Что такое мягкий хэндовер

Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

4.1. Мягкая передача вызова

По характеру передачи разделяют [22, 111]:

При жесткой передаче соединения ( hard handover) процесс переключения проводится без разрыва связи, но сопровождается ухудшением связи в момент переключения частот. Чаще всего прерывание и восстановление связи воспринимается абонентом как «щелчок» в трубке.

При жестком хэндовере осуществляется переход к новой базовой станции: в системе CDMA изменяются пилотные сигналы (используется новый набор, относящийся к новой соте) и проводится подстройка кадров трафика под систему синхронизации новой соты.

Сценарии жесткого хэндовера включают:

При мягкой передаче соединения ( soft handover) предусматривается одновременная работа мобильной станции (MS) более чем с одной базовой станцией. В процессе хэндовера мобильная станция передает одну и ту же информацию обеим базовым станциям. Каждая базовая станция получает от мобильной станции сигнал с соответствующей задержкой распространения и затем передает его на устройство оценки качества и выбора кадров (SU — Selector Unit). Другими словами, две копии одного и того же кадра передаются SU, который выбирает лучший кадр и бракует другой. Переключение рабочего канала с одной базовой станции на другую происходит без ухудшения качества соединения, при этом используется пилот-сигнал из одного и того же набора соты. Такой процесс еще называют хэндовером с разнесением каналов ( diversity handover). Разнесение улучшает характеристики канала в сети с замираниями. Главное преимущество мягкого хэндовера — разнесение трасс для прямых и обратных каналов трафика, чтобы уменьшить интерференцию. Соответственно, требуется меньший расход энергии для передачи информации и для передачи сигналов от мобильных станций, что приводит к более длительному сроку использования заряда аккумулятора.

4.1.1. Пилот-сигнал

Термин «пилот-сигнал» в системе CDMA означает кодовую последовательность, передаваемую вместе с другими сигналами в общей полосе частот. Все пилот-сигналы передаются с помощью пилотного канала (PICH), направленного от базовой станции к мобильной станции. Пилот-сигналы разделяются с помощью псевдослучайных последовательностей и передаются на одной и той же частоте. Пилотные сигналы содержат указание обслуживаемой соты или сектора. Излучение пилот-сигнала осуществляется непрерывно и в широковещательном режиме, чтобы его могли принять все мобильные станции, расположенные в зоне обслуживания данной базовой станции (BS). С помощью пилот-сигнала обеспечивается кадровая синхронизация и когерентное восстановление несущей (полностью совпадающей с исходной несущей). Мобильная станция различает следующие четыре группы пилотных сигналов.

Группа активных сигналов

Группа кандидатов на пилот-сигнал

Эта группа содержит пилот-сигналы, которые в данный момент не входят в активную группу. Однако эти сигналы получены с достаточной интенсивностью, которая указывает, что связанные с ними прямые каналы трафика могут быть успешно приняты. Максимальный размер группы — шесть пилот-сигналов.

Группа соседних пилот-сигналов

Эта группа содержит соседние пилот-сигналы, которые в настоящее время не входят ни в активную группу, ни в группу кандидатов на пилот-сигнал, но их использование вероятно при хэндовере. Соседние пилот-сигналы — это сигналы всех сот (секторов), которые находятся в непосредственной близости от данной соты (сектора). Начальный список соседних пилот-сигналов передают мобильной станции в сообщении «системные параметры» по каналу вызова (FPCH). Максимальный размер группы соседних пилот-сигналов — двадцать.

Группа остальных пилот-сигналов

Эта группа содержит все возможные пилот-сигналы в текущей системе, исключая сигналы, входящие в группы активных, кандидатов или соседние группы.

При поиске пилот-сигналов мобильная станция не ограничена точными рамками, которые указывают номер псевдокода (PN). Пилот-сигналы выбираются в пределах нескольких тактовых интервалов расширяющего сигнала с учетом различных сигналов, возникающих из-за многолучевости и расположенных в пределах нескольких чипов (тактовых интервалов расширяющего сигнала) от прямого указателя пути прямого трафика. Другими словами, сигналы, возникающие из-за многолучевости, прибывают позже на несколько тактовых интервалов. Мобильные станции при поиске каналов используют окно поиска. Это окно указывает возможные номера пилот-сигналов из группы активных или кандидатов и соседних, наиболее близких к многолучевому сигналу, который поступил раньше других. При этом в окно поиска могут включаться остальные каналы, не указанные в этих группах.

Окна поиска

Мобильные станции используют следующие три окна поиска, чтобы проследить за получаемыми пилот-сигналами:

SRCH_WIN_A — окно поиска, которое использует мобильная станция, чтобы проследить за наборами активных пилот-сигналов и кандидатов на пилот-сигнал. Это окно устанавливается согласно ожидаемой среде распространения. Оно должно быть достаточно большим, чтобы фиксировать все используемые многолучевые сигнальные компоненты базовой станции, и в то же самое время должно быть как можно меньше, чтобы оптимизировать работу по поиску.

Пример 1. Определим размер окна мобильной станции, если сигнал распространяется в среде, которая имеет следующие параметры:

Тогда длительность одного чипа равна:

время распространения сигнала на расстояние 1000 м (1 км) равно:

или время задержки в чипах:

При длине 5 км это время задержки равно 20,5 чипам.

Разность задержек равна:

Размер окна поиска , или 33 чипа.

Пример 2. Пусть соты A и B находятся на расстоянии 16 км друг от друга ( рис. 4.1). Мобильная станция перемещается от соты A к соте B. Решено сделать область мягкого хэндовера между точками и , которые расположены на расстоянии 6 и 10 км от соты A (см. рис. 4.1).

Какой размер должен быть у окна поиска?

Используя результаты предыдущего примера, можно определить, что время задержки сигнала в чипах равно:

где — расстояние от источника сигнала до приемника в метрах.

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты A равна:

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты B равна:

Разность времен распространения равна:

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты A равна:

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты B равна:

Разность времен распространения равна:

Расчет гарантирует, что активные пилот-сигналы (кандидаты) находятся в пределах размеров одного окна и мягкий хэндовер возможен.

Максимальный размер этого окна поиска ограничен расстоянием между двумя соседними базовыми станциями.

Рассмотрим две соседние станции, расположенные на расстоянии 6 км друг от друга. Пусть мобильная станция расположена прямо рядом с базовой станцией 1, и поэтому задержка распространения от базовой станции 1 к мобильной станции незначительна. Расстояние между основной станцией 2 и мобильным телефоном — 6 км.

Время распространения в чипах — 6000/244=24,6 чипа. Окно поиска показывает что пилот-сигнал от соты 2 прибывает к мобильной станции на 24,6 чипа позже, чем от соты 1. Таким образом, для мобильного телефона (расположенного в пределах ячеек 1 и 2), чтобы искать пилот-сигналы потенциальных соседей, окно SRCH_WIN_N должно быть установлено согласно физическому расстоянию между текущей базовой станцией и ее соседней базовой станцией. Фактически размер SRCH_WIN_N не может быть больше, чем вычисленный по этому расстоянию.

Обычное требование к размеру этого окна — чтобы оно было по крайней мере такого же размера, как SRCH_WIN_N.

Источник

Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

4.1. Мягкая передача вызова

По характеру передачи разделяют [22, 111]:

При жесткой передаче соединения ( hard handover) процесс переключения проводится без разрыва связи, но сопровождается ухудшением связи в момент переключения частот. Чаще всего прерывание и восстановление связи воспринимается абонентом как «щелчок» в трубке.

При жестком хэндовере осуществляется переход к новой базовой станции: в системе CDMA изменяются пилотные сигналы (используется новый набор, относящийся к новой соте) и проводится подстройка кадров трафика под систему синхронизации новой соты.

Сценарии жесткого хэндовера включают:

При мягкой передаче соединения ( soft handover) предусматривается одновременная работа мобильной станции (MS) более чем с одной базовой станцией. В процессе хэндовера мобильная станция передает одну и ту же информацию обеим базовым станциям. Каждая базовая станция получает от мобильной станции сигнал с соответствующей задержкой распространения и затем передает его на устройство оценки качества и выбора кадров (SU — Selector Unit). Другими словами, две копии одного и того же кадра передаются SU, который выбирает лучший кадр и бракует другой. Переключение рабочего канала с одной базовой станции на другую происходит без ухудшения качества соединения, при этом используется пилот-сигнал из одного и того же набора соты. Такой процесс еще называют хэндовером с разнесением каналов ( diversity handover). Разнесение улучшает характеристики канала в сети с замираниями. Главное преимущество мягкого хэндовера — разнесение трасс для прямых и обратных каналов трафика, чтобы уменьшить интерференцию. Соответственно, требуется меньший расход энергии для передачи информации и для передачи сигналов от мобильных станций, что приводит к более длительному сроку использования заряда аккумулятора.

4.1.1. Пилот-сигнал

Термин «пилот-сигнал» в системе CDMA означает кодовую последовательность, передаваемую вместе с другими сигналами в общей полосе частот. Все пилот-сигналы передаются с помощью пилотного канала (PICH), направленного от базовой станции к мобильной станции. Пилот-сигналы разделяются с помощью псевдослучайных последовательностей и передаются на одной и той же частоте. Пилотные сигналы содержат указание обслуживаемой соты или сектора. Излучение пилот-сигнала осуществляется непрерывно и в широковещательном режиме, чтобы его могли принять все мобильные станции, расположенные в зоне обслуживания данной базовой станции (BS). С помощью пилот-сигнала обеспечивается кадровая синхронизация и когерентное восстановление несущей (полностью совпадающей с исходной несущей). Мобильная станция различает следующие четыре группы пилотных сигналов.

Группа активных сигналов

Группа кандидатов на пилот-сигнал

Эта группа содержит пилот-сигналы, которые в данный момент не входят в активную группу. Однако эти сигналы получены с достаточной интенсивностью, которая указывает, что связанные с ними прямые каналы трафика могут быть успешно приняты. Максимальный размер группы — шесть пилот-сигналов.

Группа соседних пилот-сигналов

Эта группа содержит соседние пилот-сигналы, которые в настоящее время не входят ни в активную группу, ни в группу кандидатов на пилот-сигнал, но их использование вероятно при хэндовере. Соседние пилот-сигналы — это сигналы всех сот (секторов), которые находятся в непосредственной близости от данной соты (сектора). Начальный список соседних пилот-сигналов передают мобильной станции в сообщении «системные параметры» по каналу вызова (FPCH). Максимальный размер группы соседних пилот-сигналов — двадцать.

Группа остальных пилот-сигналов

Эта группа содержит все возможные пилот-сигналы в текущей системе, исключая сигналы, входящие в группы активных, кандидатов или соседние группы.

При поиске пилот-сигналов мобильная станция не ограничена точными рамками, которые указывают номер псевдокода (PN). Пилот-сигналы выбираются в пределах нескольких тактовых интервалов расширяющего сигнала с учетом различных сигналов, возникающих из-за многолучевости и расположенных в пределах нескольких чипов (тактовых интервалов расширяющего сигнала) от прямого указателя пути прямого трафика. Другими словами, сигналы, возникающие из-за многолучевости, прибывают позже на несколько тактовых интервалов. Мобильные станции при поиске каналов используют окно поиска. Это окно указывает возможные номера пилот-сигналов из группы активных или кандидатов и соседних, наиболее близких к многолучевому сигналу, который поступил раньше других. При этом в окно поиска могут включаться остальные каналы, не указанные в этих группах.

Окна поиска

Мобильные станции используют следующие три окна поиска, чтобы проследить за получаемыми пилот-сигналами:

SRCH_WIN_A — окно поиска, которое использует мобильная станция, чтобы проследить за наборами активных пилот-сигналов и кандидатов на пилот-сигнал. Это окно устанавливается согласно ожидаемой среде распространения. Оно должно быть достаточно большим, чтобы фиксировать все используемые многолучевые сигнальные компоненты базовой станции, и в то же самое время должно быть как можно меньше, чтобы оптимизировать работу по поиску.

Пример 1. Определим размер окна мобильной станции, если сигнал распространяется в среде, которая имеет следующие параметры:

Тогда длительность одного чипа равна:

время распространения сигнала на расстояние 1000 м (1 км) равно:

или время задержки в чипах:

При длине 5 км это время задержки равно 20,5 чипам.

Разность задержек равна:

Размер окна поиска , или 33 чипа.

Пример 2. Пусть соты A и B находятся на расстоянии 16 км друг от друга ( рис. 4.1). Мобильная станция перемещается от соты A к соте B. Решено сделать область мягкого хэндовера между точками и , которые расположены на расстоянии 6 и 10 км от соты A (см. рис. 4.1).

Какой размер должен быть у окна поиска?

Используя результаты предыдущего примера, можно определить, что время задержки сигнала в чипах равно:

где — расстояние от источника сигнала до приемника в метрах.

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты A равна:

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты B равна:

Разность времен распространения равна:

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты A равна:

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты B равна:

Разность времен распространения равна:

Расчет гарантирует, что активные пилот-сигналы (кандидаты) находятся в пределах размеров одного окна и мягкий хэндовер возможен.

Максимальный размер этого окна поиска ограничен расстоянием между двумя соседними базовыми станциями.

Рассмотрим две соседние станции, расположенные на расстоянии 6 км друг от друга. Пусть мобильная станция расположена прямо рядом с базовой станцией 1, и поэтому задержка распространения от базовой станции 1 к мобильной станции незначительна. Расстояние между основной станцией 2 и мобильным телефоном — 6 км.

Время распространения в чипах — 6000/244=24,6 чипа. Окно поиска показывает что пилот-сигнал от соты 2 прибывает к мобильной станции на 24,6 чипа позже, чем от соты 1. Таким образом, для мобильного телефона (расположенного в пределах ячеек 1 и 2), чтобы искать пилот-сигналы потенциальных соседей, окно SRCH_WIN_N должно быть установлено согласно физическому расстоянию между текущей базовой станцией и ее соседней базовой станцией. Фактически размер SRCH_WIN_N не может быть больше, чем вычисленный по этому расстоянию.

Обычное требование к размеру этого окна — чтобы оно было по крайней мере такого же размера, как SRCH_WIN_N.

Источник

Управление хэндоверами. Мягкий хэндовер в UTRAN

В UTRAN в организации хэндоверов участвуют UE, RNC и в качестве подчиненного элемента Node B. Как и в других стандартах сотовой связи, в UMTS осуществляют как хэндоверы, целью которых является сохранения требуемого качества связи (спасающие хэндоверы), так и хэндоверы, оптимизирующие нагрузку в отдельных сотах сети. Хэндоверы в UTRAN разделяют на жесткие и мягкие.

При жестких хэндоверах происходит перерыв в передаче трафика. Возможны следующие варианты жестких хэндоверов:

— жесткий хэндовер с сохранением частоты (intra-frequency), например, при перемещении UE в соту, управляемую другим контроллером, когда между SRNC и новым контроллером отсутствует Iur интерфейс;

— межчастотный жесткий хэндовер, связанный с переключением на другую частоту,;

— межсистемный жесткий хэндовер, между UTRAN и GSM.

Наиболее характерным для UTRAN является мягкий хэндовер, когда в процессе перемещения из соты в соту UE одновременно связана на одной частоте с двумя или тремя BS (рис. 5.5). Активная UE имеет список скремблирующих кодов соседних BS и измеряет мощности их сигналов в каналах CPICH и SCH. Если эти мощности становятся соизмеримыми с мощностью соответствующих каналов, получаемых от обслуживающей BS, то возможен мягкий хэндовер. Существуют 3 варианта мягких хэндоверов:

— мягкий (soft) хэндовер, когда занятыми в нем BS управляет один SRNC,

— мягчайший (softer) хэндовер, когда в нем участвуют 2 BS одного Node B (BS соседних секторов). При этом каждая BS своим передатчиком закрывает один сектор, но принимает сигналы как со своего, так и из соседних секторов;

— мягкий хэндовер, в осуществлении которого участвуют 2 контроллера, один обслуживающий SRNC и один пассивный DRNC.

В основе всех хэндоверов лежат измерения, которые выполняют UE и активные BS. На основе анализа этих измерений решение о запуске хэндовера может принять сеть (SRNC – Network Evaluated Handover, NEHO) или мобильная станция. Такой хэндовер относят к классу MEHO – Mobile Evaluated Handover, MEHO, однако и в этом случае окончательное решение о запуске хэндовера остается за SRNC, поскольку только он распоряжается управлением канальным ресурсом.

Алгоритм мягкого хэндовера приведен на рис. 5.6. В основе хэндовера лежит процесс анализа измеренной на UE мощности пилотного канала CPICH Pilot-Ec по отношению к суммарному сигналу Iо на входе приемника. Предположим, что обслуживать одного абонента одновременно могут только 2 BS. Введем следующие параметры хэндовера:

Reporting_range – порог для перевода соседней BS в активное состояние,

Hysteresis_event 1A – гистерезис для подключения BS,

Hysteresis_event 1B – гистерезис для отключения BS,

Window_drop = Reporting_range + Hysteresis_event 1B – окно отключения,

Best_Pilot_Ec/Io – самый сильный из сигналов активных BS на входе приемника UE.

Рис. 5.5. Варианты мягкого хэндовера.

На рис. 5.6 показаны 3 перехода.

— Переход 1А (Event 1A – подключение соседней BS) происходит при выполнении следующего условия в течение времени DT:

— Переход 1B (Event 1B – отключение одной из BS) происходит при выполнении в течение DT следующего неравенства:

Pilot_Ec/Io + Hysteresis_event 1С в течение DT.

Рис. 5.6. Алгоритм мягкого хэндовера.

При организации мягких хэндоверов необходима также временная синхронизация сигналов трафика соседних активных BS, иначе UE будет сложно организовать когерентный прием в своем Rake приемнике.

При использовании мягких хэндоверов эквивалентные потери на трассах снижаются на 3 – 4 дБ.

Источник