Xây dựng hệ thống thử nghiệm đánh giá chất lượng vùng phủ sóng 3g

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ĐINH VĂN MẠNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÙNG PHỦ SÓNG 3G Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 Người hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG HOÀI BẮC TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 - 1 - MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Như chúng ta đã biết, việc kiểm tra chất lượng của mạng thông tin di động là nhu cầu và cũng là yêu cầu bắt buộc đối với các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động. Trong đó việc khảo sát chất lượng phủ sóng của mạng là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Nhưng hiện tại, để tiến hành việc khảo sát này đang cần đến việc sử dụng các máy móc chuyên dụng rất đắt tiền và mất rất nhiều nhân công cũng như thời gian di chuyển máy tới từng địa bàn để đo đạc, các kết quả đo đạc được mang tính tức thời, không thể hiện được cả quá trình khảo sát trong một thời gian dài. Bên cạnh đó, các thiết bị phục việc kiểm tra này chỉ được cung cấp bởi một vài hãng lớn như Sony Ericson, Motorola nhưng đều là các thiết bị rất đắt tiền, chỉ phù hợp cho đo kiểm tra chất lượng mạng lưới, không phù hợp với việc khảo sát đánh giá chất lượng phủ sóng diện rộng như đã nêu ở trên. 2. Mục đích nghiên cứu: Xuất phát từ các vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu xây dựng hệ thống thử nghiệm đánh giá chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động 3G là rất cần thiết. Mục tiêu của việc nghiên cứu đánh giá chất lượng, hiệu quả đầu tư xây dựng hệ thống tự động đo đạc thông số về mạng di động tại nhiều địa điểm khác nhau tại cùng một thời điểm và truyền kết quả về trung tâm. Nó cho phép khảo sát chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động nhanh chóng, chính xác, linh động và tiết kiệm. Là cơ sở để xây dựng, phát triển thêm các tính năng khác như kiểm tra chất lượng dịch vụ, các hệ thống đo đạc, điều khiển tương tự trong ngành viễn thông và các ngành công nghiệp khác. - 2 - Kết quả đề tài và tài liệu tham khải để các cơ quan quản lý, các doanh nghiệp viễn thông có định hướng phát triển và lựa chọn áp dụng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá về sự cần thiết của việc đánh giá chất lượng vùng phủ sóng - Nghiên cứu về việc thiết kế thiết bị thu thập thông tin mạng 3G - Nghiên cứu về mô hình thu thập dữ liệu qua mạng GPRS - Nghiên cứu việc thiết kế cơ sở dữ liệu và Web - Nghiên cứu đưa ra đánh giá dự kiến về hiệu quả đầu tư của dự án - Khuyến nghị về khả năng ứng dụng trên mạng thông tin di động ở Việt Nam Chương 1 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG MẠNG DI ĐỘNG 1.1. Sự cần thiết của việc đánh giá chất lượng vùng phủ 1.1.1. Khái niệm về vùng phủ Trong viễn thông, vùng phủ của một trạm vô tuyến có thể được hiểu là một vùng địa lý mà trạm có thể giao tiếp với các thiết bị thu/phát. Ta cũng có thể hiểu, vùng phủ là vùng mà tín hiệu vô tuyến có thể vươn tới. Vùng phủ của một trạm vô tuyến phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: địa hình, địa vật của tuyến truyền sóng (ví dụ như núi, tòa nhà…), kỹ thuật và tần số vô tuyến sử dụng. 1.1.2. Mối quan hệ giữa dung lượng, chất lượng và vùng phủ Dung lượng mạng vô tuyến trong các mạng di động tế bào có thể được hiểu là số lượng người dùng tại một thời điểm trong mỗi tế bào.Thông thường, dung lượng cung cấp tỉ lệ thuận với độ rộng băng tần sử dụng. Chính vì thế, với các hệ thống thông tin di động nói chung, độ rộng băng tần và sử dụng hiệu quả tài - 3 - nguyên băng thông là các vấn đề được quan tâm. Tuy nhiên, trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3, sử dụng băng tần lại không phải là vấn đề cần phải quan tâm hàng đầu. Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple Access) trong mạng này sử dụng kỹ thuật trải phổ cho phép nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến tại cùng một thời điểm để yêu cầu dịch vụ sẽ đảm bảo được hiệu quả sử dụng băng tần ngay cả khi phổ của mỗi tín hiệu được trải rộng hàng trăm lần trước khi đưa lên đường truyền. Người dùng còn được phục vụ chừng nào còn kênh lưu lượng ở trạm gốc. Mặt khác, hệ số tái sử dụng tần số trong các mạng CDMA bằng 1, có nghĩa là các trạm gốc gần nhau có thể sử dụng chung một tần số. Chính vì điều này mà các mạng CDMA được coi là có dung lượng cao hơn so với các mạng sử dụng công nghệ khác. Tuy nhiên, vấn đề này sinh trong các mạng 3G sử dụng công nghệ CDMA là sự ảnh hưởng của nhiễu đa người sử dụng (MUI - Multiple User Interference) hay còn được gọi là nhiễu đa truy cập (MAI - Multiple Access Interference). Nhiễu MAI làm tỉ số tín hiệu trên tạp âm giảm mạnh có thể làm cho máy thu không tách được tín hiệu của mình. Điều này đồng nghĩa với việc, khi dung lượng mạng tăng, tải mạng sẽ tăng nhưng mức nhiễu tăng lên, chính vì vậy mà chất lượng dịch vụ sẽ giảm.Để giảm nhiễu giao thoa chúng ta có thể hoặc là giảm số người sử dụng hoặc là giảm công suất phát của các trạm gốc. Với cách thứ nhất thì rõ ràng dung lượng mạng sẽ bị giảm. Cách thứ hai, ngoài việc làm giảm mức công suất thu được ở các máy thu và vì thế mà làm chất lượng cuộc gọi bị ảnh hưởng thì nó còn kéo theo vùng phủ của trạm gốc cũng bị thay đổi. Ngược lại, nếu muốn tăng độ rộng vùng phủ, thì để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên tạp âm trong ngưỡng cho phép (tức là đảm bảo chất lượng dịch vụ) ta buộc phải - 4 - giảm dung lượng mạng. Tùy theo từng điều kiện cụ thể mà ta có các giải pháp xử lý cho thật phù hợp. Qua việc phân tích trên ta nhận thấy rằng đánh giá chất lượng vùng phủ của một mạng di động là cần thiết. 1.2. Các thông số cơ bản đánh giá chất lượng vùng phủ và mạng. Chất lượng vùng phủ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mạng.Ngược lại, chất lượng mạng cũng phản ánh chất lượng vùng phủ.Vì vậy, để đánh giá chất lượng vùng phủ của mạng thông tin di động có thể xem xét thông qua các thông số sau. 1.2.1. Rxlev (Received signal level) Rxlev: là cường độ tín hiệu thu được tính theo dBm. Trong các hệ thống thông tin di động, Rxlev là mức công suất tín hiệu thu được tại UE (User Equipment) (hướng xuống) hoặc BTS (hướng lên). Rxlev là một tham số có thể được dùng để đánh giá vùng phủ của một trạm gốc cũng như đánh giá khả năng kết nối giữa(UE) và trạm gốc. Rxlev càng lớn thì mức thu càng tốt. Yêu cầu tối thiểu của Rxlev đối với một hệ thống di động mặt đất là -110 dBm, được chia thành 64 mức khác nhau từ 0 đến 63. Khi mức thu Rxlev < -110 dBm thì được quy về mức Rxlev = 0, còn khi mức thu Rxlev > -47 dBm sẽ được quy về mức Rxlev = 63. 1.2.2. RxQual (Receiver signal quality): RxQual là mức chất lượng tín hiệu thu được, được sử dụng để phản ánh chất lượng sóng vô tuyến và được thể hiện thông qua tỷ lệ lỗi bit BER. RxQual được chia thành 8 mức có giá trị từ 0 đến 7, mỗi mức tương ứng với một tỷ lệ lỗi bít trong nhóm lỗi. - 5 - 1.2.3. Tỷ số EC/I0 Trong các hệ thống thông tin trải phổ nói chung, hệ thống di động thế hệ 3 nói riêng, nhiễu MAI có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng đường truyền. Vì vậy, để đánh giá chất lượng đường truyền người ta thay thế tỷ số E b /N 0 bằng tỷ số E C /I 0 . E C /I 0 là tỷ số năng lượng chip trên mật độ phổ công suất nhiễu, đơn vị là dB. Tỷ số E C /I 0 được đo tại máy thu để xác định mức độ “sạch” của một tín hiệu. Đây là tham số quan trọng được sử dụng trong việc quyết định chuyển giao để nâng cao chất lượng đường truyền. Giá trị của E C /I 0 luôn thay đổi đối với bất kỳ hệ thống vô tuyến nào. Nếu mức E C /I 0 quá thấp thì không thể thực hiện được kết nối hoặc là bị rớt cuộc gọi ngay cả khi mức tín hiệu thu được là tốt. Trong các mạng vô tuyến nói chung, mạng di động 3G nói riêng, mức E C /I 0 >-10 dBm được coi là tốt. Tỷ số E C /I 0 phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động điều khiển công suất của mạng. Cụ thể, nếu điều khiển công suất tốt, MAI nhỏ thì I 0 nhỏ sẽ làm cho E C /I 0 tăng lên và ngược lại. Trong mạng thông tin di động 3G, người ta thường quan tâm là tỷ số E C /I 0 của kênh hoa tiêu (CPICH Ec/I 0 ) 1.2.4. Tỷ lệ chuyển giao cứng thành công (HHOSR - Hard Handover Success Ratio) Chuyển giao cứng là thủ tục chuyển giao mà tất cả các liên kết vô tuyến cũ kết nối đến UE được giải phóng trước khi một kết nối mới được thiết lập. - 6 - Chuyển giao cứng có thể được chia thành: chuyển giao cứng nội tần (Intra- ferquency Hard Handover) và chuyển giao cứng liên tần (Inter-frequency Hard Handover) a. Chuyển giao cứng nội tần (Intra- frequency Hard Handover): Liên kết vô tuyến cũ và liên kết vô tuyến mới sử dụng chung một tần số. Chuyển giao cứng nội tần chỉ sử dụng trong các điều kiện sau : - Không có giao diện I ur giữa nguồn và RNC (Radio Network Controller) mục tiêu. - UE đang sử dụng PS RAB (Packet Switching Radio Access Bearer) tại tốc độ lớn hơn ngưỡng đặt trước. b. Chuyển giao cứng liên tần (Inter-frequency Hard Handover) Trong chuyển giao cứng liên tần, các liên kết vô tuyến cũ và mới sử dụng các tần số khác nhau. Nó bao gồm các loại: - Chuyển giao dựa trên vùng phủ: UE có thể rời khỏi vùng phủ của tần số hiện tại trong khi di chuyển. Trong trường hợp này, RNC phải thực hiện việc chuyển giao liên tần để không bị rớt cuộc gọi. - Chuyển giao dựa vào tải: mục đích là để cân bằng bằng tải giữa các tần số của các cell. - Chuyển giao dựa trên tốc độ: Trong trường hợp này, hoạt động chuyển giao dựa trên thuật toán dự đoán tốc độ của HCS (Hierarchical Cell Structure). UE có tốc độ cao sẽ được chuyển giao đến cell có vùng phủ rộng để giảm tần số chuyển giao, UE có tốc độ thấp được chuyển tới cell có vùng phủ nhỏ hơn và dung lượng lớn hơn để tăng dung lượng hệ thống. - 7 - Để đánh giá chất lượng mạng người ta có thể đánh giá qua tham số HHOSR: Trong đó: - Intra-freq Hard HO là chuyển giao cứng nội tần - Inter-freq Hard HO là chuyển giao cứng liên tần Người ta cũng có thể đánh giá chất lượng mạng trực tiếp qua tỷ lệ chuyển giao cứng liên tần thành công Inter-Freq Handover Success Rate: 1.2.5. Tỷ lệ thành công chuyển giao cứng giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến (Inter-RAT Hard Handover Succes Rate - Inter-RAT Hard HO SR) Inter-RAT Hard Handover là thủ tục chuyển giao để chuyển kết nối UE từ công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT - Radio access technology) (ví dụ UTRAN) tới một công nghệ truy nhập vô tuyến khác (ví dụ GSM). RNC hỗ trợ cho cả chuyển giao từ GSM đến UTRAN và ngược lại trong cả miềm chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyển mạch gói (PS). Các loại và điều kiện chuyển giao từ UMTS đến GSM gồm: - Chuyển giao dựa vào vùng phủ: Khi CPICH EC/N0 hoặc CPICH RSCP (Received Signal Code Power) nhỏ hơn ngưỡng yêu cầu trong khi GSM có RSSI(Received signal strength indicator) lớn hơn mức ngưỡng đặt trước. - Chuyển giao dựa vào tải: Khi tải trong cell UMTS mà UE kết nối đến lớn hơn mức ngưỡng và lớn hơn của GSM, thêm vào đó, tất cả các dịch vụ của UE được hỗ trợ bởi GSM thì chuyển giao dựa trên tải từ UMTS đến GSM được thực hiện. - 8 - - Chuyển giao dựa trên dịch vụ: khi một dịch vụ được thiết lập, mạng lõi (CN - Core Network) yêu cầu chuyển giao dịch vụ tới GSM. Inter-RAT Hard HO SR được tính theo công thức: 1.2.6. Tỷ lệ chuyển giao mềm thành công (SHOSR - Soft Handover Success Ratio) Chuyển giao mềm và mềm hơn là thủ tục chuyển giao dựa trên nguyên tắc: tất cả các liên kết vô tuyến cũ được kết nối đến các UE được giải phóng sau khi một kết nối mới được thiết lập. Chuyển giao mềm và mềm hơn sử dụng nhiều kết nối từ một UE đến nhiều nút B. Danh sách các nút B tham gia kết nối với các UE trong trường hợp này được gọi là tập tích cực - “active set”. Thực chất của chuyển giao mềm và mềm hơn là một quá trình mà trong đó một ô (hay đoạn ô) hoặc được kết nạp hoặc bị loại ra khỏi tập tích cực. Chuyển giao mềm cũng có ảnh hưởng đến tỷ lệ rớt cuộc gọi. Tỷ lệ chuyển giao mềm thành công (SHOSR - Soft HandOver Success Rate) được tính theo công thức: 1.2.7. Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công (CSSR - Call Setup Success Rate) Quá trình thiết lập một cuộc gọi được thực hiện thông qua ba bước chính sau: - 9 - Non Access Stratum Establish RRC Connection Radio Access Bearer Hình 1.2. Quá trình thiết lập cuộc gọi Đầu tiên, UE phải truy nhập UTRAN và thiết lập một kết nối RRC (Radio Resource Control). Sau khi kết nối này được hoàn thành, các bản tin NAS (Non Access Stratum) được trao đổi giữa UE và mạng lõi (CN - Core Network), ví dụ như: yêu cầu dịch vụ, nhận thực, bảo mật…Cuối cùng là quá trình thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB: Radio Access Bearer)giữa CN và UE. Như vậy, tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công phụ thuộc vào cả tỷ lệ thành công thiết lập RRC và RAB và được tính theo công thức sau: Tùy vào loại hình dịch vụ tac có thể chia tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công làm hai loại chính: CS CSSR (Circuit Switching CSSR) và PS CSSR (Packet Switching CSSR). Trong CS CSSR lại có thể được chia thành CSV CSSR (đối với cuộc gọi thoại) và CSD CSSR (đối với cuộc gọi Video) 1.2.8. Tỷ lệ rớt cuộc gọi (CDR - Call Drop Rate) Tỷ lệ rớt cuộc gọi là một trong các đặc trưng của mạng vô tuyến. Rớt cuộc gọi là hiện tượng một cuộc gọi bị gián đoạn mà nguyên nhân không phải do các bên tham gia cuộc gọi gây nên. Cuộc gọi bị rớt có thể là do vùng phủ sóng, do nhiễu hoặc cũng có thể do thiếu tài nguyên. Số cuộc gọi bị rớt có thể được tính toán nhờ hệ thống hoặc cũng có thể dựa vào thử nghiệm truyền dẫn để xác định vị trí có vấn đề. [...]... tham số đánh giá chất lượng phủ sóng Đo tham số CPICH Ec/Io để đánh giá chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ cũng như để tối ưu mạng vô tuyến và định cỡ mạng lõi Kết quả cần đạt được là tối thiểu 97% số mẫu đo có giá trị CPICH Ec/Io ≥–12dB 2.1.2 Các tham số miền chuyển mạch kênh Tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh Đo tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh để đánh giá chất lượng. .. trì hệ thống thấp hơn rất nhiều lần so với SMS - Tốc độ nhanh, dung lượng thông tin cho phép truyền tải lớn - Độ tin cậy cao - Chủ động được trạng thái đường truyền - Tương thích với nhiều mô hình ứng dụng, từ đơn giản đến phức tạp - 20 - ĐÁNH GIÁ VIỆC THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Sau quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị tự động khảo sát chất lượng. .. động 3G Sau đó thông tin này sẽ được đưa vào các trường trong cơ sở dữ liệu để có thể quản lý và hiển thị 3 Kết quả thử nghiệm quản lý trên website Website là thành phần được xây dựng sau cùng Nó giúp người quản lý có cái nhìn trực quan đối với hệ thống và có thể dễ dàng nắm bắt được các thông số mà bộ công cự tự động thu thập chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động 3G gửi về Phần mềm website được xây. .. vụ nào khác) là mức hài lòng của khách hàng đối với dịch vụ Do vậy, nhà vận hành mạng cần phải đo kiểm /đánh giá được chất lượng mạng theo cảm nhận của khách hàng Để việc đo kiểm đánh giá đúng chất lượng mạng di động, chất lượng dịch vụ cũng như tối ưu mạng và định cỡ mạng lõi, các nhà mạng phải đánh giá và đưa ra các quy trình đo kiểm (mục tiêu, các bài đo, thiết bị đo, điều kiện đo, phương pháp, kết... miền chuyển mạch kênh để đánh giá chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ cũng như để tối ưu mạng vô tuyến và định cỡ mạng lõi Kết quả cần đạt được là tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi thoại trong miền chuyển mạch kênh: CSD_Aceess_Failure_Rate ≤ 2% Tỷ lệ rơi cuộc gọi dữ liệu miền chuyển mạch kênh Đo tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh để đánh giá chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ cũng như để... thông số về chất lượng phủ sóng cần khảo sát đối với một mạng thông tin di động Qua quá trình nghiên cứu và phân tích nhóm tác giả đã lựa chọn một số các thông số quan trọng để khảo sát Các thông số được đề cập đến trong nội dung của chương 1 Thiết kế chế tạo thử nghiệm các thiết bị định vị, đo đạc khảo sát các thông số cơ bản về chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động Thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết... thập và thống kê một số thông số khảo sát mà thiết bị bên dưới thu thập và gửi lên Phần mềm đã hiển thị tốt kết quả các thông số được đo đạc và được lưu trong cơ sở dữ liệu để tiện việc quản lý Bộ công cụ thử nghiệm tự động khảo sát chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động 3G đã thực hiện việc thu thập thông số từ mạng thông tin di động 3G và truyền thông tin về trung tâm và được lưu trữ bởi hệ thống. .. kênh để đánh giá chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ cũng như để tối ưu mạng vô tuyến và định cỡ mạng lõi Kết quả cần đạt được là tỷ lệ lỗi chuyển giao của cuộc gọi thoại trong miền chuyển mạch kênh: SoftHandoverFailureRate ≤ 2% 2.1.3 Các tham số miền chuyển mạch gói Tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi dữ liệu miền chuyển mạch gói Đo tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh để đánh giá chất lượng. .. lượng phủ sóng mạng thông tin di động 3G được đưa vào thử nghiệm trong thực tế và thu được kết quả trình bày trong báo cáo Thiết bị sử dụng 2 anten ngoài có nam châm thuận tiện cho việc gắn lên mui xe khi di chuyển hoặc gắn vào những vật có từ tính 1 Kết quả thử nghiệm thiết bị Thiết bị sau lắp ráp được chạy thử và hiệu chỉnh các tính năng để đảm bảo thiết bị hoạt động đúng theo đề cương đã được xây dựng. .. thu thập được phần TCP server được xây dựng trên máy tính và được thử nghiệm kết hợp với thiết bị đặt tại hiện trường 2 Kết quả thử nghiệm kết nối với phần mềm TCP Server Trong thực tế có nhiều sự lựa chọn về công cụ để xây dựng chương trình ứng dụng, tuy nhiên công cụ Microsoft Winsock Control được lựa chọn do các nguyên nhân sau: - Độ tin cậy cao - Dễ dàng xây dựng ứng dụng dựa trên các công cụ của . cứu xây dựng hệ thống thử nghiệm đánh giá chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động 3G là rất cần thiết. Mục tiêu của việc nghiên cứu đánh giá chất lượng, . rằng đánh giá chất lượng vùng phủ của một mạng di động là cần thiết. 1.2. Các thông số cơ bản đánh giá chất lượng vùng phủ và mạng. Chất lượng vùng phủ