Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di động trong mạng. Khi thuê bao chuyển từ vùng phủ sóng của một Cell này sang vùng phủ sóng của một Cell khác thì kết nối với cell mới phải được thiết lập và kết nối với Cell cũ phải bị hủy bỏ.
hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Hệ thống WCDMA sử dụng chuyển giao on- the-fly khi thực hiện các cuộc gọi chuyển mạch kênh. Khi thực hiện các kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao thực hiện cả khi UE và mạng truyền gói không thành công. Các điều kiện chuyển giao không phụ thuộc vào loại chuyển giao mà phụ thuộc vào chiến lược thực hiện chuyển giao trong mạng. Các điều kiện chuyển giao hay gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần…
Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định được định nghĩa bởi RNC, sự suy giảm tín hiệu sẽ được nhận biết bằng cách đo mức tín hiệu. việc đo tín hiệu được thực hiện cả ở UE và RNC. Chuyển giao phụ thuộc chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyền dẫn vô tuyến.
Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi dung lượng của Cell đạt tới giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng tới hạn đó. Khi đó các thuê bao ở ngoài rìa Cell có mật độ cao sẽ được chuyển sang các Cell bên cạnh có mật độ thấp. Bằng cách đó, tải hệ thống sẽ được phân bố đều và nhu cầu về dung lượng và vùng phủ sóng sẽ được điều chỉnh hiệu quả để đáp ứng nhu cầu lưu lượng trong mạng.
Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của thuê bao. Khi UE di chuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong UTRAN. Để tránh chuyển giao không cần thiết, thuê bao chuyển động với tốc độ cao có thể được chuyển giao từ các Cell vi mô đến các Cell vĩ mô và ngược lại.
Quyết định thực hiện chuyển giao thông thường được thực hiên bởi RNC đang phục vụ thuê bao đó, loại trừ trường hợp chuyển giao do lưu lượng. Chuyển giao do lưu lượng được thực hiện bởi trung tâm chuyển mạch di động MSC.
3.4.6.2. Trình tự chuyển giao
Trình tự chuyển giao gồm có 3 pha: pha đo lường, pha quyết định và pha thực hiện.
Đo lường:
- Đo các tham số.
- Báo cáo các tham số đo được
Quyết định:
Các tham số thuật toán.
Các đặc tính chuyển giao.
- Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào Fading và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong Cell và tốc độ di chuyển của thuê bao.
- Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống. Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối so sánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các Cell lân cận. Tùy theo kết quả so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao. SRNC kiểm tra các giá trị các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện chuyển giao. Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, RNC phục vụ cho phép thực hiện chuyển giao.
Căn cứ vào quyết định chuyển giao có thể phân chia chuyển giao làm 2 loại: 1. Chuyển giao quyết định bởi mạng (NEHO).
2. Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động (MEHO).
Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), SRNC thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp kết hợp cả hai loại chuyển giao NEHO và MEHO, quyết định chuyển giao được thực hiện bởi sự phối hợp giữa SRNC và UE.
Ngay cả trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việc thực hiện chuyển giao là do SRNC. RNC có trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) của toàn bộ hệ thống do đó, RNC phải biết về tải của toàn bộ hệ thống và các thông tin cần
được tiêu chuẩn hóa, chúng độc lập với quá trình xây dựng hệ thống. Do đó các thuật toán chuyển giao tiên tiến được sử dụng tự do dựa trên các tham số sẵn có kết hợp với khả năng đo đạc của các phần tử mạng, sự phân bố lưu lượng, quy hoạch mạng, cấu trúc hạ tầng mạng và chiến lược lưu lượng của toàn bộ hệ thống được sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ.
Hình 3.14: Nguyên tắc chung của thuật toán chuyển giao
Điều kiện đầu là điều kiện thực hiện quyết định của thuật toán dựa trên mức hoa tiêu do UE thông báo. Giả sử UE trong Cell A chuyển động về phía Cell B, tín hiệu hoa tiêu của Cell A (tại đó UE đang thực hiện kết nối) bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn dưới như hình 3.14. Khi đạt tới mức giới hạn dưới, xuất hiện kích thích chuyển giao theo các bước sau đây:
1. Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Mặt khác tùy theo giá trị đo của UE, RNC phát hiệc có tín hiệu của cell bên cạnh (tín hiệu B) tín hiệu này có cường độ đủ để cải thiện chất lượng kết nối. Do đó RNC sẽ nhập tín hiệu B vào tập tích cực, khi đó UE có hai kết nối đồng thời đến UTRAN. UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của 2 kết nối này.
2. Tại vị trí này, chất lượng của tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A. Do đó RNC coi vị trí đó là điểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao.
Tín hiệu A Tín hiệu B
Giới hạn chuyển giao Tín hiệu tổng
Ngưỡng trên
tín hiệu tại UE vượt quá ngưỡng giới hạn trên và có khả năng gây ra nhiễu cho hệ thống. Do vậy. RNC sẽ xóa tín hiệu A ở tập tích cực.
Kích cỡ của tập tích cực có khả năng thay đổi được, thường chỉ có từ 1 đến 3 tín hiệu.
Do hướng chuyển động của UE thay đổi ngẫu nhiên, UE có thể quay trở lại Cell A ngay sau lần thực hiện chuyển giao thứ nhất. Điều này sẽ làm xảy ra hiệu ứng gọi là ping-pong. Hiệu ứng này ảnh hướng xấu tới lưu lượng hệ thống và toàn bộ hệ thống. Việc sử dụng giới hạn chuyển giao cũng có thể tránh được một số chuyển giao không cần thiết.
3.4.6.3. Các loại chuyển giao
Tùy theo hình thức sử dụng các cơ chế chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao thành các nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn.
Chuyển giao cứng có thể được chia thành chuyển giao cứng cùng tần số và chuyến giao cứng khác tần số. Trong quá trình chuyển giao cứng, các kết nối cũ được giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới, do đó tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian thực hiện chuyển giao, tuy nhiên thuê bao không có khả năng nhận biết khoảng ngừng đó. Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy nhập vô tuyến mới khác với tần số sóng mang hiện tại.
Hình 3.15: Chuyển giao cứng cùng tần số
Trên hình 3.15 do kế hoạch quy hoạch mạng, RNC bên cạnh không được kết nối với giao diện Iur vì vậy chuyển giao mềm giữa các RNC không thực hiện được. Trong
chuyển giao. Thông thường, hệ số tái sử dụng tần số đối với WCDMA bằng một, điều đó có nghĩa là các BS sử dụng chung một tần số và tất cả các UE dùng chung tần số trong toàn bộ mạng di động. Điều đó không có nghĩa là việc sử dụng lại tần số không thực hiện được ở hệ thống WCDMA. Do đó, nếu các sóng mang khác nhau được phân bố cho các Cell, chuyển giao khác tần số được sử dụng để đảm bảo đường chuyển giao từ cell này sang Cell khác trong một mẫu cell.
Chuyển giao liên tần số cũng được sử dụng trong mạng tế bào có cấu trúc (HCS) giữa các lớp Cell riêng rẽ, chẳng hạn giữa các Cell vi mô và các Cell vĩ mô, các Cell này sử dụng tần số sóng mang khác nhau trong cùng một vùng phủ sóng. Chuyển giao khác nhau tần số được thực hiện không chỉ để duy trì kết nối (nếu không thực hiện chuyển giao kết nối đó có thể ngắt) mà còn để đảm bảo yêu cầu QoS. Chuyển giao cứng liên tần thông thường là NEHO. Chuyển giao liên tần số có thể xảy ra giữa hai mạng truy nhập vô tuyến khác nhau, ví dụ: giữa mạng GSM và WCDMA. Khi đó, loại chuyển giao này gọi là chuyển giao liên hệ thống. Chuyển giao liên hệ thống cũng là chuyển giao liên tần nhưng các tần số khác nhau thuộc các hệ thống khác nhau .
Hình 3.16: Chuyển giao cứng khác tần số
Chức năng chuyển giao liên hệ thống trong WCDMA được thực hiện bởi một chế độ làm việc đặc biệt: chế độ nén. Khi UE ở chế độ nén, có thể giảm hệ số trải phổ của kênh. Do vậy, kết nối giao diện vô tuyến chỉ sử dụng một phần nhỏ khung WCDMA. Các khe còn lại có thể sử dụng cho các mục đích khác, ví dụ như đo mức tín hiệu can
sổ mà qua đó UE có thể nhận và giải mã thông tin từ kênh điều khiển quảng bá (BCCH) của hệ thống GSM. Ngoài ra, cả RAN của UMTS và phân hệ trạm gốc. BSS của GSM phải có khả năng gửi các thông tin chỉ thị khác trên các kênh BCCH để UE có khả năng thực hiện việc giải mã chính xác.
Chuyển giao liên hệ thống của WCDMA và GSM được thực hiện ở những khu vực cả hai hệ thống này cùng tồn tại. Chuyển giao liên hệ thống được yêu cầu để bổ sung vùng phủ giữa hai hệ thống nhằm đảm bảo phục vụ liên tục. Chuyển giao liên hệ thống có thể được sử dụng để điều chỉnh tải giữa các hệ thống GSM và WCDMA, khi vùng phủ giữa hai hệ thống lấn lên nhau. Ngoài ra, chuyển giao này có thể thực hiện theo yêu cầu của người sử dụng.
Chuyển giao liên hệ thống là chuyển giao loại NEHO. Tuy nhiên, UE phải có khả năng hỗ trợ hoàn toàn loại chuyển giao này. RNC phát hiện chuyển giao liên hệ thống dựa trên cấu hình mạng vô tuyến (các định nghĩa về cell lân cận) và các tham số điều khiển khác.
Khác với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm được thực hiện theo nguyên lý: thiết lập kết nối trước khi giải phóng kết nối cũ. Trong hệ thống WCDMA, hầu hết chuyển giao là chuyển giao mềm cùng tần số.
Chuyển giao mềm được thực hiện giữa các Cell thuộc các BS khác nhau nhưng không nhất thiết phải thuộc cùng một RNC. Trong trường hợp RNC có liên quan đến chuyển giao mềm, RNC phải thực hiện việc điều khiển chuyển giao qua giao diện Iur. Trong trường hợp chuyển giao mềm, các Cell nguồn và Cell đích có cùng tần số. Trong trường hợp cuộc gọi chuyển mạch kênh, các máy di động thực tế thực hiện chuyển giao mềm hầu như liên tục nếu vùng phủ sóng có cấu trúc Cell nhỏ. Có nhiều loại chuyển giao mềm hơn, chuyển giao mềm – mềm hơn.
vào hoặc xóa khỏi tập tích cực, hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các sector khác nhau cùng BS.
Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, BS phát trong một sector nhưng thu từ nhiều sector khác nhau. Trong trường hợp, UE có các kết nối vô tuyến tích cực ở đường lên tới mạng qua nhiều sector của cùng một BS. Khi cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn được thực hiện đồng thời, chuyển giao trong trường hợp này gọi là chuyển giao mềm- mềm hơn. Chuyển giao mềm-mềm hơn có thể kết hợp với chuyển giao giữa các RNC. Khi tín hiệu liên sector được thêm vào tập tích cực của UE cùng với việc thêm tín hiệu mới từ các cell thuộc RNC khác.
Hình 3.18: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số
3.4.7. Điều khiển công suất
Trong WCDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên lẫn đường xuống. Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đường xuống không thực sự cần thiết
Tín hiệu đa đường qua Sector 3
Tín hiệu đa đường qua Sector 1
Mục đích chính của điều khiển công suất đường lên nhằm khắc phục hiệu ứng xa- gần bằng cách duy trì mức công suất truyền dẫn của các máy di động trong cell như nhau tại máy trạm thu gốc cùng với một QoS. Do vậy, việc điều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn của máy di động. Cơ chế điều khiển công suất trong WCDMA là cơ chế điều khiển phân bố. Việc điều khiển công suất được phân bố bên trong mạng truy nhập vô tuyến.
Hệ thống WCDMA sử dụng hai phương điều khiển công suất khác nhau: Điều khiển công suất vòng mở (OLPC).
Điều khiển công suất vòng kín. Điều khiển công suất vòng trong. Điều khiển công suất vòng ngoài
Hình 3.19: Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA
Hình 3.19: Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA
3.4.7.1. Điều khiển công suất vòng mở
OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên, UE chỉnh mức công suất phát dựa trên mức tín hiệu thu được từ BS CPIH, khi UE ở trạng thái nghỉ và trước khi truyền kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH). Ngoài ra, khi ở chế độ chờ,
Hình 3.20 thể hiện quá trình điều khiển công suất vòng mở (OLPC) đường lên. Trong quá trình điều khiển công suất, UE xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo đạc mức công suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BS ở đường xuống. Sau đó, UE điều chỉnh mức công suất truyền dẫn theo hướng tỉ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu được. Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mức công suất phát của UE càng nhỏ.
Hình 3.20: OLPC đường lên
Đối với hệ thống FDD-CDMA, OLPC một mình không thực hiện được việc điều khiển công suất bởi vì các đặc tính suy hao của kênh truyền dẫn thay đổi nhanh và độc lập giữa đường lên và đường xuống. Do vậy, để có thể phù hợp với sự biến đổi nhanh của cường độ tín hiệu phải sử dụng thêm cơ chế điều khiển công suất vòng kín (CLPC). Tuy nhiên, việc điều khiển công suất vòng mở (OPCL) là cần thiết để xác định mức công suất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối).
3.4.7.2. Điều khiển công suất vòng kín
CLPC được sử dụng để điều khiển công suất khi kết nối đã được thiết lập. Mục đích chính là để bù những ảnh hưởng của sự biến đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến. Do đó, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến.
Hình 3.21 thể hiện cơ chế CLPC đường lên đối với WCDMA. Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng hoặc giảm công suất phát với tần số 1.5kHz (1500 lần trong một giây). Bước tăng, giảm công suất là 1, 2, 3dB. Quyết định tăng hay giảm công suất phụ thuộc vào mức tín thu SNR tại BS. Khi BS thu tín hiệu từ UE, nó so sánh mức tín hiệu
P_trx=1/cường độ hoa tiêu Ước tính cường độ hoa tiêu
phát của UE. Trong trường hợp mức tín hiệu thu được nhỏ hơn mức ngưỡng, BS sẽ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát. Một số tham số được sử dụng để đánh giá chất lượng công suất thu để thực hiện quyết định điều khiển công suất như: SIR, tỉ lệ lỗi khung – FER và tỉ lệ lỗi bit BER. CLPC cũng được sử dụng cho việc điều khiển công suất đường xuống. Trong trường hợp đó, vai trò của UE và BS đổi lẫn cho nhau. UE so sánh mức tín hiệu thu từ BS với một mức ngưỡng cho trước và gửi lệnh điều khiển công suất TPC đến BS để điều chỉnh mức công suất phát của BS.
Hình 3.21: Cơ chế điều khiển công suất CLPC
Ở hệ thống WCDMA, CLPC bao gồm: điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. Cơ chế CLPC nói trên là cơ chế điều khiển công suất vòng