2.4.1 Các tham số quan trọng
Chất lượng của các hệ thống mạng được đánh giá chủ yếu dựa trên chỉ số KPI (Key Performance Indicators). Trong mạng di động LTE , KPI được chia thành hai phần:
Performance measurement KPI: đo lường hoạt động của mạng, ví dụ như : KPI chuyển giao, KPI lưu lượng,…Các KPI này được thông kê từ eNodeB và hệ thống mạng lõi.
Drive test KPI: dung trong đo kiểm drive test, dùng để đánh giá các tiêu chí như vùng phủ hay độ trễ của mạng như :RSRP, RSRQ, RSSI, SINR, DL, UL, CQI, BLER. Các KPI này được đo đạc bằng công cụ drive test và thống kê từ các UE.
2.4.1.1 Performance measurement KPI
Acessibility KPIs
RRC Setup Success Rate
KPI này xác định tỉ lệ kết nối RRC thành công trong một cell. Bằng số kết nối thành công từ các UE xác nhận bản tin RRC Connection Setup Complete trên tổng số bản tin RRC Connection Request gửi từ các UE.
Hình 2.4 Qúa trình kết nối RRC
Tên KPI RRC Setup Success Rate Công thức = _ _ ____ _ _ _ _ ____ _ 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅× 100% Đơn vị %
Nguyên nhân gây kết nối RRC không thành công:
- Từ chối kết nối từ eNodeB (do cấp phát tài nguyên mạng thất bại). - Không có phản hồi từ UE (chất lượng vùng phủ kém, vấn đề từ UE).
Kết hợp với đánh giá từ các KPI khác, ta có thể xác định nguyên nhân kết nối RRC không thành công. Từ đó xác định các vấn đề về vùng phủ và lưu lượng mạng.
ERAB (Radio Access Bearer) Setup Success Rate
KPI này xác định tỉ lệ kết nối ERAB (truy cập lưu lượng) thành công của tất cả các dịch vụ trong cell.
Tên KPI ERAB Setup Success Rate (ERABS_SR) Công thức = _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ 𝑅 𝑅𝑅 𝑅 𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 × 100%
Đơn vị %
KPI này để đánh giá QoS dùng cho các dịch vụ trong mạng như VoIP, các dịch vụ thời gian thực,…
Call Setup Success Rate
KPI này xác định tỉ lệ kết nối cuộc gọi thành công trong cell. CSSR được tính toán dựa trên RRCS_SR và ERABS_SR.
Tên KPI Call Setup Success Rate (CSSR) Công thức = ���� ���������� � ���������𝑅 𝑅 𝑅 𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅 × ������� ��������� 𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 × 100% Đơn vị % Retainability KPIs
VoIP Call Drop Rate (VoIP_CDR)
VoIP_CDR xác định tỉ lệ rớt cuộc gọi của dịch vụ VoIP trong cell. KPI này được tính toán dựa trên việc giám sát sự kiện bất thường của ERAB với thông tin về QoS.
Tên KPI VoIP Call Drop Rate Công thức = _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ 𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 × 100% Đơn vị %
KPI này được sử dụng để đánh giá tỷ lệ rớt cuộc gọi của tất cả các dịch vụ trong cell, bao gồm cả dịch vụ VoIP. KPI này đo lường sự bất thường tại eNodeB.
Tên KPI Service Call Drop Rate (Service_CDR) Công thức
=
�������_��������������� ��� ����𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 × 100%
Đơn vị %
Mobility KPIs
Intra-frequency Handover Out Success Rate.
KPI này dùng để đánh giá tỉ lệ chuyển giao cùng tần số thành công trong cell. Chuyển giao cùng tần số bao gồm cả cùng eNodeB và khác eNodeB.
Tên KPI Intra-frequency Handover Out Success Rate (IntraF_HOOut_SR) Công thức ������_ = �����_�� _______________× 100%
������_𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅
Đơn vị %
Inter-frequency Handover Out Success Rate.
KPI này dùng để đánh giá tỉ lệ chuyển giao giữa các tần số thành công trong cell. Chuyển giao giữa các tần số sẽ diển ra trong các eNodeB khác nhau
Tên KPI Inter-frequency Handover Out Success Rate (InterF_HOOut_SR) Công thức ���� = ��_�����_�� × 100%��_����_������������
� ��𝑅��_𝑅����𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅
Đơn vị %
Handover In Success Rate.
KPI này dùng để đánh giá tỉ lệ chuyển giao thành công trong cell, đây là chuyển vào eNodeB.
Tên KPI Handover In Success Rate (HOIn_SR) Công thức = _______________ 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 × 100%
�����������
Đơn vị %
Inter-RAT Handover Success Rate (LTE to WCDMA) KPI này đánh giá tỉ lệ chuyển giao thành công từ mạng LTE sang WCDMA.
Tên KPI Inter-RAT Handover Success Rate
Công thức ������_�2� _����� = ������_𝑅2 𝑅 _���𝑅������ × 100%
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 _𝑅2𝑅 _𝑅��𝑅� ��
Utilization KPIs
Resource Block Utilizing Rate (RB_UR)
RP_UR đánh giá tỉ lệ sử dụng khối tài nguyên (RB) trong cell. RP_UP gồm 2 KPI con là uplink và downlink. Số RB khả dụng phụ thuộc vào băng thông hệ thống.
Tên KPI Resource Block Utilizng Rate
Công thức �� − �� = 𝑅𝑅 − ������ × 100% � � �� − ������𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅 − _��_�� =𝑅𝑅 − 𝑅𝑅𝑅𝑅�� × 100% 𝑅� − ����������� Đơn vị %
RB_UR là một trong những KPI đánh giá thông lượng và traffic của hệ thống.
Integrity KPIs
Cell Downlink Average Throughput (CellDLAveThp)
KPI nàydùng để đánh giá thông lượng đường xuống trung bình của cell. Tên KPI Cell Downlink Average Throughput (CellDLAveThp) Công thức
=
����������ℎ���������������������𝑅𝑅𝑅�� ��𝑅��������𝑅 Đơn vị Kbit/s
Cell Uplink Average Throughput (Cell ULAveThp)
KPI này dung để đánh giá thông lượng đường lên trung bình của cell. Tên KPI Cell Uplink Average Throughput (CellULAveThp)
Công thức
= ℎ
Đơn vị Kbit/s
Đối với KPI thông lượng DL/UL của UE sẽ được thống kê bằng drive test.
2.4.1.2 Drive Test KPI
Các tham số drive test KPI được thực hiện tại UE, những tham số này được sử dụng để định lượng hiệu suất mạng, do đó sẽ hỗ trợ trong sự thích ứng của mã hóa / điều chế, cũng như lưu lượng và dung lượng của kết nối.
RSRP (Reference Signal Received Power): Công suất tín hiệu thu trên
băng rộng, là một tham số đánh giá vùng phủ của LTE.
RSRP chỉ cho biết thông tin về cường độ tín hiệu mà không cho biết chất lượng tín hiệu. Tham số này dùng để xác định cell tốt nhất khi lựa chọn cell phục vụ ban đầu, lựa chọn lại cell hoặc khi chuyển giao intra-LTE. Phép đo tham số này được thực hiện trên kênh điều khiển quảng bá BCCH.
Đánh giá mức thu thường được chia theo các mức chất lượng như sau: - Tốt nếu RSRP ≥ –75 dBm cho QoS tốt.
- Trung bình nếu –95 dBm ≤ RSRP < –75 dBm thông lượng giảm 30 -50%.
- Kém nếu RSRP < –95 dBm, dưới -100 dBm có thể gây rớt kết nối.
Hình 2.5 Phân bố RSRP
Một vị trí được xem là bị nhiễu khi tại vị trí đó thỏa mãn các điều kiện sau: - Số lượng tín hiệu đáp ứng > 3
- Tất cả các tín hiệu đáp ứng trên có RSRP ≥ -100dBm - Chênh lệch RSRP của các tín hiệu < 5dB
Hình 2.6 Ví dụ nhiễu pilot theo cường độ RSRP
RSRQ (Reference Signal Received Quality): Chất lượng tín hiệu nhận
trên băng rộng.
RSRQ chỉ ra chất lượng của tín hiệu nhận được. Cũng giống RSRP, RSRQ dùng để xác định cell cho kết nối tốt nhất.
RSRQ được đo đạc và tính toán dựa trên RSRP và RSSI (Received Signal Strength Indicator). RSRP cho biết cường độ của tổng tín hiệu nhận được còn RSSI cho biết cường độ của tín hiệu ảnh hưởng từ các cell khác và nhiễu nền. Công thức
tính RSRQ như sau (N là số Resource Block): 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 = 𝑅 𝑅𝑅 𝑅 × 𝑅
Giá trị của RSRQ nằm trong khoảng -19,5 dB đến -3dB với cách nhau 0,5dB.
Hình 2.7 Phân bố RSRQ
SINR (Signal-Interference plus Noise Ratio) : mức tỷ số năng lượng sóng
mang trên nhiễu được đo trên cả UE và eNodeB để xác định đường truyền vô tuyến được sử dụng dựa trên một số tiền định thiết lập của các ngưỡng. Đường truyền vô tuyến được sử dụng truyền đi các dữ liệu mã hóa và điều chế. Mức SINR càng cao, hiệu suất phổ càng cao bởi việc sử dụng một điều chế và chương trình mã hóa hợp nhất.
SINR là tham số đánh giá chất lượng mạng. SINR trong LTE thay thế cho EC/N0 trong UMTS. UE sử dụng SINR để xác định chỉ số chất lượng kênh (CQI) trong mạng. SINR được đo đạc bởi UE dựa trên RB (Resource Block). UE tính toán SINR trên mỗi RB, chuyển đổi thành CQI và báo cáo lại eNodeB.
SINR không được định nghĩa trong mô tả kỹ thuật của 3GPP nhưng được sử dụng bởi nhà sản xuất UE và sử dụng trong các công cụ drive test.
SINR được xác định theo công thức: SINR = S/(I+N)
S: là công suất tín hiệu có ích.
I: là công suất tín hiệu can nhiễu từ các cell khác trong cùng hệ thống hoặc khác hệ thống.
N: là công suất nhiễu nền.
Tham số Eb/No: tỷ số năng lượng mỗi bit trên mật độ phổ công suất tạp
âm.
Khi sử dụng ghép kênh vô tuyến, năng lượng thu được đo cho mỗi anten, và sau đó tổng hợp lại với nhau. Eb/No là năng lượng thu trên mỗi bit phân chia bởi mật độ công suất trên tạp âm. Kết hợp với tỷ lệ lỗi bit BER có thể xác định hiệu quả của phương pháp điều chế.
Đánh giá tham số Eb/No thường được chia theo các mức: - Tốt nếu Eb/No ≥ 12dB
- Trung bình nếu 10dB ≤ Eb/No < 12dB - Chấp nhận được nếu 8dB ≤ Eb/No < 10dB - Kém nếu Eb/No < 8
RSRP(dBm) RSRQ(dB) SINR(dB) Rất tốt >= -75 >= -10 >= 20
Tốt -75 đến -85 -10 đến -15 13 đến 20
Trung bình -85 đến -100 -15 đến -19.5 0 đến 13
Tại biên cell <= -100 < -19.5 <= 0 Bảng 2.2 Đánh giá các tham số KPI theo giá trị đo được
Ngoài các tham số kể trên, khi tiến hành drive test cần đo một số tham số khác như CQI (chỉ số chất lượng kênh), Physical Throughput UL/DL (thông lượng đường lên và đường xuống), UE_Tx Power (công suất phát UE).
2.4.2 Các tham số điều chỉnh của anten
Electrical tilt (E tilt)
Việc điều chỉnh không làm thay đổi anten về mặt vật lý, được thực hiện bằng cách thay đổi các đặc tính của pha tín hiệu của từng phần tử của anten, độ nghiêng điện có thể có giá trị cố định hoặc có thể thay đổi, thường được điều chỉnh thông qua phụ kiện như thanh hoặc chốt có dấu. Điều chỉnh này có thể là thủ công hoặc từ xa, các anten dùng điều khiển từ xa thường có giá thành cao hơn rất nhiều.
Hình 2.8 Electronic tilt
Mechanical tilt (M tilt)
Độ nghiêng cơ học rất dễ hiểu: nghiêng ăng-ten, thông qua các phụ kiện cụ thể trên giá đỡ, mà không thay đổi pha của tín hiệu đầu vào, biểu đồ (và do đó chỉ dẫn truyền tín hiệu) được sửa đổi.
Hình 2.9 Mechanical tilt Azimuths
Là góc ngang hướng phủ sóng của anten trên mặt phẳng góc 360˚. Thông thường, trên mỗi trạm có 3 anten và mỗi anten này được lắp đặt cách nhau 120˚ để có thể tối ưu vùng phủ của trạm.
2.4.3 Chuyển giao
2.4.3.1 Chuyển giao trong mạng 4G LTE
Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di chuyển trong mạng. Khi thuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng của một cell này sang một cell khác thì kết nối với cell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải được hủy bỏ.
Lý do cơ bản của việc chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc UE hoặc E-UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Khi thực hiện các kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao được thực hiện khi cả UE và mạng đều thực hiện truyền gói không thành công. Các điều kiện chuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần… Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định. Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyễn dẫn vô tuyến.
Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi lưu lượng của cell đạt tới một giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn đó. Khi đó các thuê bao ở ngoài rìa của cell (có mật độ tải cao) sẽ được chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độ tải thấp).
Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của thuê bao. Khi UE di chuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong E-UTRAN.
Các thuật ngữ và các tham số sau được sử dụng trong thuật toán chuyển giao:
Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực đại cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu.
Ngưỡng giới hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu. Do đó mức tín hiệu của nối kết không được nằm dưới ngưỡng đó. Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết
lập tại điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định.
Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiện kết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (E- UTRAN). Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn dưới. Khi đạt tới mức này, xuất hiện các bước chuyển giao theo các bước sau đây:
- Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Còn tín hiệu B sẽ được RNC nhập vào tập tích cực. Khi đó UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nối đồng thời đến UTRAN. - Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A nên nó
được coi là điểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao. - Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới.
Tín hiệu A bị xóa khỏi tập tích cực bởi RNC.
Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được và thông thường ở trong khoảng từ 1 đến 3 tín hiệu.
2.4.3.2 Trình tự và các loại chuyển giao
Gồm có ba pha : pha đo lường, pha quyết định và pha thực hiện. Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì:
- Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào fading và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc độ di chuyển của thuê bao.
- Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống.
Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới eNodeB.
Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối so sánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận. Tùy theo kết quả so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao. eNodeB kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện chuyển giao. Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, eNodeB phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển giao.
Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao ra thành hai loại như sau:
Chuyển giao quyết định bởi mạng (NEHO).
Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động (MEHO).
Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), eNodeB thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp kết hợp cả hai loại chuyển giao NEHO và MEHO, quyết định chuyển giao được thực hiện bởi sự phối hợp giữa eNodeB với UE.
Ngay cả trong trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việc thực hiện chuyển giao là do eNodeB. ENodeB có trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) của toàn bộ hệ thống.
Hình 2.10 Qúa trình chuyển giao
Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và eNodeB cũng như các điều kiện để thực hiện thuật toán chuyển giao. Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên hình trên.
Trình tự chuyển giao giữa hai cell trong LTE thực hiện như sau: