Tăng tỷ lệ thành công các cuộc gọi chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động không dự trữ kênh bằng kỹ thuật chuyển tiếp kênh

Ngô Thế Anh, Hoàng Đăng Hải, Nguyễn Cảnh Minh
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
Số 2 (CS.01) 2016 27
TĂNG TỶ LỆ THÀNH CÔNG CÁC CUỘC GỌI CHUYỂN GIAO 
TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG kHÔNG DỰ TRỮ kêNH 
BẰNG kỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP kêNH 
Ngô Thế Anh1, Hoàng Đăng Hải2, Nguyễn Cảnh Minh1 
1 Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội 
2 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Tóm tắt: Trong bài viết này, chúng tôi phân tích mô 
hình mạng sử dụng các trạm chuyển tiếp để chuyển 
các kênh còn dư ở các cell lạnh sang các cell nóng 
nhằm cải thiện chỉ số cấp độ dịch vụ GoS của mạng. 
Chúng tôi đã mở rộng nghiên cứu trong trường hợp 
mạng nghẽn cục bộ với mức độ rất cao, khi mà tất 
cả các kênh được cấp cho các cell trong một khu 
vực nhất định luôn bị chiếm cho các cuộc gọi mới 
nên không có bất kỳ một kênh nào được dự trữ để 
cho chuyển giao. Khi sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp 
kênh CRS, tỷ lệ chuyển giao thành công trong khu 
vực nghẽn này được cải thiện rất nhiều. Các kết quả 
mô phỏng chỉ ra rằng hệ thống có thể phục vụ được 
hơn 99% các yêu cầu chuyển giao.1
Từ khóa: chuyển tiếp kênh, chuyển giao, dự trữ kênh.
I. MỞ ĐẦU
Nhìn vào tốc độ phát triển của các loại hình truyền 
thông vô tuyến trong những năm gần đây, có thể 
nói rằng các hệ thống thông tin vô tuyến đã khẳng 
định được ưu thế vượt trội của mình so với thông 
tin hữu tuyến trong việc cung cấp các dịch vụ tới 
người sử dụng. Người ta ngày càng ít lệ thuộc vào 
các thiết bị kết nối có dây, mà gần như chuyển hẳn 
sang loại hình kết nối không dây. Nếu bỏ qua việc 
phải sử dụng đến các dây dẫn cho việc cung cấp 
điện thì ngay cả các tivi cũng đã hoàn toàn có thể 
sử dụng kết nối không dây cho các dịch vụ truyền 
hình tại các gia đình.
Tác giả liên hệ: Ngô Thế Anh
Email: ntanh@utc.edu.vn
Đến tòa soạn: 23/7/2016, chỉnh sửa: 30/8/2016, chấp nhận đăng: 
03/9/2016. 
Trong các loại hình truyền thông vô tuyến, thông 
tin di động được phát triển mạnh mẽ hơn hẳn. Các 
hệ thống thông tin di động ra đời và phát triển 
nhằm phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin mọi lúc, 
mọi nơi của người sử dụng. Đặc trưng cơ bản nhất 
của thông tin di động là việc bảo đảm kết nối cho 
các cuộc gọi của người dùng trong khi di chuyển. 
Do khả năng phủ sóng của các trạm thu phát bị 
giới hạn nên việc thuê bao chuyển từ vùng phục vụ 
của trạm này sang vùng phục vụ của trạm khác khi 
đang thực hiện cuộc gọi là hoàn toàn bình thường. 
Quá trình này được gọi là chuyển giao và là hoạt 
động điển hình của hệ thống. Trong thông tin di 
động, việc cấp kênh cho các cuộc gọi chuyển giao 
được ưu tiên hơn so với cuộc gọi mới, vì người 
dùng sẵn lòng quay số lại cho một cuộc gọi mới 
phát sinh và thường cảm thấy rất khó chịu với việc 
ngắt ngang một cuộc gọi đang diễn ra cho dù với 
bất kỳ lý do nào [1].
Theo báo cáo tổng kết năm 2015 của Hiệp hội Hệ 
thống di động toàn cầu GSMA (Global System for 
Mobile Communications Association), số thuê bao 
di động thuần túy tính đến hết năm 2015 là khoảng 
trên 3,8 tỉ và chiếm khoảng hơn 50% dân số thế 
giới và tổng số kết nối di động trên toàn cầu (không 
tính đến các kết nối M2M (Machine-to-Machine)) 
đã vượt con số 7,5 tỉ [2]. Cũng theo [2], dự báo đến 
năm 2020, số lượng thuê bao là vào khoảng 4,6 tỉ - 
chiếm gần 60% dân số thế giới và số lượng kết nối 
di động toàn cầu là khoảng hơn 9 tỉ. So với các con 
số khiêm tốn về băng tần được cung cấp cho các hệ 
thống của GSMA (2×25 MHz/2×75 MHz cho 2G 
GSM, khoảng 2 × 80 MHz cho 3G UMTS và cũng 
TĂNG TỶ LỆ THÀNH CÔNG CÁC CUỘC GỌI CHUYỂN GIAO TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG28 Số 2 (CS.01) 2016
khoảng 2×80 MHz cho 4G LTE), các nhà cung cấp 
dịch vụ di động luôn đứng trước các thách thức rất 
lớn về sự khan hiếm tài nguyên tần số để bảo đảm 
cho các hoạt động của các hệ thống [2]. Nói một 
cách khác, bài toán về việc khai thác và sử dụng 
hiệu quả tài nguyên tần số trong các hệ thống thông 
tin di động luôn được đặt ra cho các nhà nghiên 
cứu. 
Không những phải đối mặt với việc khan hiếm tài 
nguyên tần số, trong quá trình hệ thống hoạt động, 
các nhà cung cấp dịch vụ di động còn phải xử lý một 
bài toán điển hình khác là hiện tượng nghẽn cục bộ 
gây ra bởi việc thuê bao tập trung quá lớn ở một khu 
vực nhất định trong một khoảng thời gian nhất định 
như tại các khu vui chơi, mua sắm vào dịp lễ hội hay 
tại các khu công nghiệp, văn phòng, trường học trong 
thời gian làm việc. Lúc này, các cell trong khu vực 
nghẽn nhận được số yêu cầu cấp kênh lớn hơn rất 
nhiều so với số kênh mà các cell đó được cấp. Các 
cell này được gọi là các cell nóng. Trong khi đó, các 
cell ở các khu vực lân cận lại còn dư kênh vì có số 
lượng thuê bao tập trung với các yêu cầu cấp kênh 
thấp. Các cell này được gọi là các cell lạnh. Điều này 
dẫn đến việc mạng bị mất cân bằng lưu lượng và các 
cuộc gọi trong các cell nóng có xác suất thất bại rất 
cao, làm cho cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service) 
của các cell này bị ảnh hưởng rất lớn. Chuyển tiếp 
kênh là giải pháp hoàn toàn hiệu quả trong trường 
hợp này để cải thiện GoS [3-6]. 
Có hai quan điểm cơ bản để thực hiện chuyển tiếp 
kênh, nhưng đều cùng một mục đích cải thiện hiệu 
năng mạng, đó là quan điểm ở lớp vật lý và quan 
điểm ở lớp mạng. Các nghiên cứu về chuyển tiếp 
kênh trên quan điểm của lớp vật lý tập trung vào 
các bài toán xử lý tín hiệu và mã hóa để nhận được 
chất lượng đường truyền tốt nhất, mức tiêu thụ 
công suất hiệu quả nhất, hay chỉ số lỗi thu thấp 
nhất [7-12]. Điều dễ dàng nhận thấy ở các nghiên 
cứu này là các tác giả không quan tâm tới trạng 
thái của mạng và cell (mạng nghẽn hay không, cell 
nóng hay lạnh), mà chỉ quan tâm tới việc sử dụng 
các node chuyển tiếp thông thường (relaying node) 
để chuyển tiếp thông tin từ node nguồn tới node 
đích. Như vậy, mạng được mặc định là luôn có khả 
năng đáp ứng cho các yêu cầu gọi của các thuê bao. 
Nói một cách khác, bài toán xử lý nghẽn (đặc biệt 
là chuyển giao trong khi nghẽn) không được đặt ra 
trong các nghiên cứu này.
Đứng trên quan điểm của lớp mạng nhằm tận dụng 
tài nguyên vô tuyến để xử lý nghẽn, các nghiên cứu 
trong [3-6] chỉ ra rằng hoàn toàn có thể khai thác 
tối đa các tần số được cấp cho các cell trong mạng 
để giải quyết bài toán nghẽn cục bộ mà không cần 
phải nâng cấp phần cứng hay xin cấp thêm các 
băng tần mới. Như vậy, kỹ thuật chuyển tiếp kênh 
CRS (Channel Relaying Strategy) trong các nghiên 
cứu này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ cải 
thiện được đáng kể hiệu năng mạng về mặt giảm 
nghẽn và nâng cao tỷ lệ chuyển giao thành công 
trong các hệ thống thông tin di động. 
Bài báo này tập trung vào việc phân tích khả năng 
cải thiện GoS của CRS cho các cuộc gọi chuyển 
giao trong hệ thống xảy ra nghẽn cục bộ với mức 
độ nghẽn rất cao. Chúng tôi giả định rằng trong 
một khoảng thời gian nhất định, số lượng thuê bao 
tập trung tại một khu vực cụ thể rất lớn với lưu 
lượng cuộc gọi cao đến mức mà hầu như tất cả các 
kênh cấp cho các cell trong khu vực đó bị chiếm 
hết ngay lập tức để phục vụ các cuộc gọi mới. 
Hơn nữa, lại giả sử rằng mạng không có dự trữ tài 
nguyên cho các cuộc gọi chuyển giao. Trong khi 
đó, lưu lượng cuộc gọi mới trong khu vực này cao 
đến mức mà bất kỳ một kênh nào được giải phóng 
do thuê bao kết thúc cuộc gọi trong cell thì sẽ ngay 
lập tức bị chiếm cho một cuộc gọi mới khác. Điều 
này sẽ dẫn đến việc các cuộc gọi chuyển giao trong 
khu vực này sẽ không thể thực hiện được. Các điều 
kiện giả định như vậy là để làm nổi bật hiệu quả 
của CRS trong việc cải thiện hiệu năng mạng trên 
quan điểm tận dụng tối đa tài nguyên tần số. Nói 
một cách khác, nếu áp dụng CRS thì các hệ thống 
thông tin di động truyền thống vẫn hoàn toàn có thể 
phục vụ được các cuộc gọi chuyển giao dưới áp lực 
rất lớn của lưu lượng mạng.
Các nội dung tiếp theo của bài viết được trình bày 
như sau. Phần II sẽ phân tích nguyên lý chuyển 
tiếp kênh. Tiếp theo, Phần III trình bày mô hình hệ 
thống áp dụng CRS cho các cuộc gọi chuyển giao. 
Sau đó, Phần IV phân tích và đưa ra các kết quả 
tính toán. Cuối cùng, Phần V sẽ cung cấp các kết 
luận của bài viết này.
Ngô Thế Anh, Hoàng Đăng Hải, Nguyễn Cảnh Minh
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
Số 2 (CS.01) 2016 29
II. NGUYÊN LÝ CHUYỂN TIẾP KÊNH 
Kỹ thuật chuyển tiếp kênh CRS (Channel Relaying 
Strategy) sử dụng các trạm chuyển tiếp RS (Relay 
Station) để vận chuyển các kênh từ cell này sang 
cell khác trong mạng [3-6]. Để thực hiện được việc 
này, RS cũng phải là các trạm thu phát sóng được 
đặt giữa các cell. Các RS trong [3-4] là các trạm 
tùy biến ARS (Ad hoc Relay Station), tức là chúng 
có khả năng di chuyển, có bán kính phủ sóng là r = 
(¼)R (R là bán kính cell), được đặt trên cạnh chung 
của 2 cell và có thể cung cấp kết nối cho cuộc gọi 
giữa thuê bao trong cùng một ARS. Như vậy, các 
ARS có thể coi là các BTS di động. Khác với các 
ARS trong [3-4], các RS trong [5-6] là các trạm 
chuyển tiếp cố định, có bán kính phủ sóng r = (½)
R, được đặt trên đỉnh giữa 3 cell để tăng khả năng 
kết nối với các cell và không có khả năng cung cấp 
kết nối cho 2 thuê bao trong cùng một RS. Những 
đặc tính này của RS dẫn đến các kết quả tốt hơn 
cả về mặt kinh tế và kỹ thuật khi so với ARS và đã 
được phân tích trong [5]. 
Hình 1. Mô hình nguyên lý chuyển tiếp kênh CRS
Xét mô hình mạng đơn giản gồm 2 cell như trong 
Hình 1 với các khái niệm và định nghĩa như sau đây.
• Cell: là trạm thu phát gốc của hệ thống thông 
tin di động.
• Cell lạnh (cold cell): là các cell có số kênh yêu 
cầu N
rq
 nhỏ hơn số kênh NC mà cell được cấp 
(N
rq
 < NC). Như vậy, các cell lạnh còn dư ra 
các kênh chưa dùng đến. BTS A trong Hình 1 
là cell lạnh. NC được tính toán sao cho bảo đảm 
GoS trong điều kiện mạng làm việc với lưu 
lượng T và GoS thường được tính theo công 
thức Erlang B như sau [1]:
 ∑=
=
C
C
N
k
k
C
N
k
T
N
T
GoS
1
!
!
(1)
• Cell nóng (hot cell): là các cell có số kênh yêu 
cầu N
rq
 lớn hơn số kênh NC mà cell được cấp 
(N
rq
 > NC). Như vậy, cell nóng là các cell bị 
thiếu kênh nên các cuộc gọi mới trong cell 
này sẽ bị khóa (block) và các cuộc gọi chuyển 
giao đến cell này sẽ bị rớt (drop). Trong trường 
hợp này, xác suất chặn cuộc gọi (call blocking 
probability) sẽ tăng lên. BTS B trong Hình 1 là 
cell nóng.
Băng tần di động (cellular band): là băng tần được 
cấp phép cho các hệ thống thông tin di động.
Băng tần chuyển tiếp (relaying band): là băng tần 
không cần phải xin phép (unlicensed band), sử 
dụng miễn phí cho Y tế, Khoa học và Công nghiệp 
ISM (Industry, Science, and Medical band).
Có hai nguyên lý CRS cơ bản, đó là chuyển tiếp 
kênh tĩnh SCRS (Static Channel Relaying Strategy) 
và chuyển tiếp kênh chuyển giao HCRS (Handover 
Channel Relaying Strategy).
A. Chuyển tiếp kênh tĩnh SCRS (Static Channel 
Relaying Strategy)
SCRS được sử dụng cho các cuộc gọi mới. Trong 
Hình 1, các thuê bao B1 và B2 nằm trong vùng 
phủ sóng của BTS B và thực hiện cuộc gọi mới 
khi đang đứng ở trong cell này. Do B là cell nóng 
nên tất cả các kênh được cấp cho B hiện đều đang 
bận, làm cho các cuộc gọi của B1 và B2 không 
thực hiện được trong điều kiện thông thường. Khi 
sử dụng SCRS, các cuộc gọi này sẽ được thực hiện 
như sau:
Nhắc lại rằng BTS A là cell lạnh nên còn dư các 
kênh chưa dùng đến. Do B1 nằm trong vùng phủ 
sóng của trạm chuyển tiếp RS2, nên một kênh rảnh 
trong cell A sẽ được chuyển cho cuộc gọi của B1 
theo đường kết nối sau: BTS A à RS2 à B1.
TĂNG TỶ LỆ THÀNH CÔNG CÁC CUỘC GỌI CHUYỂN GIAO TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG30 Số 2 (CS.01) 2016
Đối với B2, do không nằm trong vùng phủ sóng 
của cả RS1 và RS2 nên cần phải có thêm giả thiết 
rằng có một thuê bao Bx hiện đang thực hiện cuộc 
gọi (on-going call) và nằm trong vùng phủ sóng 
của RS1. Một kênh rảnh trong cell A sẽ được 
chuyển sang cho Bx theo đường kết nối BTS A à 
RS1 à Bx. Sau khi nhận được kết nối, Bx sẽ giải 
phóng kênh đang sử dụng trong cell B và kênh này 
sẽ được dùng cho cuộc gọi của B2. Trường hợp này 
được gọi là hoán đổi kênh CS (Channel Swapping).
B. Chuyển tiếp kênh chuyển giao HCRS (Handover 
Channel Relaying Strategy)
HCRS phục vụ cho các cuộc gọi chuyển giao. Với 
mô hình mạng như trong Hình 1, do BTS A là cell 
lạnh nên các cuộc gọi của thuê bao xuất phát từ cell 
B và di chuyển sang cell A hoàn toàn có thể được 
phục vụ. Do đó, HCRS được sử dụng để phục vụ 
các cuộc gọi chuyển giao tới cell B. Các cuộc gọi 
của các thuê bao A1 và A2 trong cell A là các cuộc 
gọi loại này. Việc cấp kênh cho các cuộc gọi này 
được thực hiện như sau.
Giả sử rằng (có thể dự báo được) thuê bao A2 sẽ 
di chuyển vào vùng phủ sóng của RS2 nằm trong 
cell B. Khi đó, cuộc gọi chuyển giao của A2 sang 
cell B sẽ được phục vụ theo đường kết nối BTS A 
à RS2 à A2. Như vậy, mặc dù đã di chuyển sang 
vùng phục vụ của cell B nhưng A2 vẫn có thể sử 
dụng kênh vô tuyến được cấp bên cell A thông qua 
RS2 để duy trì cuộc gọi của mình. Trong trường 
hợp này, RS2 coi như đã làm nhiệm vụ nối dài (mở 
rộng) vùng phủ sóng cho cell A.
Do thuê bao A1 di chuyển ra ngoài vùng phục vụ 
của cả 2 trạm chuyển tiếp RS1 và RS2 nên không 
thể duy trì kết nối vô tuyến với cell A giống như 
trường hợp của thuê bao A2. Lúc này, mạng sẽ thực 
hiện việc hoán đổi kênh (tương tự như trường hợp 
cấp kênh cho B2) để duy trì cuộc gọi cho A1 trong 
cell B. Tức là mạng sẽ tìm một thuê bao By đang 
thực hiện cuộc gọi, sử dụng kênh vô tuyến của cell 
B và đứng trong vùng phủ sóng của RS1 để thực 
hiện CRS. Cuộc gọi của By sẽ được tiếp tục trên 1 
kênh vô tuyến của cell A theo đường kết nối BTS 
A à RS1 à By và kênh vô tuyến của cell B mà 
By đang chiếm sẽ được giải phóng để phục vụ A1.
Việc hoán đổi kênh thực sự phát huy hiệu quả khi mà 
cả 2 cell A và B đều là các cell nóng. Giả sử điều này 
xảy ra đối với mô hình mạng như trong Hình 1. Lúc 
này, cuộc gọi chuyển giao của A2 sẽ được duy trì như 
sau. Thông thường, khi A2 chuyển giao từ cell A sang 
cell B thì kênh vô tuyến bị chiếm bởi A2 sẽ được giải 
phóng và trả lại cho cell A. Cell A sẽ dùng chính kênh 
này để chuyển tiếp cho thuê bao By bên cell B, đổi 
lại, cell B sẽ dùng kênh vô tuyến vừa được By giải 
phóng để phục vụ cho thuê bao A2. Đây là đặc điểm 
nổi bật của HCRS-CS để nâng cao tỷ lệ chuyển giao 
thành công trong điều kiện mạng bị nghẽn.
III. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Xét mô hình mạng gồm 7 cell như trong Hình 2. 
Giả sử rằng mạng phải làm việc dưới áp lực của 
mật độ thuê bao tập trung cao làm cho tất cả các 
cell trong mạng đều nóng và lưu lượng cuộc gọi 
mới trong mạng lớn đến mức duy trì trạng thái 
nóng của mạng trong một khoảng thời gian nhất 
định nào đó. Trong khoảng thời gian này, tất cả các 
kênh được cấp cho các cell đều bị chiếm để phục 
vụ cho các yêu cầu gọi mới xuất phát từ chính các 
cell đó và nếu bất kỳ một kênh nào được giải phóng 
ra mà không phải đang trong điều kiện thực hiện 
hoán đổi kênh cho HCRS thì sẽ bị chiếm ngay cho 
các cuộc gọi mới. Điều này để bảo đảm rằng các 
cell không còn một kênh nào thực sự rảnh để phục 
vụ cuộc gọi chuyển giao đến chúng mà không cần 
phải sử dụng HCRS-CS.
Hình 2. Mô hình mạng sử dụng HCRS
Ngô Thế Anh, Hoàng Đăng Hải, Nguyễn Cảnh Minh
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
Số 2 (CS.01) 2016 31
Giả sử rằng lúc này có một thuê bao C
1,j
 đang thực 
hiện cuộc gọi chuyển giao từ cell C1 sang cell C4. 
Nhắc lại rằng C
1,j
 sẽ di chuyển ra ngoài vùng phủ 
sóng của RS
3
 và RS
4
 để không thể thực hiện được 
việc duy trì kênh mà cell C1 cấp cho nó thông qua 
các trạm chuyển tiếp này. Đồng thời, khi không thể 
tiếp tục kết nối với cell C1 thì C1,j sẽ giải phóng 
kênh mà nó đang chiếm và tạm thời trả về cho cell 
C1 và coi như C1 đang có 1 kênh để thực hiện việc 
hoán đổi. Các khả năng mà HCRS kết hợp hoán 
đổi kênh sẽ được sử dụng để phục vụ cuộc gọi của 
C
1,j 
được tính toán như trong các trường hợp (TH) 
sau [6]:
• TH1: có một thuê bao C
4,j
 của cell C
4
 đang thực 
hiện cuộc gọi và đứng trong vùng phủ sóng của 
RS
3 
hoặc RS
4
. Lúc này, các kết nối sẽ là: C1 à 
RS
3
/RS
4
 à C
4,j 
và C
4
 à C
1,j
.
• TH2: C
4,j 
không đứng trong vùng phủ sóng của 
RS
3
 và RS
4
, nhưng có một thuê bao của cell C
2 
(hoặc cell C
3
) đứng trong vùng phủ sóng của 
RS1 hoặc RS4 (hoặc RS2 và RS3). Việc hoán đổi 
kênh sẽ được thực hiện vòng qua các cell C
2 
(hoặc C
3
) để tới cell C
4
 nếu C
4,j
 đứng trong vùng 
phủ sóng của RS
5
 (hoặc RS
8
) tương ứng.
• TH3: C
4,j
 không đứng trong vùng phủ sóng của 
RS
3
, RS
4
, RS
5
 và RS
8
, nhưng có một thuê bao 
của cell C
2
 (hoặc cell C
3
) đứng trong vùng phủ 
sóng của RS1 hoặc RS
4
 (hoặc RS
2
 và RS
3
) và 
một thuê bao của cell C
5
 (hoặc C
6
) và C
7
 đứng 
trong vùng phủ sóng của RS
5
 hoặc RS
6
 (hoặc 
RS
7
 hoặc RS
8
) và RS
9
 hoặc RS
10
. Việc hoán 
đổi kênh sẽ được thực hiện vòng qua các cell 
C
2
 (hoặc C
3
) và C
5
 (hoặc C
6
) và C
7
 để tới cell 
C
4 
nếu C
4,j
 đứng trong vùng phủ sóng của RS
9 
(hoặc RS
10
) tương ứng.
Như vậy, cuộc gọi của C
1,j 
chỉ bị rớt khi xảy ra một 
trong các khả năng (KN) sau:
• KN1: không có một thuê bao nào của cell C
4 
đứng trong vùng phủ sóng của các trạm chuyển 
tiếp nên không thể thực hiện được việc hoán 
đổi kênh với cell này để C
4
 có thể rảnh 1 kênh 
cho C
1,j
. 
• KN2: cell C1 không thể thực hiện việc hoán đổi 
kênh với bất kỳ cell nào ở xung quanh nó; tức 
là không có bất kỳ một thuê bao nào của các 
cell C
2
, C
3
, hoặc C
4
 đứng trong vùng phủ sóng 
của RS1 hoặc RS4, RS2 hoặc RS3, hoặc RS3 
hoặc RS
4
 tương ứng.
Giả sử các thuê bao được phân bố ngẫu nhiên và 
đồng nhất trong các cell thì xác suất của các khả 
năng này là:
P(KN1) = (1 ‒ P
1
)Nc (2)
P(KN2) = [(1 ‒ P2)
Nc]3 (3)
Với NC là dung lượng của cell và P1 là xác suất mà 
1 thuê bao không đứng trong vùng phủ sóng của 
bất kỳ một RS nào, P2 là xác suất mà 1 thuê bao 
không đứng trong vùng phủ sóng của 2 RS nào liên 
quan và:
2
1 2
1
66 ( ) 13
2
R S
cell
rS cell
P
S R
π
π
⋅ ⋅⋅
= = = (4)
2 1
2 ( ) 1 1
3 6
R S
cell
S cell
P P
S
⋅
= = = (5)
Vậy, xác suất rớt cuộc gọi của C
1,j
 là:
CC NN
dropP
3)
6
11()
2
11()3()2( −+−=+= (6)
Từ (6), xác suất chuyển giao thành công được tính 
toán với các giá trị khác nhau của NC như trong 
Bảng I.
Bảng I. Xác suất chuyển giao thành công
NC 10 15 20 25 30 35 40
Pcgtc(%) 99,5 99,9 99,9 99,9 99,9 100 100
Với dung lượng cell NC đủ lớn, có thể thấy rằng Pdrop 
gần như bằng 0, tức là cuộc gọi được chuyển giao 
thành công với xác suất gần bằng 1.
IV. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 
Mô hình mạng sử dụng để tính toán gồm 7 cell như 
mô tả trong Hình 2 với các giả thiết như trong Phần 
III ở trên. Các tham số mô phỏng được cho như 
trong Bảng II.
Ở đây, vận tốc di chuyển của thuê bao được tính 
cho hai trường hợp di chuyển trung bình và di 
chuyển nhanh với phân bố ngẫu nhiên từ [0 – 15] 
m/s và [0 – 25] m/s tương ứng. Hơn nữa, khi di 
TĂNG TỶ LỆ THÀNH CÔNG CÁC CUỘC GỌI CHUYỂN GIAO TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG32 Số 2 (CS.01) 2016
chuyển nhanh thì thời gian đàm thoại trung bình 
là (90, 120 và 150) giây so với giá trị (120, 150 và 
180) giây của di chuyển trung bình. 
Bảng II. Tham số mô phỏng
Ký hiệu Giá trị
R 1.500 m
NC [20:5:40]
V [0 – 15] m/s và [0 – 25] m/s
t [120:30:180]s và [90:30:150]s
Chương trình Matlab được sử dụng để mô phỏng 
cho các trạng thái của mạng như sau:
• Chiếm kênh (OCCUPATION): tất cả các kênh 
đều bị chiếm ngay khi thiết lập; và ở điều kiện 
hoạt động bình thường của mạng, các kênh này 
luôn bận.
• Kết thúc cuộc gọi (TERMINATION): là trạng 
thái thuê bao chủ động kết thúc cuộc gọi trong 
1 cell bất kỳ.
• Chuyển giao (HANDOVER): là trạng thái 
xảy ra khi tính toán xác suất thuê bao vượt ra 
khỏi vùng phủ sóng của một cell với các thông 
số đã được gán một cách ngẫu nhiên cho các 
thuê bao như: vị trí ban đầu trong cell, tốc độ 
di chuyển, hướng di chuyển và thời gian đàm 
thoại. Trạng thái này của mạng lại được chia 
thành ba trạng thái con như sau đây.
- Chuyển giao thành công (HANDOVER 
SUCCESS): khi HCRS kết hợp hoán đổi kênh 
được áp dụng thành công.
- Chuyển giao thất bại (DROP): khi không thể 
tìm được một cơ hội nào cho cuộc gọi chuyển 
giao của thuê bao.
- Kết thúc bắt buộc (DEATH): là trạng thái các 
thuê bao di chuyển ra khỏi 1 cell đang phục vụ 
nó và đi ra ngoài khu vực phủ sóng của mạng 
(vùng chết - death zone).
Chương trình được xây dựng trên cơ sở như sau:
Set up the simulation parameters. 
For STATUS := 1 to EVENT (= 10^6).
Generate traffic loads in the simulated network.
Determine the target time tcross that users will cross 
the coverage boundary of the current cell.
If (min(t) < min(tcross)), then user terminates 
conversation in his home cell. TERMINATION = 
TERMINATION + 1.
Else
HANDOVER is activated. Meanwhile, EVENT = 
EVENT +1.
Do HCRS - CS. 
End
Hình 3. Xác suất chuyển giao thành công 
khi thuê bao di chuyển trung bình
Hình 4. Xác suất chuyển giao thành công 
khi thuê bao di chuyển nhanh
Tỷ lệ chuyển giao thành công là tỷ số của số chuyển 
giao thành công và tổng số các yêu cầu chuyển 
giao. Các kết quả về tỷ lệ chuyển giao thành công 
P
cgtc
 được trình bày trong Hình 3 và Hình 4.
Ngô Thế Anh, Hoàng Đăng Hải, Nguyễn Cảnh Minh
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
Số 2 (CS.01) 2016 33
Có thể nhận thấy rằng với dung lượng đủ lớn (khi 
NC = 40 kênh/cell), HCRS kết hợp hoán đổi kênh 
đã đáp ứng được đến 99.5% các yêu cầu chuyển 
giao trong điều kiện mạng nghẽn cục bộ rất cao 
khi mà không có một kênh nào trong các cell được 
dự trữ cho chuyển giao. Điều này đã chứng tỏ khả 
năng vượt trội của CRS trong bài toán xử lý nghẽn 
cho các hệ thống thông tin di động.
V. KẾT LUẬN
Trong bài báo này, chúng tôi đã phân tích nguyên lý 
chuyển tiếp kênh CRS, đặc biệt là HCRS áp dụng 
cho việc bảo đảm kết nối cho các cuộc gọi chuyển 
giao trong điều kiện xảy ra nghẽn cục bộ ở một hệ 
thống thông tin di động. Các phân tích đã tính đến 
xác suất chuyển giao thành công trong một mạng 
nghẽn rất cao, khi mà không còn một kênh dự trữ 
nào cho các cuộc gọi chuyển giao. Các kết quả mô 
phỏng đã khẳng định được các ưu điểm của HCRS 
trong việc bảo đảm tỷ lệ chuyển giao thành công 
trong các mạng này. Tuy nhiên, bài báo mới chỉ 
dừng lại ở việc tính toán cho các cuộc gọi thoại thời 
gian thực mà chưa tính đến các cuộc gọi số liệu 
thời gian thực với băng thông và thời gian chiếm 
kênh lớn hơn nhiều. Ngoài ra, mô hình nghẽn mới 
chỉ dừng lại ở phạm vi 7 cell. Như vậy, căn cứ vào 
các kết quả trong bài này, hoàn toàn có thể phát 
triển theo các hướng mở rộng như đã đề cập. Hơn 
nữa, vấn đề dự trữ kênh trong thông tin di động 
cũng cần phải được tính toán và đưa vào bài toán 
CRS để nghiên cứu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Theodore S.Rappaport, “Wireless 
Communications: Principles and Practice”, 
Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, New 
Jersey 07458, 1996.
[2] GSMA Intelligent Report, “THE MOBILE 
ECONOMY 2015”, GSM Association, 2015.
[3] H. Wu, et al., “Integrated cellular and ad hoc 
relaying systems: iCAR,” IEEE Journal on 
Selected Areas in Communications, vol. 19, 
pp. 2105-2115, 2001.
[4] H. Wu, et al., “Hand-off performance of the 
Integrated Cellular and Ad Hoc Relaying 
(iCAR) system,” Wireless Networks, vol. 11, 
pp. 775-785, 2005.
[5] T. A. Ngo, et al., “Releasing Congestion in 
Next Generation Cellular Networks by using 
Static Channel Relaying Strategy: Analytical 
Approach,” in 2005 IEEE 7th Malaysia 
International Conference on Communication 
Jointly held with the 13th IEEE International 
Conference on Networks (MICC-ICON 2005), 
2005, pp. 87-92.
[6] The-Anh Ngo, “Releasing congestion in 
cellular networks using relay stations”, master 
thesis, UniSA, 2012.
[7] Vũ Đức Hiệp và Trần Xuân Nam, “Kết hợp mã 
hóa mạng lớp vật lý và lựa chọn nút chuyển 
tiếp cho kênh vô tuyến chuyển tiếp hai chiều”, 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng 
dụng CNTT-TT, Tập V-1, Số 10 (30), trang 14-
22, tháng 12/2013.
[8] Ho Van Khuong and Vo Nguyen Quoc 
Bao, “Symbol Error Rate of Underlay 
Cognitive Relay Systems over Rayleigh Fading 
Channel”, IEICE Trans. Communications, 
vol. E95-B, No. 05, pp. 1873-1877, May 2012.
[9] Vo Nguyen Quoc Bao, T. T. Thanh, T. D. Nguyen., 
and T. D. Vu, “Spectrum Sharing-based Multihop 
Decode-and-Forward Relay Networks under 
Interference Constraints: Performance Analysis 
and Relay Position Optimization”, Journal of 
Communications and Networks, vol. 15, no. 3, 
pp. 266-275, Jun. 2013.
[10] Eunsung Oh at al., “Dynamic Base Station 
Switching-on/off Strategies for Green Cellular 
Networks”, IEEE Trans. on Wireless Comm. 
Vol.12 Issue.5, pp.2126-2136, May 2013.
[11] Zhiguo Ding at al., “Power Allocation Strategies 
in Energy Harvesting Wireless Cooperative 
Networks”, IEEE Trans. on Wireless Comm., 
Vol.13, Issue 2, pp.846-860, Feb.2014.
[12 Ehsan Moeen Taghavi and Ghosheh Abed 
Hodtani, “Extension of the Coverage Region of 
Mutiple Access Channels by using a Relays”, 
Journal of Communication Engineering, Vol. 
4, No. 1, pp.1-22, June 2015.
TĂNG TỶ LỆ THÀNH CÔNG CÁC CUỘC GỌI CHUYỂN GIAO TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...
Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG34 Số 2 (CS.01) 2016
INCREASING SUCCESSFUL RATE 
OF HANDOVER IN WIRELESS 
CELLULAR NETWORKS WITHOUT 
RESERVED CHANNELS BY CHANNEL 
RELAYING STRATEGY
Abstract: In this paper, we analyse a network 
model in which using the Relay Station (RS) to 
relay available channels in cold cell to hot cell 
for Grade of Service (GoS) improvement. Then, 
we develop the analyses for the case of heavy 
congested in the network. In this case, all of 
channels assigned to cells in a certain area have 
been occupied to serve the new calls, therefore, 
there is not any channel reserved for handover call. 
This leads to the very high rate of call dropping 
probability in that area. However, the successful 
rate of handover in this heavy congested area will 
be improved significantly when Channel Relaying 
Strategy (CRS) has been applied. The numerical 
results shown that the network using CRS can 
satisfy over 99% of handover channel requests.
Keyword: Channel Relaying Strategy (CRS), 
handover, reserved channel.
Ngô Thế Anh, nhận học vị Thạc sỹ năm 
2012. Hiện công tác tại Phân hiệu Trường 
Đại học Giao thông Vận tải tại Thành 
phố Hồ Chí Minh và là nghiên cứu sinh 
tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn 
thông. Lĩnh vực nghiên cứu: truyền 
thông vô tuyến (cải thiện hiệu năng 
các hệ thống thông tin di động), truyền 
thông bước sóng milimet, truyền thông 
giữa các thiết bị.
Hoàng Đăng Hải, PGS.TSKH., TS. (1999), 
TSKH. (2003) tại Đại học Tổng hợp Kỹ 
thuật Ilmenau, CHLB Đức. Hiện công tác 
tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn 
thông. Lĩnh vực nghiên cứu: chất lượng 
dịch vụ, giao thức truyền thông, hiệu 
năng mạng, mạng và hệ thống thông 
tin, an ninh mạng, viễn thông
Nguyễn Cảnh Minh, nhận học vị Tiến 
sỹ năm 1997. Hiện công tác tại Trường 
Đại học Giao thông Vận tải. Lĩnh vực 
nghiên cứu chính: mạng di động thế hệ 
mới, công nghệ loT