đồ án kỹ thuật viễn thông Tối ưu chỉ số KPI mạng vô tuyến 3G-UMTS

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 3 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu về mạng 3G UTMS theo công nghệ WCDMA, tôi nhận thấy đây là một hệ thống có rất nhiều ưu việt như tốc độ dữ liệu

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 1

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin liên lạc nói chung và thông tin di động nói riêng là một trong những ngành công nghiệp phát triên với tốc độ nhanh nhất và ngoạn mục nhất trên thế giới trong những năm cuối thế kỷ 20 và đặc biệt là trong những năm đầu thế kỷ 21 Nói riêng tại Việt Nam, cuối năm 2003 số lượng thuê bao di động chỉ có xấp xỉ 3 triệu nhưng chỉ sau năm 6 năm đã tăng lên tới con số 81 triệu thuê bao di động (theo số liệu của tổng cục thống kê) Điều đó đã minh chứng cho tốc độ phát triển như vũ bão của thông tin di động tại Việt Nam Tại Việt Nam hiện nay có tổng cộng là 8 nhà khai thác mạng di động đang hoạt động trong đó 3 nhà khai thác lớn nhất là Viettel, Mobifone và Vinaphone

Các nhà khai thác hiện nay cung cấp dịch vụ cho khách hàng chủ yếu dựa trên nền tảng công nghệ 2G-GSM với dịch vụ chủ yếu là thoại và SMS, bên cạnh đó là công nghệ 2.5G-GPRS và 2.75G-EDGE có bổ sung các dịch vụ truyền tải dữ liệu Nhưng trong tương lai gần, nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao của khách hàng là rất lớn, đặc biệt là trong đối tượng khách hàng là giới trẻ và những người đang công tác 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 Việt Nam

Trong quá trình triển khai mạng di động 3G, việc tối ưu mạng đóng vai trò rất quan trọng để nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng dung lượng mạng, và kịp thời khắc phục các sự cố xẩy ra trong quá trình vận hành Với vai trò đó, công tác tối ưu mạng 3G cần diễn ra thường xuyên liên tục và theo một chu trình khép kín trong suốt quá trình tồn tại của mạng từ khi mới triển khai và trong quá trình đưa vào vận hành Công tác tối ưu mạng di động 3G đòi hỏi các kỹ sư tối ưu ngoài việc đáp ứng các

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 2

yêu cầu về sự tỉ mỉ, chính xác thì còn cần phải có kiến thức chắc chắn về lý thuyết

mạng 3G-UMTS, đồng thời cần có nhiều kinh nghiệm và nắm chắc quy trình tối ưu

mạng

Tối ưu mạng di động 3G-UMTS là một vấn đề còn rất mới mẻ tại Việt Nam vì

vậy để đi sâu nghiên cứu về nó sẽ còn gặp rất nhiều khó khăn vì sự hạn chế về

nguồn tài liệu và việc thiếu các kinh nghiệm tối ưu mạng 3G do lần đầu triển khai

thực tiễn Nhưng sự đòi hỏi cấp bách và tầm quan trọng của tối ưu trong quá trình

triển khai và vận hành mạng 3G ở nước ta trong năm 2009, 2010 và các năm sau đó

sẽ mở ra những tiềm năng lớn và nhiều cơ hội cho các sinh viên chuẩn bị ra trường

nếu họ nắm vững về nó Với kiến thức đã học trong chuyên nghành điện tử-viễn

thông tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự hướng dẫn của thạc sỹ Trần Mạnh

Hoàng, cùng với thời gian thực tập tại công ty Sky Telecom, em đã có cơ hội tìm

hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“ Tối ưu chỉ số KPI mạng vô tuyến 3G-UMTS”

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thạc sỹ Trần Mạnh Hoàng đã tận tình

hướng dẫn, và các kỹ sư trong công ty Sky Telecom đã cho em nhiều ý kiến đóng

góp để em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Chu Xuân Thuận

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu về mạng 3G UTMS theo công nghệ WCDMA, tôi nhận thấy đây là một hệ thống có rất nhiều ưu việt như tốc độ dữ liệu cao, các dịch vụ phong phú, đáp ứng các nhu cầu khác nhau cho nhiều đối tượng người sử dụng Tuy nhiên do sử dụng chung một tần số nên hệ thống WCDMA là một hệ thống tự gây nhiễu do đó việc chống nhiễu là cực kì quan trọng Và công tác tối ưu là một phần không thể thiếu trong vòng đời của mạng Trong đó, chỉ số KPI được xem như là chỉ số đặc trưng cho hiệu năng của mạng Nhờ nó, các nhà mạng

có thể phân tích, đánh giá, tìm cách cải thiện, nâng cao chất lượng của mạng

Nhận thức rõ được điều đó, trong đồ án này em tập trung tìm hiểu hệ thống

di động 3G UMTS theo công nghệ WCDMA và các chỉ số KPI, kết hợp với các số liệu và kinh nghiệm thực tế qua quá trình đi đo kiểm, tối ưu mạng Vinaphone 3G tại thành phố Tam Kỳ, Quảng Nam Từ đó đưa ra các giá trị các thông số và các khuyến nghị nhằm giảm nhiễu, cải thiện chất lượng của mạng

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 4

PROJECT SUMMARY

Through researching about the UMTS network using WCDMA technology, I recognize that this is a system that has many advantages such as high-speed data, diversified services and it satisfies many other users Because of using an unique frequency, WCDMA is a seft- interference system, so interference preventing is extremely important in this system And network optimization is very essential in the network cycle One of many indexs to show the network performance is Key Performance Indicator (KPI) Based on KPI, the operators can analyse and find how

to improve the quality of the network

In this project I focus on studying cellular UMTS network using WCDMA technology and KPIs, combining statistic and experience through the testing and optimization processes in Vinaphone 3G at Tam Ky city in Quang Nam province and then suggesting the parameters and recommendations in oder to reduce interference and improve the quality of the network

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 5

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN………3

MỤC LỤC ……… 5

DANH SÁCH HÌNH VẼ……… 8

DANH SÁCH BẢNG BIỂU……… 10

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT……… 11

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN MẠNG 3G -UMTS……… 14

1.1.Giới thiệu chung 14

1.1.1.Khái niệm về UMTS……… 14

1.1.2 Khả năng cải tiến của UMTS……….…….15

1.1.3.Các phiên bản của UMTS-WCDMA……… 15

1.1.4.Băng tần số cấp phát cho WCDMA-UMTS……… 16

1.2.Kiến trúc mạng 3G-UMTS 18

1.2.1 Thiết bị người sử dụng……… 18

1.2.2 Mạng truy cập vô tuyến UMTS……… 19

1.2.3 Mạng lõi……… 21

1.2.4 Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến và lõi (OSS-RC)……… 24

1.3.Các kênh trong hệ thống UMTS 24

1.3.1 Các kênh logic 25

1.3.2 Các kênh truyền tải 25

1.3.3 Các kênh vật lý 26

1.4 Tổng kết chương………27

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG UMTS……… 28

2.1 Giới thiệu chương 28

2.2.Trải phổ 28

2.3.Điều khiển công suất WCDMA 30

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 6

2.3.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)……… 31

2.3.2 Điều khiển công suất vòng lặp đóng (CLPC)……… 32

2.4.Chuyển giao và lựa chọn lại Cell trong WCDMA 33

2.4.1 Chuyển giao……… 33

2.4.2 Các loại chuyển giao và lựa chọn lại Cell……… 33

2.4.3 Các thủ tục chuyển giao……… 34

2.5.Tổng kết chương 35

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU

VÀ KPI MẠNG 3G UMTS 36

3.1.Giới thiệu chương 36

3.2.Khái quát chung về KPI mạng 3G UMTS 36

3.2.1 Định nghĩa, đặc điểm và mục đích của việc sử dụng KPI……… 37

3.2.2 Phân loại KPI……… 37

3.2.3 Các nguồn dữ liệu phục vụ tính toán các KPI……… 39

3.2.4 Một số KPI được sử dụng trong tối ưu mạng 3G UMTS……… 39

3.3.Các vấn đề cơ bản của công tác tối ưu mạng vô tuyến di động 40

3.3.1 Khái niệm và mục tiêu của công tác tối ưu vô tuyến……… 40

3.3.2 Thủ tục tối ưu mạng vô tuyến……… 41

3.3.3 Một số công cụ phục vụ tối ưu mạng vô tuyến……… 42

3.3.4 Các dữ liệu phục vụ đánh giá và tối ưu chất lượng mạng……… 46

3.3.4.1 Dữ liệu Drive test 46

3.3.4.2 Dữ liệu kiểm tra chất lượng cuộc gọi (CQT) 46

3.3.4.3 Dữ liệu thống kê chất lượng mạng 47

3.4.Phương pháp tối ưu mạng 3G UMTS 47

3.4.1 Các giai đoạn tối ưu mạng 3G – UMTS……… 47

3.4.2.Điểm khác nhau giữa các giai đoạn tối ưu mạng 3G UMTS 50

3.4.3.Quy trình tối ưu dựa trên các KPI mạng 3G UMTS……… 51

3.4.3.1.Công tác chuẩn bị 51

3.4.3.2.Thu thập dữ liệu phục vụ tối ưu………51

3.4.3.3.Phân tích chất lượng mạng phục vụ tối ưu………52

3.4.3.4.Tiến hành thiết kế tối ưu 56

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 7

3.4.3.5 Công nhận thiết kế tối ưu 58

3.5.Định nghĩa một số KPI và nguyên nhân ảnh hưởng tới chúng……… …….59

3.5.1 Call Drop Rate - Tỉ lệ rớt cuộc gọi (CDR)……….59

3.5.2 Tỉ lệ thành công thiết lập cuộc gọi (CSSR)……… 63

3.5.3 Tỉ lệ thành công chuyển giao mềm (SHO_SR)……… 66

3.6.Tổng kết chương 68

CHƯƠNG 4 THỰC TẾ TỐI ƯU KPI MẠNG 3G - UMTS 69

4.1.Một số trường hợp thường gặp trong tối ưu mạng 3G UMTS 69

4.1.1 Khu vực có vùng phủ kém……… 69

4.1.1.1 Tiêu chuẩn 69

4.1.1.2 Khảo sát vùng phủ tại thành phố Tam Kỳ, Quảng Nam 69

4.1.1.3.Phân tích vùng phủ khu vực Tam Kỳ 74

4.1.1.4.Giải pháp 77

4.1.2 Khu vực có rớt cuộc gọi (calldrop)……… 81

4.1.2.1 Phân tích nguyên nhân 81

4.1.2.2.Giải pháp 83

4.1.2.3.Kết quả sau tối ưu 83

4.2.Tổng kết chương……… 84

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 8

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Dải tần UMTS-WCDMA……… 17

Hình 1.2 Kiến trúc mạng UMTS……… 18

Hình 1.3 Cấu trúc của UE……… 18

Hình 1.4 Kiến trúc UTRAN tổng quát……….20

Hình 1.5 Kiến trúc mạng lõi………21

Hình 1.6 Các kênh UMTS……… 24

Hình 1.7 Các loại kênh trong UTRAN………25

Hình 2.1 Trải phổ DS-CDMA với 3 người dùng……… 28

Hình 2.2 Mô hình điều chế và giải điều chế……….29

Hình 2.3 Cây mã OVSF……… 29

Hình 2.4 Thứ tự các loại điều khiển công suất………… ……….30

Hình 2.5 Các cơ chế điều khiển công suất trong W-CDMA……… 31

Hình 2.6 Điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài ……….… 33

Hình 2.7 Các loại hình chuyển giao trong hệ thống UMTS 34

Hình 3.1 Chỉ số KPI lấy từ hệ thống OSS-RC 40

Hình 3.2 Thủ tục tối ưu mạng vô tuyến……… 42

Hình 3.3 Các thiết bị dùng trong đo lường tín hiệu……….43

Hình 3.4 Giao diện chính của ZXPOS CNT………44

Hình 3.5 Giao diện chính của ZXPOS CNA……… 44

Hình 3.6 Công đoạn tối ưu trong vòng đời của mạng……… 48

Hình 3.7 Quy trình tối ưu mạng 3G UMTS……….49

Hình 3.8 Chu trình phân tích chất lượng mạng 3G……… 53

Hình 3.9 Điều chỉnh các thống số kỹ thuật……… 57

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 9

Hình 3.10 Điểm đo lường KPI CS CDR……… 61

Hình 3.11 Điểm đo lường KPI CSSR……… 66

Hình 3.12 Điểm đo lường KPI SHO-SR……… 67

Hình 4.1 Vị trí thực tế Node B tại thành phố Tam Kỳ……….70

Hình 4.2 Cường độ trường RSCP 71

Hình 4.3 Bảng quy định màu RSCP 71

Hình 4.4 Chất lượng tín hiệu Ec/No của thành phố Tam Kỳ 72

Hình 4.5 Bảng quy định màu Ec/No 73

Hình 4.6 Khu vực có vùng phủ kém 75

Hình 4.7 WCDMA Pilot 76

Hình 4.8 Weak coverage do pilot pollution 77

Hình 4.9 Phân bố RSCP sau khi thi hành tối ưu 78

Hình 4.10 Phân bố Ec/No sau khi tối ưu 79

Hình 4.11 Khu vực sau tối ưu 80

Hình 4.12 Khu vực có rớt cuộc gọi 82

Hình 4.13.Tín hiệu và khả năng chuyển giao thành công 83

Hình 4.14 Calldrop được giải quyết 83

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 10

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Băng tần được triển khai vào tháng 11/2007 16

Bảng 1.2 Các kênh logic UMTS 25

Bảng 1.3 Các kênh truyền tải UMTS 26

Bảng 1.4 Các kênh vật lý UMTS 26

Bảng 3.1 Một số KPI mạng 3G UMTS 39

Bảng 3.2 Khác nhau giữa tối ưu sau khai trương và trước khai trương 50

Bảng 4.1 Tiêu chuẩn vùng phủ tốt 69

Bảng 4.2 Thống kê mẫu RSCP CPICH trước tối ưu 72

Bảng 4.3 Thống kê mẫu Ec/No CPICH trước tối ưu 73

Bảng 4.4 Kết quả đo lường CSSR, CDR, SHOSR trước tối ưu 74

Bảng 4.5 Chỉnh tilt và azimuth 77

Bảng 4.6 Thống kê mẫu RSCP CPICH sau tối ưu 78

Bảng 4.7 Thống kê mẫu Ec/No CPICH sau tối ưu 79

Bảng 4.8 RSCP CPICH trước và sau tối ưu 80

Bảng 4.9 Ec/No CPICH trước và sau tối ưu 80

Bảng 4.10 CSR, CDR, HOSR trước và sau tối ưu 81

Bảng 4.11 Thống kê các KPI sau khi tối ưu 84

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 11

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT

BPSK Binary Phase Shift Keying BPSK Binary Phase Shift Keying

C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CLPC Close Loop Power Control Điều khiển công suất vòng lặp

đóng

CSSR Call Setup Success Rate Tỉ lệ thiết lập thành công cuộc gọi

DPCCH Dedicated Physical Control

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 12

FDMA Frequence Division Multiple

Communication

Hệ thống thông tin di động toàn

cầu

HSDPA High-speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ

cao HS-

Iur Logical interface between

OLPC Open Loop Power Control Điều khiển công suất vòng lặp hở OSS-RC Operational Support System-

Radio Core

Hệ thống hỗ trợ vận hành vô tuyến

và lõi OVSF Orthogonal Variabel Spreading

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 13

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng

Power

Công suất băng rộng thu được

tổng cộng

SHOSR Soft Handover Success Rate Tỉ lệ chuyển giao mềm thành công

Access

Đa truy cập phân chia theo thời

gian

Telecommunications System

Hệ thống liên lạc điện thoại toàn

cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio

Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mắt đất

toàn cầu

VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị thường trú

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 14

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G - UMTS

1.1.Giới thiệu chung

1.1.1.Khái niệm về UMTS

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (theo tiếng Anh: Universal mobile telecommunication system, viết tắt là UMTS) là một trong các công nghệ viễn thông di động thế hệ thứ 3 (3G-Third Generation) Nó được tiêu chuẩn hoá bởi 3GPP và là một bộ phận của chuẩn ITU IMT-2000 UMTS đáp ứng được các mục tiêu của IMT-2000 UMTS cung cấp một con đường tiến hoá cho GSM để đạt được tốc độ truyền tải dữ liệu cao và dung lượng lớn hơn Mặc dù UMTS sử dụng lại phần lớn mạng lõi GSM nhưng nó lại sử dụng các công nghệ đa truy nhập vô tuyến khác đó là công nghệ “Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng” (WCDMA) hay còn gọi là UTRA-FDD Đây là một tiêu chuẩn về giao diện không gian đầu tiên và hoàn thiện nhất trong các công nghệ của UMTS và được các nhà khai thác và sản xuất thiết bị viễn thông ở cả 3 châu lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi Ngoài ra UMTS còn đưa vào 2 phương án kỹ thuật khác là “Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ-phân chia theo thời gian” TD-SCDMA (còn gọi là UTRA-TDD LCR) do Trung Quốc đề xướng và “ Đa truy nhập phân chia theo mã-phân chia theo thời gian” (TD-CDMA) (còn gọi là UTRA-TDD HCR) UMTS được dự đoán là sẽ có

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 15

tính kinh tế nhờ quy mô bằng việc triển khai dưới mạng phần ứng dụng di động (MAP) GSM/GPRS

1.1.2 Khả năng cải tiến của UMTS

 Tốc độ bit cao hơn đáng kể so với mạng di động 2G

 Trễ thấp hơn với thời gian đi và về của gói là dưới 100ms với phiên bản 5 và thậm chí là dưới 5ms với phiên bản 6

 Tính di động liên tục giúp giữ kết nối liên tục, không giới hạn khi chuyển đổi qua nhiều mạng và thiết bị khác nhau với các ứng dụng dữ liệu gói

 Sự phân biệt chất lượng dịch vụ (Qos) cho hiệu quả cao trong việc phân phối dịch vụ

 Khả năng sử dụng các dịch vụ dữ liệu và thoại đồng thời

 Có khả năng liên kết với hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động (GSM) và

hệ thống vô tuyến gói chung (GPRS) hiện đang tồn tại

 Cho người dùng dữ liệu gói, UMTS hỗ trợ HSDPA với đường xuống tốc độ cao

và HSUPA được thiết kế để cung cấp tốc độ cao trên đường lên

1.1.3.Các phiên bản của UMTS-WCDMA

Phiên bản 99 (R99): Cải tiến trên GSM/GPRS/EDGE nâng cao dung lượng

thoại và có tốc độ dữ liệu cao hơn (đường lên (UL) 384kbps-đường xuống (DL) 384kbps) Trong đó bao gồm cả các dịch vụ định vị

Phiên bản 4 (R4): Chủ yếu giới thiệu kiến trúc phân chia chuyển mạch kênh

(CS), TDD tốc độ 1,28 Mcps, vận hành độc lập giữa bộ chuyển mã và tổng đài, dòng PS

Phiên bản 5 (R5): HSDPA cung cấp tốc độ dữ liệu đường xuống cao hơn đáng

kể so sánh với R99 (DL 1,8-14,4 Mbps-UL 384 kbps) Hỗ trợ cho truyến dẫn toàn

IP và phân hệ đa phương tiện IP

Phiên bản 6 (R6): Truy cập đường lên tốc độ cao (HSUPA) cung cấp tốc độ dữ

liệu đường lên cao hơn phiên bản 99 và R5 Bổ sung dịch vụ Multicast, broadcast

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 16

đa phương tiện (MBMS) và các dịch vụ đa phương tiện phong phú dựa trên phân hệ

đa truyền thông IP (IMS) như hội thảo, chia sẻ Video

Phiên bản 7 (R7): HSPA+ (Cách mạng HSPA) cung cấp các tính năng của giao

diện vô tuyến cải tiến: nhiều đầu vào-nhiều đầu ra (MIMO) cho đường xuống và 64/16 QAM trên đường lên và đường xuống cho các tốc độ dữ liệu cao hơn Nó cũng triển khai kết nối gói liên tục (CPC), giảm báo cáo chỉ thị chất lượng kênh (CQI), và giảm sự hoạt động của kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH)

Phiên bản 8 (R8): Sự phát triển dài hạn (LTE) sẽ dựa trên OFDM, triển khai

trên các băng trong thang 1,25-20 MHz

1.1.4.Băng tần số cấp phát cho WCDMA-UMTS

Bảng 1.1 Băng tần được triển khai vào tháng 11/2007

Tên băng Số băng Kích

thước Dải đường lên

Dải đường xuống

Phân cách Các vùng khác (trong đó có Việt Nam)

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 17

Sẽ rất tốt nếu có một sự cấp phát tần số toàn cầu cho tất cả các hệ thống 3G Tuy nhiên, sự cấp phát phổ tần do các cơ quan quản lý riêng rẽ vì vậy không có phổ tần 3G chung cho toàn cầu Các băng tần số khác nhau được gán cho UMTS tại các vùng và cho các nước khác nhau Các hệ thống UMTS FDD hiện nay được dự kiến vận hành trên các băng tần đã nêu trong bảng 1.1, mặc dù chỉ có một vài băng tần là hiện đã được triển khai UMTS-900 được dự định triển khai tại Châu Âu vào năm

2008 Tại Việt Nam, công nghệ 3G UMTS sử dụng băng tần số theo chuẩn

IMT-2000 trong băng tần số 1900-2200 Mhz Có thể đơn cử băng tần được cấp của Vinaphone là UL: 1950-1965 và DL: 2140-2155

 Dải tần UMTS-WCDMA

Hình 1.1 minh hoạ dải tần số của hệ thống UMTS

Hình 1.1 Dải tần UMTS-WCDMA Khoảng cách kênh: Khoảng cách kênh danh định là 5 Mhz, nhưng có thể

được điều chỉnh để tối ưu chất lượng trong mỗi hoàn cảnh triển khai riêng

Mành kênh: Mành kênh là 200 Khz, có nghĩa là tần số trung tâm phải là một

số nguyên lần của 200 Khz

Số kênh: Tần số sóng mang được chỉ đinh bởi số kênh tần số vô tuyến tuyệt

đối (UARFCN) Fcenter= URAFCN×200 Khz

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 18

Phân cách đường lên với đường xuống: phân cách tần số đường lên và

đường xuống tuỳ theo các băng tần như đã được chỉ ra trong hình 1.1

1.2.Kiến trúc mạng 3G-UMTS

Một mạng UMTS (hình 1.2) bao gồm 3 phần chính là: Thiết bị di động (UE),

mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi (CN) Mạng UMTS

còn có hệ thống hỗ trợ vận hành lõi vô tuyến (OSS-RC)

Hình 1.2 Kiến trúc mạng UMTS 1.2.1 Thiết bị người sử dụng

UTRAN

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 19

Thiết bị người sử dụng (UE) (hình 1.3): là đầu cuối mạng UMTS của người

sử dụng UE của UMTS dựa trên cùng một nguyên lý như MS của GSM đó là sự phân tách giữa thiết bị di động (ME) và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) Chức năng chính của UE là:

 Giao diện người dùng và màn hình

 Giữ các thuật toán nhận thực và các khoá

 Đầu cuối người dùng của giao diện vô tuyến

 Mặt bằng ứng dụng

Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): được cài như một ứng dụng trên

card IC thông minh UMTS (UICC) Điều mà ta quan tâm đến là dung lượng nhớ và tốc độ xử lý mà nó cung cấp Nhờ được cài trên UICC mà cho phép USIM lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khoá điện tử) hơn Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy cập đến nhiều mạng USIM chứa các hàm

và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS Bên cạnh đó

nó còn lưu cả các thông tin đăng ký của thuê bao Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã pin Mạng sẽ chỉ cung cấp dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng UMTS được đăng ký

Thiết bị di động (ME: Mobile equipment ): Là thiết bị đầu cuối vô tuyến

được sử dụng cho liên lạc vô tuyến trên giao diện Uu

Thiết bị đầu cuối (TE: Terminal equipment): Là thiết bị đầu cuối kết nối với

UE Thiết bị này mang giao diện người dùng ứng dụng

1.2.2 Mạng truy cập vô tuyến UMTS

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 20

Hình 1.4 Kiến trúc UTRAN tổng quát

Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) (hình 1.4) là một phần của một hệ thống WCDMA Nó chứa một hoặc nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS) Mỗi RNS chứa một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hoặc nhiều NodeB Chức năng chính của UTRAN là cung cấp một kết nối giữa UE và mạng lõi UTRAN cách ly mạng lõi với các chi tiết liên quan đến vô tuyến cho việc cung cấp kết nối này

UTRAN hỗ trợ một kênh mang truy cập vô tuyến (RAB) để thiết lập một kết nối thoại giữa UE và mạng lõi Các đặc điểm của RAB khác nhau phụ thuộc vào loại thông tin hoặc dịch vụ được truyền tải

UTRAN được xác định giữa hai giao diện Iu và Uu Iu là giao diện giữa UTRAN và mạng lõi, giao diện này gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói

và IuCS cho miền chuyển mạch kênh Uu là giao diện giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng

 Các thành phần chính của mạng truy cập vô tuyến (UTRAN):

Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến (RNC): chịu trách nhiệm cho một hay

nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy cập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN RNC có hai loại là RNC dịch vụ

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 21

(SRNC) và RNC trôi (DRNC) Giao diện nằm giữa các RNC là giao diện Iur với chức năng cung cấp báo hiệu và các liên kết dữ liệu cho việc chuyển tiếp và chuyển giao mềm giữa các RNC Giao diện giữa RNC và NodeB là Iub có chức năng cung cấp báo hiệu và các liên kết dữ liệu RNC được nối đến mạng lõi CN bằng hai giao diện, một cho miền chuyển mạch gói (SGSN) là giao diện Iu-PS và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC) là Iu-CS

NodeB: Trong UMTS trạm gốc được gọi là NodeB Nhiệm vụ của NodeB là

thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa thiết bị đầu cuối với nó NodeB nhận tín hiệu trên giao diện vô tuyến 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 bản như

“điều khiển công suất vòng trong”

1.2.3 Mạng lõi

Hình 1.5 Kiến trúc mạng lõi Mạng lõi UMTS được minh hoạ trong hình 1.5 Mạng UMTS hỗ trợ cả hoạt

động chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) MSC/VLR và GMSC thuộc miền chuyển mạch kênh, trong khi nút hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN) và nút

hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thuộc miền chuyển mạch gói Cả hai miền chia sẻ một

bộ ghi định vị thường trú (HLR) và một trung tâm nhận thực (AuC) Mạng lõi UMTS có thể kết nối với cả UTRAN và mạng truy cập vô tuyến GSM EDGE (GERAN) Trong một khu vực địa lý nơi cả hai hệ thống WCDMA và GSM/GPRS

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 22

được triển khai, sự phối hợp giữa các mạng truy cập cho phép UE hai chế độ vận hành được trên cả hai hệ thống, thực hiện chuyển giao liên hệ thống WCDMA - GSM/ GPRS

Mạng truy cập GSM/GPRS sử dụng giao diện A/Gb có sẵn, còn mạng truy cập

UTRAN sử dụng giao diện mới Iu để liên lạc với mạng lõi

 Các thành phần chính của mạng lõi gồm có:

Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN): Thực hiện các nhiệm vụ truyền dẫn chuyển

mạch gói Vị trí hiện tại của một người dùng (bao gồm vùng định tuyến phần ứng dụng mạng truy cập vô tuyến (RANAP), số VLR và các địa chỉ GGSN) được lưu trong SGSN, nên gói dữ liệu đến có thể được định tuyến tới người dùng đó Cùng với chức năng định tuyến, SGSN cũng thực hiện việc nhận thực và lưu thông tin đăng ký thuê bao (bao gồm có IMSI, số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói (P-TMSI) và các địa chỉ giao thức dữ liệu gói (PDP))

Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): là một SGSN kết nối với các mạng số liệu

khác (như internet) Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN GGSN thường chứa một tường lửa để đảm bảo an ninh của mạng chống lại các tấn công từ bên ngoài gọi là cổng trạm biên giới (BG) Cũng như SGSN, GGSN lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí thuê bao Dữ liệu vào mạng được đóng gói trong một contener đặc biệt bởi GGSN và được chuyển tiếp theo giao thức đường hầm GPRS (GTP) tới SGSN

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC): là một nút chuyển

mạch mà hỗ trợ các kết nối chuyển mạch kênh Để phục vụ cho nhiệm vụ chuyển mạch, một MSC phải hỗ trợ tính di động của người dùng

Nếu một người dùng di chuyển khu vực trong khi duy trì một kết nối, MSC chuyển tiếp kết nối từ các RNC và các NodeB tương ứng tới vùng định vị của người dùng (chuyển giao) Thêm vào đó, MSC chứa khu vực định vị hiện tại của người dùng nên trong trường hợp có một cuộc gọi đến thì liên lạc có thể được thiết lập đúng

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 23

trong cell mà máy di động đang hiện diện (quản lý định vị) MSC cũng tham gia trong các cơ chế nhận thực người dùng và bảo mật dữ liệu người dùng

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng (GMSC): GMSC có thể là

một trong số các MSC, GMSC hỗ trợ các giao diện tới các mạng bên ngoài khác nhau như mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN) Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý UE

Bộ ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý

các thuê bao di động HLR lưu trữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao Một mạng di động có thể chứa nhiều HLR tuỳ thuộc ở số lượng thuê bao, dung lượng từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa số nhận dạng thuê bao di động (IMSI), ít nhất một số thuê bao có trong danh bạ điện thoại (MSISDN), và ít nhất một địa chỉ PDP Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy cập đến các thông tin được lưu khác Để định tuyến và tính cước cuộc gọi, HLR lưu trữ thông tin về SGSN và VLR

nào hiện đang quản lý thuê bao đó

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR): là một cơ sở dữ liệu tương tự như HLR Dữ liệu

thuê bao cần để cung cấp các dịch vụ cho thuê bao được sao chép từ HLR và lưu ở đây Tuy nhiên, dữ liệu trong một VLR là động Ngay khi người dùng thay đổi khu vực định vị, thông tin trong VLR sẽ được cập nhật Cả MSC và SGSN đều được nối tới VLR

Trung tâm nhận thực (AuC): lưu trữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực,

mật mã hoá và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR và thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý

AuC lưu trữ khoá bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khoá từ f0 đến f5 Nó tạo ra các vector nhận thực (AV) và các AV dự trữ, trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 24

1.2.4 Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến và lõi (OSS-RC)

OSS-RC là một hệ thống cung cấp chức năng quản lý chất lượng, kiểm soát

mạng và các thống kê mạng từ mạng truy cập vô tuyến (RAN) RAN được điều khiển bởi OSS-RC OSS-RC thu thập thông tin và dữ liệu bộ đếm từ RNC, các chuyển mạch ATM, và NodeB OSS-RC là một công cụ giao diện người dùng mà các nhà vận hành có thể sử dụng cho việc xử lý cảnh báo, quản trị mạng tế bào, và các thuê bao di động Các thống kê chất lượng được tạo ra dựa theo lưu lượng thực

tế lấy từ phần vô tuyến và phần mạng truyền tải Dữ liệu thống kê chất lượng thu được từ một số các bộ đếm xác định trước Các bộ đếm (counter) là các phần tử được sử dụng để kiểm soát chất lượng và hoạt động của mạng

1.3.Các kênh trong hệ thống UMTS

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 25

Hình 1.7 Các loại kênh trong UTRAN 1.3.1 Các kênh logic

Các kênh logic được xác định bởi loại thông tin được truyền ví dụ như báo hiệu

hay dữ liệu người dùng Một số kênh logic quan trọng được mô tả trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Các kênh logic UMTS

Kênh lưu lượng dành

Kênh điều khiển dành

Truyền dẫn dữ liệu điều khiển liên quan đến

kết nối

Kênh điều khiển

Kênh điều khiển

chung

(CCCH)

UL/DL Truyền dẫn dữ liệu điều khiển

Kênh điều khiển tìm

Được sử dụng cho các bản tin tìm gọi và

thông tin khai báo

1.3.2 Các kênh truyền tải

Các kênh truyền tải mang báo hiệu và dữ liệu người dùng giữa lớp MAC và lớp

vật lý và được định nghĩa bởi việc làm thế nào dữ liệu được truyền trên giao diện vô

tuyến ví dụ: ghép kênh các kênh logic

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 26

Một số kênh truyền tải quan trọng được mô tả trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Các kênh truyền tải UMTS

Kênh Hướng Chức năng

DL/UL Được chia sẻ giữa một số người dùng

Kênh truy cập đường

xuống (FACH)

DL Mang dữ liệu, thông tin tới UE đã được

đăng ký và có thể mang dữ liệu gói

Bảng 1.4 Các kênh vật lý UMTS

Kênh vật lý điều khiển

chung sơ cấp (P-CCPCH)

DL Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

Kênh vật lý điều khiển

(S-CCPCH)

DL Một ô có thể có một hoặc nhiều S-CCPCH dùng để truyền PCH và FACH

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 27

Kênh hoa tiêu chung

DL Mang các chỉ thị tìm gọi, báo hiệu với UE

có một bản tin cho nó trên kênh PCH

Kênh chia sẻ đường

vô tuyến UTRAN, còn phần mạng lõi cơ bản vẫn giống hệ thống 2G Cũng từ đó

mà các kỹ thuật trên giao diện vô tuyến của mạng 3G được tích hợp và tạo nên sự cải tiến và làm nên sự khác biệt rõ nét giữa 2G và 3G

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 28

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT TRONG

HỆ THỐNG UMTS

2.1 Giới thiệu chương

So với hệ thống 2G, hệ thống 3G có nhiều điểm nổi trội, thể hiện qua các công

nghệ mà nó sử dụng, như các kỹ thuật trải phổ, chuyển giao hay điều khiển công suất,v.v…Đây là những kỹ thuật hết sức quan trọng, đóng vai trò chủ yếu vào những cải tiến của hệ thống 3G so với 2G Chương này sẽ đề cập đến các kỹ thuật này một cách tương đối chi tiết, qua đó có cái nhìn tổng thể về các kỹ thuật trong hệ thống UMTS

2.2.Trải phổ

Hệ thống WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp CDMA) Trong đó, tín hiệu số băng gốc được nhân trực tiếp với một chuỗi giả ngẫu nhiên (PN) hay mã trải phổ sau đó mới được điều chế với một sóng mang cao tần Nhờ đó mà phổ của tín hiệu băng gốc được trải rộng ra nhiều lần

(DS-Hình 2.1 Trải phổ DS-CDMA với 3 người dùng

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 29

Dòng dữ liệu: Thông thường tín hiệu được điều chế BPSK được sử dụng như là

tín hiệu gốc Có nghĩa là việc điều chế tín hiệu được thực hiện hai lần đối với tín hiệu gốc (chưa điều chế) Tín hiệu dữ liệu gốc (đạt được sau điều chế BPSK) sau đó được điều chế bởi chuỗi chip trải phổ tốc độ cao (hình 2.2) Vì thế mà tín hiệu băng

hẹp BPSK chuyển thành tín hiệu được trải có băng rộng hơn

Hình 2.2 Mô hình điều chế và giải điều chế

Mã trải phổ (Mã phân kênh): Được sử dụng trên đường xuống để phân biệt

các người dùng và các kênh trong phạm vi một Cell, còn ở trên đường lên chúng được sử dụng để phân biệt dữ liệu và các kênh điều khiển

từ cùng thiết bị người dùng Các mã trải phổ là các mã trực giao được gọi là các mã

hệ số trải biến đổi trực giao (OVSF) Tất cả các mã OVSF có cùng hệ số trải cho trước đều trực giao với nhau Các mã OVSF có các hệ số trải khác nhau từ 4 đến

512 phụ thuộc vào các dữ liệu có tốc độ symbol khác nhau Các mã OVSF được tạo

ra nhờ các cây mã OVSF (Hình 2.3)

Hình 2.3 Cây mã OVSF

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 30

Mã xáo trộn: Các mã xáo trộn được sử dụng sau và bổ sung cho các mã trải

(OVSF) Dữ liệu đã được trải tới một tốc độ chip là 3,84 Mcps sau xáo trộn băng thông không bị thay đổi Mục đích chủ yếu của xáo trộn là phân biệt các người dùng trên đường lên và các cell (trạm gốc) trên đường xuống

Các mã xáo trộn được sử dụng là các mã giả tạp âm được gọi là các mã vàng

Trên đường xuống các mã xáo trộn được chia thành 512 nhóm, mỗi nhóm có một

mã xáo trộn cấp 1 và 15 mã xáo trộn cấp 2 Theo nguyên tắc đó thì có 8192 mã xáo trộn có thể được sử dụng trên đường xuống Trên đường lên có tất cả 224 mã xáo trộn Các mã đường lên đó được chia thành các mã ngắn và các mã dài

2.3 Điều khiển công suất WCDMA

Hệ thống WCDMA muốn hoạt động tốt đều có yêu cầu rất cao về vấn đề điều

khiển công suất Điều khiển công suất (PC) tối thiểu hoá công suất phát của cả UE

và mạng Vì các hệ thống WCDMA bị hạn chế bởi nhiễu, nên giảm công suất từ tất

cả người dùng sẽ làm tăng dung lượng Vấn đề cơ bản nhất trong điều khiển công suất là vấn đề gần-xa Yêu cầu của điều khiển công suất là mức công suất mà các

UE tạo ra ở NodeB cần phải bằng nhau

 WCDMA sử dụng các phương pháp điều khiển công suất sau:

Hình 2.4 Thứ tự các loại điều khiển công suất

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 31

2.3.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)

Được sử dụng khi UE lần đầu tiên truy cập hệ thống Tại thời điểm đó UE ước

lượng công suất được yêu cầu nhỏ nhất cần cho mạng để thu được tín hiệu của nó trong điều kiện không có phản hồi để UE để tăng hoặc giảm công suất Điều khiển công suất vòng hở dựa trên các tính toán tổn hao đường truyền trên đường xuống

và tỉ số tín hiệu trên nhiễu yêu cầu

Trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên, UE thiết lập công suất phát tiền tố đầu tiên:

Preamble_ In itial_power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP+

UL_ in terferen ce +UL_ req u ired _ CI

Trong đó CPICH_Tx_Power – CPICH_RSCP: là ước tính suy hao đường truyền từ NodeB đến UE; CPICH_Tx_power: là công suất phát của P_CPICH;

CPICH_RSCP: là công suất P_CPICH thu tại UE; UL_interference (gọi là tổng

công suất thu băng rộng): được đo tại NodeB và được phát quảng bá trên BCH;

UL_required_CI: là hằng số tương ứng với tỷ số tín hiệu trên nhiễu được thiết lập

trong quá trình quy hoạch mạng vô tuyến

Nhược điểm của phương pháp này là điều kiện truyền sóng của đường xuống khác với đường lên nhất là pha đinh nhanh nên sẽ thiếu chính xác

Hình 2.5 Các cơ chế điều khiển công suất trong W-CDMA

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 32

2.3.2 Điều khiển công suất vòng lặp đóng (CLPC)

Được thực hiện khi MS đã kết nối với hệ thống Nó thực hiện điều khiển công

suất phát trên cả đường lên và đường xuống CLPC dựa trên ba bước cơ bản đó là thực hiện việc truyền dẫn, đo lường ở phía thu và có phản hồi được cung cấp cho phía phát để xem có nên tăng hay giảm công suất hay không

Điều khiển công suất vòng kín gồm có hai phần:

- Điều khiển công suất nhanh vòng trong tốc độ 1500 Hz

- Điều khiển công suất chậm vòng ngoài tốc độ 10-100Hz

Điều khiển công suất vòng ngoài (Chậm): Được thiết lập trên RNC và UE,

thực hiện đánh giá dài hạn chất lượng đường truyền trên cơ sở FER hoặc BER để quyết định tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) đích cho điều khiển công suất vòng trong, để duy trì được QoS dịch vụ Thực hiện điều khiển công suất vòng ngoài, mỗi khung số liệu của người sử dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC Việc kiểm tra chỉ thị chất lượng này sẽ thông báo cho RNC về việc giảm chất lượng và RNC sẽ ra lệnh cho NodeB tăng SIR đích

Điều khiển công suất vòng trong (Nhanh)

Ước lượng SIR phải được tính sau mỗi khe thời gian, từ khi hoa tiêu của DPCCH

xuất hiện trong mỗi khe thời gian Vòng lặp trong được cho SIR đích và nó thực hiện so sánh SIR ước lượng với SIR đích Nếu SIR ước lượng nhỏ hơn SIR đích, vòng lặp trong sẽ báo hiệu cho máy phát tăng công suất xuống và ngược lại Việc này diễn ra rất nhanh 1500 lần/s, để bù trừ cho các điều kiện fadinh thay đổi nhanh

PC đường lên để vượt qua ảnh hưởng của hiệu ứng near-far, tiết kiệm công suất UE

PC đường xuống để tiết kiệm công suất NodeB và giảm nhiễu cho các NodeB khác

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 33

Hình 2.6 Thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài

2.4 Chuyển giao và lựa chọn lại Cell trong WCDMA

2.4.1 Chuyển giao

là quá trình bổ sung hoặc loại bỏ đi các liên kết với các cell mà UE đang liên lạc

trên một kênh dành riêng UE hỗ trợ quá trình này bằng việc thực hiện các đo lường cường độ tín hiệu của các cell lân cận và báo cáo tới UTRAN, và cuối cùng thì UTRAN sẽ quyết định khi nào thực hiện chuyển giao

Lựa chọn lại Cell: là quá trình lựa chọn một cell mới khi UE đang nằm

trong chế độ rỗi (Idle) UE lựa chọn một cell mới một cách độc lập mà không yêu cầu sự can thiệp từ UTRAN Tuy nhiên UTRAN cung cấp các tham số trong các bản tin thông tin hệ thống mà nó ảnh hưởng tới quyết định lựa chọn lại Cell của UE

2.4.2 Các loại chuyển giao và lựa chọn lại Cell

Chuyển giao cùng tần số: xảy ra giữa các cell có cùng tần số vô tuyến UE có

thể đo lường cường độ tín hiệu của các cell khác mà không gây gián đoạn kết nối với cell hiện tại Chuyển giao có thể là mềm hoặc mềm hơn

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 34

Chuyển giao giữa các tần số: xảy ra giữa các cell trên các tần số vô tuyến khác

nhau Để đo lường cường độ tín hiệu của một cell lân cận giữa các tần số, UE phải điều chỉnh khỏi tần số của cell đang phục vụ và điều chỉnh tới tần số của cell lân cận

Chuyển giao giữa các hệ thống (IS-HO): giữa các tế bào thuộc hai công nghệ

truy cập vô tuyến (RAT) hay hai chế độ truy cập vô tuyến (RAM) khác nhau Trường hợp thường xuyên xảy ra nhất là chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA

và GSM

2.4.3 Các thủ tục chuyển giao

Hình 2.7 Các loại chuyển giao trong W-CDMA

Chuyển giao cứng (Hard handOver-HO) là các thủ tục trong đó tất cả các

đường truyền vô tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập các đường truyền vô tuyến mới

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 35

Chuyển giao mềm (Soft HandOver-SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer Handover): là các thủ tục trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô tuyến nối

đến UTRAN Trong chuyển giao mềm UE đồng thời được nối đến một hay nhiều cell thuộc các NodeB khác nhau của cùng một RNC (chuyển giao mềm nội RNC) hay thuộc các RNC khác nhau (chuyển giao mềm giữa các RNC) Trong chuyển giao mềm hơn UE được kết nối đến ít nhất là hai cell của cùng một NodeB Soft HO

và Softer HO chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang và trong cùng một

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 36

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

TỐI ƯU VÀ KPI MẠNG 3G UMTS

3.1 Giới thiệu chương

Chương 2 đã đề cập đến các kỹ thuật quan trọng được sử dụng trong hệ thống

3G-UMTS Đây là những tiền đề hết sức cần thiết, giúp cho người làm tối ưu hiểu sâu về hệ thống, từ đó có thể đưa ra được các giải pháp để tối ưu khi mạng 3G gặp

sự cố Có rất nhiều tiêu chí để đánh giá hiệu năng của mạng, trong đó nổi lên là chỉ

số KPI – Key Performance Indicator Mục đích chủ yếu của việc sử dụng KPI là để

đo lường chất lượng của dịch vụ theo một cách phù hợp và duy nhất Qua việc kiểm soát sự thay đổi của các KPI ta có thể phát hiện các vấn đề của mạng nhanh nhất có thể Chương này sẽ đề cập đến các phương pháp tối ưu mạng 3G nói chung và mạng

vô tuyến nói riêng Ngoài ra, các chỉ số KPI chủ yếu cũng được giới thiệu một cách chi tiết

3.2 Khái quát chung về KPI mạng 3G UMTS

3.2.1 Định nghĩa, đặc điểm và mục đích của việc sử dụng KPI

 Định nghĩa và các đặc điểm của KPI

KPI là các chỉ thị có thể định lượng được trong một điều kiện, thủ tục và thiết bị

đo lường cho trước, hơn nữa còn là các chỉ thị then chốt để hướng dẫn cho việc xác định các mục tiêu tối ưu mạng sau này Các KPI được các nhà vận hành sử dụng để theo dõi trạng thái và chất lượng dịch vụ của mạng một cách toàn diện có đáp ứng tốt các yêu cầu đã thoả thuận với khách hàng hay không

KPI phải có định nghĩa và biểu thức rõ ràng và trọn vẹn trong đó phải bao gồm

cả thủ tục và điểm đo lường Không thể so sánh các KPI chỉ dựa trên tên hay biểu

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 37

thức của chúng Khi các KPI được so sánh rất cần thiết phải biết định nghĩa chính xác, đặc biệt là chỉ tiêu lọc được sử dụng để lựa chọn đầu vào, các mức thoả thuận

Các KPI cần được phân tích một cách chi tiết cho mỗi dịch vụ (như: thoại, thoại video, video hoặc gói), cho mỗi phần tử mạng (như: cell, NodeB, RNC, SGSN, MSC), cho mỗi loại thuê bao (dựa trên IMSI) để điều hành qua các kết quả dữ liệu thu nhận được và hạn chế phạm vi của các vấn đề giúp dễ dàng tách biệt, và tìm ra các nguyên nhân cơ bản gây ra các sự cố của mạng

 Mục đích của việc sử dụng KPI

Mục đích chủ yếu của việc sử dụng KPI là để đo lường chất lượng của dịch vụ

theo một cách phù hợp và duy nhất Qua việc kiểm soát sự thay đổi của các KPI ta

có thể phát hiện các vấn đề của mạng nhanh nhất có thể

Việc kiểm tra các KPI cho một mạng là một chức năng của công việc quản lý chất lượng mạng hàng ngày Việc kiểm tra này sẽ cho nhà vận hành các thông tin

liên quan đến việc mạng đang thực hiện chức năng của nó như thế nào:

 Mạng có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng không?

 Chất lượng mạng có thay đổi không? Tăng lên hay giảm đi?

 Khu vực gặp sự cố ở đâu?

 Đã gặp phải những loại vấn đề gì?

3.2.2 Phân loại các KPI

 Phương pháp phân loại theo nhóm chất lượng dịch vụ

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 38

Theo ITU-T E800, các KPI chất lượng dịch vụ được chia thành 4 nhóm là:

 Nhóm các KPI lưu lượng

 Nhóm các KPI khả năng truy cập dịch vụ

 Nhóm các KPI về khả năng duy trì dịch vụ

 Nhóm các KPI tính di động

Nhóm KPI lưu lượng: chỉ ra lưu lượng của mạng, sự thay đổi của lưu lượng lượng theo thời gian, và sự phân bố theo khu vực Các KPI lưu lượng được sử dụng

để kiểm soát tải của các cell điểm nóng và mạng Các KPI đó là các tham chiếu cho

việc phát triển dung lượng mạng

Nhóm KPI khả năng truy cập dịch vụ: là khả năng của một dịch vụ có thể đạt được trong phạm vi các dung sai đặc trưng và các điều kiện cho trước khác nhau khi được yêu cầu bởi người dùng Ví dụ như khả năng liên lạc với mạng Nói cách khác, các nhà vận hành phải theo dõi tỉ lệ thành công thiết lập cuộc gọi, tỉ lệ thành công tìm gọi và xác suất nghẽn vv

Nhóm KPI khả năng duy trì dịch vụ: là khả năng của một dịch vụ một khi đã đạt được có thể tiếp tục được cung cấp dưới các điều kiện cho trước trong khoảng thời gian được yêu cầu Ví dụ các nhà vận hành phải theo dõi tỉ lệ rớt cuộc gọi (CDR) Nhóm KPI tính di động dịch vụ: chỉ ra khả năng cung cấp các dịch vụ một cách liên tục Ví dụ nhà vận hành phải theo dõi tỉ lệ thành công chuyển giao mềm, tỉ lệ thành công chuyển giao liên tần số

 Phân loại theo đối tượng đo lường

Theo cách phân loại này, các KPI được chia thành 2 nhóm là:

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 39

 Phân loại theo phương thức thu thập dữ liệu để xác định KPI

Theo cách phân loại này KPI được chia thành 2 nhóm là:

 Các KPI được xác định bằng quá trình drive test và CQT

 Các KPI lấy từ hệ thống OSS-RC

3.2.3 Các nguồn dữ liệu phục vụ tính toán các KPI

Dữ liệu drive test: Dữ liệu này được thu thập từ đo lường tại hiện trường, việc đo lường được thực hiện bằng kết nối với máy di động

Dữ liệu thống kê chất lượng mạng: Dữ liệu thống kê chất lượng chỉ ra chất lượng vô tuyến trên mức mạng và mức cell Nó bao gồm dữ liệu truy cập,

dữ liệu rớt cuộc gọi, dữ liệu chuyển giao, dữ liệu lưu lượng, dữ liệu nghẽn vv

Dữ liệu bám cuộc gọi: Dữ liệu này được thu thập từ phía thiết bị mạng Nó bao gồm các bản tin báo hiệu người dùng, bản tin báo hiệu cell, dữ liệu kiểm soát chất lượng thời gian thực, dữ liệu LAC

Dữ liệu cấu hình: là tập lệnh cấu hình thu được từ MSC và thường được sử dụng phân tích và xác định các vấn đề của mạng

3.2.4 Một số KPI được sử dụng trong tối ưu mạng 3G UMTS

Bảng 3.1 thống kê một số KPI và giá trị đo lường được tại RNC có ID là 3001 Đây

là các KPI được lấy từ hệ thống OSS-RC (Hình 3.1)

~18h) Thông lượng UL chuyển mạch gói (PS) (kb/s) 10665.5 (16h

~17h) Thông lượng DL chuyển mạch gói (PS) (kb/s) 17677.1 (17h

~18h)

Chu Xuân Thuận - ĐTVT 40

Tỉ lệ thành công gán RAB video call (>98%) 99.69%

Tính Di

Động

Tỉ lệ thành công chuyển giao mềm (>99%) 99.95%

Tỉ lệ thành công chuyển giao cứng liên tần số

Tỉ lệ rớt cuộc gọi video phone (<3%) 1.34%

Hình 3.1 Chỉ số KPI lấy từ hệ thống OSS-RC 3.3 Các vấn đề cơ bản của công tác tối ưu mạng vô tuyến di động

3.3.1 Khái niệm và mục tiêu của công tác tối ưu vô tuyến

Tối ưu mạng vô tuyến là hoạt động nhằm cải thiện chất lượng mạng và tối đa lợi

ích của các tài nguyên mạng hiện có qua việc thu thập tham số, phân tích dữ liệu,