tối ưu hóa một số thông số vô tuyến trọng mạng di động 3g của mạng vinaphone của thành phố hải phòng

1

++MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10
DANH MỤC BẢNG BIỂU 13
MỞ ðẦU 14
Chương 1. HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 16
1.1. NGUYÊN LÝ CDMA 16
1.1.1. Nguyên lý trải phổ CDMA 16
1.1.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 17
1.1.3. Kỹ thuật ña truy nhập CDMA 18
1.2. MỘT SỐ ðẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬP WCDMA19
1.2.1. Phương thức song công 19
1.2.2. Dung lượng mạng 20
1.2.3. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD 20
1.2.4. Cấu trúc Cell 21
1.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN UMTS 22
1.3.1. Node-B 24
1.3.2. RNC (Radio Network Control) 24
1.3.3. Các giao diện mở cơ bản của UMTS 24
1.3.4. Thiết kế của mạng 3G Vinaphone hiện tại: 25
1.3.4.1. Cấu trúc RNC Motorola/Huawei của Vinaphone……………… 26
1.3.4.2.Tổng quan về node B Motorola/Huawei trong vinaphone……………………34
1.4 CÁC CHỨC NĂNG TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 37
1.4.1. Giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA 37
1.4.2. ðiều khiển công suất 38
1.4.3. ðiều khiển chuyển giao. 40
1.4.3.1. Chuyển giao trong cùng tần số 40
1.4.3.2. Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM. 40
1.4.3.3. Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA 40

1.4.4. ðiều khiển thu nạp 44
1.4.5. ðiều khiển tải (ñiểu khiển nghẽn) 46
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 47
2

Chương 2 48
CÁC VẤN ðỀ CHÍNH CỦA QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU HỆ THỐNG WCDMA 48
2.1 Tính toán vùng phủ của mạng 49
2.1.1. Tính toán quỹ ñường truyền vô tuyến 49
2.1.1.1. ðánh giá suy hao ñường truyền 50
2.1.1.2. Công suất phát của Node B 51
2.1.1.3. Công suất phát của UE 52
2.1.1.4. Hệ số tăng ích của anten 52
2.1.1.5. Suy hao do feeder 53
2.1.1.6. Suy hao do cơ thể 53
2.1.1.7. Tăng ích xử lý 53
2.1.1.8. Giá trị yêu cầu 54
2.1.1.9. Dự trữ nhiễu 55
2.1.1.10. ðộ nhạy máy thu 56
2.1.1.11. Tăng ích chuyển giao mềm
58
2.1.1.12. Dự trữ ñiều khiển công suất 58
2.1.1.13. Dự trữ fading 58
2.1.1.14. Suy hao do ñâm xuyên 59
2.1.1.15. Ví dụ về quỹ ñường truyền vô tuyến 59
2.1.2. Tính toán vùng phủ của ô 61
2.1.2.1. Mô hình Modified Hata COST231 62
2.1.2.2. Mô hình truyền sóng chuẩn 63
2.1.2.3. Tính toán bán kính phục vụ của ô và vùng phủ của ô 64
2.2 Tính toán dung lượng của mạng 65

2.2.1. Phân tích dung lượng hướng lên 65
2.2.1.1. Mô hình hạn chế nhiễu 65
2.2.1.2. Tham số tải hướng lên 65
3.2.2. Phân tích dung lượng hướng xuống. 67
3.2.2.1. Tham số tải hướng xuống 67
3.2.2.2. Công suất phát tổng cộng của Node B 67
3.2.3. ðịnh cỡ dung lượng mạng 69
3.2.3.1.Thuật toán Campbell 69

3

Chương 3: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN TỐI ƯU MẠNG 3G TẠI THÀNH PHỐ
HẢI PHÒNG
3.1. Quy trình tối ưu: 70
3.2. Xác ñịnh các mục tiêu trước tối ưu 72
3.2.1 Xác ñịnh các Cluster: 72
3.2.2. Quy hoạch mạng và các chiến lược 73
3.2.3. Cấu hình mạng 74
3.2.4. ðánh giá hiệu suất mạng 75
3.2.5. Phân tích dung lượng mạng 76
3.2.6. Các tiêu chí của quá trình tối ưu 76
Các thông số KPI mạng cần ñạt ñược 77
Các thông số KPI Drive Test cần ñạt ñược 77
Các công việc thực hiện trong quá trình tối ưu 78
3.3.1. Thu thập dữ liệu 78
3.3.2. Phân tích dữ liệu và khuyến nghị ñiều chỉnh 79
3.3.2.1. Phân tích dữ liệu OMC - R 79
3.3.2.2. Phân tích dữ liệu Drive - Test 79
3.3.2.3. Xác nhận cấu hình vật lý của trạm 80
3.3.2.4. Xét lại danh sách neighbour của các cell 80

3.3.2.5. Sử dụng các phần mềm quy hoạch ñể mô phỏng, quy hoạch tần số mới 80
3.3.3. Thực hiện các thay ñổi: 80
3.3.4. Kiểm chứng 81
3.4. Tồng hợp xử lý lỗi phần cứng 81
3.5. Tổng hợp quá trình tối ưu vùng phủ 82
3.6. Tổng hợp thay ñổi phần cứng Antenna 91
3.7. Tổng hợp tối ưu I-RAT 92
3.7.1. Cell reselection từ GSM sang UMTS 92
3.7.2. Cell reselection từ UMTS sang GSM 93
3.7.3. Inter-RAT handover từ UMTS sang GSM 93
3.8. Tổng hợp thêm/bớt Neighbor 95
Kết quả của quá trình tối ưu 96
3.8.1. Kết quả KPI của mạng 96
3.8.2. So sánh chất lượng mạng (Trước & Sau tối ưu) 96
3.8.3. Kết quả KPI Drive Test 100
4

3.8.4. Kết quả ño Q-voi 100
3.9. Khuyến nghị 102
3.11. Kết luận chương 105
Chương 4: PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ CÁC LỖI THƯỜNG GẶP 106
4.1. Lỗi rớt cuộc gọi (Drop Call): 106
4.1.1. Thiếu Neighbor: 107
4.1.2. Lỗi Handover: 109
4.1.3. Các vấn ñề do vùng phủ 110
4.1.4. Pilot pollution: 115
4.1.5. Lỗi chéo Anten Feeder: 119
4.2. Phân tích lỗi thiết lập cuộc gọi: 120
4.3 Kết luận chương: 122
KẾT LUẬN 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124
















5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AICH Acquisition Indicator Channel Kênh chỉ thị bám
ASC Access Service Class Lớp dịch vụ truy nhập
AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng
BCCH Broadcast Control Channel Kênh ñiều khiển quảng bá
BCH Broadcast Channel Kênh ñiều khiển quảng bá
BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bít
BLER Block Error Ratio Tỉ lệ lỗi khối
BSIC Base transceiver Station Identity
Code
Mã nhận dạng trạm gốc

CCCH Common Control Channel Kênh ñiều khiển chung
CCH Control Channel ðiều khiển Kênh
CCPCH Common Control Physical Channel

Kênh vật lý ñiều khiển chung
CM Compressed Mode Chế ñộ nén
CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu (dẫn ñường)
chung
CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung
DCCH Dedicated Control Channel Kênh ñiều khiển nghiệp vụ
(chuyên dụng)
DL Data Layer Lớp dữ liệu
Downlink
(ForwardLink)

Kênh ñường xuống
DPCCH Dedicated Physical Control
Channel
Kênh vật lý chuyên dụng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý chuyên dụng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý chuyên
dụng
DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng chuyên dụng
DTX Discontinuous Transmission Truyền dẫn rời dạc Truyền dẫn
6

rời dạc
EC/N0 Ratio of energy per modulating bit

to the noise spectral density
Tỉ lệ năng lượng bit ñiều chế /
mật ñộ phổ tạp âm)
EIRP Equivalent Isotropic Radiated
Power
Công suất bức xạ ñẳng hướng
tương ñương
EPCCH Enhanced Power Control Channel


kênh ñiều khiển công suất cải
tiến
FACCH Fast Associated Control Channel Kênh ñiều khiển liên kết nhanh
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhâp chuyển tiếp
(hoặc kênh truy nhập ñường
xuống)
FAUSCH Fast Uplink Signalling Channel Kênh báo hiệu ñường lên nhanh

FCCH Frequency Correction Channel Kênh sửa tần
FDD Frequency Division Duplex Chế ñộ song công phân chia
theo tần số
GERAN GSM/EDGE Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến
GSM/EDGE
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
HCS Hierarchical Cell Structure Cấu trúc cell phân cấp
HHO Hard Handover Chuyển giao cứng
HO Handover Chuyển giao
IE Information Element Phẩn tử thông tin

ISCP Interference Signal Code Power Công suất mã nhiễu
LA Location Area Vùng ñịnh vị
LAC Location Area Code Mã vùng ñịnh vị
MAC Medium Access Control (protocol
layering context)
ðiều khiển truy nhập ñường
truyền (ngữ cảnh lớp giao thức)
MAC Message authentication code
(encryptions context)
Mã nhận dạng bản tin
MS Mobile Station Máy di ñộng
P-CCPCH Primary Common Control Physical Kênh vật lý ñiều khiển chung
7

Channel sơ cấp
P-CPIH Primary Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu (dẫn ñường)
chung sơ cấp
PACCH Packet Associated Control Channel

Kênh ñiều khiển liên kết gói
PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cung cấp truy nhập gói
PBCCH Packet Broadcast Control Channel

Kênh ñiều khiển quảng bá gói
PCCCH Packet Common Control Channel Kênh ñiều khiển gói chung
PCCH Paging Control Channel Kênh ñiều khiển nhắn tin
PCH Paging Channel Kênh nhắn tin
PCPCH Physical Common Packet Channel

Kênh vật lý gói chung

PDCH Packet Data Channel Kênh dữ liệu gói
PDSCH Physical Downlink Shared Channel

Kênh vât lý dùng chung ñường
xuống
PDTCH Packet Data Traffic Channel Kênh lưu lượng dữ liệu gói
PICH Page Indicator Channel Kênh chỉ thị nhắn tin
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di ñộng mặt ñăt công
cộng
PPCH Packet Paging Channel Kênh nhắn tin gói
PRACH Physical Random Access Channel
Kênh vật lý truy nhập ngẫu
nhiên
PSCH Physical Shared Channel Kênh dùng chung vật lý
PTCCH Packet Timing advance Control
Channel
Kênh ñiều khiển khoảng cách
TA gói
PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh vật lý dùng chung UL
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RAB Radio Access Bearer Chặn truy nhập vô tuyến
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyên
RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến
RAU Routing Area Update Cập nhật vùng ñịnh tuyến
8

RB Radio Bearer Sóng mang vô tuyến (trong
UMTS)
RFCH Radio Frequency Channel

Kênh tần số vô tuyến
RLA Radio signal Level Averaged Mức tín hiệu (vô tuyến) trung
bình
RLC Radio Link Control ðiều khiển kết nối vô tuyến
RLCP Radio Link Control Protocol

Giao thức ñiều khiển kết nối vo
tuyến
RLP Radio Link Protocol

RNC Radio Network Controller

Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến
RSCP Received Signal Code Power Công suất mã tín hiệu thu

RSSI Received Signal Strength Indicator

Bộ chỉ thị cường ñộ tín hiệu thu

RX Receive Mức thu
RXLEV Received signal level Mức tín hiệu thu
RXQUAL Received Signal Quality Chất lượng tín hiệu thu
S-CCPCH Secondary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý ñiều khiển chung
thứ cấp
S-CPICH Secondary Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung thứ cấp

SACCH Slow Associated Control Channel Kênh ñiều khiển liên kết chậm
SC Service Code Mã dịch vụ
SCCH Synchronization Control Channel Kênh ñiều khiển ñồng bộ

SCH Synchronization Channel kênh ñồng bộ
SDCCH Stand-Alone Dedicated Control
Channel
Kênh ñiều khiển chuyên dụng
dành riêng
SHCCH Shared Channel Control Channel Kênh ñiều khiển kênh dùng
9

chung
SIR Signal-to-Interference Ratio Tỉ lệ tín/nhiễu

SSDT

Site Selection Diversity
Transmission

truyền dẫn phân tập lựa chọn
site
TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng
TF Transport Format ðịnh dạng truyền tải
TFC Transport Format Combination Kết hợp ñịnh dạng truyền tải
TFCI Transport Format Combination
Indicator
Bộ chỉ thị kết hợp TFC

TFCS Transport Format Combination Set

Thiết lập TFC
TFI Transport Format Indicator Bộ chỉ thị TF
TGMP Transmission Gap Measurement
Purpose
Kết quả ño lường khoảng cách
truyền dẫn
TPC Transmit Power Control ðiều khiển công suất phát
TX Transmit
TX Transmit Công suất phát
TXPWR Transmit PoWeR; Tx power level
MS_TXPWR_REQUEST and
MS_TXPWR_CONF parameters
Mức công suất phát trong
MS_TXPWR_REQ và tham số
MS_TXPWR_CONF
UE User Equipment Thiết bị người dùng
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di ñộng toàn
cầu
URAN UMTS Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến
UMTS
UTRAN Universal Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
ñất toàn cầu
VBR Variable Bit Rate:

10


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Quá trình trải phổ và giải trải phổ 17
Hình 1. 2. Các công nghệ ña truy nhập 18
Hình 1. 3. Nguyên lý của ña truy nhập trải phổ 19
Hình 1. 4. Sơ ñồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau 22
Hình 1. 5. Cấu trúc cell UMTS 21
Hình 1. 6. Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM 22
Hình 1. 7. Các vị trí ñiển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 38
Hình 1. 8. Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 41
Hình 1. 9. Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA 42
Hình 1. 10. Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 43
Hình 1. 11. Thủ tục chuyển giao giữa các tần số 44
Hình 1. 12. ðường cong tải 45
Hình 2. 1. Quỹ ñường truyền vô tuyến trong WCDMA 50
Hình 2. 2. Công suất phát của của các kênh logic 52
Hình 2. 3. Tăng ích xử lý với các dịch vụ khác nhau 54
Hình 2. 4. Sự phụ thuộc dự trữ nhiễu với tải của Node B 56
Hình 2. 5. Tín hiệu và nhiễu tại ñầu vào và ñầu ra của bộ khuếch ñại 57
Hình 2. 6. Mô hình suy hao ñâm xuyên 59
Hình 2. 7. Quan hệ giữa công suất phát và số người dùng cho phép. 68
Hình 3. 1. Qui trình tối ưu UTRAN 72
Hình 3. 2. Xác ñịnh các Cluster 72
Hình 3. 3. Loại truyền dẫn Iub 74
Hình 3. 4. Sơ ñồ kết nối mạng Hải Phòng 75

Hình 3. 5. Lưu lượng PS ở mức RNC 76
Hình 3. 6 Tổng hợp xử lý phần cứng 82
11

Hình 3. 7 CPICH Ec/Io khu vực nội thị Hải Phòng trước tối ưu 84
Hình 3. 8 CPICH Ec/Io khu vực nội thị Hải Phòng sau tối ưu. 85
Hình 3. 9 CPICH RSCP khu vực nội thị Hải Phòng trước tối ưu. 86
Hình 3. 10. CPICH RSCP khu vực nội thị Hải Phòng sau tối ưu. 87
Hình 3. 11. Scrambilng code của khu vực nội thị Hải Phòng trước tối ưu 88
Hình 3. 12. Scrambling Code khu vực nội thị Hải Phòng sau tối ưu. 89
Hình 3. 13. Pilot Pollution khu vực nội thị Hải Phòng trước tối ưu 90
Hình 3. 14. Pilot Pollution khu vực nội thị Hải Phòng sau tối ưu 91
Hình 3. 15. Số lượng Neighbor trong 1 cell 95
Hình 3. 16 AMR call setup rate 97
Hình 3. 17. PS R99 call setup success rate 97
Hình 3. 18. CS AMR Drop call rate 98
Hình 3. 19. PS R99 Drop call rate 98
Hình 3. 20. Soft handover success rate 99
Hình 3. 21. Inter RAT handover success rate 99
Hình 3. 22. UBLER trung bình 100
Hình 3. 23. DL MOS của UMTS ở Hải Phòng 102
Hình 3.24. Mô phỏng vùng phủ song 3g tại Hải Phòng 103
Hình 3. 25. Mô phỏng vùng phủ sóng khu vực ñô thị thực tế 104
Hình 4. 1. Vị trí của Drop call trong Call Flow 106
Hình 4. 2. Thiếu neighbou ghi nhận qua Dring test 108
Hình 4. 3. Thiếu neighbou dẫn ñến rớt cuộc 109
Hình 4. 4. Kết quả Scan Ec/No tại 1 khu vực Hải phòng 112
Hình 4. 5. Scan RSCP cell 36852 113
Hình 4. 6. Scan RSCP cell 36013 113
Hình 4. 7. Scan RSCP cell 36743 114

Hình 4. 8. Scan Ec/Io cell 36743 115
12

Hình 4. 9. Các ñiểm Pipot Pollution 116
Hình 4.10. Phân tích RSCP của cell 8042 117
Hình 4. 11. Phân tích Scan RSCP của cell 36073 118
Hình 4. 12. Phân tích Scan RSCP của cell 35952 118

Hình 4. 13. Lỗi chéo phi ñơ tại Hải Phòng 119

Hình 4. 14. Quá trình thiết lập cuộc gọi của UE 120

13


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2. 1. Công suất các kênh dùng chung khi không có dịch vụ HSDPA 51
Bảng 2. 2. Các lớp công suất của UE 52
Bảng 2. 4. Giá trị E_b/N_0 một số dịch vụ 55
14

MỞ ðẦU

Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. ðể
ñáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di ñộng ñã ñược nghiên
cứu và phát triển từ rất sớm, bắt ñầu với các hệ thống thông tin di ñộng sử dụng
công nghệ analog, cho ñến nay các mạng di ñộng sử dụng công nghệ số ñang ñược
ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hướng rõ nét trong lĩnh
vực thông tin di ñộng hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ, ngoài việc mở rộng
dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác ñịnh lộ trình
phát triển công nghệ ñể tăng cường khả năng cung cấp ña dịch vụ tốt hơn ñến khách
hàng ngày càng ñược quan tâm nhiều hơn. Trong ñó 3G - Hệ thống thông tin di
ñộng thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến ñang ñược các nhà khai thác
mạng triển khai.
Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho ñến nay cả nước ñã có
8 nhà khai thác dịch vụ thông tin di ñộng sử dụng công nghệ GSM và CDMA. ðiều
ñó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di
ñộng trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh
vực này. Với số lượng thuê bao ngày càng phát triển lớn mạnh trong thời gian qua
cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di ñộng

thì
hạ tầng mạng thông tin di ñộng 2G & 2,5G ñã ñược khai thác tối ña cho các
dịch vụ truyền thống. Do vậy ñể có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch
vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông ña phương tiện multimedia,
các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di ñộng-Cố ñịnh…, nhất là dịch vụ
truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và ñủ ñiều kiện cho phép hạ giá thành
cung cấp các dịch vụ này
nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệp viễn
thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển ñổi, phát triển, nâng cấp hạ
tầng ñối với mạng di ñộng hiện tại là ñiều tất yếu và hết sức cấp thiết.
Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế
xã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua
với nhiều bước phát triển vượt bậc ñã ñưa mạng VinaPhone cùng với Mobile-Phone,
Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di ñộng lớn tại Việt Nam về
15

quy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng. Việc nghiên cứu tìm hiểu và
ñưa ra giải pháp tối ưu hóa hệ thống vô tuyến UMTS-3G trong thời gian ngắn là vô
cùng cấp thiết ñối với việc kinh doanh và phát triển của mạng VinaPhone trong thời
gian tới. ðồng thời công tác quy hoạch thiết kế chi tiết và giải pháp tối ưu hóa sẽ
giúp VinaPhone tối ưu về mặt tài nguyên xử lý hệ thống, tối ưu về mặt khai thác vận
hành bảo dưỡng, chi phí ñầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóa mạng
phân vùng thiết bị 2G.
Trên cở sở những kiến thức ñã tích lũy ñược trong những năm học qua về
chuyên ngành ðiện tử - Viễn thông tại Viện ðại Học Mở Hà Nội và sau thời gian
làm việc tại Công ty Vinaphone, cùng với sự hướng dẫn tận tình chu ñáo của các
thầy cô giáo, ñặc biệt là thầy giáo PGS.TS ðỗ Xuân Thụ em ñã hoàn thành luận
văn với ñề tài: Tối ưu hóa một số thông số vô tuyến trong mạng di ñộng 3G của
mạng vinaphone tại Thành phố Hải Phòng.
Luận văn tập trung vào các nội dung sau:

Chương 1: Hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS.
Chương 2: Các vấn ñề chính của quy hoạch và tối ưu hệ thống WCDMA.
Chương 3: Qua trình thực hiện tối ưu mạng 3G tại thành phố Hải Phòng.
Chương 4: Phân tích và xử lý các lỗi thường gặp.
Do nội dung ñề tài tương ñối rộng, ñiều kiện thời gian cũng như kiến thức có
hạn nên chắc chắn ñề tài không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Em rất mong
nhận ñược sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn và ý kiến ñóng góp của các
bạn ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.




16


CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

1.1. NGUYÊN LÝ CDMA
1.1.1. Nguyên lý trải phổ CDMA
Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon ñược mô tả trong (1.1),
thì dung lượng kênh truyền có thể ñược tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh
truyền.
2
.log (1 )
S
C B
N
= +
(1.1)

Trong ñó B là băng thông (Hz), C là dung lượng kênh (bit/s), S là công suất
tín hiệu và N là công suất tạp âm.
Vì vậy, với một tỉ số S/N cụ thể, dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng
ñể truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng
rộng trước khi truyền ñi. Tỷ số ñộ rộng băng tần truyền thực với ñộ rộng băng tần
của thông tin cần truyền ñược gọi là ñộ lợi xử lý (GP ) hoặc là hệ số trải phổ.
t
p
i
B
G
B
=
hoặc
p
B
G
R
=
(1.2)
Trong ñó B
t
:là ñộ rộng băng tần truyền thực tế
B
i
: ñộ rộng băng tần của tín hiệu mang tin
B : là ñộ rộng băng tần RF
R : là tốc ñộ thông tin
Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số E
b

/I
0
(trong ñó E
b
là năng lượng trên một
bit và I
0
là mật ñộ phổ năng lượng tạp âm) thể hiện trong công thức sau :
17

0 0
1
b b
p
R
S
N B
E E
I I G
×
= ×
×
=
(1.3)
Do vậy, với một yêu cầu E
b
/I
0
xác ñịnh và ñộ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số
S/N yêu cầu càng thấp. ðối với hệ thống CDMA ñầu tiên là CDMA IS-95, băng

thông truyền dẫn là 1,25MHz và về sau trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền
khoảng 5MHz.
1.1.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ
Trải phổ và giải trải phổ là hoạt ñộng cơ bản nhất trong các hệ thống DS-
CDMA. Dữ liệu người sử dụng giả sử là chuỗi bit ñược ñiều chế BPSK có tốc ñộ là
R. Hoạt ñộng trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu người sử dụng với một chuỗi n
bit mã, ñược gọi là các chip. Ở ñây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là khi
thực hiện ñiều chế trải phổ BPSK thì kết quả tốc ñộ dữ liệu sẽ là 8xR và có dạng
xuất hiện ngẫu nhiên như là mã trải phổ. Việc tăng tốc ñộ dữ liệu lên 8 lần ñáp ứng
việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của tín hiệu dữ liệu người sử dụng ñược trải ra.
Tín hiệu băng rộng này sẽ ñược truyền qua các kênh vô tuyến ñến ñầu cuối thu.

Hình 1. 1. Quá trình trải phổ và giải trải phổ
Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổ
ñược nhân từng bit với cùng các chip mã 8 ñã ñược sử dụng trong quá trình trải phổ.
Như trên hình vẽ tín hiệu người sử dụng ban ñầu ñược khôi phục hoàn toàn.
18

1.1.3. Kỹ thuật ña truy nhập CDMA
Một mạng thông tin di ñộng là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong ñó
một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung ñể truyền và
nhận thông tin. Dung lượng ña truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ
thống. Trong lịch sử thông tin di ñộng ñã tồn tại các công nghệ ña truy nhập khác
nhau : TDMA, FDMA và CDMA. Sự khác nhau giữa chúng ñược chỉ ra trong hình
2-2.

Hình 1. 2. Các công nghệ ña truy nhập
Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau ñược
truyền ñi trong cùng một băng tần tại cùng một thời ñiểm. Mỗi tín hiệu người sử
dụng ñóng vai trò như là nhiễu ñối với tín hiệu của người sử dụng khác, do ñó dung

lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số lớn nhất cố
ñịnh nên dung lượng của hệ thống CDMA ñược gọi là dung lượng mềm.
Hình 1.3 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập ñồng
thời trong một hệ thống CDMA.
19


Hình 1. 3. Nguyên lý của ña truy nhập trải phổ
Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại
tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác. Bởi vì sự
tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử
dụng khác là rất nhỏ.
ðộ lợi xử lý và ñặc ñiểm băng rộng của quá trình xử lý ñem lại nhiều lợi ích
cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm. Tuy nhiên, tất
cả những lợi ích ñó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật ñiều khiển công suất một cách
nghiêm ngặt và chuyển giao mềm nhằm ñể tránh cho tín hiệu của người sử dụng này
che thông tin của người sử dụng khác.
1.2. MỘT SỐ ðẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬP
WCDMA
1.2.1. Phương thức song công.
Hai phương thức song công ñược sử dụng trong kiến trúc WCDMA: Song
công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD).
Phương pháp FDD cần hai băng tần cho ñường lên và ñường xuống. Phương thức
TDD chỉ cần một băng tần. Thông thường phổ tần số ñược bán cho các nhà khai
thác theo các dải có thể bằng 2x10MHz hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ ñiều khiển. Mặc
dù có một số ñặc ñiểm khác nhau nhưng cả hai phương thức ñều có tổng hiệu suất
gần giống nhau. Chế ñộ TDD không cho phép giữa máy di ñộng và trạm gốc có trễ
truyền lớn, bởi vì sẽ gây ra ñụng ñộ giữa các khe thời gian thu và phát. Vì vậy mà
chế ñộ TDD phù hợp với các môi trường có trễ truyền thấp, cho nên chế ñộ TDD
20

vận hành ở các pico cell. Một ưu ñiểm của TDD là tốc ñộ dữ liệu ñường lên và
ñường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp cho các ứng dụng có ñặc tính
bất ñối xứng giữa ñường lên và ñường xuống, chẳng hạn như Web browsing. Trong
quá trình hoạch ñịnh mạng, các ưu ñiểm và nhược ñiểm của hai phương pháp này có
thể bù trừ. Luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu chế ñộ FDD.
1.2.2. Dung lượng mạng
Kết quả của việc sử dụng công nghệ ña truy nhập trải phổ CDMA là dung
lượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là một người sử
dụng có thể bổ sung mà không gây ra nghẽn bởi số lượng phần cứng hạn chế. Hệ
thống GSM có số lượng các liên kết và các kênh cố ñịnh chỉ cho phép mật ñộ lưu
lượng lớn nhất ñã ñược tính toán và hoạch ñịnh trước nhờ sử dụng các mô hình
thống kê. Trong hệ thống UMTS bất cứ người sử dụng mới nào sẽ gây ra một lượng
nhiễu bổ sung cho những người sử dụng ñang có mặt trong hệ thống, ảnh hưởng ñến
tải của hệ thống. Nếu có ñủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giới hạn
dung lượng chính trong mạng. Việc các cell bị co hẹp lại do tải cao và việc tăng
dung lượng của các cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệu ứng
thể hiện ñặc ñiểm dung lượng xác ñịnh nhiễu trong các mạng CDMA. Chính vì thế
mà trong các mạng CDMA có ñặc ñiểm “dung lượng mềm”. ðặc biệt, khi quan tâm
ñến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch ñịnh mạng trở nên
phức tạp.
1.2.3. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD
Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng ñược ánh xạ vào
các kênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lý. Hình vẽ sau
chỉ ra sơ ñồ các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác.
21


Hình 1. 4. Sơ ñồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau
1.2.4. Cấu trúc Cell.

Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơn
ñến sự phân tập môi trường của người sử dụng. Các môi trường nông thôn ngoài
trời, ñô thị ngoài trời, hay ñô thị trong nhà ñược hỗ trợ bên cạnh các mô hình di
ñộng khác nhau gồm người sử dụng tĩnh, người ñi bộ ñến người sử dụng trong môi
trường xe cộ ñang chuyển ñộng với vận tốc rất cao. ðể yêu cầu một vùng phủ sóng
rộng khắp và khả năng roaming toàn cầu, UMTS ñã phát triển cấu trúc lớp các miền
phân cấp với khả năng phủ sóng khác nhau. Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh bao
phủ toàn bộ trái ñất; Lớp thấp hơn hình thành nên mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất
UTRAN. Mỗi lớp ñược xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng ñịa lý bao
phủ bởi các cell càng nhỏ. Vì vậy các cell nhỏ ñược xây dựng ñể hỗ trợ mật ñộ
người sử dụng cao hơn. Các cell macro ñề nghị cho vùng phủ mặt ñất rộng kết hợp
với các micro cell ñể tăng dung lượng cho các vùng mật ñộ dân số cao. Các cell pico
ñược dùng cho các vùng ñược coi như là các “ñiểm nóng” yêu cầu dung lượng cao
trong các vùng hẹp (ví dụ như sân bay…). Những ñiều này tuân theo 2 nguyên lý
thiết kế ñã biết trong việc triển khai các mạng tế bào: các cell nhỏ hơn có thể ñược
sử dụng ñể tăng dung lượng trên một vùng ñịa lý, các cell lớn hơn có thể mở rộng
vùng phủ sóng.
22


Hình 1. 5. Cấu trúc cell UMTS
1.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN UMTS
Một hệ thống UMTS sau khi ñược nâng cấp và mở rộng từ hệ thống GSM
hiện có thì cấu trúc hệ thống có thể ñược mô tả tổng quan như sau:


23

Hình 1.6. Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM.
Trong ñó UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS),
một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ ñiều khiển mạng vô
tuyến (RNC) và một hay nhiều Node-B.
Các yêu cầu chính ñể thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN:
- Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác ñộng ñến
thiết kế của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị ñầu cuối
kết nối tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell ñang hoạt ñộng) và các thuật toán quản
lý nguồn tài nguyên vô tuyến ñặc biệt của WCDMA.
- Làm tăng sự tương ñồng trong việc ñiều khiển dữ liệu chuyển mạch gói và
chuyển mạch kênh với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và với
việc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRAN ñến miền chuyển mạch
gói và chuyển mạch kênh của mạng lõi.
- Làm tăng tính tương ñồng với GSM.
- Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ cấu chuyển vận thay thế
trong UTRAN kể từ Release 5 trở ñi.

UMTS/GSM Network

GMSC

HLR

EIR

AUC

SCF

SMS-
IWMSC

AN

CN

External

Networks

UE

D

MSC

E,

G

SMS-
GMSC

MSC


BSC




BTS

Um

SIM

MT

Abis

A

ISDN
PSTN
PSPDN
CSPDN
PDN:
-Intranet

-Extranet
-Internet
BSS

Note:
Not all interfaces
shown and named
F

Gr

GGS
N

Gd,

Gp,
Gn

SGS
N

SGS
N

G
b

Gf

Gn
+

H




RNC




BS

Uu

Iur

USI
M

M
E


RNC

BS

Uu

USI
M

M
E

Iub

Iub

Iu

Cu

Cu

RN
S

RN
S

UTRA
N

MGW

24

- Các thiết bị UTRAN với chi phí CAPEX và OPEX ñược tiết kiệm tối ña.
ðồng thời các thiết bị UTRAN ñược thiết kế module hóa và và có tính linh hoạt hợp
lý cho việc mở rộng dung lượng trong tương lai. Hệ thống UTRAN có khả năng
nâng cấp lên phiên bản phần mềm cao hơn mà chỉ gây ra tác ñộng rất nhỏ tới hoạt
ñộng thông thường của hệ thống.
1.3.1 Node-B
Node-B là một thuật ngữ sử dụng trong UMTS ñể biểu thị BTS (trạm thu
phát gốc) và sử dụng công nghệ WCDMA trên ñường vô tuyến. Cũng như trong tất
cả các hệ thống tổ ong UMTS và GSM, Node B thực hiện việc thu phát tần số vô
tuyến ñể liên lạc trực tiếp với các máy di ñộng di chuyển tự do xung quanh nó.
Một cách truyền thống, các Node B có những chức năng tối thiểu về thu phát
vô tuyến và ñược ñiều khiển bởi RNC (Radio Network Controller). Việc sử dụng
công nghệ WCDMA cho phép một cell thuộc một Node B hoặc các Node B khác
nhau cùng ñược quản lý bởi các RNC khác nhau ñể chồng lên nhau và vẫn sử dụng
một tần số giống nhau (trên thực tế, toàn bộ mạng có thể dùng chỉ một cặp tần số).
Node B bao gồm các loại cấu hình: Macro Indoor, Macro Outdoor, Mini
Indoor, Mini outdoor, Micro Indoor, Micro Outdoor, Pico,
1.3.2 RNC (Radio Network Control)
RNC là một thành phần trong mạng truy nhập vô tuyến UTMS. RNC về cơ
bản có những chức năng giống BSC trong hệ thống BSS GSM:
- Trung gian giữa trạm gốc (Node B trong UMTS) và hệ thống mạng lõi;
- ðiều khiển cuộc gọi vô tuyến (quản lý tài nguyên vô tuyến, ñiều khiển và
quản lý chuyển giao cuộc gọi …);
RNC ñược kết nối ñến:
- Mạng lõi, qua giao tiếp Iu.
- Các Node B qua giao tiếp Iub. Một Node B thực hiện giao tiếp vô tuyến với

một hoặc nhiều cell.
- Một số RNC lân cận qua giao tiếp Iur.
1.3.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS
- Giao diện Cu: ðây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao
diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.
25

- Giao diện Uu: ðây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện mà UE
truy cập ñược với phần cố ñịnh của hệ thống và ñây là phần giao diện mở quan
trọng nhất trong UMTS.
- Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi. Tương tự như
các giao diện tương thích trong GSM như là giao diện A (ñối với chuyển mạch
kênh) và Gb (ñối với chuyển mạch gói). Giao diện Iu ñem lại cho các bộ ñiều khiển
UMTS khả năng xây dựng ñược UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ
các nhà sản xuất khác nhau và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu.
- Giao diện Iub: Iub kết nối một Node B và một RNC. UMTS là một hệ
thống ñiện thoại di ñộng mang tính thương mại ñầu tiên mà giao diện giữa bộ ñiều
khiển và trạm gốc ñược chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện. Giống như
các giao diện mở khác, Iub thúc ñẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất
trong lĩnh vực này.
1.3.4. Thiết kế của mạng 3G Vinaphone hiện tại:
Hiện tại Mạng 3G của Vinaphone, tính ñến tháng 1/2011 hiện có 6071
NodeB và 41 RNC của các hãng Motorola, Huawei và Erricson ñược kết nối vào
mạng lõi theo thiết kế sau ñây: