Giải pháp truy nhập femtocell và ứng dụng trong mạng thông tin di động của vinaphone (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN MINH THÀNH GIẢI PHÁP TRUY NHẬP FEMTOCELL VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CỦA VINAPHONE Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THIỆN CHÍNH Phản biện 1:…………………………………………………… Phản biện 2:………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ “Femtocell” đời hội cho nhà mạng để giải vấn đề vùng phủ nhà Femtocell trạm phát sóng nhỏ mạng thơng tin di động tế bào dùng để nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng phạm vi gia đình hay văn phịng, cơng sở Xu giai đoạn viễn thông hội tụ di động cố định tạo cho viễn thông mặt mới, mạng đa dịch vụ, dịch vụ đơn lẻ mà chúng kết hợp với sử dụng chung tài nguyên: Đầu cuối, Hệ thống điều khiển, mạng truyền tải, Sự hội tụ chặt chẽ mạng cố định di động cần thiết để cung cấp dịch vụ chất lượng cao Giải pháp Femtocell hứa hẹn mang lại lợi nhuận tiện ích cho nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng dịch vụ Nội dung luận văn sau: Chƣơng 1: Công nghệ Femtocell thông tin di động: - Trình bày Femtocell, khó khăn, bất cập gặp phải triên khai Femtocell - Công nghệ Femtocell: giới thiệu, đặc tính kĩ thuật, mơ hình kiến trúc, ưu điểm, nhược điểm: vấn đề chuẩn hóa, nhiễu, phân cấp tần số, chất lượng dịch vụ,… Chƣơng 2: Giải pháp truy nhập Femtocell: Nghiên cứu vấn đề đặc tính kĩ thuật, kịch áp dụng, đánh giá giải pháp: thách thức cách giải giải pháp truy nhập:Giải pháp truy nhập mở, Giải pháp truy nhập đóng, Giải pháp truy nhập hỗn hợp Chƣơng 3: Ứng dụng Femtocell mạng thông tin di động Vinaphone: - Hiện trạng mạng thông tin di động Vinaphone: Thu thập số liệu rạng, phân tích, đánh giá vấn đề cịn tồn thên thực tế Các mơ hình triển khai Femtocell mạng thông tin di động Vinaphone Đề xuất áp dụng mơ hình khu vực cụ thể: sử dụng thiết bị Huawei cho mơ hình đề xuất triển khai, đánh giá kết CHƢƠNG 1: CÔNG NGHỆ FEMTOCELL TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Những vấn đề hạn chế việc phủ sóng di động nhà Cải thiện tốt vùng phủ nâng cao chất lượng góp phần làm gia tăng thu nhập cho nhà mạng, nâng cao gắn bó thuê bao giảm thiểu xáo trộn thuê bao cho nhà mạng Do đó, làm để đảm bảo vùng phủ sóng tốt mơi trường indoor, đặc biệt dịch vụ số liệu tốc độ cao thử thách lớn nhà mạng 1.2 Giải pháp cải thiện vùng phủ sóng nhà Vấn đề cải thiện vùng phủ sóng nhà ngày trở thành vấn đề quan trọng Đây lý phải đề xuất giải pháp khác việc cải thiện vùng phủ vô tuyến nhà cách thêm cell ngồi trời khơng thực tối ưu khơng làm tối ưu trực tiếp vùng phủ nhà hiệu phương pháp không thực tối ưu Đầu tiên, giải pháp sử dụng hệ thống anten phân bố DAS phát triển Các anten khác phân bố tòa nhà để tạo vùng phủ đồng Các anten kết nối tới trạm gốc chung Để phủ sóng đường hầm hành lang có khoảng cách dài Cáp xạ thay cho anten để tín hiệu truyền qua Một giải pháp gần đề xuất lắp đặt trạm phát sóng nhỏ nhà picocell Femtocell Tất nhiên tùy thuộc đặc tính vật liệu tường tòa nhà ảnh hưởng suy giảm nhiều đến tín hiệu Đó lý nhà mạng phải tìm kiếm giải pháp nhằm tăng vùng phủ sóng nhà: bao gồm phương pháp thêm trạm phát sóng điều chỉnh lại trạm phát sóng có Vì lý sức khỏe, giải pháp tăng công suốt phát trạm gốc Hai loại môi trường thường dùng để khảo sát loại yêu cầu cách tiếp cận khác nhau: vùng ngoại thành vùng thành thị 1.2.1 Mơi trường vùng phủ sóng di động ngoại thành Ở vùng nông thôn, trạm phát sóng cao lắp đặt để phủ sóng với khoảng cách xa Để tối ưu vùng phủ nhà, nhà mạng cách tiếp cận với với giải pháp thêm nhiều macrocell Vì giá thành thiết bị đắt, khơng liên quan đến giá thành mua mà liên quan đến việc bảo dưỡng, nhà mạng phải đối mặt với việc phải thỏa hiệp mặt kinh tế: thêm macrocell vùng mà số lượng thuê bao đủ lớn để làm cho việc lắp đặt thuận lợi, vùng khác không cần với vùng phủ nhỏ 1.2.2 Môi trường vùng phủ sóng di động thành thị Ở vùng thành thị, vấn đề gặp phải tương tự môi trường vùng nông thôn vùng phủ bên toàn nhà đảm bảo cách cải thiện chất lượng tín hiệu ngồi trời Tất phương pháp trình bày trước (macrocell, microcell) dùng thời gian dài nhiên giải pháp khơng tối ưu chúng khơng thực tối ưu vùng phủ sóng nhà mà mở rộng tầm ảnh vùng phủ sóng ngồi trời tòa nhà Giải pháp lắp đặt trạm phát sóng trực tiếp bên tịa nhà Một mặt, sử dụng cáp xạ giải pháp tốt cho môi trường hẹp dài đường hầm, lắp đặt môi trường lớn tịa nhà lại vấp phải q nhiều thử thách chi phí cao triển khai Mặt khác, picocell Femtocell hai giải pháp hiệu quả, cơng suất tín hiệu nhà thiện hiệu quả, số lượng cell tăng dung lượng tiềm hệ thống Picocell triển khai nhà mạng, chúng thích nghi tốt với trung tâm thương mại tịa nhà văn phịng Tuy nhiên, mơi trường nhà dân, Femtocell dường phương pháp tiếp cận tối ưu cho khách hàng nhà mạng 1.2.3 Mơi trường phủ sóng di động nhà Picocell Picocell trạm phát sóng nhỏ tương tự access point Nó thường có kích cỡ nhỏ, tích hợp anten phát tín hiệu với nguồn tiêu thụ thấp Nó kết nối với BSC nhà mạng Giống trạm phát sóng chuẩn, BSC quản lý việc truyền tải liệu picocell mạng, thực handover cell gán tài nguyên cho người dùng khác Picocell kết nối với mạng core thông qua hệ thống cáp quang, cáp điện kết nối Ethernet Thơng thường picocell có tích hợp anten tồn hướng 1.2.3.1 Ưu điểm Ưu điểm picocell rẻ so với trạm phát sóng chuẩn chi phí lắp đặt thấp Chúng tăng vùng phủ nhà cách hiệu chúng lắp đặt nhà Vùng phủ sóng cell nhỏ so với trạm phát sóng ngồi trời Picocell triển khai vùng nhà có mật độ người dùng cao Hơn nữa, Picocell khơng tăng dung lượng bên tịa nhà mà cịn tăng dung lượng ngồi trời, giảm nhiễu ngồi trời trùng chéo cell ngồi trời giảm 1.2.3.2 Triển khai Vị trí đặt picocell thống số thiết lập tốt thử thách triển khai Picocell triển khai chủ yếu vùng có diện tích rộng trung tâm thương mại sân bay, việc lắp đặt gặp phải thử thách Thử thách triển khai lắp đặt picocell phải xem xét đến cell ngồi trời Do đó, việc quy hoạch mạng nhà trời vấn đề quan trọng 1.2.3.3 Ứng dụng Đây giải pháp tốt để đáp ứng hai yêu cầu sau:  Phủ sóng “lỗ hổng”phủ sóng mạng macro- nơi tín hiệu thấp  Giảm tải lưu lượng cho mạng macro vùng thành thị đông dân Chúng tỏ hữu ích tịa nhà cao tầng, cơng trình lịch sử (tường lớn làm đá hấp thụ hầu hết tín hiệu đến từ macrocell) tòa nhà làm từ khối vật liệu phức tạp (như cấu trúc kim loại cửa sổ thủy tinh đặc biệt nhằm giữ ấm).Cuối cùng, picocell đươc dùng ứng dụng giao thông mà kết nối với hạ tầng mạng đảm bảo, ví dụ thơng qua vệ tinh Do picocell dùng để cung cấp thoại cho hành khách máy bay tàu khách 1.2.3.4 Đề xuất picocell loại nhỏ Với thành công picocell môi trường nhà cho nhiều người sử dụng, ý tưởng mạng picocell loại nhỏ để phủ sóng cho ngơi nhà, lý nguồn tiêu thụ thấp phải phù hợp kích cỡ cell khoảng 20 đến 30 mét, cách giảm kích cỡ cell để đáp ứng nhu cầu mạng, nhu cầu dung lượng ngày nhiều Một loại cell nhỏ đươc gọi Femtocell trình bày phần 1.2.4 Mơi trường vùng phủ sóng di động khu vực nhà Femtocell 1.2.4.1 Giới thiệu Để mở rộng ý tưởng picocell dành cho mạng nhà, trạm phát sóng Femtocell đề xuất Femtocell picocell đơn giản cài đặt trực tiếp nhà khách hàng Thay kết nối với BSC nhà mạng (giống picocell), Femtocell lại kết nối trực tiếp với mạng Internet Với Femtocell, tất liên lạc với mạng nhà mạng thông qua Internet, không cần hạ tầng BSC/MSC Vì Femtocell phủ sóng vùng nhỏ hơn, người dùng so với picocell, triển khai rẻ Femtocell bị giới hạn dung lượng công suất đầu (giữa 10 20 dBm, người dùng) 1.2.4.2 Ưu điểm Lợi ích mà cơng nghệ Femtocell hứa hẹn mang đến cho người dùng:  Giảm chi phí gọi điện thoại di động nhà  Có kết nối tốt, chất lượng dịch vụ tốt hơn, tốc độ cao  Tiết kiệm lượng tiêu tốn  Cuối tháng cần chi trả hóa đơn cho điện thoại cố định di động  Nhiều người dùng chung Femtocell (Femtocell hỗ trợ đồng thời 5-6 kết nối di động ) Lợi ích cho nhà cung cấp mạng di động:  Cạnh tranh giảm mối đe dọa từ dịch vụ VoIP nhà cung cấp dịch vụ  Tăng trải nghiệm khách hàng giảm việc khách hàng bỏ sang dùng mạng nhà cung cấp khác  Tăng chất lượng phủ sóng cơng trình tăng dung lượng dịch vụ giá trị gia tăng cho người dùng 5  Tăng doanh thu bình quân thuê bao/tháng ARPU  Khuyến khích người dùng sử dụng 3G hay WiMAX, từ tăng số thuê bao 3G, WiMAX tương lai 1.2.4.3 Các phần tử chung cấu trúc mạng Femtocell Như hình 1.5 có ba phần tử chung cho kiến trúc mạng Femtocell nào:  Femtocell Access Point (FAP)  Security Gateway (SeGW)  Hệ thống quản lý thiết bị Femtocell (FMS) Hai phần tử khách nằm tất cấu trúc mạng Femtocell, cho phép kết nối với mạng lõi nhà mạng di động Phụ thuộc vào kiến trúc xác định dùng cho gọi chuyển mạch kênh, server tập trung Femtocell (FCS) Gateway Femtocell (FNG) Hình 1.5: Các phần tử chung cấu trúc mạng Femtocell 1.2.4.4 Triển khai Femtocell a Các yêu cầu trọng yếu triển khai Femtocell Triển khai “plug and play”: từ mua đến tích hợp vào mạng Mua đăng ký: Người dùng đầu cuối mua Femtocell Femtocell ID, đăng ký thông tin người dùng bao gồm địa mà Femtocell triển khai, người dùng thiết bị truy nhập ưu tiên cho Femtocell Trong tiến trình này, địa người dùng chuyển đổi thành kinh độ vĩ độ lưu với liệu người dùng khách sở liệu Cơ sở liệu phần phần tử mạng trung tâm server HUS, phần điều khiển cell nhà (home-cell controller) đặt mạng lõi nhà mạng Ngoài ra, người dùng cấp chi tiết danh sách truy nhập Website bảo mật, ta cập nhật vài thông tin cá nhân, thêm xóa UE truy nhập ưu tiên theo thời hạn điều kiện nhà mạng 6 Lắp đặt xác thực: Khi kết nối với Internet thiết lập, Femtocell liên lạc với HUS mạng nhà vận hành phát mã nhận dạng (ID), phần Femtocell ID người dùng Sau HUS xác thực với Femtocell Nếu HUS phát firmware Femtocell liệu cấu hình trước cũ tự động thực cập nhật online lại Tự động cáu hình thơng số ban đầu: Bằng cách này, Femtocell cấu hình tự động danh sách hàng xóm lựa chọn mã băm khơng sử dụng vùng danh sách cung cấp HUS Cuối cùng, thơng số cấu hình tự động phát tới HUS lưu vào sở liệu, chúng dùng để nhận dạng vấn đề liên quan đến cấu hình xảy Kiểm tra vị trí Để đảm bảo Femtocell triển khai theo tiêu chuẩn kì hạn điều kiện nhà mạng hợp đồng với người dùng đầu cuối không phát xạ nơi mà nhà mạng khơng cho phép, vị trí vật lý Femtocell phải kiểm tra Tiếp tục tự tối ưu trình hoạt động Điều đảm bảo tối thiểu hóa ảnh hưởng lên mạng macrocell đảm bảo tối đa hiệu cho Femtocell ràng buộc cho Việc cập nhật tất thông số phát tới HUS lưu sở liệu liên quan Tự động cấu hình cơng suất phát chế độ đồng kênh Đây vấn đề đặc biệt quan trọng Femtocell sử dụng lại băng tần với mạng macrocell sẵn có, cơng suất định nghĩa vùng phủ sóng Femtocell, định đến nhiễu, báo hiệu handover tỉ lệ rớt gọi b Kịch cho Femtocell Femtocell triển khai nhiều loại kịch khác Thị trường nhà, yêu cầu truy nhập vào kết nối Internet băng rộng Trong môi trường nông thôn, vùng phủ macrocell khơng đủ, Femtocell giải pháp phù hợp cho phép khách hàng truy nhập vào mạng di động có vùng phủ sóng rộng nhà họ Trong mơi trường thành thị, Femtocell giải pháp tốt để phủ sóng khu tịa nhà có mật độ cao, hộ tầm nhìn thẳng macrocell suy hao tòa nhà khác ảnh hưởng xấu đến vùng phủ sóng nhà Thị trường thứ hai dành cho Femtocell mơi trường văn phịng, dung lượng thấp Femtocell đủ để phủ sóng số lượng văn phòng Trong trường hợp này, tòa nhà phủ sóng nhiều Femtocell mà chúng phải tính tốn, quy hoạch cẩn thận, tương tự cách thức picocell 7 Trong môi trường hộ, Femtocell triển khai chế độ truy nhập riêng tư Trong môi trường văn phịng, di chuyển người sử dụng Femtocell thường triển khai chế độ truy nhập công cộng Cuối cùng, sáng kiến cho tương lại triển khai Femtocell cho mơi trường ngồi trời vùng truy cập hotspot nhỏ, khách hàng thích thú với vùng phủ sóng rộng Ở kịch với giá thành rẻ, khả tự động cấu hình, Femtocell cho phép tạo nhiều cell nhỏ với độ phủ sóng cao 1.2.4.5 Sự khác Picocell Femtocell Bảng 1.2: So sánh Picocell Femtocell Thông số Picocell Femtocell Lắp đặt Bởi nhà mạng Bởi người dùng Kết nối với mạng core Cáp đồng cáp quang ADSL Cáp Giá thành Rẻ Rất rẻ Dung lượng 10-50 người dùng 3-5 người dùng Phạm vi phủ sóng