NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG DI ĐỘNG 3G

Đề tài : NGHIÊN CỨU MỘT SỐGIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG DI ĐỘNG 3G Trong quá trình triển khai cho đến quá trình vận hành mạng di động 3G UMTS, công tác nâng cao chất lượng mạng phục vụkhách hàng luôn được đặt lên hàng đầu đối với các nhà mạng di động. Công tác này cần phải thực hiện thường xuyên liên tục để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng. Các giải pháp cần được nghiên cứu và triển khai áp dụng nhằm nâng cao chất lượng mạng sao cho tối ưu được vềdung lượng, chât lượng và cơsởhạtầng mạng thực tế.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGUYỄN NGỌC NAM

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG DI ĐỘNG 3G

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

MỞ ĐẦU

Thông tin liên lạc nói chung và thông tin di động nói riêng hiện nay

là một trong những ngành công nghiệp có tốc độ phát triển nhanh nhất trên

thế giới trong vài năm trở lại đây Cùng với nhu cầu ngày càng lớn về các

dịch vụ của khách hàng như thoại, dữ liệu và dịch vụ giá trị gia tăng, thì

công nghệ GSM, GPRS không thể đáp ứng đủ cho các nhu cầu đó Hướng

tất yếu là phát triển các công nghệ di động mới có đủ khả năng để đáp ứng

các nhu cầu của khách hàng Công nghệ di động 3G là một trong những

công nghệ mới như thế Với các ưu thế vượt trội về tốc độ truyền tải dữ liệu,

công nghệ di động 3G hứa hẹn cung cấp các dịch vụ nội dung phong phú

đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng

Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp giấy phép triển khai 3G từ

tháng 4/2009 cho 4 đơn vị là: Viettel, VinaPhone, MobiFone, và

Vietnamobile Giấy phép 3G cấp cho 4 doanh nghiệp trên theo tiêu chuẩn

IMT-2000 trong băng tần 1900-2200 MHz Đến hết tháng 6/2013, Việt Nam

đã có 136 triệu thuê bao di động Với tốc độ tăng trưởng thuê bao như hiện

nay, thì trong những năm tới, ngành công nghiệp di động sẽ vẫn phát triển

với tốc độ cao

Trong quá trình triển khai cho đến quá trình vận hành mạng di

động 3G UMTS, công tác nâng cao chất lượng mạng phục vụ khách hàng

luôn được đặt lên hàng đầu đối với các nhà mạng di động Công tác này cần

phải thực hiện thường xuyên liên tục để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của

khách hàng Các giải pháp cần được nghiên cứu và triển khai áp dụng nhằm

nâng cao chất lượng mạng sao cho tối ưu được về dung lượng, chât lượng và

cơ sở hạ tầng mạng thực tế

Trên cơ sở đó cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo TS Vũ Trường

Thành, tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề

tài “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng mạng di động

3G”

Nội dung của luận văn được tổ chức thành 3 chương chính, bao

gồm:

KIẾN NGHỊ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Qua việc phân tích và áp dụng cũng như đánh giá kết quả về các giải pháp nâng cao chất lượng mạng vô tuyến 3G nhận thấy những cải thiện đáng kể của giải pháp này, các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể được kiến nghị như sau:

1 Mở rộng nghiên cứu các giải pháp không chỉ nâng cao chất lượng mạng 3G phần vô tuyến mà cả những giải pháp nâng cao chất lượng mạng ở phần lõi

2 Triển khai và áp dụng các giải pháp giải pháp đã nghiên cứu cho toàn bộ mạng Mobifone

3 Nghiên cứu thêm các quy trình tối ưu cho các KPI liên quan đến truy cập dữ liệu HSDPA, độ trễ

KẾT LUẬN

Với mục tiêu nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng mạng 3G

và ứng dụng vào triển khai trên mạng MobiFone Luận văn đã hoàn thành

các nội dung sau:

Trình bày về vấn đề tổng quan công nghệ mạng 3G, cấu trúc mạng,

các lớp giao thức, kỹ thuật chính sử dụng của công nghê 3G, nghiên cứu cơ

sở lý thuyết của giải pháp nâng cao chất lượng mạng Các giải pháp được để

xuất để nâng cao chất lượng mạng

Từ việc phân tích tìm hiểu trên, luận văn tập trung vào áp dụng cho

mạng 3G MobiFone nhằm nâng cao chất lượng mạng Dựa trên hiện trạng

và sự phát triển thuê bao của nhà mạng, nhà mạng đã áp dụng:

• Quy hoạch vùng phủ: tính toán số lượng trạm NodeB, cấu hình

dung lượng cho trạm, lắp đặt bổ sung các thiết bị Repeater,

Femtocell, IBC Node B cho các khu vực câm trong đô thị, và nhà

chung cư

• Triển khai thường xuyên liên tục công tác tối ưu driving test để

phát hiện lỗi cũng như những trường hợp khai báo cell chưa chuẩn

để đưa ra các phương án: hiệu chỉnh anten, thay thiết bị lỗi, khai

báo cấu hình cho trạm NodeB nhằm tăng tỉ lệ chất lượng KPI phục

vụ khách hàng

Kết quả đánh giá việc nhà mạng MobiFone áp dụng các giải pháp

trên đã cải thiện đáng kể vùng phủ sóng 3G phục vụ khách hàng Cải thiện tỉ

lệ rớt cuộc gọi, cũng như thiết lập cuộc gọi

Chương 1 Tổng quan công nghệ 3G: Tìm hiểu về quá trình phát

triển của mạng thông tin di động đi từ 2G lên 4G, nghiên cứu cấu trúc mạng 3G, các đặc điểm, các giao thức kỹ thuật của công nghệ thông tin di động 3G

Chương 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng 3G và một số giải pháp nâng cao chất lượng mạng 3G: đưa ra các bộ chỉ tiêu

chất lượng KPI đối với mạng di động 3G, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng 3G Từ đó đề xuất một số giải pháp để nâng cao chất lượng bộ chỉ tiêu chất lượng KPI

Chương 3 Triển khai giải pháp nâng cao chất lượng mạng di động 3G MobiFone: Phân tích hiện trạng mạng lưới và dự báo phát triển

thuê bao mạng MobiFone, từ đó thực hiện áp dụng giải pháp nâng cáo chất lượng mạng tập trung vào công tác quy hoạch vùng phủ, tối ưu tham số chất lượng KPI và đánh giá kết quả đạt được

Chương 1 –TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 3G

Chương này tập trung giới thiệu quá trình phát triển công nghệ

mạng di động từ 2G lên 3G, phân tích sự khác nhau giữa 2 công nghệ 3G

WCDMA và 2G-GSM Sau đó tìm hiểu cấu trúc mạng 3G cũng những các kỹ

thuật chính sử dụng trong công nghệ mạng di động 3G Từ đó có được cái

nhìn tổng quan về công nghệ mạng 3G

Sau đây là hình vẽ thể hiện sự phát triển của mạng di động 2G lên

3G:

Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ 2G đến 3G

WCDMA hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên đến 2,05Mbps cho người

dùng tĩnh, 384Kbps cho người dùng di chuyển chậm và 128Kbps cho người

sử dụng trên ôtô Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là

sóng mang 200KHz như của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với

công nghệ 2G và 2,5G.Người ta cũng đã tiến hành nghiên cứu các hệ thống

vô tuyến thế hệ tư có tốc độ cho người sử dụng lớn hơn 2 Mbit/s

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa

phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả

năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập

Hình 3.6: Chất lượng KPI 3G Hà Nội trước khi thực hiện tối ưu Sau khi tiến hành tối ưu, chất lượng mạng 3G tại Hà Nội 5 đã được cải thiện, cụ thể như sau:

Hình 3.7: Chất lượng mạng 3G Hà Nội 5 sau khi tối ưu

Các KPI chính CDR Số cell Call drop (peak) > 2

Cải thiện 22%

Bảng 3.8: Đánh giá hiệu quả sau khi tối ưu CS-CDR

Hình 3.5 Các bước tối ưu CSSR

3.3.3 Thực hiện triển khai tối ưu KPI CDR tại Hà Nội

3.3.3.1 Chuẩn bị dự án

Khu vực thực hiện tối ưu: Hà Nội 5

Thời gian tiến hành tối ưu: 30 ngày từ 1/3/2013 đến 30/3/2013

Tổng quan hiện trạng mạng: 370 trạm 3G

Chất lượng mạng trước khi tối ưu:

Internet, hội thảo WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz,

2110 MHz - 2170 MHz

Tiếp theo phần là tìm hiểu cấu trúc mạng 3G WCDMA:

Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống WCDMA Chức năng cũng như nhiệm vụ của từng phần từ mạng cũng như các giao diện kết nối được giới thiệu

Sau khi có tìm hiểu khái quát về công nghệ mạng 3G, chương 1 tiếp tục phân tích các kênh sử dụng trong 3G WCDMA( kênh logic, kênh vật lý, kênh truyền tài) và các kỹ thuật chính được sử dụng::kỹ thuật trải phổ, kỹ thuật điều khiển công suất, kỹ thuật chuyển giao và lựa chọn cell Minh họa như hình vẽ:

Hình 1.5: Các kênh WCDMA WCDMA sử dụng 2 loại điều khiển công suất là

- Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)

- Điều khiển công suất vòng lặp đóng (CLPC)

Trong kỹ thuật chuyển giao của WCDMA có chuyển giao cùng tần

số, chuyển giao giữa các tần số, chuyển giao giữa các hệ thống Thủ tục

chuyển giao có 2 loại chuyển giao cứng và chuyển giao mềm& mềm hơn

Như vậy chương 1 đã tìm hiểu và khái quát được công nghệ 3G các

đặc điểm, câu trúc, kỹ thuật sử dụng để từ đó phát triển đưa ra giải pháp đề

xuất nâng cao chất lượng mạng ở chương 2

Hình 3.4: Các bước tối ưu CDR 3.3.2 Các bước tối ưu CSSR

Kết quá đã cải thiện đáng kể vùng phủ cho các khu vực có mức thu

tín hiệu 3G kém, cải thiên đáng kể tỉ lệ rất cuộc gọi cũng như tỉ lệ thiết lập

cuộc gọi

Ngoài giải pháp femtocell, nhà mạng MobiFone cũng triển khai lắp

đặt trạm NodeB trong các tòa nhà chung cư có lưu lượng khách hàng sử

dụng nhiều

- Trạm IBC NODEB: Giống thiết kế 1 trạm Node outdoor thông

thường tuy nhiên IBC Node Sử dụng rất nhiều anten đa hướng có công suất

phát 2W lắp tại các tầng của nhà chung cư Chỉ phủ sóng trong tòa nhà

không phủ sóng ra ngoài tòa nhà gây là hiện tượng nhiễu và rớt cuộc gọi do

chuyển giao cell

Từ năm 2011-2013 tại khu vực Hà Nội đã triển khai lắp đặt cho

175 tòa nhà chung cư cao tầng Và cũng đã cải thiện tốt chất lượng truy cập

3G ở các tòa nhà này

3.3 Tối ưu một vài tham số KPI dựa vào quá trình Drivingtest

3.3.1 Các bước tối ưu CDR

Chương 2 – CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG 3G VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

MẠNG 3G

Chương này trình bày về các chỉ tiêu chất lượng KPI để đánh giá chất lượng mạng, phân tích các nguyên nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng mạng 3G Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng mạng 3G Từ đó là cơ

sở để triển khai các giải pháp này trong chương 3

2.1 Khái quát các chỉ tiêu chất lượng mạng 3G

Sau đây là bảng tổng hợp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng KPI của mạng 3G:

Bảng 2.2: Tổng hợp các chỉ tiêu chất lượng KPI cho mạng 3G

1 Coverage- Vùng Phủ

Densurban: 95% số mẫu có RSCP >= -88dbm

Urban: 95% số mẫu có RSCP >= -93dbm Suburban: 95% số mẫu có RSCP >= -98dbm

Rual: 95% số mẫu có RSCP >= -105dbm

2 Performance- Hiệu suất

a Access- Truy nhập

3 CSSR( Voice call) % >= 98%

4 VCSSR( Video call) >=97.5%

5

PDP Activation Success

b Retainbility- Khả năng giữ cuộc gọi

c Mobility- Di động

d Data throughput- Thông lượng

12 R99 Avg Throughput DL&UL kbit/s >300

13

HSPA Avg Throughput DL (đo

điểm) Mbit/s

>=80% giới hạn Min download

HSPA Avg Throughput DL (đo

>=50% giới hạn min DL của tất cả các cell

HSPA Avg Throughput UL (đo

điểm) Mbit/s

>=80% giới hạn Min Upload

công của các hộ dân, trên cột điện dọc các khu phố Do công suất nhỏ nên 3G Repeater tiêu thụ nguồn khá thấp, có thể sử dụng chung nguồn với hộ dân nơi lắp đặt trạm Repeater Điều này có ý nghĩa rất lớn khi triển khai trạm Repeater

Qua thực tế khảo sát, đo kiểm và phản ánh từ phía khách hàng sử dụng Nhà mạng MobiFone đã cho triển khai lắp đặt trạm Repeater cho 400 điểm

Kết quả cho thấy sau khi lắp đặt đã cải thiện đáng kế những khu vực câm trong đô thị tại khu vực Hà Nội

3.2.4 Giải pháp phủ sóng trong nhà chung cư cao tầng

™ Mục tiêu:

Phủ sỏng ở khu vực các nhà cao tầng mà trạm lắp đặt trên mặt đất không thể phủ sóng; nơi có mật độ thuê bao cao

™ Căn cứ của giải pháp Hiện nay, phần lớn các nhà cao tầng như khu vực nhà chung cư cao tầng, khu vực nhà công sở không được phủ sóng trong nhà Ở các tầng cao, chất lượng tín hiệu rất kém, mức thu khá thấp Kết quả khảo sát cho thấy đây là tồn tại lớn của mạng 2G/3G ở Việt Nam

Đặt điểm của các thuê bao trong khu vực các nhà cao tầng là khu vực di chuyển hẹp (nằm trong diện tích mặt sàn của từng ngôi nhà) Do đó, vấn đề chuyển giao không phải xem xét

™ Femtocell và trạm IBC NodeB giải pháp hiệu quả

- Femtocell là một trạm phát sóng nhỏ của mạng thông tin di động

tế bào được dùng để nâng cao chất lượng dịch vụ và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng ở phạm vi gia đình và văn phòng, công sở giống như trạm phát sóng trong nhà so với các macrocell hay microcell truyền thống là femtocell kết nối với mạng của nhà cung cấp dịch vụ thông qua mạng cố định băng rộng như DSL hay cáp, thay vì thông qua mạng riêng của nhà cung cấp dịch vụ di động

Từ năm 2011-2013 nhà mạng MobiFone đã triển khai lắp đặt 200

bộ femtocell để phục vụ khách hàng ở những điểm đen về sóng 3G

Code cho HSDPA 15 Code 16 QAM tối đa 14,4 Mbps/Node

- Pha 2: Giai đoạn 2011-2014, trong giai đoạn này sẽ lắp đặt thêm

1342 Node-B mới và nâng cấp 350 Node-B của pha 1 Cấu hình

Node-B lắp đặt pha 2 như trong bảng 3.6

Cấu hình

Node-B

Cấu hình 1/1/1 sẵn sàng cho 3/3/3

Cấu hình 2/2/2 sẵn sàng 3/3/3

Cấu hình 3/3/3

Kênh CE 128 CE Uplink &

128 CE Downlink

256 CE Uplink & 256

CE Downlink

384 CE Uplink &

384 CE Downlink

Số lượng Code

cho HSDPA

15 Code 16 QAM tối đa 14,4 Mbps/Cell

15 Code 16 QAM tối đa 14,4

Mbps/Cell

15 Code 16 QAM tối đa 14,4 Mbps/Cell

3.2.2 Lắp đặt Repeater để phủ sóng các khu vực câm trong đô thị

™ Mục đích: Giảm các vùng có cường độ tín hiệu yếu, các vùng câm

do địa hình

™ Căn cứ của giải pháp:

Kết quả đo khảo sát cho thấy, ngay tại các khu vực đông dân cư

như Hà Nội Vẫn còn tồn tại những khu vực bụ câm do bị che khuất bởi các

công trình xây dựng Tại các địa điểm này, mặc dù ở gần trạm phát sóng,

tuy nhiên chất lượng tín hiệu không lớn, không đảm bảo kết nối, truy nhập

mạng và dịch vụ

Công nghệ sản xuất các thiết bị điện từ rất hiện đại, hiện nay các

nhà cung cấp thiết bị cho mạng 3G đưa ra nhiều giải pháp để người sử dụng

khắc phục những tồn tại của hệ thống khi cung cấp dịch vụ

™ Nội dung thực hiện:

Cung cấp dịch vụ 3G sử dụng một số Repeater ở các khu vực không có sóng

3G ở các khu vực khu phố nhỏ hẹp, khôn.g triển khai được trạm NodeB

Việc triển khai các trạm lặp Repeater khá đơn giản vì các thiết bị này được

thiết kế có sẵn anten thu và phát, thiết bị nhỏ gọn Có thể lắp đặt trên ban

HSPA Avg Throughput UL (đo tuyến) Mbit/s

>=50% giới hạn min Upload của tất

cả các cell

e Latency- Độ trễ

14 AMR Access delay time S <=3.8

15 VC Access delay time S <=5.5

16 PS Access delay time S <=2.8

17 R99 ping delay time Ms <=200

HSPA ping delay time Ms <=150

Tiếp theo chương 2 phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng 3G

2.2.2 Các yếu tố khách quan

2.2.2.1 Cấu trúc địa hình

Cấu trúc địa hình của Việt Nam khá phức tạp, các khu vực được phủ sóng mạng 3G nằm ở các khu vực đồi núi cao như khu vực miền núi phía Bắc hoặc khu vực sông suối, ao hồ như khu vực phía Nam Ở các đô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng…có quy hoạch xây dựng thiếu đồng bộ, thống nhất Đặc điểm địa hình này đã tạo ra khá nhiều vùng lõm không được phủ sóng, mặc dù theo thiết kế đó là khu vực được phủ sóng

2.2.1.2 Suy hao vô tuyến do thời tiết

Kết quả đo khảo sát cho thấy, suy hao do thời tiết ở Việt Nam đối với băng tần 2GHz ở Việt Nam là khá lớn Do thời tiết Việt Nam nằm ở khu vực cận nhiệt đới gió mùa Điều đó cho thấy lượng mưa, mây mù ở Việt Nam khá lớn, nhất là vào mùa đông ở Miền Bắc có đồi núi cao, mây mù và

mưa kéo dài Điều này ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ, đặc biệt là quá

trình truy nhập vô tuyến, phạm vi phủ sóng

2.2.2 Các yếu tố chủ quan

2.2.2.1 Thiết kế và triển khai kiến trúc mạng 3G

Thiết kế triển khai kiến trúc trên nền cơ sở hạ tầng mạng có sẵn,

các nhà mạng tận dụng đường truyền cũng như mạng lõi cũ nên cũng ảnh

hưởng đến chất lượng dịch vụ 3G

2.2.2.2 Nhiễu kênh lân cận

Trong phần này sẽ xét ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận giữa các

nhà khai thác ở các tần số lân cận Trong môi trường có nhiều mạng UMTS

hoạt động với các tần số gần nhau, tín hiệu có thể gây nhiễu lẫn nhau làm

ảnh hưởng đến chất lượng, vùng phủ và dung lượng của mỗi hệ thống

2.2.2.3 Chuyển giao liên hệ thống do số lượng trạm

Chuyển giao giữa hệ thống GSM sang hệ thông WCDMA và

ngược lại xảy ra lỗi gây rớt cuộc gọi của người sử dụng do hệ thống mạng

chưa đủ số trạm 3G và sự không tương tích về tốc độ giữa 2 hệt thống ảnh

hưởng đến tỉ lệ chuyển giao và rơi cuộc gọi

Sau khi phân tích tìm hiểu một số nguyên nhân ảnh hưởng đến chất

lượng mạng di động 3G, tiếp theo chương 2 sẽ đưa ra một số giải pháp nâng

cao chất lượng mạng di động 3G Trong mục 2.3

2.3 Một số giải pháp nâng cao chất lượng mạng di động 3G

2.3.1 Tính toán vùng phủ sóng

Trong phần này sẽ đề xuất giải pháp tính toán bán kính cell, số

lượng trạm cần lắp đặt dựa trên việc phân tích đặc điểm môi trường truyền

sóng, loại dịch vụ dự kiến triển khai cung cấp nhằm đảm bảo phủ sóng khu

vực đưa ra

Để có thể tính toán được bán kính cell ta đề xuất tính toán phân

tích quỹ đường truyền vô tuyến để từ đó dựa vào mô hình truyền sóng tham

khảo Hata-Okumura hoặc Walfisch-Ikegami(Cost 231) để tính được bán

kính cell Sau đó tính toán được diện tích phủ sóng của cell và số lượng site

Lưu lượng Video mỗi thuê bao

Tỷ lệ thâm nhập thuê bao PS 70%

Thông lượng trung bình của thuê bao PS PS64/64 PS trong BH Kbyte 20 40

Thông lượng trung bình của thuê bao PS PS64/128 trong BH Kbyte 10 30

Thông lượng trung bình của thuê

Thông lượng HSDPA trung bình của thuê bao HSDPA trong BH Kbyte 450

Thông lượng HSUPA trung bình của thuê bao HSUPA trong BH Kbyte 150 Căn cứ vào mô hình lưu lượng (Trafic Model) ở trên và số lượng Node-B đã tính để đảm bảo phủ sóng theo yêu cầu, tính toán cấu hình cho Node-B gồm: số CE (Channel Element) và Number Code (sử dụng cho HSDPA) cần thiết, cụ thể cho khu vực Tp Hà Nội theo tính toán của nhà cung cấp thiết bị Huawei các pha như sau:

- Pha 1: Giai đoạn 2009-2010, với tổng số 350 Node-B và sẽ sẽ có cấu hình 1/1/1 Cấu hình Node-B được cấu hình như trong bảng 3.5 Bảng 3.5: Cấu hình của 350 Node-B pha 1

Node – B Cấu hình 1/1/1 sẵn sàng 3/3/3

Kênh CE 128 CE Uplink & 128 CE Downlink

(Ready 384 UL/384 DL)