Tối ưu hóa mạng vô tuyến vinaphone 3g tại tỉnh quảng trị

101ậề Trang 7 Tối ưu hóa mạng vô tuyến Vinaphone 3G tại tỉnh Quảng Trị 6 DANH SÁCH THU T NG ẬỮ VÀ Ừ T VIẾT TẮT 3G Third Generation cellular 3GPP Third Generation Patnership Proje ctA AC

Trang 1

KS LÊ VĂN THỦY

TỐI ƯU HÓA MẠNG VÔ TUYẾN VINAPHONE 3G TẠI

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-  -

KS LÊ VĂN THỦY

TỐI ƯU HÓA MẠNG VÔ TUYẾN VINAPHONE 3G TẠI TỈNH

QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS VÕ LÊ CƯỜNG

HÀ NỘI – 2014

Trang 3

Tối ưu hóa mạng vô tuyến Vinaphone 3G tại tỉnh Quảng Trị

2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Lê Văn Thủy, học viên cao học lớp Kỹ thuật truyền thông 3 khóa 2011-2013

Thầy giáo hướng dẫn tôi là TS Võ Lê Cường

Tôi xin cam đoan toàn bộ ộ n i dung trình bày trong b n luả ận văn này là kế qu tìm ả

hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình thực hiện đề tài “ Tối ưu hóa mạng

vô tuyến Vinaphone 3G t ạ ỉi tnh Quảng Trị ’’ Các k t qu và dế ả ữ ệu đượ li c nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo

luật sở hưu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhi m v i nh ng nệ ớ ữ ội dung được vi t trong luế ận văn này

Hà Nội, Ngày tháng năm 20

H c viên ọ

Lê Văn Thủy

Trang 4

3

PH M C Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN 2

PHỤ M C 3Ụ DANH SÁCH THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 6

DANH SÁCH HÌNH VẼ 11

DANH SÁCH BẢNG 13

TÓM TẮT 14

LỜI NÓI ĐẦU 16

Chương I: Giớ i thi u chung v m ng UMTS, l ch s và xu hư ng phát tri n ệ ề ạ ị ử ớ ể 18 1.1 Giới thiệu 18

1.2 Lộ trình phát tri n thông tin di đ ng lên 3G 18 ể ộ 1.3 Kiến trúc chung củ a m t h th ng thông tin di động 3G 19 ộ ệ ố 1.3.1 Mạng lõi CN (Core Network) 21

1.3.2 Truy nhập vô tuyến mặ t đ t UTRAN 23 ấ 1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ đư c 3G (WCDMA) UMTS h tr 24 ợ ỗ ợ 1.5 Kiến trúc 3G UMTS R3 27

1.6 Kiến trúc 3G UMTS R4 28

1.7 Kiến trúc 3G UMTS R5 và R6 31

1.8 Chiến lược d ch chuy n t GSM sang UMTS 34ị ể ừ 1.8.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chống l n 34ấ 1.8.2 3GR2: Tích hợp các mạng UMTS và GSM 35

1.8.3 3GR3: Kiến trúc RAN thống nhất 36

1.9 Kết lu n chung 37ậ Chương II: Các vấ n đ cơ b n trong mạng UMTS 38 ể ả 2.1 Giới thiệu chung 38

2.2 Các quá trình xử lý tín hi u trong hệ ố ệ th ng WCDMA 38

2.2.1 Mã hoá nguồn 38

2.2.2 Mã hoá khối 39

2.2.3 Mã hoá kênh 40

Trang 5

4

2.2.4 Trải phổ 40

2.3 Các giao diện vô tuy n trong h ế ệ ố th ng WCDMA 41

2.4 Các kênh của WCDMA 43

2.4.1 Các kênh logic, LoCH 43

2.4.2 Các kênh truy n tề ải, TrCH 44

2.4.3 Các kênh vật lý 46

2.4.4 Quá trình truy nh p ng u nhiên ARCH và truy nhậ ẫ ập gói CPCH. 52 2.5 Các trạng thái của UE 52

2.6 Tìm gọi 54

2.7 Các tiến trình xử lý cu c gọi 55 ộ 2.7.1 Thiế ật l p k t n i RRC 55ế ố 2.7.2 Tiến trình b o m t và nh n th c 57ả ậ ậ ự 2.7.3 Quá trình thiế ậ t l p cuộc gọi 58

2.7.4 Thiế ật l p k t n i RAB 60ế ố 2.8 Điề u khi n công suất 61 ể 2.9 Các quá trình chuyển giao 62

2.10 Kết luận chương 64

Chương III: Gi ải pháp tố i ưu m ạng UMTS 65

3.1 Giới thiệu 65

3.2 Thu thập và đo đạc d li u 66ữ ệ 3.2.1 Thu phập d ữ ệ li u từ OMC 66

3.2.2 Đo đạc d li u v tr m phát sóng 66ữ ệ ề ạ 3.2.3 Đo sóng 66

3.3 Phân tích dữ ệ li u 68

3.3.1 Kiển tra các dữ ệ li u cài đặt cho h th ng t OMC 68ệ ố ừ 3.3.2 Phân tích vùng phủ ủ c a mạng 68

3.3.3 Phân tích KPIs 69

3.4 Kiểm tra lại các tham s ố ề đi u ch nh b ỉ ằng phần mềm mô phỏng 73

3.4.1 Xây dự ng cơ s d liệu cho atoll 74 ở ữ

Trang 6

5

3.4.2 Xuất các tham số ừ ữ ệ t d li u đi quyét sóng 74 3.4.3 Căn chỉnh mô hình truy n sóng 75ề

3.4.4 So sánh kế t qu mô ph ng trư c và sau khi đi u ch nh 76 ả ỏ ớ ề ỉ

3.5 Báo cáo yêu cầ u thay đ i các tham s 77 ổ ố

3.6 Theo dõi KPIs và kiểm tra sóng sau khi thay đổi các tham s 77ố

3.7 Báo cáo cuối cùng cho toàn mạng 79

Chương IV: T i ưu m ố ạng Vinaphone 3G t i thành ph ạ ố Đông Hà t ỉnh Quảng

Trị 80

4.1 Giới thiệu 80 4.2 Thu thập và đo đạc d li u 80ữ ệ

4.3 Phân tích và giải pháp 80 4.3.1 Bả n đ mạng 81 ồ

4.3.2 Danh sách các trạm trong vùng 1(thành phố Đông Hà) 83 4.3.3 Phân tích và giải pháp 84

4.4 Đo đạ c thu th p d li u sau khi đi u ch nh 94 ậ ữ ệ ề ỉ

4.5 Kết quả sau t i ưu 94 ố

4.6 Kế t lu n và đ xuất 101 ậ ề

DANH MỤC CÁC TÁI LIỆU THAM KHẢO 102

Trang 7

6

DANH SÁCH THU T NG Ậ Ữ VÀ Ừ T VIẾT TẮT 3G Third Generation cellular

3GPP Third Generation Patnership Proje ct

A

AICH Acquisition Indication Channel

C

CDMA Code Divisison Multiple Access

CD-P Collision Detection Preamble

CPICH Common pilot channel

Trang 8

DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access

DSSPC Dynamic step-size power control

DPCCH Delicated Physical control Channel

DPDCH Delicated Physical Data channel

E

ETSI European Telecommunicccations Standard

F

FDMA Frequency Division Multiple Access

G

GPRS Gneral Packet Radio Service

GSM Global System of Mobile communication

Trang 9

8

HDLA History Data logic Analyzer

I

IMT-2000 International Mobile telecommunication

ISDL Integated service Digital Network

ITU International telecommunication Union

OFDM Orthogonal Frequency division

OSS Operation Support System

Trang 10

9

P

PCPCH physical common Packet channel

PDCP Packet Data Convergence protocol

PDSCH Physical downlink shared channel

PICH Paging Indication channel

PRACH Physical Random Access channel

RSCP Received signal code power

S

Trang 11

10

S-CCPCH Secondary common control

SIR Signal to Interence radio

SF Trải ph fator ổ

T

TDMA Time division Multiple Access

TFCI Transport format combination indicator

VLR Vistor Location Register

W

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Trang 12

11

DANH SÁCH HÌNH V Ẽ

Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ di động

Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các bản phát hành 3G

Hình 1.3: Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G

Hình 1.4: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

Hình 1.5: Kiến trúc UMTS R3

Hình 1.6: Kiến trúc 3G UMTS R4

Hình 1.8: Cấu hình lai ghép

Hình 2.1: Giao diện vô tuyến trong WCDMA

Hình 2.2: Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống Hình 2.3: Tổng kết các kiểu kênh vật lý

Hình 2.4: Chuyển đối giữa các kênh truyền tải với các kênh vật lý

Hình 2.5: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý

Hình 2.6: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên ARCH và truy nhập gói

Hình 2.7 Paging Type 1

Hình 2.8 Paging Type 2

Hình 2.9: RRC Connection

Hình 2.10: Tiến trình bảo mật và nhận thực

Hình 2.11: Call setup flow

Hình 2.12: RAT setup flow

Hình 2.13: Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

Hình 3.1 Quy trình tối ưu mạng vô tuyến 3G

Hình 3.2 Qúa trình phân tích dữ liệu

Hình 3.3: Call drop

Hình 3.4: Call setup success

Hình 3.5: Handover

Trang 13

12

Hình 3.6: Quy trình simulation

Hình 3.7: Calibration các tham s c a tr m ố ủ ạ

Hình 3.8: Calibration các tham s cố ủa địa hình

Hình 3.9: So sánh trước và sau khi điều ch nh ỉ

Hình 3.10: Road test

Hình 4.1: Chia Clusters

Hình 4.2: Plan road test

Hình 4.3: Best RSCP befor

Hình 4.4: Best EcIo after

Hình 4.5: Best RSCP-trước tối ưu của vùng 1

Hình 4.6: Best Agrr Ec/Io trước khi thêm t bào hàng xóm ế

Hình 4.7: Call Setup Failure trước khi tối ưu vùng 7

Trang 14

13

DANH SÁCH B NG Ả

Bảng 1.1: Phân loại các dịch vụ ở 3G WCDMA UMTS

Bảng 2.1: Các tốc độ bit rate của AMR

Bảng 2.2: Danh sách các kênh logic

Bảng 2.3: Danh sách các kênh truyền tải

Bảng 2.4: Danh sách các kênh vật lý

B ng 3.1: Thi t b ả ế ị đo kiểm

B ng 3.2: Theo dõi KPIs ả

Bảng 4.1: Vùng mạng và s tr m phát sóng ố ạ

B ng 4.2: Danh sách các trả ạm trong Đông Hà

B ng 4.3: b ng th hi n m c tính hi u theo màu ả ả ể ệ ứ ệ

B ng 4.4: Phân tích và gi i pháp cho vùng ph sóng ả ả ủ

B ng 4.5 Th ng kê t l phả ố ỉ ệ ần trăm trước và sau khi điều ch nh ỉ

B ng 4.6 Th ng kê t l phả ố ỉ ệ ần trăm trước và sau khi điều ch nh ỉ

Trang 15

14

TÓM T T Ắ

Trong những năm gần đây mạng di động 3G phát tri n m nh mể ạ ẽ và tr ởlên phổ ế bi n tại Việt Nam Việc tối ưu mạng để đả m b o vùng phả ủ và chất lượng d ch v là vị ụ ấn đề quan tr ng cho các nhà mọ ạng Phương pháp tối ưu ạm ng s dử ụng trong hệ ố th ng GSM

th h ế ệ trước không còn phù hợp với công nhệ WCDMA Vì vậy luận văn tập trung đề

xuất một giải pháp ử ụs d ng phần mềm mô phỏng kiểm tra l i ạ tính hợp lý của các tham

s suố đề ất điều chỉnh trong quá trình tối ưu mạng UMTS Giả pháp này không nhữi ng

m rở ộng vùng phủ, cải thiện chất lượng dịch vụ và giảm thiểu chi phí đầu tư thiết bị và

cơ sở ạ ầ h t ng mà còn gi m thi u chi phí trong quá trình tả ể ối ưu mạng Gi i pháp này ảđược áp dụng để ối ưu mạ t ng Vinaphone 3G t i thành ph ạ ố Đông Hà ỉt nh Quảng Trị Quá trình tối ưu ồ g m các bư c sau ữ ệu mạng được thu thập và đo đạc Dựa ớ D litrên kết quả đo đạc, vùng ph , nhi u, l i trong quá trình thiủ ễ ỗ ết lập cuộc gọi, r t ớ cuộc gọi, chuyển giao không thành công được phân tích ết quả phân tích là cơ sở đưa ra các K

giải pháp thay thối các tham số ệ ống Các tham số này được tối ưu thông qua quá h thtrình mô phỏng mạng B ộ tham số mới này được cấu hình l i cho mạ ạng Cuối cùng, quá trình đo đạc được thực hi n lệ ạ đểi chứng minh hi u quệ ả ối ưu mạng sau khi đã t áp

d ng các gi i pháp ụ ả ở bước trước

Sau khi th c hiự ện các bước tối ưu, ếk t quả đạt được đối v i các tham sớ ố đặc trưng

của mạng như sau: ỉ ệ t l thiết lập cuộc gọ thành công tăng 0.49%, tỉ ệi l chuyển giao thành công tăng 0.69%, lưu lượng dữ ệu tăng 273Gb li , RSCP(>=-95dBm) tăng 11.3%

và EcIo(>=-12dB) tăng 3.1%

Trang 16

15

Abstract 3G Mobiphone networks have developed fast and become popular in Vietnam recently Network optimization to ensure coverage and quality is an important work for every operator Optimization method using in previous GSM system is not suitable for WCDMA Thus, this thesis concentrates on proposing a solution, which use a simulation software, to optimize parameters during optimization process of UMTS network The solution is not only expand coverage, improve quality and reduce payment for equipment and infrastructure but also decrease cost for optimizing a network The method was applied to optimize Vinaphone 3G network at Dong Ha city, Quang Tri province

The optimization method includes the following steps Network parameters are collected and measured Based on the parameters, coverage, inteference, error during call set up, call drop and missed handover are analysed Then, solutions to adjust the -parameters are decided After that the parameters are optimized through repeting simulation and applied to the network Finally, parameter measurement is repeated to prove efficiency of the optimization process

After applying the above optimization steps, the results of optimized parameters ofnetwork are as follows all setup success rate increases by 0.49%, handover success crate improves by 0.69%, data traffic is 273Gb, RSCP(>= 95dBm) i- s 11.3% better and EcIo(>=-12dB) increases by 3.1%

Trang 17

16

LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò r t quan tr ng và ấ ọkhông thể thiếu được Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người

nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa

dạng và phong phú Ngày nay hông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụtkinh doanh không thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác vi n thông trên th gi i ễ ế ớ

Đố ới v i các khách hàng vi n thông, nh t là các nhà doanh nghiễ ấ ệp thì thông tin di động

tr ở thành phương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được Dịch vụ thông tin di

động ngày nay không ch h n ch ỉ ạ ếcho các khách hàng giàu có nữa mà nó đang dần tr ởthành dịch vụ ph c p cho mổ ậ ọi đối tượng vi n thông ễ

Năm 2009 là năm thông tin di động th h th 3 chính thế ệ ứ ức đưa vào phục v t i ụ ạViệt Nam V i công ngh WCDMA có khớ ệ ả năng cung cấp dung lượng dữ ệ li u lớn, tốc

độ cao đem đến cho ngườ ử ụi s d ng nh ng ti n ữ ệ ích đa phương tiện, cũng như những

ứng d ng hoàn toàn m i m mà công ngh ụ ớ ẻ ệ 2G chưa có được M t khác s ặ ự ra đờ ủi c a h ệ

thống thông tin di động thế ệ h 3 ở Việt Nam cũng tạo ra sự ạnh tranh giữa các nhà ccung c p d ch vấ ị ụ thông tin di động, đặc bi t là ba nhà ệ mạng viễn thông hàng đầu hiện nay : MobiFone, Vinaphone, Viettel Cạnh tranh không chỉ ề v cơ s h tở ạ ầng, số lượng thuê bao, mà quan tr ng còn là chọ ất lượng d ch v Chính vì y tác giị ụ vậ ả ự d a vào những

kiến thức tích luỹ trong những năm học và thực tế ề v chuyên ngành Điện Tử Viễn - Thông tại trường Đại Học Bách Khoa và sau th i gian nghiên cờ ứu Trung tâm di động KVIII của Vinapone cùng với sự hướng dẫn của TS Võ Lê Cường, tác giả đã nghiên

cứu và hoàn thành luận văn vớ ềi đ tài “Tối ưu hóa mạ ng vô tuy n Vinaphone 3G tại ế

tỉnh Quảng Trị ”

Chương I: Giới thi u chung v m ng UMTS, l ch s ệ ề ạ ị ử và xu hướng phát tri n ể

Chương II: Các vấn để cơ b n trong m ng UMTS ả ạ

Chương III: Giải pháp tối ưu mạng UMTS

Chương IV: Phân tích và tối ưu vùng mạng thành ph ố Đông Hà tỉnh Qu ng Tr ả ị

Trang 18

17

Em xin g i l i cử ờ ảm ơn chân thành tớ TS Võ Lê Cường và các thầy cô trong Viện i Điện T Vi n Thông ử ễ đã nhiệt tình gi ng dả ạy, quan tâm giúp đỡ tác gi trong su t quá ả ốtrình nghiên c u ứ

Tác gi xin chân thành cả ảm ơn Trung tâm di d ng KVIII cộ ủa Vinaphone đã tạo điều

ki n thuệ ận lợi cho t i trong quá trình làm vi c và nghiên c u t i trung tâm ố ệ ứ ạ

Trang 19

18

Chương I: Giới thi u ệ chung về ạ m ng UMTS, l ch s ị ử và xu hướng phát tri n ể 1.1 Giới thiệu

’ Trình bày sự phát triển thông tin di động lên 3G

’ Trình bày kiến trúc tổng quát của một mạng thôn di động 3G và các giao diện có liên quan

’ Trình bày kiến trúc mạng 3G UMTS: R3, R4 và R5 và chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 3G

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 3G và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3G được cho trên hình sau:

Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ di độngAMPS: Advanced Mobile phone System

TACS: Total Access Communication System

GSM: Global System for Mobile Telecommucation

Trang 20

19

WCDMA: Widfband Code Division Multiple Aceess

EVDO: Evolution Data Omly

IMT: International Mobile Telecommucation

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

WiFi: Wireless Fidelitity

WiMAX: Worldwide Interoperability f0r Mixrowave Access

LTE: Long Term Evolution

UMB: Untra Mobile Broadband

Hình sau cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các bản phát hành 3G

1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G

Mỗi phần tử mạng logic có một chức năng xác định Trong tiêu chuẩn các phần tử mạng được định nghĩa cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý tương tự, nhất là có một số giao diện mở (giao diện sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của

Trang 21

UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức mới Việc thiết kế các giao thức này dựa trên những nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới Trái lại, việc định nghĩa

CN dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ CN đã biết và đã phát triển

Một phương pháp chia nhóm cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Trên khía cạnh này, hệ thống UMTS được thiết kế theo Modun Vì thế, có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho

Trang 22

21

phép chia hệ thống UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác Các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTA Public Land Mobite Network) Thông thường mỗi PLMN được khai thác duy nhất và nó được nối đến các PLMN khác như ISDN, PSTN, Internet

Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết chức năngmạng Logic Các giao diện mở chính là:

’ Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theomột khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

’ Giao diện Impotance protoc : là giao diện vô tuyến của WCDMA, giao diện olgiữa UE và NodeB Đây là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của

hệ thống vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

’ Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khách nhau

¬ Iu-CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh

¬ Iu-PS dành cho dữ liệu chuẩn mạch gói.

’ Giao diện Iur: Giao diện giữa hai RNC Đây là giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữâ các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

’ Giao diện Iub: kết nối một NodeB với một RNC Nó cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên có Iub được tiêu chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn toàn

1.3.1 Mạng lõi CN (Core Network)

Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:

’ Quản lý di động, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng lõi

’ Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi.

’ Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài

’ Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói.

Trang 23

22

’ Giao diện Iu các yêu cầu quản lý và điều hành mạng.

Mạng lõi UMTS có thể chia thành 2 phần: chuyển mạnh kênh và chuyển mạch gói Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR và cổng MSC Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịc vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node)

Một số thành phần của mạng như HLR và AUC được chia sẻ cho cả hai phần Cấu trúc của mạng lõi có thể được thay đổi khi các dịch vụ mới và các đặc điểm mới của hệ thống được đưa ra

Các phần tử chính của mạng lõi như sau:

’ HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu trữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

’ MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động) là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Nhiệm vụ của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR làm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ CS là phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR

’ GMSC (Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng

CS bên ngoài

’ SGSN (Serving GPRS: General Packet Radio Network Service Node) có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch) Vùng PS là phần mạng được truy nhập qua SGSN

’ SGSN (Gateway GPRS Support Node) có chức năng giống như các dịch vụ điện thoại, ví dụ như ISDN hoặc PSTN

Trang 24

23

’ Các mạng PS đảm bảo các kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gói, ví dụ như Internet

1.3.2 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (radio Network Subsystem) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiển mạng

vô tuyến RNC (radio Network Controller) và một hay nhiều NodeB Các RNC và các NodeB được kết nối với nhau bằng giao dịch Iub

Các đặc tính chính của UTRAN

’ Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt là các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

’ Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi

’ Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết.

’ Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

Hai thành phần trong UTRAN : bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và NodeB

1.3.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyên RNC

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiẻn các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và kết cuối

giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức

này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN Nó đóng vai trò như

BSC

Các chức năng chính của RNC :

’ Điều khiển tài nguyên vô tuyến

Trang 25

24

’ Cấp phát kênh

’ Thiết lập điều khiển công suất

’ Điều khiển chuyển giao.

’ Phân tạp Macro

’ Mật mã hoá

’ Báo hiệu quảng bá.

’ Điều khiển công suất vòng hở.

1.3.2.3 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)

UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và module nhạn dạng thuê bao USIM (UMTS subscriber identity) Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ có thể gắn vào máy di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực cùng một số thông tin thuê bào cần thiết cho đầu cuối

1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G (WCDMA) UMTS hỗ trợ.

Vì thông tin di động 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Intrnet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra thông tin di động 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung thông tin di động 3G hỗ trợ các

Trang 26

25

dịch vụ truyền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở W CDMA được phân loại như -sau:

’ Loại hội thoại (Conversational, rt) Thông tin trong các yêu cầu trễ nhỏ (thoại :chẳng hạn)

’ Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ

nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực hiện chẳng hạn: Video Strsaming)

’ Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và

tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn)

’ Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên

nền cơ sở (e mail, tải xuống file: Video Download)

-Môi trường hoạt động của 3WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các tốc

độ bit Rbphục vụ như sau:

Trang 27

Trang 28

27

3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4, R5 Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP

1.5 Kiến trúc 3G UMTS R3.

WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến

384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dịch vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điện thoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS là “luôn luôn kết nối” đến Internet UMTS cũng

cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn, các dịch vụ dựa trên vị trí.Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (VN: Core Network) (xem hình 1.5) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng

vô tuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở

dữ liệu : AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực) HLR (Home: Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipmet Identiy Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

Trang 29

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động

có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server

Trang 30

29

Hình 1.6: Kiến trúc 3G UMTS R4Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh thu được thực hiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trụ gói Trong nhiều trường hợp đường c

trục gói Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time transport Protocol) trên Giao thức Internet (IP) Từ hình 1.10 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua

SGSN và từ SGSN đến SGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể

sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà cuộc cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC Server) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ

Trang 31

cuộc gọi bất kỳ 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức Điều khiển cuộc gọi

độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) được xây dựng trên cơ sở

khuyến nghị Q.1902 của ITU

Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN Khi này cuộc gọi đến hoặc PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư

Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt Nếu không có cấu trúc phân bổ, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A Với cấu trúc phân bổ, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn vàgiá thành khai thác mạng

Từ hình trên ta cũng thấy HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại giao trừ diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói

sử dụng hoặc IP hoặc ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các

Trang 32

31

mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn) Các thực tế như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang lại các bản tin SS7 ở mạng IP Bộ giao thức này được gọi là Sigtran

Trang 33

32

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.Từ hình 7 ta thấy tiếng và số liệu 1.không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện Trong mạng lỗi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng

thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function) Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function) chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function) Cổng báo hiệu truyền tải (T-

SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW:

Roaming Signalling Gateway)

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị củ người sử dụng được tăng a cường rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ giao

thức khởi đầu phiên (SIP:Session Initiation Protocol) UE trở thành một tác nhân của

người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều

CSCF quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và

từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến CSCF hoạt động như một đại diện Server/hộ tịch viên

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch

vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn) Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp với chúng

Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi được sử

dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

Trang 34

33

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác

SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran

-Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các

mạng di động có sử dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trường hợp T-SGW và R SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng

-MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4 MGW được điều khiển bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF) Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-TH.248

MGCF cũng liên lạc với CSCF: Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4 Điều này cho phép chuyển đổi dần dần từ các phiên bản R3

và R4 sang R5 Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch

vụ khác chẳnghạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS Cấu hình laio ghép được thể hiện trên hình sau:

Hình 1.8: Cấu hình lai ghép

Trang 35

34

1.8 Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS

Trong phần này ta sẽ xét chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS của hãng Aicatel dự kiến phát triển RAN từ GSM lên 3G UMTS theo ba phát hành: 3GR1, 3GR2 và 3GR3 Với mỗi phát hành, các sản phẩm mới và các tính năng mới được đưa

ra

1.8.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chống lấn

Phát hành 3GR1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các đặc tả kỹ thuật vào tháng 6 năm 2000 Phát hành đầu của 3GR1 chỉ hỗ trợ UTRA FDD và sẽ được -triển khai chống lấn lên GSM Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1 được chia thành ba giai đoạn được kýhiệu R1.1., R2.2 và R1.3 (R:Release: phát hành) Trong các phát hành này các phần cứng và các tính năng mới được đưa ra Các nút B được gọi là MBS (Multistandard Base Station: trạm gốc đa tiêu chuẩn).Tuy nhiên MBS VI chỉ đơn thuần là nút B, chỉ MBS V2 mới thực sự đa tiêu chuẩn và chứa các chức năng của cả nút B và BTS trong cùng một hộp máy Tương tự RNC V2 và OMC-R V2 được đưa ra để phục vụ cho cả UMTS và GSM

Hình sau cho thấy kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS được phát triển trong giai đoạn triển khai UMTS ban đầu (3GR1.1)

Trang 36

(V2) Hình 1.10 mô tả kiến trúc mạng RAN tích hợp của giao đoạn hai

Trang 37

Trang 38

đa phương tiện IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói Để đáp ứng được nhiệm vụ này ngoài miền chuyển mạch gói, mạng được bổ sung thêm phân hệ đa phương tiện IP (IMS) Cốt lõi của IMS là CSCF thực hiện khởi đầu kết nối đa phương tiện IP dựa trên giao thức khởi đầu phiên (SIP Session Initiation Protocol) Ngoài ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF) Hiện nay mạng 3G WCDMA UMTS đang ở giai đoạn chuyển dần từ R4 sang R5 Trong phần tiếp theo sẽ trình bày về các vấn đề cơ bản trong mạng WCDMA

Trang 39

38

Chương II: C ác v n đ ấ ể cơ bản trong m ng UMTS ạ 2.1 Giới thiệu chung

’ Hiểu tổng quan trải phổ và phương pháp đa truy nhập của WCDMA.

’ Hiểu điều khiển công suất, chuyển giao mềm và máy thu phân tập đa đường (RAKE)

’ Hiểu các dạng mã trải phổ và các sơ đồ điều chế của WCDMA.

2.2 Các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA

Các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA và chức năng của các quá trình như sau:

’ Source coding: giúp tăng hiệu công suất

’ Channel coding & interleaving: giúp tăng độ tin cậy trong quá trình truyền tin.

’ Trải phổ: Giúp tăng khả năng chống nhiễu.

’ Modulation: giúp chuyển tín hiệu từ digital thành tín hiệu analog

Chi tiết cụ thể của từng quá trình như sau:

2.2.1 Mã hoá nguồn

Trong hệ thống WCDMA sử dụng bộ mã hoá là AMR (Adaptive Multirate) dùng cho việc mã hoá tiếng nói AMR có thay thay đổi theo 8 tốc độ bitrte để phù hợp với các trường hợp cụ thể

Tốc độ bitrate của AMR được thay đổi bởi RAN dựa trên việc cân bằng giữa tải của

hệ thống và chất lương thoại mong muốn Ví dụ như khi có propagation nhỏ ta có thể nâng cao tốc độ bitrate AMR để tăng chất lượng thoại trong khi nếu có propagation lớn

ta có thể giảm tốc độ bitrate để đảm bảo quá trình truyền tin được thông suốt

Trang 40

Bảng 2.1: Các tốc độ bit rate của AMR

Đối với các dịch vụ của video WCDMA sử dụng codec H.34 bao gồm có video code, speech code và data protocol

Trong quá trình này bộ thu phát sẽ đo đạc chất lượng tín hiệu vô tuyến và phải gửi lại cho bên phát hoặc là chất lượng tín hiệu thu được hoặc là code mode mà bộ phát nên sử dụng để truyền frame tiếp theo Việc trao đổi này cần diễn ra nhanh nhất có thể

để đảm bảo độ trễ chấp nhận được cho quá trình truyền tín hiệu

2.2.2 Mã hoá khối

Trong quá trình truyền tin có rất nhiều nhiễu sinh ra Để đảm bảo tính tin cậy của quá trình truyền tin hệ thống sẽ thực hiện channel coding để loại bỏ các ảnh hưởng này Channel coding gồm có blok coding, channel coding và interleaving

Block coding được sử dụng để kiểm tra xem liệu có lỗi nào còn tồn tại sau quá trình sửa lỗi Phương pháp thường được sử dụng trong block conding là CRC

CRC (Cyclic Redundancy Check) là việc mà bộ mã hoá sẽ thêm một vài bít thừa vào trong đoạn tín hiệu cần truyền và bộ giải mã sẽ sử dụng các bít này để xác định liệu có lỗi xảy ra trong quá trình truyền và sửa được hay không

Tiêu đề	Tối Ưu Hóa Mạng Vô Tuyến Vinaphone 3G Tại Tỉnh Quảng Trị
Tác giả	Lê Văn Thủy
Người hướng dẫn	TS. Võ Lê Cường
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Truyền Thông
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	11,29 MB