В сотовой связи хэндовер или хэндофф — это процесс передачи текущего вызова или сеанса передачи данных с одного канала, подключенного к базовой сети , на другой канал. В спутниковой связи это процесс передачи ответственности за управление спутником с одной наземной станции на другую без потери или прерывания обслуживания.
Американский английский использует термин handoff , и он наиболее часто используется в некоторых американских организациях, таких как 3GPP2 , и в американских технологиях, таких как CDMA2000 . В британском английском термин handover более распространен и используется в международных и европейских организациях, таких как ITU-T , IETF , ETSI и 3GPP , и стандартизирован в европейских стандартах, таких как GSM и UMTS . Термин handover чаще встречается в академических исследовательских публикациях и литературе, в то время как handoff немного чаще встречается в организациях IEEE и ANSI . [ оригинальное исследование? ]
В телекоммуникациях могут быть разные причины, по которым может быть осуществлена передача обслуживания: [1]
Самая простая форма передачи — это когда телефонный звонок в процессе перенаправляется из текущей ячейки (называемой исходной ) в новую ячейку (называемую целевой ). [1] В наземных сетях исходная и целевая ячейки могут обслуживаться с двух разных сотовых станций или с одной и той же сотовой станции (в последнем случае две ячейки обычно называются двумя секторами на этой сотовой станции). Такая передача, при которой исходная и целевая ячейки являются разными ячейками (даже если они находятся на одной и той же сотовой станции), называется межсотовой передачей. Целью межсотовой передачи является поддержание вызова, когда абонент выходит из зоны покрытия исходной ячейки и входит в зону целевой ячейки.
Возможен особый случай, когда источником и целью являются одна и та же ячейка, и во время передачи меняется только используемый канал. Такая передача, при которой ячейка не меняется, называется внутриячеечной передачей. Цель внутриячеечной передачи — сменить один канал, который может быть зашумлен или подвержен помехам, на новый более чистый или менее затухающий канал.
В дополнение к вышеприведенной классификации межсотовых и внутрисотовых хэндоверов, их также можно разделить на жесткие и мягкие хэндоверы: [1]
Передачу также можно классифицировать на основе используемых методов передачи. В целом их можно разделить на три типа:
Преимущество жесткого хэндовера заключается в том, что в любой момент времени один вызов использует только один канал. Событие жесткого хэндовера действительно очень короткое и обычно не воспринимается пользователем. В старых аналоговых системах его можно было услышать как щелчок или очень короткий гудок; в цифровых системах оно незаметно. Еще одно преимущество жесткого хэндовера заключается в том, что аппаратное обеспечение телефона не должно быть способно принимать два или более каналов параллельно, что делает его более дешевым и простым. Недостатком является то, что в случае сбоя хэндовера вызов может быть временно прерван или даже аварийно завершен. Технологии, использующие жесткие хэндоверы, обычно имеют процедуры, которые могут восстановить соединение с исходной ячейкой, если соединение с целевой ячейкой не может быть установлено. Однако восстановление этого соединения не всегда возможно (в этом случае вызов будет завершен), и даже когда это возможно, процедура может вызвать временное прерывание вызова.
Одним из преимуществ мягких передач является то, что соединение с исходной ячейкой разрывается только тогда, когда установлено надежное соединение с целевой ячейкой, и поэтому вероятность того, что вызов будет аварийно завершен из-за неудачных передач, ниже. Однако гораздо большее преимущество возникает из-за простого факта, что одновременно поддерживаются каналы в нескольких ячейках, и вызов может прерваться только в том случае, если все каналы будут иметь помехи или затухать одновременно. Затухание и помехи в разных каналах не связаны между собой, и поэтому вероятность того, что они будут иметь место в один и тот же момент во всех каналах, очень мала. Таким образом, надежность соединения становится выше, когда вызов находится в состоянии мягкой передачи. Поскольку в сотовой сети большинство передач происходит в местах с плохим покрытием, где звонки часто становятся ненадежными, когда их канал будет иметь помехи или затухать, мягкие передачи значительно повышают надежность звонков в этих местах, делая помехи или затухание в одном канале некритичными. Это преимущество достигается за счет более сложного оборудования в телефоне, которое должно быть способно обрабатывать несколько каналов параллельно. Еще одной ценой за мягкие передачи является использование нескольких каналов в сети для поддержки только одного вызова. Это уменьшает количество оставшихся свободных каналов и, таким образом, снижает пропускную способность сети. Регулируя длительность мягких передач и размер областей, в которых они происходят, сетевые инженеры могут сбалансировать выгоду от дополнительной надежности вызовов с ценой снижения пропускной способности.
Хотя теоретически мягкие хэндоверы возможны в любой технологии, аналоговой или цифровой, стоимость их реализации для аналоговых технологий непомерно высока, и ни одна из технологий, которые были коммерчески успешны в прошлом (например, AMPS , TACS , NMT и т. д.), не имела этой функции. Из цифровых технологий, те, которые основаны на FDMA, также сталкиваются с более высокой стоимостью для телефонов (из-за необходимости иметь несколько параллельных радиочастотных модулей), а те, которые основаны на TDMA или комбинации TDMA/FDMA, в принципе, допускают не столь дорогостоящую реализацию мягких хэндоверов. Однако ни одна из технологий 2G (второго поколения) не имеет этой функции (например, GSM, D-AMPS / IS-136 и т. д.). С другой стороны, все технологии на основе CDMA, 2G и 3G (третьего поколения), имеют мягкие хэндоверы. С одной стороны, это облегчается возможностью проектирования не столь дорогостоящего телефонного оборудования, поддерживающего мягкие хэндоверы для CDMA, а с другой стороны, это обусловлено тем, что без мягких хэндоверов сети CDMA могут страдать от существенных помех, возникающих из-за так называемого эффекта «близко-далеко» .
Во всех современных коммерческих технологиях, основанных на FDMA или на комбинации TDMA/FDMA (например, GSM, AMPS, IS-136/DAMPS и т. д.), смена канала при жестком хэндовере реализуется путем смены пары используемых частот передачи/приема .
Для практической реализации хэндоверов в сотовой сети каждой ячейке назначается список потенциальных целевых ячеек, которые могут использоваться для передачи вызовов из этой исходной ячейки в них. Эти потенциальные целевые ячейки называются соседями , а список называется списком соседей . Создание такого списка для данной ячейки не является тривиальной задачей, и для этого используются специализированные компьютерные инструменты. Они реализуют различные алгоритмы и могут использовать для ввода данные полевых измерений или компьютерные прогнозы распространения радиоволн в зонах покрытия ячеек.
Во время вызова один или несколько параметров сигнала в канале в исходной ячейке отслеживаются и оцениваются для того, чтобы решить, когда может потребоваться передача. Направления нисходящей линии связи (прямая линия связи) и/или восходящей линии связи (обратная линия связи) могут отслеживаться. Передача связи может быть запрошена телефоном или базовой станцией ( BTS) исходной ячейки и, в некоторых системах, BTS соседней ячейки. Телефон и BTS соседних ячеек отслеживают сигналы друг друга, и среди соседних ячеек выбираются наилучшие целевые кандидаты. В некоторых системах, в основном основанных на CDMA, целевой кандидат может быть выбран среди ячеек, которые не входят в список соседних. Это делается для того, чтобы снизить вероятность помех из-за вышеупомянутого эффекта «близко-далеко».
В аналоговых системах параметрами, используемыми в качестве критериев для запроса жесткого хэндовера, обычно являются мощность принятого сигнала и отношение принятого сигнала к шуму (последнее может быть оценено в аналоговой системе путем вставки дополнительных тонов с частотами, находящимися сразу за пределами захваченного диапазона голосовых частот на передатчике, и оценки формы этих тонов на приемнике). В цифровых системах не-CDMA 2G критерии для запроса жесткого хэндовера могут быть основаны на оценках мощности принятого сигнала, коэффициента битовых ошибок (BER) и коэффициента ошибок/стирания блоков (BLER), качества принятой речи ( RxQual ), расстояния между телефоном и BTS (оценивается по задержке распространения радиосигнала) и других. В системах CDMA, 2G и 3G наиболее распространенным критерием для запроса хэндовера является отношение Ec/Io, измеренное в пилотном канале ( CPICH ) и/или RSCP .
В системах CDMA, когда телефон в режиме мягкого или более мягкого хэндовера подключен к нескольким ячейкам одновременно, он обрабатывает полученные параллельно сигналы с помощью приемника Rake . Каждый сигнал обрабатывается модулем, называемым пальцем Rake . Обычная конструкция приемника Rake в мобильных телефонах включает три или более пальцев Rake, используемых в состоянии мягкого хэндовера для обработки сигналов от стольких же ячеек, и один дополнительный палец, используемый для поиска сигналов от других ячеек. Набор ячеек, сигналы которых используются во время мягкого хэндовера, называется активным набором . Если палец поиска находит достаточно сильный сигнал (с точки зрения высокого Ec/Io или RSCP) от новой ячейки, эта ячейка добавляется в активный набор. Ячейки в списке соседей (называемые в CDMA соседним набором ) проверяются чаще, чем остальные, и, таким образом, хэндовер с соседней ячейкой более вероятен, однако хэндовер с другими ячейками за пределами списка соседей также допускается (в отличие от GSM, IS-136/DAMPS, AMPS, NMT и т. д.).
Бывают случаи, когда передача обслуживания не удается. Этой проблеме было посвящено много исследований. [ нужен пример ] Источник проблемы был обнаружен в конце 1980-х годов. Поскольку частоты не могут повторно использоваться в соседних ячейках, когда пользователь перемещается из одной ячейки в другую, для вызова должна быть выделена новая частота. Если пользователь перемещается в ячейку, когда все доступные каналы заняты, вызов пользователя должен быть завершен. Кроме того, существует проблема помех сигнала, когда соседние ячейки подавляют друг друга, что приводит к снижению чувствительности приемника.
Существуют также межтехнологические передачи, при которых соединение вызова переносится с одной технологии доступа на другую, например, вызов переводится с GSM на UMTS или с CDMA IS-95 на CDMA2000 .
Стандарт 3GPP UMA/GAN обеспечивает переключение GSM/UMTS на Wi-Fi и наоборот.
Разные системы используют разные методы обработки и управления запросами на передачу. Некоторые системы обрабатывают передачу так же, как и новый исходящий вызов. В такой системе вероятность того, что передача не будет выполнена, равна вероятности блокировки нового исходящего вызова. Но если вызов резко прерывается в середине разговора, то это раздражает больше, чем блокировка нового исходящего вызова. Поэтому, чтобы избежать резкого прерывания текущего вызова, запросу на передачу следует отдать приоритет перед новым вызовом, это называется приоритезацией передачи.
Для этого есть два метода:
