Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến công nghệ UMTS

Đề tài : Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến công nghệ UMTS CHƯƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG TỐI ƯU VÀ CÁC CHƯƠNG 3.QUÁ TRÌNH ĐO KIỂM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRƯỚC VÀ SAU TỐI ƯU MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 3G TẠI MỘT CLUSTER TP HỒ CHÍ MINH

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 1 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục từ ngữ viết tắt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Định nghĩa 3GPP Third Generation Partnership Project AS Active Set BSIC Base Station Identity Code BTS Base Transceiver Station CN Core Network CPICH Common Pilot Channel DCH Dedicated Channel DL DownLink DPCCH Dedicated Physical Control Channel DPCH Dedicated Physical Channel DRNC Drift Radio Network Controller FACH Forward Access Channel FIFO First In First Out GERAN GSM EDGE RAN GSM Global System for Mobile Communications HCS Hierarchical Cell Structure IAF Intra Frequency IE Information Element IEF Inter Frequency IFHO Inter Frequency HandOver Inter-RAT Inter Radio Access Technology IRAT Inter Radio Access Technology Iur Interface between two RNCs KPI Key Parameter Indicator SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 4 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục từ ngữ viết tắt LA Location Area LAI Location Area Indicator ME Mobile Equipment NBAP Node B Application Part Node B Logical node responsible for radio transmission and reception in one or several cells OCNS Orthogonal Channel Noise Simulator PLMN Public Land Mobile Network RA Routing Area RAB Radio Access Bearer RAI Routing Area Indicator RAN Radio Access Network RAT Radio Access Technology RB Radio Bearer RBS Radio Base Station – another name for the Node B RF Radio Frequency RL Radio Link RNC Radio Network Controller RRC Radio Resource Control RSCP Received Signal Code Power RSSI Received Signal Strength Indicator SIB System Information Block SIR Signal to Interference Ratio TRX Transceiver TX Transmit UE User Equipment UL UpLink SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục từ ngữ viết tắt UMTS Universal Mobile Telecommunication Services UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network WCDMA Wideband Code Division Multiple Access SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 6 GMSC HLR EIR AUC SCF SMS- IWMSC D MSC E, G SMS- GMSC MSCBSC BTS Um SIM MT Abis A ISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN: -Intranet -Extranet -Internet BSS F Gr GGSN Gd, Gp, Gn+ SGSN SGSN Gb Gf Gn+ H RNC BS Uu Iur USIM ME RNC BS Uu USIM ME Iub Iub Iu Cu Cu RNS RNS UTRANN MGW Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I : Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Cấu hình và sơ đồ đấu nối mạng thông tin di động 1.1.1. Cấu trúc mạng UMTS Theo chức năng, cấu trúc mạng UMTS được chia làm 3 nhóm: Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment): là thiết bị đầu cuối vô tuyến, cung cấp giao diện người sử dụng tới mạng thông qua kênh vô tuyến; Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) hoặc Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (Terrestrial Radio Access Network): là nhóm phần tử mạng cung cấp tất cả các chức năng vô tuyến; Mạng lõi CN (Core Network): là nhóm phần tử mạng cung cấp chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu tới mạng bên ngoài (như mạng PSTN hay mạng Internet). HSS (Home Subcriber Server) là máy chủ thuê bao thường trú. Hình 1-1. Cấu trúc mạng UMTS SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 7 External Network s CN AN UE Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I : Cơ sở lý thuyết 1.1.2. Thiết bị người sử dụng UE Thiết bị ngưởi sử dụng UE bao gồm các phần tử sau : Các đầu cuối TE ( Terminal Equipment ) :Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó được chuyển thành đầu cuối. Các nhà sản xuất chính đã đưa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít là được đưa vào sản xuất. Mặc dù các đầu cuối dự kiến khác nhau về kích thước và thiết kế, tất cả chúng đều có màn hình lớn và ít phím hơn so với 2G. Lý do chính là để tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế đầu cuối trở thành tổ hợp của máy thoại di động, modem và máy tính bàn tay. Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện. Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA). Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS. Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh. UMTS IC Card là một card thông minh. Điều mà ta quan tâm đến nó là dung lượng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp. Ứng dụng USIM chạy trên UICC. Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng trên card. Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS được cài như một ứng dụng trên UICC. Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh). Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng. USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao. Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN. Điểu này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký. 1.1.3. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng. UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B. RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC). SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I : Cơ sở lý thuyết Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC. Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9. Node B : trong UMTS trạm gốc được gọi là node B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó 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 cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong". Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa, nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần Node B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Node B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho Node B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối. 1.1.4. Tổng quan cấu trúc mạng lõi Mạng lõi (Core Network – CN) bao gồm những thực thể vật lý cung cấp chức năng như sau: - Chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi. - Quản lý thông tin người sử dụng cho thuê bao và tính lưu động. - Điều khiển tính năng mạng và dịch vụ. - Cơ cấu chuyển mạch, truyền phát cho báo hiệu và thông tin. Mạng lõi cũng cung cấp kết nối hướng tới mạng ngoài như mạng PSTN, mạng Internet và một số mạng dữ liệu hoặc thoại khác. Để hỗ trợ cả thoại và dữ liệu trong mạng lõi, 2 vùng logic được định nghĩa: - Vùng chuyển mạch kênh: bao gồm tất cả các phần tử mạng lõi hỗ trợ kết nối chuyển mạch kênh. Nó gồm MSC, GMSC dựa trên mạng lõi GSM hiện tại. - Vùng chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các phần tử mạng lõi hỗ trợ kết nối chuyển mạch gói và được dựa trên tiến trình của chuẩn GPRS cho truyền tải gói trong mạng GSM. Mạng lõi chuyển mạch kênh dựa trên cấu trúc của MSC của GSM, bao gồm MSC và GMSC. MSC: cung cấp giao diện giữa phần tử vô tuyến của mạng và phần tử chuyển mạch kênh của mạng lõi. MSC quản lý dịch vụ chuyển mạch kênh tới và từ UE trong vùng phục vụ bao gồm thiết lập cuộc gọi, tìm gọi, truyền tải thông tin mật mã hóa tới RAN.MSC cũng kết hợp với VLR có chức năng như một cơ sở dữ liệu vị trí cho dịch vụ chuyển mạch kênh và lưu giữ vị trí hiện thời của UE trong vùng phục vụ của MSC. SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I : Cơ sở lý thuyết GMSC (Gateway MSC): chuyển mạch kênh tại điểm mạng UMTS được kết nối tới mạng chuyển mạch kênh bên ngoài (ví dụ, mạng PSTN). GMSC quản lý kết nối chuyển mạch kênh, bao gồm cả chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi tới MSC phục vụ. Phần tử chuyển mạch gói SGSN và GGSN : Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (Serving GPRS Support Node - SGSN) thực hiện các chức năng trong vùng chuyển mạch gói tương tự chức năng MSC thực hiện trong vùng chuyển mạch kênh. SGSN có nhiệm vụ phân phát gói dữ liệu tới UE trong vùng phụ vụ và thực hiện những chức năng sau: - Giao thức và giao diện hội thoại giữa mạng vô tuyến - phần tử chuyển mạch gói trong mạng lõi; - Quản lý xác định thẩm quyền và di động, bao gồm chuyển giao SGSN; - Định tuyến dữ liệu tới RNC thích hợp có yêu cầu kết nối tới UE trong vùng phục vụ; - Định tuyến dữ liệu tới GGSN khi có yêu cầu kết nối tới mạng ngoài. - Chức năng đăng kí vị trí cho phép lưu trữ thông tin thuê bao và thông tin vị trí cho dịch vụ chuyển mạch gói của thuê bao đã đăng ký với SGSN. GGSN (Gateway GPRS Support Node) cung cấp tính năng tương tự như GMSC và thực hiện hoạt động với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, kết nối lõi UMTS tới mạng Internet, ISP và Intranet. Chức năng GGSN bao gồm: - Định tuyến gói dữ liệu ngoài tới SGSN phục vụ; - Báo hiệu và truyền tải dữ liệu từ mạng lõi UMTS; - Bảo mật, an ninh. - Chức năng đăng kí vị trí của GGSN cho phép lưu trữ thuê bao và định tuyến thông tin đểchuyển lưu lượng gói dữ liệu thoại tới SGSN phục vụ. Phần tử chung – HSS và AuC HSS (Home Subscriber Server): chứa cơ sở dữ liệu trong mạng chủ lưu trữ tất cả các thông tin cụ thể về thuê bao. Thông tin thuê bao gồm hiện trạng thuê bao và hệ thống MSC/SGSN phục vụ hiện thời cho mỗi thuê bao, do đó thông tin đến UE có thể được định tuyến trực tiếp. SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 10 [...]... hóa mạng CHƯƠNG 2 CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG TỐI ƯU VÀ CÁC VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN CÔNG NGHỆ WCDMA 2.1 2.1.1 Các tham số sử dụng trong tối ưu Nguyên tắc lựa chọn tham số tối ưu Về lí thuyết, toàn bộ các tham số về mặt vật lí và logic trong mạng vô tuyến di động nói chung hoặc mạng GSM /UMTS nói chung đều có thể được sử dụng để thực hiện tối ưu hóa hệ thống Các tham số có thể được phân... quanh mạng, cập nhật vị trí phục vụ mới và yêu cầu bộ nhớ xóa bản ghi vị trí cũ Trung tâm nhận thực AuC có nhiệm vụ bảo mật thuê bao,giữ khóavà thuật toán mật mã hóa AuC được kết hợp với HSS và lưu trữ khóa nhận dạng cho từng thuê bao đã đăng ký trong HSS Khóa nhận dạng được sử dụng để đảm bảo các chức năng sau: Tạo ra dữ liệu được dùng để nhận thực UE; Mã hóa thông tin được truy n qua đường vô tuyến. .. cũng như tình trạng mạng hiện tại từ phía mạng UTRAN Một điểm cần chú ý là chuyển giao không chỉ dựa trên các điều kiện về vô tuyến mà còn dựa trên nhiều tham số khác Mỗi nhà khai thác có thể qui định các điều kiện và tham số chuyển giao khác nhau 1.4.1 Phân loại chuyển giao Phần lớn các nhà khai thác (bao gồm cả VNP, VMS) đều có mạng thông tin di động có đồng thời hai công nghệ vô tuyến GSM, WCDMA Như... Do đó, điều khiển công suất trong hệ thống UMTS không dựa trên mức công suất mà dựa trên mức tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR – Signal to Interference Ratio) Một trong các mục đích quan trọng của điều khiển công suất là duy trì chất lượng kết nối vô tuyến ở một mức xác định Có hai loại điều khiển công suất chính: Điều khiển công suất vòng hở: áp dụng đối với các kênh chung; Điều khiển công suất vòng kín:... D08VT4 32 Đồ án tốt nghiệp đại học 2.1.2 Chương II: Các vấn đề tối ưu hóa mạng Tham số tối ưu Trên các nguyên tắc lựa chọn tham số trình bày trong mục trên, có thể lựa chọn tham số tối ưu trong các tham số sau: Vị trí và cấu hình Node B; Tham số anten: − Góc phương vị; − Góc ngẩng (điện và cơ); − Độ cao anten; − Giản đồ bức xạ của anten; Mức công suất kênh P-CPICH; Tham số chuyển giao mềm: − Kích thước... khung Chế độ điều khiển công suất này gọi là điều khiển công suất chậm Ưu điểm của điều khiển công suất chậm là độ chính xác của câu lệnh TPC sẽ cao hơn Chế độ điều khiển công suất được điều khiển bởi UTRAN Bước điều khiển công suất DL TPC có thể bằng 1 trong 4 giá trị: 0,5; 1; 1,5 hoặc 2 dB Mỗi UE đều phải hỗ trợ bước điều khiển công suất 1 dB và tùy chọn hỗ trợ các bước điều khiển công suất còn lại Trong... giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối - Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN có thể kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN -... giao cứng hoặc chuyển giao mềm tương ứng với trường hợp số cell tối đa trong tập kích hoạt bằng 1 hoặc lớn hơn 1 Báo cáo kết quả đo có thể chứa tham số RSCP, Ec/No của kênh CPICH hoặc suy hao đường truy n của từng cell Nói chung, tham số được sử dụng là RSCP khi tải trong mạng thấp hoặc Ec/No khi tải trong mạng lớn hoặc khi mạng cần được tối ưu Nếu báo cáo đo được kích hoạt theo sự kiện, hệ thống phải... gian thực hiện khá lâu Điều khiển công suất vòng kín được áp dụng đối với các kênh hỗ trợ kênh truy n tải DCH và DSCH Điều khiển công suất vòng kín bao gồm 2 quá trình: điều khiển công suất vòng ngoài và điều khiển công suất vòng trong SVTH : Đặng Trần Sơn – D08VT4 18 Đồ án tốt nghiệp đại học 1.3.2.1 Chương I : Cơ sở lý thuyết Điều khiển công suất vòng ngoài Điều khiển công suất vòng ngoài được sử dụng... cell trong phạm vi rộng; - Các tham số về vô tuyến chủ yếu gây ảnh hưởng đến vùng phủ sóng và nhiễu trong mạng; - Tham số về lưu lượng, ảnh hưởng đến khả năng truy n phát thoại/dữ liệu; - Tham số có giá trị “cứng”, ít thay đổi (ví dụ công suất phát kênh CPICH) và tham số có giá trị “mềm”, thay đổi liên tục trong quá trình vận hành (ví dụ tham số điều khiển công suất); - Tham số tĩnh, được xác lập theo . dụng tới mạng thông qua kênh vô tuyến; Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) hoặc Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (Terrestrial Radio Access Network): là nhóm phần tử mạng cung. mới được truy nhập mạng UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký. 1.1.3. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN UTRAN (UMTS Terrestrial. Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truy n thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng.