Tối ưu hóa quá trình chuyển giao cho vùng phủ microcell trong mạng thông tin di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ XUÂN HIỆU “Tối ưu hóa trình chuyển giao cho vùng phủ Microcell mạng thơng tin di động” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Văn Tiến Hà Nội – Năm 2011 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép thực sở nghiên cứu lý thuyết Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu theo danh mục tài liệu tham khảo Các số liệu có nguồn trích dẫn, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 21 tháng 09 năm 2011 Tác giả luận văn Đỗ Xn Hiệu Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ 12 DANH MỤC CÁC BẢNG .14 LỜI NÓI ĐẦU 15 Chương 1: CẤU TRÚC MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 17 1.1 Giới thiệu chương 17 1.2 Cấu trúc mạng GSM 18 1.2.1 Trạm di động 19 1.2.2 Phân hệ trạm gốc (BSS) .19 1.2.3 Phân hệ chuyển mạch (SS) 21 1.2.4 Phân hệ khai thác bảo dưỡng (OSS) .22 1.3 Hoạt động MS chế độ thoại 23 1.4 Nâng cấp GSM lên 3G .28 1.4.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G 28 1.4.2 Hoạt động song song hai hệ thống 2G 3G 29 1.4.3 Mơ hình triển khai 3G 31 Chương 2: NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG VÀ THAM SỐ ẢNH HƯỞNG TRONG CHẾ ĐỘ RỖI 33 2.1 Bản tin hệ thống 33 2.2 Hoạt động MS chế độ rỗi 34 2.2.1 Tiến trình chọn cell .34 2.2.2 Tiêu chuẩn chọn Cell chọn lại Cell 36 2.2.3 Ý nghĩa thiết lập tham số hệ thống .39 Chương 3: LỰA CHỌN CELL VÀ TÁI LỰA CHỌN CELL TRONG UMTS 41 3.1 Lựa chọn lại cell UMTS GSM 41 3.2 Phân loại lựa chọn lại cell 42 3.3 Thủ tục phép đo 42 3.4 Quy tắc S – Dành cho lựa chọn cell 43 3.5 Quy tắc R – Dành cho tái lựa chọn cell .44 3.6 Các giá trị định nghĩa sau 44 3.7 Lựa chọn cell .46 3.8 Tái lựa chọn cell 46 3.9 Tái lựa chọn Intra Frequency 47 3.10 Tái lựa chọn Inter-RAT cell từ 3G sang 2G 48 3.11 Tái lựa chọn Inter-Rat Cell từ 2G sang 3G 49 3.12 Bảng giá trị tham số 51 3.13 Các trường hợp Reselection thường gặp 51 Chương 4: CÁC THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO MICROCELL 55 4.1 Các tình chuyển giao .55 4.2 Bảy thuật toán chuyển giao Micocell Motorola 57 4.2.1 Thuật toán loại 1: pbgt_alg_type = 57 4.2.2 Thuật toán loại 2: pbgt_alg_type = 58 4.2.3 Thuật toán loại 3: pbgt_alg_type = 58 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động 4.2.4 Thuật toán loại 4: pbgt_alg_type = 60 4.2.5 Thuật toán loại 5: pbgt_alg_type = 62 4.2.6 Thuật toán loại 65 4.2.7 Thuật toán loại 66 4.3 Kết tối ưu trạm Microcell 71 4.4 Một số trường hợp thường gặp chuyển giao 3G-2G 78 4.4.1 Lỗi handover từ 3G sang 2G thời gian xảy handover chậm .78 4.4.2 Lỗi handover từ 3G sang 2G thiếu neighbour .79 PHỤ LỤC 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .86 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A Thích ứng ATM lớp (cho thời AAL2 ATM Adaption Layer gian thực) AAL5 ATM Adaption Layer Thích ứng ATM lớp AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập AICH Acquisiton Indicator Channel Kênh thị thu ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền không đồng AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi BLER Block Error Rate Tỷ lệ lỗi khối BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến 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 nhập chia theo mã Conference of European Post Hội nghị châu Âu Bưu Chính and Telecommunication Viễn Thơng Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang nhiễu B C CEPT C/I Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCS Digital Communication System Hệ thống truyền thông số D DPCCH DPDCH DS-SS Dedicated Physical Common Channel Dedicated Physical Data Kênh vật lý ấn định chung Kênh liệu vật lý ấn định Channel Direct Sequence Spread Trải phổ trực tiếp Spectrum DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng ấn định E EDGE ETSI EIR Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ liệu nâng cấp GSM European Telecommunations Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Standards Institute Âu Equipment Identification Bộ ghi nhận dạng thiết bị Register F Fast Associated Control FACCH Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Common Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động số FHSS Frequency Hopping Spread Phương pháp trải phổ nhảy tần Spectrum FM Frequency Modulation Điều chế tần số FDMA Frequence Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access G GGSN GMSC Gateway GPRS Support!Node Gateway Mobile Service Node hỗ trợ GPRS cổng Tổng đài cổng Switching Centrer G-PDU T-PDU + GTP Header Các nhãn GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung Global System For Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn Telecommunications cầu Home Location Register Bộ đăng kí định vị thường trú GSM H HLR High Speed Circuit Switched HSCSD Data Dữ liệu chuyển mạch tốc độ cao HSDPA High Speed Downlink Packet Truy nhập gói đường xuống tốc độ Access cao High Speed Uplink Packet Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA HS-DSCH Access High Speed Downlink Channel I Kênh đường xuống tốc độ cao Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động IMT-2000 IMEI IMSI ISDN International Mobile Tiêu chuẩn thơng tin di động tồn Telecommunication cầu International Mobile Subscriber Số nhận dạng thiết bị di động quốc Identity tế International Mobile Subscriber Số nhận dạng thuê bao di động Identity quốc tế Integrated Services Digital Mạng số tích hợp Network ITU L LAC Link Access Control Điều khiển truy nhập liên kết LAC Location Area Code Mã vùng định vị LA Location Area Vùng định vị LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng M3UA MTP3 User Adaption Layer Lớp thích ứng sử dụng MTP3 MAI Mobile Access Interference Giao diện truy nhập di động MoU Memorandum of Understanding Tổng cục đo lường chất lượng MNC Mobile Network Code Mã mạng MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Tổng đài di động M Center MTP-3b Message Transfer Part level N Phần truyền thơng điệp mức Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động NAS Non-Access Stratum Tầng không truy nhập NLOS Non Line Of Sight Khơng tầm nhìn thẳng O Operation and OSS Support!Subsystem Phân hệ khai thác hỗ trợ OVSF Orthogonal Variable Spreading Hệ số trải phổ thích ứng Factor P PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi PDC Personal Digital Cellular Mạng tế bào số PDCH Packet Data Channel Kênh liệu gói PG Processing Gain Độ tăng ích PICH Page Indicator Channel Kênh thị PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PIN Personal Identification Number Mã số nhận dạng cá nhân PN Pseudo Noise Mã giả ngẫu nhiên PRACH PSC P-SCH PSK Physical Random Access Kênh truy nhập ngẫu nhiên Channel Primary Screambling Code Primary Synchronization Mã kiểm tra Kênh đồng Channel Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch thoại công Network cộng Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên R RACH RANAP RLA_C Radio Access Network Phần ứng dụng truy cập mạng Application Part Receiving Level Average Giá trị trung bình tín hiệu thu Combination RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RSCP Received Signal Code Power Cơng suất thu tín hiệu RSSI Reveived Signal Strength Cường độ thị tín hiệu Indication Rxlev Receiver Level Mức thu Rxqual Receivel Quality Chất lượng tín hiệu thu S Slow Associated Control SACCH Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SC Screambling Code Mã kiểm tra SCCP Signaling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCH Synhchronization Channel Kênh đồng SCTP Simple Control Transmission Giao thức truyền đơn giản Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thơng tin di động Hình 4.12: Khai báo tham số chuyển giao 4.3.2 Nhận định nguyên nhân • Nguyên nhân gây việc thiết lập gọi không thành cơng Việc thiết lập khơng thành cơng số nguyên nhân sau + Bị lỗi trước ấn định kênh + Do bị nghẽn kênh lưu lượng + Do việc cấp phát kênh bị lỗi liên quan đến vần đề vô tuyến bị nhiễu • Nguyên nhân gây việc rớt gọi + Bị nhiễu quy hoạch tần số + Nhiễu thiết kế trạm bị sai ( độ cao trạm, hướng góc nâng anten) + Do chất lượng vùng phủ không đảm bảo + Do vấn đề chuyển giao 72 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động + Do bị tải kênh lưu lượng • Nguyên nhân gây việc chuyển giao + Do bị nhiễu vùng biên chuyển giao + Do cell chuyển giao đến có lỗi phần cứng (vấn đề độ cân đường lên đường xuống) + Do cell chuyển đến bị nghẽn lưu lượng + Do yếu tố vùng phủ vùng biên không đảm bảo + Do việc thiết lập thông số chuyển giao chưa + Do khai thiếu neighbour với cell xung quanh 4.3.3 Mục tiêu đề xuất số bước thực tối ưu Mục tiêu cải thiện chất lượng trạm nâng cao số KPI Đối với mạng Vinaphone yêu cầu sau tối ưu số KPI phải thỏa mãn ngưỡng (CSSR ≥ 95 %, HOSR ≥ 97 %, DCR ≤ 0,7%) Đối với trạm CCNhan-Chinh-IBS_HNI ta nhận thấy trạm lỗi phần cứng, thốngg kê khơng có vấn đề nhiễu Các bước trình bày tập chung kiểm tra phần sở liệu trạm • Ta dùng chương trình MapInfo để kiểm tra neighbour trạm Một số trạm xung quanh lắp đặt thêm cần phải cập nhập thường xuyên ( trạm 3G 2G) - Đầu vào Bản đồ Hà Nội 2008 - Cơ sở liệu khai báo Neighbour trạm export từ OMC 73 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thơng tin di động Hình 4.13: Mơ tả Neighbour trạm • Ở chế độ rỗi tránh việc UE phải lựa chọn lại cell liên tục ta thiểt lập thông số đề xuất trường hợp chương Các thông số FDD_Qmin, Qqualmin, Search,RAT • Ở chế độ kết nối Do tòa nhà, mức tín hiệu từ cell xung quanh phát vào thường khơng ổn định có mức thăng giáng tín hiệu lớn Vì ta tăng mức ngưỡng để thực việc chuyển giao sớm tránh việc tín hiệu thăng giáng q thấp khơng kịp thực chuyển giao • Sử dụng máy đo Nemo thực việc đo kiểm, Driving Test khu vực , ngồi tịa nhà - Thiết bị : máy Nokia N80 kết nối với Laptop cài sẵn phần mềm Nemo Outdoor 74 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động Hình 4.14: Mức thu MS tỷ lệ C/I Hình 4.15: Mức thu Serving- Cell Cell Neighbour 4.3.4 Kết thống kê sau tối ưu - Thời gian lấy kết thống kê từ ngày 16-08-2011 đến hết ngày 30-08-2011 Nhìn chung chất lượng trạm cải thiện đáng kể Qua nhận thức 75 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động tầm quan trọng việc thiết kế: phần cứng, quy hoạch tần số, thiết lập tham số… Hình 4.16: Thống kê CSSR Qua biểu đồ trên, ta thấy thống kê Call Setup Success Rate đạt 95% Thống kê thay đổi tích cực so với trước khảo sát tối ưu 76 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động Hình 4.17: Thống kê DCR Hình 4.18: Thống kê HOSR Thống kê Handover đạt khoảng 97%, ổn định thời gian dài, qua thấy thống kê cải thiện đáng kể 77 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động Hình 4.19: Thống kê Call Volume CSSR Từ biểu đồ ta thấy, số lượng gọi ngày tăng đáng kể, nâng cao hiệu sử dụng thiết bị, tỷ lệ cao ổn định, đặc biệt ngày làm việc tuần 4.4 Một số trường hợp thường gặp chuyển giao 3G-2G 4.4.1 Lỗi handover từ 3G sang 2G thời gian xảy handover chậm a Đặt vấn đề Trong vùng indoor, MS đặt chế độ dual , MS bắt sóng 3G, tượng thường xuyên xảy lỗi handover từ 3G sang 2G tỷ lệ Inter-RAT handover thành công thường thấp Khu vực indoor bao phủ site 3G bên ngồi mức tín hiệu RSCP mức thấp b Phân tích Kiểm tra thơng số cấu hình Inter-RAT handover OMC Các thông số Giá trị ban đầu Giá trị đo để Inter-frequency Inter-RAT UTRAN RSCP Ngưỡng chất lượng tần số sử dụng kiện 2D -110 dBm 78 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động Thời gian để khởi tạo kiện event 2D 300 ms Nhận xét thấy giá trị ngưỡng để thực việc đo chế độ compressed mode thấp thường gây rớt gọi 3G trước mà MS thực việc đo GSM cell Bên cạnh thời gian thực dài đáp ứng handover chậm gây việc handover bị lỗi c Cách tối ưu Sau thực việc thay đổi giá trị tham số sau cải thiện tỷ lệ handover thành cơng • Giá trị đo để Inter-frequency Inter-RAT UTRAN: thay đổi từ -110 -> -95 dBm • Thời gian để khởi tạo kiện event 2D: 300 -> 100 ms 4.4.2 Lỗi handover từ 3G sang 2G thiếu neighbour a Đặt vấn đề Ở tồn nhà lớn khơng có vùng phủ 3G Bên toàn nhà vùng phủ sóng 2G & 3G Khi MS ngồi tồn nhà bắt sóng 3G vào đến cửa tồn nhà việc handover dịch vụ AMR liên tục bị lỗi b Phân tích Bằng việc driving test ta phát cell 3G chưa khai neighbour với cell 2G phủ sóng tồn nhà (có thể trạm IBS) dẫn đến tượng bị rớt gọi c Cách tối ưu Kiểm tra lại OMC khai báo thêm cặp neighbour cell 2G 3G Thường xuyên driving test để kiểm tra neighbour cịn thiếu 79 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thơng tin di động KẾT LUẬN CHUNG Luận văn tốt nghiệp trình bày nét mạng thông tin di động, tham số ảnh hưởng đến q trình chuyển giao vùng phủ sóng, với số cơng tác tối ưu hóa trạm Microcell mạng Vinaphone Tối ưu hố cơng việc khó khăn địi hỏi người thực phải nắm vững hệ thống, ngồi cần phải có kinh nghiệm thực tế trợ giúp nhiều phương tiện giám sát kiểm tra từ đưa cơng việc thực tối ưu hố Vì khn khổ luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, sai lầm Tơi mong có ý kiến đánh giá, góp ý thầy bạn để luận văn hoàn thiện thêm 80 Tối ưu hóa q trình chuyển giao cho vùng phủ MicroCell mạng thông tin di động PHỤ LỤC Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhà mạng Đối với nhà mạng khác tiêu đánh giá khác Bảng trình bày tiêu mạng Vinaphone 1.1 Bộ tiêu đánh giá cho mạng 2G • RxLev Full Khu vực Thành phố Khoảng giá Số Màu quy định trị(dBm) mẫu(%) ≥ -65 > 95 Xanh đông dân Chất lượng tốt -90 ≤ x ≤-65 < 4.8 Vàng Chất lượng trung bình Vùng ≤ -90 < 0.2 Đỏ Chất lượng ≥ -70 > 95 Xanh Chất lượng tốt thành phố nhỏ, thị -90 ≤ x ≤ -70 < 4.5 Vàng trấn Vùng bình ≤ -90 < 0.5 Đỏ Chất lượng ≥ -75 > 95 Xanh Chất lượng tốt ngoại ô, nông thôn Chất lượng trung -90 ≤ x ≤ -75 95 Xanh Chất lượng tốt vùng xa -90 ≤ x ≤-85