Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng cho mạng thông tin di động viettel thế hệ thứ 3

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan, nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu thực sở nghiên cứu lý thuyết, thực hành thực tế tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác Qua số liệu thực tế thực Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp số vùng lân cận ví dụ huyện Phú Bình, định hướng hướng dẫn tận tình PGS TS Đào Huy Du luận văn em hoàn thiện với số liệu xuất phát từ thực tiễn, kết trung thực có nguồn gốc rõ ràng Thái Nguyên, ngày 06 tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Hương i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cô Khoa Điện tử tận tâm truyền đạt kiến thức chuyên môn suốt trình học tập, nghiên cứu góp ý sâu sắc để em hồn thiện nội dung phục vụ cho luận văn Với lịng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Đào Huy Du - người Thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình nghiên cứu thực nội dung luận văn Tuy có nhiều cố gắng nỗ lực thời gian, kiến thức kinh nghiệm cịn nhiều hạn chế nên q trình thực nội dung luận văn tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, dẫn từ Quý Thầy Cô, đồng nghiệp để em tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện Thái Nguyên, ngày 06 tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Hương ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới .3 thiệu 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ – 1G 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai – 2G 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ 2.5 G .6 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thứ ba – 3G 1.1.5 Hệ thống thông tin di động thứ tư – 4G 1.2 Hệ thống thông tin di động 3G - UMTS .9 1.3 Kiến trúc mạng 3G-UMTS 10 1.3.1 Thiết bị người sử dụng (UE – User Equipment) 11 1.3.2 Mạng truy cập vô tuyến UMTS 12 1.3.3 Mạng lõi (CN) 13 1.3.4 Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến lõi (OSS-RC) 15 1.4 Các giao diện mạng UMTS 16 1.5 Các lớp chất lượng .16 1.6 Tổ chức kênh hệ thống UMTS 18 1.6.1 Các kênh logic .18 1.6.2 Các kênh truyền tải .19 1.6.3 Các kênh vật lý 19 1.7 Các kỹ thuật sử dụng hệ thống 20 1.7.1 Điều khiển công suất WCDMA 20 1.7.1.1 Điều khiển cơng suất vịng hở (OLPC) 21 1.7.1.2 Điều khiển cơng suất vịng lặp đóng (CLPC) 22 1.7.2 Trải phổ 23 1.8 Tổng kết chương 25 CHƯƠNG 26 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU VÀ CÁC THAM SỐ KPI MẠNG 3G 26 2.1 Khái niệm tối ưu 26 2.2 Mục tiêu vấn đề cần tối ưu .28 2.2.1 Mục tiêu tối ưu .28 2.2.2 Các vấn đề cần tối ưu 29 2.3 Tham số đánh giá chất lượng mạng 3G .31 2.3.1 Định nghĩa, đặc điểm KPI .31 2.3.2 Mục đích việc sử dụng KPI 32 2.3.3 Phân loại tham số KPI 33 2.4 Các tham số KPI mạng UMTS 33 2.5 Quy trình thực đo kiểm tối ưu .36 2.6 Một số công cụ tối ưu 38 2.6.1.TEMS 38 2.6.2 Một số thao tác 39 2.6.3 Các thao tác Tems Investigation 40 2.7 Tổng kết chương 42 CHƯƠNG 43 ĐÁNH GIÁ, TỐI ƯU MẠNG VÔ TUYẾN CHO MẠNG 3G – VIETTEL .43 3.1 Khu vực thực 43 3.2 Thời gian phương án thực .43 3.2.1 Thu thập số liệu 43 3.2.2 Driver Test 44 3.2.3 Phân tích tối ưu 44 3.3 Thực Driver Test 45 3.3.1 Chuẩn bị 45 3.3.2 Thiết lập đo 46 3.4 Đánh giá kết đo .49 3.4.1 Đánh giá đo vùng phủ 49 3.4.1.1 Tiêu chuẩn đánh giá .49 3.4.1.2 Khảo sát vùng phủ 50 3.4.1.3 Kết đo vùng phủ 52 3.4.2 Đánh giá đo thoại 56 3.5 Tổng hợp kết đo đạc 59 Ngoài sau thực đo khu vực Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp tác giả thực luận văn thực đo kiểm khu vực Huyện Phú Bình với số hình ảnh kết đo sau: 59 Đánh giá kết đo vùng phủ 61 Kết đo vùng phủ 63 3.6 Tổng kết chương 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Lịch sử phát triển mạng thông tin di động qua hệ Hình 2: Kiến trúc mạng UMTS 10 Hình 3: Cấu trúc UE .11 Hình 4: Kiến trúc UTRAN .12 Hình 5: Kiến trúc mạng lõi .13 Hình 6: Các kênh UMTS 18 Hình 7: Thứ tự loại điều khiển công suất .21 Hình 8: Các chế điều khiển công suất W-CDMA 22 Hình 9: Thủ tục điều khiển cơng suất vịng vịng ngồi 23 Hình 10: Trải phổ DS-CDMA với người dùng 23 Hình 11: Mơ hình điều chế giải điều chế 24 Hình 12: Cây mã OVSF 24 Hình 1: Quy trình vận hành mạng 27 Hình 2: Quy trình thực quản lý chất lượng mạng 28 Hình 3: Sử dụng KPI tối ưu mạng 32 Hình 4: Thiết bị đo TEMS 39 Hình 5: Giao diện phần mềm TEMS Investigation 39 Hình 6: Load Cellfile 40 Hình 7: Mở cửa số Command Sequence 41 Hình 8: Ví dụ Command Sequence thiết lập 42 Hình 1: Khu vực thực .43 Hình 2: Thông số cellfile 44 Hình 3: Thử nghiệm Driver Test 45 Hình 4: Google Earth Pro .46 Hình 5: Vị trí cell trạm BTS ĐHKTCNTN khu vực lân cận 50 Hình 6: Cường độ trường RSCP ĐHKTCNTN khu vực lân cận 52 Hình 7: Khu vực có vùng phủ 52 Hình 8: Biểu đồ thể chất lượng CPICH RSCP sau tạo report từ logfile 53 Hình 9: Biểu đồ thể hiển chất lượng Ec/No sau tạo report từ logfile 53 Hình 10: Mức thu cường độ tín hiệu thấp 54 Hình 11: Kết đo chất lượng thoại 56 Hình 12: Rxlev thấp, Rxqual thấp, FER thấp .58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Các kênh logic UMTS 18 Bảng Các kênh truyền tải UMTS 19 Bảng Các kênh vật lý UMTS .19 Bảng Phân loại KPI .33 Bảng 2 Các tham số chất lượng mạng 3G 33 Bảng Tiêu chuẩn vùng phủ tốt 50 Bảng Tiêu chuẩn chất lượng RSCP .50 Bảng 3 Tiêu chuẩn chất lượng tín hiệu Ec/No .51 Bảng Thể kết đo lường KPI CSSR, CDR, SHOSR 57 Bảng Thống kê KPI đo đạc 59 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CLPC Closed Loop Power Control Điều khiển cơng suất vịng đóng CPICH Common Pilot Channel Kênh thí điểm chung CDR Call Drop Rate Tỷ lệ gọi bị rớt CSSR Call Setup Successful Rate Tỷ lệ thiết lập gọi thành công Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số GSM Global Systems for Mobile Communication Hệ thống truyền thơng di động tồn cầu GPRS General Packet Radio Service Địch vụ vơ tuyến gói chung HSDPA High-Speed Downlink Packet Access Truy cập gói đường xuống tốc độ cao HSUPA High-Speed Upnlink Packet Access Truy cập gói đường lên tốc độ cao Key Performance Indicator Tham số chất lượng điển hình Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng F FDMA G H K KPI P PSTN viii R Radio Netwwork Control Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến TACS Total Access Communication System Hệ thống cellular truy cập tổng thể TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian RNC T U UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access ix Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng MỞ ĐẦU Giới thiệu chung Trong năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động nước có bước phát triển vượt bậc hạ tầng chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu cầu dịch vụ viễn thông ngày phát triển cách nhanh chóng Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự 1G, hệ thống thông tin di động số hệ đời đánh dấu thành công công nghệ GSM với 70% thị phần thông tin di động toàn cầu Tuy nhiên, GSM đáp ứng tốt dịch vụ thoại nhu cầu dịch vụ số liệu ngày gia tăng Hệ thống thông tin di động hệ thứ đời ngày hoàn thiện đáp ứng phần nhu cầu Nếu 1G (The first Generation) điện thoại di động thiết bị analog, có khả truyền thoại 2G (The Second Generation) điện thoại di động gồm công truyền thoại liệu giới hạn dựa kỹ thuật số Trước hồn cảnh từ thập niên 1990 hiệp hội viễn thông quốc tế ITU ngiên cứu đưa đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin di động hệ ba với với tên gọi IMT- 2000 Đồng thời quan tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng tiêu chuẩn hố áp dụng cho IMT- 2000 thơng qua dự án 3GPP Hệ thống thông tin di động hệ ba đời từ dự án 3GPP gọi hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA ngày hoàn thiện trở nên phổ biến toàn giới Để nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu ngày cao khách hàng, nhà khai thác phải có phương án, giải pháp kĩ thuật đắn, thích hợp Cùng với qui hoạch mạng, tối ưu hóa giải pháp đảm bảo chất lượng cho mạng, công tác thường xuyên cần thực để đáp ứng yêu cầu nói Xuất phát từ thực tiễn, em chọn tên luận văn “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng cho mạng thông tin di động Viettel hệ thứ 3” - Chuyển giao không thành công rớt chuyển giao tăng lên - Số lần thiết lập gọi không thành cơng tăng Chất lượng tồi mức thu tín hiệu Khi mức thu xuống thấp chất lượng thoại bị ảnh hưởng nhiễu fading Nguồn nhiễu nhiễu ngồi ( nhiễu đồng kênh cận kênh), nhiễu nhiệt ( nhiễu nền), nhiễu giải việc thay đổi tần số tồn nội mạng Khi driving test, quan sát thấy nhiễu tăng lên ( Rxqual tăng lên cửa sổ Line chart) tương ứng với cuờng độ tín hiệu xuống q thấp, phải ý tới giá trị FER (tỷ lệ lỗi khung) Nếu FER tồi ( -95 dBm 99% ≥ 95% Đạt CPICH Ec/No > -12 dB 98% ≥95% Đạt Bài đo Voice CSSR 100% ≥ 95% Đạt Bài đo Voice CDR 0% ≤ 1.5% Đạt Bài đo Voice SHOSR 100% ≥ 98.5% Đạt Ngoài sau thực đo khu vực Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp tác giả thực luận văn thực đo kiểm khu vực Huyện Phú Bình với số hình ảnh kết đo sau: Hình 0.1 Khu vực thực đo Phần mềm Map info Google Earth, Mapinr (cho điện thoại) Google Earth phục vụ cho mục đích định tuyến Đánh giá kết đo vùng phủ Để đánh giá khu vực có vùng phủ khu vực có tiêu chuẩn riêng số để đánh giá Đối với vùng phủ 4G đánh giá dựa tham số quan trọng RSRP RSRQ Sau load cellfile cửa sổ MAP TEMS, dựa vào đồ định tuyến có sẵn tiến hành đo Hình 0.2 Vị trí cell trạm BTS huyện Phú Bình khu vực lân cận Dựa vào thống kê số liệu thơng số vị trí cell trạm BTS ta thấy đc vị trí trạm BTS minh họa đồ qua phần mềm Google Earth Tiêu chuẩn tham số RSRP vùng phủ: Hình 0.3 Tiêu chuẩn tham số RSRP Tiêu chuẩn tham số RSRQ vùng phủ: Hình 0.4 Tiêu chuẩn tham số RSRQ Kết đo vùng phủ Hình 0.5 Cường độ tín hiệu RSRP khu vực huyện Phú Bình Hình 0.6 Cường độ tín hiệu RSRQ khu vực huyện Phú Bình Hình 0.7 Tín hiệu RSRP hiển thị GoogleHybridMap Dựa vào hình ta thấy mật độ trạm BTS khu vực huyện Phú Bình Điều thể qua ký hiệu có màu xanh dương, đồng nghĩa ta thấy nơi có vùng phủ tốt nơi có vùng phủ Hình 0.8 Các điểm có vùng phủ Qua hình ảnh cho ta thấy mức độ tín hiệu tốt hay xấu, biểu qua chấm có màu đỏ, xanh  Màu xanh vùng có chất lượng vùng phủ tốt  Màu đỏ vùng có chất lượng vùng phủ Từ biểu đồ hình ảnh cho ta thấy rõ vùng có chấm đỏ khoanh trịn khu vực có vùng phủ Những điểm đỏ khoanh tròn gọi điểm đen cần tối ưu Tạo Report từ logfile để có đánh giá định tính vùng phủ Hình 0.9 Tốc độ Download liệu lớp Application cho luồng 3Mbps Hình 0.10 Tốc độ Upload liệu lớp Application cho luồng 3Mbps 66 Kết phân tích điểm lõm TEMS:  Điểm lõm thứ Xác định điểm lõm: - Vị trí: Đồng Liên Phú Bình - Đường kính vùng lõm: 60m - Khoảng cách đến serving cell: 1,11km (cell phục vụ eTN004921) - Số hộ dân lõm: khoảng 200 hộ - Mật độ thuê bao: khoảng 400 thuê bao Nguyên nhân: - Kiểm tra trạm phục vụ có bị lỗi khơng: thời gian đo kiểm trạm có xảy cố khơng, có bảo dưỡng hay khơng? - Độ cao cột anten, góc tilt, azimult hợp lý chưa? - Khu vực có bị che chắn không ? - Do chồng lấn Giải pháp - Nếu trạm phục vụ bị lỗi cho nhân viên kiểm tra, khắc phục cố trạm - Nhìn vào đồ cho thấy khu vực nhiều đồi núi nên tín hiệu khơng bị che chắn vùng đồi - Ngồi cịn có giải pháp thêm cell phục vụ tính tốn chi phí lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng khơng thích hợp nên giải pháp sử dụng - Độ cao anten trạm là: 46,5m ta nâng cao độ cao anten lên tối đa 60m để mở rộng vùng phủ  khắc phục điểm lõm 67  Điểm lõm thứ Xác định điểm lõm: - Vị trí: Đồng Liên Phú Bình - Đường kính vùng lõm: 270m - Khoảng cách đến serving cell: 870m (cell phục vụ eTN004192) - Số hộ dân lõm: khoảng 20 hộ - Mật độ thuê bao: khoảng 40 thuê bao Nguyên nhân: - Kiểm tra trạm phục vụ có bị lỗi khơng: thời gian đo kiểm trạm có xảy cố khơng, có bảo dưỡng hay khơng? - Độ cao cột anten, góc tilt, azimult hợp lý chưa? - Khu vực có bị che chắn khơng ? - Do chồng lấn Giải pháp - Nếu trạm phục vụ bị lỗi cho nhân viên kiểm tra, khắc phục cố trạm - Có thể thấy khu vực thưa dân cư, nên giải pháp đưa ngẩng tilt không đưa giải pháp vào khách hàng sử dụng mạng 2G, 3G để truy cập Internet 68  Điểm lõm thứ 3: Xác định điểm lõm: - Vị trí: Đồng Liên Phú Bình - Đường kính vùng lõm: 60m - Khoảng cách đến serving cell: 1,11km (cell phục vụ eTN002491) - Số hộ dân lõm: khoảng 10 hộ - Mật độ thuê bao: khoảng 20 thuê bao Nguyên nhân: - Kiểm tra trạm phục vụ có bị lỗi khơng: thời gian đo kiểm trạm có xảy cố khơng, có bảo dưỡng hay khơng? - Độ cao cột anten, góc tilt, azimult hợp lý chưa? - Khu vực có bị che chắn khơng ? - Do chồng lấn Giải pháp - Nếu trạm phục vụ bị lỗi cho nhân viên kiểm tra, khăc phục cố trạm - Có thể thấy khu vực thưa dân cư, nên giải pháp đưa ngẩng tilt khơng tác động đến khách hàng sử dụng mạng 2G, 3G để truy cập Internet 69 Ngồi ra, cịn điểm lõm khoanh tròn đỏ bên cạnh có nguyên nhân tương tự điểm lõm thứ nên giải pháp đưa ngảng tilt khơng tối ưu khách hàng truy cập Internet mạng 2G, 3G Trong trình thực phát điểm lõm có 20 điểm lõm khu vực cách thực phân tích tương tự nên tác giả phân tích điểm lõm 3.6 Tổng kết chương Chương trình bày chi tiết cơng việc tối ưu mạng công cụ tối ưu, bước thiết lập đo, đánh giá kết đo Thông qua bảng thống kê KPI sau trình đo đạc thấy chất lượng tín hiệu, số đạt chất lượng tương đối tốt Nhờ vào liệu Drive test, thấy phần thực trạng mạng khảo sát Từ đó, kiến thức có liên quan, có phương án tối ưu thích hợp cho trường hợp cụ thể Qua trình Driver Test chất lượng mạng Viettell 3G khu vực trường Đại học Kỹ thuật Cơng Nghiệp, khu vực huyện Phú Bình vùng lân cận nói chung tương đối ổn định nhiên biến động số lượng người dùng địa hình che chắn Để đảm bảo tính ổn định mạng lưới nâng cao khả phục vụ khách hàng chu trình tối ưu q trình liên tục khơng dừng, chu trình khơng thể thiếu Trong chu trình tối ưu Drive Test thủ tục quan trọng góp phần chu trình tối ưu hồn hảo hơn, việc ý thức tầm quan trọng Drive Test hiểu rõ trình phân tích Drive Test giúp cho học viên đưa định để tối ưu mạng lưới 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN * Kết luận: Tối ưu hóa mảng đề tài rộng cần thiết cho mạng viễn thông nói chung mạng thơng tin di động nói riêng Khả nghiên cứu luận văn giúp ích cho người làm cơng tác tối ưu hóa mạng, sở lý thuyết để phân tích tiến hành để từ hồn tồn tìm giải pháp tối ưu khoa học để đảm bảo chất lượng cho mạng Luận văn thể nội dung như: - Tổng quan nghiên cứu mạng thông tin di động 1G đến 3G qua mạng 3G-UTMS - Lý thuyết tối ưu tham số KPI - Xác định tối ưu vùng phủ khu vực Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Huyện Phú Bình cho thấy tác giả phát khoảng vùng phủ tốt, khoảng vùng phủ cách sử dụng công cụ TEMS việc Driving test Từ đưa biện pháp khắc phục tồn trình tối ưu * Hướng phát triển: - Tiếp tục tối ưu hóa mạng cho nhiều khu vực khác - Tiến tới nghiên cứu thử nghiệm cho hệ thống thông tin 4G, 5G - Khơng bó hẹp số KPI phạm vi mạng vô tuyến mà mở rộng số KPI toàn mạng KPI lưu lượng, KPI dịch vụ,… Từ đó, nhiệm vụ tối ưu thực cách triệt để hơn, giúp cho c c mạng vận hành cách hiệu 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Thơng tin di động, PGS.TS.Đào Huy Du, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [2] Thông tin di động GSM, TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội 1999 [3] Tính tốn mạng thơng tin di động số CELLULAR, Vũ Đức Thọ, Nhà xuất giáo dục, Hà nội 1999 [4] Advanced cellular Netwwork Planning and Optimisation 2G/2.5G/3G evolution to 4G, Edited by Ajay R Mishra [5] http://vntelecom.org [6] TEMS™ Pocket 6.3 for Sony Ericsson C702 and W760 User’s Manual [7] Hướng dẫn đo kiểm cho TTKT VIETTEL Quận/Huyện, Tập Đồn Viễn Thơng Qn Đội VIETTEL Thái Ngun [8] http://www.finetopix.com/showthread.php/22367-TEMS-Investigation-10-0-5-setup [9] Đồ án tốt nghiệp, Dương Văn Tùng, Bộ môn Điện tử viễn thông Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, 2018 72 ... ? ?Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng cho mạng thông tin di động Viettel hệ thứ 3? ?? Đặt vấn đề Các nhà mạng cấp giấy phép cấp triển khai 3G công nghệ WCDMA có sẵn hạ tầng mạng thơng tin di động. .. MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới .3 thiệu 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ – 1G 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai – 2G 1.1 .3 Hệ thống thông tin di động. .. hệ 2.5 G .6 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thứ ba – 3G 1.1.5 Hệ thống thông tin di động thứ tư – 4G 1.2 Hệ thống thông tin di động 3G - UMTS .9 1 .3 Kiến trúc mạng