Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến công nghệ UMTS

Đề tài : Tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến công nghệ UMTS CHƯƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG TỐI ƯU VÀ CÁC CHƯƠNG 3.QUÁ TRÌNH ĐO KIỂM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRƯỚC VÀ SAU TỐI ƯU MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 3G TẠI MỘT CLUSTER TP HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC

MỤC LỤC…… i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

CHƯƠNG 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

1.1 Cấu hình và sơ đồ đấu nối mạng thông tin di động 1

1.1.1 Cấu trúc mạng UMTS 1

1.1.2 Thiết bị người sử dụng UE 2

1.1.3 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 2

1.1.4 Tổng quan cấu trúc mạng lõi 3

1.1.5 Các giao diện 5

1.2 Tổ chức kênh trong hệ thống UMTS 5

1.2.1 Các kênh logic, LoCH 6

1.2.2 Các kênh truyền tải, TrCH 7

1.2.3 Các kênh vật lý 8

1.3 Điều khiển công suất 12

1.3.1 Điều khiển công suất vòng hở 12

1.3.2 Điều khiển công suất vòng kín 13

1.3.2.1 Điều khiển công suất vòng ngoài 13

1.3.2.2 Điều khiển công suất vòng trong 13

1.4 Quản lí, điều khiển chuyển giao 15

1.4.1 Phân loại chuyển giao 15

1.4.2 Thủ tục chuyển giao 16

1.4.3 Chuyển giao trong cùng tần số (Intra HO) 17

1.4.4 Chuyển giao khác tần số trong cùng hệ thống 20

1.4.5 Chuyển giao liên hệ thống (Inter-RAT) 22

CHƯƠNG 2.CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG TỐI ƯU VÀ CÁC

VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN CÔNG NGHỆ

WCDMA 27

2.1 Các tham số sử dụng trong tối ưu 27

2.1.1 Nguyên tắc lựa chọn tham số tối ưu 27

2.1.2 Tham số tối ưu 28

2.1.2.1 Vị trí và cấu hình Node B 28

2.1.2.2 Các thông số anten 29

2.1.2.3 Công suất kênh CPICH 31

2.2 Mục tiêu tối ưu 32

2.2.1 Vùng phủ (dịch vụ 3G) 33

2.2.2 Dung lượng 34

2.2.3 Giảm thiểu số cell tới hạn 35

2.3 Các tham số KPI 35

2.4 Các bước thực hiện tối ưu 40

2.4.1 Xác nhận và kiểm tra tham số hiện tại của các BTS/Node B 40

2.4.2 Xác nhận tham số chất lượng hiện tại của mạng và của các BTS/NodeB .42

2.4.3 Lập báo cáo hiện trạng và chất lượng mạng trước khi tối ưu 42

2.5 Trình tự thực hiện tối ưu trong hệ thống 3G 43

2.5.1 Tổng quan các quá trình 43

2.5.2 Quá trình chuẩn bị 44

2.5.3 Quá trình điều chỉnh Cluster 46

2.5.4 Quá trình tối ưu Cluster 50

2.5.5 Quá trình kiểm tra mạng 54

2.6 Xử lí, điều chỉnh tối ưu tham số phần vô tuyến để nâng cao chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ 3G 56

2.6.1 Điều chỉnh các tham số cấu hình anten và cấu hình phần cứng 56

2.6.2 Điều chỉnh tham số hệ thống 57

2.6.3 Phân tích vùng phủ 57

2.6.4 Phân tích vấn đề nhiễu pilot 65

2.6.3 Phân tích vấn đề chuyển giao 69

CHƯƠNG 3.QUÁ TRÌNH ĐO KIỂM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRƯỚC VÀ SAU TỐI ƯU MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 3G TẠI MỘT CLUSTER TP HỒ CHÍ MINH 73

3.1 Tổng hợp chung 73

3.2 Driving Test 74

3.3 Một vài công cụ sử dụng trong tối ưu 3G 75

3.4 Các bước tiến hành đo 77

3.5 Tổng hợp kết quả tối ưu vùng phủ 3G 78

KẾT LUẬN 88

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Cấu trúc mạng UMTS 1

Hình 1.2 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống 8

Hình 1.3 Hiện tượng can nhiễu gần xa trong hệ thống WCDMA 12

Hình 1.4 Chuyển giao dựa trên chênh lệch giá trị tương đối 19

Hình 1.5 Chuyển giao dựa trên ngưỡng giá trị tuyệt đối 20

Hình 1.6 Các bước thực hiện chuyển giao từ UTRAN sang GSM 23

Hình 1.7 Chuyển giao từ UTRAN sang GSM 24

Hình 1.8 Thủ tục đổi kết nối 25

Hình 2.1 Bức xạ theo phương nằm ngang của anten BTS (theo dB) 30

Hình 2.2 Góc ngẩng của anten Node B 31

Hình 2-3 Các bước thực hiện tối ưu hóa 41

Hình 2-4 Tổng quan quá trình tối ưu 43

Hình 2-5 Quá trình chuẩn bị tối ưu 44

Hình 2-6 Quá trình điều chỉnh Cluster 46

Hình 2.7 Quy trình tối ưu cluster 50

Hình 2.8 Kiểm tra mạng sau tối ưu 54

Hình 2.9 Các khu vực có mức tín hiệu pilot thấp 62

Hình 2.10 Phân bố công suất phát UE 65

Hình 3.1 : Khu vực thực hiện tối ưu 3G 74

Hình 3.2 : Thiết bị đo TEMS 76

Hình 3.3 Thiết bị đo NEMO 77

Hình 3.4 Phân bố thống kê mức thu RSCP mạng 3G trước và sau tối ưu 78

Hình 3.5 RSCP trước và sau tối ưu 79

Hình 3.6 Phân bố thống kê mức thu Ec/Io mạng 3G trước và sau tối ưu 80

Hình 3.7 Ec/Io trước và sau tối ưu 81

Hình 3.8 Các vị trí có Pilot Pollution trước và sau tối ưu 82

Hình 3.9 Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 01 – Before Opt 84

Hình 3.10 Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 01 – After Opt 85

Hình 3.11 Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 02 – Before Opt 86

Hình 3.12 Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 02 – After Opt 87

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Danh sách các kênh logic 6

Bảng 1.2 Danh sách các kênh truyền tải 7

Bảng 1.3 Tổng kết các kiểu kênh vật lý 9

Bảng 1.4 Danh sách các kênh vật lý 11

Bảng 1.5 Chuyển đổi giữa kênh truyền tải và kênh vật lý 11

Bảng 2.1 Bộ tham số KPI chất lượng mạng của mạng 3G 36

Bảng 2.2 Bộ tham số KPI chất lượng dịch vụ của mạng 3G 38

Bảng 2.3 Đánh giá RSCP kênh CPICH trong hệ thống UMTS 60

Bảng 2.4 Yêu cầu đối với công suất phát UE 64

Bảng 3.1 Tổng hợp các thông số được thay đổi, điều chỉnh 83

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership Project

BSIC Base Station Identity Code

BTS Base Transceiver Station

DPCCH Dedicated Physical Control Channel

DPCH Dedicated Physical Channel

DRNC Drift Radio Network Controller

FIFO First In First Out

GSM Global System for Mobile Communications

HCS Hierarchical Cell Structure

Inter-RAT Inter Radio Access Technology

IRAT Inter Radio Access Technology

OCNS Orthogonal Channel Noise Simulator

RBS Radio Base Station – another name for the Node B

RSSI Received Signal Strength Indicator

SIR Signal to Interference Ratio

UMTS Universal Mobile Telecommunication Services

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

HLR

EIR

AUC SCF

IWMSC

SMS-D

MSC

E, G

GMSC

SMS-MSC BSC

BTS

Um

ISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN:

-Intranet -Extranet -Internet

BSS

F

Gr

GGS N

Gd, Gp, Gn+

SGS N

SGS N

Gb Gf

Gn+

H

RNC BS

1.1 Cấu hình và sơ đồ đấu nối mạng thông tin di động

Theo chức năng, cấu trúc mạng UMTS được chia làm 3 nhóm:

Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment): là thiết bị đầu cuối vô tuyến, cung cấp giao diện người sử dụng tới mạng thông qua kênh vô tuyến;

Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) hoặc Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (Terrestrial Radio Access Network): là nhóm phần tử mạng cung cấp tất cả các chức năng vô tuyến;

Mạng lõi CN (Core Network): là nhóm phần tử mạng cung cấp chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu tới mạng bên ngoài (như mạng PSTN hay mạng Internet) HSS (Home Subcriber Server) là máy chủ thuê bao thường trú.

Hình 1-1 Cấu trúc mạng UMTS

CN

External Network s

1.1.2 Thiết bị người sử dụng UE

Thiết bị ngưởi sử dụng UE bao gồm các phần tử sau :

Các đầu cuối TE ( Terminal Equipment ) :Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn

thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó đượcchuyển thành đầu cuối Các nhà sản xuất chính đã đưa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên cáckhái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít là được đưa vào sản xuất Mặc dù cácđầu cuối dự kiến khác nhau về kích thước và thiết kế, tất cả chúng đều có màn hình lớn và

ít phím hơn so với 2G Lý do chính là để tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ

số liệu hơn và vì thế đầu cuối trở thành tổ hợp của máy thoại di động, modem và máy tínhbàn tay

Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diệnWCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai làgiao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩncho các card thông minh

UMTS IC Card là một card thông minh Điều mà ta quan tâm đến nó là dung lượng

nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp Ứng dụng USIM chạy trên UICC

Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) càicứng trên card Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTSđược cài như một ứng dụng trên UICC Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn vànhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (các mã truynhập giao dịch ngân hàng an ninh) Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC

để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng

USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng

UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao

Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN Điểunày đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS Mạng

sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIMđược đăng ký

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặtđất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộctruyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa UTRAN và CN, gồmhai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giaodiện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC

và nút B

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc

và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ màUTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyểnmạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC)

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủ tụcnhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau đócác khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9.

Node B : trong UMTS trạm gốc được gọi là node B và nhiệm vụ của nó là thực hiện

kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC

và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tácquản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này

để phòng ngừa vấn đề gần xa, nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một côngsuất, thì các đầu cuối gần Node B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Node Bkiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suấthoặc tăng công suất sao cho Node B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầucuối

Mạng lõi (Core Network – CN) bao gồm những thực thể vật lý cung cấp chức năngnhư sau:

- Chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi.

- Quản lý thông tin người sử dụng cho thuê bao và tính lưu động.

- Điều khiển tính năng mạng và dịch vụ.

- Cơ cấu chuyển mạch, truyền phát cho báo hiệu và thông tin.

Mạng lõi cũng cung cấp kết nối hướng tới mạng ngoài như mạng PSTN, mạng Internet vàmột số mạng dữ liệu hoặc thoại khác

Để hỗ trợ cả thoại và dữ liệu trong mạng lõi, 2 vùng logic được định nghĩa:

- Vùng chuyển mạch kênh: bao gồm tất cả các phần tử mạng lõi hỗ trợ kết nối

chuyển mạch kênh Nó gồm MSC, GMSC dựa trên mạng lõi GSM hiện tại.

- Vùng chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các phần tử mạng lõi hỗ trợ kết nối chuyển

mạch gói và được dựa trên tiến trình của chuẩn GPRS cho truyền tải gói trong mạng GSM

Mạng lõi chuyển mạch kênh dựa trên cấu trúc của MSC của GSM, bao gồm MSC vàGMSC

MSC: cung cấp giao diện giữa phần tử vô tuyến của mạng và phần tử chuyển

mạch kênh của mạng lõi MSC quản lý dịch vụ chuyển mạch kênh tới và từ UE trong vùng phục vụ bao gồm thiết lập cuộc gọi, tìm gọi, truyền tải thông tin mật mã hóa tới RAN.MSC cũng kết hợp với VLR có chức năng như một cơ sở dữ liệu vị trí cho dịch vụ chuyển mạch kênh và lưu giữ vị trí hiện thời của UE trong vùng phục vụ của MSC.

GMSC (Gateway MSC): chuyển mạch kênh tại điểm mạng UMTS được kết nối tới

mạng chuyển mạch kênh bên ngoài (ví dụ, mạng PSTN) GMSC quản lý kết nối chuyển mạch kênh, bao gồm cả chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi tới MSC phục vụ.

Phần tử chuyển mạch gói SGSN và GGSN :

Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (Serving GPRS Support Node - SGSN) thực hiện các

chức năng trong vùng chuyển mạch gói tương tự chức năng MSC thực hiện trong vùngchuyển mạch kênh SGSN có nhiệm vụ phân phát gói dữ liệu tới UE trong vùng phụ vụ

và thực hiện những chức năng sau:

- Giao thức và giao diện hội thoại giữa mạng vô tuyến - phần tử chuyển mạch gói

trong mạng lõi;

- Quản lý xác định thẩm quyền và di động, bao gồm chuyển giao SGSN;

- Định tuyến dữ liệu tới RNC thích hợp có yêu cầu kết nối tới UE trong vùng phục

vụ;

- Định tuyến dữ liệu tới GGSN khi có yêu cầu kết nối tới mạng ngoài.

- Chức năng đăng kí vị trí cho phép lưu trữ thông tin thuê bao và thông tin vị trí cho

dịch vụ chuyển mạch gói của thuê bao đã đăng ký với SGSN

GGSN (Gateway GPRS Support Node) cung cấp tính năng tương tự như GMSC và thựchiện hoạt động với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, kết nối lõi UMTS tới mạngInternet, ISP và Intranet Chức năng GGSN bao gồm:

- Định tuyến gói dữ liệu ngoài tới SGSN phục vụ;

- Báo hiệu và truyền tải dữ liệu từ mạng lõi UMTS;

- Bảo mật, an ninh.

- Chức năng đăng kí vị trí của GGSN cho phép lưu trữ thuê bao và định tuyến thông

tin đểchuyển lưu lượng gói dữ liệu thoại tới SGSN phục vụ.

Phần tử chung – HSS và AuC

HSS (Home Subscriber Server): chứa cơ sở dữ liệu trong mạng chủ lưu trữ tất cả cácthông tin cụ thể về thuê bao Thông tin thuê bao gồm hiện trạng thuê bao và hệ thốngMSC/SGSN phục vụ hiện thời cho mỗi thuê bao, do đó thông tin đến UE có thể đượcđịnh tuyến trực tiếp

HSS dựa trên việc nâng cấp HLR trong GSM, có khả năng điều khiển quá trình cập nhật

vị trí khi một UE chuyển vùng xung quanh mạng, cập nhật vị trí phục vụ mới và yêu cầu

bộ nhớ xóa bản ghi vị trí cũ

Trung tâm nhận thực AuC có nhiệm vụ bảo mật thuê bao,giữ khóavà thuật toán mật mãhóa AuC được kết hợp với HSS và lưu trữ khóa nhận dạng cho từng thuê bao đã đăng kýtrong HSS Khóa nhận dạng được sử dụng để đảm bảo các chức năng sau:

Tạo ra dữ liệu được dùng để nhận thực UE;

Mã hóa thông tin được truyền qua đường vô tuyến giữa UE và mạng.

AuC truyền dữ liệu cần thiết để nhận thực và mã hóa/giải mã qua HSS đến bộ nhớ vị trítrong MSC và SGSN

1.1.5 Các giao diện

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

- Giao diện Cu Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh Trong

UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE

- Giao diện Uu Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS.

Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diệnnày nằm giữa nút B và đầu cuối

- Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS cho

miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN có thể kết nối đếnnhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kếtnối đến một điểm truy nhập CN

- Giao diện Iur Đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được thiết kế để đảm bảo

chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năngmới được bổ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

o Di động giữa các RNC

o Lưu thông kênh riêng

o Lưu thông kênh chung

o Quản lý tài nguyên toàn cục

- Giao diện Iub Giao diện Iub nối nút B và RNC Khác với GSM đây là giao diện

mở

1.2 Tổ chức kênh trong hệ thống UMTS

Hệ thống UMTS sử dụng 3 loại kênh để truyền thông tin và báo hiệu như sau:

Kênh vật lí (Lớp 1);

Kênh truyền tải (giao diện Lớp 1 và Lớp 2);

Kênh logic (giao diện giữa Lớp 2 và Lớp 3).

- Kênh vật lý (PhCH) Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi PhCH có

một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác Một người sửdụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng làkênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UEtrong một ô

- Kênh truyền tải (TrCH) Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số liệu.

Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH

- Kênh Logic (LoCH) Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao

hơn Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền

Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: cáckênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưulượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng Các kênh logic vàứng dụng của chúng được tổng kết trong bảng 1.1

CCH (Control

Channel: Kênh

điều khiển)

BCCH (Broadcast ControlChannel: Kênh điều khiển quảngbá)

Kênh đường xuống để phát quảng báthông tin hệ thống

PCCH (Paging Control Channel:

Kênh điều khiển tìm gọi)

Kênh đường xuống để phát quảng báthông tin tìm gọi

CCCH (Common ControlChannel: Kênh điều khiểnchung)

Kênh hai chiều để phát thông tin điềukhiển giữa mạng và các UE Được sửdụng khi không có kết nối RRC hoặckhi truy nhập một ô mới

DCCH (Dedicated ControlChannel: Kênh điều khiểnriêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm để phátthông tin điều khiển riêng giữa UE vàmạng Được thiết lập bởi thiết lập kếtnối của RRC

TCH (Traffic

Channel: Kênh

lưu lượng)

DTCH (Dedicated TrafficChannel: Kênh lưu lượng riêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm riêngcho một UE để truyền thông tin củangười sử dụng DTCH có thể tồn tại cả

ở đường lên lẫn đường xuốngCTCH (Common Traffic

Channel: Kênh lưu lượng chung)

Kênh một chiều điểm đa điểm đểtruyền thông tin của một người sửdụng cho tất cả hay một nhóm người

sử dụng quy định hoặc chỉ cho mộtngười sử dụng Kênh này chỉ có ởđường xuống

Bảng 1.1 Danh sách các kênh logic

1.2.2 Các kênh truyền tải, TrCH

Các kênh lôgic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải Tồn tại haikiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung Điểm khác nhau giữa chúng 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 duy nhất Các kênhtruyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast AccessChannel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH (DoQnLink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet Channel:Kênh gói chung) Kênh riêng chỉ có một kênh duy nhất là DCH (Dedicated Channel:Kênh riêng) Kênh truyền tải chung có thể được áp dụng cho tất cả các người sử dụngtrong ô hoặc cho một người hoặc nhiều người đặc thù Khi kênh truyền tải chung được sửdụng để phát thông tin cho tất cả các ngừơi sử dụng thì kênh này không cần có địa chỉ.Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất cả các người sử dụng trong ô.Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng đặc thù, thì cần phát nhận dạngngười sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ được phát) Kênh PCH là kênh truyền tảichung được sử dụng để tìm gọi một UE đặc thù sẽ chứa thông tin nhận dạng người sửdụng bên trong bản tin phát.Danh sách các kênh truyền tải và ứng dụng :

Channel: Kênh riêng)

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 đổitốc độ và điều khiển công suất nhanh

FACH (ForQard Access

Channel: Kênh truy

nhập đường xuống)

Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và sốliệu của người sử dụng Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE.Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơnPCH (Paging Channel:

Shared Channel: Kênh

chia sẻ đường xuống)

Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói Chia sẻ cho nhiều

UE Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao

Bảng 1.2 Danh sách các kênh truyền tải

Các kênh logic được chuyển thành các kênh truyền tải như cho trên hình 1.2 :

Hình 1.2 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường

xuống 1.2.3 Các kênh vật lý

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cảpha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh vật

lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH: CommonPhysical Channel) Các kênh vật lý được tổng kết ở Bảng 1.3 và bảng 1.4 :

DPCH

Đường xuống :

Đường lên :

DPDCHDPCCH

P – CCPCH

S – CCPCH SCH

PDSCHPRACHPCPCH

AICHCSICHCD/CA – ICHPICH

Bảng 1.3 Tổng kết các kiểu kênh vật lý

DPCH (Dedicated Physical

Channel: Kênh vật lý riêng) Kênh hai chiều đường xuống/đường lên được ấn địnhriêng cho UE Gồm DPDCH (Dedicated Physical

Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) vàDPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật

lý điều khiển riêng) Trên đường xuống DPDCH vàDPCCH được ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóaphức còn trên đường lên được ghép mã I/Q với ngẫunhiên hóa phức

Physical Data Channel:

Kênh vật lý số liệu riêng

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất mộtDPDCH Kênh được sử dụng để phát số liệu người sửdụng từ lớp cao hơn

Physical Control Channel:

Kênh vật lý điều khiển

riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định mộtDPCCH Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lýcủa DPCH DPCCH là kênh đi kèm với DPDCH chứa:các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất(TPC: Transmission PoQer Control), chỉ thị kết hợpkhuôn dạng truyền tải Các ký hiệu hoa tiêu cho phépmáy thu đánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vôtuyến và thực hiện tách sóng nhất quán Các ký hiệunày cũng cần cho hoạt động của anten thích ứng (hayanten thông minh) có búp sóng hẹp TPC để điều khiểncông suất vòng kín nhanh cho cả đường lên và đườngxuống TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tứcthời của các kênh truyền tải: các tốc độ số liệu hiện thờitrên các kênh số liệu khi nhiều dịch vụ được sử dụngđồng thời Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc độ sốliệu cố định Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp(FBI: Feeback Information) ở đường lên để đảm bảovòng 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 kênhtruyền tải RACH

CPICH (Common Pilot

Channel: Kênh hoa tiêu

chung)

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh CPICH: CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH(Secondary CPICH: CPICH thứ cấp) P-CPICH đảmbảo tham chuẩn nhất quán cho toàn bộ ô để UE thuđược SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì các kênh naykhông có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp kênhDPCH Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo nhất quánchung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp sửdụng anten thông minh có búp sóng hẹp Chẳng hạn cóthể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH(kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh DPCHđường xuống

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung sơ cấp)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có một kênh để truyềnBCH

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung thứ cấp)

Kênh chung đường xuống Một ô có thể có một haynhiều S-CCPCH Được sử dụng để truyền PCH vàFACH

SCH (Synchrronization

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

DoQnlink 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 tảiDSCH

sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH

Kênh chung đường xuống đi cặp với PCPCH để điềukhiển truy nhập ngẫu nhiên cho PCPCH

Indicator Channel: Kênh

FACH

PCH

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp ( S – CCPCH )

Bảng 1.5 Chuyển đổi giữa kênh truyền tải và kênh vật lý

1.3 Điều khiển công suất

Điều khiển công suất đóng vai trò quan trong trong hệ thống UMTS để tránh hiện tượngcan nhiễu do các UE gần Node B gây ra đối với các thuê bao xa Node B đang cùng hoạtđộng (hiện tượng can nhiễu gần – xa) như được minh họa trên Hình 1.3

Hình 1.3 Hiện tượng can nhiễu gần xa trong hệ thống WCDMA

Khác với hệ thống GSM, trong đó mỗi thuê bao được kết nối tới BTS trong các khe thờigian khác nhau, có thể có một hoặc nhiều thuê bao cùng kết nối với BTS trong cùng thờiđiểm Số thuê bao kết nối đến BTS càng nhiều, khả năng gây nhiễu sang nhau càng lớn docác thuê bao cùng dùng chung tần số Do đó, điều khiển công suất trong hệ thống UMTSkhông dựa trên mức công suất mà dựa trên mức tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR – Signal toInterference Ratio)

Một trong các mục đích quan trọng của điều khiển công suất là duy trì chất lượng kết nối

vô tuyến ở một mức xác định

Có hai loại điều khiển công suất chính:

Điều khiển công suất vòng hở: áp dụng đối với các kênh chung;

Điều khiển công suất vòng kín: áp dụng đối với kênh dành riêng DPCCH/DPDCH và kênh chia sẻ đường xuống DSCH.

Điều khiển công suất vòng hở thực hiện điều khiển công suất kết nối đường lên (DL) hoặcđường xuống (UL) dựa trên kết quả đo chất lượng của kết nối hướng ngược lại Như vậy,điều khiển vòng hở thực hiện nhanh nhưng độ chính xác bị hạn chế do chất lượng kết nốiđường lên và đường xuống không giống nhau

Trong hệ thống UMTS, điều khiển công suất vòng hở được áp dụng đối với các kênh vật

lí hỗ trợ kênh truyền tải chung, cụ thể là kênh UL PRACH Trên kênh BCCH, Node B sẽqui định công suất phát của kênh PCCPCH và mức SIR tương ứng Bằng cách đo mứccông suất thu được, UE có thể xác định được mức suy hao đường xuống bao gồm cả ảnh

hưởng của pha-đinh Từ mức suy hao nói trên và thông tin về mức can nhiễu đường lên,mức SIR cần thiết, UE sẽ xác định được mức công suất phát trên kênh PRACH.

Điều khiển công suất vòng kín đối với một kết nối được thực hiện dựa trên kết quả đochất lượng của kết nối này do phía đối diện phản hồi Ví dụ, UE đo chất lượng của mộtkênh DL xác định, sau đó gửi báo cáo kết quả đo về Node B Trên cơ sở báo cáo nhậnđược từ UE, Node B sẽ thực hiện điều chỉnh công suất thích hợp Như vậy, điều khiểncông suất vòng kín thực hiện chính xác nhưng thời gian thực hiện khá lâu Điều khiểncông suất vòng kín được áp dụng đối với các kênh hỗ trợ kênh truyền tải DCH và DSCH.Điều khiển công suất vòng kín bao gồm 2 quá trình: điều khiển công suất vòng ngoài vàđiều khiển công suất vòng trong

Điều khiển công suất vòng ngoài được sử dụng để làm cơ sở quyết định điều khiển côngsuất vòng trong Hai tham số được xác định bởi điều khiển công suất vòng ngoài là mứcSIR ngưỡng và kích thức bước điều khiển công suất

Nguyên tắc chung của thuật toán xác định bit điều khiển công suất phát (TPC – TransmitPower Control) như sau:

Nếu SIR ước lượng ≥ SIR ngưỡng: lệnh TPC = “giảm công suất đi 01 bước”;

Nếu SIR ước lượng < SIR ngưỡng: lệnh TPC = “tăng công suất lên 01 bước”.

Tần suất vòng lặp điều khiển công suất ngoài thường nằm trong khoảng từ 10-100 Hz.Nói cách khác, giá trị SIR ngưỡng và bước điều khiển công suất thường được cập nhật10-100 lần trong một giây

Điều khiển công suất vòng trong có tần suất thực hiện cao (1500 Hz) nên còn được gọi làđiều khiển công suất nhanh, được sử dụng để khắc phục các biến đổi nhanh của tín hiệu

do ảnh hưởng của môi trường truyền sóng (pha-đinh nhanh) và can nhiễu Điều khiểncông suất nhanh có thể được sử dụng cả Node B và UE trong hệ thống UMTS

Trong giao diện vô tuyến WCDMA, các bit TPC sẽ được gửi 1 lần trong mỗi khe thờigian Các bit TPC sẽ yêu cầu phía đối diện (Node B hoặc UE) tăng hoặc giảm công suấttrên cơ sở ước lượng SIR của kênh

Điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khác nhau tại UE và Node B.

Điều khiển công suất vòng kín UL

Nhiệm vụ chính của điều khiển công suất đường lên trong hệ thống WCDMA là chống lạiảnh hưởng của hiện tượng can nhiễu gần – xa

Điều khiển công suất UL điều chỉnh công suất phát của UE sao cho giá trị SIR thu đượctại Node B tiến đến giá trị SIR ngưỡng

Cell phục vụ (nằm trong danh sách cell kích hoạt - AS) ước lượng tỉ số SI R estcủa kênhDPCH UL và thiết lập lệnh điều khiển công suất của từng khe thời gian theo qui tắc sau:

Nếu SI R est>SI R target : TPC được đặt bằng “0”;

Nếu SI R est<SI R target : TPC được đặt bằng “1”

Trong một khe thời gian, UE có thể thu được một hoặc nhiều hơn lệnh TPC Do đó, mộttrong những nhiệm vụ của UE là tổ hợp các lệnh TPC để quyết định thành lệnh duy nhấtTPC_cmd trong mỗi khe thời gian UE hỗ trợ việc sử dụng hai thuật toán để quyết định

giá trị TPC_cmd Thuật toán cụ thể sẽ được hệ thống UTRAN qui định bởi tham số lớp

trên “PowerControlAlgorithm” Nếu “PowerControlAlgorithm” chỉ thị thuật toán “1”,tham số PCA của Lớp 1 sẽ lấy giá trị 1 và nếu “PowerControlAlgorithm” chỉ thị thuậttoán “2”, tham số PCA của Lớp 1 sẽ lấy giá trị 2 Các thuật toán “1” và “2” được qui địnhtrong tiêu chuẩn 3GPP TS 25.214 [4]

Bước điều khiển công suất ∆ TPC là tham số Lớp 1 được qui định bởi tham số lớp trên

“TPC-StepSize” do hệ thống UTRAN điều khiển Nếu “TPC-StepSize” có giá trị “dB1”,bước điều khiển công suất ∆ TPC = 1 dB Nếu “TPC-StepSize” có giá trị “dB2”, bước

điều khiển công suất ∆ TPC = 2 dB.

UE sẽ điều chỉnh mức chênh lệch công suất phát trên kênh DPCCH UL giá trị bằng

∆ TPC ×TPC cmd

Điều khiển công suất vòng kín DL

Ở đường xuống, điều khiển công suất vòng kín và vòng hở đều được thực hiện tại UE UE

sẽ tạo ra lệnh điều khiển công suất phát TPC để điều khiển công suất phát của Node B vàgửi về Node B bằng trường TPC trong kênh DPCCH UL UE sẽ kiểm tra chế độ điềukhiển công suất DL (DPC_MODE) trước khi tạo ra lệnh TPC theo qui tắc sau:

Nếu DPC_MODE = 0: UE gửi lệnh TPC duy nhất trong trường TPC còn rỗi đầu tiên trong mỗi khe thời gian trên kênh DPCCH UL;

Nếu DPC_MODE = 1: UE lặp lại lệnh TPC trong 3 khe thời gian Lệnh TPC mới được phát tại thời điểm bắt đầu mỗi khung Chế độ điều khiển công suất này gọi là điều khiển công suất chậm Ưu điểm của điều khiển công suất chậm là độ chính xác của câu lệnh TPC sẽ cao hơn.

Chế độ điều khiển công suất được điều khiển bởi UTRAN

Bước điều khiển công suất DL ∆ TPC có thể bằng 1 trong 4 giá trị: 0,5; 1; 1,5 hoặc 2 dB.

Mỗi UE đều phải hỗ trợ bước điều khiển công suất 1 dB và tùy chọn hỗ trợ các bước điềukhiển công suất còn lại

Trong trường hợp có nghẽn, khi không thu được lệnh điều khiển công suất từ phía UE, hệthống UTRAN có thể bỏ qua lệnh này

1.4 Quản lí, điều khiển chuyển giao

Chuyển giao là thủ tục quan trọng trong mạng thông tin di động, cho phép các cuộc gọi(thoại và dữ liệu) được duy trì liên tục khi người dùng di chuyển giữa các cell trong vùngphủ sóng Chuyển giao được quyết định dựa trên kết quả đo đường xuống của UE và kếtquả đo đường lên cũng như tình trạng mạng hiện tại từ phía mạng UTRAN Một điểm cầnchú ý là chuyển giao không chỉ dựa trên các điều kiện về vô tuyến mà còn dựa trên nhiềutham số khác Mỗi nhà khai thác có thể qui định các điều kiện và tham số chuyển giaokhác nhau

Phần lớn các nhà khai thác (bao gồm cả VNP, VMS) đều có mạng thông tin di động cóđồng thời hai công nghệ vô tuyến GSM, WCDMA Như vậy, việc chuyển giao có thể xảy

ra trong các trường hợp dưới đây:

Chuyển giao giữa các mạng khác nhau (Inter-RAT): chuyển giao xảy ra giữa mạng UTRAN và GSM, có thể theo hai hướng khác nhau;

Chuyển giao trong nội bộ mạng (Intra-RAT): chuyển giao xảy ra trong bản thân hệ thống GSM hoặc UTRAN Do mục tiêu của đồ án là mạng 3G UTRAN nên các chuyển giao Intra-RAT chỉ xét đến trong nội bộ mạng UTRAN Chuyển giao trong nội bộ mạng được phân loại tiếp thành chuyển giao mềm và chuyển giao cứng:

 Chuyển giao mềm: chuyển giao trong nội bộ mạng giữa các cell ở cùng tần số Trongchuyển giao mềm, UE có thể kết nối với đồng thời với nhiều hơn 1 cell trong hệ thống.Với chuyển giao mềm, kết nối giữa UE và hệ thống sẽ có chất lượng cao hơn do phân tập;

 Chuyển giao cứng: chuyển giao trong nội bộ mạng giữa các cell ở tần số khác nhau hoặcgiữa các cell ở cùng tần số, trong đó UE kết nối với duy nhất 1 cell trong hệ thống Nhưvậy, để thiết lập chuyển giao cứng thành công, UE phải ngắt kết nối với cell hiện tại trướckhi thiết lập lại kết nối với cell khác.

Thủ tục chuyển giao bao gồm 3 phần chính:

Đo các tham số phục vụ chuyển giao;

Thuật toán chuyển giao;

Thực hiện chuyển giao.

Đo các tham số phục vụ chuyển giao

MT thực hiện đo các cell neighbor nằm trong danh sách Cell_Info_List được phát quảng

bá trong bản tin System Information Block Type 11 hoặc Type 12 Ngoài ra, mạng có thể

sử dụng bản tin RRC Measurement Control để qui định đo đối với một UE xác định Các thông tin chủ yếu trong danh sách Cell_Info_List bao gồm:

Thông tin cell cùng tần số: chứa danh sách các cell cần đo có cùng tần số hoạt động với cell đang kết nối Dưới đây là thông tin qui định với mỗi cell:

 Mã trộn kênh P-CPICH;

 Công suất phát kênh P-CPICH;

 Chỉ thị sử dụng hoặc không sử dụng phân tập phát;

 Độ lệch công suất ưu tiên: có giá trị cách nhau các bước 0,5 dB trong khoảng từ -10 dBđến 10 dB Tham số này được sử dụng để hỗ trợ việc qui định ưu tiên kết nối với các cell.Giá trị mặc định của tham số bằng 0 dB, tương ứng với trường hợp không có ưu tiên khikết nối với các cell;

 Thông tin lựa chọn và lựa chọn lại cell: chứa các tham số Qrxlevmin, Qqualmin,

Pcompensation và Qoffset;

Thông tin cell khác tần số: chứa danh sách các cell cần đo hoạt động ở tần số khác với tần số cell đang kết nối Ngoài thông tin về tần số UARFCN, các thông tin được qui định còn lại tương tự như thông tin cell cùng tần số;

Thông tin cell khác RAT: chứa danh sách các cell cần đo sử dụng RAT khác Đối với cell GSM, các thông tin qui định bao gồm:

 Thông tin lựa chọn và lựa chọn lại cell: chứa các tham số Qoffset, RxLevel_Access_Min,

MS_Txpwr_Max_CCH;

 Tần số kênh BCCH;

Ngoài ra, bản tin RRC Measurement Control có thể qui định thêm tham số liên quan đến

Lớp 3 trong quá trình lựa chọn cell hoặc chuyển giao Tuy nhiên, các tham số này khôngđược qui định đối với quá trình lựa chọn lại cell

Việc xuất kết quả đo được thực hiện bằng bản tin RRC Measurement Report Bản tin này

có thể được tạo ra một cách định kì hoặc được tạo ra theo sự kiện nhất định Thời gian

giữa hai bản tin xuất kết quả đo liên tiếp được qui định bởi tham số Reporting Interval Trong trường hợp bản tin được tạo ra theo sự kiện, tham số Reporting Interval được đặt bằng 0 Số bản tin cần tạo ra được qui định bởi tham số Amount of Reporting Trong

trường hợp tham số này được đặt bằng ∞, bản tin xuất kết quả đo được tạo ra liên tục,không bị giới hạn về số lượng Nếu được tạo ra theo sự kiện, báo cáo có thể được phát lạisau một khoảng thời gian nhất định nếu vẫn chưa đến được RNC Báo cáo sẽ bị hủy nếu

sự kiện mất hiệu lực

Thuật toán chuyển giao

Dựa trên kết quả đo thu được từ MT, mạng UTRAN sẽ xác định thuật toán chuyển giao

để thực hiện

Thực hiện chuyển giao

Sau khi quyết định sẽ thực hiện chuyển giao, giai đoạn thực hiện sẽ bao gồm toàn bộ thủtục báo hiệu cần thiết để kích hoạt hoặc loại bỏ kết nối vô tuyến từ các cell liên quan theocác thủ tục RRC thích hợp theo từng loại chuyển giao

Chuyển giao cùng tần số trong mạng UTRAN có thể là chuyển giao cứng hoặc chuyểngiao mềm Tại mỗi đầu cuối, các cell UTRAN được phân loại thành 3 tập:

Tập kích hoạt (Active Set): chứa các cell đang kết nối với MT;

Tập giám sát (Monitor Set): chứa các cell không nằm trong tập kích hoạt nhưng được MT

đo để trở thành các cell ứng cử vào tập kích hoạt;

Tập nhận biết (Detected Set): chứa các cell còn lại mà MT có thể nhận biết (tức là có mức thu RSCP và E c/N0 lớn hơn mức ngưỡng) Các cell thuộc tập nhận biết không nằm trong danh sách Cell_Info_List nên không được đưa vào báo cáo kết nối

Chuyển giao trong cùng tần số qui định cách các cell được thêm hoặc loại bỏ khỏi tậpkích hoạt dựa trên báo cáo kết quả đo Chuyển giao cùng tần số có thể là chuyển giaocứng hoặc chuyển giao mềm tương ứng với trường hợp số cell tối đa trong tập kích hoạtbằng 1 hoặc lớn hơn 1.

Báo cáo kết quả đo có thể chứa tham số RSCP, Ec/No của kênh CPICH hoặc suy haođường truyền của từng cell Nói chung, tham số được sử dụng là RSCP khi tải trong mạngthấp hoặc Ec/No khi tải trong mạng lớn hoặc khi mạng cần được tối ưu

Nếu báo cáo đo được kích hoạt theo sự kiện, hệ thống phải thiết lập các mức ngưỡng kíchhoạt tương ứng với giá trị đo

Các sự kiện kích hoạt báo cáo đo bao gồm:

1A: kênh CPICH chính mới được xuất báo cáo đo;

1B: kênh CPICH chính bị loại khỏi danh sách được xuất báo cáo đo;

1C: kênh CPICH chính không nằm trong tập kích hoạt tốt hơn so với kênh CPICH chính nằm trong tập kích hoạt;

1D: cell tốt nhất thay đổi;

1E: kênh CPICH chính có chỉ tiêu cao hơn mức ngưỡng;

1F: kênh CPICH chính có chỉ tiêu thấp hơn mức ngưỡng.

Để tránh ảnh hưởng của các sự kiện liên tục được tạo ra, việc kích hoạt bản tin báo cáochỉ được thực hiện nếu sự kiện tồn tại liên tục ít nhất trong khoảng thời gian nhất định gọi

là thời khoảng kích hoạt

Việc thêm cell hoặc loại bỏ cell khỏi tập kích hoạt được thực hiện theo thuật toán chuyển

giao xác định Thủ tục loại bỏ hoặc thêm cell được RNC khởi tạo bằng bản tin Active Set

Update và được xác nhận bằng bản tin Active Set Update Complete được UE tạo ra.

Dưới đây là 02 trường hợp chuyển giao điển hình, tương ứng với kiểu ngưỡng kích hoạt ởdạng giá trị chênh lệch tương đốivà giá trị tuyệt đối

Hình 1.4 Chuyển giao dựa trên chênh lệch giá trị tương đối

Hình 1.4 trình bày sơ đồ chuyển giao dựa trên mức chênh lệch tín hiệu giữa các cell Cácgiá trị được sử dụng bao gồm:

R 1 A : dải giá trị tương ứng với sự kiện 1A, [dB];

R 1 B : dải giá trị tương ứng với sự kiện 1B, [dB];

H 1 A : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1A, [dB];

H 1 B : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1B, [dB];

H 1 C : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1C, [dB];

ΔTT : ngưỡng thời gian kích hoạt.

Hình 1.5 Biểu diễn trường hợp chuyển giao dựa trên giá trị ngưỡng tuyệt đối

Hình 1.5 Chuyển giao dựa trên ngưỡng giá trị tuyệt đối

(kích thước tập kích hoạt bằng 2)

Các tham số được sử dụng trong trường hợp chuyển giao dựa trên ngưỡng giá trị tuyệt đốibáo bao gồm:

T_ADD: giá trị ngưỡng tương ứng với sự kiện 1E, [dB];

T_DROP: giá trị ngưỡng tương ứng với sự kiện 1F, [dB];

H A : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1E, [dB];

H D : giá trị bảo vệ áp dụng với sự kiện 1F, [dB];

H R : giá trị bảo vệ áp dụng khi thay thế cell (xảy ra khi có chuyển giao khi tập kích hoạt

đã đầy), [dB];

ΔTT : ngưỡng thời gian kích hoạt.

Chuyển giao giữa các cell ở tần số khác nhau trong mạng UMTS xảy ra trong hai trườnghợp dưới đây:

Các cell tham gia sử dụng nhiều sóng mang: các cell sử dụng nhiều sóng mang là một trong những giải pháp được triển khai khi cần nâng cao dung lượng phục vụ của Node B Trong một số trường hợp nhất định, mạng cho phép thiết lập dịch vụ trên các sóng mang khác nhau Khi có sự chênh lệch về tải giữa các sóng mang khác nhau, hệ thống có thể cho phép chuyển giao giữa các sóng mang khác nhau theo hướng cân bằng tải;

Chuyển giao trong hệ thống có cấu trúc cell phân lớp (Hierarchical Cell Structure – HCS): trong hệ thống WCDMA có cấu trúc phân lớp, để giảm nhiễu gây ra do sự chồng lấn vùng phủ sóng, các lớp cell khác nhau phải sử dụng tần số khác nhau Chuyển giao xảy ra giữa các cell ở lớp khác nhau sẽ là chuyển giao liên tần số.

Để chuyển giao liên tần, mạng UTRAN và MT cần thực hiện đo trên các tần số khác nhau

để quyết định thời điểm thực hiện chuyển giao thích hợp Khi được yêu cầu chuyển giaogiữa các cell có tần số khác nhau, MT phải gửi các báo cáo Ec/No, RSCP của kênhCPICH và độ suy hao đường truyền, đồng thời, phải giám sát độ chênh lệch thời gian giữacác khung vô tuyến của cell khác nhau Nếu được kích hoạt bởi sự kiện, chuyển giao liêntần sẽ sử dụng các sự kiện sau:

2A: thay đổi tần số tốt nhất;

2B: chất lượng được ước lượng trên tần số hiện tại thấp hơn ngưỡng yêu cầu và chất lượng được ước lượng trên tần số chưa sử dụng cao hơn mức yêu cầu;

2C: chất lượng được ước lượng trên tần số chưa được sử dụng cao hơn mức ngưỡng yêu cầu;

2D: chất lượng được ước lượng trên tần số hiện tại thấp hơn ngưỡng yêu cầu;

2E: chất lượng được ước lượng trên tần số chưa được sử dụng thấp hơn mức ngưỡng yêu cầu;

2F: chất lượng được ước lượng trên tần số hiện tại cao hơn ngưỡng yêu cầu.

Tương tự như chuyển giao cùng tần số, chuyển giao liên tần trong cùng hệ thống UTRANcũng sử dụng giá trị bảo vệ kết hợp với ngưỡng thời gian kích hoạt chuyển giao để tránhchuyển giao liên tục

Chuyển giao liên tần, thực hiện qua các thủ tục RRC Hard Handover, sẽ loại bỏ toàn bộ

tập kích hoạt hiện tại và thay thế bằng tập kích hoạt mới của cell ở tần số khác

1.4.5 Chuyển giao liên hệ thống (Inter-RAT)

Trong trường hợp MT hỗ trợ đồng thời GSM/UTRAN, chuyển giao có thể được thực hiệngiữa các cell UTRAN và GSM do yêu cầu về vùng phủ hoặc dịch vụ

Để chuyển giao Inter-RAT, RNC phải xác định mức ngưỡng bắt đầu đo cell GSM Các

ngưỡng này tương ứng với mức ngưỡng sRATsearch của các sự kiện 2D, 2F (xem chuyển

giao liên tần), trong đó, RNC sẽ quyết định thực hiện hoặc dừng đo các cell GSM Đểthực hiện chuyển giao Inter-RAT hợp lí, nhà khai thác cần chú ý các điểm sau:

Xác định giá trị ngưỡng sRATsearch để UT dừng đo cell GSM Nếu giá trị này được đặt quá nhỏ, MT có thể nằm ngoài vùng phủ sóng của UTRAN trong khi vẫn chưa thực hiện

đo cell GSM, dẫn tới bị mất dịch vụ Ngược lại, nếu giá trị sRATsearch được đặt quá lớn,

số lượng cell GSM được đo nhiều, có thể dẫn tới có nhiều chuyển giao Inter-RAT không cần thiết, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống;

Thiết lập các giá trị bảo vệ, tránh chuyển giao Inter-RAT từ UTRAN sang GSM không cần thiết.

Các sự kiện kích hoạt đo và xuất báo cáo đo cell GSM trong chuyển giao Inter-RAT baogồm:

3A: chất lượng được ước lượng trên tần số UTRAN hiện tại thấp hơn ngưỡng yêu cầu và chất lượng được ước lượng của hệ thống khác (ví dụ: GSM) cao hơn mức yêu cầu;

3B: chất lượng được ước lượng của hệ thống khác thấp hơn mức yêu cầu;

3C: chất lượng được ước lượng của hệ thống khác cao hơn ngưỡng yêu cầu;

3D: thay đổi cell tốt nhất của hệ thống khác.

Nếu được thực hiện, chuyển giao Inter-RAT từ UTRAN sang GSM được thực hiện theocác bước trong sơ đồ trên

Hình 1.6 Các bước thực hiện chuyển giao từ UTRAN sang GSM

Ban đầu, các bản tin Measurement Control được RNC sử dụng để cấu hình theo các sự

kiện 2D hoặc 2F Khi chất lượng trong mạng UTRAN thấp hơn mức ngưỡng xác định (sự

kiện 2D), MT sẽ gửi bản tin Measurement Report và RNC sẽ kích hoạt đo để chuyển giao

Inter-RAT theo sự kiện 3A Chuyển giao sẽ bắt đầu khi MS gửi báo cáo xác định sự kiện

3A Sau đó, RNC gửi bản tin Relocation Request đến mạng lõi (MSC) để thiết lập tài

nguyên GSM trong cell được yêu cầu chuyển giao Khi tài nguyên yêu cầu sẵn sàng để sử

dụng, lệnh Handover from UTRAN được gửi đến MT để khởi tạo phát trên tần số GSM và khe thời gian tương ứng bởi các bản tin HO Access Thủ tục chuyển giao được hoàn thành

khi tài nguyên được sử dụng trong giao diện Iu giữa RNC và MSC được giải phóng Quan hệ giữa các mức ngưỡng tương ứng với các sự kiện 2D, 2F và 3A cần được xácđịnh một cách thích hợp

Sự kiện 2D kích hoạt đo cell GSM, dẫn tới MT phải hoạt động ở chế độ nén (compressedmode: chế độ nén tín hiệu để dành một khoảng thời gian cho MT thực hiện đo trên tần sốkhác và báo cáo kết quả đo) Giá trị ngưỡng sự kiện 2D thấp sẽ hạn chế kích hoạt sự kiệnnày, làm giảm sự xuất hiện chế độ nén không cần thiết Tuy nhiên, ngưỡng sự kiện 2Dthấp cũng có thể dẫn tới chất lượng dịch vụ bị suy giảm, thậm chí có thể dẫn tới mất kết

nối Ngưỡng sự kiện 2D cần cao hơn ngưỡng sự kiện 3A – được sử dụng để kích hoạtchuyển giao từ UTRAN sang GSM

Ngưỡng kích hoạt của sự kiện 2F phải cách ngưỡng kích hoạt sự kiện 2D một giá trị đủlớn để tránh việc bắt đầu và kết thúc đo GSM liên tục

Ngưỡng kích hoạt của sự kiện 3A phải đủ lớn để MS không bị mất vùng phủ UTRAN dosuy hao tín hiệu bất thường Giá trị này cần được xác định kết hợp với ngưỡng kích hoạtchuyển giao theo hướng từ GSM sang UTRAN Hai mức ngưỡng trên có giá trị gần nhau

có thể dẫn tới hiện tượng ping-pong giữa các hệ thống

Hình 1.7 minh họa chuyển giao từ UTRAN sang GSM trong trường hợp điển hình Các mức ngưỡng tương ứng với các sự kiện 2D, 2F, 3A được kí hiệu bằng T 2 D, T 2 F và T 3 A

Các khoảng giá trị bảo vệ lân cận được biểu diễn bằng H 2 D, H 2 F và H 3 A.

Hình 1.7 Chuyển giao từ UTRAN sang GSM

Đổi kết nối (Directed Retry) là thủ tục đặc biệt liên quan đến chuyển giao Inter-RAT từUTRAN sang GSM Thủ tục đổi kết nối xảy ra khi trong quá trình thiết lập kết nối trongUTRAN, RNC quyết định dịch vụ nên được thực hiện trong mạng GSM (ví dụ khi tải

trong mạng UTRAN quá cao) Hình 1.8 biểu diễn các bước xử lí trong thủ tục đổi kết

nối.RNC trả lời bản tin RAB Assignment Request của giao thức RANP bằng chỉ thị đổi kết

nối, đồng thời bắt đầu thủ tục thiết lập lại vị trí Sau đó, MSC mạng 3G sẽ kết nối vớiMSC mạng 2G để chuẩn bị chuyên giao Inter-RAT Sau khi chuẩn bị các bước chuyển

giao trong mạng lõi, lệnh Handover from UTRAN của RRC sẽ được gửi tới MT để kích

hoạt thủ tục giải phóng tài nguyên UTRAN (kênh mang vô tuyến, kênh vô tuyến, …) vàbắt đầu thiết lập kết nối với BSC trong mạng GSM Thủ tục này được hoàn thành khi toàn

bộ tài nguyên sử dụng ở giao diện Iu được giải phóng

Hình 1.8 Thủ tục đổi kết nối

đo được Ec/No cao ngay cả khi MT ở xa trạm Trong trường hợp có chuyển giao, MT cókhả năng được mạng yêu cầu chuyển sang kết nối với cell GSM nằm cùng vị trí với cellUTRAN Khi đó, dịch vụ đang kết nối có thể bị rơi vì trên thực tế, mức tín hiệu MT thuđược từ cell GSM rất nhỏ (vì MT ở xa trạm)

Để đảm bảo độ chính xác của phép đo và khả năng xử lí của thiết bị, số lượng cell GSMnằm trong tập neighbor của cell UTRAN cần được giảm nhỏ tới mức có thể

Với các MT không ở chế độ đã kết nối, danh sách các cell cần đo nằm trong trường

Cell_Info_List được mạng UTRAN phát quảng bá Danh sách này không nhất thiết trùng

với danh sách tương ứng được mạng UTRAN phát đến các MT ở chế độ đã kết nối.Ngược lại, cell nằm trong danh sách đo gửi đến các MT ở chế độ đã kết nối cần nằm trongdanh sách đo gửi đến các MT không ở chế độ đã kết nối

CHƯƠNG 2 CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG TỐI ƯU VÀ CÁC VẤN

ĐỀ TỐI ƯU HÓA MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN CÔNG NGHỆ WCDMA

2.1 Các tham số sử dụng trong tối ưu

Về lí thuyết, toàn bộ các tham số về mặt vật lí và logic trong mạng vô tuyến di động nóichung hoặc mạng GSM/UMTS nói chung đều có thể được sử dụng để thực hiện tối ưuhóa hệ thống Các tham số có thể được phân thành các nhóm theo tiêu chí khác nhau nhưsau:

- Các tham số có khả năng điều chỉnh/thay đổi từ xa hoặc các tham số chỉ được điều

chỉnh/thay đổi tại hiện trường triển khai, lắp đặt;

- Tham số ảnh hưởng đến chỉ một hoặc một số cell trong phạm vi hẹp hoặc ảnh

hưởng đến nhiều cell trong phạm vi rộng;

- Các tham số về vô tuyến chủ yếu gây ảnh hưởng đến vùng phủ sóng và nhiễu trong

mạng;

- Tham số về lưu lượng, ảnh hưởng đến khả năng truyền phát thoại/dữ liệu;

- Tham số có giá trị “cứng”, ít thay đổi (ví dụ công suất phát kênh CPICH) và tham

số có giá trị “mềm”, thay đổi liên tục trong quá trình vận hành (ví dụ tham số điều khiển công suất);

- Tham số tĩnh, được xác lập theo các thủ tục/trạng thái tĩnh của UE và tham số

động (ví dụ tham số liên quản đến chuyển giao giữa các cell).

Tuy nhiên, do điều kiện hạn chế về năng lực xử lí và tốc độ đáp ứng, người ta phải giảmthiểu số lượng các tham số cần hiệu chỉnh/thay đổi Một số ưu tiên đặt ra cho việc lựachọn tham số để tối ưu bao gồm:

- Tham số có thể điều chỉnh/can thiệp trực tiếp từ hệ thống hoặc tại hiện trường;

Kết quả sau khi điều chỉnh/thay đổi tham số có thể ước lượng bằng mô hình hoặc lí thuyết để kiểm chứng, đối chiếu với kết quả đo thực tế để đánh giá hiệu quả tối ưu;

Các tham số được lựa chọn có nhiều ảnh hưởng đến chất lượng mạng

2.1.2 Tham số tối ưu

Trên các nguyên tắc lựa chọn tham số trình bày trong mục trên, có thể lựa chọn tham sốtối ưu trong các tham số sau:

 Giản đồ bức xạ của anten;

Mức công suất kênh P-CPICH;

Tham số chuyển giao mềm:

Cấu hình Node B cần được lựa chọn triển khai thường bao gồm các thành phần sau:

- Tủ thiết bị, ngăn máy.

- Bộ khuếch đại công suất.

- Anten.

- Cáp dẫn và phụ trợ.

Trong các thành phần trên, tủ thiết bị, ngăn máy và bộ khuếch đại thường có giá cao hơn

so với chi phí lắp đặt và vận hành Ngược lại, với các thành phần còn lại, chi phí lắp đặt

và vận hành thường cao hơn giá thành phần cứng Do đó, một điểm cần chú ý là nhữngthiết bị có chi phí vận hành, lắp đặt cao thường được triển khai với số lượng nhiều hơn sovới số lượng thực tế yêu cầu Ví dụ, để triển khai một trạm, người ta sẽ lắp đặt đầy đủanten, cáp dẫn, phụ trợ cho cả 3 cell, nhưng chỉ cần mua 2 bộ khuếch đại nếu dự báo chothấy hiện tại chỉ cần phát 2 cell Nếu không lắp đặt đầy đủ anten và phụ trợ cho cả 3 cell,chi phí lắp đặt thêm khi có nhu cầu phát triển mới sẽ tốn kém hơn nhiều

Bức xạ (loại anten)

Anten được xác định bởi bức xạ 3 chiều Để đơn giản, thường sử dụng mặt phằng 2 chiềungang và dọc Có 2 cách tác động đến bức xạ của anten:

- Thay đổi loại anten của BTS

- Cấu hình lại các thông số của anten thông qua góc ngẩng điện.

Góc phương vị

Góc phương vị là hướng của búp sóng chính trong mặt phẳng nằm ngang Vùng phủ củamột cell được phân biệt với các cell khác chính bởi mặt phẳng bức xạ theo phương nằmngang của anten

Các BTS của UMTS thường sử dụng loại anten 3 sector để đạt được vùng phủ rộng Tuynhiên cũng có thể sử dụng cả loại BTS 1, 2, hay 3 sector Ví dụ, loại BTS 2 sector thường

sử dụng dọc các tuyến đường cao tốc, đường xe lửa, đường hầm hay cải thiện vùng phủtrong các tuyến phố hẹp Loại BTS nhiều hơn 3 sector sử dụng những nơi có lưu lượngcao, hoặc những nơi điều kiện truyền sóng yêu cầu về bức xạ chặt chẽ Ví dụ, một sector

120 độ bao phủ một vùng có môi trường truyền sóng đa dạng, góc ngẩng tối ưu của mộthướng là 3 độ và hướng khác là 6 độ Khi đó, cần sử dụng 2 anten riêng biệt cho cùng mộtsector, và chia sector đó làm 2 phần, do đó dẫn đến việc sử dụng nhiều hơn 3 sector trongmột site

Hình 2.1minh họa bức xạ theo phương ngang của anten KATHERIN 742264 Chênh lệchtăng ích anten giữa hướng chính cua anten (00) so sánh với góc ± 600 (thông thường mỗicell của một BTS có 3 sector có độ rộng 120 độ) khoảng 10dB Để đạt hiệu quả, cần phảiđiều chỉnh góc phương vị của anten sao cho tăng ích trong vùng phủ sóng yêu cầu là caonhất và tăng ích trong vùng phủ sóng của cell khác càng thấp càng tốt Khi anten được

quay đúng hướng, công suất công suất phát cần thiết để phủ sóng cell giảmvà sẽ ít gây ranhiễu sang các cell khác hơn

Hình 2.1 Bức xạ theo phương nằm ngang của anten BTS (theo dB)

Góc ngẩng

Góc ngẩng của anten là góc của búp sóng chính theo phương nằm ngang Do góc ngẩng

anten được thiết lập theo hướng xuống mặt đất, nên thường sử dụng thuật ngữ downtilt

Góc ngẩng dương của anten là góc ngẩng khi búp sóng chính của anten chiếu xuống mặtđất Vùng phục vụ trong hình 2.2bao gồm cell phục vụ và vùng giao thoa trường xa vớicác cell lân cận Ngoài các profile địa hình và bức xạ theo phương thẳng đứng, vùng phủcủa sector còn bị ảnh hưởng của góc ngẩng

Góc ngẩng anten có thể thực hiện theo hai cách: cơ và điện:

Khi sử dụng góc ngẩng cơ, bức xạ của anten sẽ không đổi, và được chỉnh cơ học bằng cách cố định motor hay cố định anten trên cột;

Góc ngẩng điện điều chỉnh hướng bức xạ lên – xuống của anten bằng cách cấu hình lại các thông số điện của anten.

Hình 2.2 Góc ngẩng của anten Node B

Độ cao anten

Điều chỉnh góc phương vị và góc ngẩng của anten có thể thực hiện khi mạng đang hoạtđộng Ngược lại, việc điều chỉnh độ cao anten đòi hỏi chi phí lớn, gặp khó khăn khi thựchiện xin phép về luật (ví dụ, giấy phép tương thích trường điện từ EMC) hoặc do vấn đề

về việc thi công xây dựng nên độ cao anten cần được xem xét và tính toán cẩn thận tronggiai đoạn qui hoạch, thiết kế mạng.Độ cao anten cần được xác định trên cơ sở tính đến cácyếu tố ảnh hưởng đến việc triển khai mạng như địa hình, độ cao các tòa nhà

Cần phân biệt hai trường hợpđộ cao anten thấp hơn và cao hơn độ cao trung bình củavùng địa hình xung quanh Để đảm bảo vùng phủ khi triển khai UMTS, các anten lắp đặt

sẽ cao hơn độ cao trung bình xung quanh và cao hơn các toàn nhà trong vùng đô thị (đốivới mạng GSM, anten được đặt thấp hơn chiều cao tòa nhà) Do đó, khi tối ưu, cần phảithực hiện các biện pháp xử lí nhiễu do nhiễu giữa các cell có thể khá lớn Ngược lại, khilắp anten dưới độ cao của các tòa nhà, vùng phục vụ của các anten được lắp đặt sẽ giảmđáng kể vì nhiễu ngoài lớn

Kênh CPICH được sử dụng làm tham chiếu cho các quá trình chuyển giao, lựa chọn vàlựa chọn lại cell Kênh CPICH cũng ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ sóng của cell.Khi được bật, MS sẽ đo tỉ lệ Ec/Io trên kênh CPICH Ở trạng thái RRC Cell_DCH, MS

đo, gửi các báo cáo mức thu và chất lượng trên kênh CPICH đến UTRAN để sử dụngtrong các thủ tục chuyển giao Tỉ lệ Ec/Io biểu thị chất lượng thu trên kênh CPICH, đượcxác định như sau:

E c/I0 (kênh CPICH) = RSCP (kênh CPICH)/RSSI (2.0)

trong đó:

RSCP: công suất kênh mã CPICH đo tại UE;