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

Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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. Đồ án tốt nghiệp 2011 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. Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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 Đồ án tốt nghiệp 2011 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 [...]... công suất và chuyển giao trong mạng WCDMA là rất cần thiết, qua đó làm tiền đề để tối ưu vô tuyến và từ đó đưa ra các giải pháp để tối ưu các thông số của mạng sau này Chu Xuân Thuận - ĐTVT 35 Đồ án tốt nghiệp 2011 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... 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 17 Đồ án tốt nghiệp 2011 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... 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... 2011 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... 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... mạng, các kênh trong UMTS như kênh logic, kênh vật lý, kênh truyền tải Về mặt cấu trúc, hệ thống 3G khác hệ thống 2G ở giao diện 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 27 Đồ án tốt nghiệp 2011 CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT... 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... 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... CPCH vật lý CPICH chính Kênh chỉ thị tìm gọi Kênh dữ liệu gói Giao thức dữ liệu gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Sóng mang truy cập vô tuyến Mạng truy nhập vô tuyến Bộ điều khiển mạng vô tuyến Cường độ trường Công suất băng rộng thu được tổng cộng Kênh đồng bộ CPICH thứ cấp Tỉ lệ chuyển giao mềm thành công RNC phục vụ Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha vuông góc Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Đa truy... 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 . 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. 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. 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