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

Xuất phát từ nhu cầu của thực tế, em đã thực hiện luận văn “TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU TẦN SỐ VÔ TUYẾN RF TRONG MẠNG 3G “.. Tuy nhiên, do thời gian có hạn và tính hạn chế của một luận văn thạ

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Hồng Quân

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc :… giờ … ngày … tháng … năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Mạng điện thoại 3G ra đời như một bước đột phá của ngành di động trên thế giới Ở Việt Nam, việc triển khai mạng 3G vẫn đang ở giai đoạn đầu, trên cơ sở mạng 2G hiện có, vì vậy cần phải có phương pháp tính toán tối ưu một cách bài bản

để cải thiện chất lượng mạng

Xuất phát từ nhu cầu của thực tế, em đã thực hiện luận

văn “TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU TẦN SỐ VÔ TUYẾN (RF)

TRONG MẠNG 3G “ Đây là một đề tài rất rộng với nhiều

hướng đi khác nhau, nhiều khía cạnh cần được làm rõ Tuy nhiên, do thời gian có hạn và tính hạn chế của một luận văn thạc sỹ, em chỉ đi sâu vào một khía cạnh : đó là quy trình tính toán quy hoạch vùng phủ vô tuyến và tối ưu vùng phủ vô tuyến

và chất lượng mạng dựa trên các chỉ tiêu chất lượng KPI

Luận văn tập trung chủ yếu đến một số nội dung cơ bản sau:

Chương I: Giới thiệu về mạng UMTS Chương này giúp

ta có được cái nhìn tổng quan về mạng 3G WCDMA

Chương II: Quy trình tính toán và tối ưu vô tuyến (RF) trong mạng 3G Chương này trình bày tổng quan về toàn bộ quá trình triển khai, từ quy hoạch sơ bộ tới triển khai thương mại, sau đó sẽ trình bày về các bước quy hoạch và tối ưu vùng phủ

Chương III: Áp dụng lý thuyết tính toán và tối ưu vô tuyến (RF) vào mạng di động thực tế Chương này sẽ trình bày kết quả tối ưu vô tuyến (RF) trong mạng 3G cho một mô hình mạng thông tin di động

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ MẠNG UMTS

Chương I sẽ giới thiệu chung về mạng UMTS, kiến trúc mạng UMTS, các kênh vật lý, logic, truyền tải trong WCDMA, cũng như các vấn đề về báo hiệu và các thủ tục vật

lý trong WCDMA, từ đó ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng 3G WCDMA Nội dung chương này cũng đề cập tóm tắt đến các phương pháp triển khai mạng WCDMA trong 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 trên nền GSM

Mạng 3G UMTS dựa trên mạng lõi truyền thông GSM hiện có (CN), nên có phần lớn các nút của các hệ thống con NSS và GPRS-CN trong mạng GSM, nhưng có thêm RNC và các nút B của RNS

1.1.3 Kiến trúc mạng UMTS

Hình 1.2 Mạng tham chiếu UMTS 1.2 Giới thiệu về WCDMA

1.2.1 Thủ tục lớp vật lý trong WCDMA

1.2.1.1 Điều khiển công suất

Về cơ bản, điều khiển công suất cần tới hai bước:

• Ước lượng chất lượng tối thiểu chấp nhận được

• Đảm bảo công suất tối thiểu được sử dụng để duy trì chất lượng này

1.2.1.2 Chuyển giao mềm

Chuyển giao mềm là quá trình cho phép một kết nối được phục vụ đồng thời bởi một vài tế bào, thêm hoặc loại bỏ chúng khi cần thiết Yêu cầu chuyển giao mềm trong WCDMA

có liên quan chặt chẽ với tính năng điều khiển công suất

1.2.2 Báo hiệu trong UMTS

WCDMA cung cấp một bộ giao thức được cấu trúc hóa cao, cả ở mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng, phân chia thành: tầng truy nhập – AS và tầng không truy nhập – NAS

Các xử lý liên quan tới WCDMA nằm ở tầng truy nhập

AS, chia làm 3 lớp (RLC, MAC và lớp vật lý) Với mỗi lớp, các kênh khác nhau được xác định và ánh xạ lên một kênh khác

1.2.3 Các kênh vật lý, logic và truyền tải

1.3 Các phương án triển khai mạng WCDMA trên nền GSM

1.3.1 Xếp chồng 1:1 với GSM

Đây là phương án triển khai rất phổ biến nhưng không phải là phương pháp tốt nhất Nó có thể được áp dụng cho bất

kỳ trạm nào tái sử dụng giữa GSM và WCMDA

Do còn một số hạn chế, việc xếp chồng WCMDA lên một mạng GSM thường không phải là 1:1, mà ban đầu chỉ áp dụng cho một khu vực vùng phủ GSM nhất định Ngoài ra, ta cũng có thể tạo ra một quy hoạch đặc biệt cho WCDMA dựa trên yêu cầu về vùng phủ và lưu lượng

1.3.2 Xếp chồng 1:1 với Macro, Micro và In-building

Khi triển khai phương án này, ta sẽ tận dụng được tài nguyên, nhưng việc quản lý các lớp sẽ phức tạp hơn và có thể

sử dụng không hiệu quả dung lượng hiện có

CHƯƠNG II QUY TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU VÔ TUYẾN (RF)

TRONG MẠNG 3G

Chương này trình bày tổng quan về toàn bộ quá trình triển khai, từ quy hoạch sơ bộ tới triển khai thương mại Các phần sau tập trung vào các công cụ quy hoạch và mô hình hóa mạng nhằm đạt được sự cân bằng giữa vùng phủ và can nhiễu bằng các phân tích và mô phỏng lý thuyết

2.1 Giới thiệu

Trong quá trình quy hoạch mạng WCDMA, ta cần thực hiện đồng thời quy hoạch can nhiễu và vùng phủ

Bước đầu tiên của quá trình quy hoạch mạng là tối ưu

vô tuyến bằng các công cụ quy hoạch mạng để có được ước lượng mạng thực tế Từ đó ta có thể thực hiện căn chỉnh các sai khác khi triển khai trên thực tế để thu được vùng phủ và dung lượng mong đợi

2.2 Tổng quan về quá trình triển khai mạng

Hình 2.1 Chu trình của mạng

- Quy hoạch chi tiết mạng: ước lượng bố trí vị trí trạm

để đáp ứng được các yêu cầu về dung lượng và vùng phủ nhờ

các công cụ quy hoạch mạng sử dụng mô phỏng Monte Carlo

Hình 2.2 Tổng quan về quá trình quy hoạch mạng

2.2.2 Tối ưu hóa sơ bộ

Quá trình tối ưu hóa (hình 2.3) bắt đầu với các thao tác tiền tối ưu để đảm bảo tất cả các tham số hệ thống và cấu hình

RF đã được thiết lập theo quy hoạch và tất cả các tính năng đang làm việc bình thường dưới các điều kiện RF lý tưởng

Tối ưu RF về cơ bản đánh giá cấu hình RF: kiểu anten, góc phương vị, góc nghiêng, hay chiều cao để đảm bảo rằng

mức tín hiệu tiêu chuẩn (công suất tín hiệu thu RSCP) và can nhiễu (Ec/N0) đáp ứng mục tiêu thiết kế

Việc điều chỉnh tham số nên bắt đầu bằng tối ưu hóa dịch vụ thoại Ở giai đoạn này, các tham số chọn lại, truy nhập

và chuyển giao là quan trọng nhất

Với dịch vụ điện thoại hình hay dữ liệu PS, cần đánh giá thêm các tham số khác: tỷ lệ lỗi khối mục tiêu (BLER), gán công suất và điều khiển công suất, điều khiển thu và tranh chấp, tốc độ và kiểu chuyển mạch, và điều khiển liên kết vô tuyến (RLC)

Thao tác tiền tối ưu

Đảm bảo hệ thống sẵn sàng cho tối ưu

Tập trung vào cấu hình RF và một số tham

số hệ thống: gán PSC, danh sách được giám sát

Tập trung vào chất lượng và hiệu năng duy trì Biến đổi các tham số cụ thể về dịch vụ và RLC Biến đổi một phần truy nhập, chuyển giao và cấu hình RF

Tập trung vào chất lượng thoại: xác suất duy trì và truy nhập.

Biến đổi các tham số truy nhập và chuyển giao Biến đổi một phần cấu hình RF

Tập trung vào cải thiện sự duy trì trong quá trình thay đổi giữa các hệ thống.

Biến đổi các tham số lựa chọn lại giữa các hệ thống và chuyển giao

Hình 2.3 Tổng quan về quá trình tối ưu

2.2.3 Tối ưu hóa liên tục

Quá trình này bắt đầu được thực hiện sau khi đạt được QoS mong muốn cho mỗi dịch vụ và mạng đã được triển khai đầy đủ

2.3 Quỹ đường truyền

Quỹ đường truyền ước lượng các mức công suất tín hiệu có thể chấp nhận được bằng cách tính toán tổn thất đường tối đa cho phép (MAPL) sử dụng một vài giả định được lựa chọn cẩn thận để có độ chính xác tối đa

Nhược điểm của quỹ đường truyền là chúng đưa ra một cách nhìn đơn giản hóa quá mức về mạng Ngoài ra, các quỹ đường truyền càng bị giới hạn hơn nữa bởi chúng không thể ước lượng cân bằng vùng phủ và dung lượng

Trong quy hoạch mạng WCDMA, quỹ đường lên sẽ được kiểm tra trước quỹ đường xuống

2.3.1.Các quỹ liên kết đường lên

2.3.2 Quỹ liên kết đường xuống cho CPICH

Vùng phủ đường xuống thay đổi theo cơ chế UE truy nhập vào mạng UMTS Quỹ đường truyền được thiết lập theo

CPICH sẽ cho một vùng phủ đường xuống tuyệt đối

Các tham số quan trọng nhất trong quỹ đường truyền

này là RSCP tối thiểu và Ec /N o mục tiêu Khi biết được RSCP

tối thiểu, ta có thể tính được MAPL và so sánh nó với các vùng phủ đường lên và đường xuống

2.3.3 Quỹ liên kết đường xuống cho các dịch vụ khác nhau (ở chế độ kết nối)

2.3.4 So sánh quỹ đường lên và đường xuống trong các dịch

vụ

Ta đã xác định vùng phủ đường lên và đường xuống cho dịch vụ thoại, và vùng phủ CPICH So sánh MAPL cho CPICH (LMAPL, CPICH) và với dịch vụ thoại (L MAPL,DL), vùng phủ CPICH vượt quá dịch vụ thoại khoảng 3dB Sự không cân bằng

này vẫn thường xuất hiện và nó giúp ta giám sát chính xác được CPICH của một tế bào nhất định trước khi nó trở thành tế bào tốt nhất Quan trọng hơn, ta nên so sánh giữa MAPL

đường lên và đường xuống (LMAPL,UL và LMAPL,DL)

Khi so sánh LMAPL,UL với LMAPL,DL, ta thấy rằng đường

lên bị giới hạn ở khoảng 3dB Kết quả này phù hợp với định nghĩa đường lên là liên kết giới hạn trong hệ thống WCDMA hay tổng quát hơn là trong một hệ thống tế bào.Từ việc so sánh quỹ đường truyền, đường xuống và đường lên có thể được cân

bằng nhờ việc giảm LMAPL,DL Nói tóm lại, quỹ đường truyền

CPICH có thể được dùng cho việc cân bằng 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 và 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 mô hình RF

2.4.1.8 Thiết bị: Các tham số liên quan tới tế bào

2.4.1.9 Thiết bị: Trường anten và trường gần anten

2.4.2 Vùng phủ trong quá trình quy hoạch mạng

Phương pháp chính để ước lượng vùng phủ bằng một công cụ quy hoạch mạng là thực hiện đặt các trạm để tạo ra vùng phủ liên tục bằng cách đánh giá RSCP của công suất CPICH thu được tại UE (quỹ đường truyền CPICH) và thực hiện các điều chỉnh cần thiết Bước đầu tiên của phân tích vùng

phủ không xét tới tải và dịch vụ mà chỉ xét tới công suất phát CPICH và suy hao đường

Sau khi có được vùng phủ liên tục dưới dạng RSCP, ta cần kiểm tra và tối ưu mức can nhiễu Mức can nhiễu có thể

được xác định từ CPICH Ec /N o máy chủ tốt nhất

Để đánh giá RSCP, ta cần ước lượng RSCP cho từng khu vực dựa trên các giả định đầu vào và so sánh kết quả này với RSCP tối thiểu Nếu khu vực nào có giá trị RSCP nhỏ hơn RSCP tối thiểu, tức là vùng phủ không đầy đủ, ta cần cải thiện

vùng phủ bằng một trong các cách sau: các 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 trong quy hoạch mạng

Sau khi có được vùng phủ liên tục dựa trên RSCP, ta cần kiểm tra và tối ưu mức can nhiễu – được xác định từ

CPICH Ec /N o máy chủ tốt nhất, theo biểu thức:

(2.7) ∑

̂ ( ) ( )

2.6 Quy hoạch topo mạng

Phần này xét tới quy hoạch vi tế bào (là tế bào được dùng để điền đầy các lỗ trống vùng phủ mà các siêu tế bào không thể xử lý) trong một siêu mạng

- Vùng phủ

- Can nhiễu

- Khu vực chuyển giao

2.7 Thiết lập tham số và tối ưu hóa trong quá trình quy hoạch mạng

Sau khi đã tối ưu được cấu hình vô tuyến, ta cũng cần ước lượng một số tham số sau:

- Thiết lập DPCH tối đa

- Ngưỡng tập hoạt động

- Kích thước tối đa của tập hoạt động

- Thiết lập PSC và mối quan hệ với vùng lân cận

2.8 Tối ưu hóa vô tuyến

Bước đầu tiên của quá trình tối ưu mạng luôn là tối ưu

RF, bất kể quy hoạch mạng lớn như thế nào Việc ước lượng thực tế mạng hoạt động chính xác thế nào bị hạn chế bởi độ chính xác của cả mô hình RF và dữ liệu đầu vào Sau khi đã quy hoạch cẩn thận, việc triển khai thực tế sẽ còn tạo ra thêm những sự thiếu chính xác khác Tối ưu RF có thể được xem như là cơ hội đầu tiên, và có lẽ là duy nhất, để quan sát toàn bộ

hệ thống, dưới các điều kiện đã biết để từ đó nhận ra được các ảnh hưởng của sự thiếu chính xác và biết được các thiết lập thực tế để có thể thực hiện sửa sai căn chỉnh nhằm có được vùng phủ và dung lượng mong đợi với quy hoạch mạng

Tối ưu RF cho một hệ thống WCDMA sẽ kiểm tra vùng

phủ (RSCP) và giao diện tối thiểu (Ec /N o) trên khu vực vùng

phủ đự định.Trong WCDMA, vùng phủ có thể được xét như một khu vực mà CPICH cao hơn các ngưỡng của độ mạnh tín hiệu và chất lượng cụ thể

2.8.1 Tối ưu định lượng

Trong giai đoạn triển khai đầu tiên, mạng mới phải cạnh tranh với các mạng đã được thiết lập Việc đạt được cùng

mức độ QoS khi triển khai thương mại một mạng mới sẽ không thực tế và không hiệu quả về kinh tế Vì vậy, ta nên áp dụng một tập giới hạn các đối tượng tối ưu thực tế để có thể đạt được các mục đích thiết kế và cung cấp QoS có thể chấp nhận được cho người dùng cuối Ở mỗi giai đoạn của quá trình tối ưu, ta nên thiết lập các mục tiêu qua các chỉ thị chất lượng quan trọng (KPI).Ta nên xác định KPI ở mỗi bước tối ưu, bắt đầu với một thao tác tiền tối ưu cụ thể và tăng lần lượt theo từng bước

2.8.2 Tối ưu chất lượng

- Quá tải tế bào (boomer)

Quá tải tế bào (thường do các tế bào quá tải) sẽ làm tiêu tốn tài nguyên

- Phân mảnh tế bào

Phân mảnh tế bào có thể do quá tải tế bào hoặc xảy ra trong khu vực vùng phủ tế bào yếu

- Thay đổi tần số tại máy chủ tốt nhất

Sự thay đổi tần số ở máy chủ tốt nhất xảy ra do mật độ cao các tế bào hay sự vắng mặt của máy chủ chủ đạo (tối ưu không hoàn hảo)

- Sự khác nhau giữa dự đoán và phép đo

2.8.3 Tối ưu chế độ rỗi

Tối ưu chế độ rỗi được thực hiện bằng cách đặt một UE

ở chế độ rỗi để ước lượng chất lượng chọn lại UE

2.9 Tổng kết chương

Chương II đã trình bày về quy trình tính toán và tối ưu

RF – luôn là bước đầu tiên của quá trình tôi ưu mạng Để thực hiện tối ưu, ta phải tiến hành ước lượng dung lượng và vùng phủ dựa trên quỹ đường truyền

CHƯƠNG III

ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU VÔ TUYẾN (RF) TRONG MẠNG 3G VIETTEL MOBILE

KHU VỰC QUẬN ĐỐNG ĐA – HÀ NỘI

Vận dụng các kiến thức có được ở chương I và chương II, trên cơ sở làm việc thực tế, tìm hiểu lý thuyết và học tập kinh nghiệm tối ưu của một số đơn vị, chương III trình bày các bước tối ưu vô tuyến (RF) trong mạng 3G Viettel khu vực quận Đống Đa - Hà Nội và những yêu cầu cụ thể cho từng bước thực hiện Ngoài ra, chương III cũng đưa ra hướng giải quyết đối với một số vấn đề thường gặp trong việc tối ưu vô tuyến mạng 3G

3.1 Giới thiệu bài toán tối ưu vô tuyến mạng 3G Viettel Mobile

3.1.1 Mục đích, lý do và lợi ích tối ưu mạng vô tuyến

3.1.1.1 Mục đích tối ưu mạng vô tuyến

- Nhận diện chính xác các suy giảm hiệu suất mạng

- Đảm bảo hiệu suất mạng được duy trì với chất lượng dịch vụ không thay đổi

- Tăng hiệu suất mạng hiện tại

3.1.1.2 Lý do tối ưu mạng vô tuyến

- Sau khi hoàn thành triển khai mạng, phát hiện lỗi khi giám sát KPIs do việc hoạch định ban đầu không tốt

- Bổ sung các tính năng, dịch vụ mới nhưng ít ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ hiện tại và chi phí thấp nhất

- Hiệu chỉnh các vấn đề làm giảm hiệu suất mạng sau khi kiểm tra mạng

- Thực hiện khi giám sát nhận diện đặc tính chất lượng