Quy hoạch và tối ưu vô tuyến mạng UMTS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐÀO NGỌC THÙY ĐỀ TÀI: QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU VÔ TUYẾN MẠNG UMTS LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: ĐỖ TRỌNG TUẤN HÀ NỘI – 2010 LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi Đào Ngọc Thùy, học viên cao học lớp KTDT2, khóa 2008 – 2010 Giảng viên hướng dẫn TS Đỗ Trọng Tuấn Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết tìm hiểu nghiên cứu riêng trình nghiên cứu đề tài “Quy hoạch tối ưu vô tuyến mạng UMTS” Các kết liệu nêu luận văn hoàn toàn trung thực Mọi thông tin trích dẫn tuân theo luật trí tuệ sở hữu nhân tạo, liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung viết luận văn Hà Nội, ngày 27 tháng 10 năm 2010 Học viên Đào Ngọc Thùy MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT .III DANH MỤC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ IX LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG UMTS 1.1 Giới thiệu chung WCDMA .3 1.2 Kiến trúc mạng 1.2.1 Kiến trúc tổng quát UMTS/WCDMA .7 1.2.2 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 11 1.3 Các kênh vô tuyến WCDMA 13 1.3.1 Các kênh vật lý .13 1.3.1.1 Các kênh vật lý đường lên 13 1.3.1.2 Các kênh vật lý đường xuống 15 1.3.2 Các kênh truyền tải: 19 1.3.2.1 Các kênh truyền tải dành riêng: 19 1.3.2.2 Các kênh truyền tải chung: 19 1.3.3 Các kênh Logic: 21 1.4 Chuyển giao .22 1.4.1 Chuyển giao mềm 22 1.4.2 Chuyển giao cứng (Hard Handover) 23 1.4.3 Chuyển giao tần – Intra- Frequency 23 1.4.4 Chuyển giao khác tần - Inter-Frequency 24 1.4.5 Chuyển giao liên hệ thống – Inter-RAT .24 1.5 Trạng thái cell .26 CHƯƠNG II: QUY HOẠCH VÔ TUYẾN MẠNG UMTS .28 2.1 Giới thiệu chung 28 2.2 Định cỡ mạng 29 i MỤC LỤC 2.2.1 Phân tích vùng phủ 30 2.2.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến 31 2.2.1.2 Hiệu suất phủ sóng .39 2.2.2 Phân tích dung lượng 40 2.2.2.1 Tính toán hệ số tải 41 2.2.2.2 Hiệu suất phổ 48 2.2.2.3 Dung lượng mềm .49 2.3 Quy hoạch vùng phủ dung lượng chi tiết 53 2.4 Quy hoạch vô tuyến mạng UMTS thủ đô VIENTIANE 54 2.4.1 Phân tích dự báo .54 2.4.2 Tính số cell theo phương án quy hoạch vùng phủ 55 CHƯƠNG III: TỐI ƯU VÔ TUYẾN MẠNG UMTS 60 3.1 Mục đích tối ưu: 60 3.2 Lý tối ưu: 60 3.3 Lợi ích tối ưu: .60 3.4 Quy trình tối ưu: 61 3.4.1 Lưu đồ tối ưu 61 3.4.2 Đưa tham số ngưỡng phục vụ tối ưu .69 3.5 Thực tối ưu vô tuyến mạng 3G Viettel Moblie Vĩnh Phúc .70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .91 TÀI LIỆU THAM KHẢO .92 ii Danh mục bảng biểu DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết AICH Acquisition Indicator channel Kênh thị bắt AMPS Advanced Mobile Phone System ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động AS Access Stratum Tầng truy nhập BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến thu phát gốc BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang nhiễu CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung CCPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung CPCH Common Packet Chanel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung CR Chip Rate CRNC Controlling RNC RNC điểu khiển CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh DCA Dynamic Chanel Allocation Phân bổ kênh động DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý riêng Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Tốc độ chip (tương đương với tốc độ trải phổ kênh) iii Danh mục bảng biểu DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh số liệu vật lý riêng DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng riêng DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu DSCH Downlink Shared Chanel Kênh dùng chung đường xuống Ec/No EDGE ETSI Energy per chip over total received power spectral density Enhanced Data rate for GSM Evolution European Tăng tốc độ truyền dẫn… Telecommunications Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Standards Institute Âu FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FACH Forward Access Chanel Kênh truy nhập đường xuống FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel Kênh báo hiệu đường lên nhanh FCCCH Forward Common Control Chanel FCCH Frequency Correction Channel FDD Frequency Division Duplex FDMA Kênh điều khiển chung đường xuống Kênh hiệu chỉnh tần số Ghép kênh song công phân chia theo tần số Frequence Division Multiple Đa truy cập phân chia theo tần Access số Kênh điều khiển riêng đường FDCCH Forward Dedicated Control Chanel FSK Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần GoS Grade Of Service Cấp độ phục vụ GSM Global System for Mobile xuống Thông tin di động toàn cầu Communication GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data iv Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao Danh mục bảng biểu HS- High Speech Physical Downlink Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PDSCH Shared Channel tốc độ cao International Mobile Tiêu chuẩn thông tin di động Telecommunication toàn cầu International Mobile Subscriber Số nhận dạng thuê bao di động Identity quốc tế IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ IMT-2000 IMSI International Mobile ITU-R Telecommunication Union Radio Sector Liên minh viễn thông quốc tế phận vô tuyến IWF InterWorking Function Chức tương tác mạng LAC Link Access Control Điều khiển truy nhập liên kết LAI Location Area Indentify Nhận dạng vùng vị trí ME Mobile Equipment Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MTP Message Transfer Part Phần truyền tin MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động NAS Non-Access Stratum Tầng không truy nhập Là nút logic kết cuối giao diện Node B NSS ODMA IuB với RNC Network and Switching Subsystem Opportunity Driven Multiplex Hệ thống chuyển mạch Đa truy cập theo hội Access OM Operation and Management Khai thác bảo dưỡng PAGCH Paging and Access PCCH Paging Contrlo Chanel Kênh điều khiển tìm gọi PCH Paging Channel Kênh nhắn tin PCPCH Physical Common Packet Chanel Kênh gói chung vật lý Kênh chấp nhận truy cập nhắn tin v Danh mục bảng biểu PCS Personal Communication Services Dịch vụ thông tin cá nhân PICH Paging Indicator Channel Kênh thị tìm gọi PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PS Packet switched Chuyển mạch gói RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên RNC Radio network controller RNS Radio network subsystem RSCP Receive signal code power RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến S-CCPCH Secondary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp SCH Synchronous Channel Kênh đồng SRNC Serving RNC RNC phục vụ SRNS Serving RNS TDMA Time Division Multiple Access TDD Time Division Duplex UE User equipment USIM UMTS subscriber identity module UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network UMTS Universal Mobile Telecommunnication System WCDMA Đa truy cập phân chia theo mã Wideband Code Division Multiplex băng rộng Access Đa truy cập phân chia theo thời gian Ghép song công phân chia thời gian vi Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.7.Các đặc điểm chủ yếu kênh truyền tải chung .21 Bảng 2.1 Giả định quỹ đường truyền máy di động 35 Bảng 2.2 Giả định quỹ đường truyền trạm gốc 35 Bảng 2.3 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps 36 Bảng 2.4 Quỹ đường truyền dịch vụ thời gian thực tốc độ 144kbps 38 Bảng 2.5 Quỹ đường truyền tham khảo dịch vụ liệu 384 kbps 39 Bảng 2.6 Giá trị K theo cấu hình site .39 Bảng 2.7 Mối quan hệ dự trữ nhiễu tải đường lên 40 Bảng 2.8 Các thông số sử dụng tính toán hệ số tải đường lên .44 Bảng 2.9 Các thông số sử dụng việc tính toán hệ số tải liên kết đơn 46 Bảng 2.10 Quỹ đường truyền số giả định .48 Bảng 2.11 Ví dụ tính toán dung lượng mềm 52 Bảng 2.12 Tính toán dung lượng mềm đường lên 52 Bảng 2.13 Các dịch vụ cung cấp yêu cầu chất lượng 55 Bảng 2.14 Phân bố hình thái mật độ dân cư 55 Bảng 15 Các giả định cho MS .56 Bảng 2.16 Tính qũy đường truyền cho dịch vụ số liệu 144kbps .57 Bảng 2.17 Kết tính toán qũy đường truyền cho dịch vụ 144 kbps 57 Bảng 18 Kết quy hoạch vùng phủ cho thủ đô Vientian 59 Bảng 3.1 KPI target (Theo chuẩn Nokia) 69 Bảng 3.2 Sửa lỗi phần cứng cho trạm cluster cluster 72 Bảng 3.3 Số liệu thống kê % số mẫu Serving RSCP Ec/No 75 Bảng 3.4 Bảng điều chỉnh Tilt, Azimuth cho cell Cluster 78 Bảng 3.5 Bảng thống kê % số mẫu Serving RSCP Ec/No Cluster 81 Bảng 3.6 Bảng điều chỉnh Tilt, Azimuth cho cell thuộc Cluster 81 Bảng 3.7 Bảng thống kê số mẫu Serving RSCP Ec/No sau tối ưu cluster 84 Bảng 3.8 Thống kê % số mẫu Serving RSCP Ec/No sau tối ưu Cluster 87 vii Danh mục bảng biểu Bảng 3.9 Bảng kết đo kiểm, đánh giá dịch vụ Voice Cluster 89 Bảng 3.10 Bảng kết đo kiểm, đánh giá dịch vụ Voice Cluster .90 viii LOGO TỐI ƯU VÔ TUYẾN MẠNG 3G VIETTEL TẠI VĨNH PHÚC ™Tối ưu vùng phủ: Đo Driving Test chế độ Idle, phát khắc phục lỗi sai feeder, thiếu Neighbor, vùng phủ chồng lấn, đánh giá chất lượng vùng phủ qua thông số RSCP Ec/No ™Đo đạc kiểm tra dịch vụ: Voice Call, PS DL Throughput… 16 LOGO Phân chia khu vực Vĩnh Phúc 17 LOGO Kết Driving test trước tối ưu Phân bố Serving CPICH RSCP trước tối ưu Quy ước đặt màu -15dBm > RSCP ≥ -93dBm -93dBm > RSCP ≥ -140dBm 18 LOGO Kết Driving test trước tối ưu Phân bố Serving CPICH Ec/No trước tối ưu Quy ước đặt màu 0dB > Ec/No ≥ -12dB -12dB > Ec/No ≥ -34dB 19 LOGO Minh họa lỗi thường gặp Driving test ™Lỗi khai thiếu quan hệ cell 20 LOGO Minh họa lỗi thường gặp Driving test ™Hiện tượng vùng phủ chồng lấn 21 LOGO Minh họa lỗi thường gặp Driving test ™Lắp sai feeder 22 LOGO Kết Driving test sau tối ưu Phân bố Serving CPICH RSCP sau tối ưu 23 LOGO Kết Driving test sau tối ưu Phân bố Serving CPICH Ec/No sau tối ưu 24 LOGO So sánh trước sau tối ưu Trước tối ưu (% số mẫu) Sau tối ưu (% số mẫu) Tỷ lệ số mẫu có RSCP >= -93 dBm 87.2 96.3 Tỷ lệ số mẫu có Ec/No >= -12 dB 84.5 91.5 25 LOGO Kết đo kiểm dịch vụ Voice Event no.of Call Attempt 106 Call End 105 Call Established 106 Call Setup 106 Dropped Call Intra-frequency Hard Handover Radio Link Addition 649 Radio Link Addition failure Radio Link Removal 603 Radio Link Removal failure Radio Link Replacement 285 Radio Link Replacement failure 26 CSSR CDR SHOSR 100% 0% 100% LOGO KẾT LUẬN ™Luận văn nghiên cứu tổng quan kiến trúc mạng UMTS ™Trình bày phương pháp quy hoạch vô tuyến mạng UMTS ™Đưa quy trình tối ưu vô tuyến mạng UMTS, áp dụng vào tối ưu mạng Viettel khu vực Vĩnh Phúc ™Hướng phát triển đề tài nghiên cứu phương pháp quy hoạch mạng lõi viết công cụ hỗ trợ quy hoạch tối ưu vô tuyến mạng UMTS 27 LOGO XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Học viên: Đào Ngọc Thùy 28 LOGO Tiêu chuẩn cho vùng Urban •Kết đo kiểm suy hao In_door Out_door: 20 dB •Kết đo kiểm suy hao In_car Out_car: dB •Tiêu chuẩn vùng phủ cho vùng Urban: RCSP ≥ -105 + 20 - = - 93 dBm Ec/No ≥ -12 dB Tiêu chuẩn cho vùng SubUrban 29 LOGO Công thức KPI •CSSR = (Call Established/ Call Attempt)*100 •CDR = (Drop call/ Call Established)*100 •SHOSR = (Radio link addition + Radio link removal + Radio link replacement)/(Radio link addition + Radio link removal + Radio link replacement + Radio link addition failure + Radio link removal failure+ Radio link replacement failure) 30 ... thống thông tin di động UMTS Phần 2: Quy hoạch vô tuyến mạng UMTS Phần 3: Tối ưu vô tuyến mạng UMTS Mạng 3G triển khai đưa vào vận hành Việt Nam, việc tìm hiểu quy hoạch tối ưu tránh thiếu sót, em... III: TỐI ƯU VÔ TUYẾN MẠNG UMTS 60 3.1 Mục đích tối ưu: 60 3.2 Lý tối ưu: 60 3.3 Lợi ích tối ưu: .60 3.4 Quy trình tối ưu: 61 3.4.1 Lưu đồ tối ưu. .. vậy, quy hoạch tối ưu mạng công việc quan trọng, thiếu phát triển mạng di động nói chung mạng 3G nói riêng Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên, em thực luận văn: Quy hoạch tối ưu vô tuyến mạng UMTS