UE quét liên tục các cell khác cùng tần số khi trong trạng thái cell_DCH. UE sử dụng bộ lọc kết hợp để tìm kênh đồng bộ sơ cấp, P-SCH, của các cell láng giềng. Tất cả các cell truyền từ mã đồng bộ giống nhau để UE có thể tìm kiếm. UE nhận dạng cell kỹ hơn với kênh đồng bộ thứ cấp, S-SCH và kênh hoa tiêu, CPICH.. Sau quá trình đồng bộ, UE có thể đo kênh hoa tiêu Ec /I0 và xác định kết quả đo thuộc về cell nào.
Vì các Node B trong WCDMA hoạt động không đồng bộ, UE giải mã số khung hệ thống (SFN – System Frame Number) từ cell láng giềng. SFN cho biết định thời Node B với độ phân giải là khung 10ms. SFN đƣợc truyền trên kênh quảng bá, BCH (Broadcast channel), trên kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp, P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel)
Thủ tục đo lƣờng chuyển giao đƣợc mô tả trong hình 2.2
Hình 2.2: Các bước đo lường chuyển giao cùng tần số
2.2.4.2. Thuật toán chuyển giao
a) Thuật toán chuyển giao dựa trên ngưỡng tương đối
R1A (dB) :khoảng báo cáo trong sự kiện 1A (thêm 1 cell vào tập tích cực) R1B (dB) :khoảng báo cáo trong sự kiện 1B (xóa 1 cell khỏi tập tích cực) H1A (dB) :thông số trễ trong sự kiện 1A (thêm 1 cell vào tập tích cực) H1B (dB) :thông số trễ trong sự kiện 1B (xóa 1 cell khỏi tập tích cực) H1C (dB) :thông số trễ trong sự kiện 1C (thay thế 1 cell trong tập tích cực)
UE đồng bộ với tất cả các cell trong khoảng phát hiện bằng cách sử dụng kênh P-SCH, S- SCH và CPICH, và xác định cell.
UE giải mã số khung hệ thống SFN(System Frame Number) từ BCH của cell láng giềng.
Nếu kết quả đo thỏa yêu cầu, UE báo cáo về RNC
RNC gửi yêu cầu cập nhật tập tích cực đến UE
Càng nhiều đỉnh mà UE nhận trong bộ lọc kết hợp, quá trình xác định cell càng lâu. Thời gian xác định cell phụ thuộc vào:
- Số thành phần đa đƣờng - Số cell trong khoảng phát hiện - Số cell đã tìm thấy
- Kích cỡ tập láng giềng
UE cần phải báo kết quả đo trong vòng[theo 3GPP 25.133]
a) 200ms sau khi xác định cell xong b) 800ms sau khi 1 cell đƣa vào tập láng
giềng
c) 30s từ khi cell mới ngoài tập láng giềng
β :trọng số
ΔT (ms) :thời gian khởi tạo (time-to-trigger) AS_Max_Size:kích cỡ tập tích cực
Nc :số cell hiện có trong tập tích cực của user
Tùy thuộc vào kết quả đo đạc cung cấp bởi thiết bị đầu cuối, các sự kiện sau sẽ xảy ra nếu thỏa mãn:
- Thêm cell i vào tập tích cực (sự kiện 1A)
Hoạt động này đƣợc thực thi chỉ khi tập tích cực chƣa đầy (Nc<AS_Max_Size) và sự kiện 1A đƣợc khởi động nếu:
(2.1)
Và trong suốt khoảng thời gian ΔT, nó thỏa mãn
(2.2)
ở đây (Ec/N0)best_AS là Ec/N0 của cell mạnh nhất trong tập tích cực
trọng số β (0< β<1) khác nhau cho các cell. Khi β=0 chỉ so sánh với cell lớn nhất. Chú ý là β tăng thì càng khó thêm 1 cell vào tập tích cực
- Xóa 1 cell khỏi tập tích cực (sự kiện 1B)
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(2.3)
Và trong suốt khoảng thời gian ΔT, nó thỏa mãn
(2.4)
Chú ý trong trƣờng hợp này khi β tăng thì càng dễ xóa 1 cell khỏi tập tích cực
- Thay thế cell yếu nhất trong tập tích cực bởi cell mạnh nhất trong tập giám sát(sự kiện 1C)
Hoạt động này đƣợc thực thi khi tập tích cực đầy (Nc=AS_Max_Size)
(2.5)
(2.6)
Trong đó (Ec/N0)best_MS là Ec/N0 của cell mạnh nhất trong tập giám sát, và (Ec/N0)worst_AS là Ec/N0 của cell yếu nhất trong tập giám sát
Ví dụ: Hoạt động của thuật toán cho trong hình dƣới với giả thiết là tập tích cực tối đa là
2 cell (AS_Max_Size =2) và β =0
Hình 2.3: Chuyển giao mềm với ngưỡng tương đối
Lƣu đồ thuật toán:
Đặt: Th_add = R1A – H1A/2; Th_drop = R1B + H1B/2; Th_rep = H1C/2;
Tập tích cực đầy Bắt đầu
MS nhận tín hiệu từ BSi
Nếu BSi trong tập tích cực
Thay BS yếu nhất trong tập AS bởi BSi
(Event 1C)
Xóa BSi khỏi tập tích cực (Event 1B)
Thêm BSi vào tập tích cực
(Event 1A)
Trong khoang ΔTE I Th drop I
Ec/ )i ( c/ )best AS _
( 0 0 _
Trong khoang ΔTE I Th add I Ec/ )i ( c/ )bestAS _ ( 0 0 _ Trong khoang ΔT rep Th I E I Ec/ )i ( c/ )worstAS _ ( 0 0 _ BSi la ứng viên tốt nhất Y N N N Y N Y N N Y Y Y
Hình 2.4: Lưu đồ thuật toán dựa trên ngưỡng tương đối
khoảng 5-8dB. Nói chung, khi tải trên mạng cao và mạng đã đƣợc tối ƣu, các giá trị này đƣợc giữ mức thấp, để giảm số user trong chuyển giao mềm và sử dụng ít tài nguyên. Điều này quan trọng khi tốc độ dịch vụ cao (384kb/s), vì chúng yêu cầu công suất truyền cao và hệ số mã cao của cây mã OVSF. Tuy nhiên khi tải thấp và mạng chƣa đƣợc tối ƣu, giá trị R1A và R1B thƣờng cao hơn để thuận lợi cho phân tập macro và độ lợi kết hợp ở khu vực chất lƣợng tín hiệu nhận đƣợc thấp.
Giá trị H1A, H1B, H1C, trong khoảng 1-2dB, để đối phó với sự thay đổi tín hiệu, và thông số thời gian khởi tạo thƣờng dùng trong khoảng 200-500ms. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số cell tối đa trong tập tích cực tiêu chuẩn là 3. Giá trị này càng cao sẽ tiêu thụ nhiều tài nguyên hơn vì số thuê bao trong chuyển giao mềm cao. Vấn đề thƣờng gặp khi thiết kế là cố gắng tránh các vị trí có hơn 3 cell trong tập tích cực tức là vùng phủ của các cell cần tránh chồng lên nhau quá nhiều. Tình trạng này có thể khắc phục bằng cách cân chỉnh downtilt anten của các cell khác nhau, nhƣ hình 2.5.
Hình 2.5: Ảnh hưởng của downtilt anten đến vùng phủ của cell
b) Thuật toán chuyển giao mềm dựa trên ngƣỡng tuyệt đối
T_ADD (dB) :ngƣỡng tuyệt đối cho sự kiện 1E T_DROP (dB) :ngƣỡng tuyệt đối cho sự kiện 1F HA (dB) :độ dự trữ trễ với sự kiện 1E HD (dB) :độ dự trữ trễ với sự kiện 1F HR (dB) :độ dự trữ trễ thay thế ΔT (ms) : thời gian khởi tạo
AS_Max_Size : kích cỡ lớn nhất của tập tích cực Thuật toán bao gồm các hoạt động sau:
- Thêm cell i vào tập tích cực (sự kiện 1E)
Hoạt động này đƣợc thực thi khi tập tích cực chƣa đầy và sự kiện 1E đƣợc khởi tạo theo:
(2.7)
Và trong suốt khoảng thời gian ΔT, nó thỏa
(2.8)
- Xóa cell i khỏi tập tích cực(sự kiện 1F)
Hoạt động này đƣợc thực thi khi sự kiện 1F đƣợc khởi tạo theo
(2.9)
Và trong suốt khoảng thời gian ΔT, nó thỏa
(2.10)
- Thay thế cell xấu nhất của tập tích cực bởi cell tốt nhất của tập giám sát
Hoạt động này đƣợc thực thi khi tập tích cực đầy và sự kiện 1E đƣợc khởi tạo theo:
(2.11)
(2.12)
Và trong suốt khoảng thời gian ΔT, nó thỏa
(2.13)
(2.14)
Trong đó là Ec/I0 của cell tốt nhất trong tập giám sát và là Ec/I0 của cell xấu nhất trong tập tích cực.
Lƣu đồ thuật toán:
Đặt: Th_add = T_ADD + HA/2; Th_drop = T_DROP – HD/2; Th_rep = HR/2;
Tập tích cực đầy Bắt đầu MS nhận tín hiệu từ BSi
Nếu BSi trong tập tích cực
Thay thế BS xấu nhất trong tập tích cực bởi BSi
(Event !C)
Xóa BSi khỏi tập tích cực (Event 1B) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thêm BSi vào tập tích cực (Event 1A) Trong khoang ΔT drop Th I Ec/ )i _ ( 0
Trong khoang ΔTI Th add Ec/ )i _ ( 0 Trong khoang ΔT rep Th I E I Ec/ )i ( c/ )worstAS _ ( 0 0 _ BSi la ứng viên tốt nhất Y N N Y N Y N N Y Y Y
Ví dụ: Hoạt động của thuật toán cho trƣờng hợp kích thƣớc tối đa của tập tích cực là 2 đƣợc minh họa trong hình sau
Hình 2.7: Chuyển giao mềm với ngưỡng tuyệt đối
2.2.5. Chuyển giao khác tần số
Chuyển giao khác tần số (inter-frequency HO) đƣợc thực thi trong 2 trƣờng hợp khác nhau:
1. Cell với nhiều sóng mang. Một cách tăng dung lƣợng cell nhanh chóng là thêm sóng mang mới vào node B hiện tại. Do đó, trên 1 yêu cầu dịch vụ, nếu điều kiện truy nhập không giới hạn sóng mang, mobile có thể thiết lập dịch vụ với 1 sóng mang khác. Khi một vài sóng mang có tải cao hơn những sóng mang khác, nó có thể chuyển giao 1 số kết nối từ sóng mang đó sang sóng mang khác để cân bằng tải giữa các sóng mang.
2. Cấu trúc cell phân cấp (HCS – Hierachical cell structure). Cấu trúc cell phân cấp bao gồm macrocell, microcell và picocell đƣợc triển khai rộng rãi trong mạng 2G để tăng dung lƣợng bằng cách giảm kích thƣớc cell. Tuy nhiên trong mạng WCDMA, sự chồng lấn vùng phủ càng cao giữa các lớp sẽ gây ra nhiễu giữa các
cell khá lớn, do đó đòi hỏi mỗi lớp phải hoạt động ở các sóng mang khác nhau. Trong trƣờng hợp này, chuyển giao khác tần số có thể đƣợc yêu cầu để chuyển lƣu lƣợng từ 1 lớp này sang lớp khác, và cố gắng duy trì chất lƣợng dịch vụ yêu cầu. Các cell có phạm vi hẹp (picocell) thƣờng cung cấp các dịch vụ tốc độ cao với tốc độ di chuyển thấp; trong khi các users với tốc độ cao hơn cần truyền dịch vụ tốc độ bit thấp đƣợc chỉ định ở các cell nhƣ microcell và macrocell.
Cơ chế này đòi hỏi sự hỗ trợ đo lƣờng ở nhiều sóng mang khác nhau, cung cấp bởi cả mạng và thiết bị đầu cuối, để quyết định chuyển giao khác tần số chính xác. Khi thiết bị di động đƣợc yêu cầu thực thi đo lƣờng khác tần số trong 1 tập cell xác định, nó sẽ báo cáo CPICH Ec/N0 , RSCP (Received Signal Code Power) và tổn hao đƣờng truyền cộng thêm thông tin đồng bộ và sai khác thời gian đƣợc theo dõi giữa các khung của các cell khác nhau. Các sự kiện sau đƣợc dùng để khởi tạo đo lƣờng khác tần số:
- Báo cáo sự kiện 2A: thay đổi tần số tốt nhất.
- Báo cáo sự kiện 2B: chất lƣợng kênh tần số sử dụng hiện tại đƣợc đánh giá là dƣới mức ngƣỡng nhất định và chất lƣợng của kênh tần số không sử dụng đƣợc đánh giá là trên mức ngƣỡng nhất định.
- Báo cáo sự kiện 2C: chất lƣợng của kênh tần số không sử dụng đƣợc đánh giá là trên mức ngƣỡng nhất định.
- Báo cáo sự kiện 2D: chất lƣợng của kênh tần số sử dụng hiện tại đƣợc đánh giá là dƣới mức ngƣỡng nhất định.
- Báo cáo sự kiện 2E: chất lƣợng của kênh tần số không sử dụng đƣợc đánh giá là dƣới mức ngƣỡng nhất định.
- Báo cáo sự kiện 2F: chất lƣợng của kênh tần số sử dụng hiện tại đƣợc đánh giá là trên mức ngƣỡng nhất định.
2.2.6. Chuyển giao khác hệ thống giữa WCDMA và GSM
Tiêu chuẩn WCDMA và GSM hỗ trợ chuyển giao qua lại với nhau. Những chuyển giao này đƣợc sử dụng để cải thiện vùng phủ hay vì lí do cân bằng tải. Khi bắt đầu triển khai WCDMA, chuyển giao sang GSM để có đƣợc vùng phủ liên tục, và chuyển giao từ GSM sang WCDMA để giảm tải trong cell GSM. Viễn cảnh này đƣợc mô tả trong hình 2.8.
Chuyển giao khác hệ thống đƣợc khởi tạo ở RNC/BSC. Thuật toán chuyển giao và quá trình khởi tạo không đƣợc chuẩn hóa.
Hình 2.8: Chuyển giao giữa GSM và WCDMA
Các thủ tục đo lƣờng khác hệ thống không đƣợc kích hoạt mọi lúc mà chỉ khởi động khi cần chuyển giao khác hệ thống. Khởi tạo quá trình đo là thuật toán riêng tùy thuộc vào nhà cung cấp RNC, có thể dựa trên chất lƣợng (tỉ số lỗi khối BLER) hoặc dựa trên công suất truyền yêu cầu. Khi quá trình đo đƣợc khởi tạo, UE đo công suất tín hiệu của tần số GSM trong danh sách láng giềng. Các kết quả đo chỉ đƣợc nhận 1 lần bởi RNC, nó lệnh cho UE giải mã BSIC (Base Station Identity Code) của ứng viên GSM tốt nhất. Khi RNC nhận đƣợc BSIC, yêu cầu chuyển giao đƣợc gửi tới UE. Quá trình đo có thể hoàn thành trong vòng xấp xỉ 2 giây.
Hình 2.9: Quá trình chuyển giao từ WCDMA sang GSM
Chế độ nén
WCDMA truyền và nhận liên tục và không thể đo khác hệ thống chỉ với 1 bộ thu đơn lẻ nếu không có khoảng gián đoạn (gap) trong phát tín hiệu WCDMA. Do đó, chế độ nén cần thiết cho đo đạc trong chuyển giao khác tần số và chuyển giao khác hệ thống.
(1) RNC yêu cầu UE bắt đầu đo khác hệ thống với chế độ nén.
(2) UE đo công suất tín hiệu của tần số GSM trong tập láng giềng.
(3) RNC yêu cầu UE giải mả BSIC của ứng viên GSM tốt nhất
(4) RNC gửi yêu cầu chuyển giao đến UE
Trong suốt khoảng gián đoạn của chế độ nén, điều khiển công suất nhanh không thể áp dụng và phần độ lợi ghép xen bị mất. Do đó, Eb/N0 cần phải lớn trong khung nén, dẫn đến giảm dung lƣợng.
Ví dụ về hiệu quả của chế độ nén đến dung lƣợng: Giả sử Eb/N0 cần phải lớn hơn 2,0 dB trong suốt khung nén. Nếu tất cả UE sử dụng chế độ nén trong mỗi khung, mức nhiễu sẽ tăng lên 100.2=58%, và dung lƣợng sẽ giảm tƣơng ứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chế độ nén cũng ảnh hƣởng đến vùng phủ hƣớng lên của các dịch vụ thời gian thực khi mà tốc độ bit không thể giảm xuống trong chế độ nén. Do đó, vì lí do vùng phủ các thủ tục chuyển giao khác hệ thống cần đƣợc thiết lập đủ sớm ở mép cell để tránh giảm chất lƣợng trong chế độ nén. Tình trạng này đƣợc mô tả trong hình 2.9
Hình 2.10: Ảnh hưởng của chế độ nén đến vùng phủ
Chế độ nén ảnh hƣởng đến vùng phủ ở 2 hƣớng:
- Lƣợng thông tin giống nhau truyền trong thời gian ngắn hơn. Ví dụ với 1 gap có độ rộng 7 khe thời gian trong khung dữ liệu 15 khe thời gian là 10.log10(15/(15- 7))=2,7 dB
- Hiệu suất Eb/N0 giảm trong suốt chế độ nén. Ở ví dụ trên là 2dB
Chuyển giao khác hệ thống từ GSM sang WCDMA đƣợc thiết lập ở BSC của GSM. Không cần chế độ nén để đo lƣờng tín hiệu WCDMA vì GSM sử dụng chế độ truyền và nhận liên tục
Thời gian ngắt dịch vụ tối đa cho phép trong chuyển giao khác hệ thống là 40ms. Thời gian ngắt là khoảng thời gian giữa khối dữ liệu nhận đƣợc cuối cùng trên tần số cũ và UE bắt đầu truyền trên kênh mới. Khoảng gián đoạn dịch vụ tổng cộng cần lớn hơn một chút so với thời gian ngắt vì UE cần lấy kênh dành riêng trong GSM. Khoảng gián đoạn dịch vụ dƣới 80ms sẽ không làm giảm chất lƣợng tín hiệu thoại
2.2.7. Chuyển giao khác tần số trong WCDMA
Hầu hết các nhà mạng đều có 2 hoặc 3 tần số FDD khả dụng. Các nhà mạng có thể sử dụng các tần số để cải thiện dung lƣợng.
10ms
Khung thƣờng gap Khung thƣờng
Khung nén
10ms 10ms
Cần tăng công suất vì chế độ nén
Nhiều tần số đƣợc sử dụng trong các khu vực có dung lƣợng cao
Hình 2.11: Các cell có dung lượng cao với 2 tần số f1 và f2
Các macro cell và micro cell sử dụng tần số khác nhau
Hình 2.12: Macro cell và micro-cell sử dụng tần số khác nhau
Do đó cần có chuyển giao giữa các sóng mang WCDMA. Đo trong chế độ nén cũng đƣợc sử dụng trong chuyển giao khác tần số tƣơng tự nhƣ chuyển giao khác hệ thống.
Các thủ tục chuyển giao khác tần số đƣợc cho trong hình 2.13
Hình 2.13: Thủ tục chuyển giao khác tần số
(1) RNC yêu cầu UE bắt đầu đo
khác hệ thống với chế độ nén
(2) UE tìm các đỉnh P-SCH
(3) UE xác định cell với S-SCH và CPICH và báo cáo kết quả đo đến RNC
(4) RNC gửi yêu cầu chuyển giao đến UE
Càng nhiều đỉnh trong bộ lọc kết hợp, thời gian xác định cell càng lớn. Thời gian này phụ thuộc vào:
- Số thành phần đa đƣờng - Số cell trong khoảng phát hiện - Kích thƣớc tập láng giềng
Thời gian xác định cell tiêu chuẩn là < 5s
f1 f1 f1 f1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
f2 f2
f1 f1 f1 f1
f2 f2 f2 f2
Macro cell với tần số f1
2.2.8. Tổng kết chuyển giao
Các kiểu chuyển giao đƣợc tổng kết trong Bảng 2.1. Báo cáo chuyển giao cùng tần
số thƣờng khởi xƣớng cho sự kiện, và RNC ra lệnh thực hiện chuyển giao dựa vào các