Tối ưu hóa mạng vô tuyến vinaphone 3g tại tỉnh quảng trị

Tối ưu hóa mạng vô tuyến Vinaphone 3G tại tỉnh Quảng Trị 11 DANH SÁCH HÌNH V Ẽ Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ di động Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các

Trang 1

TỐI ƯU HÓA MẠNG VÔ TUYẾN VINAPHONE 3G TẠI

TỈNH QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- -

TỐI ƯU HÓA MẠNG VÔ TUYẾN VINAPHONE 3G TẠI TỈNH

QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS VÕ LÊ CƯỜNG

HÀ NỘI – 2014

Trang 3

Tối ưu hóa mạng vô tuyến Vinaphone 3G tại tỉnh Quảng Trị

2

Tôi là Lê Văn Thủy, học viên cao học lớp Kỹ thuật truyền thông 3 khóa 2011-2013

Thầy giáo hướng dẫn tôi là TS Võ Lê Cường

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trình bày trong bản luận văn này là kế quả tìm

hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình thực hiện đề tài “ T ối ưu hóa mạng

vô tuy ến Vinaphone 3G tại tỉnh Quảng Trị ’’ Các kết quả và dữ liệu được nêu trong

luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo

luật sở hưu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà Nội, Ngày tháng năm 20

H ọc viên

Lê Văn Thủy

Trang 4

3

L ỜI CAM ĐOAN 2

PH Ụ MỤC 3

DANH SÁCH THU ẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 6

DANH SÁCH HÌNH V Ẽ 11

DANH SÁCH B ẢNG 13

TÓM T ẮT 14

L ỜI NÓI ĐẦU 16

Chương I: Giới thiệu chung về mạng UMTS, lịch sử và xu hướng phát triển 18 1.1 Gi ới thiệu 18

1.2 L ộ trình phát triển thông tin di động lên 3G 18

1.3 Ki ến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G 19

1.3.1 M ạng lõi CN (Core Network) 21

1.3.2 Truy nh ập vô tuyến mặt đất UTRAN 23

1.4 Các lo ại lưu lượng và dịch vụ được 3G (WCDMA) UMTS hỗ trợ 24

1.5 Ki ến trúc 3G UMTS R3 27

1.6 Ki ến trúc 3G UMTS R4 28

1.7 Ki ến trúc 3G UMTS R5 và R6 31

1.8 Chi ến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS 34

1.8.1 3GR1 : Ki ến trúc mạng UMTS chống lấn 34

1.8.2 3GR2: Tích h ợp các mạng UMTS và GSM 35

1.8.3 3GR3: Ki ến trúc RAN thống nhất 36

1.9 K ết luận chung 37

Chương II: Các vấn để cơ bản trong mạng UMTS 38

2.1 Gi ới thiệu chung 38

2.2 Các quá trình x ử lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA 38

2.2.1 Mã hoá ngu ồn 38

2.2.2 Mã hoá kh ối 39

2.2.3 Mã hoá kênh 40

Trang 5

4

2.2.4 Tr ải phổ 40

2.3 Các giao di ện vô tuyến trong hệ thống WCDMA 41

2.4 Các kênh c ủa WCDMA 43

2.4.1 Các kênh logic, LoCH 43

2.4.2 Các kênh truy ền tải, TrCH 44

2.4.3 Các kênh v ật lý 46

2.4.4 Quá trình truy nh ập ngẫu nhiên ARCH và truy nhập gói CPCH. 52 2.5 Các tr ạng thái của UE 52

2.6 Tìm g ọi 54

2.7 Các ti ến trình xử lý cuộc gọi 55

2.7.1 Thi ết lập kết nối RRC 55

2.7.2 Ti ến trình bảo mật và nhận thực 57

2.7.3 Quá trình thi ết lập cuộc gọi 58

2.7.4 Thi ết lập kết nối RAB 60

2.8 Điều khiển công suất 61

2.9 Các quá trình chuy ển giao 62

2.10 K ết luận chương 64

Chương III: Giải pháp tối ưu mạng UMTS 65

3.1 Gi ới thiệu 65

3.2 Thu th ập và đo đạc dữ liệu 66

3.2.1 Thu ph ập dữ liệu từ OMC 66

3.2.2 Đo đạc dữ liệu về trạm phát sóng 66

3.2.3 Đo sóng 66

3.3 Phân tích d ữ liệu 68

3.3.1 Ki ển tra các dữ liệu cài đặt cho hệ thống từ OMC 68

3.3.2 Phân tích vùng ph ủ của mạng 68

3.3.3 Phân tích KPIs 69

3.4 Ki ểm tra lại các tham số điều chỉnh bằng phần mềm mô phỏng 73

3.4.1 Xây d ựng cơ sở dữ liệu cho atoll 74

Trang 6

5

3.4.2 Xu ất các tham số từ dữ liệu đi quyét sóng 74

3.4 3 Căn chỉnh mô hình truyền sóng 75

3.4.4 So sánh k ết quả mô phỏng trước và sau khi điều chỉnh 76

3.5 Báo cáo yêu c ầu thay đổi các tham số 77

3.6 Theo dõi KPIs và ki ểm tra sóng sau khi thay đổi các tham số 77

3.7 Báo cáo cu ối cùng cho toàn mạng 79

Chương IV: Tối ưu mạng Vinaphone 3G tại thành phố Đông Hà tỉnh Quảng Tr ị 80 4.1 Gi ới thiệu 80

4.2 Thu th ập và đo đạc dữ liệu 80

4.3 Phân tích và gi ải pháp 80

4.3.1 B ản đồ mạng 81

4.3.2 Danh sách các tr ạm trong vùng 1(thành phố Đông Hà) 83

4.3.3 Phân tích và gi ải pháp 84

4.4 Đo đạc thu thập dữ liệu sau khi điều chỉnh 94

4.5 K ết quả sau tối ưu 94

4.6 K ết luận và đề xuất 101

DANH M ỤC CÁC TÁI LIỆU THAM KHẢO 102

Trang 7

6

DANH SÁCH THU ẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

3G Third Generation cellular

3GPP Third Generation Patnership Project

A

AI Acquistion Indicator

AICH Acquisition Indication Channel

ATM Asynchoronous transfer mode

BSC Base Station Controller

BTS Base Transceiver Sation

C

CC Connecting Management

CDMA Code Divisison Multiple Access

CD-P Collision Detection Preamble

CPCH Common packet Channel

CPICH Common pilot channel

Trang 8

DSSPC Dynamic step-size power control

DPCCH Delicated Physical control Channel

DPDCH Delicated Physical Data channel

E

ETSI European Telecommunicccations Standard

F

FACH Forward Access Channel

FBI Feedback Information

FDD Fequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

G

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS Gneral Packet Radio Service

GSM Global System of Mobile communication

Trang 9

8

HDLA History Data logic Analyzer

HLR Home location Register

I

IMT-2000 International Mobile telecommunication

ISDL Integated service Digital Network

ITU International telecommunication Union

OFDM Orthogonal Frequency division

OSS Operation Support System

Trang 10

9

P

PCPCH physical common Packet channel

PDCP Packet Data Convergence protocol

PDSCH Physical downlink shared channel

PICH Paging Indication channel

PLMN Public Land Mobile Network

PRACH Physical Random Access channel

RACH Random Access channel

RAN Random Access Network

RAT Radio Access technology

RLC Radio Link control

RNC Radio Network Controler

RRM Radio Resouce Management

RRU Radio Resouce utilization

RSCP Received signal code power

S

Trang 11

10

S-CCPCH Secondary common control

SCH Synchronization channel

SGSN Serving GPRS Support Node

SIR Signal to Interence radio

SF Trải phổ fator

SNR Signal Noise ratio

T

TCP Transit control power

TDD Time Dvision Duplex

TDMA Time division Multiple Access

TFCI Transport format combination indicator

VHE Virtual Home Enviroment

VLR Vistor Location Register

W

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Trang 12

11

DANH SÁCH HÌNH V Ẽ

Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ di động

Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các bản phát hành 3G

Hình 1.3: Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G

Hình 1.4: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

Hình 1.5: Kiến trúc UMTS R3

Hình 1.6: Kiến trúc 3G UMTS R4

Hình 1.8: Cấu hình lai ghép

Hình 2.1: Giao diện vô tuyến trong WCDMA

Hình 2.2: Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống Hình 2.3: Tổng kết các kiểu kênh vật lý

Hình 2.4: Chuyển đối giữa các kênh truyền tải với các kênh vật lý

Hình 2.5: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý

Hình 2.6: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên ARCH và truy nhập gói

Hình 2.7 Paging Type 1

Hình 2.8 Paging Type 2

Hình 2.9: RRC Connection

Hình 2.10: Tiến trình bảo mật và nhận thực

Hình 2.11: Call setup flow

Hình 2.12: RAT setup flow

Hình 2.13: Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

Hình 3.1 Quy trình tối ưu mạng vô tuyến 3G

Hình 3.2 Qúa trình phân tích dữ liệu

Hình 3.3: Call drop

Hình 3.4: Call setup success

Hình 3.5: Handover

Trang 13

12

Hình 3.6: Quy trình simulation

Hình 3.7: Calibration các tham số của trạm

Hình 3.8: Calibration các tham số của địa hình

Hình 3.9: So sánh trước và sau khi điều chỉnh

Hình 3.10: Road test

Hình 4.1: Chia Clusters

Hình 4.2: Plan road test

Hình 4.3: Best RSCP befor

Hình 4.4: Best EcIo after

Hình 4.5: Best RSCP-trước tối ưu của vùng 1

Hình 4.6: Best Agrr Ec/Io trước khi thêm tế bào hàng xóm

Hình 4.7: Call Setup Failure trước khi tối ưu vùng 7

Trang 14

13

DANH SÁCH B ẢNG

Bảng 1.1: Phân loại các dịch vụ ở 3G WCDMA UMTS

Bảng 2.1: Các tốc độ bit rate của AMR

Bảng 2.2: Danh sách các kênh logic

Bảng 2.3: Danh sách các kênh truyền tải

Bảng 2.4: Danh sách các kênh vật lý

Bảng 3.1: Thiết bị đo kiểm

Bảng 3.2: Theo dõi KPIs

Bảng 4.1: Vùng mạng và số trạm phát sóng

Bảng 4.2: Danh sách các trạm trong Đông Hà

Bảng 4.3: bảng thể hiện mức tính hiệu theo màu

Bảng 4.4: Phân tích và giải pháp cho vùng phủ sóng

Bảng 4.5 Thống kê tỉ lệ phần trăm trước và sau khi điều chỉnh

Bảng 4.6 Thống kê tỉ lệ phần trăm trước và sau khi điều chỉnh

Trang 15

14

TÓM T ẮT

Trong những năm gần đây mạng di động 3G phát triển mạnh mẽ và trở lên phổ biến

tại Việt Nam Việc tối ưu mạng để đảm bảo vùng phủ và chất lượng dịch vụ là vấn đề quan trọng cho các nhà mạng Phương pháp tối ưu mạng sử dụng trong hệ thống GSM

thế hệ trước không còn phù hợp với công nhệ WCDMA Vì vậy luận văn tập trung đề

xuất một giải pháp sử dụng phần mềm mô phỏng kiểm tra lại tính hợp lý của các tham

số đề suất điều chỉnh trong quá trình tối ưu mạng UMTS Giải pháp này không những

mở rộng vùng phủ, cải thiện chất lượng dịch vụ và giảm thiểu chi phí đầu tư thiết bị và

cơ sở hạ tầng mà còn giảm thiểu chi phí trong quá trình tối ưu mạng Giải pháp này được áp dụng để tối ưu mạng Vinaphone 3G tại thành phố Đông Hà tỉnh Quảng Trị Quá trình tối ưu gồm các bước sau Dữ liệu mạng được thu thập và đo đạc Dựa trên kết quả đo đạc, vùng phủ, nhiễu, lỗi trong quá trình thiết lập cuộc gọi, rớt cuộc gọi, chuyển giao không thành công được phân tích Kết quả phân tích là cơ sở đưa ra các

giải pháp thay thối các tham số hệ thống Các tham số này được tối ưu thông qua quá trình mô phỏng mạng Bộ tham số mới này được cấu hình lại cho mạng Cuối cùng, quá trình đo đạc được thực hiện lại để chứng minh hiệu quả tối ưu mạng sau khi đã áp

dụng các giải pháp ở bước trước

Sau khi thực hiện các bước tối ưu, kết quả đạt được đối với các tham số đặc trưng

của mạng như sau: tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công tăng 0.49%, tỉ lệ chuyển giao thành công tăng 0.69%, lưu lượng dữ liệu tăng 273Gb, RSCP(>=-95dBm) tăng 11.3%

và EcIo(>=-12dB) tăng 3.1%

Trang 16

15

Abstract

3G Mobiphone networks have developed fast and become popular in Vietnam recently Network optimization to ensure coverage and quality is an important work for every operator Optimization method using in previous GSM system is not suitable for WCDMA Thus, this thesis concentrates on proposing a solution, which use a simulation software, to optimize parameters during optimization process of UMTS network The solution is not only expand coverage, improve quality and reduce payment for equipment and infrastructure but also decrease cost for optimizing a network The method was applied to optimize Vinaphone 3G network at Dong Ha city, Quang Tri province

The optimization method includes the following steps Network parameters are collected and measured Based on the parameters, coverage, inteference, error during call set-up, call drop and missed handover are analysed Then, solutions to adjust the parameters are decided After that the parameters are optimized through repeting simulation and applied to the network Finally, parameter measurement is repeated to prove efficiency of the optimization process

After applying the above optimization steps, the results of optimized parameters of network are as follows call setup success rate increases by 0.49%, handover success rate improves by 0.69%, data traffic is 273Gb, RSCP(>=-95dBm) is 11.3% better and EcIo(>=-12dB) increases by 3.1%

Trang 17

16

L ỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu được Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người

nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa

dạng và phong phú Ngày nay thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối với các khách hàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động

trở thành phương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giàu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông

Năm 2009 là năm thông tin di động thế hệ thứ 3 chính thức đưa vào phục vụ tại

Việt Nam Với công nghệ WCDMA có khả năng cung cấp dung lượng dữ liệu lớn, tốc

độ cao đem đến cho người sử dụng những tiện ích đa phương tiện, cũng như những ứng dụng hoàn toàn mới mẻ mà công nghệ 2G chưa có được Mặt khác sự ra đời của hệ

thống thông tin di động thế hệ 3 ở Việt Nam cũng tạo ra sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động, đặc biệt là ba nhà mạng viễn thông hàng đầu hiện nay : MobiFone, Vinaphone, Viettel Cạnh tranh không chỉ về cơ sở hạ tầng, số lượng thuê bao, mà quan trọng còn là chất lượng dịch vụ Chính vì vậy tác giả dựa vào những

kiến thức tích luỹ trong những năm học và thực tế về chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại trường Đại Học Bách Khoa và sau thời gian nghiên cứu Trung tâm di động KVIII của Vinapone cùng với sự hướng dẫn của TS Võ Lê Cường, tác giả đã nghiên

cứu và hoàn thành luận văn với đề tài “T ối ưu hóa mạng vô tuyến Vinaphone 3G tại

t ỉnh Quảng Trị”

Chương I: Giới thiệu chung về mạng UMTS, lịch sử và xu hướng phát triển

Chương II: Các vấn để cơ bản trong mạng UMTS

Chương III: Giải pháp tối ưu mạng UMTS

Chương IV: Phân tích và tối ưu vùng mạng thành phố Đông Hà tỉnh Quảng Trị

Trang 18

17

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Võ Lê Cường và các thầy cô trong Viện

Điện Tử Viễn Thông đã nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm di dộng KVIII của Vinaphone đã tạo điều

kiện thuận lợi cho tối trong quá trình làm việc và nghiên cứu tại trung tâm

Trang 19

18

Chương I: Giới thiệu chung về mạng UMTS, lịch sử và xu hướng phát triển 1.1 Giới thiệu

’ Trình bày sự phát triển thông tin di động lên 3G

’ Trình bày kiến trúc tổng quát của một mạng thôn di động 3G và các giao diện có liên quan

’ Trình bày kiến trúc mạng 3G UMTS: R3, R4 và R5 và chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 3G

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 3G và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3G được cho trên hình sau:

Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ di động AMPS: Advanced Mobile phone System

TACS: Total Access Communication System

GSM: Global System for Mobile Telecommucation

Trang 20

19

WCDMA: Widfband Code Division Multiple Aceess

EVDO: Evolution Data Omly

IMT: International Mobile Telecommucation

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

WiFi: Wireless Fidelitity

WiMAX: Worldwide Interoperability f0r Mixrowave Access

LTE: Long Term Evolution

UMB: Untra Mobile Broadband

Hình sau cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các bản phát hành 3G

1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G

Mỗi phần tử mạng logic có một chức năng xác định Trong tiêu chuẩn các phần tử mạng được định nghĩa cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý tương tự, nhất là có một số giao diện mở (giao diện sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của

Trang 21

UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức mới Việc thiết kế các giao thức này dựa trên những nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới Trái lại, việc định nghĩa

CN dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ CN đã biết và đã phát triển

Một phương pháp chia nhóm cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Trên khía cạnh này, hệ thống UMTS được thiết kế theo Modun Vì thế, có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho

Trang 22

21

phép chia hệ thống UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác Các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTA Public Land Mobite Network) Thông thường mỗi PLMN được khai thác duy nhất và nó được nối đến các PLMN khác như ISDN, PSTN, Internet

Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết chức năng mạng Logic Các giao diện mở chính là:

’ Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

’ Giao diện Impotance protocol: là giao diện vô tuyến của WCDMA, giao diện giữa UE và NodeB Đây là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của

hệ thống vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

’ Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khách nhau

¬ Iu-CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh

¬ Iu-PS dành cho dữ liệu chuẩn mạch gói

’ Giao diện Iur: Giao diện giữa hai RNC Đây là giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữâ các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

’ Giao diện Iub: kết nối một NodeB với một RNC Nó cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên có Iub được tiêu chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn toàn

1.3.1 Mạng lõi CN (Core Network)

Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:

’ Quản lý di động, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng lõi

’ Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi

’ Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài

’ Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói

Trang 23

22

’ Giao diện Iu các yêu cầu quản lý và điều hành mạng

Mạng lõi UMTS có thể chia thành 2 phần: chuyển mạnh kênh và chuyển mạch gói Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR và cổng MSC Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịc vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và cổng

nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node)

Một số thành phần của mạng như HLR và AUC được chia sẻ cho cả hai phần Cấu trúc của mạng lõi có thể được thay đổi khi các dịch vụ mới và các đặc điểm mới của hệ thống được đưa ra

Các phần tử chính của mạng lõi như sau:

’ HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) là một cơ sở dữ

liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu trữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

’ MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động) là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Nhiệm vụ của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR làm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ CS là phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR

’ GMSC (Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng

CS bên ngoài

’ SGSN (Serving GPRS: General Packet Radio Network Service Node) có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch) Vùng PS là phần mạng được truy nhập qua SGSN

’ SGSN (Gateway GPRS Support Node) có chức năng giống như các dịch vụ điện thoại, ví dụ như ISDN hoặc PSTN

Trang 24

23

’ Các mạng PS đảm bảo các kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gói, ví dụ như Internet

1.3.2 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (radio Network

Subsystem) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiển mạng

vô tuyến RNC (radio Network Controller) và một hay nhiều NodeB Các RNC và các NodeB được kết nối với nhau bằng giao dịch Iub

Các đặc tính chính của UTRAN

’ Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt là các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

’ Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi

’ Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

’ Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

Hai thành phần trong UTRAN : bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và NodeB

1.3.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyên RNC

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiẻn các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và kết cuối

giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức

này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN Nó đóng vai trò như

BSC

Các chức năng chính của RNC :

’ Điều khiển tài nguyên vô tuyến

Trang 25

24

’ Cấp phát kênh

’ Thiết lập điều khiển công suất

’ Điều khiển chuyển giao

’ Phân tạp Macro

’ Mật mã hoá

’ Báo hiệu quảng bá

’ Điều khiển công suất vòng hở

1.3.2.3 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)

UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và module nhạn dạng thuê bao USIM (UMTS subscriber identity) Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ có thể gắn vào máy di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) là

một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực cùng một số thông tin thuê bào cần thiết cho đầu cuối

1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G (WCDMA) UMTS hỗ trợ

Vì thông tin di động 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Intrnet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra thông tin di động 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung thông tin di động 3G hỗ trợ các

Trang 26

25

dịch vụ truyền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở W-CDMA được phân loại như sau:

chẳng hạn)

nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực hiện chẳng hạn: Video Strsaming)

tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn)

nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download)

Môi trường hoạt động của 3WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các tốc

độ bit Rbphục vụ như sau:

Trang 27

-Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh

Dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbps- 2Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao (2Mbps) Dịch vụ đa

Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps - 2Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps - 2Mbps)

Dịch vụ Internet đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (2Mbps)

Bảng 1.1: Phân loại các dịch vụ ở 3G WCDMA UMTS

Trang 28

27

3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4, R5 Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP

1.5 Ki ến trúc 3G UMTS R3

WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến

384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dịch vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các

mạng điện thoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS là “luôn luôn kết nối” đến Internet UMTS cũng

cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn, các dịch vụ dựa trên vị trí Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (VN: Core Network) (xem hình 1.5) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng

vô tuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở

dữ liệu : AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực) HLR (Home: Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipmet Identiy Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

Trang 29

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động

có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server

Trang 30

29

Hình 1.6: Kiến trúc 3G UMTS R4 Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh thu được thực hiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường

trục gói Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time transport Protocol) trên

SGSN và từ SGSN đến SGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể

sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà cuộc cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC Server) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ

Trang 31

cuộc gọi bất kỳ 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức Điều khiển cuộc gọi

độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) được xây dựng trên cơ sở

khuyến nghị Q.1902 của ITU

Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN Khi này cuộc gọi đến hoặc PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư

Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt Nếu không có cấu trúc phân bổ, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A Với cấu trúc phân bổ, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn vàgiá thành khai thác mạng

Từ hình trên ta cũng thấy HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại giao trừ diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói

sử dụng hoặc IP hoặc ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các

Trang 32

31

mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn) Các thực tế như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang lại các bản tin SS7 ở mạng IP Bộ giao thức này được gọi là Sigtran

Trang 33

32

Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP: (IMS:IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP.Từ hình 1.7 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện Trong mạng lỗi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng

thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function) Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function) chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function) Cổng báo hiệu truyền tải (T- SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway)

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng

cường rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ giao

thức khởi đầu phiên (SIP:Session Initiation Protocol) UE trở thành một tác nhân của

người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều

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 CSCF hoạt động như một đại diện Server/hộ tịch viên

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch

vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn) Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp với chúng

Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi được sử

dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

Trang 34

33

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) 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 thức Sigtran

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

mạng di động có sử dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng

MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4 MGW được điều

khiển bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF) Giao thức điều khiển

giữa các thực thể này là ITU-TH.248

MGCF cũng liên lạc với CSCF: Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4 Điều này cho phép chuyển đổi dần dần từ các phiên bản R3

và R4 sang R5 Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch

vụ khác chẳnghạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS Cấu hình laio ghép được thể hiện trên hình sau:

Hình 1.8: Cấu hình lai ghép

Trang 35

34

1.8 Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS

Trong phần này ta sẽ xét chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS của hãng Aicatel dự kiến phát triển RAN từ GSM lên 3G UMTS theo ba phát hành: 3GR1, 3GR2 và 3GR3 Với mỗi phát hành, các sản phẩm mới và các tính năng mới được đưa

ra

1.8.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chống lấn

Phát hành 3GR1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các đặc tả kỹ thuật vào tháng 6 năm 2000 Phát hành đầu của 3GR1 chỉ hỗ trợ UTRA-FDD và sẽ được triển khai chống lấn lên GSM Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1 được chia thành ba giai đoạn được kýhiệu R1.1., R2.2 và R1.3 (R:Release: phát hành) Trong các phát hành này các phần cứng và các tính năng mới được đưa ra Các nút B được gọi là MBS (Multistandard Base Station: trạm gốc đa tiêu chuẩn).Tuy nhiên MBS VI chỉ đơn thuần là nút B, chỉ MBS V2 mới thực sự đa tiêu chuẩn và chứa các chức năng của cả nút B và BTS trong cùng một hộp máy Tương tự RNC V2 và OMC-R V2 được đưa ra để phục vụ cho cả UMTS và GSM

Hình sau cho thấy kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS được phát triển trong giai đoạn triển khai UMTS ban đầu (3GR1.1)

Trang 36

(V2) Hình 1.10 mô tả kiến trúc mạng RAN tích hợp của giao đoạn hai

Trang 37

Trang 38

đa phương tiện IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói Để đáp ứng được nhiệm vụ này ngoài miền chuyển mạch gói, mạng được bổ sung thêm phân hệ đa phương tiện IP (IMS) Cốt lõi của IMS là CSCF thực hiện khởi đầu kết nối đa phương tiện IP dựa trên giao thức khởi đầu phiên (SIP Session Initiation Protocol) Ngoài ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF) Hiện nay mạng 3G WCDMA UMTS đang ở giai đoạn chuyển dần từ R4 sang R5 Trong phần tiếp theo sẽ trình bày về các vấn đề cơ bản trong mạng WCDMA

Trang 39

38

Chương II: Các vấn để cơ bản trong mạng UMTS

2.1 Giới thiệu chung

’ Hiểu tổng quan trải phổ và phương pháp đa truy nhập của WCDMA

’ Hiểu điều khiển công suất, chuyển giao mềm và máy thu phân tập đa đường (RAKE)

’ Hiểu các dạng mã trải phổ và các sơ đồ điều chế của WCDMA

2.2 Các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA

Các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA và chức năng của các quá trình như sau:

’ Source coding: giúp tăng hiệu công suất

’ Channel coding & interleaving: giúp tăng độ tin cậy trong quá trình truyền tin

’ Trải phổ: Giúp tăng khả năng chống nhiễu

’ Modulation: giúp chuyển tín hiệu từ digital thành tín hiệu analog

Chi tiết cụ thể của từng quá trình như sau:

2.2.1 Mã hoá nguồn

Trong hệ thống WCDMA sử dụng bộ mã hoá là AMR (Adaptive Multirate) dùng cho việc mã hoá tiếng nói AMR có thay thay đổi theo 8 tốc độ bitrte để phù hợp với các trường hợp cụ thể

Tốc độ bitrate của AMR được thay đổi bởi RAN dựa trên việc cân bằng giữa tải của

hệ thống và chất lương thoại mong muốn Ví dụ như khi có propagation nhỏ ta có thể nâng cao tốc độ bitrate AMR để tăng chất lượng thoại trong khi nếu có propagation lớn

ta có thể giảm tốc độ bitrate để đảm bảo quá trình truyền tin được thông suốt

Trang 40

Bảng 2.1: Các tốc độ bit rate của AMR

Đối với các dịch vụ của video WCDMA sử dụng codec H.34 bao gồm có video code, speech code và data protocol

Trong quá trình này bộ thu phát sẽ đo đạc chất lượng tín hiệu vô tuyến và phải gửi lại cho bên phát hoặc là chất lượng tín hiệu thu được hoặc là code mode mà bộ phát nên sử dụng để truyền frame tiếp theo Việc trao đổi này cần diễn ra nhanh nhất có thể

để đảm bảo độ trễ chấp nhận được cho quá trình truyền tín hiệu

2.2.2 Mã hoá khối

Trong quá trình truyền tin có rất nhiều nhiễu sinh ra Để đảm bảo tính tin cậy của quá trình truyền tin hệ thống sẽ thực hiện channel coding để loại bỏ các ảnh hưởng này Channel coding gồm có blok coding, channel coding và interleaving

Block coding được sử dụng để kiểm tra xem liệu có lỗi nào còn tồn tại sau quá trình sửa lỗi Phương pháp thường được sử dụng trong block conding là CRC

CRC (Cyclic Redundancy Check) là việc mà bộ mã hoá sẽ thêm một vài bít thừa vào trong đoạn tín hiệu cần truyền và bộ giải mã sẽ sử dụng các bít này để xác định liệu có lỗi xảy ra trong quá trình truyền và sửa được hay không

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	2,23 MB