Tính toán tối ưu tần số vô tuyến rp trong mạng 3g (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Vũ Tuấn Anh TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU TẦN SỐ VƠ TUYẾN (RF) TRONG MẠNG 3G Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI -2012 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Hồng Quân 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 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Mạng điện thoại 3G đời bước đột phá ngành di động giới Ở Việt Nam, việc triển khai mạng 3G giai đoạn đầu, sở mạng 2G có, cần phải có phương pháp tính tốn tối ưu cách để cải thiện chất lượng mạng Xuất phát từ nhu cầu thực tế, em thực luận văn “TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU TẦN SỐ VÔ TUYẾN (RF) TRONG MẠNG 3G “ Đây đề tài rộng với nhiều hướng khác nhau, nhiều khía cạnh cần làm rõ Tuy nhiên, thời gian có hạn tính hạn chế luận văn thạc sỹ, em sâu vào khía cạnh : quy trình tính tốn quy hoạch vùng phủ vô tuyến tối ưu vùng phủ vô tuyến chất lượng mạng dựa tiêu chất lượng KPI Luận văn tập trung chủ yếu đến số nội dung sau: Chương I: Giới thiệu mạng UMTS Chương giúp ta có nhìn tổng quan mạng 3G WCDMA Chương II: Quy trình tính tốn tối ưu vơ tuyến (RF) mạng 3G Chương trình bày tổng quan tồn q trình triển khai, từ quy hoạch sơ tới triển khai thương mại, sau trình bày bước quy hoạch tối ưu vùng phủ Chương III: Áp dụng lý thuyết tính tốn tối ưu vơ tuyến (RF) vào mạng di động thực tế Chương trình bày kết tối ưu vô tuyến (RF) mạng 3G cho mơ hình mạng thơng tin di động CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ MẠNG UMTS Chương I giới thiệu chung mạng UMTS, kiến trúc mạng UMTS, kênh vật lý, logic, truyền tải WCDMA, vấn đề báo hiệu thủ tục vật lý WCDMA, từ ta có nhìn tổng quan mạng 3G WCDMA Nội dung chương đề cập tóm tắt đến phương pháp triển khai mạng WCDMA thực tế 1.1 Kiến trúc mạng 3G UMTS 1.1.1 Kiến trúc mạng GSM Hình 1.1 Mạng tham chiếu GSM 1.1.2 Xếp chồng UMTS GSM Mạng 3G UMTS dựa mạng lõi truyền thơng GSM có (CN), nên có phần lớn nút hệ thống NSS GPRS-CN mạng GSM, có thêm RNC nút B RNS 1.1.3 Kiến trúc mạng UMTS Hình 1.2 Mạng tham chiếu UMTS 1.2 Giới thiệu WCDMA 1.2.1 Thủ tục lớp vật lý WCDMA 1.2.1.1 Điều khiển công suất Về bản, điều khiển công suất cần tới hai bước: • Ước lượng chất lượng tối thiểu chấp nhận • Đảm bảo cơng suất tối thiểu sử dụng để trì chất lượng 1.2.1.2 Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm trình cho phép kết nối phục vụ đồng thời vài tế bào, thêm loại bỏ chúng cần thiết Yêu cầu chuyển giao mềm WCDMA có liên quan chặt chẽ với tính điều khiển công suất 1.2.2 Báo hiệu UMTS WCDMA cung cấp giao thức cấu trúc hóa cao, mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng, phân chia thành: tầng truy nhập – AS tầng không truy nhập – NAS Các xử lý liên quan tới WCDMA nằm tầng truy nhập AS, chia làm lớp (RLC, MAC lớp vật lý) Với lớp, kênh khác xác định ánh xạ lên kênh khác 1.2.3 Các kênh vật lý, logic truyền tải 1.3 Các phương án triển khai mạng WCDMA GSM 1.3.1 Xếp chồng 1:1 với GSM Đây phương án triển khai phổ biến khơng phải phương pháp tốt Nó áp dụng cho trạm tái sử dụng GSM WCMDA Do số hạn chế, việc xếp chồng WCMDA lên mạng GSM thường 1:1, mà ban đầu áp dụng cho khu vực vùng phủ GSM định Ngồi ra, ta tạo quy hoạch đặc biệt cho WCDMA dựa yêu cầu vùng phủ lưu lượng 1.3.2 Xếp chồng 1:1 với Macro, Micro In-building Khi triển khai phương án này, ta tận dụng tài nguyên, việc quản lý lớp phức tạp sử dụng khơng hiệu dung lượng có 1.4 Tổng kết chương Chương I giới thiệu tổng quan WCDMA UMTS triển khai mạng GSM sẵn có Tuy nhiên phương án cịn bộc lộ nhiều hạn chế cần phải thực phương pháp tính tốn tối ưu cách để cải thiện chất lượng mạng tốt CHƯƠNG II QUY TRÌNH TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU VÔ TUYẾN (RF) TRONG MẠNG 3G Chương trình bày tổng quan tồn q trình triển khai, từ quy hoạch sơ tới triển khai thương mại Các phần sau tập trung vào công cụ quy hoạch mơ hình hóa mạng nhằm đạt cân vùng phủ can nhiễu phân tích mơ lý thuyết 2.1 Giới thiệu Trong trình quy hoạch mạng WCDMA, ta cần thực đồng thời quy hoạch can nhiễu vùng phủ Bước trình quy hoạch mạng tối ưu vô tuyến công cụ quy hoạch mạng để có ước lượng mạng thực tế Từ ta thực chỉnh sai khác triển khai thực tế để thu vùng phủ dung lượng mong đợi 2.2 Tổng quan trình triển khai mạng Hình 2.1 Chu trình mạng 2.2.1 Quy hoạch mạng Việc quy hoạch mạng thực theo bước: quy hoạch sơ quy hoạch chi tiết hình 2.2 - Quy hoạch sơ mạng: ước lượng số lượng vị trí trạm cần thiết để bao phủ khu vực mục tiêu đáp ứng yêu cầu dung lượng vùng phủ - Quy hoạch chi tiết mạng: ước lượng bố trí vị trí trạm để đáp ứng yêu cầu dung lượng vùng phủ nhờ công cụ quy hoạch mạng sử dụng mơ Monte Carlo Hình 2.2 Tổng quan trình quy hoạch mạng 2.2.2 Tối ưu hóa sơ Q trình tối ưu hóa (hình 2.3) bắt đầu với thao tác tiền tối ưu để đảm bảo tất tham số hệ thống cấu hình RF thiết lập theo quy hoạch tất tính làm việc bình thường điều kiện RF lý tưởng Tối ưu RF đánh giá cấu hình RF: kiểu anten, góc phương vị, góc nghiêng, hay chiều cao để đảm bảo mức tín hiệu tiêu chuẩn (cơng suất tín hiệu thu RSCP) can nhiễu (Ec/N0) đáp ứng mục tiêu thiết kế Việc điều chỉnh tham số nên bắt đầu tối ưu hóa dịch vụ thoại Ở giai đoạn này, tham số chọn lại, truy nhập chuyển giao quan trọng Với dịch vụ điện thoại hình hay liệu PS, cần đánh giá thêm tham số khác: tỷ lệ lỗi khối mục tiêu (BLER), gán công suất điều khiển công suất, điều khiển thu tranh chấp, tốc độ kiểu chuyển mạch, điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) Thao tác tiền tối ưu Đảm bảo hệ thống sẵn sàng cho tối ưu Tối ưu RF Tập trung vào cấu hình RF số tham số hệ thống: gán PSC, danh sách giám sát Tối ưu dịch vụ thoại Tập trung vào chất lượng thoại: xác suất trì truy nhập Biến đổi tham số truy nhập chuyển giao Biến đổi phần cấu hình RF Tối ưu dịch vụ CS PS Tập trung vào chất lượng hiệu trì Biến đổi tham số cụ thể dịch vụ RLC Biến đổi phần truy nhập, chuyển giao cấu hình RF Tùy chọn (Tối ưu hóa thay đổi liên hệ thống) Tập trung vào cải thiện trì trình thay đổi hệ thống Biến đổi tham số lựa chọn lại hệ thống chuyển giao Hình 2.3 Tổng quan q trình tối ưu 2.2.3 Tối ưu hóa liên tục Quá trình bắt đầu thực sau đạt QoS mong muốn cho dịch vụ mạng triển khai đầy đủ 10 thường xuất giúp ta giám sát xác CPICH tế bào định trước trở thành tế bào tốt Quan trọng hơn, ta nên so sánh MAPL đường lên đường xuống (LMAPL,UL LMAPL,DL) Khi so sánh LMAPL,UL với LMAPL,DL, ta thấy đường lên bị giới hạn khoảng 3dB Kết phù hợp với định nghĩa đường lên liên kết giới hạn hệ thống WCDMA hay tổng quát hệ thống tế bào.Từ việc so sánh quỹ đường truyền, đường xuống đường lên cân nhờ việc giảm LMAPL,DL Nói tóm lại, quỹ đường truyền CPICH dùng cho việc cân đường truyền 2.4 Các công cụ quy hoạch mạng 2.4.1 Các số liệu đầu vào công cụ quy hoạch mạng 2.4.1.1 Dữ liệu GIS: Hệ thống tọa độ phép chiếu 2.4.1.2 Dữ liệu GIS: Dữ liệu địa hình 2.4.1.3 Dữ liệu GIS: Các số liệu giả định Clutter 2.4.1.4 Dữ liệu GIS: Vector 2.4.1.5 Dữ liệu GIS: Lưu lượng 2.4.1.6 Dữ liệu GIS: Khu vực 2.4.1.7 Các mơ hình RF 2.4.1.8 Thiết bị: Các tham số liên quan tới tế bào 2.4.1.9 Thiết bị: Trường anten trường gần anten 2.4.2 Vùng phủ trình quy hoạch mạng Phương pháp để ước lượng vùng phủ công cụ quy hoạch mạng thực đặt trạm để tạo vùng phủ liên tục cách đánh giá RSCP công suất CPICH thu UE (quỹ đường truyền CPICH) thực điều chỉnh cần thiết Bước phân tích vùng 11 phủ không xét tới tải dịch vụ mà xét tới công suất phát CPICH suy hao đường Sau có vùng phủ liên tục dạng RSCP, ta cần kiểm tra tối ưu mức can nhiễu Mức can nhiễu xác định từ CPICH Ec/No máy chủ tốt Để đánh giá RSCP, ta cần ước lượng RSCP cho khu vực dựa giả định đầu vào so sánh kết với RSCP tối thiểu Nếu khu vực có giá trị RSCP nhỏ RSCP tối thiểu, tức vùng phủ không đầy đủ, ta cần cải thiện vùng phủ cách sau: vùng định hướng lại, thay đổi góc nghiêng anten, tăng độ lợi anten, dịch chuyển trạm, tăng chiều cao anten 2.5 Vấn đề can nhiễu quy hoạch mạng Sau có vùng phủ liên tục dựa RSCP, ta cần kiểm tra tối ưu mức can nhiễu – xác định từ CPICH Ec/No máy chủ tốt nhất, theo biểu thức: (2.7) ∑ ̂ ( ) ( ) 2.6 Quy hoạch topo mạng Phần xét tới quy hoạch vi tế bào (là tế bào dùng để điền đầy lỗ trống vùng phủ mà siêu tế bào xử lý) siêu mạng - Vùng phủ - Can nhiễu - Khu vực chuyển giao 12 2.7 Thiết lập tham số tối ưu hóa q trình quy hoạch mạng Sau tối ưu cấu hình vơ tuyến, ta cần ước lượng số tham số sau: - Thiết lập DPCH tối đa - Ngưỡng tập hoạt động - Kích thước tối đa tập hoạt động - Thiết lập PSC mối quan hệ với vùng lân cận 2.8 Tối ưu hóa vơ tuyến Bước q trình tối ưu mạng ln tối ưu RF, quy hoạch mạng lớn Việc ước lượng thực tế mạng hoạt động xác bị hạn chế độ xác mơ hình RF liệu đầu vào Sau quy hoạch cẩn thận, việc triển khai thực tế cịn tạo thêm thiếu xác khác Tối ưu RF xem hội đầu tiên, có lẽ nhất, để quan sát toàn hệ thống, điều kiện biết để từ nhận ảnh hưởng thiếu xác biết thiết lập thực tế để thực sửa sai chỉnh nhằm có vùng phủ dung lượng mong đợi với quy hoạch mạng Tối ưu RF cho hệ thống WCDMA kiểm tra vùng phủ (RSCP) giao diện tối thiểu (Ec/No) khu vực vùng phủ đự định.Trong WCDMA, vùng phủ xét khu vực mà CPICH cao ngưỡng độ mạnh tín hiệu chất lượng cụ thể 2.8.1 Tối ưu định lượng Trong giai đoạn triển khai đầu tiên, mạng phải cạnh tranh với mạng thiết lập Việc đạt 13 mức độ QoS triển khai thương mại mạng không thực tế không hiệu kinh tế Vì vậy, ta nên áp dụng tập giới hạn đối tượng tối ưu thực tế để đạt mục đích thiết kế cung cấp QoS chấp nhận cho người dùng cuối Ở giai đoạn trình tối ưu, ta nên thiết lập mục tiêu qua thị chất lượng quan trọng (KPI).Ta nên xác định KPI bước tối ưu, bắt đầu với thao tác tiền tối ưu cụ thể tăng theo bước 2.8.2 Tối ưu chất lượng - Quá tải tế bào (boomer) Quá tải tế bào (thường tế bào tải) làm tiêu tốn tài nguyên - Phân mảnh tế bào Phân mảnh tế bào tải tế bào xảy khu vực vùng phủ tế bào yếu - Thay đổi tần số máy chủ tốt Sự thay đổi tần số máy chủ tốt xảy mật độ cao tế bào hay vắng mặt máy chủ chủ đạo (tối ưu khơng hồn hảo) - Sự khác dự đốn phép đo 2.8.3 Tối ưu chế độ rỗi Tối ưu chế độ rỗi thực cách đặt UE chế độ rỗi để ước lượng chất lượng chọn lại UE 2.9 Tổng kết chương Chương II trình bày quy trình tính tốn tối ưu RF – bước trình tơi ưu mạng Để thực tối ưu, ta phải tiến hành ước lượng dung lượng vùng phủ dựa quỹ đường truyền 14 CHƯƠNG III ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU VƠ TUYẾN (RF) TRONG MẠNG 3G VIETTEL MOBILE KHU VỰC QUẬN ĐỐNG ĐA – HÀ NỘI Vận dụng kiến thức có chương I chương II, sở làm việc thực tế, tìm hiểu lý thuyết học tập kinh nghiệm tối ưu số đơn vị, chương III trình bày bước tối ưu vơ tuyến (RF) mạng 3G Viettel khu vực quận Đống Đa - Hà Nội yêu cầu cụ thể cho bước thực Ngoài ra, chương III đưa hướng giải số vấn đề thường gặp việc tối ưu vô tuyến mạng 3G 3.1 Giới thiệu tốn tối ưu vơ tuyến mạng 3G Viettel Mobile 3.1.1 Mục đích, lý lợi ích tối ưu mạng vô tuyến 3.1.1.1 Mục đích tối ưu mạng vơ tuyến - Nhận diện xác suy giảm hiệu suất mạng - Đảm bảo hiệu suất mạng trì với chất lượng dịch vụ khơng thay đổi - Tăng hiệu suất mạng 3.1.1.2 Lý tối ưu mạng vô tuyến - Sau hoàn thành triển khai mạng, phát lỗi giám sát KPIs việc hoạch định ban đầu không tốt - Bổ sung tính năng, dịch vụ ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ chi phí thấp - Hiệu chỉnh vấn đề làm giảm hiệu suất mạng sau kiểm tra mạng - Thực giám sát nhận diện đặc tính chất lượng 15 mạng KPIs suy giảm - Cải thiện hiệu suất mạng để đạt yêu cầu kinh doanh - Do lưu lượng ngày tăng, cấu trúc mạng thay đổi nhanh chóng ngày phức tạp - Tinh chỉnh, thay đổi tham số hoạt động mạng 3.1.1.3 Lợi ích tối ưu mạng vơ tuyến - Duy trì, cải thiện chất lượng dịch vụ - Giảm tỉ lệ rời bỏ mạng khách hàng - Thu hút khách hàng qua việc cung cấp dịch vụ hay chất lượng dịch vụ tốt việc nâng cao đặc tính mạng - Đạt tối đa lợi nhuận dịch vụ tạo việc sử dụng tối đa hiệu suất phần tử chức mạng 3.1.2 Quy trình tối ưu hố mạng vơ tuyến cơng ty Viettel Telecom Hình 3.1 Quy trình tối ưu mạng vơ tuyến cơng ty Viettel Telecom 16 Trong q trình thực linh động kết hợp giai đoạn với Có thể chia làm q trình chính: 3.1.2.1 Q trình giám sát phân tích (quản lý đặc tính chất lượng mạng): bao gồm bước: - Đánh giá cố mà nhân viên kỹ thuật đưa số KPIs liên quan • Phân tích số QoS • Phân tích thăng giáng lưu lượng • Phân tích tế bào có chất lượng • Ghi nhận giải phản ánh khách hàng chất lượng mạng - Kiểm tra giá trị tham số mạng (cơng cụ Alcatel (RNO), Aircom (Asset) Mapinfo) • Kiểm tra lại thơng số nút B tế bào • Kiểm tra lại hoạch định tần số • Kiểm tra lại hoạch định tế bào liền kề • Kiểm tra thơng số anten - Thực đo kiểm Driving Test trước tối ưu - Kiểm tra phần cứng thiết bị cảnh báo từ OMC_R 3.1.2.2 Quá trình nhận diện lỗi, thực thi tác động tối ưu kiểm tra kết (q trình tối ưu hóa mạng) Tối ưu xem phần q trình quản lý đặc tính chất lượng mạng Mục tiêu việc tối ưu mạng vô tuyến để đạt tối đa hiệu suất mạng di động Sau phân tích vấn đề xong, ta cần thực hành động xác để khắc phục vấn đề lỗi Nếu bước tối ưu ảnh hưởng hoạt động mạng dịch vụ khách hàng hành động phải định cẩn thận trước thực 17 3.2 Các tham số mạng 3G Viettel Mobile khu vực quận Đống Đa – Hà Nội Hình 3.2 Sơ đồ phân bố trạm BTS vùng phủ quận Đống Đa Viettel 3.3 Tính tốn tối ưu vô tuyến mạng 3G Viettel Mobile khu vực quận Đống Đa – Hà Nội 3.3.1 Thu thập phân tích số liệu Đội ngũ kỹ thuật Viettel kết hợp OMC-R lấy thông số chất lượng mạng khu vực Đống Đa kỹ sư thực việc đo kiểm Driving Test để lấy số liệu phân tích trước đưa biện pháp tối ưu 3.3.2 Quan trắc OMC-R Lấy thông tin thống kê OMC-R từ ngày 13/8/2012 đến 20/8/2012, kết cho thấy trạm BTS HNI 369, HNI 024, HNI 363, HNI136 không đạt yêu cầu đặt 3.3.3 Tối ưu hóa khu vực Kim Liên Sau phân tích logfiles lấy từ hệ thống OMC-R, đội kỹ thuật thực Driving Test khu vực sóng 18 3.3.3.1 Đo kiểm khu vực Kim Liên Hình 3.3 Kết đo sóng khu vực Kim Liên 3.3.3.2 Đo kiểm trạm BTS Kim Liên_HNI_369  Thông số lắp đặt anten  Đo feeder: Đo hệ số song đứng feeder, kết đo cho thấy feeder sector không đạt yêu cầu  Kiểm tra gọi thoại  Kiểm tra gọi phân tập  Kiểm tra gọi có chuyển giao sector trạm BST theo chiều  Kiểm tra gọi chuyển giao hai chiều với cell khác danh sách tế bào liền kề 3.3.3.3 Đề xuất yêu cầu cần tối ưu trạm BTS Kim Liên_HNI_369  Các vấn đề vô tuyến - Đo feeder cho thấy điểm nối anten sector với feeder bị hở, cần phải nối lại 19 - Sector trạm BTS Kim Liên hoạt động không tốt: tỷ lệ nghẽn >3%, tỷ lệ thiết lập gọi