NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO GIỮA VÙNG PHỦ SÓNG 2G/3G

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO GIỮA VÙNG PHỦ SÓNG 2G/3G

Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam Công ty Thông tin di động ********* Đề tài NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO GIỮA VÙNG PHỦ SÓNG 2G/3G Hà Nội, tháng năm 2010 - 1 - Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam Công ty Thông tin di động ********* NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO GIỮA VÙNG PHỦ SÓNG 2G, 3G Mã số: 007-2009-TĐ-RDP-VT-04 - 2 - Chủ trì đề tài: TS. Lê Ngọc Minh Giám đốc Công ty VMS Đơn vị phối hợp: Phòng CN-PTM Hà Nội, tháng năm 2010 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6 CHƯƠNG I 9 TỔNG QUAN MẠNG GSM-UMTS 9 I.Cấu trúc và công nghệ mạng 3G-WCDMA 9 1. Cấu trúc cơ bản của mạng 3G 9 2. Cấu trúc mạng GSM/UMTS triển khai trên mạng Mobifone 11 CHƯƠNG II 14 CÁC NGỮ CẢNH CHUYỂN GIAO GIỮA MẠNG 2G/3G 14 I.Tổng quan về quá trình chuyển giao 14 1. Khái niệm 14 2. Phân loại quá trình chuyển giao 14 II.Các ngữ cảnh chuyển giao giữa mạng 2G và 3G 17 1. Các ngữ cảnh chuyển giao giữa mạng 2G và mạng 3G 17 2. Lược đồ chuyển giao giữa mạng 2G, 3G 19 3. Nguyên tắc thiết kế chuyển giao giữa mạng 2G-3G 20 4. Vai trò của mạng truy nhập vô tuyến RAN trong quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G 20 5. Vai trò của mạng lõi trong quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G 20 CHƯƠNG III 22 THAM SỐ LỰA CHỌN LẠI CELL KHI THUÊ BAO Ở CHẾ ĐỘ RỖI 22 I.Khái niệm 22 II.Thủ tục lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi 22 1. Ưu tiên lựa chọn lại cell giữa các hệ thống khi thuê bao ở chế độ rỗi 22 2. Kế hoạch của nhà cung cấp dịch vụ - Ưu tiên thuê bao đồn trú ở chế độ rỗi 22 3. Thủ tục lựa chọn lại cell 23 4. Nguyên tắc cài đặt tham số để tránh hiện tượng ping-pong 25 III.Các tham số lựa chọn lại cell giữa mạng 2G, 3G 26 - 3 - 1. Cell reselection từ WCDMA sang GSM 29 2. Cell reselection từ GSM sang WCDMA 32 3. Đề xuất cài đặt các tham số Cell Reselection giữa 2G, 3G 34 4. Cell Reselection với HCS (Hierachical Cell Structure) 35 5. Bảng đề xuất cài đặt tham số của các nhà cung cấp thiết bị 38 Chương IV 42 THAM SỐ CHUYỂN GIAO TRONG VÙNG PHỦ SÓNG 2G/3G 42 I.Chu trình chuyển giao giữa mạng 2G, 3G 42 1. Khái niệm 42 2. Thủ tục chuyển giao liên mạng 2G, 3G 42 3. Lược đồ kết nối quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G 43 4. Nguyên tắc chuyển giao liên mạng 2G, 3G 45 5. Luồng báo hiệu trong thủ tục chuyển giao giữa mạng 2G,3G 45 II.Các tham số cài đặt cho quá trình chuyển giao 2G, 3G 47 1. Điều khiển các bản tin đo đạc 47 2. Điều khiển bản tin đo đạc Inter-RAT 49 3. Các tham số cài đặt trong phép đo chuyển giao từ WCDMA sang GSM 50 4. Các tham số cài đặt trong phép đo chuyển giao từ GSM sang WCDMA 60 5. Các tham số Inter-RAT handover 62 6. Bảng đề xuất cài đặt tham số của các nhà cung cấp thiết bị 63 CHƯƠNG V 68 KHUYẾN NGHỊ CÀI ĐẶT THAM SỐ CHUYỂN GIAO 2G, 3G TRÊN MẠNG MOBIFONE 68 I.Khuyến nghị cài đặt tham số chuyển giao liên mạng 2G/ 3G – Mobifone 68 1. Các tính năng phần core cho chuyển giao GSM-UMTS 68 2. Các tính năng phần radio cho chuyển giao GSM-UMTS 69 II.Kết quả bước đầu khi triển khai 3G trên mạng Mobifone 71 1. Vùng phủ sóng 3G mạng Mobifone pha 1 71 2. Thống kê tình hình mạng 2G/3G – Mobifone giai đoạn đầu triển khai 3G 72 3. Kết quả đo drive test 72 4. Thống kê chất lượng mạng 3G 74 75 CÁC TỪ VIẾT TẮT 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 - 4 - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc mạng 3G trong tổng thể mạng TTDĐ 10 Hình 2: Cấu hình phát triển song song cả mạng 2.5G và 3G tối ưu 12 Hình 3: Cấu hình mạng lưới khi triển khai 3G giai đoạn đầu 13 Hình 4 Quá trình hard handover 15 Hình 5 Quá trình Soft Handover 16 Hình 6 Quá trình Soft & Softer Handover 17 Hình 7 Chuyển giao từ mạng GSM sang WCDMA khi mạng GSM quá tải 19 Hình 8 Chuyển giao để san tải và mở rộng vùng phủ 19 Hình 9 Chuyển giao để san tải và mở rộng vùng phủ 20 Hình 10 Lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi 22 Hình 11 Lược đồ lựa chọn lại cell 2G/3G khi thuê bao ở chế độ rỗi 23 Hình 12 Thủ tục lựa chọn lại cell 25 Hình 13 Lược đồ mô tả cài đặt tham số lựa chọn lại cell để tránh ping-pong 26 Hình 14 Lược đồ thủ tục lựa chọn lại cell từ 3G sang 2G 30 Hình 15 Lược đồ thủ tục lựa chọn lại cell từ 2G sang 3G 32 Hình 16 Thủ tục chuyển giao liên mạng 2G, 3G 43 Hình 17 Mô hình mạng kết hợp hỗ trợ chuyển giao liên mạng 2G, 3G 43 Hình 18 Bước chuẩn bị cho thủ tục chuyển giao giữa mạng 2G, 3G 43 Hình 19 Cấp phát tài nguyên 44 Hình 20 Thực thi quá trình chuyển giao 44 Hình 21 Nguyên tắc chuyển giao liên mạng 45 Hình 22 Vùng phủ sóng 3G mạng Mobifone giai đoạn 1 71 Hình 23 Vùng phủ sóng 3G (RSCP) 72 Hình 24 Tỷ lệ năng lượng trên nhiễu (Ec/No) 73 Hình 25 Thống kê thành phần mạng 3G 74 - 5 - Hình 26 Thống kê lưu lượng mạng 3G 75 Hình 27 Tỷ lệ thành công thiết lập cuộc gọi 3G 76 Hình 28 Tỷ lệ rớt cuộc gọi 3G 76 Hình 29 Tỷ lệ thành công chuyển giao liên mạng 2G/3G 77 LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn bắt đầu triển khai cung cấp dịch vụ mạng 3G UMTS, vùng phủ mạng 3G có thể bị giới hạn bởi nhiều yếu tố (số lượng trạm, tần số máy thu phát …). Do đó, việc cung cấp các dịch vụ mạng liên tục và xuyên suốt giữa vùng phủ sóng 3G và 2G có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự thành công của mạng 3G. Việc chuyển giao giữa UMTS và GSM cho phép sử dụng vùng phủ của mạng 2G hiện có để đảm bảo tính xuyên suốt và liên tục này. Với các nhà cung cấp dịch vụ di động trên toàn thế giới, ngay cả khi đã triển khai thiết bị mạng 3G rộng khắp (như VodaFone, Orange, Telstra …) cho đến các nhà cung cấp mới triển khai lắp đặt thiết bị mạng 3G (China Unicom), vấn đề chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G luôn được đặt lên như một trong những ưu tiên hàng đầu để đảm bảo chất lượng dịch vụ, đáp ứng yêu cầu của khách hàng. Tại Việt Nam, các giấy phép cung cấp dịch vụ mạng UMTS mới được cấp và các nhà cung cấp đang bắt tay thiết lập mạng lưới 3G. Vấn đề sử dụng lại cơ sở hạ tầng - 6 - được đặt ra như một ưu tiên quan trọng, đặc biệt đối với các nhà mạng có số lượng trạm BTS 2G lớn (Vinaphone, MobiFone, Viettel). Khi sử dụng chung cơ sở hạ tầng với các trạm 2G, do đặc thù về tần số, công suất máy thu phát và các vấn đề liên quan đến nhiễu của mạng 3G/UMTS, có thể nhận thấy vùng phủ của các trạm 3G phần lớn sẽ nhỏ hơn vùng phủ của trạm 2G hiện tại. Đặc biệt trong bối cảnh số lượng trạm 3G lắp đặt trong giai đoạn đầu không nhiều, các “lỗ hổng” trong vùng phủ sóng 3G sẽ rất nhiều, và vấn đề chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G được đặt ra như một yêu cầu tất yếu. Tối ưu hóa các tham số chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G sẽ đảm bảo tính xuyên suốt và liên tục khi khách hàng sử dụng các dịch vụ mạng 2G/3G, đảm bảo hiệu quả khai thác, sử dụng thiết bị mạng lưới, đồng thời thực hiện đúng cam kết của các doanh nghiệp di động với MIC khi tham dự thi tuyển giấy phép 3G về vấn đề vùng phủ và chất lượng mạng 3G. Trong các gói thầu triển khai với các nhà cung cấp thiết bị (tại VNP và VMS), yêu cầu đảm bảo khả năng interworking giữa hệ thống mạng 3G với mạng 2G hiện tại là một trong những yêu cầu tiên quyết. Mục tiêu của đề tài bao gồm: - Nghiên cứu các ngữ cảnh chuyển giao giữa mạng 2G và mạng 3G: theo vùng phủ, theo tải, theo dịch vụ, theo độ ưu tiên … - Nghiên cứu các tham số lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi chuyển qua lại giữa các vùng phủ sóng 2G và 3G, bao gồm cả việc nhận thực và khởi tạo lại kết nối. - Nghiên cứu các tham số chuyển giao khi thuê bao đang liên lạc chuyển qua lại giữa các vùng phủ sóng 2G và 3G, bao gồm chuyển giao miền CS và miền PS cũng như khi chuyển giao kết hợp giữa các miền CS và PS. - Nghiên cứu các tham số chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G liên quan đến hệ thống của các nhà cung cấp thiết bị Alcatel, Ericsson, Huawei, Nokia Siemens. Nghiên cứu khả năng hoạt động liên mạng 2G- - 7 - 3G, sự khác biệt giữa các tham số chuyển giao của các nhà cung cấp khác nhau. - Thiết lập hệ thống tham số, thủ tục tối ưu hóa các tham số chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G để ứng dụng, triển khai trên mạng MobiFone trong giai đoạn đầu cung cấp dịch vụ mạng 3G. Đề tài gồm 5 phần chính: 1. Chương I: Tổng quan mạng GSM/UMTS. 2. Chương II: Các ngữ cảnh chuyển giao giữa mạng 2G/3G 3. Chương III: Tham số lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi 4. Chương IV: Tham số chuyển giao trong vùng phủ sóng 2G/3G 5. Chương V: Khuyến nghị cài đặt tham số chuyển giao 2G/3G trên mạng Mobifone. Do thời gian có hạn, đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy nhóm nghiên cứu rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp để hoàn thiện hơn nữa. Xin chân thành cảm ơn. - 8 - CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG GSM-UMTS I. Cấu trúc và công nghệ mạng 3G-WCDMA 1. Cấu trúc cơ bản của mạng 3G 1.1. Tổng quan về mạng 3G: Công nghệ 3G theo tiêu chuẩn WCDMA là công nghệ mới - Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng thông rộng: - Dải tần hoạt động: 1920 – 1980 MHz cho hướng Uplink và 2110 – 2170 MHz cho hướng downlink. - Chế độ truyền: truyền song công phân chia theo tần số (FDD). Mỗi kênh vô tuyến có độ rộng: 5 MHz. - Các thuê bao phân biệt bởi các mã khác nhau. - Thu và phát tín hiệu liên tục. - Thiết kế mạng trên cơ sở thiết kế mã, sử dụng chung tần số. - Không cần thiết kế tần số. - Cần thiết kế cho chuyển giao cell lân cận, quy hoạch mã scrambling code. - 9 - 1.2 Cấu trúc cơ bản của mạng 3G: Mạng 3G ra đời nhằm mục đích cải thiện đáng kể về tốc độ truyền dữ liệu. Nó không chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu chuyển mạch kênh mà còn hỗ trợ các dịch vụ truyền dữ liệu chuyển mạch gói với tốc độ cao, đồng thời cung cấp các dịch vụ đa dạng và chất lượng hơn, đáp ứng nhu cầu giải trí và kinh doanh ngày càng cao của người dân.  Ưu điểm của mạng 3G: - Hỗ trợ tốc độ truyền cao hơn. - Các dịch vụ đa dạng và phong phú hơn. - Chất lượng thoại tốt hơn. - Dung lượng mạng được mở rộng hơn. - Chi phí được giảm thiểu. - Chế độ bảo mật tốt hơn. - Hiệu quả sử dụng tần số cao. - Tốc độ truyền tối đa đối với công nghệ HSDPA lên tới 14.4 Mbps (hướng downlink) - Dễ dàng chuyển đổi giữa 3G và 2G. Hình 1: Cấu trúc mạng 3G trong tổng thể mạng TTDĐ - 10 - UMTS/GSM Network GMSC GMSC HLR HLR EIR EIR AUC AUC SCF SCF SMS- IWMSC SMS- IWMSC AN CN External Networks UE D MSC MSC E, G SMS- GMSC SMS- GMSC MSC MSCBSC BTS Um SIM SIM MT MT Abis A ISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN: -Intranet -Extranet -Internet BSS Note: Not all interfaces shown and named F Gr GGSN GGSN Gd, Gp, Gn+ SGSN SGSN SGSN SGSN Gb Gf Gn+ H RNC BS Uu Iur USI M USI M M E M E RNC BS Uu USI M USI M M E M E Iub Iub Iu Cu Cu RNS RNS UTRAN MGW MGW [...]... mạng 3G sẽ hỗ trợ các dịch vụ liên quan đến chuyển mạch gói, dữ liệu tốc độ cao và các dịch vụ đa phương tiện - 18 - 2 Lược đồ chuyển giao giữa mạng 2G, 3G Hình 7 Chuyển giao từ mạng GSM sang WCDMA khi mạng GSM quá tải Hình 8 Chuyển giao để san tải và mở rộng vùng phủ - 19 - Hình 9 Chuyển giao để san tải và mở rộng vùng phủ 3 Nguyên tắc thiết kế chuyển giao giữa mạng 2G-3G • Giảm thiểu các thay đổi ảnh... di chuyển giữa các cell • Trong hệ thống WCDMA, chuyển giao được phân loại thành chuyển giao mềm và chuyển giao cứng 2 Phân loại quá trình chuyển giao Hệ thống WCDMA hỗ trợ đa kỹ thuật chuyển giao, cụ thể : • Intra-system Handover (HO) là quá trình chuyển giao xảy ra trong nội bộ hệ thống WCDMA bao gồm:  Intra-frequency HO: xảy ra giữa các cell có cùng sóng mang WCDMA  Inter-frequency HO: xảy ra giữa. .. Đề xuất cài đặt các tham số Cell Reselection giữa 2G, 3G • Kịch bản Q-1: “Edge của vùng phủ 3G”: vùng biên của 3G PLMN - 34 - • Kịch bản Q-2: Vùng phủ 3G nằm bên trong”: Trường hợp này bao gồm 2 điều kiện, vùng phủ 3G Outdoor là liên tục nhưng:  Vùng phủ 3G Indoor kém  Có nhiều lỗ hổng bên trong vùng phủ 3G Các giả định dưới đây được làm cho các trường hợp định nghĩa trên: Vùng phủ 2G được xem xét... khiển các bản tin đo đạc cell hàng xóm giữa các hệ thống Tiến hành các thuật toán quyết định chuyển giao giữa các hệ thống Khởi tạo quá trình chuyển giao 2G,3G Cấp phát tài nguyên chuyển mã khi kết nối được phục vụ bởi GSM BSS 5 Vai trò của mạng lõi trong quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G • Tiến hành các thủ tục truy nhập mạng kết nối hệ thống mạng 2G và 3G • Định tuyến các báo hiệu chuyển giao. .. để tiến hành chuyển giao giữa mạng 2G và 3G là để san tải cho nhau Ví dụ, dung lượng mạng 2G vượt quá giá trị mức ngưỡng cho phép, một số lượng các thuê bao 2G có thể chuyển giao qua mạng 3G • Lý do thứ 3 cho quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G liên quan đến yêu cầu về chất lượng dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ di động có thể định nghĩa các dịch vụ dựa trên các tiêu chuẩn về chuyển giao Các nguyên... PS CN PDN SGSN Các nhà cung cấp dịch vụ IP Node-B UTRAN Trang bị mạng RAN để phủ sóng 3G: Với công nghệ điều chế khác nhau, phần vô tuyến cần được trang bị để phủ sóng cho các thuê bao 3G Mạng RAN được trang bị cần đảm bảo các tiêu chí: • Đảm bảo vùng phủ sóng đáp ứng theo số lượng thuê bao 3G • Mạng 3G được thiết kế để san tải cho mạng 2G tại các thành phố • Có khả năng chuyển giao giữa 2G-3G và ngược... khoảng 500 thuê bao 3G ( 384 Mb/s) CHƯƠNG II CÁC NGỮ CẢNH CHUYỂN GIAO GIỮA MẠNG 2G/3G I Tổng quan về quá trình chuyển giao 1 Khái niệm • Trong hệ thống thông tin di động, thuật ngữ chuyển giao đề cập tới quá trình xử lý khi thiết bị của người sử dụng (UE) di chuyển giữa các cell trong khi đang thực hiện cuộc gọi hoặc phiên dữ liệu • Mục đích của quá trình chuyển giao nhằm duy trì tính liên tục của dịch... khi đang truyền 1 phiên dữ liệu Chuyển giao cứng có thể xảy ra trong các trường hợp sau:  Khi UE thực hiện quá trình chuyển giao tới sóng mang UTRAN khác, hoặc tới chế độ truyền song công khác (FDD-TDD)  Hoặc khi quá trình chuyển giao mềm không cho phép thực hiện Hình 4 Quá trình hard handover - 15 - • Soft/Softer Handover: Chuyển giao mềm cho phép UE chuyển giao giữa các cell mà không bị ngắt kết... sóng mang WCDMA  Inter-frequency HO: xảy ra giữa các cell hoạt động trên các sóng mang WCDMA khác nhau - 14 - • Inter-system HO là quá trình chuyển giao diễn ra giữa các cell áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau hoặc giữa các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau, ví dụ:  Radio Access Technologies (RATs) HO: Quá trình chuyển giao giữa công nghệ các công nghệ truy nhập khác nhau như WCDMA và... và 3G • Lý do quan trọng nhất cho quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G là sự khác nhau về vùng phủ, chất lượng kết nối và dịch vụ trong hệ thống thông tin di động Trong một vài trường hợp, khi UE di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của mạng 3G, mạng 2G sẽ cung cấp vùng phủ mở rộng cho mạng 3G, đảm bảo chất lượng kết nối tốt hơn Quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G đáng tin cậy có thể đảm báo tính