Giải pháp năng cao chất lượng mạng 4G

Hiện nay, các nhà khai thác di động trên thế giới đang đẩy mạnh đầu tư hạ tầng mạng LTE, với mục đích cung cấp các dịch vụ mới sáng tạo và mang lại những trải nghiệm phong phú hơn cho người dùng, Tuy nhiên, trên các mạng 4G (các dịch vụ dữ liệu và video cần băng thông lớn), lưu lượng truyền tải dữ liệu có sự khác biệt rất lớn so với mạng 2G và 3G. Do vậy tối ưu hóa mạng sẽ trở thành vấn đề then chốt đối với hầu hết các nhà khai thác mạng hiện nay

chốt đối với hầu hết các nhà khai thác mạng hiện nay. Tuy nhiên, không phải giải pháp tối ưu nào cũng đáp ứng được vì cần phải đảm bảo yếu tố tương thích với các hệ thống sẵn có, trong khi vẫn đáp ứng được kỳ vọng cũng như chiến lược mở rộng của nhà mạng. Mạng tự tối ưu SON (Self Optimising Networks) được đánh giá là một lựa chọn tối ưu giúp các nhà khai thác có kế hoạch triển khai LTE giải quyết vấn đề này.

Các động lực thúc đẩy tối ưu mạng di động

Sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ mạng đòi hỏi các nhà khai thác cần quản lý mạng của họ thông minh hơn, nhằm cắt giảm chi phí hoạt động và nâng cao doanh thu từ đầu tư. Trên thực tế, việc chuyển đổi từ mạng 2G sang 3G và 4G không phải là quá trình đơn giản. Nó liên quan phần nhiều tới vấn đề tương thích công nghệ, khả năng mở rộng cũng như giá thành đầu tư xây dựng mạng lưới. Ngoài ra, sự chuyển đổi này còn tiềm ẩn nhiều bất ổn như cách thức triển khai công nghệ, ảnh hưởng của công nghệ mới tới các nhà khai thác dịch vụ, cũng như sự chín muồi của công nghệ mới. Bởi vậy, trước khi triển khai các công nghệ mới và cung cấp dịch vụ thương mại, việc tự tối ưu hóa mạng là cần thiết. Công nghệ mạng SON và khả năng tự động hóa các quy trình vận hành của nó là một lựa chọn tối ưu cho các nhà mạng. SON cho phép tự động hóa các nhiệm vụ quy hoạch, cấu hình và tối ưu mạng một cách nhanh chóng, giúp tiết kiệm thời gian hơn so với các tiếp cận trước. Kết quả là giúp cắt giảm chi phí và đảm bảo khắc phục sự cố nhanh hơn.

Nhìn chung có rất nhiều lý do hấp dẫn để thúc đẩy tối ưu hoá mạng di động, nhưng 2 yếu tố chính là: Trải nghiệm người dùng và hiệu quả hoạt động &chi phí. SON rõ ràng giúp cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng, bằng cách tối ưu hóa mạng lưới nhanh hơn và giảm nhẹ các ảnh hưởng tới mạng khi sự cố xảy ra. Đây là những tính năng quan trọng bởi vì đối với tất cả các nhà khai thác thời gian gián đoạn hoạt động của mạng là yếu tố sống còn.

Một ưu thế khác của SON là khả năng cân bằng tải hay còn gọi là tối ưu hóa dựa trên dung lượng giữa các cell khi xảy ra tắc nghẽn lưu lượng mạng. Nó có

thể phân phối băng thông một cách công bằng giữa các người sử dụng và giảm thiểu lượng tải của mỗi người sử dụng. Điều khiển cân bằng tải SON đạt được trong thời gian thực, do đó mang lại hiệu quả vận hành và trên hết là đơn giản hóa và tăng tốc độ triển khai, cũng như vận hành, bảo trì và tối ưu hóa mạng một cách tự động, hiệu quả hơn.

Lợi ích mà SON mang lại được tạo ra trong suốt vòng đời triển khai mạng (Hình 1). Ngoài những lợi ích trước mắt là lắp đặt nhanh chóng, dễ dàng và hiệu quả hơn, nó còn giúp tiết kiệm chi phí trong dài hạn và góp phần đáng kể làm tăng hiệu quả tổng thể của mạng lưới.

Có ba tiếp cận chính để triển khai SON: SON tập trung (C- SON), SON phân tán (D-SON) và SON hỗn hợp (H-SON). Mỗi tiếp cận có những ưu điểm riêng và được hỗ trợ bởi các nhóm khác nhau.

Các hệ thống C-SON cung cấp cho nhà khai thác khả năng kiểm soát toàn diện trên các mạng của mình, ngay cả khi thiết bị của họ do nhiều hãng khác nhau cung cấp. Do đó, sử dụng tiếp cận này các nhà khai thác sẽ có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau mà vẫn có thể thích ứng hoạt động cùng nhau theo nhu cầu của họ.

Trong tiếp cận D-SON, các nhà cung cấp thiết bị có thể cung cấp những thiết bị khác biệt, sử dụng các thuật toán SON độc quyền và các hệ thống vận hành và bảo trì riêng, do đó hạn chế sự kiểm soát của nhà khai thác. Tiếp cận H-SON đặt ra một số công việc trong các nút mạng và trong một hệ thống quản lý tập trung, kết hợp lợi ích và hạn chế của hai phương pháp tiếp cận trên. Khi triển khai các mạng LTE, các nhà khai thác muốn nhận được nhiều lợi ích nhất có thể từ sự đầu tư mới cũng như từ hạ tầng mạng 2G và 3G hiện có. SON giúp quy hoạch và tối ưu các mạng này cũng như hỗ trợ việc quản lý liên tục.

Nhìn chung ,mục tiêu của SON là quy hoạch, tối ưu hóa, bảo trì mạng nhanh chóng và dễ dàng. Với việc tiêu chuẩn hóa các quy trình quản lý mạng di động trong LTE, việc tối ưu các thông số mạng một cách tự động đang dần đạt được với SON.

SON có 3 lớp chức năng chính: tự cấu hình (Self-configuration), tự tối ưu hóa (Self-optimization) và tự chữa khắc phục sự cố (Self healing).Trong chế độ tự cấu hình, khi một trạm gốc LTE mới được cài đặt và đưa vào hoạt động, chức năng SON cho phép nó tải về phiên bản phần mềm mới nhất từ hệ thống vận hành và bảo trì, sau đó tự động cấu hình các thiết lập truyền dẫn của mạng backhaul. Một khi quá trình này hoàn tất, trạm gốc có thể bắt đầu làm việc. Chức năng tự tối ưu hóa giúp có thể duy trì và cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ, bằng cách sử dụng các chỉ số hiệu năng được gửi từ thiết bị đầu cuối di động. Cuối cùng, trong chế độ tự khắc phục sự cố, trạm gốc có thể phát hiện các lỗi mạng và hành động để giảm thiểu tổn hại về mất dung lượng hay vùng phủ sóng.

Được phát triển từ các hệ thống tương tự vốn chỉ truyền tải âm thanh, thông tin di động với các hệ thống như GSM cuối thập niên 80 và sau đó là GPRS đã mang đến sự bùng nổ tin nhắn văn bản, và rồi sau này là những cải tiến mới nhất trong băng rộng di động được mang đến bởi UMTS, HSDPA và LTE. Tất cả các công nghệ trên đều sử dụng một tài nguyên chung hữu hạn được quản lý sát sao: phổ tần số điện từ.

Mỗi phần của phổ tần số này được sử dụng cho một công nghệ riêng biệt. Cơ quan quản lý tần số của các quốc gia thường phân phối dải tần số 800-900 MHz và 1800-1900 MHz cho hệ thống GSM, dải tần số 1900/2100 MHz cho UMTS, còn các tần số 700/1900/2100/2400/2600 MHz được dùng cho LTE. Có thể nói đây là nguồn tài nguyên khan hiếm và đắt đỏ.

Để phần nào giải quyết sự khan hiếm này, một số quốc gia đã điều chỉnh quy định về tần số nhằm cho phép các dịch vụ mới có thể sử dụng phổ tần số vốn dĩ đã được phân phối cho những dịch vụ/công nghệ trước đó. Đây được gọi là phân bổ lại phổ tần số (refarming), có nghĩa là thay đổi mục đích khai thác của một tần số, từ việc sử dụng cho công nghệ này sang cho công nghệ khác. Ví dụ, một nhà mạng có thể có giấy phép sử dụng phổ tần số 900 MHz cho công nghệ GSM. Tuy nhiên, để

triển khai UMTS hay LTE tốt hơn, nhà mạng này có thể giải phóng một số băng tần trong phổ đang dùng cho GSM để sử dụng cho UMTS hoặc LTE.

Lợi ích của việc phân bổ lại phổ tần số

Phân bổ lại phổ tần số là cách thực hiện hiệu quả về chi phí để tăng dung lượng sử dụng cho UMTS/LTE mà không cần phải đấu thầu mua thêm phổ tần số mới. Phân bổ lại phổ tần số không chỉ áp dụng cho GSM mà còn áp dụng cho UTMS để tăng dung lượng LTE. Một lợi ích thú vị khác cho các nhà mạng đó là các tần số thấp hơn (thường được sử dụng cho mạng GSM) có vùng phủ rộng hơn. Các tần số thấp hơn có thể truyền xa hơn, ít bị suy hao hơn so với các tần số cao, cho phép bao phủ tốt hơn ở các khu vực nông thôn, và cải thiện vùng phủ trong các toà nhà đô thị. Tần số cao thường được sử dụng trong các khu vực đô thị với mục đích mang lại lưu lượng lớn thay vì quan tâm đến vùng phủ.

Một ví dụ điển hình của việc cải thiện vùng phủ là UMTS900, với dải tần 900 MHz có thể tăng vùng phủ của NodeB ở các khu vực từ 44% (khu vực đô thị) đến 119% (khu vực nông thôn) so với UMTS2100 (sử dụng dải tần 2100 MHz). Sự khác biệt rõ rệt này cho phép các nhà mạng cung cấp các ứng dụng 3G với vùng phủ lớn hơn rất nhiều mà vẫn đảm bảo được tính kinh tế khi đầu tư.

Về mặt chi phí, suy hao đường truyền thấp hơn ở tần số 900 MHz sẽ giúp giảm số lượng trạm gốc. Nếu so sánh với mạng 3G sử dụng phổ tần số trung tâm 2100 MHz, chi phí này có thể thấp hơn từ 50% đến 70%. Nhờ đó các nhà mạng có thể cung cấp dịch vụ 3G tới các khu vực dân cư không quá dày đặc với hiệu quả chi phí cao hơn.

Chất lượng dịch vụ (QoS) cũng được cải thiện, vì ít trạm gốc hơn đồng nghĩa với ít chuyển giao giữa các trạm. Mặt khác, nếu cân nhắc đến việc phần lớn các cuộc gọi được thực hiện trong nhà thì việc các dải tần số thấp có thể thâm nhập vào kết cấu xây dựng tốt hơn là một nhân tố quan trọng để nâng cao chất lượng dịch vụ.

Như bất kỳ một giải pháp kỹ thuật nào, việc phân bổ lại phổ tần số cũng tạo ra những thách thức nhất định, do đó các điều kiện tiên quyết sau đây phải được đáp ứng:

- Các nhà mạng phải có đủ phổ tần số kề nhau để có thể vận hành đồng thời hai hoặc ba công nghệ trên cùng một dải tần số.

- Phải giải quyết được vấn đề quy hoạch băng thông giữa các băng tần khi chúng được sử dụng đồng thời và xen kẽ cho nhiều công nghệ khác nhau.

- Cùng một nhà mạng nên sử dụng đồng thời cả hai phía của phổ tần số kế cận điểm phân chia tần số.

- Sử dụng các dải tần bảo vệ để tránh nhiễu kênh lân cận.

Ngoài ra còn phải tránh làm ảnh hưởng đến những người dùng đang sử dụng dải tần số hoặc công nghệ cần phân bổ lại và khuyến khích họ chuyển sang dùng dịch vụ mới. Nhà mạng cần duy trì chất lượng GSM trong quá trình phân bổ lại phổ tần số để không ảnh hưởng đến mức độ hài lòng cũng như trải nghiệm dịch vụ của khách hàng. Việc tránh suy giảm chất lượng dịch vụ yêu cầu sự am hiểu về mô hình lưu lượng và việc quản lý phương thức phục vụ lưu lượng này.

Phổ tần số có thể được sử dụng đan xen giữa các nhà mạng nên họ cần cấu hình lại tần số để tránh phân mảnh dải tần, việc này đòi hỏi sự phối hợp và hợp tác đáng kể giữa các nhà mạng. Sau khi cấu hình lại, phải thực hiện việc tối ưu toàn bộ site/cluster để nắm bắt được chất lượng vùng phủ, phân bố lưu lượng, và tình trạng can nhiễu/chất lượng dịch vụ mới.

Một vài thiết bị không thể hoạt động đa tần số hoặc bắt buộc phải hoạt động trên công nghệ cũ, đây sẽ là thách thức lớn khi từ bỏ mạng cũ, do bất kỳ một sự gián đoạn dịch vụ nào cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến doanh thu. Dù sao thì tốc độ thay đổi của các thiết bị người dùng là khá nhanh nên đây không phải là thách thức quá lớn.

Khi phổ tần số được phân bổ lại để sử dụng cho công nghệ mới, ví dụ như việc phân bổ lại phổ tần số GSM cho LTE, phổ tần số cần được làm sạch khỏi những nguồn nhiễu ngoài gây ra bởi các tín hiệu cũ còn lại.

Giải pháp

Các giải pháp cung cấp thông tin định vị (Location Inteligence) và RAN đóng vai trò quyết định trong việc quy hoạch, triển khai và xử lý sự cố mạng trong quá trình phân bổ lại phổ tần số.

Thông tin định vị cho phép xác định nhanh chóng các khu vực có lượng truy cập LTE/UMTS đang tăng lên, nơi nào có vùng phủ kém, nơi nào việc phân bổ lại là cần thiết để cải thiện dung lượng/vùng phủ. Trong và sau quá trình phân bổ lại phổ tần số, việc sử dụng các dữ liệu về khách hàng, cũng như địa điểm, cho phép đưa ra những đánh giá gần như là theo thời gian thực về ảnh hưởng của các thay đổi lên năng lực của hệ thống. Đây là loại dữ liệu tốt nhất để thực hiện việc đánh giá sau triển khai để kiểm tra vùng phủ sóng, chất lượng và dung lượng. Lưu lượng có thể được giám sát trong các dải tần vừa được phân bổ lại để hiểu tốt hơn hành vi của người dùng và đánh giá việc sử dụng, ngoài ra các tần số được phân bổ lại có thể được giám sát thông qua các dịch vụ mới đang đồng thời hoạt động (ví dụ như GSM hay UMTS) để hiểu rõ về tác động của các thay đổi.

Cách thức tiếp cận tập trung vào khách hàng và vị trí có thể hỗ trợ cho việc phân tích dung lượng mạng lưới từ lớp tần số, cho phép hiểu rõ và hiển thị trực quan hiện trạng sử dụng mạng trên các tần số. Ví dụ, một nhà mạng có thể thiết lập mức ưu tiên cho các khu vực được phân bổ lại phổ tần số bằng giải pháp ariesoGEO™ của Viavi để nhận diện những clusters có lưu lượng cao, các điểm thường xuyên là hotspots và những khu vực trọng điểm.

Ví dụ lưu lượng các cluster, các hotspot

Giải pháp này còn cung cấp các thông tin tốt hơn các giải pháp thông thường khác về việc chuyển đổi thiết bị cầm tay cũng như tác động đến cách sử dụng thiết bị cầm tay. Giải pháp xác định được số lượng khách hàng cần nâng cấp điện thoại của mình lên loại thiết bị hỗ trợ 3G/4G và số lượng các thiết bị LTE không kết nối được vào mạng LTE. Vấn đề này có thể xảy ra do chế độ mạng trên thiết bị cầm tay không được thiết lập cho mạng 4G, phần mềm của thiết bị không được cập nhật phiên bản tương thích với LTE, hay các thiết bị không hỗ trợ đúng dải tần số.

Lợi ích khác của các giải pháp như ariesoGEO là tối ưu hoá tần số vô tuyến cho mạng di động. Các nhà mạng có thể hiểu rõ hơn phần ranh giới của các cell, họ có thể so sánh vùng phủ của các dịch vụ mới và tạo ra các ranh giới cân bằng giữa các công nghệ khác nhau (ví dụ giữa tần số 700 và 1900 MHz). Giải pháp này hỗ trợ tối ưu IRAT (Inter Radio Access Technology) và tối ưu IFHO (Inter-Frequency Handover), đồng thời có thể so sánh kết quả trước-sau giữa GSM và LTE về các KPI vùng phủ, tỉ lệ rớt, tỉ lệ block, và hiệu suất sử dụng lưu lượng.

Giải pháp ariesoGEO cho phép nhà mạng thực hiện các phân tích xuyên công nghệ trước và sau khi phân bổ lại phổ tần số để quy hoạch tốt hơn và hiểu rõ được những tác động của nó

Giải pháp năng cao chất lượng mạng 4G

Kiểm tra và đánh giá chất lượng mạng

Sự cần thiết của tối ưu