Handover GSM/WCDMA

W sieciach operatorów komórkowych z uzgodnionym roamingiem nie są potrzebne terminale dwusystemowe (GSM/CDMA, GSM/WCDMA, GSM/TDMA, inne kombinacje), a jedynie takie, które po jednej stronie zestawianego połączenia mogą komunikować się z lokalną stacją bazową na terenie objętym emisją sygnałów radiowych. W najczęściej spotykanych sytuacjach są to te same terminale ruchome MS (Mobile Station), które operują w sieciach tego samego typu (GSM-GSM), lecz w niespójnych lokalizacjach. W bardziej ogólnym przypadku mogą to być jednak całkowicie różne typy terminali komórkowych, działające w sieciach o odmiennych technologiach przekazu.

Potrzebne przełączanie

W poszukiwaniu nowych zysków operatorzy komórkowi dążą do rozszerzania zakresu usług multimedialnych, które z założenia potrzebują transmisji szerokopasmowych, o przepływności użytkowej nie mniejszej niż 384 kb/s (do 2 Mb/s). Wiąże się to z wdrażaniem innych, bardziej efektywnych sposobów wykorzystania kanałów radiowych w systemach 3G. Licznie dostępne na rynku dwusystemowe terminale GSM/WCDMA umożliwiają komunikowanie się użytkowników zarówno z siecią GSM, jak i z szerokopasmową WCDMA, pod warunkiem że odbierane w obydwu sieciach sygnały mają odpowiednie parametry. Jeśli obie sieci znajdują się w gestii tego samego operatora, nie ma potrzeby korzystania z usługi roamingowej, ale niezbędne jest wtedy szybkie przełączanie kanałów radiowych (handover) między terminalem a stacjami bazowymi różnych sieci. Ten sposób przełączania jest trudniejszy w realizacji niż klasyczny handover między terminalem a stacjami bazowymi tego samego typu.

Cechą szczególnie ważną dla użytkownika jest zachowanie ciągłości realizowanego połączenia (czyli uzyskiwanie transmisji bez zakłóceń podczas przełączania) terminalu ruchomego między różnymi sieciami na granicy zasięgu jednej z nich. Ta procedura winna zapewnić, że aktywny abonent mobilny, korzystający z łączności w sieci WCDMA, może w dowolnym momencie opuścić rejon lokalnej stacji bazowej 3G (zasięg poniżej 1 km) i kontynuować swoje połączenie w obszarze emisji stacji GSM o znacznie większym zasięgu (kilkanaście kilometrów). Jest oczywiste, że podczas przekazów wideotelefonicznych - wymagających szerszego pasma transmisji - może wtedy nastąpić utrata treści obrazu bądź istotne pogorszenie jego jakości, ale zawsze z zachowaniem ciągłości komunikacji GSM/GPRS.

Handover  GSM/WCDMA

Kapsułowanie komunikatu handover

Istotna różnica między technologiami transmisji radiowej w sieciach GSM i WCDMA wymusiła wprowadzenie pewnych ograniczeń w automatycznym przenoszeniu połączeń handover między sieciami, w których operują dwusystemowe terminale. Jednym z nich jest konieczność jednoczesnego przekazywania połączenia między stacjami bazowymi zarówno dla transmisji głosu, jak i danych. W praktyce oznacza to, że jakikolwiek dwusystemowy terminal w dowolnym momencie może funkcjonować wyłącznie w jednej sieci, a więc nie można realizować połączenia rozmównego przez sieć GSM, a dane przesyłać w bardziej efektywnej technologii WCDMA lub odwrotnie. Innym ograniczeniem jest konieczność ustalenia takiej procedury międzysieciowej, aby zmiany niezbędne do wprowadzania w terminalach mobilnych i sieciach GSM były najmniejsze.

Ponieważ terminal w danym momencie może komunikować się z siecią wyłącznie w jednej technologii, winien być on wyposażony w procedury pozwalające mu mierzyć w sposób ciągły poziom odbieranego sygnału radiowego w każdej z nich. Oznacza to, że w trakcie operowania w sieci GSM dwusystemowy terminal musi w sposób ciągły mierzyć poziom sygnałów technologii WCD-MA, natomiast ten sam terminal znajdujący się w sieci WCDMA - sprawdzać poziom sygnałów GSM. Wykonywanie tych pomiarów umożliwiają puste szczeliny czasu (gaps, idle mode) znajdujące się w ramce sygnału radiowego WCDMA, w których terminal 3G mierzy poziom sygnałów GSM podczas komunikowania się z własną stacją bazową.

Istotne różnice w tych technologiach powodują jednak, że zarówno sposób mierzenia sygnałów, jak i wyznaczanie poziomów progowych są od siebie całkowicie odmienne. Znając te wartości oraz uwzględniając wiele innych czynników odnośnie do propagacji sygnału radiowego i bieżącego natłoku w sieciach komórkowych, system sterowania może podjąć optymalną decyzję o dalszym losie realizowanego połączenia.

Dwie procedury

Handover  GSM/WCDMA

Interfejsy między sieciami WCDMA i GSM

Istnieją dwa tryby pracy ustalające procedurę przełączania handover między różnymi sieciami: sterowane przez terminal lub przez sieć. W trybie sterowanym przez terminal do przełączenia dochodzi z inicjatywy stacji ruchomej, która sama wybiera, z jaką komórką z wielu dostępnych ma zamiar kontynuować połączenie radiowe. W tym przypadku sieć poprzez rozsiewczą emisję (broadcast) różnych parametrów transmisyjnych może jedynie wpływać na podjęcie właściwej decyzji przez terminal.

W procedurze inicjowanej i sterowanej przez sieć terminal dostaje dokładną instrukcję z centrum sterowania, przez jaką nową komórkę radiową ma kontynuować połączenie. Takie polecenie sieć wysyła po analizie jakościowej parametrów transmisyjnych odbieranych od terminalu mobilnego, z uwzględnieniem istniejącego ruchu w sieci, obciążenia współpracujących węzłów oraz innych warunków brzegowych. Przełączenie handover ma bowiem w rezultacie poprawić jakość bieżącej usługi komunikacyjnej - w każdym momencie jeśli jest to tylko możliwe.

Obydwie procedury przed podjęciem decyzji o przełączeniu handover najpierw sprawdzają poziomy sygnałów w komórkach sąsiednich. Jeśli sygnał ma wyższą wartość od wyznaczonego dla każdej sieci lokalnego poziomu progowego S/N (Signal to Noise Ratio) oraz wyższy poziom od bieżąco eksploatowanego kanału, następuje najpierw rezerwacja odpowiednich zasobów radiowych w towarzyszącej sieci, a dopiero potem uruchomienie procedury handover - zawsze z zachowaniem ciągłości transmisji pakietowej (w tym również głosu w pakietach). Minimalny poziom zakłóceń progowych (threshold) daje pewność, że sieć może jeszcze poprawnie odbierać informacje nadawane z terminalu mobilnego, sygnalizujące potrzebę zmiany tej komórki radiowej na inną, o lepszych parametrach.

Operacja handover

Automatyczna procedura przeniesienia połączenia radiowego handover dokonuje się etapami i obejmuje kilka elementów infrastruktury komórkowej: terminale mobilne, węzły naziemnej sieci UTRAN (WCDMA), stacje bazowe BSS sieci GSM oraz węzły sieci rdzeniowej CN (Core Network) uczestniczące w sterowaniu przeniesieniem. W zależności od kierunku przenoszenia połączenia stosuje się odmienne procedury sygnalizacyjne. Procedura przełączania do sieci GSM rozpoczyna się, gdy jakość transmisji w sieci WCDMA nie jest zadowalająca, a mierzone parametry nakładkowych komórek GSM o większym zasięgu nadal utrzymują się w normie.


TOP 200