Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dựa trên điều khiển công suất

Đồ án Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dựa trên điều khiển công suất, đã tìm hiểu tổng quan công nghệ WCDMA, lý thuyết tối ưu mạng truy nhập vô tuyến WCDMA và giải pháp tối ưu hóa vô tuyến dựa trên điều khiển công suất theo giải pháp của Huawei.

MỤC LỤC

MỤC LỤC _iTHUẬT NGỮ VIẾT TẮT _ivDANH MỤC HÌNH VẼ xDANH MỤC BẢNG BIỂU xiiLỜI NÓI ĐẦU _1CHƯƠNG I _2TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA UMTS _21.1 Giới thiệu 3G UMTS _21.2 Kiến trúc hệ thống 3G UMTS 41.2.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS Release 1999 _41.2.2 Kiến trúc mạng 3GPP Release 4 _81.2.3 Kiến trúc mạng ở 3GPP Release 5. _91.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến và các kênh của WCDMA _101.3.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến WCDMA _101.3.2 Các kênh của WCDMA _111.3.2.1 Kênh logic 111.3.2.2 Kênh truyền tải 121.3.2.3 Kênh vật lý _141.4 Kết luận chương 17CHƯƠNG II _18TỐI ƯU HÓA VÔ TUYẾN WCDMA _182.1 Quy trình thực hiện tối ưu hóa vô tuyến _182.2 Đánh giá về hiệu năng mạng 192.2.1 FER (frame erasure rate) 202.2.2 MOS (Mean Opinion Score) _20

2.3.2.2 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR) _212.3.2.3 Tỷ lệ rớt mạch trên DCH (DCH Drop Rate - DCDR) _222.3.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch DCH (DCH Blocking Rate - DCBR) _232.3.2.5 Tỉ lệ rớt mạch trên DCCH (DCCH Drop Rate - DCDR) 252.3.2.6 Tỷ lệ nghẽn mạch trên DCCH (DCCH Blocking Rate - DCBR) 252.3.2.7 Một số đại lượng đặc trưng khác _252.3 Các vấn đề của tối ưu hóa vô tuyến trong WCDMA 262.3.1 Độ bao phủ của mạng 262.3.2 Nhiễu _282.3.3 Chuyển giao 282.4 Phân tích các tham số KPI 292.4.1 Phân tích tỉ lệ rớt cuộc gọi 292.4.2 Phân tích tỉ lệ nghẽn DCH cao 312.4.3 Phân tích tỉ lệ tắc nghẽn DCCH cao _332.4.4 Phân tích tỉ lệ chuyển giao thành công thấp _342.5 Các giải pháp tối ưu _372.5.1 Điều khiển công suất trong WCDMA 372.5.1.1 Điều khiển công suất vòng hở _382.5.1.2 Điều khiển công suất vòng trong _382.5.1.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 422.5.1.4 Điều khiển công suất trong chế độ nén 432.5.1 5 Điều khiển công suất khi có lỗi lệnh TPC 442.5.1.6 Điều khiển công suất nhanh và tốc độ UE _442.5.2 Điều khiển chuyển Giao (HO). _452.5.2.1 Chuyển giao trong cùng một hệ thống (Intra-system HO) _452.5.2.2 Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter-system HO) _462.5.2.3 Chuyển giao cứng (Hard Handover:HHO) _462.5.2.4 Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO) 462.5.3 Điều khiển thâm nhập (Admission control) 472.5.4 Điều khiển Tải (Điều khiển tắc nghẽn) _482.6 Vai trò của điều khiển công suất trong WCDMA 49

2.7 Kết luận chương 50CHƯƠNG III _51TỐI ƯU HÓA DỰA TRÊN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO GIẢI PHÁP CỦA HUAWEI 513.1 Tổng Quan 513.2 Các loại điều khiển công suất trong WCDMA _513.2.1 Điều khiển công suất vòng hở 543.2.1.1 Điều khiển công suất vòng hở kênh PRACH _553.2.1.2 Điều khiển công suất vòng hở kênh dành riêng đường xuống 613.2.1.2 Điều khiển công suất vòng hở kênh riêng đường lên _643.2.2 Điều khiển công suất vòng kín 673.2.2.1 Điều khiển công suất vòng trong đường lên 683.2.2.2 Điều khiển công suất vòng trong đường xuống _743.2.2.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 773.2 Kết luận chương 79KẾT LUẬN 80TÀI LIỆU THAM KHẢO _81

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Thuật ngữ

viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt

3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

A

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động

tiên tiến

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

B

phương

C

CCDR SDCCH Drop Rate Tỉ lệ rớt mạch trên SDCCH

CSCF Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng

thái cuộc gọiCSSR Call Setup Successful Rate Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành

riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý dữ liệu dành riêng

E

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuốngFDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần

số

G

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

H

HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh dữ

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số

độngMSISDN Mobile Station International ISDN Số ISDN quốc tế cho trạm di

Number động

N

NLU Packet Switch NET Cascading Unit Khối xếp tầng NET chuyển

mạch gói

NMT Nordic Mobile Telephone Hệ thống điện thoại di động

cầm tayNSS Network and Switching Subsystem Phân hệ mạng và chuyển mạch

O

OMM Operation & Maintenance Moudule Khối vận hành và bảo dưỡngOMU Operation and Maintenance Unit Khối vận hành và bảo dưỡngOMCR Operations and Maintenance Centre –

Radio

Trung tâm vận hành và bảodưỡng vô tuyến

P

PCCPCH Primary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

sơ cấpPCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường

xuốngPLMN Public Land Mobile Network Mạng di dộng công cộng mặt

đất

R

RANAP Radio Access Network Application

Part

Phần ứng dụng mạng truy nhập

vô tuyến

S

SCCPCH Secondary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chungthứ cấp

SIR Signal to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

T

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

thời gian

Indicator

Chỉ thị tổ hợp khuôn dạngtruyền tải

TFI Transport Format Identificaton Nhận dạng khuôn dạng truyền

tải

U

UMTS Universal Mobile Telecommunications

System

Hệ thống viễn thông di độngmặt đất

USIM User Subscriber Identity Module Mô-đun nhận dạng thuê bao

người sử dụngUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kiến trúc mạng UMTS ở 3GPP Release 1999 _5Hình 1.2 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP Release 4 _8Hình 1.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP Release 5 9Hình 1.4 Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA 10Hình 1.5 Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải _14Hình 1.6 Tổng kết các kiểu kênh vật lý _14Hình 1.7 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý _17Hình 2.1 Quy trình tối ưu hóa mạng vô tuyến 19Hình 2.2 Phép phân tích tỉ lệ rớt cuộc gọi cao _30Hình 2.3 Phân tích tỉ lệ tắc nghẽn DCH cao _32Hình 2.4 Phân tích tỉ lệ tắc nghẽn DCCH cao 34Hình 2.5 Phân tích tỉ lệ chuyển giao thành công thấp 35Hình 2.6 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín _39Hình 2.7 Điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài 39UL/ DL 39Hình 2.8 Dịch công suất để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống. _40Hình 2.9 Dải động điều khiển công suất đường xuống _41Hình 2.10 PC vòng kín đường xuống trong quá trình chuyển giao phân tập 41Hình 2.11 Kiến trúc logic giải thuật PC vòng ngoài đường lên 43Hình 2.12 Một số hình ảnh về chuyển giao 47Hình 2.13 Điều khiển thâm nhập dựa trên công suất _48Hình 3.1 Sơ đồ các loại điều khiển công suất 51Hình 3.2 Điều khiển công suất vòng hở PRACH _55Hình 3.3 Liên hệ định thời của kênh PRACH và AICH 57Hình 3.4 Thay đổi công suất cho truyền lại mào đầu 58Hình 3.5 Điều khiển công suất vòng hở DPCH đường xuống 62Hình 3.6 Điều khiển công suất đường xuống kênh DPCCH _63Hình 3.7 Điều khiển công suất vòng hở DPCH đường lên 65Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển công suất vòng kín _67Hình 3.9 Thuật toán điều khiển công suất vòng trong đường lên _68Hình 3.10 Điều khiển công suất được thực hiện trên từng khe thời gian, vì vậy tần số của nó là 1500Hz. 69Hình 3.11 Điều khiển công suất được thực hiện trên mỗi nhóm 5 khe thời gian, vì vậy tần số điều khiển công suất là 300Hz. 70Hình 3.12 Thuật toán PCA1 với chuyển giao mềm _71Hình 3.13 Thuật toán PCA2 với chuyển giao mềm _72

Hình 3.14 Điều khiển công suất vòng trong đường lên với chuyển giao mềm bằng PCA2 _73Hình 3.15 Sơ đồ thuật toán điều khiển công suất vòng trong đường xuống _74Hình 3.16 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên 77

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Danh sách các kênh logic 12Bảng 1.2 Danh sách các kênh truyền tải 13Bảng 1.3 Danh sách các kênh vật lý 15Bảng 2.1 Tiêu chuẩn chất lượng mạng điển hình của Alcatel 19Bảng 2.2 Tiêu chuẩn chất lượng mạng điển hình của Huawei 20Bảng 2.3 Đánh giá chất lượng thoại dựa vào BER và FER _20Bảng 2.5 Eb/N0 đích phụ thuộc vào tỷ lệ lỗi của các lệnh điều khiển công suất 44phát (tốc độ UE = 3km/giờ) 44Bảng 2.6 Các Eb/N0 đích tại các tốc độ UE khác nhau (BLER đích = 1%, lưu _45lượng chuyển mạch kênh 64 kbps) _45Bảng 3.1 Liệt kê yêu cầu điều khiển công suất cho các kênh vật lý _52Bảng 3.2 Giá trị khuyến nghị các tham số 60

Bảng 3.3 Cấu hình được khuyến nghị cho các kiểu dịch vụ _64

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động ở Việt Nam đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ Sốlượng thuê bao tăng nhanh Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng,các nhà khai thác mạng ở Việt Nam áp dụng rất nhiều phương pháp nhằm tăng dunglượng hệ thống Trong đó tối ưu hóa là một phương pháp được lựa chọn, đặc biệt phầngiao diện vô tuyến nhằm tăng dung lượng của hệ thống, tiết kiệm công suất phát

Với mong muốn tìm hiểu quá trình tối ưu hệ thống 3G ở một mạng di động nên

em chọn đề tài “ Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dựa trên điều

khiển công suất” Nội dung đồ án bao gồm:

Chương I: Tổng quan về hệ thống WCDMA.

Chương II: Tối ưu hóa phần vô tuyến trong WCDMA

Chương III: Tối ưu hóa vô tuyến dựa trên điều khiển công suất theo giải pháp

Huawei

Trong suốt thời gian làm đồ án, em đã nhận được sự tận tình giúp đỡ, chỉ bảo củacác thầy cô giáo và bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn ViếtMinh, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án Em cũng xincảm ơn tất cả các thầy cô trong khoa Viễn thông đã nhiệt tình chỉ bảo em trong quátrình học tập và thực hiện đồ án

Em mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ phía thầy cô và các bạn để đồ ánđược hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày 05 tháng 12 năm 2010

Sinh viện thực hiện

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA UMTS

1.1 Giới thiệu 3G UMTS

Các công nghệ thông tin di động được chia thành ba giai đoạn phát triển: 1G,2G, 3G

Hệ thống 1G (First Generation) là hệ thống di động đầu tiên vào những năm70/80 Truy nhập vô tuyến dựa trên ghép kênh phân chia tần số FDMA (FrequencyDivision Multiple Access) Hệ thống đầu tiên này chỉ đơn thuần phục vụ có cuộc thoạitương tự, sử dụng kỹ thuật điều chế gần giống như kỹ thuật dùng trong vô tuyến FM(Frequency Modulation) Các hệ thống 1G là: hệ thống điện thoại di động Bắc ÂuNMT (Nordic Mobile Telephone System), hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS(Advanced Mobile Phone System), hệ thống truyền thông truy nhập tổng hợp TACS(Total Access Communication System)

Hệ thống 2G (Second Generation) thực hiện truy nhập thông qua ghép kênhphân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) hoặc ghép kênhphân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Hệ thống tốc độ dữ liệucao, tính bảo mật tốt hơn so với hệ thống 1G Hệ thống 2G cung cấp các dịch vụchuyển mạch kênh: dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn Các hệ thống 2G là: hệthống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile Communication),cdmaOne,…

Hệ thống 2,5G là các hệ thống 2G cung cấp dịch vụ thoại và hỗ trợ truyền dịch

vụ số liệu gói tốc độ thấp Các hệ thống 2,5 G là: GPRS (General Packet RadioService), EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution), CDMA (Code DivisionMultiple Access)

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G: Third Generation) xây dựng trên cơ

sở tiêu chuẩn Viễn thông di động quốc tế 2000 IMT- 2000 (Internaltional MobileTelecommunications 2000) Các tiêu chí chung để xây dựng IMT- 2000 như sau:

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau :

- Đường lên: 1885 – 2025 MHz

- Đường xuống: 2110 – 2200 MHz

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông

 Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như:

- Trong công sở

- Ngoài đường

- Trên xe

- Vệ tinh

 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênh

và số liệu chuyển mạch gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

- Cung cấp hai mô hình truyền dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ

- Có khả năng chuyển vùng toàn cầu

- Có khả năng sử dụng giao thức Internet

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn các hệ thống đã có

* Mạng 3G sẽ bao gồm các đặc tính chính sau:

- Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa làmạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2Mbit/s

- Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu

và cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn: tốc độ bit cao ởđường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại

- Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu

- Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định

- Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh.Hiện nay, châu Âu và các quốc gia sử dụng GSM cùng với Nhật đang phát triểnWCDMA trên cơ sở UMTS, còn Mỹ thì tập trung phát triển thế hệ hai (IS-95) và mởrộng tiêu chuẩn này đến IS-2000 Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới được xâydựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp TDMA

Công nghệ WCDMA được nghiên cứu để đưa ra đề xuất cho hệ thống thông tin

di động thế hệ 3 có các tính năng cơ sở sau:

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Hỗ trợ các cấu trúc thu tiên tiến.

Như vậy, WCDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ

ba giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuậtCDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong 3G thì WCDMA nhậnđược sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợcác kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

1.2 Kiến trúc hệ thống 3G UMTS

Hệ thống WCDMA UMTS được phát triển cho các nước sử dụng hệ thốngthông tin di động thế hệ hai là GSM vốn chiếm hơn 65% thị phần thuê bao di độngtrên thế giới Mục tiêu ban đầu hệ thống WCDMA UMTS không phải tương thích với

hệ thống GSM nhưng phần mạng lõi của hệ thống WCDMA UMTS lại được phát triểntheo hướng tận dụng lại tối đa thiết bị của hệ thống GSM WCDMA UMTS nhận được

sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ cáckiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình Với nhữngtính năng trên, hệ thống WCDMA UMTS mang lại những ưu điểm sau:

 Cải thiện những hệ thống thông tin di động hiện tại: cải thiện dung lượng, cảithiện vùng phủ sóng

 Đem lại tính linh hoạt cao trong việc cung cấp dịch vụ

 Thực hiện truy nhập gói hiệu quả và tin cậy

 Mang lại tính linh hoạt cao trong vận hành: hỗ trợ hoạt động không đồng bộgiữa các trạm gốc nên triển khai thuận lợi trong nhiều môi trường

Hệ thống WCDMA UMTS được sử dụng hai giải pháp là FDD và TDD Trong

đó FDD sử dụng công nghệ WCDMA, còn TDD sử dụng công nghệ TD/CDMA Tuyvậy, giải pháp FDD được phát triển rộng rãi hơn vì có nhiều ưu điểm đặc biệt trongviệc sử dụng băng tần đối xứng Còn giải pháp TDD chủ yếu dùng cho các ô quy mônhỏ như ô micro hay ô picro

1.2.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS Release 1999

Phát hành của hệ thống UMTS không được phát hành hàng năm như hệ thốngGSM Phát hành đầu tiên của hệ thống UMTS là 3GPP Release 1999, sau đó là pháthành 3GPP Release 2000 được chia thành 3GPP Release 4 và 3GPP Release 5

PSTN ISDN

internet USIM

ME

Cu

Nút B Nút B

Nút B Nút B

UE

Hình 1.1 Kiến trúc mạng UMTS ở 3GPP Release 1999

Kiến trúc mạng UMTS 3GPP Release 1999: Đây có thể nói là tập tiêu chuẩn

đầu tiên cho hệ thống UMTS được đưa ra cuối năm 1999

Từ hình vẽ 1.1 ta thấy kiến trúc mạng 3G Release 99 cũng không khác gì nhiều

so với kiến trúc mạng GSM, nhưng trong kiến trúc mạng này ta có thể thấy được là nó

có hỗ trợ thêm các node là: SGSN, GGSN và GMSC,…Cụ thể như sau:

Mạng lõi gồm các MSC, SGSN, GGSN, GMSC và các phần tử khác chứa các

cơ sở dữ liệu cần thiết của mạng thông tin di động như: HLR, AUC, VLR,…Cònmạng truy nhập vô tuyến UTRAN thì ta có thể xem trong hai khía cạnh tức là giaiđoạn đầu ta vừa triển khai mạng 3G, còn hệ thống GSM sẽ vẫn còn tồn tại Vậy ta thấyđược cả hai bộ phận bao gồm: RNC và BSC Các giao diện mạng UTRAN của pháthành này đều xây dựng trên cơ sở ATM, còn giao diện giữa SGSN và GGSN là sửdụng giao thức IP và báo hiệu số 7 (SS7) cũng sử dụng trong các bộ phận khác

Cấu trúc của hệ thống UMTS bao gồm các phần mạng logic và các giao diện Hệthống này gồm có nhiều phần tử, mỗi phần tử có chức năng khác nhau

Thiết bị người sử dụng, là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Có thể nóđây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ làm ảnh hưởnglớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạođiều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này đạt được nhờ tiêuchuẩn hóa giao diện vô tuyến

phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầucuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo chochúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất từ tất

cả các đầu cuối

Bộ điều khiển mạng vô tuyến, chịu trách nhiệm cho một hoặc nhiều trạm gốc vàđiều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng là điểm truy nhập mà UTRAN cungcấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói vàmột cho chuyển mạch kênh

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủtục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC

RNC có nhiều chức năng Logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người

sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sửdụng chuyển đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi(DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNCphục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN Chức năng cuối cùng củaRNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B có một RNC điều khiểnchịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, là nút chính của miền chuyển mạch gói Nó nối đếnUTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông qua giao diện Gn SGSN chịutrách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưu hai dữ liệu thuê bao:thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

Nút hỗ trợ cổng GPRS, là một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác Tất cảcác cuộc gọi truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN.Cũng như SGSN, nó lưu cả thông tin thuê bao và thông tin vị trí

Bộ ghi định vị tạm trú là bản sao của HLR cho mạng phục vụ Dữ liệu thuê baocần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây Cả MSC

và SGSN đều có VLR nối với chúng

Các số liệu sau đây được lưu trong VLR:

- MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cungcấp Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thếđược gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

Thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chức năngbáo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chức năngcủa MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khảnăng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC.Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC

Có thể là một trong các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năngđịnh tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhàkhai thác GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý

MS

Bộ ghi định vị thường trú Là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuêbao di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng củatừng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI, ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: sốthuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP Cả IMSI vàMSISDN có thể sử dụng làm khóa để truy nhập đến các thông tin được lưu khác Đểđịnh tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLRnào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộcgọi, tốc độ dữ liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụnhư các hạn chế chuyển mạng

 Các giao diện

Vai trò của các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giaodiện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để nhà sản xuất có thể kếtnối các phần cứng khác nhau

MSC Server

MGW RNC

Iu-cs Vật mang

Iu-Cs (Điều khiển)

H248/IP

HSS/

HLR

Hình 1.2 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP Release 4

Trong kiến trúc phân bố ở phát hành này, phần báo hiệu và lưu lượng củachuyển mạch kênh được tách hai tuyến riêng biệt Phần chuyển mạch kênh giống nhưtrong phát hành 3GPP Release 99 Các phần tử MSC và GMSC được tách thành haithành phần sau:

 MSC: Được chia thành các thành phần sau:

- MSC Server: Chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi và quản

lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn MSC Server và GMSC Server kết nối vớiMGW bằng giao thức MEGACO Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSCServer và GMSC Server là giao thức BICC

- MGW (Cổng đa phương tiện): Chứa ma trận chuyển mạch hoạt động

dưới sự điều khiển của phần mềm tại MSC Server (Softswich) Việc tách MSCthành hai thành phần còn cho phép chuyển đổi tốc độ sang 64 Kbps chỉ cầnthực hiện ở giao diện MGW với mạng ngoài mà không cần thực hiện trongmạng lõi của UMTS

 GMSC: Thành phần này cũng được chia thành hai thành phần là GMSC Server

và MGW, GMSC Server có chức năng tương tự như MSC Server

Như vậy, ta có thể nói rằng trong phát hành này tồn tại hai đường trục cảchuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Ngoài ra trong môi trường mạng lõi thì đều sửdụng giao thức IP và ATM, và trong đó UMTS được sử dụng báo hiệu số 7 (SS7)

SS7

Gi

R-SGW CSCF

Mr Cx

Hình 1.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP Release 5

Chức năng của một số phần tử như:

 CSCF: Quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến

và từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến

 MRF (Chức năng tài nguyên đa phương tiện): Thực hiện chức năng lập cầu hội

nghị nhằm hỗ trợ các chức năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hộinghị

 T-SGW (Cổng báo hiệu truyền tải): là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương

tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T-SGW hỗ trợ các giao thứcSigtran

 R-SGW (Cổng báo hiệu chuyển mạng): là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu

với các mạng di dộng hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn

 MGCF: Điều khiển các cổng đa phương tiện MGW Giao thức điều khiển giữa

MGCF và MGW là ITU-T H.248, và MGCF cũng liên lạc với CSCF qua giaothức SIP

1.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến và các kênh của WCDMA

1.3.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến WCDMA

C¸c kªnh truyÒn t¶i

MAC

RLC RLC

RLC RLC

RLC RLC RLC

BMC

Líp 3-RRC (§iÒu khiÓn tµi nguyªn VT )

PDCP PDCP

L2/PDCP

(Giao thøc héi

tô sè liÖu gãi)

Hình 1.4 Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA

Giao diện vô tuyến được phân thành 3 lớp giao thức:

 Lớp vật lý (L1)

 Lớp đoạn nối số liệu (L2)

 Lớp mạng (L3)

Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiểntruy nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết vô tuyến),PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC(Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/đa phương)

Lớp 3 và RLC đựơc chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C) và mặtphẳng người sử dụng (U) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U

Trong mặt phẳng C lớp 3 được chia thành các lớp con: “tránh lặp" (TBD) nằm

ở tầng truy nhập nhưng kết cuối ở mạng lõi (CN: Core Network) và lớp RRC (RadioResource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) Báo hiệu ở các lớp cao hơn: MM(Mobility Management) và CC (Connection Management) được coi là ở tầng khôngtruy nhập

Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến Lớp vật lý được sử dụng đểtruyền dẫn ở giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổhợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên) Các kênhđược sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuynhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý

Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin

này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic MAC sắp xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vật lý.

1.3.2 Các kênh của WCDMA

1.3.2.1 Kênh logic

Nói chung các kênh logic được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển(CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TrafficChannel) để truyền thông tin của người sử dụng Các kênh logic và ứng dụng củachúng được tổng kết trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Danh sách các kênh logic

Nhóm kênh Kênh logic ứng dụng

CCH (Control

Channel: Kênh

điều khiển)

BCCH (Broadcast Control Channel:

Kênh điều khiển quảng bá)

Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống

PCCH (Paging Control Channel:

Kênh điều khiển tìm gọi)

Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi

CCCH (Common Control Channel:

Kênh điều khiển chung)

Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE Được sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ô mới

DCCH (Dedicated Control Channel:

Kênh điều khiển riêng).

Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng Được thiết lập bởi tiết lập kết nối của RRC

TCH (Traffic

Channel: Kênh

lưu lượng)

DTCH (Dedicated Traffic Channel:

Kênh lưu lượng riêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của người sử dụng DTCH có thể tồn tại cả ở đường lên lẫn đường xuống

CTCH (Common Traffic Channel:

Kênh lưu lượng chung)

Kênh một chiều điểm đa điểm để truyền thông tin của một người sử dụng cho tất

cả hay một nhóm người sử dụng quy định hoặc chỉ cho một người sử dụng Kênh này chỉ có ở đường xuống.

1.3.2.2 Kênh truyền tải

Các kênh lôgic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải Tồn tạihai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung Điểm khác nhau giữachúng là: kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người

sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duynhất Danh sách các kênh truyền tải được mô tả trong bảng 1.2 Mỗi kênh truyền tảiđều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải (TFI: Transport Format Indicator) tạimọi thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận được số liệu từ các mức cao hơn Lớpvật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau vào chỉ thị kết hợp khuôn

dạng truyền tải (TFCI= Transport Format Combination Indicator) TFCI được pháttrên kênh điều khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào đang tích cực ở khunghiện thời Thông báo này không cần thiết khi sử dụng cơ chế phát hiện khuôn dạngkênh truyền tải mù (DTFD= Blind Transport Format Detection) được thực hiện bằngkết nối với các kênh riêng đường xuống Máy thu giải mã TFCI để nhận được các TFI.Sau đó các TFI này đựơc chuyển đến các lớp cao hơn cho các kênh truyền tải tích cực

Kênh hai chiều được sử dụng để phát số liệu của người sử dụng Được

ấn định riêng cho người sử dụng Có khả năng thay đổi tốc độ và điều khiển công suất nhanh

BCH (Broadcast Channel:

Kênh quảng bá)

Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô)

FACH (Forward Access

Channel: Kênh truy nhập

đường xuống)

Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và số liệu của người sử dụng Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơn

PCH (Paging Channel:

Kênh tìm gọi)

Kênh chung dường xuống để phát các tín hiệu tìm gọi

RACH (Random Access

Channel)

Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu người sử dụng Áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng để truyền số liệu thấp của người sử dụng

CPCH (Common Packet

Channel: Kênh gói chung)

Kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng, áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng trước hết để truyền số liệu cụm DSCH (Dowlink Shared

Channel: Kênh chia sẻ

Các kênh truyền tải

Hình 1.5 Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải

1.3.2.3 Kênh vật lý

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và

cả pha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm cáckênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH:Common Physical Channel) Các kênh vật lý được tổng kết ở hình 1.6 và bảng 1.3

CPICH P-CCPCH S-CCPCH SCH PDSCH

AICH PICH

DPDCH DPCCH

PRACH PCPCH

Đường lên Đường xuống

Hình 1.6 Tổng kết các kiểu kênh vật lý

Bảng 1.3 Danh sách các kênh v t lý ật lý

DPCH (Dedicated Physical

Channel: Kênh vật lý riêng)

Kênh hai chiều đường xuống/đường lên được ấn định riêng cho UE Gồm DPDCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) Trên đường xuống DPDCH và DPCCH được ghép theo thời gian còn trên đường lên được ghép theo pha kênh I và pha kênh Q sau điều chế BPSK

Control Channel: Kênh vật lý

điều khiển riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý của DPCH DPCCH là kênh

đi kèm với DPDCH chứa: các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất (TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp khuân dạng truyền tải Các ký hiệu hoa tiêu cho phép máy thu đánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vô tuyến và thực hiện tách sóng nhất quán Các ký hiệu này cũng cần cho hoạt động của anten thích ứng (hay anten thông minh) có búp sóng hẹp TPC để điều khiển công suất vòng kín nhanh cho cả đường lên và đường xuống TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải: các tốc độ số liệu hiện thời trên các kênh số liệu khi nhiều dịch

vụ được sử dụng đồng thời Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc

dộ số liệu cố định Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp (FBI: Feeback Information) ở đường lên để đảm bảo vòng hồi tiếp cho phân tập phát và phân tập chọn lựa.

PRACH (Physical Random

Access Channel: Kênh vật lý

truy nhập ngẫu nhiên)``

Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải RACH

CPICH (Common Pilot

Channel: Kênh hoa tiêu

chung)

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp) P-CPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quán cho toàn

bộ ô để UE thu được SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì các kênh này không có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp kênh DPCH Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp Chẳng hạn có thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S- CCPCH (kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh DPCH đường xuống.

P-CCPCH (Primary Common

Control Physical Channel:

Kênh vật lý điều khiển chung

sơ cấp)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung sơ cấp)

Kênh chung đường xuống Một ô có thể có một hay nhiệu S-CCPCH Được sử dụng để truyền PCH và FACH

Channel: Kênh đồng bộ)

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp và thứ cấp Được sử dụng để tìm ô

PDSCH (Physical Downlink

Shared Channel: Kênh vật lý

chia sẻ đường xuống)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH

AICH (Acquisition Indication

Channel: Kênh chỉ thị bắt)

Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH Được sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH.

PICH (Page Indi cation

Channel: Kênh chỉ thị tìm gọi)

Kênh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi kênh này mang PCH) để phát thông tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối Khi nhận được thông báo này, UE thuộc nhóm kết cuối cuộc gọi thứ n sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH

AP-AICH (Access Preamble

Các các kênh truyền tải đựơc sắp xếp lên các kênh vật lý như trên hình 1.7

PCH

DPCCH DSCH

Hình 1.7 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

1.4 Kết luận chương

Trong chương này, trước hết ta đã xem xét tổng quan hệ thống thông tin 3G.Tiếp theo là xét các kiến trúc của hệ thống 3G do 3GPP phát hành, đó là các phiên bảnRelease 1999, Release 4 và Release 5 Phiên bản Release 99 mang nhiều đặc điểm từGSM, tuy nhiên có hỗ trợ thêm phần chuyển mạch gói bao gồm các phần tử SGSN,GGSN Phiên bản Release 4 phát triển từ Release 99, đó là kiến trúc phân bố khi phântách chức năng của MSC trong Release 99 thành 2 phần tử đảm nhận hai chức năngriêng biệt với MGW thực hiện phần chuyển mạch, còn MSC server chịu trách nhiệmđiều khiển MGW định tuyến cuộc gọi Phiên bản Release 5 hội tụ miền chuyển mạchgói và chuyển mạch kênh, đó là kiến trúc mạng mà dữ liệu và thoại có thể truyềnchung trên đường truyền dẫn Cuối chương đề cập phần giao diện vô tuyến WCDMAcùng các kênh trên giao diện vô tuyến Ở chương sau sẽ đề cập tổng quát bài toán tối

CHƯƠNG II TỐI ƯU HÓA VÔ TUYẾN WCDMA

Trong hệ thống thông tin thế hệ ba việc tối ưu mạng rất quan trọng vì mạng thế

hệ ba cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng Điều khiển tự động phải cung cấp câu trả lờinhanh cho các điều khiển thay đổi lưu lượng trong mạng Trong quá trình đầu của xâydựng mạng W- CDMA chỉ có một số thông số là tự điều chỉnh và vì thế vì vậy cầnphải duy trì quá trình tối ưu hóa của mạng GSM

Tối ưu hóa là quá trình phân tích cấu hình và hiệu năng mạng nhằm cải thiệnchất lượng mạng tổng thể và đảm bảo tài nguyên mạng được sử dụng một cách có hiệuquả

Mục đích của tối ưu là nhằm đạt được một trong các mục tiêu sau:

 Để nhận diện chính xác các suy giảm hiệu suất mạng Các suy giảm nàyđược nhận diện thông qua việc giám sát liên tục các KPIs của mạng đãđược định nghĩa hay qua các phản ánh của khách hàng

 Tối ưu để chắc chắn hiệu suất mạng được duy trì với chất lượng dịch vụkhông thay đổi

2.1 Quy trình thực hiện tối ưu hóa vô tuyến

Tối ưu hóa mạng nhằm cải thiện hiệu năng mạng và tối đa các lợi thế vể tàinguyên mạng thông qua việc tập hợp các tham số, phân tích dữ liệu, điều chỉnh và đưa

ra giải pháp phù hợp Quá trình tối ưu hóa mạng vô tuyến bao gồm bốn bước cơ bảnđược trình bày khái quát trên hình 2.1 Cụ thể:

+ Thu nhận thông tin: Xác định các tham số kĩ thuật và các tham số mạng

thực tế, khảo sát môi trường vô tuyến, đo kiểm các điểm nóng lưu lượng, và tìm hiểuyêu cầu của khách hàng

+ Tập hợp dữ liệu: tập hợp dữ liệu thống kê lưu lượng OMCR và dữ liệu cảnh

báo, dữ liệu đo kiểm DT (Driver Testt) và các phản ánh khách quan của UE

+ Phân tích dữ liệu: Phân tích hiệu năng của mạng, cũng như các tham số và

các số liệu thống kê lưu lượng bằng cách sử dụng các công cụ tối ưu hóa mạng

+ Điều chỉnh mạng: Điều chỉnh các tham số kĩ thuật và các tham số thuộc về

chức năng mạng

Thu nhận các thông tin

Hiệu chỉnh mạng Phân tích dữ liệu Tập hợp dữ liệu

Thu được các chỉ số hiệu năng mạng

Báo cáo tối ưu hóa mạng

Y N

Hình 2.1 Quy trình tối ưu hóa mạng vô tuyến

Sau khi tiến hành hiệu chỉnh mạng, nếu đã thu được các thông số cụ thể cầnthiết thì thực hiện báo cáo tối ưu hóa mạng, nếu chưa thu được kết quả thì quay lại chutrình trên bốn bước như trên

Báo cáo tối ưu hóa mạng: phải đưa ra một số phương pháp tối ưu, các chỉ số hiệu

năng mạng thích hợp, và đề xuất phương án phát triển mạng

2.2 Đánh giá về hiệu năng mạng

Dưới đây là các chỉ số đánh giá mạng của một số nhà cung cấp mạng: Alcatel,Huawei

B ng 2.1 Tiêu chu n ch t l ảng 2.1 Tiêu chuẩn chất lượng mạng điển hình của Alcatel ẩn chất lượng mạng điển hình của Alcatel ất lượng mạng điển hình của Alcatel ượng mạng điển hình của Alcatel ng m ng đi n hình c a Alcatel ạng điển hình của Alcatel ển hình của Alcatel ủa Alcatel

Tỷ lệ rớt cuộc gọi (Drop Call Rate)  4 %

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn chất lượng mạng điển hình của Huawei

Tỷ lệ rớt cuộc gọi (Drop Call Rate)  5%

Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ≥ 98 %

RXQUAL được xem như một phép đo cơ bản Nó phản ánh đơn giản tỉ số BERtrung bình theo chu kì 0.5s

2.2.1 FER (frame erasure rate)

FER nằm trong dải từ 0 đến 100% FER đại diện cho tỉ lệ phần trăm của khốiCRC sai Do tỉ số BER được tính toán trước khi giải mã không có lợi đối với việc nhảytần, vì thế FER được sử dụng trong trường hợp này FER cũng phụ thuộc vào kiểu mãhóa mặc dù nó ổn định hơn BER Tỉ lệ bit mã hóa thoại càng thấp thì FER càng nhạy

2.2.2 MOS (Mean Opinion Score)

MOS là một KPI quan trọng để đánh giá các cuộc gọi Điểm có các mức từ 1 đến

5 tương ứng với chất lượng thoại rất tồi, tồi, trung bình, tốt, xuất sắc Nói chung chấtlượng âm thanh không chỉ phụ thuộc vào chất lượng kết nối vô tuyến và khả năng mãhóa mà còn phụ thuộc vào thiết bị cầm tay, nhiễu nền, nội dung thoại và vấn đề tiếngvọng

Thực tế cho thấy, để giám sát chất lượng thoại theo KIP, tốt nhất nên kết hợp cảBER và FER

Bảng 2.3 Đánh giá chất lượng thoại dựa vào BER và FER

Hoặc BER hay FER rất xấu Không kết luận

2.3 Các chỉ tiêu chất lượng hệ thống

2.3.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ QoS

QoS (Quality of Service) có thể xem như là những chỉ tiêu đánh giá mạng lưới

mà bất cứ một hệ thống thông tin di động nào đều phải có Chỉ tiêu chất lượng mạnglưới ở đây phải là những tiêu chí thực sự “chất lượng” chẳng hạn như tiếng nói trongtrẻo, ít rớt cuộc gọi và không bị nghẽn mạch Để đánh giá được chất lượng mạngchúng ta phải xác định những đại lượng đặc trưng (key indicators), qua đó cho phépnhững cái nhìn chính xác về sự hoạt động của mạng lưới cũng như chất lượng củamạng

2.3.2 Giới thiệu các KPIs chính

KPI là các chỉ số thể hiện chất lượng mạng, là chỉ số làm tiêu chí đánh giámạng di động tốt hay tồi Một nhân viên thiết kế tối ưu mạng lưới cần nắm rõ các chỉ

số KPI, biết phân tích, đánh giá và đưa ra quyết định hành động tối ưu nhất để nângcao chất lượng mạng lưới cũng như cải thiện các chỉ số đó Sau đây là giới thiệu, giảithích ý nghĩa các chỉ số KPI chính

2.3.2.1 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR (Call Setup Successful Rate)

Có thể định nghĩa CSSR như là tỉ lệ mà người sử dụng (thuê bao) thành côngtrong việc bắt đầu thực hiện cuộc gọi xét trên cả hai chiều gọi đi và gọi đến (lưu ý lànhững cuộc gọi đã được nối nhưng bị rớt trong trường hợp này vẫn được coi là thànhcông) Thành công ở đây ta có thể tạm coi là khi người sử dụng quay số và bấm

“YES”, cuộc gọi chắc chắn được nối (trường hợp gọi đi) Trong trường hợp gọi đến,

sự không thành công có thể hiểu đơn giản là một ai đó đã thực sự gọi đến thuê baonhưng thuê bao vẫn không nhận được một tín hiệu báo gọi nào mặc dù anh ta vẫn bậtmáy và nằm ở trong vùng phủ sóng CSSR có thể được tính như sau:

CSSR = Tổng số lần thực hiện (nhận) thành công cuộc gọi / Tổng số lần thực hiện

(nhận) cuộc gọi

Theo khuyến nghị Alcatel về chỉ tiêu chất lượng hệ thống thì tỷ lệ thiết lập cuộc

AVDR = Tổng số lần rớt mạch / Tổng số lần chiếm mạch DCH thành công ngoại

trừ trường hợp Handover (AVDR = Total drops/ Total DCH seizures excluding DCH seizures due to HO)

Đại lượng này nên sử dụng để đánh giá chất lượng toàn mạng, chứ không nên

áp dụng cho từng cell riêng lẻ vì rằng mỗi cell không chỉ mang những cuộc gọi đượcbắt đầu từ nó (trên cả hai nghĩa gọi đi và gọi đến) mà nó còn phải chịu trách nhiệm tảinhững cuộc gọi được handover từ nhưng cell khác sang - điều đó có nghĩa là nó bịchiếm mạch nhiều hơn rất nhiều lần Hơn nữa đối với mỗi cell, việc mang một cuộcgọi do handover hay bình thường là có cùng một bản chất

2.3.2.3 Tỷ lệ rớt mạch trên DCH (DCH Drop Rate - DCDR)

DCDR có thể tạm định nghĩa là tỉ lệ rớt mạch tính trên các kênh DCH của từngcell riêng biệt

DCDR= Tổng số lần rớt mạch/ Tổng số lần chiếm mạch thành công

(DCDR= Total DCH Drops/ Total DCH Seizures)

Tổng số lần chiếm mạch ở đây có thể xuất phát từ bất cứ nguyên nhân nào, kể

cả Handover

Có rất nhiều nguyên nhân gây nên rớt mạch, loại trừ nguyên nhân do máy diđộng gây ra ta có thể đưa ra những nguyên nhân chính sau đây:

• Do bị nhiễu quá nhiều hoặc do chất lượng kênh truyền quá thấp

• Do tín hiệu quá yếu

• Do lỗi của hệ thống chẳng hạn như phần cứng trục trặc

• Do sử dụng các giá trị không chuẩn của các tham số BSS

• Do không Handover được (thiếu neighbour cell chẳng hạn)

Nhằm dễ dàng hơn cho công tác kỹ thuật, DCDR được phân ra làm hai đạilượng mới:

Rớt mạch do lỗi hệ thống: DCDR-S (Drop due to System): tham số này bao

gồm tất cả các lỗi do hệ thống chẳng hạn như software, transcoder được tính theo tỷ

lệ phần trăm trên tổng số lần rớt mạch Với một hệ thống tốt, tỷ lệ này là rất nhỏ(thường vào khoảng 2-5 % tổng số lần rớt mạch)

Rớt mạch do lỗi tần số vô tuyến RF: DCDR-R (Drop due to RF): tham số này

bao gồm tất cả các lỗi như mức tín hiệu kém, chất lượng quá kém, quá nhiễu,Handover kém cũng được tính theo tỷ lệ phần trăm trên tổng số lần rớt mạch

DCDR-R + DCDR-S = 100%

2.3.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch DCH (DCH Blocking Rate - DCBR)

DCBR được định nghĩa như tỉ lệ chiếm mạch không thành công do nghẽn kênhthoại (không có kênh DCH rỗi) trên tổng số lần hệ thống yêu cầu cung cấp kênh thoại

DCBR = Tổng số lần bị nghẽn / Tổng số lần yêu cầu đường thông

(DCBR = Total blocks / Total DCH attempts)

Tỷ số này phản ánh mức độ nghẽn mạch trên từng cell riêng lẻ hay trên toàn hệthống Khi tỷ số này ở một cell (hay khu vực) nào đó trở nên quá cao điều đó có nghĩa

là rất khó thực hiện được cuộc gọi trong cell (hay khu vực) đó Tuy nhiên tham số nàykhông phản ánh một cách chính xác yêu cầu về lưu lượng trên mạng vì rằng khi mộtngười nào đó muốn thực hiện một cuộc gọi trong vòng một phút chẳng hạn, người ta

sẽ cố nhiều lần để có thể nối được một kênh thoại và như vậy sự thử có thể là rất nhiềulần (có thể là hàng chục) để có thể chỉ thực hiện một cuộc gọi duy nhất kéo dài mộtphút Điều này làm tăng tỷ lệ nghẽn mạch lên rất nhanh, vượt quá cả bản chất thực tếcủa vấn đề Vì vậy để đánh giá một cách chính xác hơn, người ta sử dụng một đạilượng khác là cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service)

Đôi khi ta không hiểu tại sao mà tỷ lệ DCBR lại rất cao ở một số cell, trongtrường hợp này cách tốt nhất là tham khảo thêm các đại lượng Maxbusy và Congestiontime cho cell đó

Maxbusy: Số kênh lớn nhất bị chiếm tại cùng một thời điểm

Congestion time: Tổng số thời gian mà toàn bộ số kênh bị chiếm hết (Tổng sốthời gian nghẽn)

Lưu lượng và Grade of Service (GoS):

Lưu lượng mang bởi hệ thống trong khoảng thời gian t được định nghĩa như sau:

C = n*T/t

Trong đó

T là thời gian đàm thoại trung bình

n số cuộc gọi trong khoảng thời gian t

Đơn vị của lưu lượng được tính bằng Erlang (E), nếu như thay t=3600, ta có Eh

nghĩa là hoặc vùng phủ sóng của cell đã bị thu hẹp lại (do tụt công suất hay antenhỏng) hoặc một nhóm thu phát nào đấy của cell không hoạt động

Lưu lượng của hệ thống có một tương quan tương đối đối với tỷ lệ nghẽn DCH(DCBR) đã trình bày ở trên, khi lưu lượng tăng vượt một giá trị nào đó (tuỳ thuộc vàodung lượng của cell) thì tỷ lệ DCBR cũng tăng lên rất nhanh theo nó Tuy nhiên trongmột số trường hợp, ngay cả khi có lưu lượng rất thấp, tỷ lệ DCBR vẫn rất cao Khi đókhông có một cách lý giải nào tốt hơn là một số kênh trên cell đã không hoạt động

Giờ bận của hệ thống BH (busy hour) được tính như là giờ mà lưu luợng đi qua

hệ thống là lớn nhất Và do đó khi thiết kế một hệ thống nào đó, nhằm thoả mãn yêucầu về lưu lượng một cách tốt nhất người ta thường sử dụng các số liệu thống kê chogiờ bận

Trong một hệ thống với một số hữu hạn kênh thoại và mỗi thuê bao chiếmmạch hết một thời gian trung bình T nào đấy, ta thấy ngay rằng khi số thuê bao tănglên hay nói cách khác khi mà lưu lượng tăng lên thì xác suất bị nghẽn mạch cũng tănglên và khi lưu lượng tăng lên đến một mức độ nào đó thì tình trạng nghẽn mạch khôngthể chấp nhận được nữa Vậy làm sao có thể đánh giá mức độ nghẽn mạch này mộtcách chính xác? Người ta sử dụng một đại lượng là cấp độ phục vụ GoS để thực hiệnđiều đó

GoS có thể được định nghĩa như là xác suất bị nghẽn mạch cho một thuê baokhi thực hiện cuộc gọi trong một khu vực có một “lưu lượng yêu cầu” (offerred traffic)xác định nào đó Vấn đề này sinh ra là “lưu lượng yêu cầu” ở đây là gì? Nó có thểđược coi như là lưu lượng mà hệ thống có thể mang được trong giờ bận trong trườnghợp không có nghẽn mạch hay nói cách khác đi là khi số kênh thoại của hệ thống tăng

A = C*(1+GoS) Trong đó C - lưu lượng đo được trên hệ thống

Nhưng vấn đề lại là làm sao tính được GoS Để tính GoS đầu tiên người ta giả

sử A= C, dựa vào công thức (*) ta có thể tính được GOS1 nào đấy, và khi đó:

C1=A/(1+GoS1)

Nếu như C1 vừa tính được lại nhỏ hơn C thực, người ta lại tăng A lên một chútchẳng hạn A= C + 0,00001, lại tính theo cách ở trên và cứ như thế cho tới khi Cn tínhđược gần với C thực nhất Khi đó giá trị tính được GoSn chính là giá trị của GOS cầntìm Khi đã tính được “lưu lượng yêu cầu” A, ta có thể dễ dàng xác định số kênh cầnthiết bằng cách tra bảng

2.3.2.5 Tỉ lệ rớt mạch trên DCCH (DCCH Drop Rate - DCDR)

CCDR được định nghĩa như là tỷ lệ giữa tổng số lần rớt mạch trên kênh DCCH

và tổng số lần chiếm DCCH thành công

DCDR = Tổng số lần rớt trên DCCH / Tổng số lần chiếm DCCH thành công

(DCDR = DCCH drops / DCCH seizures)

2.3.2.6 Tỷ lệ nghẽn mạch trên DCCH (DCCH Blocking Rate - DCBR)

DCBR được định nghĩa như là tỷ số giữa tổng số lần chiếm DCCH không thànhcông do nghẽn DCCH và tổng số lần yêu cầu cung cấp kênh DCCH

DCBR = Tổng nghẽn DCCH / Tổng yêu cầu DCCH (DCBR = DCCH blocks / DCCH Attempts)

Đại lượng này rất quan trọng đối với một hệ thống WCDMA và trực tiếp ảnhhưởng đến tỷ lệ thành công khi một thuê bao thực hiện cuộc gọi Nếu như tỷ lệ nghẽnDCCH quá cao thì khả năng thực hiện cuộc gọi rất khó - khi bạn bấm “Yes” sẽ chẳng

có gì xảy ra cả, và điều nguy hiểm nhất là thuê bao không thể nhận biết được điều này(khác với trường hợp nghẽn DCH, thuê bao có thể được biết nhờ âm thanh hoặc nhờthông điệp “net fail” trên màn hình của máy di động) và rất có thể họ nghĩ rằng máycủa mình hỏng

Cũng tương tự như trên DCH ta cũng có thể tham khảo thêm hai đại lượng khác

là Maxbusy và Congestion time cho DCCH

IHOSR được định nghĩa như là tỷ lệ giữa số lần nhận handover thành công vàtổng số lần được yêu cầu chấp nhận handover.

IHOSR = Tổng handover vào thành công / Tổng handover vào (IHOSR = Incoming HO Success / Total Incoming HO request by BSS)

 Tỷ lệ thành công handover ra (Outgoing HO Successful Rate - OHOSR)

OHOSR được định nghĩa như là tỷ lệ giữa số lần handover ra thành công vàtổng số lần được yêu cầu handover

OHOSR = Tổng handover thành công / Tổng số lần quyết định handover

(OHOSR = HO Success / Total HO request by BSS )

EMPD được định nghĩa như là tỷ số giữa traffic tính theo phút và tổng số lầnrớt mạch

EMPD = 60* traffic / Tổng số cuộc rớt

 Thời gian chiếm mạch trung bình (MHT - Mean Holding Time)

MHT được định nghĩa như là thời gian chiếm mạch trung bình cho một lầnchiếm mạch Và nó có thể đươc tính như sau:

MHT= Tổng thời gian chiếm mạch/ Tổng số lần chiếm mạch thành công.

2.3 Các vấn đề của tối ưu hóa vô tuyến trong WCDMA

2.3.1 Độ bao phủ của mạng

Sau khi nút B đi vào hoạt động một thời gian ngắn, hoặc quá trình lắp đặt thêmcác nút B mới, hoặc thay thế các nút B cũ, đã làm cho độ bao phủ của nút B thu hẹplại, thậm chí còn xuất hiện những vùng chết (dead zone) do một vài nguyên nhân khácnhau Trong trường hợp đó, hiệu năng của hệ thống sẽ bị ảnh hưởng Việc thu hẹp độbao phủ không chỉ liên quan đến các tham số kĩ thuật như công suất và độ nhạy củanút B, mà còn liên quan đến chất lượng kĩ thuật, yếu tố địa hình và điện từ trường Cácyếu tố đó có thể là:

+ Công suất đầu ra của máy phát giảm

+ Độ nhạy máy thu giảm

+ Góc phương vị của antten thay đổi

+ Góc nghiêng thay đổi

+ Suy hao phi đơ

+ Suy hao ghép nối

+ Dải tần làm việc thay đổi

+ Môi trường truyền dẫn thay đổi

+ Hiệu ứng phân tập thay đổi

Khi đó cần phải thực hiện một số thao tác để phát hiện nguyên nhân

1/Cần kiểm tra điều kiện xung quanh các anten nút B: Có thể các công trình dândụng, các tòa nhà lớn tạo thành rào cản gây các hiệu ứng không mong muốn cho việcthu phát của anten nút B Trong trường hợp đó, cần điểu chỉnh góc phương vị hoặcthay đổi độ cao của anten

2/Kiểm tra sự thay đổi của môi trường truyền dẫn Sự thay đổi môi trườngtruyền dẫn sóng điện từ sẽ làm yếu tín hiệu thu ở các đầu cuối vô tuyến Đặc biệt là ởcác vùng núi, truyền dẫn sóng điện từ phụ thuộc vào sự phản xạ và nhiễu xạ qua núi

Ví dụ sự thay đổi về thực vật làm giảm độ bao phủ của nút B Thêm nữa khí hậu vàcác yếu tố tự nhiên cũng tạo ra hiệu ứng đối với sóng điện từ Suy hao truyền dẫn khácnhau có thể do mật độ cây cối, vùng biển, do những tòa nhà cao tầng đặc biệt là nhữngtòa nhà gần nút B, và giá trị suy hao lớn nhất là 30dB

3/Kiểm tra các cảnh báo sóng đứng Nếu có các bản tin cảnh báo thì cần kiểmtra các anten và các feeder tương ứng Cũng nên kiểm tra kĩ hơn nếu tỉ lệ sóng đứngnhỏ hơn 1,5% Nếu lớn hơn 1,5%, có thể nước đã xâm nhập vào anten hoặc các bộghép nối feeder

4/Kiểm tra anten Cần phải lựa chọn anten lọc điểm không hay anten có gócnghiêng điện khi mà độ cao của anten rất lớn Hơn nữa, anten đẳng hướng không thể

sử dụng rộng rãi cho độ bao phủ rộng Trong trường hợp đó, vấn đề về độ bao phủ cóthể giải quyết bằng các anten định hướng

3/Kiểm tra việc lắp đặt các anten mới Cần kiểm tra độ cao, góc phương vị, gócnghiêng của anten Các khu vực bao phủ quan trọng không bị chắn bởi các tòa nhà caotầng, và không vuông góc với hướng phân tập của anten Để giảm che khuất do các tòanhà, cần tập trung vào các khoảng cách giữa anten và tòa nhà Hơn nữa, cực của antenđẳng hướng và phần RF của anten không được chồng lấn lên nhau

5/Kiểm tra góc nghiêng và góc phương vị của các anten máy phát hai chiều cónhất quán với nhau Nếu chúng không nhất quán, sẽ xảy ra rớt cuộc gọi, thất bại gán

được nếu các giá trị TA (Test advance) của vòng trong và vòng ngoài được thiết lập vàcấp phát hợp lý.

Ngoài ra cũng nên kiểm tra các bộ khuếch đại, bộ ghép, bộ tách,… Kiểm tramức công suất đỉnh đầu ra của máy thu phát, kiểm tra độ nhạy của máy thu, các tham

số tác động đến độ bao phủ, nhiễu

2.3.2 Nhiễu

Nhiễu là một trong những yếu tố quan trọng tác động đến hiệu năng của mạng

và làm giảm chất lượng thoại, rớt cuộc gọi, chuyển giao, tắc nghẽn,.v.v…

Trong hệ thống di động, khi nút B đang thu tín hiệu từ một UE từ xa, nút B đókhông chỉ chịu tác động của tín hiệu thu phát của thiết bị đó mà còn chịu tác động củanút B và UE khác Nhiễu có thể là do nhiễu trong mạng, nhiễu do bộ lặp, nhiễu từ cácthiết bị viễn thông có công suất lớn khác, nhiễu sinh ra do các hư hỏng phần cứng

Nhiễu trong ô sinh ra do việc tái sử dụng tần số triệt để hoặc do tần số được quyhoạch không đúng cách, nhiễu cùng tần số, nhiễu do các ô lân cận gây ra

Nhiễu do bộ lặp Trong giai đoạn ban đầu xây dựng mạng, các bộ lặp được sửdụng rộng rãi để mở rộng khoảng cách bao phủ của mạng Tuy nhiên, do không đượcquy hoạch hợp lý sẽ gây ra nhiễu và tác động đến hiệu năng mạng Đối với các bộ lặpkhuyếch đại không tuyến tính băng rộng, các tham số điều chế giao thoa lớn hơn rấtnhiều so với yêu cầu Trong trường hợp đó, công suất càng lớn, thì điều chế giao thoacàng lớn Vì thế, tác động đến các nút B gần các bộ lặp

Nhiễu cũng có thể do các thiết bị viễn thông có công suất lớn gây ra, ví dụ nhưradar, các thiết bị viễn thông khác sử dụng cùng băng tần Ngoài ra, hỏng phần cứngcũng có thể gây ra nhiễu, đối với máy thu phát TRX, nếu chất lượng của TRX bị giảm,

hệ thống sẽ bị ảnh hưởng

Khi tỉ lệ rớt cuộc gọi cao, tỉ lệ chuyển giao thành công thấp, tỉ lệ tắc nghẽn vàbăng nhiễu của một ô thay đổi đột ngột, chứng tỏ nhiễu đã tác động lên ô đó Do đó,cần kiểm tra các tham số thay đổi trong các báo cáo tại nút B, hoặc kiểm tra các yếu tốbên ngoài Bên cạnh đó, các bản tin cảnh báo OMC giúp xác định thiết bị phần cứng bịhỏng gây nhiễu, kiểm tra quy hoạch tần số để loại trừ nhiễu do các tín hiệu có cùng tần

số xen vào DT cũng là một phương pháp hiệu quả để xác định nhiễu Khi kiểm tra ởchế độ rỗi, thiết bị kiểm tra có thể đo được mức tín hiệu ở cả ô phục vụ và ô lân cận,đồng thời quét tần cho các băng tần hoặc một số kênh truyền được chỉ định Trongtrường hợp đó, có thể phát hiện các tín hiệu bao phủ xuyên ô Khi kiểm tra ở chế độdành riêng, có thể đo kiểm Rxqual, TA vv…Nếu Rxlev -80dB và Rxqual 6 chứng