Nghiên cứu giải pháp đa sóng mang multi carrier công nghệ 3g trên mạng vinaphone

LỜI CAM ĐOAN Tơi xin camđoanđâylàcơngtrìnhnghiêncứu riêngtơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Ngọc Nam.Các sốliệu,kếtquả nêutrongluậnvănlàtrungthựcvàchưatừngđượccơngbốdưới hình thức trước Những liệu, bảng biểu phục vụ cho việc nghiên cứu, phân tích chínhtác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Nguyễn Đức Hà LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Phạm Ngọc Nam, người trực tiếp hướng dẫn, bảo, định hướng giúp đỡ tận tình suốt thời gian qua Tơi muốn nói lời cảm ơn tới thầy giáo Viện đại học mở Hà Nội tận tình bảo tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập Cuối xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, vợ, anh chị em tất người thân bạn bè, người giành tốt đẹp suốt trình học tập để có đến ngày hơm Do có hạn chế thời gian nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong góp ý thầy để kiến thức mạng di động tơi phong phú MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA UMTS 1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động 1.2 Các đặc trưng hệ thống WCDMA UMTS 1.3 Kiến trúc hệ thống WCDMA UMTS 1.3.1 Kiến trúc WCDMA UMTS Release 1.3.2 Kiến trúc WCDMA UMTS Release 10 1.3.3 Kiến trúc WCDMA UMTS Release 12 1.4 Cấu hình địa lý hệ thống WCDMA UMTS 14 1.4.1 Phân chia theo vùng mạng 14 1.4.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR SGSN 15 1.4.3 Phân chia theo vùng định vị vùng định tuyến 15 1.4.4 Phân chia theo ô 16 1.4.5 Mẫu ô 17 1.4.6 Tổng kết phân chia vùng địa lý hệ thống thông tin di động 3G 17 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐA SÓNG MANG 19 2.1.Giới thiệu chung 19 2.2.Cell Selection and Reselection – Lựa chọn tái lựa chọn cell 20 2.2.1.Phân loại lựa chọn lại Cell 20 2.2.2.Thủ tục phép đo 21 2.2.3.Quy tắc S – Dành cho lựa chọn lại Cell 22 2.2.4.Quy tắc R – Dành cho tái lựa chọn lại cell 22 2.2.5.Chiến thuật camping 25 2.2.6.Bảng giải thích giá trị tham số 27 2.3.Inter-frequency Load Sharing 28 2.3.1 Load Sharing 28 2.3.2 Cell Load 29 2.3.3.Inter-Frequency Load Sharing 30 2.3.4 Cấu hình Inter-Frequency Load Sharing 31 2.4 Inter frequency Handover 34 2.4.1 Inter frequency Handover 34 2.4.2 Hệ thống event 35 2.4.3.Quy hoạch cell neighbor 39 2.5.Lựa chọn Serving Cell HS-DSCH thay đổi cell HS-DSCH 40 CHƯƠNG III: THỰC TRẠNG SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN TẦN SỐ 3G VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP MULTI CARRIER TRÊN MẠNG VINAPHONE 44 3.1.Thực trạng sử dụng tài nguyên tần số 3G Vinaphone 44 3.1.1.Tài nguyên tần số 3G Vinaphone 44 3.1.2.Thực trạng triển khai tần số 3G mạng Vinaphone 44 3.2.Nhu cầu sử dụng tần số thứ thứ mạng Vinaphone 45 3.3 Xây dựng giải pháp đa sóng mang mạng Vinaphone 46 3.3.1 Các bước để xây dựng giải pháp đa sóng mang mạng Vinaphone 46 3.3.2 Giải pháp phân tách lưu lượng R99 HSPA sóng mang riêng biệt 46 3.3.3 Giải pháp không phân tách lưu lượng R99 HSPA 50 3.3.4.Lựa chọn giải pháp cho mạng Vinaphone 52 3.4 Triển khai thử nghiệm giải pháp đa sóng mang mạng Vinaphone 53 3.4.1 Hồn cảnh thử nghiệm 53 3.4.2 Công cụ đo trường 53 3.4.3 Kết đạt hai giải pháp 53 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AMR Adaptive Multirate Thích ứng đa tốc độ BS BaseStation Trạmgốc CDMA CodeDivisionMultipleAccess GSM Global Service for Đatruynhậpphânchiatheo mã Mobile Mạng thơng tin di động Communication tồn cầu hệ thứ hai HSPA HighSpeedPacketAccess Truynhậpgóitốcđộcao HSDPA High-Speed Downlink Packet Access HS-DSCH Truy cập gói đường xuống tốc độ cao DSCHHigh-Speed Downlink Shared Kênh chia sẻ đường xuống Channel tốc độ cao UMTS UniversalMobile TelecommunicationsSystem Hệthốngviễnthơngdi tồn cầu IFHO Inter-Frequency Handover Chuyển giao liên tần số IFLS Inter-Frequency Load Sharing KPI Key Performance Index LTE LongTermEvolution Sựpháttriểndàihạn LDR Load Reshuffling Sắp xếp lại tải OMC Operation and Maintenance Center động Chuyển giao phân chia theo tải Chỉ số đánh giá chất lượng quan trọng Trung tâm khai thác vận hành OrthogonalFrequency Ghépkênhphânchiatheotầns DivisionMultiplexing ố trựcgiao P-CPICH Primary Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu PDCP PacketDataConvergenceProtocol Giaothứchộitụdữliệugói QoS Qualityof Service Chấtlượngdịchvụ RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RRC Radio Resource Control RSCP Received Signal Code Power OFDM UniversalTerrestrialRadio Điều khiển tài nguyên vô tuyến Công suất mã tín hiệu thu AccessNetwork Mạngtruynhậpvơtuyếnmặtđấ ttồncầu SF Spreading Factor Mã trải phổ SGSN Serving GPRS Support Node Node phục vụ GPRS SIB System Information Blocks Các khối thông tin hệ thống UTRAN WCDMA WLAN Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access code WirelessLocalAccessNetwork Mạngtruynhậpcụcbộkhôngd ây DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các tham số quy tắc tái lựa chọn cell…………………………………… 27 Bảng 2.2 Tóm tắt thông số………………………………………………………… 33 Bảng 2.3 Các kiện Inter-frequency………………………………………………… 36 Bảng 2.4 Các tham số chuyển giao khác tần số…………………………………………36 Bảng 2.5 Số neighbor khuyến nghị cho giải pháp đa sóng mang………….……… 40 Bảng 3.1 Băng tần 3G Vinaphone quy hoạch tần số………………………….44 Bảng 3.2 Số cell sử dụng tần số 1, 2, mạng Vinaphone………………………… 45 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự phát triển công nghệ thông tin di động……………………………………… Hình 1.2 Các phát hành 3GPP……………………………………………………………… … Hình 1.3: Kiến trúc mạng UMTS 3GPP Release 1999………………………………… ….8 Hình 1.4:Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP Release 4………………… 11 Hình 1.5: Kiến trúc mạng 3GPP R5 R6……………………………………………………… 12 Hình 1.6: Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 14 Hình 1.7: Phân chia mạng thành vùng phục vụ MSC/VLR SGSN 15 Hình 1.8: Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR SGSN thành vùng định vị (LA: Location Area) định tuyến (RA: Routing Area) 16 Hình 1.9: Phân chia LA RA……………………………………………………………………… …16 Hình 1.10: Các kiểu mẫu ơ……………………………………………………………………………… 17 Hình 1.11: Các khái niệm phân chia vùng địa lý 3G WCDMA UMTS………… 18 Hình 2.1 Thứ tự ưu tiên tái lựa chọn cell WCDMA………………………………….…23 Hình 2.2 Tái lựa chọn intra frequency cell……………………………………………………… 24 Hình 2.3Sơ đồ lựa chọn cell từ 3G sang 2G…………………………………………………… 24 Hình 2.4 Tham số qOffset2Sn chế độ camping khơng phân cực…………… ….25 Hình 2.5: Tham số qOffset2Sn chế độ camping phân cực………………………….26 Hình 2.6 Inter-Frequency Load Sharing Directed Retry to GSM………………… 28 Hình 2.7 Cell Load……………………………………………………………………………………… .29 Hình 2.8 Inter-Frequency Load Sharing………………………………………………………… 30 Hình 2.9 Ví dụ Inter-Frequency Load Sharing…………………………………………… 31 Hình 2.10 Mục đích Cell Reserved………………………………………………………… … 32 Hình 2.11 Hoạt động tần số Cell Reserved………………………………… ….…33 Hình 2.12Nguyên nhân việc khởi tạo Inter Frequency handover……………………… 35 Hình 2.13 Nguyên lý Compression Mode………………………………………………… 35 Hình 2.14 Sự kiện 2B – thực việc chuyển giao…………………………………………….39 Hình 2.15 Lựa chọn cell HS-DSCH………………………………………………………………… 41 Hình 2.16 Ngưỡng Pathloss……………………………………………………………………… 42 Hình 2.17 Ví dụ chọn cell HS-DSCH……………………………………………………………….42 Hình 2.18 Các kiện liên quan đến thay đổi cell HS-DSCH……………………………… 43 Hình 3.1: Cấu trúc mạng giải pháp 1……………………………………………………………….…47 Hình 3.2: Chiến thuật quản lý di động ( Strategy of mobility management)……… 48 Hình 3.3: Network structure………………………………………………………………………….….50 Hình 3.4: Chiến thuật quản lý di động giải pháp 2…………………………………………… 51 Hình 3.5 So sánh tổng traffic………………………………………………………………………….….54 Hình 3.6 So sánh traffic HSPA………………………………………………………………………… 55 Hình 3.7 So sánh phân bố lưu lượng PS R99…………………………………………………… 56 Hình 3.8 So sánh phân bố lưu lượng thoại…………………………………………………….……57 Hình 3.9 So sánh KPI Accessibility…………………………………………………………… …… 58 Hình 3.10 So sánh KPI Retainability………………………………………………………………… 59 Hình 3.11 So sánh KPI Mobility………………………………………………………………………….60 Hình 3.12 So sánh Througput HS………………………………………………………………….…….60 Hình 3.13 So sánh kết Driving TEST…………………………………………………….……….61 MỞ ĐẦU Giải pháp đa sóng mang cách hiệu để mở rộng dung lượng, vùng phủ, cải thiện chất lượng để đáp ứng lượng khách hàng ngày tăng dịch vụ R99 băng rộng Ưu điểm giải pháp bổ sung thêm sóng mang là: - Cho phép mở rộng dung lượng, vùng phủ cải thiện chất lượng - Dùng lại trạm có, bao gồm hệ thống anten truyền dẫn - Dùng lại liệu cấu hình sẵn có, setting power, neighbor với cell 2G… Xuất phát từ nhu cầu đó, tơi chọn luận văn tốt nghiệp“Nghiên cứu áp dụng giải pháp đa sóng mang (Multi Carrier) công nghệ 3G mạng Vinaphone” với mong muốn nghiên cứu đầy đủ góc cạnh giải pháp đa sóng mang đề xuất giải pháp phù hợp áp dụng mạng Vinaphone UE truy cậpp vào cell F1 ho F2 cách ngẫu nhiên (random random camping) thực th dịch vụ cell UE thực n cell selection/reselection gi F1 F2 c Thiết lập dịch vụ Cả dịch vụ R99 HSDPA cung cấp cell F1 cell F2 Dịch vụ R99 HSDPA đư khởi tạo o cell mà UE đ camping Khi điều kiện tải, số HSPA user đạt ngưỡng UE đượcc direct retry sang cell qua thuậtt toán load balancing d Quản lý di động Hình 3.4: Chi Chiến thuật quản lý di động giảii pháp Ở giải pháp này, dịịch vụ phân bố hai tần n số s nên việc cấu hình tương đối đơn giản: n: cell khai báo neighbor cho Inter Frequency Handover, Inter Frequency Load sharing, IRAT Handover Do ccấu u hình dịch d vụ hai tần số nên số lượng ng IFLS giảm tối thiểu e Load control Admis Admission Control Ở giải pháp việcc setup load control admission control tương t đối đơn giản Dựa vào việc điều chỉnh nh tham ssố IFLS loadSharingMargin (hệ thống th Ericsson) hay số UE HSDPA, LDR trigger threshold ( Huawei), có th thể tinh chỉnh ch để cân đối tải hai tần số đểể ưu tiên cho dịch vụ R99, HSDPA t tần số F1, F2 51 3.3.3.2 Đánh giá ưu nhược điểm - Ưu điểm: • Có thể triển khai đơn giản, nhanh chóng tham số thiết lập cho tần số nhau, dễ dàng cho việc planing tham số, neighbors • Hạn chế hard Handover hai tần số việc đồng dịch vụ tần số • Hiệu suất sử dụng code HSDPA cao tận dụng hai tần số ( 30 HSDPA code) • Có thể phân bố dịch vụ tần số cách linh động dựa vào việc thay đổi tham số load sharing, load balancing - Nhược điểm: • Throughput HSDPA bị ảnh hưởng dùng chung với R99, nhiên tuning tham số đểhạn chế ảnh hưởng • Cần thêm HS license hardware chạy giải pháp 3.3.4.Lựa chọn giải pháp cho mạng Vinaphone Dựa ưu nhược điểm hai giải pháp, thấy: - Giải pháp 1: Phù hợp cho mạng giai đoạn đầu triển khai, số lượng user 3G cịn Khi đó, vấn đề dung lượng chưa đặt lên hàng đầu mà trải nghiệm chất lượng ưu tiên Giải pháp đáp ứng tiêu chí chất lượng cho dịch vụ AMR dịch vụ HSDPA chạy tần số riêng biệt, triển khai khơng địi hỏi mặt license hardware Tuy nhiên, số lượng UE tăng lên giải pháp tỏ có nhiều hạn chế việc phải handover qua lại hai tần số không đáp ứng mặt dung lượng - Giải pháp 2: Giải pháp phù hợp cho mạng Vinaphone nay, số thuê bao 3G tăng lên cách nhanh chóng, vấn đề dung lượng 3G cần mở rộng đặt cấp thiết Giải pháp cung cấp dung lượng gấp đôi cho mạng lưới đảm bảo yếu tố chất lượng nhờ khả chia sẻ tải hai tần số Tuy nhiên giải pháp đòi hỏi phải có nhiều license dành cho 52 HS, cho việc load sharing hai tần số đòi hỏi mặt hardware phải đáp ứng cung cấp số HS TX cho cell khác 3.4 Triển khai thử nghiệm giải pháp đa sóng mang mạng Vinaphone 3.4.1 Hồn cảnh thử nghiệm Kết việc thử nghiệm triển khai MultiCarrier theo hai phương án áp dụng cụ thể tỉnh Long An thuộc khu vực Vinaphone Số NodeB triển khai tần số thứ hai 18 sites thuộc khu vực thành phố Long An - Thời điểm triển khai ngày 8/8/2013 với giải pháp thứ hai (không phân tách lưu lượng R99 HSPA) nói chương tần số F1: HS/R99, F2: HS/R99 - Thời điểm triển khai giải pháp thứnhất (phân tách lưu lượng R99 HSPA sóng mang riêng biệt) ngày 30/09/2014 Tần số F1:R99, F2:HS/R99 - Sau triển khai thực việc giám sát KPI OMC Driving Test trường để đánh giá kết 3.4.2 Công cụ đo trường - TEMS Investigation 10.0.2, Data card 21 Mbps, FTP Download Phương thức đo kết hợp đo theo route đo điểm - 3.4.3 Kết đạt hai giải pháp 3.4.3.1 So sánh kết theo thống kê từ OMC Thời gian so sánh trước sau triển khai hai giải pháp phải thời điểm theo ngày tuần  So sánh tổng traffic hai tần số - Tổng traffic số gọi PS hai giải pháp khơng thay đổi nhiều 53 Hình 3.5: So sánh tổng traffic  Phân bố lưu lượng HSPA hai tần số - Đối với giảp pháp một: 100% lưu lượng HSPA phân bố F2 - Đối với giải pháp hai: 73% traffic HSPA F1, 27% traffic HSPA F2 54 Hình 3.6: So sánh traffic HSPA  Phân bố lưu lượng PS R99 hai tần số - Đối với giảp pháp một: 98.9% lưu lượng PS R99 phân bố F1, 1.11% phân bố F2 - Đối với giải pháp hai: 69% lưu lượng PS R99 phân bố F1, 31% phân bố F2 - Việc phân bố lưu lượng PS R99 F1 chiếm 98.9% giải pháp hợp lý tất dịch vụ PS R99 khởi tạo F1 55 Hình 3.7: So sánh phân bố lưu lượng PS R99  Phân bố lưu lượng thoại hai tần số - Đối với giảp pháp một: 87% lưu lượng thoại phân bố F1, 13% phân bố F2 - Đối với giải pháp hai: 68% lưu lượng thoạiphân bố F1, 32% phân bố F2 56 Hình 3.8: So sánh phân bố lưu lượng thoại  Các thống kê KPI Accessibility CS_CSSR,PS_CSSR đảm bảo sau thực khai báo thêm tần số thứ hai 57 Hình 3.9: So sánh KPI Accessibility  Các thống kê KPI Retainabilitynhư CS_DCR,PS_DCRthay đổi sau thực hai giải pháp - CS_DCR F2 giải pháp cao so với giải pháp hai nhiễu tần số F2 tăng - R99 PS DCR cell F1 giải pháp tăng từ 0.5% ->1.5% - RRC Drop củagiải pháp tăngdo UE phải thực nhiều lần Blind HO khởi tạo dịch vụ HS 58 Hình 3.10: So sánh KPI Retainability  Các thống kê KPI Mobility Soft Handver, Inter-frequency handover, InterRATthay đổi sau thực hai giải pháp - Soft Handover cell F2 giải pháp cải thiện lưu lượng R99 cell F2 59 Hình 3.11: So sánh KPI Mobility  Thống kê HS average throughput giải pháp cell F2 tăngdo F2 ưu tiên dịch vụ HS, tài nguyên khơng bị ảnh hưởng R99 Hình 3.12: So sánh Througput HS 60 3.4.3.2 Kết Driving Test - Thời gian thực HS Call Setup trung bình giải pháp lớn giải pháp hai xấp xỉ 0.9s - Tốc độ End User Average DLApplication Throughput giải pháp hai cao giải pháp 167 kbps Hình 3.13: So sánh kết Driving TEST - Đối với giải pháp số User HS tập chung F2 nênchất lượng tín hiệu Ec/N0 trở lên xấu 61 Hình 3.14: So sánh chất lượng tín hiệu Ec/N0 - Về cường độ tín hiệu RSCP khơng thay đổi nhiều hai giải pháp 62 Hình 3.15: So sánh cường độ tín hiệu RSCP  Kết luận - Đối với hai giải pháp tổng lưu lượng gần không chênh - Thoughput HS giải pháp hai cao so với giải pháp hai tần số hỗ trợ HS nên tận dụng tài nguyên vô tuyến code, CE, power hai tần số - Đối với giải pháp thời gian thiết lập dịch vụ kênh HS cao phải Direct Retry sang F2, tỷ lệ rớt F2 cao Kết luận chương Chương đưa kết đánh giá việc triển khai giáp pháp đa sóng mang vào mạng Vinaphone Việt Nam Việc đánh giá thực theo thông số việc vận hành khai thác mạng Qua đó, ta có nhìn thực tế giải pháp 63 KẾT LUẬN Phântíchdữliệuthuđượctừqtrìnhdrivingtesttừđóđánhgiá, phântíchđưaracácđiềuchỉnhcácthơngsốcủaantenna, củagiaodiệnUuhợplý quađólàm cho hệthống mạng hoạtđộngổnđịnhtránhđượccáchiệntượng khơng mongmuốntronghệthốngnhưrớtcuộcgọi,thơnglượngdịchvụsốliệuhạn thấp….quađógópphầncảithiệnchấtlượngcủahệthốngmạngđemlạigiátrịvà uytínchonhàmạng Tốiưumạngtruynhập, áp dụng manglàqtrìnhdiễnratrongthựctế,khicácđiềukiện ln pháp đa song chechắn,địahình,khíhậu…thay lntrong đổiliêntục,chínhvìvậyđểhệthốnghoạtđộng tháiổnđịnhthìviệctốiưumạng giải trạng cầnđượctiếnhànhthường xuyênvà địnhkì,vớimứcđộyêucầutăngdầnnhấtlà khihệ thống mạng3G ởViệt Namđanghoạtđộng phát triển lên 4G Việctốiưu áp dụng giải pháp đa sóng trời,trongtương ởgiaiđoạnđầumớitậptrungởvùngngồi mang lai khisốlượngthbaotăng,chấtlượngmạngđịihỏitốthơnnữa.Đồngthờivớiviệc mọclêncáctịanhàcaotầngvớitốcđộcaomàvùngngồitrờikhơng đượctacầntiếnhànhgiảiphápvềInbuiding 64 thểphụcvụ TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Phạm Anh Dũng(2004), Thông tin di động hệ ba, Nhà xuất Bưu Điện, Hà Nội trang 12-40 Dr.Kamilo Feher (1995), Wireless Digital Communications, Prentice Hall Inc 1995, USA, trang 53-105 John Wiley & Sons Ltd (2000), WCDMA for UMTS Radio Access for Third Generation Mobile Communications,Inc New York, USA, trang 5-102 Huawei (2000), WCDMA Radion Network Features And Algorithm, chương 1, 2, Ericsson (2001), WCDMA Radion Network Features And Algorithm, chương 1, 2, 3, Motorola Company Limited (2001), CP13 Introduction to UMTS USR7, chương 8, 12 3GPP: http://www.3gpp.org ITU IMT2000: http://www.itu.int IETF: http://www.ietf.org 65