Tối ưu hóa mạng vô tuyến trong hệ thống thông tin di động 3g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐỖ TIẾN TRUNG TỐI ƯU HĨA MẠNG VƠ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử viễn thông Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ CHÍ QUỲNH Hà Nội, 2010 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn “Tối ưu hóa mạng vơ tuyến hệ thống thơng tin di động 3G” cơng trình nghiên cứu riêng tôi, không chép từ tài liệu Tơi xin chân thành cảm ơn TS Lê Chí Quỳnh tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn MỤC LỤC MỤC LỤC………… iii  DANH MỤC HÌNH vii  DANH MỤC BẢNG ix  LỜI NÓI ĐẦU……… 1  TÓM TẮT………… 2  ABSTRACT…… 3  CHƯƠNG 1.  1.1  CẤU HÌNH MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG HỖN HỢP 2G/3G 4  Cấu hình sơ đồ đấu nối mạng 4  1.1.1  Cấu trúc mạng GSM 4  1.1.2  Cấu trúc mạng UMTS 5  1.1.2.1  Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 7  1.1.2.2  Tổng quan cấu trúc mạng lõi 12  CHƯƠNG 2.  PHÂN TÍCH CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT VÀ CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 18  2.1  Tổ chức kênh hệ thống UMTS .18  2.2  Điều khiển công suất 20  2.2.1  Điều khiển cơng suất vịng hở 20  2.2.2  Điều khiển cơng suất vịng kín 21  2.2.2.1  Điều khiển cơng suất vịng ngồi 21  2.2.2.2  Điều khiển cơng suất vịng 22  iii 2.3  2.4  Quản lí, điều khiển chuyển giao 23  2.3.1  Phân loại chuyển giao 24  2.3.2  Thủ tục chuyển giao 24  2.3.3  Chuyển giao tần số (Intra HO) 26  2.3.4  Chuyển giao khác tần số hệ thống 30  2.3.5  Chuyển giao liên hệ thống (Inter-RAT) 31  2.3.6  Xây dựng danh sách neighbor cell 36  Các vấn đề kĩ thuật khác 37  2.4.1  Thủ tục lựa chọn mạng PLMN, RAT cell 37  2.4.1.1  Lựa chọn mạng PLMN công nghệ RAT 39  2.4.1.2  Lựa chọn cell UTRAN 40  2.4.1.3  Lựa chọn lại cell 41  2.5  Một số công cụ hỗ trợ tối ưu 3G 44  2.5.1  Yêu cầu chung máy đo phủ sóng 45  2.5.2  Một số loại thiết bị đo 45  2.5.2.1  TEMS 45  2.5.2.2  Nemo 46  2.5.2.3  Qvoice Companion/Symphony 47  CHƯƠNG 3.  3.1  XÂY DỰNG HÀM MỤC TIÊU CỦA TỐI ƯU 48  Các tham số sử dụng tối ưu 48  3.1.1  Nguyên tắc lựa chọn tham số tối ưu 48  3.1.2  Tham số tối ưu 49  3.1.2.1  Vị trí cấu hình Node B 49  3.1.2.2  Các thông số anten 50  3.1.2.3  Công suất kênh CPICH 52  3.2  Mục tiêu tối ưu 53  iv 3.3  3.2.1  Vùng phủ (dịch vụ 3G) 54  3.2.2  Dung lượng 55  3.2.3  Giảm thiểu số cell tới hạn 57  Các tham số KPI .57  CHƯƠNG 4.  4.1  4.2  4.3  XÂY DỰNG CÁC BƯỚC THỰC HIỆN TỐI ƯU 3G 63  Các bước thực tối ưu 63  4.1.1  Xác nhận kiểm tra tham số BTS/Node B 63  4.1.2  Xác nhận tham số chất lượng mạng BTS/Node B 65  4.1.3  Lập báo cáo trạng chất lượng mạng trước tối ưu 66  Trình tự thực tối ưu hệ thống 3G 67  4.2.1  Tổng quan trình 67  4.2.2  Quá trình chuẩn bị 67  4.2.3  Quá trình điều chỉnh Cluster 70  4.2.4  Quá trình tối ưu Cluster 74  4.2.5  Quá trình kiểm tra mạng 78  Xử lí, điều chỉnh tối ưu tham số phần vô tuyến để nâng cao chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ 3G 80  4.3.1  Điều chỉnh tham số cấu hình anten cấu hình phần cứng 80  4.3.2  Điều chỉnh tham số hệ thống 82  4.3.2.1  Phân tích vùng phủ 82  4.3.2.2  Phân tích vấn đề nhiễu pilot 91  4.3.2.3  Phân tích vấn đề chuyển giao 96  4.3.3  4.4  Đề xuất lắp mới/nâng cấp phần tử hệ thống 99  Lập báo cáo 99  v CHƯƠNG 5.  5.1  5.2  QUÁ TRÌNH ĐO KIỂM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC TẾ 100  Thiết lập máy đo theo yêu cầu đo 100  5.1.1  Thiết lập TEMS 100  5.1.2  Thiết lập NEMO 101  Phân tích kết đo kiểm 102  KẾT LUẬN……… 111  TÀI LIỆU THAM KHẢO 112  vi DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Cấu trúc mạng GSM 5  Hình 1-2 Cấu trúc mạng UMTS 6  Hình 1-3 Cấu trúc mạng RAN hệ thống UMTS 7  Hình 1-4 Các giao diện mạng UTRAN 10  Hình 1-5 Cấu trúc mạng lõi UMTS 12  Hình 1-6 Cấu trúc chức MSC 14  Hình 2-1 Mối quan hệ ánh xạ loại kênh hệ thống WCDMA 19  Hình 2-2 Hiện tượng can nhiễu gần xa hệ thống WCDMA 20  Hình 2-3 Chuyển giao dựa chênh lệch giá trị tương đối 27  Hình 2-4 Chuyển giao dựa ngưỡng giá trị tuyệt đối (kích thước tập kích hoạt 2) 28  Hình 2-5 Các bước thực chuyển giao từ UTRAN sang GSM 32  Hình 2-6 Chuyển giao từ UTRAN sang GSM 34  Hình 2-7 Thủ tục đổi kết nối 35  Hình 2-8 Thủ tục lựa chọn mạng PLMN, RAT cell 38  Hình 3-1 Bức xạ theo phương nằm ngang anten BTS (theo dB) 51  Hình 3-2 Góc ngẩng anten Node B 52  Hình 4-1 Các bước thực tối ưu hóa 64  Hình 4-2 Các khu vực có mức tín hiệu pilot thấp 86  Hình 4-3 Các cell có tín hiệu pilot tốt 87  Hình 4-4 So sánh vùng phủ UE Scanner 89  Hình 4-5 Phân bố cơng suất phát UE 91  Hình 5-1 Giao diện phần mềm TEMS 9.02 101  Hình 5-2 Giao diện phần mềm NEMO Outdoor 102  vii Hình 5-3 Giao diện Analyzer Classic Actix 103  Hình 5-4 Cửa sổ chức Query Filter Actix 103  Hình 5-5 Các chức xử lý Actix 104  viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Các kênh vật lí hệ thống UMTS 18  Bảng 2-2 Giá trị tham số Qsearch_I 43  Bảng 3-1 Bộ tham số KPI chất lượng mạng mạng 3G 58  Bảng 3-2 Bộ tham số KPI chất lượng dịch vụ mạng 3G 61  Bảng 4-1 Đánh giá RSCP kênh CPICH hệ thống UMTS 85  Bảng 4-2 Yêu cầu công suất phát UE 90  ix LỜI NĨI ĐẦU Thơng tin di động hệ (3G) ngày hoàn thiện trở nên phổ biến toàn giới Tại Việt Nam, ba nhà khai thác GSM lớn (Mobifone, Vinaphone, Viettel) xây dựng thức cung cấp dịch vụ 3G tới khách hàng Một vấn đề sống cịn mạng thơng tin di động nói chung 3G nói riêng chất lượng, bao gồm chất lượng dịch vụ chất lượng mạng Để nâng cao chất lượng chung toàn hệ thống, 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 mạng vơ tuyến cơng tác thường xun cần thực để đáp ứng yêu cầu nói Xuất phát từ thực tiễn, chọn đề tài “Tối ưu hóa mạng vơ tuyến hệ thống thơng tin di động 3G” làm đề tài tốt nghiệp cao học Luận văn thực tổng hợp vấn đề liên quan đến tối ưu mạng 3G Ngoài ra, luận văn phân tích số trường hợp tối ưu điển hình, hay gặp cell reselection, chuyển giao, nhiễu pilot… đồng thời đưa bước thực tối ưu mạng vô tuyến 3G Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Chí Quỳnh thầy cô giáo khoa Điện tử - Viễn thông hướng dẫn, bảo tận tình để tơi hồn thành luận văn • Kiểm tra danh sách cell lân cận Xóa cell lân cận khơng cần thiết Trong tiêu chuẩn hệ thống UMTS, số lượng cell lân cận tối đa 32, bao gồm cell gốc, nên số lượng cell lân cận tần số thực tế 31 Nếu tập lân cận có 31 cell, việc thêm vào tập cell cần thiết khơng thể thực Do đó, cần phải xóa bớt cell khơng cần thiết Việc xóa cell tập lân cận cần thực cách cẩn thận, thận trọng Xóa nhầm cell lân cận cần thiết gây rớt gọi Để thực xóa cell, cần tuân theo nguyên tắc sau: • Trước xóa, kiểm tra ghi theo dõi cell lân cận xem cell lân cận bị xóa có phải thêm vào trình DT tối ưu lần trước hay khơng; • Sau xóa, kiểm tra tồn diện bao gồm DT kiểm tra chất lượng gọi (CQT-call quality test) điểm quan trọng Nếu có bất thường, khơi phục lại cấu hình liệu cũ Trong bước tối ưu hóa RF, xóa cell lân cận trường hợp sau: • Xóa cell liên quan đến vùng phủ chồng lấn trước vấn đề vùng phủ chồng lấn giải quyết; • Xóa cell dựa theo kinh nghiệm xem xét cấu trúc sơ đồ mạng Thực kiểm tra lại sau xóa, có vấn đề phải chọn lại cell bị xóa Xác định hệ số SHO dựa phân tích kết đo DT Theo liệu DT scanner, xác định hệ số SHO sau: Hệ số SHO xác định theo liệu DT giai đoạn tối ưu phải nhỏ 5%-10% so với giá trị mục tiêu KPI bước tối ưu làm tăng giá trị hệ số SHO Ở giai đoạn cuối tối ưu vùng phủ diện rộng tối ưu nhiễu pilot, hệ số SHO xác định theo liệu DT phải gần tương đương với giá trị mục tiêu Nếu hệ số SHO không thỏa mãn yêu cầu sau điều chỉnh diện rộng, phải tối ưu hệ số SHO xác định theo liệu DT 98 Nếu hệ số SHO xác định theo liệu DT lớn, cần giảm thay đổi khu vực chuyển giao phương án sau đây: • Tăng góc tilt; • Điều chỉnh góc phương vị; • Giảm độ cao anten; • Giảm cơng suất PICH; Cần lưu ý đảm bảo việc điều chỉnh theo phương án không tạo khoảng trống vùng phủ không làm tăng nhiễu pilot 4.3.3 Đề xuất lắp mới/nâng cấp phần tử hệ thống Trong trường hợp tất biện pháp can thiệp, hiệu chỉnh phần mềm/phần cứng hệ thống không đạt kết mong muốn, thể qua tham số KPI không đạt yêu cầu, nhà khai thác cần phải thực bổ sung, lắp nâng cấp phần tử hệ thống, đặc biệt bổ sung cấp hình sector lắp trạm Quá trình bổ sung/nâng cấp cấu hình cần thực cẩn thận gây nhiễu sang thiết bị có sẵn 4.4 Lập báo cáo Để kết thúc tổng hợp cơng việc tối ưu, cần có hướng dẫn tập báo cáo kết Do thời điểm trình triển khai ban đầu 3G nên việc xây dựng tài liệu nói cần hoàn thiện dần Trước mắt, cần xây dựng hướng dẫn báo cáo kết đo/kiểm tra tiêu KPI trình bày phần Phụ lục 99 CHƯƠNG QUÁ TRÌNH ĐO KIỂM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC TẾ 5.1 Thiết lập máy đo theo yêu cầu đo 5.1.1 Thiết lập TEMS Như trình bày mục 2.5.2.1, TEMS thiết bị đo phủ sóng phổ biến thơng dụng Thiết bị bao gồm máy tính xách tay cài phần mềm TEMS Investigation Data Collection, scanner vài thiết bị đầu cuối (test phone) Sau khởi động TEMS Investigation, chương trình cho ta giao diện hình Hình 5-1 Tại cửa sổ Equipment Configuration, chương trình hiển thị thơng tin thiết bị kết nối với máy tính Tùy theo yêu cầu đo mà thiết bị chọn lựa scanner test phone 100 Hình 5-1 Giao diện phần mềm TEMS 9.02 Cửa sổ Command Sequence nơi thiết lập script để test voice call data Trong test voice call, test phone thực gọi cho cách tự động Đối với trường hợp sử dụng scanner, thiết lập thông số thị thực tab Scanner Ngoài ra, phiên TEMS gần (TEMS Pocket v7 trở lên) cho phép tích hợp trực tiếp test phone người sử dụng khơng cần đến máy tính Tuy nhiên, với ưu điểm nhỏ gọn tiện lợi tính khơng đầy đủ TEMS Investigation 5.1.2 Thiết lập NEMO Nemo thiết bị đo phủ sóng sử dụng rộng rãi Việt Nam So với TEMS Investigation, NEMO bề phức tạp lại trội tính đo kiểm chất lượng thoại (MOS) Giao diện phần mềm NEMO Outdoor miêu tả Hình 5-2 101 Hình 5-2 Giao diện phần mềm NEMO Outdoor Giống TEMS, NEMO hỗ trợ Script tự động mục Script Properties Phần mềm NEMO có lưu tập hợp mẫu thoại chuẩn Khi test phone thực gọi tới test phone 2, test phone gửi mẫu thoại chuẩn thông qua giao diện vô tuyến Mẫu thoại thu lại từ test phone so sánh với mẫu thoại gửi xác định điểm MOS cho đường downlink test phone Ngoài ra, NEMO có đầy đủ tính TEMS Investigation 5.2 Phân tích kết đo kiểm Trong q trình đo kiểm, kết ghi dạng logfile để lưu trữ phân tích kỹ TEMS NEMO hỗ trợ phân tích logfile đo kiểm phần mềm TEMS Route Analysis Nemo Analyzer Hai phần mềm mạnh chức phân tích xuất báo cáo Tuy nhiên, TEMS Route Analysis Nemo Analyzer không hỗ trợ nhiều định dạng logfile Để phân tích nhiều định dạng logfile 102 cho đo, người phân tích cần phần mềm mạnh Actix lựa chọn thích hợp Trái ngược với giao diện đơn giản, actix phần mềm phân tích thiết kế mạnh chuyên nghiệp, hỗ trợ tất logfile GSM, CDMA, UMTS loại phần mềm TEMS, NEMO, CAIT, Agilent Hình 5-3 Giao diện Analyzer Classic Actix Actix có chức tổng hợp logfile thành Super streams Từ đó, người sử dụng dễ dàng tìm thấy xuất báo cáo thơng số theo yêu cầu Hơn nữa, với chức query filter actix, việc hệ thống lọc thông số theo mức ngưỡng đề trở nên dễ dàng Hình 5-4 Cửa sổ chức Query Filter Actix 103 Hình 5-5 Các chức xử lý Actix Sau mở logfile, cần tổng hợp kết tất logfile đó, người phân tích kết hợp logfile thành SuperStreaming Q trình mơ tả Hình 5-6 Actix hỗ trợ tạo nhiều SuperStream khác việc lựa chọn logfile thích hợp Hình 5-6 Tạo SuperStreaming Nháy chuột phải lên SuperStream vừa tạo, Actix đưa loạt chức phân tích mà đáp ứng Hình 5-7 cho thấy nhiều chức phân tích phân tích thiết lập gọi, phân tích chất lượng, phân tích chuyển giao… 104 Hình 5-7 Các đáp ứng u cầu phân tích logfile Với chức phân tích thống kê gọi hệ thống UMTS (UMTS Call Statistics) phần mềm thống kê tỉ số Ec/No trung bình, thơng số RSCP trung bình số chức phân tích sâu Call Timing Analysis, Call Statistic PS… Những chức phân tích sâu xuất dạng report excel 105 Hình 5-8 UMTS Call Statistics Hình 5-9 Biểu mẫu report Call Timing Analysis Actix dễ dàng việc thống kê thông số cần thiết Ví dụ, phần Speech Quality, phần mềm hỗ trợ xuất thống kê chất lượng thoại MOS Trong Hình 5-10, điểm MOS trung bình 3.67, bao gồm 133 mẫu, mẫu thấp có MOS xấp xỉ 1.32 106 Hình 5-10 Thống kê điểm MOS Nhằm mục đích thống kê cụ thể hơn, phần mềm hỗ trợ chức xắp xếp lọc thông số Trong trường hợp cụ thể, ví dụ cần thống kê mẫu có điểm chất lượng thoại MOS lớn 3.5 Khi sử dụng chức Filter Actix Trong cửa sổ Filter, ô thứ để đặt tên cho Filter, ô thứ hai để lựa chọn thông số cần lọc, ô thức ba để đặt mức ngưỡng xác định Actix có giao diện đơn giản trực quan, người sử dụng thực bước Hình 5-11mơ tả trình thiết lập Filter Kết thống kê MOS sau filter cho Hình 5-12, đó, số mẫu có MOS lớn 3.5 105 mẫu (so với tổng 133 mẫu phân tích trên) 107 Hình 5-11 Thiết lập Filter Hình 5-12 Thống kê MOS sau sử dụng chức Filter Ngồi chức Filter, phần mềm cịn hỗ trợ chức Query khác miêu tả Hình 5-4 Hình 5-13 thí dụ thiết lập Histogram để thống kê điểm MOS lớn giá trị ngưỡng 3.5 108 Hình 5-13 Thiết lập thống kê Histogram Histogram cho phép số liệu hiển thị dạng biểu đồ (display on chart) dạng thống kê khác Như Hình 5-14, thống kê số mẫu MOS lớn 3.5 105 mẫu, trùng với kết phân tích qua Filter Hình 5-14 Thống kê MOS sau thiết lập Histogram 109 Ngồi ra, Actix cịn hỗ trợ phân tích nhiều thơng số vơ tuyến khác Hình 5-15 Các thông số vô tuyến mà Actix hỗ trợ 110 KẾT LUẬN Đối với mạng thơng tin di động nói riêng mạng di động 3G nói chung, tối ưu mạng việc cần làm thường xuyên, liên tục để nâng cao chất lượng mạng – chất lượng dịch vụ Qua trình nghiên cứu, luận văn đề hướng xử lý tối ưu cách Đồng thời, luận văn phân tích số trường hợp tối ưu điển hình, hay gặp chuyển giao, nhiễu pilot, khai báo thiếu cell…, đưa bước thực tối ưu mạng vơ tuyến 3G Do đó, luận văn tài liệu tham khảo hữu ích Hướng phát triển luận văn hồn chỉnh tham số KPI cho mạng vơ tuyến 3G, cập nhật phương pháp đo đánh giá tiêu tương ứng 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] “Nghiên cứu đề xuất tiêu đo đánh giá chất lượng mạng – dịch vụ hệ thống 3G,” Nhiệm vụ cấp Tập đoàn, Mã số 008-2009-TĐ-VT [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), “Thông tin di động 3G”, Nhà xuất Bưu Điện Tiếng Anh [3] Alcatel, UMTS Radio Network Planning Guidelines, 2002 [4] 3GPP TS 25.214, Physical Layer Procedures (FDD) [5] 3GPP TS 25.211, Physical Channel and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels - 112 - ... qui hoạch mạng, tối ưu hóa mạng vô tuyến công tác thường xuyên cần thực để đáp ứng yêu cầu nói Xuất phát từ thực tiễn, chọn đề tài ? ?Tối ưu hóa mạng vơ tuyến hệ thống thơng tin di động 3G? ?? làm đề... cuối vô tuyến, cung cấp giao di? ??n người sử dụng tới mạng thơng qua kênh vơ tuyến; • Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (Terrestrial Radio... di? ??n E: Giao di? ??n chuẩn GSM cho kết nối GMSC tới MSC 17 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT VÀ CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 2.1 Tổ chức kênh hệ thống UMTS Hệ