Các nhà cung cấp dịch vụ này đang triển khai rất nhiều biện pháp nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, trong số đó là hoạt động tối ưu vùng phủ sóng mạng 3G WCDMA, đây chính là lý do tôi chọ
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-
Ngô Quang Long
TỐI ƯU VÙNG PHỦ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn Thông
Mã số: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội, 2014
Trang 2
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN MINH DÂN
Phản biện 1: PGS.TS TRẦN HỒNG QUÂN
Phản biện 2: TS ĐẶNG ĐÌNH TRANG
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam tính đến thời điểm hiện nay đang có
3 nhà mạng viễn thông lớn nhất triển khai và cung cấp các dịch vụ trên mạng thông tin di động 3G đó là Vinaphone, Mobifone, Viettel Các nhà cung cấp dịch vụ này đang triển khai rất nhiều biện pháp nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, trong số đó là hoạt động tối ưu vùng phủ sóng mạng 3G WCDMA, đây chính là lý do tôi chọn đề tài
“Tối ưu vùng phủ mạng thông tin di động 3G WCDMA”
Chương I giới thiệu tổng quan về mạng thông tin di động 3G WCDMA bao gồm các kiến trúc mạng với các phiên bản ngày càng hiện đại hơn, cấu trúc phân chia địa
lý của vùng mạng di động Chương II đi vào tìm hiểu các
kỹ thuật cơ bản trong mạng, giao diện vô tuyến và các kênh mà mạng 3G WCDMA sử dụng Chương III sẽ trình bày hoạt động tối ưu vùng phủ sóng mạng 3G WCDMA thực tế, từ quy trình đo kiểm driving test, các chỉ tiêu KPIs của mạng đến những biện pháp từ thực tế để nâng cao chất lượng vùng phủ sóng
Trang 4CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG
3G WCDMA UMTS 1.1 Giơ ́ i thiê ̣u chương
Chương này mô tả kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di động 3G, nêu ra các kiến trúc mạng 3G WCDMA với các phiên bản R3, R4, R5, R6, cấu hình địa
lý của mạng
1.2 Kiến trúc của một hệ thống thông tin di động 3G
Hình 1.1 Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp
cả CS và PS
Mạng thông tin di động 3G là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói
Trang 51.3 Các loại lưu lượng và dịch vụ 3G WCDMA
QoS ở W-CDMA được phân loại như sau:
Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác
yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng hạn, video call)
Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi
dịch vụ luồng với trễ nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: xem phim, )
Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một
thời gian nhất định và tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, game online, bản đồ tìm địa chỉ…)
Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực
nhất được thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống các file ảnh, nhạc chuông…)
1.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3
Hình 1.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3
Trang 61.4.1 Thiết bị người sử dụng (UE)
UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng)
là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng
1.4.1.1 Các đầu cuối (TE)
1.4.1.2 Thẻ IC UMTS (UICC)
1.4.1.3 Thẻ SIM UMTS (USIM)
1.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
WCDMA bao gồm RAN (Radio Access Network : mạng truy nhập vô tuyến) và CN (Core Network : mạng lõi) RAN sẽ xử lý tất cả các chức năng về mặt vô tuyến trong khi CN xử lý các kết nối cuộc gọi thoại và số liệu trong hệ thống WCDMA, đồng thời thực hiện chức năng định tuyến và chuyển mạch với các mạng ngoài
1.4.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)
RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm
và điều khiển tải nguyên cho một hay nhiều trạm gốc, bảo
vệ sự bí mật và toàn vẹn Xét về vai trò logic có RNC phục vụ (Serving-RNC), RNC trôi (Drift-RNC)
1.4.2.2 Nút B
Trạm gốc trong UMTS được gọi là NodeB có nhiệm vụ thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nút B nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến
Trang 71.4.3 Mạng lõi
1.4.3.1 Node hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN)
SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao 1.4.3.2 Node hỗ trợ GPRS cổng (GGSN)
Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí
1.4.3.7 Môi trường nhà (HE)
HE lưu các hồ sơ thuê bao của nhà khai thác mạng Bao gồm có :
Bộ ghi định vị thường trú (HLR) : có nhiệm vụ quản lý thuê bao di động
Trung tâm nhận thực (AuC) : nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng
Trang 8Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) : chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế
1.4.3.8 Các mạng ngoài
1.4.3.9 Các giao diện
Bao gồm có giao diện Cu, Uu, Iu, Iur, Iub
1.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4
Trong phiên bản R4, SGSN và GGSN của miền chuyển mạch gói vẫn không thay đổi và có thêm các giao diện ngoài Để đáp ứng cho yêu cầu phát triển của mạng toàn IP, các thành phần của miền chuyển mạch kênh CS trong phiên bản R4 có cải tiến là MSC được chia làm hai phần khác nhau : MSC Server (chỉ xử lý phần báo hiệu) và CS-MGW (Circuit Switched Media Gateway : cổng phương tiện chuyển mạch kênh – xử lý dữ liệu thuê bao), tương tự thì GMSC cũng được chia thành GMSC Server
và MGW
1.6 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6
Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP
1.7 Cấu hình địa lý của hệ thống thông tin di động 3G
1.7.1 Phân chia theo vùng mạng
Trang 9Mỗi vùng mạng di động 3G được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN, do đó tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến qua một trong hai tổng đài cổng này
1.7.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN
Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR, hay SGSN Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN
1.7.3 Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến
Vùng định vị (hay vùng định tuyến) là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản
lý vị trí này
1.7.4 Phân chia theo ô
Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu.Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code)
1.7.5 Mẫu ô
Bao gồm 2 kiểu mẫu ô là : ô phân đoạn (sectorized)
và ô vô hương ngang (omnidirectional)
1.7.6 Tổng kết phân chia vùng địa lý trong hệ thống thông tin di động 3G
Trang 101.8 Lộ trình phát triển thông tin di động lên thế hệ thứ tư 4G
Theo dự kiến của Cục Tần Số Vô Tuyến Điện thì sớm nhất sau 2015, 4G mới được triển khai tại Việt Nam, khi ấy người dùng có thể sử dụng dịch vụ trên nền mạng 4G với tốc độ từ 100 Mbps tới 1Gbps
1.9 Kết luận chương
Hệ thống thông tin di động 3G WCDMA đang triển khai tại Việt Nam hiện nay được tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật của GSM Hiện tại các nhà khai thác mạng vẫn đang triển khai đồng thời các dịch vụ trên nền tảng GSM và 3G WCDMA Kiến trúc mạng thông tin di động càng về sau càng phức tạp hơn, có nhiều thành phần hơn và đòi hỏi các thiết bị trong đó phải có khả năng xử lý nhanh hơn
Trang 11CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN VÀ KÊNH VÔ TUYẾN CỦA 3G WCDMA
Chương này trình bày các kỹ thuật cơ bản sử dụng trong 3G WCDMA, cùng với các kênh vô tuyến của mạng
N là công suất nhiễu trung bình [W]
Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý
Trang 122.1.2 Các mã trải phổ
WCDMA sử dụng hai loại mã trải phổ là mã ngẫu nhiên và mã hoá kênh Mỗi mã đều có đặc trưng là trực giao
2.1.2.1 Mã ngẫu nhiên
Mã ngẫu nhiên (Scramble code) có độ dài cố định
là 38.400 chip được sử dụng trong khác khung dữ liệu 10ms Mã này được dùng ở cả hai hướng đường lên và đường xuống
2.1.2.2 Mã định kênh
Mã định kênh sử dụng ở giao diện vô tuyến được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật hệ số trải phổ khả biến trực giao OSVF Tín hiệu sau khi được mã hoá định kênh sẽ có tốc độ được tính theo “chip”, và tốc độ của nó sẽ là 3.840 Mchip
2.2 Điều khiển công suất
Các máy đầu cuối phải được điều khiển công suất phát sao cho công suất thu của chúng tại trạm gốc không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng với trạm gốc, và làm giảm nhiễu giữa các mobile với nhau
2.2.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)
OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên Trong quá trình điều khiển công suất, UE xác
Trang 13định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo đạc mức công suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BTS ở đường xuống Sau đó, UE điều chỉnh mức công suất truyền dẫn theo hướng tỷ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu được Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mức công suất phát của UE (P_trx) càng nhỏ
2.2.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC)
Trong CLPC, NodeB điều khiển UE tăng hoặc giảm công suất phát Quyết định tăng hoặc giảm công suất phụ thuộc vào mức tín hiệu thu SNR tại NodeB Khi NodeB thu tín hiệu từ UE, nó so sánh mức tín hiệu thu với một mức ngưỡng cho trước Nếu mức tín hiệu thu được vượt quá mức ngưỡng cho phép, NodeB sẽ gửi lệnh điều khiển công suất phát tới UE để giảm mức công suất phát của UE Nếu mức tín hiệu thu được nhỏ hơn mức ngưỡng, NodeB sẽ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát
2.3 Chuyển giao
Quá trình chuyển đổi từ một trạm phát sóng này sang một trạm phát sóng khác được gọi chung là chuyển giao Trong WCDMA có thể chia chuyển giao thành các loại như sau:
Trang 14 Chuyển giao trong cùng một hệ thống: system HO): được chia làm 2 loại nhỏ sau:
(Intra- Chuyển giao cùng tần số (Intra-frequency HO):
là chuyển giao xuất hiện giữa các cell sử dụng cùng một tần số Loại chuyển giao được sử dụng ở đây thường là chuyển giao mềm và mềm hơn
Chuyển giao khác tần số (Inter- frequency HO): xảy ra giữa các cell sử dụng tần số khác nhau Chuyển giao này thường là chuyển giao cứng
Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter-system HO): xuất hiện giữa các cell thuộc hai công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau Chuyển giao này chỉ có thể là chuyển giao cứng
Với mỗi loại hình chuyển giao có cơ chế chuyển giao, thuật toán chuyển giao riêng Xét về thủ tục có thể chia chuyển giao thành các loại như sau:
2.3.1 Chuyển giao cứng (HHO- Hard Handover)
Chuyển giao cứng là một loại thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập
Trang 152.3.2 Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn(Softer HO)
Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều cell ( đối với
cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc về các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mạng vô tuyến (intra-RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (inter-RNC)
Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, một máy
di động được điều khiển bởi ít nhất 2 sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xảy ra trong một tần số sóng mang, do đó chúng là các quá trình chuyển giao trong cùng tần số
2.4 Kiến trúc của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD
Giao diện vô tuyến được chia thành 3 lớp gồm có :
Lớp vật lý (L1)
Lớp liên kết số liệu ( L2)
Lớp mạng ( L3)
2.5 Các kênh của WCDMA
Trong UMTS có 3 loại kênh sau đây :
Kênh logic : định nghĩa loại thông tin được truyền
đi
Trang 16 Kênh truyền tải : mỗi kênh truyền tải này được
mô bởi cách và đặc tính nào của dữ liệu được truyền qua giao diện vô tuyến
Kênh vật lý : cung cấp truyền số liệu trên giao
diện vô tuyến, bao gồm các bit và ký hiệu vật lý (các tín hiệu điện), theo đó trong UMTS thì 1 tần số
cụ thể là tập hợp của các mã và pha
2.6 Kết luận chương
Để phục vụ tốt cho tối ưu, luận văn đã trình bày nền tảng kiến thức về các kỹ thuật cơ bản, bao gồm có trải phổ, điều khiển công suất, chuyển giao, các kênh vô tuyến của 3G WCDMA (kênh vật lý, logic, truyền tải), như vậy trong quá trính tối ưu sử dụng các phần mềm đo kiểm (ví dụ như TEMS) sẽ dễ dàng phát hiện được các lỗi ban đầu ngay tại hiện trường driving test
Trang 17CHƯƠNG 3 TỐI ƯU VÙNG PHỦ MẠNG 3G
WCDMA UMTS 3.1 Giới thiệu chương
Vùng phủ sóng của mạng thông tin di động thế hệ 3
là phần diện tích không gian mà ở đó các thuê bao sử dụng được các dịch vụ mà nhà mạng cung cấp trên nền công nghệ 3G WCDMA, trong đó các thuê bao có thể đứng tại
1 vị trí hoặc di chuyển mà vẫn sử dụng tốt các dịch vụ được cung cấp (bao gồm voice, data, multimedia…)
Tối ưu hóa vùng phủ sóng là hoạt động thực hiện rất nhiều các biện pháp khác nhau (sửa lỗi thiết bị phần cứng, căn chỉnh góc ngẩng anten, thiết kế trạm hợp lý hơn, tối ưu quan hệ giữa các neighbor NodeB….) dựa trên kiến thức cơ bản và kinh nghiệm thực tế nhằm đưa chất lượng phục vụ của mạng lên tốt nhất có thể, chất lượng này dựa theo các thông số đánh giá chất lượng KPI, thông số đánh giá vùng phủ (RSCP, tỉ số Ec/No)
3.2 Các thông số đánh giá vùng phủ sóng 3G WCDMA
KPI (Key Performance Indicators): các chỉ số thể
hiện chất lượng mạng, là chỉ số làm tiêu chí đánh giá mạng di động tốt hay tồi Các KPI được chia làm 2 loại phục vụ cho các đối tượng khác nhau:
Trang 18- KPI dành cho nhà quản lý : bao gồm 15 KPI chia làm
2 nhóm:
Nhóm KPI đánh giá Traffic & Resouce: Gồm 4 chỉ tiêu là Voice Traffic, Video Call Traffic, PS Traffic, DL Load
Nhóm KPI đánh giá Performance: Gồm 11 chỉ tiêu là P1SR, RAB CR, CSSR, CS CDR,
PS CDR, SHOSR, HHOSR, CS InRAT HOSR, PS InRAT HOSR, HSDPA Throughput, HSUPA Throughput
- KPI dành cho đo kiểm: bao gồm 17 KPI chia làm 2
nhóm:
Nhóm KPI đánh giá vùng phủ: Gồm 2 chỉ tiêu là RSCP, Ec/No
Nhóm KPI đánh giá Performance: Gồm 15 chỉ tiêu là CSSR, V-CSSR PDP Activation Success Rate, CDR, V-CDR, SHOSR, IFHOSR, IRHOSR, LUSR, R99 Avg Throughput DL&UL, HSPA Avg Throughput DL&UL, AMR Access Delay
