Mạng viễn thông tê bào là một trong những ứng dụng kỹ thuật viễn thông đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu. Hệ thống này chiếm một lượng thuê bao khá lớn trên toàn thê giới và xu hướng người dùng mạng viễn thông tế bào càng ngày càng tăng. Mạng tế bào ra đòi sau so với mạng cố định nhưng theo dự đoán đến năm 2004 số người dùng là bằng nhau. Một trong những hệ thống phát triển nhanh nhất là hệ thống GSM (Global System for Mobile Communication). Với những ưu điểm của hệ thông tin di động sô hoá đẩu tiên, nó tỏ rõ ưu điểm vượt trội các hệ thống cũ mà một trong những ưu điểm là năng lực chuyển giao trong hệ thống đáp ứng nhu cầu về chất lượng dịch vụ cao.
Chúng ta hãy hình dung khi đang dùng một máy điện thoại di động trên ô tô mà bỗng dưng tín hiệu trở nên quá yếu và mất liên lạc thì câu hỏi đầu tiên là cái gì đã xẩy ra! Đê giải đáp câu hỏi này chúng ta hãy đi sâu vào xem xét hệ thống. Hệ thống GSM được thiết kế theo kiểu một mạng các ô hình lục lăng như tổ ong, với mỗi ô có sự điều khiển giám sát riêng ở ô đó cũng như những tần sô' riêng của nó, trong trường hợp trên máy điện thoại di động của bạn đang ở một ô của hệ thống và đang chuyển động dần ra khỏi ô đó, như thế khoảng cách giữa ô và trạm điều khiển xa dần, công suất thu phát trở nên yếu và khi tới vạch giới hạn chuyển sang ô khác thì tín hiệu ở ô ban đầu đã bị ngắt và MS (Mobile Station) đã thuộc vùng phục vụ của ô lân cận. Để cho hệ thống đảm bảo sự truyền thông liên lạc liên tục thì cần có một thuật toán dùng đê chuyên ồ mà người ta gọi là thuật toán định vị.
Khi MS chuyên động dần sang ô bên cạnh trong khi cuộc gọi đang tiến hành thì MSC tự động chuyển cuộc gọi tới BSC mới, tới kênh mới. Quá trình chuyển giao được xem xét gần giống như một quá trình hình thành cuộc gọi. Xử lý chuyển giao là một quá trình quan trọng trong hệ thống sao cho độ trễ là nhỏ nhất đê người sử dụng không nhận biết được chuyên giao đang xẩy ra. Đê đáp ứng yêu cầu đó, các nhà thiết kế hệ
Luân van cao hoc Đãt trước đỏ rông, bans tần
thống phải định rõ một mức tín hiệu tối ưu đê khởi đầu một sự chuyển giao. Khi một mức tín hiệu đã được xác định là một tín hiệu nhỏ nhất có thể sử dụng để đảm bảo chất lượng tiếng nói có thể chấp nhận được tại máy thu trạm gốc, thường mức tín hiệu nhỏ nhất cần chuyển giao ở giữa - 90 dB và - 100 dB, thì một mức tín hiệu hơi mạnh hơn sẽ được dùng làm ngưỡng để thực hiện một chuyển giao. Sau đây ta sẽ khảo sát 2 sơ đồ trạng thái ngưỡng công suất của quá trình chuyển giao[5].
Mức tín hiệu nhận
Mức tín hiệu nhậnẶ
Ngưỡng ở điểm A
Ngưỡng chuyển giao P r hand off ---Tín hiệu nhỏ nhất còn chấp nhận
để giữ cuộc gọi Pr minium usable
-Mức điểm B cuộc gọi bị ngắt Hình 2.1.1: Chuyển giao không đúng lúc
— Mức ở điểm B
Mức mà chuyển giao cuộc gọi thích hợp tới BS2
Thời gian
Hình 2.1.2: Chuyển giao đúng lúc
Ta lập hiệu: A-Pr hand off _ Pr minium usable Trong đó Pr hand off : Mức tín hiệu ngưỡng chuyên giao
Pr minium usable : Mức tín hiệu nhỏ nhất có thể chấp nhận được
Nếu như Ạ là quá lớn thì số lượng chuyển giao ở MSC xẩy ra với số lượng lớn (MSC quá tải ) còn nếu Ạ là quá nhỏ chuyển giao ở MSC lại xẩy ra ít và xác suất rớt cuộc gọi trở nên lớn vì không hoàn thành chuyển giao do tín hiệu yếu.
Luân văn cao hoe Đăt trước dô rôììii băng tần
Hình 2.1.1 chứng minh trường hợp không thực hiện được một chuyên giao vì tín hiệu sụt xuống dưới mức tối thiểu chấp nhận được để giữ cho kênh hoạt động. Cuộc gọi sẽ bị đứt đoạn khi có một độ trễ lớn do MSC đang ấn định một chuyển giao, hoặc không có một kênh nào có thể sử dụng trong bất kỳ trạm gốc gần kề nào.
Với sơ đồ hình 2.1.2 khi mức tín hiệu giảm xuống tới ngưỡng cho chuyển giao với cơ chế đặc biệt sẽ nói ở phần sau thì mức tín hiệu được cung cấp lớn lên và đồng thời chuyên sang ô bên.
Quyết định chuyên giao là khá quan trọng, nó dựa vào quá trình giám sát mức cường độ tín hiệu mạnh hay yếu để ra quyết định chuyên giao. Bộ kiểm tra trạm gốc đo tín hiệu cho từng chu kỳ thời gian đánh giá cường độ tín hiệu trung bình để xem có cần chuyển giao hay không.
Khi MS chuyển động dần xa trạm phát thì MSC căn cứ vào những thông tin về tốc độ chuyển động của MS đê xác định thời gian cần cho chuyển giao. Tốc độ này dựa trên độ dốc của mức cường độ tín hiệu trung bình đo được. Nếu độ dốc là lớn thì chuyến giao thực hiện nhanh và ngược lại, hơn nữa những thông tin kỹ thuật cơ bản về thiết bị đầu cuối di động như Mobile cầm tay, máy liên lạc cô định trên ô tô, hay máy liên lạc trên tầu biển cũng góp phần xác định cho MSC biết tốc độ chuyến động của nó cũng như suy giảm do các loại pha đinh gây nên cho tín hiệu đê quyết định chuyên giao.
Thời gian khi MS vẫn còn nằm trong ô chưa chuyên giao thì gọi là thời gian cư ngụ. MSC tính toán thời gian này trước, dựa vào các thông số về nhiễu đường truyền, khoảng cách giữa MS và trạm gốc cùng với những biến đổi khác về mặt thời gian. Đặc tính của thời gian cư ngụ là thay đổi lớn và phụ thuộc vào tốc độ của người dùng cùng loại vô tuyến. Với một ô tốt người dùng là cố định khoảng cách không đổi đường dẫn tốt sẽ cho một cuộc gọi tốt thì thời gian thời gian cư ngụ là lớn. Thời gian thời gian cư ngụ của người dùng là thay đổi ngẫu nhiên, với môi trường ô nhò đông đúc, lưu lượng chuyến động cao như ở thành thị thì sẽ tạo nên những loại tiêu biểu điển hình của thời gian cư ngụ.
Một phương pháp làm giảm sự quá tải của MSC là kỹ thuật thiết kế ô. Sự thiết kế ô dựa trên nguyên tắc cơ bản về tốc độ chuyển động của MS. MSC sẽ trở nên nặng nề, quá tải nếu MS chuyên động nhanh, đều đặn qua nhiều ô, nhưng đối với người đi bộ thì quá trình chuyển giao hầu như không xẩy ra. Đê xử lý quá trình này người ta
Luân văn cao hoc Đùt trước đỏ rông băng tần
đưa ra kế hoạch điều khiển tuần tự lưu lượng ở người dùng tốc độ cao cũng như người dùng tốc độ thấp để cho chuyển giao mà MSC cần can thiệp là nhỏ nhất. Bằng kỹ thuật phân chia khu vực, quy định vị trí ô mới trong một ô vật lý, đặc biệt ở khu vực thành phô và không một công nghệ nào ảnh hướng tới quá trình kết nối cuộc gọi ở cùng một vị trí thì với việc lắp các cột ăng ten với độ cao khác nhau, với mức công suất khác nhau, với những khoảng tần số khác nhau sẽ phục vụ cho ô to, ô nhỏ cùng vị trí. Ớ cùng một vị trí như hình 2.1.3, ô to sẽ được cung cấp để phục vụ cho những MS di chuyển với tốc độ cao, như thế MSC không phải chuyển giao, với hệ thống ô nhỏ bên trong ô to phục vụ cho những MS chuyển động với tốc độ chậm.Với hệ thống kiểu ô này vẫn đáp ứng được dung lượng hệ thống mà MSC không bị quá tải. Việc đo tốc độ chuyển động của người dùng được BS hoặc MSC tiến hành nhờ sự thay đổi cường độ tín hiệu trung bình trên sự biến đổi RVC cùng thời gian hoặc dùng một thuật toán tinh vi để thực hiện quá trình đo.
Nếu MS đang ch u yển động với tốc độ nhanh mà giảm tốc độ thì BS quyết định
ch u yển tới ô con tại vị trí đó mà không|Cần MSC can thiệp .
Hình 2.1.3
Một điểm quan trọng nữa của quá trình chuyển giao là khả năng hạn chế ngắt cuộc gọi cưỡng bức tức là khi tất cả các kênh lưu lượng trong ô đã được sử dụng hết mà một yêu cầu chuyển giao được khởi phát thì không đủ kênh để cung cấp và với thời gian trễ lớn dẫn đến quá trình cưỡng bức ngắt cuộc gọi. Đế giải quyết vấn đề này, hệ thống GSM đã đưa ra khái niệm kênh phụ tức là kênh dự phòng của ô. Những kênh này luôn luôn được đặt ở chế độ rỗi mặc dù các cuộc gọi khới phát trong ô cần kênh thoại nhưng chúng cũng không được dùng đến, chúng chỉ được dùng để phục vụ cho
Luàn văn cao hoc Đăt trước dô rôiìỊỉ bủììũ tần
quá trình chuyển giao ưu tiên các cuộc gọi đang tiến hành. Hệ quả của điều này là lưu lượng truyền dẫn của ô sẽ bị hạn chê do luôn phải có hai kênh chờ. Các cuộc gọi chuyển giao thì được sắp xếp trong tổng đài và được cấp phát kênh theo thứ tự. quá trình này được thực hiện dễ dàng hơn khi sử dụng cấp phát kênh động, mặc dù thế nhưng xác suất cưỡng bức ngắt cuộc gọi cũng không bằng không.
ơ thế hệ thứ II là hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ số TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian ) và quá trình chuyển giao có sự trợ giúp của MS - MAHO (chuyển giao hỗ trợ di động). MS đo công suất từ các trạm xung quanh và kết quả này được gửi tới BS. Chuyển giao được bắt đầu khi công suất nhận từ BS ở những ô làn cận bất đầu lớn hơn công suất nhận của BS đang phục vụ một mức nào đó. Phương pháp MAHO làm cho chuyên giao giữa các BS sẽ có tốc độ nhanh hơn so với thê hệ thứ I do các phép đo được MS thực hiện và MSC không giám sát liên tục cường độ tín hiệu. MAHO là thích hợp cho môi trường ô nhỏ, nơi chuyến giao thường xuyên xẩy ra. Trong hệ thống số mới này như là GSM chuyên giao có hỗ trợ MS thì chuyển giao được thực hiện bởi danh sách ô có thể chuyển giao tốt nhất và quyết định chuyển giao chí trong vòng 1 hoặc 2 giây khi đó A trong khoảng 0 tới 6dB. Nét đặc trưng của hệ thống là khả năng thực hiện quyết định chuyên giao trên cơ sở xắp xếp rộng dải giá trị theo thỏng sô tín hiệu khác nhau.