Xây dựng hệ thống thử nghiệm đánh giá chất lượng vùng phủ sóng 3g (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG ĐINH VĂN MẠNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÙNG PHỦ SÓNG 3G Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 Người hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG HỒI BẮC TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 -1- MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Như biết, việc kiểm tra chất lượng mạng thông tin di động nhu cầu yêu cầu bắt buộc nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động Trong việc khảo sát chất lượng phủ sóng mạng yếu tố quan trọng Nhưng tại, để tiến hành việc khảo sát cần đến việc sử dụng máy móc chuyên dụng đắt tiền nhiều nhân công thời gian di chuyển máy tới địa bàn để đo đạc, kết đo đạc mang tính tức thời, khơng thể q trình khảo sát thời gian dài Bên cạnh đó, thiết bị phục việc kiểm tra cung cấp vài hãng lớn Sony Ericson, Motorola thiết bị đắt tiền, phù hợp cho đo kiểm tra chất lượng mạng lưới, không phù hợp với việc khảo sát đánh giá chất lượng phủ sóng diện rộng nêu Mục đích nghiên cứu: Xuất phát từ vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu xây dựng hệ thống thử nghiệm đánh giá chất lượng phủ sóng mạng thông tin di động 3G cần thiết Mục tiêu việc nghiên cứu đánh giá chất lượng, hiệu đầu tư xây dựng hệ thống tự động đo đạc thông số mạng di động nhiều địa điểm khác thời điểm truyền kết trung tâm Nó cho phép khảo sát chất lượng phủ sóng mạng thơng tin di động nhanh chóng, xác, linh động tiết kiệm Là sở để xây dựng, phát triển thêm tính khác kiểm tra chất lượng dịch vụ, hệ thống đo đạc, điều khiển tương tự ngành viễn thông ngành công nghiệp khác -2- Kết đề tài tài liệu tham khải để quan quản lý, doanh nghiệp viễn thơng có định hướng phát triển lựa chọn áp dụng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá cần thiết việc đánh giá chất lượng vùng phủ sóng - Nghiên cứu việc thiết kế thiết bị thu thập thông tin mạng 3G - Nghiên cứu mơ hình thu thập liệu qua mạng GPRS - Nghiên cứu việc thiết kế sở liệu Web - Nghiên cứu đưa đánh giá dự kiến hiệu đầu tư dự án - Khuyến nghị khả ứng dụng mạng thông tin di động Việt Nam Chương CÁC THƠNG SỐ VỀ CHẤT LƯỢNG PHỦ SĨNG MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Sự cần thiết việc đánh giá chất lượng vùng phủ 1.1.1 Khái niệm vùng phủ Trong viễn thông, vùng phủ trạm vô tuyến hiểu vùng địa lý mà trạm giao tiếp với thiết bị thu/phát Ta hiểu, vùng phủ vùng mà tín hiệu vơ tuyến vươn tới Vùng phủ trạm vô tuyến phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: địa hình, địa vật tuyến truyền sóng (ví dụ núi, tịa nhà…), kỹ thuật tần số vô tuyến sử dụng 1.1.2 Mối quan hệ dung lượng, chất lượng vùng phủ Dung lượng mạng vơ tuyến mạng di động tế bào hiểu số lượng người dùng thời điểm tế bào.Thông thường, dung lượng cung cấp tỉ lệ thuận với độ rộng băng tần sử dụng Chính thế, với hệ thống thơng tin di động nói chung, độ rộng băng tần sử dụng hiệu tài -3- nguyên băng thông vấn đề quan tâm Tuy nhiên, hệ thống thông tin di động hệ 3, sử dụng băng tần lại vấn đề cần phải quan tâm hàng đầu Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple Access) mạng sử dụng kỹ thuật trải phổ cho phép nhiều người sử dụng chiếm kênh vơ tuyến thời điểm để yêu cầu dịch vụ đảm bảo hiệu sử dụng băng tần phổ tín hiệu trải rộng hàng trăm lần trước đưa lên đường truyền Người dùng phục vụ chừng kênh lưu lượng trạm gốc Mặt khác, hệ số tái sử dụng tần số mạng CDMA 1, có nghĩa trạm gốc gần sử dụng chung tần số Chính điều mà mạng CDMA coi có dung lượng cao so với mạng sử dụng công nghệ khác Tuy nhiên, vấn đề sinh mạng 3G sử dụng công nghệ CDMA ảnh hưởng nhiễu đa người sử dụng (MUI - Multiple User Interference) hay gọi nhiễu đa truy cập (MAI - Multiple Access Interference) Nhiễu MAI làm tỉ số tín hiệu tạp âm giảm mạnh làm cho máy thu khơng tách tín hiệu Điều đồng nghĩa với việc, dung lượng mạng tăng, tải mạng tăng mức nhiễu tăng lên, mà chất lượng dịch vụ giảm.Để giảm nhiễu giao thoa giảm số người sử dụng giảm công suất phát trạm gốc Với cách thứ rõ ràng dung lượng mạng bị giảm Cách thứ hai, ngồi việc làm giảm mức cơng suất thu máy thu mà làm chất lượng gọi bị ảnh hưởng cịn kéo theo vùng phủ trạm gốc bị thay đổi Ngược lại, muốn tăng độ rộng vùng phủ, để đảm bảo tỉ số tín hiệu tạp âm ngưỡng cho phép (tức đảm bảo chất lượng dịch vụ) ta buộc phải -4- giảm dung lượng mạng Tùy theo điều kiện cụ thể mà ta có giải pháp xử lý cho thật phù hợp Qua việc phân tích ta nhận thấy đánh giá chất lượng vùng phủ mạng di động cần thiết 1.2 Các thông số đánh giá chất lượng vùng phủ mạng Chất lượng vùng phủ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mạng.Ngược lại, chất lượng mạng phản ánh chất lượng vùng phủ.Vì vậy, để đánh giá chất lượng vùng phủ mạng thơng tin di động xem xét thơng qua thông số sau 1.2.1 Rxlev (Received signal level) Rxlev: cường độ tín hiệu thu tính theo dBm Trong hệ thống thông tin di động, Rxlev mức cơng suất tín hiệu thu UE (User Equipment) (hướng xuống) BTS (hướng lên) Rxlev tham số dùng để đánh giá vùng phủ trạm gốc đánh giá khả kết nối giữa(UE) trạm gốc Rxlev lớn mức thu tốt Yêu cầu tối thiểu Rxlev hệ thống di động mặt đất -110 dBm, chia thành 64 mức khác từ đến 63 Khi mức thu Rxlev < -110 dBm quy mức Rxlev = 0, cịn mức thu Rxlev > -47 dBm quy mức Rxlev = 63 1.2.2 RxQual (Receiver signal quality): RxQual mức chất lượng tín hiệu thu được, sử dụng để phản ánh chất lượng sóng vơ tuyến thể thông qua tỷ lệ lỗi bit BER RxQual chia thành mức có giá trị từ đến 7, mức tương ứng với tỷ lệ lỗi bít nhóm lỗi -5- 1.2.3 Tỷ số EC/I0 Trong hệ thống thông tin trải phổ nói chung, hệ thống di động hệ nói riêng, nhiễu MAI có ảnh hưởng lớn đến chất lượng đường truyền Vì vậy, để đánh giá chất lượng đường truyền người ta thay tỷ số Eb/N0 tỷ số EC/I0 EC/I0 tỷ số lượng chip mật độ phổ công suất nhiễu, đơn vị dB Tỷ số EC/I0 đo máy thu để xác định mức độ “sạch” tín hiệu Đây tham số quan trọng sử dụng việc định chuyển giao để nâng cao chất lượng đường truyền Giá trị EC/I0 thay đổi hệ thống vô tuyến Nếu mức EC/I0 q thấp khơng thể thực kết nối bị rớt gọi mức tín hiệu thu tốt Trong mạng vơ tuyến nói chung, mạng di động 3G nói riêng, mức EC/I0>-10 dBm coi tốt Tỷ số EC/I0 phụ thuộc nhiều vào hoạt động điều khiển công suất mạng Cụ thể, điều khiển công suất tốt, MAI nhỏ I0 nhỏ làm cho EC/I0 tăng lên ngược lại Trong mạng thông tin di động 3G, người ta thường quan tâm tỷ số EC/I0 kênh hoa tiêu (CPICH Ec/I0) 1.2.4 Tỷ lệ chuyển giao cứng thành công (HHOSR - Hard Handover Success Ratio) Chuyển giao cứng thủ tục chuyển giao mà tất liên kết vô tuyến cũ kết nối đến UE giải phóng trước kết nối thiết lập -6- Chuyển giao cứng chia thành: chuyển giao cứng nội tần (Intraferquency Hard Handover) chuyển giao cứng liên tần (Inter-frequency Hard Handover) a Chuyển giao cứng nội tần (Intra- frequency Hard Handover): Liên kết vô tuyến cũ liên kết vô tuyến sử dụng chung tần số Chuyển giao cứng nội tần sử dụng điều kiện sau : - Khơng có giao diện Iur nguồn RNC (Radio Network Controller) mục tiêu - UE sử dụng PS RAB (Packet Switching Radio Access Bearer) tốc độ lớn ngưỡng đặt trước b Chuyển giao cứng liên tần (Inter-frequency Hard Handover) Trong chuyển giao cứng liên tần, liên kết vô tuyến cũ sử dụng tần số khác Nó bao gồm loại: - Chuyển giao dựa vùng phủ: UE rời khỏi vùng phủ tần số di chuyển Trong trường hợp này, RNC phải thực việc chuyển giao liên tần để không bị rớt gọi - Chuyển giao dựa vào tải: mục đích để cân bằng tải tần số cell - Chuyển giao dựa tốc độ: Trong trường hợp này, hoạt động chuyển giao dựa thuật toán dự đoán tốc độ HCS (Hierarchical Cell Structure) UE có tốc độ cao chuyển giao đến cell có vùng phủ rộng để giảm tần số chuyển giao, UE có tốc độ thấp chuyển tới cell có vùng phủ nhỏ dung lượng lớn để tăng dung lượng hệ thống -7- Để đánh giá chất lượng mạng người ta đánh giá qua tham số HHOSR: Trong đó: - Intra-freq Hard HO chuyển giao cứng nội tần - Inter-freq Hard HO chuyển giao cứng liên tần Người ta đánh giá chất lượng mạng trực tiếp qua tỷ lệ chuyển giao cứng liên tần thành công Inter-Freq Handover Success Rate: 1.2.5 Tỷ lệ thành công chuyển giao cứng công nghệ truy nhập vô tuyến (Inter-RAT Hard Handover Succes Rate - Inter-RAT Hard HO SR) Inter-RAT Hard Handover thủ tục chuyển giao để chuyển kết nối UE từ công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT - Radio access technology) (ví dụ UTRAN) tới cơng nghệ truy nhập vơ tuyến khác (ví dụ GSM) RNC hỗ trợ cho chuyển giao từ GSM đến UTRAN ngược lại miềm chuyển mạch kênh (CS) miền chuyển mạch gói (PS) Các loại điều kiện chuyển giao từ UMTS đến GSM gồm: - Chuyển giao dựa vào vùng phủ: Khi CPICH EC/N0 CPICH RSCP (Received Signal Code Power) nhỏ ngưỡng yêu cầu GSM có RSSI(Received signal strength indicator) lớn mức ngưỡng đặt trước - Chuyển giao dựa vào tải: Khi tải cell UMTS mà UE kết nối đến lớn mức ngưỡng lớn GSM, thêm vào đó, tất dịch vụ UE hỗ trợ GSM chuyển giao dựa tải từ UMTS đến GSM thực -8- - Chuyển giao dựa dịch vụ: dịch vụ thiết lập, mạng lõi (CN - Core Network) yêu cầu chuyển giao dịch vụ tới GSM Inter-RAT Hard HO SR tính theo cơng thức: 1.2.6 Tỷ lệ chuyển giao mềm thành công (SHOSR - Soft Handover Success Ratio) Chuyển giao mềm mềm thủ tục chuyển giao dựa nguyên tắc: tất liên kết vô tuyến cũ kết nối đến UE giải phóng sau kết nối thiết lập Chuyển giao mềm mềm sử dụng nhiều kết nối từ UE đến nhiều nút B Danh sách nút B tham gia kết nối với UE trường hợp gọi tập tích cực - “active set” Thực chất chuyển giao mềm mềm q trình mà (hay đoạn ô) kết nạp bị loại khỏi tập tích cực Chuyển giao mềm có ảnh hưởng đến tỷ lệ rớt gọi Tỷ lệ chuyển giao mềm thành công (SHOSR - Soft HandOver Success Rate) tính theo cơng thức: 1.2.7 Tỷ lệ thiết lập gọi thành công (CSSR - Call Setup Success Rate) Quá trình thiết lập gọi thực thơng qua ba bước sau: -9- Establish RRC Connection Non Access Stratum Radio Access Bearer Hình 1.2 Quá trình thiết lập gọi Đầu tiên, UE phải truy nhập UTRAN thiết lập kết nối RRC (Radio Resource Control) Sau kết nối hoàn thành, tin NAS (Non Access Stratum) trao đổi UE mạng lõi (CN - Core Network), ví dụ như: yêu cầu dịch vụ, nhận thực, bảo mật…Cuối trình thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB: Radio Access Bearer)giữa CN UE Như vậy, tỷ lệ thiết lập gọi thành công phụ thuộc vào tỷ lệ thành công thiết lập RRC RAB tính theo cơng thức sau: Tùy vào loại hình dịch vụ tac chia tỉ lệ thiết lập gọi thành công làm hai loại chính: CS CSSR (Circuit Switching CSSR) PS CSSR (Packet Switching CSSR) Trong CS CSSR lại chia thành CSV CSSR (đối với gọi thoại) CSD CSSR (đối với gọi Video) 1.2.8 Tỷ lệ rớt gọi (CDR - Call Drop Rate) Tỷ lệ rớt gọi đặc trưng mạng vô tuyến Rớt gọi tượng gọi bị gián đoạn mà nguyên nhân bên tham gia gọi gây nên Cuộc gọi bị rớt vùng phủ sóng, nhiễu thiếu tài nguyên Số gọi bị rớt tính tốn nhờ hệ thống dựa vào thử nghiệm truyền dẫn để xác định vị trí có vấn đề - 10 - Tỷ lệ rớt gọi chia thành hai loại: CS CDR (Circuit Switching CDR) PS CDR (Packet Switching CDR) tính theo cơng thức sau đây: ... giá chất lượng vùng phủ mạng Chất lượng vùng phủ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mạng.Ngược lại, chất lượng mạng phản ánh chất lượng vùng phủ. Vì vậy, để đánh giá chất lượng vùng phủ mạng... xây dựng hệ thống thử nghiệm đánh giá chất lượng phủ sóng mạng thơng tin di động 3G cần thiết Mục tiêu việc nghiên cứu đánh giá chất lượng, hiệu đầu tư xây dựng hệ thống tự động đo đạc thông số... tra chất lượng mạng lưới, không phù hợp với việc khảo sát đánh giá chất lượng phủ sóng diện rộng nêu Mục đích nghiên cứu: Xuất phát từ vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu xây dựng hệ thống thử nghiệm