Nghiên cứu kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công suất trong thông tin di động WCDMA

Chương 2: Kỹ thuật chuyển giao trong thông tin di động WCDMA2.1 Giới thiệu kỷ thuật chuyển giao trong WCDMA Các mạng di động cho phép người dùng có thể sử dụng dịch vụ mạng trong khi di

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Lớp 46 K ĐT-VT Giảng viên hướng dẫn: KS LÊ THỊ KIỀU NGA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Lớp 46 K ĐT-VT Giảng viên hướng dẫn: KS LÊ THỊ KIỀU NGA

Cán bộ phản biện: .

VINH, 5-2010

Chương 1: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

1.1 Giới thiệu về mạng thông tin di động WCDMA

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của mạng thông tin di động, các dịch vụ

số liệu, truyền hình tốc độ cao đã đặt ra yêu cầu cho các nhà khai thác phải thay thếcác hệ thống thông tin di động thế hệ hai hiệu suất thấp chủ yếu chỉ dung cho thoại

là chính Từ đó mạng thông tin di động thế hệ thứ ba ra đời, đặc biệt là hệ thốngthong tin di động WCDMA Hệ thống này có nhiều ưu điểm để đảm bảo được yêucầu đặt ra cho mạng di động hiện hành Hệ thống WCDMA đã được phát triển ởnhiều nước trên thế giới Vì mạng thong tin di động WCDMA được phát triển kếthừa trên nền tảng của mạng GSM nên nó không làm mất đi mạng 2G mà hai mạngnày cùng phát triển song song phù hợp trong nước đang phát triển Băng thông rộngtích hợp nhiều dịch vụ, tốc độ cao giúp truyền hình trực tuyến, đó là những yếu tốgiúp cho hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển hơn và trở thành hệ thốngthông tin di động phổ biến nhất hiện nay

Các đặc trưng cơ bản của hệ thống WCDMA

Một số đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin di động như sau:

đấu giá,…

trí…

Chất lượng cao, có thể đạt tới BER=10-6.Tính bảo mật cao, chống nghe trộm.

 Cải thiện những hệ thống thông tin di động hiện tại: cải thiện dung lượng, cảithiện vùng phủ sóng

 Đem lại tính linh hoạt cao trong việc cung cấp dịch vụ

 Thực hiện truy nhập gói hiệu quả và tin cậy

 Mang lại tính linh hoạt cao trong vận hành: hỗ trợ hoạt động không đồng bộgiữa các trạm gốc nên triển khai thuận lợi trong nhiều môi trường

Hệ thống WCDMA được sử dụng hai giải pháp là FDD và TDD Trong đó FDD

sử dụng công nghệ WCDMA, còn TDD sử dụng công nghệ TD/CDMA Tuy vậy,giải pháp FDD được phát triển rộng rãi hơn vì có nhiều ưu điểm đặc biệt trong việc

sử dụng băng tần đối xứng Còn giải pháp TDD chủ yếu dùng cho các ô quy mô nhỏnhư ô micro hay ô picro

1.2.1 Kiến trúc 3G WCDMA R3

WCDMA R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh (CS) lẫn chuyển mạch gói(PS): đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao

này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giốngnhư trong các mạng điện thoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại

có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tạiđầu cuối Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kếtnối" đến Internet UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốthơn các dịch vụ dựa trên vị trí

Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment),mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial RadioNetwork), mạng lõi (CN: Core Network)

Hình 1.1 Kiến trúc 3G WCDMA R3

1.2.1.1 Thiết bị người sử dụng (UE)

Các đầu cuối (TE)

Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còncung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó được chuyển thành đầu cuối

Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến(giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giaodiện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối Giao diện nàytuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh

Mặc dù các nhà sản xuất đầu cuối có rất nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phảituân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêu chuẩn để các người sử dụng bằng cácđầu cuối khác nhau có thể truy nhập đến một số các chức năng cơ sở theo cùng mộtcách.

Các tiêu chuẩn này gồm:

 Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)

 Đăng ký mật khẩu mới

 Thay đổi mã PIN

 Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)

 Trình bầy IMEI

 Điều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sửdụng sẽ chọn cho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài)

là thiết kế và giao diện Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hìnhcung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu

USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trongmạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao

Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mãPIN Điều này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạngUMTS Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trênnhận dạng USIM được đăng ký.

1.2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vôtuyến mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN Nó gồm các phần tửđảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa UTRAN và

CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyểnmạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giaodiện này là hai nút, RNC và nút B

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người

sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sửdụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNCtrôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưngRNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN Vai trò logic củaSRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.2 Khi UE trong chuyển giao mềm giữacác RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur Chỉ mộttrong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn cácRNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur

Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC).Mỗi nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyếncủa nó.

Hình 1.2 Vai trò logic của SRNC và DRNC

 Nút B

Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kếtnối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từRNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một

số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòngtrong" Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuốiđều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từcác đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thôngbáo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu đượccông suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

1.2.1.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE Miền PSđảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và cácmạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khácbằng các kết nối TDM Các nút B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trụccủa nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP.Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) lànút chính của miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS

và đến GGSN thông quan giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối

PS của tất cả các thuê bao Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuêbao và thông tin vị trí thuê bao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

 IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao

di động quốc tế)

 Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary MobileSubscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)

 Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

 Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:

 IMSI

 Các địa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN:

Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến GGSN nối đến Internet thông quagiao diện Gi và đến BG thông qua Gp

BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMNvới các mạng khác Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet: đểđảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài

VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLRcho mạng phục vụ Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê baođược copy từ HLR và lưu ở đây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

Số liệu sau đây được lưu trong VLR:

 IMSI

 TMSI (nếu có)

 LA hiện thời của thuê bao

 MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cungcấp

Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thếđược gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chứcnăng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chứcnăng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiềukhả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN vàMSC Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC

 GMSC

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiệncác chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đếnPLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR vềMSC hiện thời quản lý MS

 Bộ định vị thường trú (HLR)

HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động Một mạng

di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng củatừng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: sốnhận dạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN:

số thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet DataProtocol: Giao thức số liệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá đểtruy nhập đến các thông tin được lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi,HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuêbao Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng

có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng

HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùngmột nút vật lý HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao.Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từchối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiệnVLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng

 Trung tâm nhận thực (AUC)

AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật

mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR vàđược thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảorằng AUC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: AutheticationVector) cho HLR

AUC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả cáchàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khiSGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ.

 Bộ ghi nhận dang thiết bị (EIR)

EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết

bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhậndạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danhmục: danh mục trắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phéptruy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còndanh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi mộtđầu cuối được thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vìthế nó bị cấm truy nhập mạng Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm cácseri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêuchuẩn

1.2.1.4 Các mạng ngoài

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúngcần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng ngoài có thể làcác mạng điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di động mặtđất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoạichuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet Miền PS kết nốiđến các mạng số liệu còn miền CS nối đến các mạng điện thoại

1.2.1.5 Các giao diện

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua cácgiao diện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sảnxuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ

 Giao diện Cu

Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh Trong UE đây lànơi kết nối giữa USIM và UE

 Giao diện Uu

Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS Đây là giaodiện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữanút B và đầu cuối.

 Giao diện Iu

Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miềnchuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN có thể kết nối đến nhiềuUTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đếnmột điểm truy nhập CN

 Giao diện Iur

Đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được thiết kế để đảm bảo chuyển giaomềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổsung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

 Di động giữa các RNC

 Lưu thông kênh riêng

 Lưu thông kênh chung

 Quản lý tài nguyên toàn cục

 Giao diện Iub

Giao diện Iub nối nút B và RNC Khác với GSM đây là giao diện mở

1.2.2 Kiến trúc 3G WCDMA R4

Sự khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân

bố và chuyển mạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyềnthống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềmđược đưa vào

MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW) MSCchứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêuchuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằmtrong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server

Hình 1.3 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữaRNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thựchiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và địnhtuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trườnghợp đường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) trên Giaothức Internet (IP) Từ hình trên ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN

và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể sửdụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác sẽ có một cổng cácphương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC) MGWnày sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN.Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Giao thức điều khiển giữaMSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248 Giao thức nàyđược ITU và IETF cộng tác phát triển Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ

cả các chức năng của GMSC Server Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả

RAN và PSTN Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy

có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư

Từ hình trên ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là Server thuê baotại nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tương đương,ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn)trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có các giaodiện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN vớiHLR/HSS

1.2.3 Kiến trúc 3G WCDMA R5 và R6

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện

IP Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi Ở đây cảtiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối củangười sử dụng đến nơi nhận cuối cùng Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàndiện của tiếng và số liệu

Hình 1.4 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6

Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đaphương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP đượcthiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP Từ hình trên ta thấy

tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhấtmang tất cả phương tiện Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không

có MGW riêng

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điềukhiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tàinguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điềukhiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báohiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyểnmạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway)

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng đượctăng cường rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ

giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành một tác

nhân của người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớnhơn trước rất nhiều

CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiệnđến và từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến.CSCF hoạt động như một đại diện Server /hộ tịch viên

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ởGPRS và UMTS R3 và R4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này khôngchỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn)

Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN vàGGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp với chúng

Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi

được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụhội nghị

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảotương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T-SGW hỗ trợ các giaothức Sigtran Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tácbáo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trườnghợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng

MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phươngtiện MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4 MGWđược điều khiển bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF) Giaothức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248.

MGCF cũng liên lạc với CSCF Giao thức được chọn cho giao diện này làSIP

Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miềnchuyển mạch kênh trong R3 và R4 Điều này cho phép chuyển đồi dần dần từ cácphiên bản R3 và R4 sang R5 Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CSmột số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS Cấuhình lai ghép được thể hiện

Hình 1.5 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5

1.3 Tổng kết chương 1

Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu sự hình thành và phát triển của hệthông WCDMA và đã đi vào việc phân tích lộ trình phát triển và kiến trúc chungcủa mạng thông tin di động WCDMA, bao gồm các thiết bị đầu cuối, phần tử truynhập vô tuyến, mạng lõi Chức năng của các phần tử, các giao diện mạng, mô hìnhgiao thức phân lớp của hệ thống UMTS, cơ sở kiến trúc hệ thống WCDMA R3, R4,R5 Qua đó chúng ta đã thấy được sự khác nhau giữa các kiến trúc WCDMA, kiếntrúc sau này được xây dựng một cách hiệu quả và hiệu quả hơn

Chương 2: Kỹ thuật chuyển giao trong thông tin di động WCDMA

2.1 Giới thiệu kỷ thuật chuyển giao trong WCDMA

Các mạng di động cho phép người dùng có thể sử dụng dịch vụ mạng trong khi di chuyển trên ô tô, trong xe buyt lúc đó chắc chắn bạn không thể kết nối với cùng một trạm BTS được Khi bạn đi ra khỏi vùng phủ sóng của một trạm BTS A

và đi vào vùng phủ của một trạm BTS B, lúc đó bạn sẽ kết nối với trạm B Dĩ nhiên

là cuộc gọi vẫn diễn ra bình thường Quá trình chuyển đổi kết nối từ một trạm phát sóng này sang một trạm phát sóng khác được gọi chung là chuyển giao (handover) Mạng luôn luôn phải cập nhật vị trí cho thiết bị di động tránh tình trạng mất sóng

Sự di động của các người sử dụng đầu cuối gây ra một sự biến đổi động cả trong chất lượng liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ Quá trình này được gọi là chuyển giao Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới các ô tế bào Trong thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai thì kỷ thuật chuyển giao đang còn đơn giản, nhưng trogn hệ thông thông tin di động thế hệ ba thì kỷ thuật chuyển giao là chuyển giao mềm

2.1.1 Mục đích của chuyển giao

Nguyên nhân của việc khởi đầu của một tiến trình chuyển giao là do chấtlượng đường truyền, sự thay đổi dịch vụ, sự thay đổi tốc độ, do lưu lương hoặc do

cự điều hành và bảo dưỡng

Các mục đích của chuyển giao có thể tóm tắt như sau:

 Đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động dichuyển qua ranh giới của các tế bào

 Giữ cho QoS đảm bảo mức yêu cầu

 Làm giảm nhỏ mức nhiễu trong toàn bộ hệ thống bằng cách giữ cho máy diđộng được kết nối với BS tốt nhất

 Roaming giữa các mạng khác nhau

 Cân bằng tải

2.1.2 Trình tự chuyển giao

Trình tự chuyển giao có 3 pha bao gồm như hình sau:

Hình 2.1 Trình tự thực hiện chuyển giao

 Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì:

 Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vàofadinh và tổn hao đường truyền, những thay đổi này phụ thuộc vào môitrường trong cell và tốc độ di chuyển của thuê bao

 Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẻ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống

Để thực hiện chuyển giao trong suốt quá trình kết nối UE liên tục đo cường độ tínhiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới mạng, tới RNC

Pha quết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối sosánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận Tùy theokết quả so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao.SRNC kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiệnchuyển giao Nếu các điều kiện này RNC phục vụ sẻ cho phép thực hiện chuyểngiao

 Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên hìnhsau:

Hình 2.2 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao

Điều kiện đầu tiên là điều kiện thực hiện quyết định của thuật toán dựa trên mức tín hiệu hoa tiêu do UE thông báo

 Ngưỡng hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt gia trị cực đại cho phép thõa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu

 Ngưỡng hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thõa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu Do đó mức tín hiệu kết nối không được nằm dưới ngưỡng đó

 Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định

 Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiệnkết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN)

Giả sử UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B tín hiệu hoa tiêu của cell A

bị suy giảm tới mức ngưỡng giới hạn dưới Khi đó xuất hiện các bước chuyển giao sau đây:

(1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới Còn tín hiệu B sẻ được RNC nhập vào tập tích cực Khi đó UE sẻ thu tín hiệu tổng hượp của hai kết nối đòng thời đến UTRAN

(2) Tại vị trí này chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A nên nó được coi là điển khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao.

(3) Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới Tín hiệu A bị xóa khỏi tập tích cực bởi RNC

Khích cỡ tập tích cực có thể thay đổi được và thông thường ở trong khoảng từ 1 dến

3 tín hiệu

2.2 Các kiểu chuyển giao trong WCDMA

Có bốn loại chuyển giao trong hệ thống WCDMA đó là:

2.2.1 Chuyển giao cứng

Là thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến củ của một máy

di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập Nókhông phù hợp với dịch vụ thời gian thực Chuyển giao cứng diễn ra như là chuyểngiao trong cùng một tần số và chuyển giao ngoài tần số Hay nói cách khác chuyểngiao cứng có thể xẩy ra khi chuyển giao từ một cell này sang một cell khác khi haicell có tần số sóng mang khác nhau hoặc từ một cell này sang cell khác khi các cellnày được nối đến hai RNC khác nhau và không tồn tại giao diện Iur giữa hai RNCnày Tất cả các kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng điều khiển côngsuất và dành cho các gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp nhất cho các dịch vụchuyển mạch gói) đều sử dụng HHO Ngoài ra HHO sử dụng cho:

HO giữa các hệ thống (giữa UTRAN và GSM)

HO giữa các tần số sóng mang khác nhau của UTRAN

 Chuyển giao cứng cùng tần số

Chuyển giao cứng cùng tần số có thể thực hiện khi giao diện Iur không còn hiệulực Trường hợp chuyển giao này có thể phát sinh nếu chuyển giao gồm hai RNCđược cung cấp bởi các hãng sản xuất khác nhau Trong chuyển giao cứng cùng tần

số, UE truyền trong phạm vi dải tần số bằng nhau, nhưng kết nối cũ kết thúc khi kếtnối mới được thiết lập do đó gây ngắt quảng kết nối trong khoảng thời gian ngắnnhưng không làm mất kênh mang NRT Quyết định này được thực hiện bởi NRCdựa trên các kết quả đo nội tần số mà UE định kỳ gửi về sau khi UE đã báo cáo một

sự kiện khởi động nội tần số và không thể cập nhật tập tích cực cubgx như cácthông số điều khiển liên quan Giải thuật đơn giản cho HHO có thể các giá trih

trung bình của P-CPICH E c /I 0 của ô phục vụ và các ô lân cận, và một dự trữ HOđược sử dụng để tránh HHO lặp giữa các ô Trước khi thực hiện HHO nội tần sốtrong trường hợp này, các kết quả đo ô lân cận cần thỏa mãn phương trình sau:

AveEcIoDownlink + EcIoMargin(n) < AveEcIoNcell(n)

Trong đó AveEcIoDownlink là giá trị trung bình của P-CPICH E c /I 0 của ô phục

vụ tốt nhất; AveEcIoNcell(n) là giá trị trung bình của P-CPICH E c /I 0 của ô lân cận

n; và EcIoMargin(n) là lượng dự trữ mà E c /I 0 của ô lân cận n phải vượt qua E c /I o của

ô phục vụ trước khi thực hiện HHO Với việc thực hiện HHO khi không thể SHO,

có thể tránh được nhiễu thái quá Trong thủ tục HHO, tất cả các liên kết trong tậptích cực bị đồng loạt thay thế bởi một liên kết mới

Hình 2.3 Chuyển giao cứng cùng tần số

 Chuyển giao cứng khác tần số

Đây là kiểu chuyển giao giống chuyển giao trong GSM, giữa hai tần sốWCDMA f1 và f2 Trong trường hợp chuyển giao này, kết nối qua cell cũ (cellA) bị xóa và kết nối đến mạng vô tuyến vẫn được duy trì qua cell mới (cell B).Chuyển giao khác tần số cũng có thể thực hiện giữa hai tần số trong giới hạn củacùng một cell Trong trường hợp chuyển giao khác tần số cần thiết đo cường độtín hiệu và chất lượng ở các tần số khác trong khi vẫn có thể kết nối với tần sốhiện tại

Hình 2.4 Chuyển giao cứng khác tần số

2.2.2 Chuyển giao mềm

Trong suốt quá trình chuyển giao mềm một máy di động đồng thời với cả haihoặc nhiều cell thuộc các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mang vôtuyến (Intra-RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (Inter-RNC).Đường xuống, máy di động nhận các tín hiệu để kết hợp với tỉ số lớn nhất Đườnglên, kênh mã di động được tách sóng bởi cả hai BS và được định tuyến đến bộ điềukhiển vô tuyến cho sự kết hợp lựa chọn Trog trường hợp chuyển giao mềm hơnmột máy di động được điều khiển bởi ít nhất hai sector trong cùng một BS, RNCkhông quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động Chuyển giaomềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trong một tần số sóng mang nên nó

là quá trình chuyển giao trong cùng tần số

 Nguyên lý chuyển giao mềm

Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống Đối vớichuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không

và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm Đối với chuyển giaomềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyên giao haykhông Tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ hai hay nhiềutrạm gốc có liên quan, một quyết định cứng cuối cùng sẽ được tạo ra để giao tiếpvới duy nhất 1 BS Điều này thường diễn ra sau khi tín hiệu đến từ một BS chắcchắn sẽ mạnh hơn các tín hiệu đến từ BS khác Trong thời kỳ chuyển tiếp của

chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với các BS trong tập hợp tích cực (Tậphợp tích cực là danh sách các cell hiện đang có kết nối với MS).

Hình 2.5 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm

Giả sử rằng có một đầu cuối di động trong một chiếc ô tô đang chuyển động từcell này sang cell khác, BS1 là trạm gốc phục vụ đầu tiên của MS Trong khi dichuyển, MS sẽ liên tục đo cường độ của tín hiệu hoa tiêu nhận được từ các BS gần

nó Với chuyển giao cứng được chỉ ra trong hình 2.5(a), việc khởi xướng chuyểngiao được thực hiện như sau:

If (pilot_E 0 /I 0 ) 2 – (pilot_E c /I 0 ) 1 > D and BS 1 is serving BS

Lý do đưa ra độ dự trữ trễ trong thuật toán chuyển giao cứng là để tránh “hiệu

ứng ping-pong”, hiệu ứng này xảy ra khi một máy di động di chuyển qua lại biên

giới một cell, chuyển giao cứng sẽ xuất hiện Ngoài sự di động của MS, ảnh hưởng

phadinh của các kênh vô tuyến có thể ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiệu ứng

“ping-pong” Bằngviệc đưa ra độ dự trữ trễ, hiệu ứng “ping-pong” có thể được giảm nhẹ

bởi vì máy di động sẽ không thực hiện chuyển giao ngay tức thì đến các BS tốt hơn

Độ dữ trữ càng lớn, hiệu ứng “ping-pong” càng ít ảnh hưởng Tuy nhiên khi độ dữ

trữ lớn thì độ trễ càng nhiều Hơn thế nữa, máy di động còn gây ra nhiễu bổ sung tớicác cell lân cận do liên kết có chất lượng kém khi bị trễ Vì thế, với chuyển giaocứng, giá trị của độ dữ trữ trễ khá là quan trọng Khi chuyển giao xuất hiện, liên kếtlưu lượng đầu tiên với BS1 sẽ bị ngắt trước khi thiết lập liên kết mới với BS2 , chonên chuyển giao cứng là quá trình “cắt trước khi thực hiện”

Trường hợp chuyển giao mềm được chỉ ra trong hình 2.5(b), trước khi

mềm được đáp ứng, MS vẫn chuyển sang trạng thái chuyển giao mềm và một liênkết mới được thiết lập Trước khi BS1 bị cắt (điều kiện ngắt chuyển giao được đápứng), thì MS sẽ giao tiếp đồng thời với cả BS1 và BS2. Vì thế, khác với chuyển giaocứng, chuyển giao mềm là quá trình “thực hiện trước khi cắt” Một số các thuật toánđược đề nghị để hỗ trợ chuyển giao mềm và các điều kiện của nó được sử dụngtrong các thuật toán khác nhau

Quá trình chuyển giao mềm khác nhau trên các hướng truyền dẫn khác nhauđược mô tả như trên hình 2.6 dưới đây Trên đường lên, MS phát tín hiệu vào khôngtrung nhờ anten đa hướng của nó Hai BS trong tập hợp tích cực có thể đồng thờinhận tín hiệu nhờ hệ số sử dụng lại tần số các hệ thống CDMA Sau đó, các tín hiệuđược chuyển đến bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC cho sự kết hợp có chọn lựa.Khung tốt hơn được chọn và những khung khác thì bị loại bỏ Vì thế trên đường lênkhông cần có kênh mở rộng hỗ trợ chuyển giao mềm

Trên đường xuống, các tín hiệu tương tự cũng được phát ra nhờ các BS và

MS có thể kết hợp các tín hiệu từ các BS khác nhau khi nó phát hiện thấy các tínhiệu đó là các thành phần đa đường bổ sung Thường thì sử dụng chiến lược kết hợp

có tỉ số lớn nhất, việc này sẽ tăng thêm lợi ích được gọi là phân tập vĩ mô.Tuynhiên, để hỗ trợ chuyển giao mềm trên đường xuống, cần thiết ít nhất một kênhđường xuống mở rộng (đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) Kênh đường xuống mởrộng tác động tới người sử dụng khác như là nhiễu bố sung trên giao diện vô tuyến

Vì thế để hỗ trợ chuyển giao mềm trên đường xuống cần nhiều tài nguyên hơn Kếtquả là, trên đường xuống, hiệu suất của chuyển giao mềm phụ thuộc sự điều chỉnhgiữa hệ số tăng ích phân tập vĩ mô và sự tiêu tốn tài nguyên tăng thêm.

Hình 2.6 Nguyên lý của chuyển giao mềm

Hình 2.7 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A

 Ec/I0 pilot vượt quá T_ADD, MS gửi thông điệp đo cường độ pilot (PSMM)

và truyền tín hiệu pilot đến tập hợp ứng cử

 BS gửi một thông điệp điểu khiển chuyển giao (HDM)

 MS chuyển tín hiệu pilot đến tập hợp tích cực và gửi thông điệp hoàn thànhchuyển giao (HCM- Handover Completion Message)

 Ec/I0 pilot xuống dưới mức T_DROP, MS bắt đầu bộ định thời ngắt chuyểngiao

 Bộ định thời ngắt chuyển giao kết thúc hoạt động MS gửi một PSMM.

Trong hệ thống WCDMA, sử dụng thuật toán phức tạp hơn nhiều, được minhhoạ trong hình (2.8)

Hình 2.8 Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA

Reporting_range – Hysteresis_event1A được gọi là Window_add

Reporting_range + Hysteresis_event1B được gọi là Window_drop

D T : là khoảng thời gian khởi xướng.

pilot_E c /I 0 :chất lượng được lọc và được đo Ec/I0 của CPICH;

Tâp hợp lân cận/ tập hợp giám sát (Neighbour set/Monitored set): Là danh sách các

cell mà UE liên tiếp đo, nhưng pilot_Ec/I0 không đủ mạnh để bổ sung vào tập hợptích cực

Thuật toán chuyển giao mềm có thể được mô tả tóm tắt như sau:

 Nếu pilot_E c /I0>Best_pilot_E c /I 0 -(Reporting_range+Hysteresis_event1A) xét

trong một khoảng thời gian DT và tập hợp tích cực chưa đầy, thì cell được bổ

sung vào tập hợp tích cực Hoạt động này được gọi là Sự kiện 1A hay Bổ

sung liên kết vô tuyến.

 Nếu pilot_E c /I0<Best_pilot_E c /I 0 -(Reporting_range-Hysteresis_event1B) xét

trong khoảng thời gian DT, thì cell bị loại bỏ khỏi tập hợp tích cực Hoạt động

này được gọi là Sự kiện 1B hay Sự loại bỏ liên kết vô tuyến.

 Nếu tập hợp tích cực đã đầy và Best_candidate_pilot_E c /I 0 >

khoẻ nhất trong tập hợp ứng cử Hoạt động này gọi là Sự kiện 1C hoặc là Sự

kết hợp bổ sung và loại bỏ liên kết vô tuyến.

Trong thuật toán chuyển giao mềm của WCDMA, sử dụng ngưỡng tương đốichứ không phải ngưỡng tuyệt đối

So với phương thức chuyển giao cứng truyền thống, chuyển giao mềm có

những ưu điểm rõ ràng, như loại trừ hiệu ứng “ping-pong” và tạo ra sự liên tục

trong truyền dẫn (không có ngắt quãng trong chuyển giao mềm) Không có hiệu ứng

”ping-pong” có nghĩa là tải trong báo hiệu mạng thấp hơn và trong chuyển giao

mềm, thì không có suy hao dữ liệu do truyền dẫn bị ngắt như trong chuyển giaocứng

Ngoài điều khiển di động, còn có một lý do khác để thực hiện chuyển giaomềm trong WCDMA, cùng với điều khiển công suất, chuyển giao mềm cũng được

sử dụng như là một cơ cấu giảm nhiễu Trong hình (a), chỉ sử dụng điều khiển côngsuất, trong hình (b) sử dụng cả điều khiển công suất và chuyển giao mềm

Hình 2.9 Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL

Giả sử rằng MS di chuyển từ BS1 đến BS2 Tại vị trí hiện tại tín hiệu pilotnhận được từ BS2 đã mạnh hơn từ BS1 Điều này có nghĩa là BS2 “tốt hơn” BS1 Trong hình (a) vòng điều khiển công suất tăng năng lượng phát đến MS đểđảm bảo QoS trên đường lên khi MS di chuyển ra xa khỏi BS phục vụ của nó, BS1.Trong hình (b), MS đang trong trạng thái chuyển giao mềm: cả BS1 và BS2 đều đồngthời lắng nghe MS Sau đó tín hiệu nhận được chuyển đến RNC để kết hợp Trênđường lên, sự kết hợp chọn lựa được sử dụng trong chuyển giao mềm Khung khỏehơn được chọn lựa và khung yếu hơn bị loại bỏ Bởi vì BS2 “tốt hơn” BS1, để đáp

ứng QoS mục tiêu, công suất phát được yêu cầu từ MS thấp hơn công suất cần thiếttrong mô hình (a) Vì thế, nhiễu được tạo ra bởi MS này trên đường lên thất hơn khi

có chuyển giao mềm vì chuyển giao mềm luôn giữ cho MS được kết nối với BS tốtnhất Trên đường xuống, tình huống phức tạp hơn Mặc dù việc kết hợp theo hệ sốlớn nhất đem lại độ lợi phân tập macro, vẫn yêu cầu các kênh đường xuống mở rộng

để hỗ trợ chuyển giao mềm

 Đo đạc chuyển giao

Trong WCDMA, UE liên tục quét các cell khác có cùng tần số khi sử dụng kênhriêng trong trạng thái cell_DCH UE thường sử dụng bộ lọc để tìm ra kênh đồng bộ

sơ cấp (P-SCH) của các cell lân cận Tất cả các cell phát cùng mã đồng bộ mà UEđang tìm kiếm UE nhận dạng các cell bằng kênh đồng bộ thứ cấp (S-SCH) và kênhpilot (CPICH) Sau thủ tục đồng bộ, UE có thể tiến hành đo pilot_Ec/I0 và nhậndạng cell

Bởi vì các Nút B WCDMA có thể không đồng bộ, UE cũng giải mã số khung

hệ thống (SFN) từ các cell lân cận SFN cho biết việc định thời Nút B với độ phângiải khung là 10ms SFN được phát trên kênh quảng bá, BCH, tiến hành trên kênhvật lý điều khiển chung sơ cấp, P-CCPCH

Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số được trình bày trong hình 2.8 Chú ý: Số các đỉnh xung mà UE có thể thu được bằng bộ lọc kết hợp của nó càngnhiều, việc nhận dạng cell WCDMA diễn ra càng lâu Thời gian nhận dạng cell phụthuộc các yếu tố sau:

 Số các nhánh đa đường

 Số các cell trong phạm vi UE thu bắt được sóng

 Số các cell đã tìm thấy

 Kích cỡ của danh sách các cell lân cận

 UE cần phải có khả năng báo cáo việc đo đạc:

 Trong vòng 200ms đối với một cell được nhận dạng

 Trong vòng 800ms đối với một cell mới trong danh sách cell lân cận

 Trong vòng 30ms với một cell mới ngoài danh sách các cell lân cận

Hình 2.10 Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số.

Pha (1) Nhận dạng cell

Thời gian nhận dạng cell trong pha (1) hình 2.10 chủ yếu phụ thuộc vào số cáccell và các thành phần đa đường mà UE có thể thu được UE cần kiểm tra mọi đỉnhxung trong bộ lọc kết hợp của nó Số đỉnh càng ít, việc nhận dạng cell càng nhanh.Chiều dài của danh sách cell lân cận chỉ có ảnh hưởng ít đến hiệu suất đo đạcchuyển giao

Yêu cầu hiệu suất đo đạc chuyển giao 3GPP đối với UE như sau: với CPICH E c /

I 0 >-20dB, và SCH Ec/I0 > -20dB UE có khả năng báo cáo đo đạc trong vòng 200ms

từ một cell đã được nhận dạng và trong vòng 800ms từ một cell mới nằm trong tậphợp giám sát Hình 2.11 đưa ra mô hình UE kết nối với với cell 1 và nó cần nhận

dạng cell 2 đang gần đạt tới giá trị Window-add Kết quả Ec/I0 thu được như sau:

 Nếu cấp 10% cho kênh CPICH và cho SCH thì Ec/Ior= -10dB

 Giả sử Window_add =3dB trong đó UE cần nhận dạng các cell khi nó thấphơn cell khoẻ nhất 3dB Trường hợp này có Ior/Ioc1=-3dB

 Giả sử nhiễu từ các cell khác cao hơn cơng suất tín hiệu từ máy chủ tốt nhất

c

I I I

E



)1010

1( 0 3 0 6

Máy chủ tốt nhất

Cell mới được nhận dạng (cell2)

10% cho CPICH và SCH

Giả thiết + I or /I oc1 = - 3dB +I oc2 /I oc1 = 3dB Kết quả:

E c /I 0 = -18.5dB

I oc2

Hình 2.11 Mơ hình đo đạc chuyển giao trong cùng tần số.

Pha (2): Giải mã số hiệu khung (SFN)

Trong pha (2) của hình 2.10, UE giải mã số hiệu khung hệ thống từ BCH nĩđược phát trên kênh P-CCPCH Nếu ta cấp phát 5% của Nút B cho P-CCPCH, kết

quả E c /I 0 = -21.5dB Yêu cầu hiệu suất cho giải mã BCH với BLER=1% là -2.2dB

Trước khi E c /I 0 pilot được được dùng trong thuật tốn cập nhật tập hợp tíchcực tại UE, một số cơng việc lọc đã được áp dụng để kết quả đáng tin cậy hơn Việclọc kết quả đo được lọc trong cả lớp 1 và lớp 3 Lọc tại lớp 3 cĩ thể được điều khiểnbởi mạng Việc lọc kết quả đo chuyển giao WCDMA được trình bày trong hình2.12

Báo cáo đo đạc chuyển giao từ UE đến RNC phải được xây dựng một cáchđịnh kỳ, giống như trong GSM hoặc khởi xướng sự kiện Việc báo cáo khởi xướngcác sự kiện cung cấp các chỉ tiêu giống như báo cáo định kỳ nhưng cĩ tải báo hiệuthấp hơn

Hình 2.12 Sơ đồ lọc và báo cáo đo đạc chuyển giao mềm.

 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm

Mục đích đầu tiên của chuyển giao mềm là để đem lại một sự chuyển giaokhông bị ngắt quãng và làm cho hệ thống hoạt động tốt Điều đó chỉ có thể đạt đượcnhờ 3 lợi ích của cơ cấu chuyển giao mềm như sau:

 Độ lợi phân tập vĩ mô: độ lợi ích phân tâp nhở phadinh chậm và sự sụt độtngột của cường độ tín hiệu do các nguyên nhân chẳng hạn như sự di chuyểncủa UE vòng quanh một góc

 Độ lợi phân tập vi mô: Độ lợi phân tập nhờ phadinh nhanh

 Việc chia sẻ tải đường xuống: Một UE khi chuyển giao mềm thu công suất từnhiều Nút B, điều đó cho thấy công suất phát lớn nhất đến UE trong khichuyển giao mềm X-way được nhân với hệ số X, nghĩa là vùng phủ được mởrộng

Ba lợi ích này của chuyển giao mềm có thể cải thiện vùng phủ và dung lượngmạng WCDMA Tiếp theo sẽ đề cập đến kết quả của các lợi ích chuyển giao mềmphân tập vi mô thu được từ bằng các công cụ mô phỏng ở mức liên kết Những lợiích được trình bày liên quan đến trường hợp chuyển giao cứng lý tưởng, trong đó

UE có thể được kết nối tới Nút B với tỷ số Ec/I0 pilot cao nhất

Một ví dụ mô phỏng kết quả truyền thoại tốc độ 8kbps trong kênh ITUPedestrian A, chuyển động vận tốc 3km/h, giả sử UE đang chuyển giao mềm với 2Nút B Suy hao đường truyền tương đối của UE đến Nút B#1 so với Nút B#2 là: 0, -

3, -6,-10dB Độ lợi cao nhất thu được suy hao đường truyền tới 2 Nút B giống nhau,tức là độ chênh lệch tương đối là 0dB Hình 2.11 chỉ ra độ lợi chuyển giao mềm củacông suất phát đường lên với phân tập 2 nhánh anten thu Nút B Hình 2.13 chỉ ra độlợi tương ứng của công suất phát đường xuống mà không có phân tập anten phát

hay thu Và độ lợi liên quan đến trường hợp liên kết đơn trong đó UE chỉ được kếtnối với Nút B tốt nhất Do kênh ITU Pedestrian A ít phân tập đa đường, và vì thế

độ lợi chuyển giao mềm phân tập vi mô tương đối cao Nếu phân tập đa đường càngnhiều thì độ lợi có xu hướng giảm đi

Trong hình 2.13, độ giảm lớn nhất của công suất phát UE do chuyển giao mềmthu được là 1.8dB nếu suy hao đường truyền ở cả 2 Nút B giống nhau Nếu sự khácnhau về suy hao đường truyền đến 2 Nút B rất lớn, thì về mặt lý thuyết không baogiờ nên tăng công suất phát UE khi không có năng lượng bổ sung nhưng lại cónhiều Nút B cố dò tìm tín hiệu Thực tế, nếu độ chênh lệch suy hao đường truyền rấtlớn thì chuyển giao mềm có thể làm tăng công suất phát UE Việc tăng này gây ra

do các lỗi báo hiệu của các lệnh điều khiển công suất đường lên được phát trên liên

kết đường xuống Nhưng thường thì Nút B sẽ không nằm trong “tập hợp tích cực”

của UE nếu suy hao đường truyền đến Nút B nào đó lớn hơn 3-6dB so với suy hao

đường truyền tới Nút B khoẻ nhất trong “tập hợp tích cực” của UE.

Trên đường xuống, độ lợi chuyển giao mềm lớn nhất là 2.3dB (hình 2.14), lớnhơn nhiều so với trên đường lên (hình 2.13) Nguyên nhân là do không có phân tậpanten trên đường xuống và vì thế mà đường xuống không cần nhiều độ lợi chuyểngiao mềm phân tập vi mô

Hình 2.13 Độ lợi chuyển giao mềm của công suất phát đường lên(giá trị dương

= độ lợi, giá trị âm = suy hao)