẽ rời khỏi vùng phủ sóng của một trạm cơ sở. Trong khi một kênh dữ liệu (DCH) được thiết lập, RNC chịu trách nhiệm điều chỉnh sao cho dữ liệu gửi đến UE được truyền đến một cell thích hợp hơn. Quyết định chuyển cell này dựa trên chất lượng nhận sóng của cell hiện thời và các cell kế cận, vốn được đo bởi UE và gửi đến mạng. Trong các mạng dựa trên CDMA như UMTS chẳng hạn, có hai loại chuyển giao (handover) khác nhau. Loại thứ nhất được gọi là chuyển giao cứng (hard handover). Khi mạng
phát hiện rằng có một cell thích hợp hơn cho một UE nào đó, nó chuẩn bị cell mới cho thuê bao có UE ấy, rồi sau đó ra lệnh cho UE ấy chuyển đổi sang cell mới. Kế tiếp UE sẽ ngắt đường truyền với cell hiện tại rồi dùng những thông số chuyển giao mà mạng gửi cho, bao gồm thông tin về tần số và các mã trải của cell mới, để thiết lập một đường truyền. Do đó chuyển giao cứng còn được gọi là chuyển giao ngắt-trước-khi-làm (break-before-make handover), tức đường
truyền cũ bị cắt đi trước khi đường truyền mới được thiết lập.
Loại chuyển giao thứ hai là chuyển giao mềm (soft handover), vốn là loại chuyển giao thường được sử dụng nhất trong các mạng CDMA. Chuyển giao mềm tận dụng sự kiện là các cell kế cận nhau truyền trên cùng tần số với cell hiện tại. Vì vậy, có thể thực hiện một cuộc chuyển giao làm-trước-khi-ngắt (make-before-break handover), tức là UE liên lạc với nhiều cell cùng một
lúc. UE sẽ đi vào trạng thái chuyển giao mềm khi mạng gửi thông tin điều khiển để ra lệnh cho nó lắng nghe nhiều mã trải ở hướng xuống. Mỗi mã trải đại diện cho một đường truyền của một cell khác biệt, và UE kết hợp các tín hiệu nó nhận từ các cell khác biệt ấy. Ở hướng lên, UE tiếp tục sử dụng chỉ một mã trải duy nhất cho một kênh dành riêng. Tất cả các cell tham gia vào cuộc chuyển giao mềm đều được RNC chỉ thị phải mã hóa dữ liệu gửi bằng mã này rồi gửi nó đến RNC. Vì vậy trong suốt quá trình chuyển giao mềm, RNC tiếp nhận đến vài phiên bản của dòng dữ liệu tải lên của người dùng. Điều này giúp bảo đảm rằng các gói được tiếp nhận đúng đắn và không cần truyền lại. Những cell có liên quan trong một chuyển giao mềm đối với một kênh dành riêng được gọi là nhóm tích cực (active set). Mỗi nhóm tích cực có thể có đến tối đa là sáu cell tham gia. Tuy nhiên trong thực tế, hầu hết các mạng đều hạn chế số lượng cell trong nhóm tích cực là hai hoặc ba thôi. Nếu không làm vậy, lợi ích của nhiều đường truyền mà có thể kết hợp với cả mạng lẫn UE sẽ bị đe dọa bởi dung lượng bổ sung cần có trong cả mạng vô tuyến lẫn trên giao tiếp vô tuyến. Để cải thiện dung lượng của mạng, khoảng 30–40% của tất các kênh dành riêng trong một mạng vô tuyến được đặt ở trạng thái chuyển giao mềm, cho dù người dùng không di chuyển.
Hình 2.8 cho thấy chuyển giao mềm và chuyển giao cứng được thực hiện như thế nào trong trường hợp không phải tất cả các cell đều được nối kết với cùng một RNC. Trong ví dụ này, dữ liệu tải lên và tải xuống được thu thập và phân phối bởi hai RNC, nhưng chỉ một trong hai RNC đó, gọi là Serving-RNC (S-RNC, tức RNC phục vụ), liên lạc với mạng lõi thôi. RNC còn lại, gọi là Drift-RNC (D-RNC, tạm dịch: RNC trôi giạt), thì liên lạc với S-RNC.
Nếu người dùng di chuyển sâu hơn vào trong khu vực được phủ sóng bởi NodeB 2 và NodeB 3, UE của người dùng đó vào một thời điểm nào đó sẽ mất liên lạc với NodeB 1. Lúc đó, không còn cần có sự dính líu của RNC đang điều khiển NodeB 1 nữa, vì thế S-RNC hiện tại liền yêu cầu SGSN thăng cấp Drift-RNC hiện tại thành S-RNC mới.
Nếu đường giao tiếp (tùy chọn) giữa các RNC không hiện diện thì một cuộc chuyển giao mềm như minh họa trong Hình 2.8 không thể xảy ra. Trong trường hợp này, cần có một cuộc chuyển giao cứng khi UE di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng của NodeB 1 và vào vùng phủ sóng của hai NodeB còn lại. Hơn nữa, việc chuyển đổi RNC phục vụ phải được thực hiện cùng lúc đó,
điều này làm phức tạp thêm thủ tục chuyển giao và có khả năng làm tăng khoảng thời gian mà không có dữ liệu nào được trao đổi giữa UE đó và mạng.
Hình 2.8: Chuyển giao mềm với vài RNC.
Nếu người dùng di chuyển giữa các vùng được điều khiển bởi hai SGSN khác nhau thì cần thay đổi luôn SGSN phục vụ. Phức tạp hơn nữa, các cuộc chuyển giao cũng có thể diễn ra khi cả hai đường truyền chuyển kênh và chuyển gói đều tích cực. Trong trường hợp như vậy, không chỉ cần thay đổi các RNC mà còn phải thay đổi cả SGSN và MSC nữa. Điều này đòi hỏi các mạng lõi chuyển kênh và chuyển gói cần cộng tác chặt chẽ hơn. Tuy thường thì các tình huống chuyển giao trong thực tế chỉ dính dáng đến các cell được kiểm soát bởi cùng một RNC thôi, nhưng người ta cũng thực hiện tất cả các phương án chuyển giao khác.
Bởi vì các mạng 3G/3.5G lúc trước không có vùng phủ sóng rộng bằng các mạng GSM 2G hiện có, và ngày nay thường thì vùng phủ sóng của nó cũng không rộng bằng và khả năng xuyên tường cũng yếu hơn GSM, cho nên khả năng chuyển vùng các đường truyền đang tích cực từ chúng sang các mạng GSM rất quan trọng. Điều này đã, và nay vẫn, đặc biệt quan trọng đối với các cuộc gọi thoại. Vì thế, các UE có khả năng UMTS hiện nay không chỉ tìm kiếm các cell 3G/3.5G kế cận, mà có thể còn được mạng ra lệnh tìm kiếm các cell GSM nữa. Trong khi một kênh dành riêng đang được thiết lập, điều này rất khó thực hiện, bởi vì trong chế độ truyền chuẩn mực thì UE gửi và nhận liên tục. Đối với các cell nằm tại rìa của vùng phủ sóng, RNC có thể kích hoạt một chế độ truyền nén (compressed transmission mode). Chế độ truyền nén này khắc phục những chênh lệnh về thông lượng trong giao tiếp vô tuyến giữa 2G và 3G/3.5G, cho phép bộ thu sóng của UE điều chỉnh lại để phù hợp với tần số của các cell GSM kế cận, nhận tín hiệu của chúng, đồng bộ hóa với chúng, rồi quay trở lại cell UMTS để tiếp tục truyền và báo cáo kết quả của việc đo đạc tín hiệu của các cell GSM kế cận về cho mạng. Sau đó, dựa vào các số liệu đo đạc này, mạng có thể ra lệnh cho UE thực hiện một cuộc chuyển giao cứng Inter-RAT (Inter- Radio Access Technology) với GSM. Trong suốt một cuộc gọi thoại đến, người dùng thường không hay biết gì về một sự chuyển giao cứng như vậy. Tuy nhiên, một đường truyền dữ liệu UMTS khi được chuyển giao qua mạng GSM/GPRS/EDGE sẽ chậm hơn đáng kể so với bình thường.