Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát chất lượng mạng di động

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... 3
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ 6
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 8
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG VÀ CÁC KPI CỦA MẠNG
DI ĐỘNG ...............................................................................................................9
1.1

Kiến trúc mạng thông tin di động GSM ...................................................9

1.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G .........................................................12
1.2.1 Tổng quan về mạng 3G – Công nghệ WCDMA .................................12
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ ... 12
1.2.2 Kiến trúc mạng UMTS/WCDMA Rel.99: ..........................................14
1.3 Các thông số chất lƣợng KPI chính của mạng di động .............................16
1.3.1 Mức thu cƣờng độ tín hiệu RxLev (dBm) ...........................................16
1.3.2 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ( Call setup success Rate) 17
1.3.3 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình AVDR (Average Drop Call Rate ) .......17
1.3.4 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH : TCDR ( TCH Drop Rate) ..........................18
1.3.5 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH : TCBR ( TCH Blocking Rate) .....................19
1.3.6 Tỷ lệ rớt mạch trên SDCCH : CCDR ( SDCCH Drop rate ) .............19
1.3.7 Tỷ lệ nghẽn mạch trên SDCCH : CCBR ( SDCCH Blocking Rate ) .20
1.4 Các phƣơng pháp giám sát chất lƣợng mạng ............................................20
1.4.1 Thu thập thông số chất lƣợng mạng dựa vào thống kê OMC ..............21
1.4.2 Thu thập thông số chất lƣợng mạng dựa vào Driving test ...................22
2.1 Sơ đồ khối và các thành phần cơ bản .........................................................25

2.1.1 Khối điều khiển trung tâm – Vi điều khiển ATMEGA 128 ................26
2.1.2 Khối hiển thị - Màn hình LCD hai hàng 16 cột ...................................28
2.1.3 Khối nguồn nuôi toàn bộ hệ thống .......................................................29
2.1.4 Module SIM 5218A .............................................................................30
2.1.5 Giao diện của antena GPS/GSM/WCDMA .........................................32
Học viên: Nguyễn Đình Nhất

1


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

2.1.6 Giao tiếp Virtual USB ..........................................................................33
2.2 Giao tiếp, điều khiển giữa vi xử lý và SIM 5218 .......................................33
2.2.1 Giao tiếp nối tiếp ..................................................................................33
2.3 Lập trình điều khiển cho SIM 5218 ...........................................................36
2.3.1 Cú pháp tập lệnh AT ............................................................................36
2.3.2

Tập lệnh AT thực hiện điều khiển Module SIM 5218 ....................37

CHƢƠNG III : THIẾT KẾ XÂY DỰNG SERVER THU NHẬN VÀ XỬ LÝ DỮ
LIỆU ....................................................................................................................44
3.1 Khối TCP Server .......................................................................................44
3.1.1 Xây dựng TCP Server .........................................................................44
3.1.2 Cấu trúc khung truyền từ Thiết bị đầu cuối lên Server .......................47
3.2 Khối cơ sở dữ liệu .....................................................................................49
3.3 Khối quản trị cơ sở dữ liệu ........................................................................50

3.3.1 Thu nhận , bóc tách và lƣu trữ dữ liệu .................................................50
3.3.2 Thực hiện tìm kiếm và xuất dữ liệu .....................................................51
CHƢƠNG IV : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG .....................................................54
4.1 Mục tiêu, yêu cầu của việc thử nghiệm hệ thống .......................................54
4.1.1 Mục tiêu của việc thử nghiệm hệ thống ...............................................54
4.1.2 Yêu cầu của việc thử nghiệm hệ thống ................................................56
4.2 Quá trình thử nghiệm hệ thống..................................................................56
4.3 Kết quả thử nghiệm hệ thống .....................................................................64
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 67

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

2


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

LỜI CAM ĐOAN

Trƣớc hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Viện Điện tửviễn thông , Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo môi trƣờng tốt để tôi học tập và
nghiên cứu. Tôi cũng xin cảm ơn tới các thầy cô trong Viện Đào tạo sau Đại học đã quan
tâm tới khóa học và tạo điều kiện tốt nhất cho các học viên có thể học tập nghiên cứu và
làm khóa luận. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Vũ Văn Yêm
đã tận tình hƣớng dẫn và giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cam đoan nội dung trong luận văn này hoàn toàn là do tôi tìm hiểu,
nghiên cứu và viết ra. Tất cả đều đƣợc tôi thực hiện cẩn thận và có định hƣớng của
giáo viên hƣớng dẫn.

Tôi xin chịu trách nhiện với những nội dung trong luận văn này.
Tác giả

Nguyễn Đình Nhất

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

3


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

GSM

Global

System

for

Mobile Hệ thống thông tin di động

Communications

toàn cầu

GPRS

General Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global Position Systems

Hệ thống định vị toàn cầu

GIS

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

OMC

Operation & Maintenance Center

Trung tâm điều hành và bảo
dƣỡng

BSS

Base Station System

OMS

Operation

and

Phân hệ trạm gốc
Maintenance Phân hệ vận hành và sửa

SubSystem

chữa

SMS

Short Message Service

Dịch vụ tin nhắn ngắn

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ tin nhắn đa phƣơng
tiện

WAP

Wireless Application Protocol

Giao thức ứng dụng mạng

đơn giản.

SGSN

Serving GPRS Support Node

Là một phần tử trong mạng
lõi GPRS nhằm nối kết giữa
mạng truy nhập và gateway

GGSN

Gateway GPRS Support Node

là

một

gateway

mạng GPRS/UMTS và

giữa
các

mạng ở ngoài (nhƣ Internet

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

4

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ
hoặc các mạng GPRS khác)

VLR

Visited Location Register

bộ đăng kí định vị tạm trú

HLR

Home Location Register

bộ đăng kí định vị thƣờng trú

CDMA

Code Division Multiple Access

Phƣơng thức Đa truy cập
phân chia theo mã

TDMA

Time Division Multiple Access

Phƣơng thức đa truy cập
phân chia theo thời gian
Thẻ chứa thông tin định dạng

SIM

Subscriber Identity Module

W-CDMA

Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập theo mã băng
Access

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

rộng

5


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 : Hệ thống di động GSM .............................................................................. 10
Hình 2 : Quá trình phát triển của mạng UMTS ....................................................... 14
Hình 3 : Kiến trúc mạng UMTS Rel.99 .................................................................... 14
Hình 4 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát M2000 ........................................... 21
Hình 5: Giám sát KPI sử dụng M2000 .................................................................... 22

Hình 6 : Quy trình đo sóng ...................................................................................... 23
Hình 7 : Kết quả đo RxLev sử dụng phần mềm Tem................................................ 24
Hình 8 : Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối ................................................................ 25
Hình 9: Vi điều khiển ATMEGA 128 ....................................................................... 27
Hình 10 : Màn hình LCD 16 cột .............................................................................. 28
Hình 11 : Sơ đồ nguyên lý khối nguồn nuôi hệ thống .............................................. 30
Hình 12 : Hình ảnh SIM 5218 .................................................................................. 32
Hình 13 : Giao tiếp với Anten của SIM 5218........................................................... 32
Hình 14 : Giao tiếp giữa PC và SIM 5218............................................................... 33
Hình 15: Giao tiếp USART giữa SIM5218 và vi điều khiển .................................... 34
Hình 16 : Sơ đồ nguyên lý của SIM 5218 ................................................................ 36
Hình 17: Cấu hình ban đầu cho SIM 5218 .............................................................. 38
Hình 18 : Cấu hình kết nối đến Server ..................................................................... 39
Hình 19 : Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đầu cuối ...................................................... 41
Hình 20 : Sơ đồ mạch in của thiết bị đầu cuối (1) ................................................... 42
Hình 21: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đầu cuối (2) ................................................. 42
Hình 22 : Hình ảnh phần cứng của thiết bị đầu cuối .............................................. 43
Hình 23: Giao thức TCP/IP ..................................................................................... 45
Hình 24: Quá trình khởi tạo kết nối TCP ................................................................ 46
Hình 25: Sơ đồ kết nối SIM5218 và Server.............................................................. 47
Hình 26 : Các thông số lưu trong Cơ sở dữ liệu...................................................... 49
Hình 27: Giao diện tìm kiếm của Server .................................................................. 51
Học viên: Nguyễn Đình Nhất

6


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 28: Giao diện Server hiển thị kết quả tìm kiếm............................................... 52
Hình 29: Giao diện tìm kiếm Server hiển thị kết quả (2) ......................................... 52
Hình 30: Xuất kết quả tìm kiếm ra ........................................................................... 53
Hình 31 : Bắt đầu khởi chạy Server ......................................................................... 57
Hình 32: Server thực hiện kết nối Internet và lắng nghe kết nối ............................. 58
Hình 33: Thiết bị đầu cuối khi vừa bật nguồn ......................................................... 58
Hình 34: Vi điều khiển kiểm tra kết nối tới SIM 5218 ............................................. 59
Hình 35: Vi điều khiển thực hiện lấy IMSI SIM ....................................................... 59
Hình 36: Thông tin IMSI của SIM............................................................................ 60
Hình 37: Vi điều khiển thực hiện lấy thông tin trạm ............................................... 60
Hình 38: Thông tin trạm thu được ........................................................................... 61
Hình 39: Công suất thu tín hiệu nhận được ............................................................. 61
Hình 40: Số cuộc gọi thành công ............................................................................. 62
Hình 41Thiết bị đầu cuối kết nối đến SERVER ........................................................ 62
Hình 42: Thiết bị đầu cuối gửi thành công dữ liệu .................................................. 63
Hình 43: Server nhận được thông tin thiết bị đầu cuối gửi lên ............................... 63
Hình 44: Hiển thị toàn bộ dữ liệu ra màn hình ....................................................... 64

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

7


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay công nghệ ngày càng phát triển. Việc sống trong

một thế giới công nghệ giúp cho con ngƣời ngày càng tiếp cận đƣợc với nhiều tiện
ích do khoa học và kỹ thuật mang lại. Nhu cầu thông tin liên lạc không chỉ dừng lại
ở chỉ gọi và nhắn tin mà còn phải phát triển các dịch vụ gia tăng đi kèm với nó.
Chính vì điều đó các nhà mạng di động ngày càng cố gắng phát triển mạng lƣới , đa
dạng hóa các loại hình dịch vụ để đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngừoi dân.
Tuy nhiên việc phát triển mạng lƣới không chỉ ở việc mở rộng quy mô vùng
phủ sóng, lắp thêm nhiều trạm thu phát sóng mà còn phải nâng cao chất lƣợng sóng,
chất lƣợng dịch vụ. Do đó đồng hành với việc phát triển là việc đo kiểm chất lƣợng
sóng điện thoại và các chất lƣợng dịch vụ cũng phải đƣợc thực hiện theo các yêu
cầu nghiêm ngặt hơn. Vì thế dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Vũ Văn Yêm em có
thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát chất lượng
mạng viễn thông” với mong muốn cung cấp thêm một phƣơng pháp để hỗ trợ các
nhà mạng cũng nhƣ các cơ quan quản lý để việc đo kiểm các tham số chất lƣợng
mạng di động đƣợc dễ dàng và tập trung hơn, góp một phần nhỏ vào việc cải thiện
chất lƣợng mạng di động tại Việt Nam.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Vũ Văn Yêm đã tận tình giúp
đỡ và hƣớng dẫn để em hoàn thành luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận
văn sẽ còn những thiếu sót rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của các thầy cô cũng
nhƣ các bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng gửi
về địa chỉ email :
Em xin chân thành cám ơn.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

8


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG VÀ CÁC KPI CỦA
MẠNG DI ĐỘNG
1.1 Kiến trúc mạng thông tin di động GSM
Mạng GSM gồm có 3 thành phần, đó là trạm di động cung cấp khả năng liên
lạc, hệ thống trạm gốc điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động và hệ thống
mạng có chức năng thực hiện chuyển mạch các cuộc gọi giữa các thuê bao di động.
Hình 1 dƣới đây mô tả cấu trúc tổng quan của mạng GSM. Cấu trúc của
mạng GSM có thể đƣợc chia thành ba phần :
 Trạm di động (Mobile Station) đƣợc ngƣời thuê bao mang theo.
 Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến
với trạm di động.
 Hệ thống mạng (Network Subsystem), với bộ phận chính là Trung tâm
chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi
giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của
mạng cố định. MSC cũng thực hiện các chức năng quản lý di động. Ở đây
không vẽ trung tâm vận hành bảo dƣỡng (OMC) với chức năng đảm bảo vận
hành và thiết lập mạng. Trạm di động và hệ thống trạm gốc giao tiếp thông
qua giao diện Um, còn đƣợc gọi là giao diện không gian hoặc kết nối vô
tuyến. Hệ thống trạm gốc giao tiếp với MSC qua giao diện A.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

9


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 1 : Hệ thống di động GSM
Trạm di động (MS) bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác
thực thuê bao (SIM). SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế ngƣời sử dụng
có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ
đã đăng ký. Mỗi điện thoại di động đƣợc phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại
di động IMEI (International Mobile Equipment Identity). Card SIM chứa một số
nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống
nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác. IMEI và IMSI
hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân. Card SIM có thể
chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN).
Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều
khiển gốc (BSC). Hai phần này giao tiếp với nhau qua giao diện Abis, cho phép các
thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể "bắt tay" nhau đƣợc.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

10


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

Trạm thu phát gốc có bộ thu phát vô tuyến xác định một ô (cell) và thiết lập
giao thức kết nối vô tuyến với trạm di động. Trong một khu đô thị lớn thì số lƣợng
BTS cần lắp đặt sẽ rất lớn. Vì thế, yêu cầu đối với trạm BTS là chắc chắn, ổn đinh,
có thể di chuyển đƣợc và giá thành tối thiểu.
Trạm điều khiển gốc quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc vài trạm
BTS. Nó thực hiện thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần số, và chuyển vùng. BSC là
kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC.

Thành phần trung tâm của hệ thống mạng là tổng đài chuyển mạch di động
MSC. Nó hoạt động giống nhƣ một tổng đài chuyển mạch PSTN hoặc ISDN thông
thƣờng, và cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho một thuê bao di động nhƣ:
đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng, định tuyến cuộc gọi tới một thuê
bao roaming (chuyển vùng). MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định ( PSTN hoặc
ISDN). Báo hiệu giữa các thành phần chức năng trong hệ thống mạng sử dụng Hệ
thống báo hiệu số 7 (SS7).
Bộ ghi địa chỉ thƣờng trú (HLR) và Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) cùng với
tổng đài chuyển mạch di động MSC cung cấp khả năng định tuyến cuộc gọi và
roaming cho GSM. HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã
đƣợc đăng ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao. Vị trí của thuê
bao thƣờng dƣới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tƣơng ứng với trạm di động. Chỉ có
một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể đƣợc triển khai dƣới dạng
cơ sở dữ liệu phân bố.
Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị đƣợc lựa chọn
từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di
động hiện đang ở vị trí mà nó quản lý. Mặc dầu các chức năng này có thể đƣợc triển
khai ở các thiết bị độc lập nhƣng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR
vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tƣơng ứng với của VLR nên

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

11


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

đơn giản đƣợc báo hiệu. Chú ý rằng MSC không chứa thông tin về trạm di động cụ

thể- thông tin này đƣợc chứa ở bộ ghi địa chỉ..
Có hai bộ ghi khác đƣợc sử dụng cho mục đính xác thực và an ninh . Bộ ghi
nhận dạng thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách của tất cả các máy
điện di dộng hợp lệ trên mạng với mỗi máy điện thoại đƣợc phân biệt bởi số IMEI.
Một IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu nó đƣợc báo là bị mất cắp hoặc có kiểu
không tƣơng thích. Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản
sao các khoá bảo mật của mỗi card SIM, đƣợc dùng để xác thực và mã hoá trên
kênh vô tuyến.
1.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G
1.2.1 Tổng quan về mạng 3G – Công nghệ WCDMA
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công
nghệ điện thoại di động, mang lại cho ngƣời dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao
cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (nhƣ e-mail và tin nhắn
dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng thông lớn. Các ứng dụng
3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện
thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lƣợng lớn; tải tệp tin video
và MP3; thay cho modem để kết nối máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng
chữ với chất lƣợng cao.
Một số đặc điểm chủ yếu của công nghệ WCDMA bao gồm: Mỗi kênh vô
tuyến có độ rộng 5 MHz; tƣơng thích ngƣợc với GSM; chip rate 3,84 Mbps; hỗ trợ
hoạt động không đồng bộ giữa các cell; truyền nhận đa mã; hỗ trợ điều chỉnh công
suất dựa trên tỷ số tín hiệu/tạp âm; có thể áp dụng kỹ thuật anten thông minh để
tăng dung lƣợng mạng và vùng phủ sóng (phiên bản HSPA từ Release 8 trở lên);hỗ
trợ nhiều kiểu chuyển giao giữa các cell, bao gồm soft-handoff, softer-handoff và
hard-handoff;
UMTS cho phép tốc độ downlink là 0,384 Mbps (full mobility) và với phiên
Học viên: Nguyễn Đình Nhất

12

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

bản nâng cấp lên HSPA Release 6 hiện nay, tốc độ lên tới 14 Mbps (downlink) và
1,4 Mbps (uplink). Dự kiến phiên bản HSPA Release 8 ra mắt vào năm 2009 (thêm
tính năng MIMO) thì tốc độ tƣơng ứng sẽ là 42 Mbps & 11,6 Mbps.
UMTS hoàn toàn tƣơng thích ngƣợc với GSM. Các máy handset UMTS
thƣờng hỗ trợ cả hai chế độ GSM và UMTS, do vậy chúng có thể sử dụng với các
mạng GSM hiện có. Nếu một thuê bao UMTS ra khỏi vùng phủ sóng của mạng
UMTS và đi vào vùng phủ sóng GSM thì cuộc gọi của thuê bao đó đƣợc tự động
chuyển giao cho mạng GSM.
Đặc biệt, trong băng tần 1900-2200 MHz thì WCDMA là công nghệ duy
nhất hiện nay đã có thiết bị sẵn sàng, đƣợc nhiều nhà cung cấp thiết bị sản xuất và
có thể cung cấp ngay khi có đơn đặt hàng. Mặt khác, do quy mô thị trƣờng lớn và là
công nghệ đã “trƣởng thành” nên WCDMA cũng là một trong những công nghệ có
chi phí đầu tƣ thấp nhất, đem lại hiệu quả cao nhất.
Tuy nhiên UMTS cũng có một số nhƣợc điểm. Chuyển giao cuộc gọi mới chỉ
thực hiện đƣợc theo chiều từ UMTS sang GSM mà chƣa thực hiện đƣợc theo chiều
ngƣợc lại. Tần số cao hơn mạng GSM900 nên số lƣợng trạm BTS dày đặc hơn do
đó thời gian xây dựng mạng lâu hơn và chi phí cao hơn mạng GSM. Để cung cấp
đƣợc dịch vụ Video-on-demand, các trạm gốc phải đặt cách nhau khoảng 1-1,5km;
điều đó có thể thực hiện đƣợc ở khu vực đô thị nhƣng sẽ là không kinh tế ở khu vực
nông thôn.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

13

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 2 : Quá trình phát triển của mạng UMTS
1.2.2 Kiến trúc mạng UMTS/WCDMA Rel.99:

Hình 3 : Kiến trúc mạng UMTS Rel.99
 UE (User Equipment) :
Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng với hệ
thống. UE gồm hai phần :
- Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng
cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

14


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông
tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các khóa
nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến
truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng
tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài
nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó). RNC còn là điểm
truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
 CN (Core Network)
- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thông tin chính
về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch
vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ
: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần chuyển hƣớng cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là
tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh
cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch
kênh. VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng nhƣ vị trí
chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho
các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
 Các mạng ngoài

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

15


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
 Các giao diện vô tuyến
- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân
theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ
thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai
thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. IUb đƣợc tiêu
chuẩn hóa nhƣ là một giao diện mở hoàn toàn.
1.3 Các thông số chất lƣợng KPI chính của mạng di động
1.3.1 Mức thu cường độ tín hiệu RxLev (dBm)
Là mức cƣờng độ tín hiệu thu đƣợc tại thiết bị đầu cuối ( đƣờng xuống ) hoặc
tại trạm thu phát sóng di động BTS ( đƣờng lên). Tham số RxLev dùng cho mạng di
động 2G
 Đơn vị : dBm hoặc W
 RxLev càng có giá trị lớn thì thể hiện mức thu càng tốt tức tín hiệu càng mạnh
và ngƣợc lại. Nếu RxLev có giá trị thấp chứng tỏ tín hiệu càng yếu.
 Khoảng giá trị RxLev từ -110dBm đến -40dBm đƣợc quy đổi tƣơng ứng với
RXLEV từ 0-63. Với RxLev < -110dBm thì RXLEV = 0 và RxLev > -40dBm
thì RXLEV = 63.
 Đối với nhà mạng Viettel định nghĩa nếu RxLev < -80dBm ( hay RXLEV < 30 )
là sóng yếu.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

16

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

1.3.2 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ( Call setup success Rate)
CSSR đƣợc định nghĩa là tỷ lệ mà ngƣời sử dụng ( hay thuê bao di động )
thực hiện thành công cuộc gọi xét trên cả hai chiều là chiều gọi đến và chiều gọi đi.
Lƣu ý ở đây là những cuộc gọi đã đƣợc kết nối nhƣng bị rớt vẫn đƣợc coi là thành
công. Thành công ở đây ta có thể hiểu là khi ngƣời sử dụng quay số và bấm nút
“gọi” thì cuộc gọi sẽ chắc chắn đƣợc kết nối ( trong trƣờng hợp thực hiện cuộc gọi
đi). Trong trƣờng hợp cuộc gọi đến , sự không thành công đƣợc hiểu là một ai đó
thực sự gọi đến thuê bao nhƣng thuê bao vẫn không nhận đƣợc một tín hiệu báo gọi
nào mặc dù anh ta vẫn bật máy và nằm trong vùng phủ sóng.
CSSR có thể đƣợc tính nhƣ sau :
CSSR =

Tổng số lần th ực hi ện nh ận cu ộc gọi th ành công
Tổng số lần th ực hi ện nh ận cu ộc gọi

Hiện nay theo mức công bố của nhà mạng MOBIFONE thì chỉ số CSSR của nhà
mạng này là ≥ 95%. Và mức theo quy chuẩn QCVN 36:2011/BTTTT là ≥ 92%.
1.3.3 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình AVDR (Average Drop Call Rate )
AVDR là tỉ lệ số cuộc gọi bị rớt mach trên tổng số cuộc gọi thành công.
AVDR có thể đƣợc tính nhƣ sau :
AVDR =

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑟ớ𝑡 𝑚ạ𝑐ℎ
𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑐ℎ𝑖ế𝑚 𝑚ạ𝑐ℎ 𝑇𝐶𝐻 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑐ô𝑛𝑔 ( 𝑛𝑔𝑜 ạ𝑖 𝑡𝑟 ừ 𝑡𝑟 ườ𝑛𝑔 ℎợ𝑝 𝐻𝑎𝑛𝑑𝑜𝑣𝑒𝑟 )

Đại lƣợng này nên sử dụng để đánh giá chất lƣợng toàn mạng , chứ không
nên áp dụng cho từng cell riêng lẻ vì rằng mỗi cell không chỉ mang những cuộc gọi
bắt đầu từ nó ( trên cả hai nghĩa gọi đi và gọi đến ) mà nó còn phải chịu trách nhiệm
tải những cuộc gọi handover từ những cell khác sang- điều đó có nghĩa là nó bị
chiếm mạch nhiều hơn rất nhiều lần. Hơn nữa đối với mỗi cell, việc mang một cuộc
gọi handover hay bình thƣờng là có cùng bản chất.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

17


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

1.3.4 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH : TCDR ( TCH Drop Rate)
TCDR có thể tạm định nghĩa là tỉ lệ rớt mạch tính trên các kênh TCH của
từng cell riêng biệt
TCDR =

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑟ớ𝑡 𝑚ạ𝑐ℎ
𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑐ℎ𝑖ế𝑚 𝑚ạ𝑐ℎ 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑐ô𝑛𝑔

trong số lần chiếm mạch ở đây có thể xuất phát từ bất cứ nguyên nhân nào , kể cả
Handover.
Có rất nhiều nguyên nhân gây nên rớt mạch , loại trừ nguyên nhân do máy di
động gây ra ta có thể đƣa ra những nguyên nhân chính sau đây :
- Do bị nhiễu quá nhiều hoặc do chất lƣợng kênh truyền dẫn quá thấp.

- Do tín hiệu quá yếu.
- Do lỗi của hệ thống chẳng hạn nhƣ phần cứng trục trặc.
- Do dử dụng các giá trị không chuẩn của các tham số BSS.
- Do không Handover đƣợc ( thiếu neighbor cell chẳng hạn).
Nhằm dễ dàng hơn cho công tác kỹ thuật , TCDR đƣợc phân ra làm hai đại
lƣợng mới :
- Rớt mạch do lỗi hệ thống : TCDR-S ( Drop due to System) : tham số này bao gồm
tất cả các lỗi do hệ thống chẳng hạn nhƣ : software, transcoder.. đƣợc tính theo tỷ lệ
phần trăm trên tổng số lần rớt mạc. Với một hệ thống tố, tỷ lệ này là rất nhỏ (
thƣờng từ 2-3%)
- Rớt mạch do lỗi tần số vô tuyến RF: TCDR-R ( Drop due to RF) : tham số này bao
gồm tất cả các lỗi nhƣ mức tín hiệu , chật lƣợng quá kém, quá nhiễu, Handover
kém… cũng đƣợc tính theo tỷ lệ phần trăm trên số tổng số lần rớt mạch.
TCDR-R + TCDR-S =100%
Học viên: Nguyễn Đình Nhất

18


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

1.3.5 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH : TCBR ( TCH Blocking Rate)
TCBR đƣợc định nghĩa nhƣ tỉ lệ chiếm mạch không thành công do nghẽn
kênh thoại ( không có kênh TCH rỗi ) trên tổng số lần yêu cầu cung cấp kênh thoại.
TCBR = tổng số lần bị nghẽn / Tổng số lần yêu cầu cung câp kênh
TCBR =

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑏ị 𝑛𝑔 ℎẽ𝑛

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑐𝑢𝑛𝑔 𝑐ấ𝑝 𝑘ê𝑛ℎ

Tỷ số này phản ánh mực độ nghẽn mạng trên từng cell riêng lẻ hay trên toàn
hệ thống. Khi tỷ số này ở một cell ( hay khu vực ) nào đó trở nên quá cao điều đó có
nghĩa là rất khó thực hiện đƣợc cuộc gọi trong cell ( hay khu vực đó). Tuy nhiên
tham số này không phản ánh một cách chính xác yêu cầu về lƣu lƣợng trên mạng vì
khi một ngừoi nào đó muốn thực hiện một cuộc gọi trong vòng một phút chẳng hạn,
ngừoi ta sẽ có nhiều lần ( có thể là hàng chục ) để có thể chỉ thực hiện một cuộc gọi
duy nhất kéo dài 1 phút. Điều này làm tăng tỷ lệ nghẽn mạch lên rất nhanh , vƣợt
quá cả bản chất thực tế của vấn đề. Vì vậy để đánh giá một cách chính xác hơn,
ngừoi ta sử dụng một đại lƣợng khác là cấp độ phục vụ GoS ( Grade of Service).
GoS có thể đƣợc định nghĩa nhƣ là xác suất bị nghẽn mạch cho một thuê bao
khi thực hiện cuộc gọi trong một khu vực có một “lƣu lƣợng yêu cầu” ( offered
traffic) xác định nào đó. Vấn đề này sinh ra là “lƣu lƣợng yêu cầu là gì?”. Nó có thể
đƣợc coi nhƣ là lƣu lƣợng mà hệ thống có thể mang đƣợc trong giờ bận trong
trƣờng hợp không có nghẽn mạch hay nói cách khác đi là khi số kênh thoại của hệ
thống tăng đủ lớn.
1.3.6 Tỷ lệ rớt mạch trên SDCCH : CCDR ( SDCCH Drop rate )
CCDR đƣợc định nghĩa nhƣ là tỷ lệ giữa tổng số lần rớt mạch trên kênh
SDCCH và tổng số lần chiếm SDCCH thành công.
CCDR =

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑟ớ𝑡 𝑡𝑟ê𝑛 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻
𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑐ℎ𝑖ế𝑚 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑐ô𝑛𝑔

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

19

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

CCDR cũng rất quan trọng , nó một phần đánh giá tỷ lệ thành công cuộc gọi
nói chung. Nói chung trong thông tin di động GSM và về một khía cạnh nào đó, ít
nhất trên mặt tần số vô tuyến RF, CCDR và TCDR có cùng bản chất, nếu nhƣ
CCDR cao thì tỉ lệ TCDR cũng cao và ngƣợc lại.
Vì rằng thời gian chiếm mạch trên SDCCH là rất ngắn ( trung bình khoảng
3s) so svới thời gian cheiém mạch trên TCH ( trung bình khoảng 65s) nên CCDR
cũng nhỏ hơn TCDR rất nhiều . Tuy nhiên khi CCDR trở nên một cách không bình
thƣờng so sánh với TCDR, điều đó có nghĩa là có một cái gì đó không ổn hoặc là do
các tham số của phần BSS hoặc là do kênh tần số có chứa SDCCH quá nhiều.
1.3.7 Tỷ lệ nghẽn mạch trên SDCCH : CCBR ( SDCCH Blocking Rate )
CCBR đƣợc định nghĩa nhƣ là tỷ số giữa tổng số lần chiếm SDCCH không
thành công do nghẽn SDCCH và tổng số lần yêu cầu cung cấp kênh SDCCH
CCBR =

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑛𝑔 ℎẽ𝑛 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻
𝑇ổ𝑛𝑔 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻

Đại lƣợng này rất quan trọng đối với một hệ thống GSM và trực tiếp ảnh
hƣởng đến tỷ lệ thành công khi một thuê bao thực hiện cuộc gọi . Nếu nhƣ tỷ lệ
nghẽn SDCCH quá cao thì khả năng thực hiện cuộc gọi rất khó.
Ngoài ra còn một số chỉ số nhƣ tỷ lệ thành công Handover đến IHOSR (
Incoming Handover successful Rate) và tỷ lệ thành công Handover ra OHOSR (
outgoing handover successful rate).
1.4 Các phƣơng pháp giám sát chất lƣợng mạng
Hiện nay có khá nhiều phƣơng pháp giám sát chất lƣợng mạng di động và
thống kê các tham số chất lƣợng mạng nhƣ : dựa vào các thống kê từ OMC, đo

kiểm Driving Test, dựa vào ý kiến phản ánh của khách hàng, cảnh báo tại trạm thu
phát sóng BTS.. Sau đây em xin trình bày hai phƣơng pháp chính đó là thống kê từ
OMC và đo kiểm dựa vào Driving test.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

20


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

1.4.1 Thu thập thông số chất lượng mạng dựa vào thống kê OMC
Hiện nay các nhà mạng thƣờng sử dụng các công cụ giám sát tập trung để
giám sát các cảnh báo cũng nhƣ các tham số chất lƣợng mạng KPI. Các hệ thống
này thƣờng đƣợc hỗ trợ bởi các hãng cung cấp các thiết bị phần cứng . Đơn cử nhƣ
đối với mạng MOBIFONE thì thiết bị thƣờng do hai hãng thiết bị lớn cung cấp là
Ericsson và Huawei. Tƣơng ứng với hai hãng đó là hai loại thiết bị giám sát thông
số chất lƣợng mạng là OSS và M2000.
Dƣới đây là sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát M2000 do hãng Huawei
cung cấp:

Hình 4 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát M2000
Theo nhƣ hình vẽ các thiết bị cấu thành lên hệ thống mạng di động là
NE1,NE2… sẽ gửi các tham số chất lƣợng về một Server tập trung đó là M2000 từ
đó ngƣời quản trị có thể dễ dàng lấy đƣợc các tham số chất lƣợng mạng nhƣ hình
dƣới đây :
Học viên: Nguyễn Đình Nhất

21


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 5: Giám sát KPI sử dụng M2000
Việc đƣa ra giá trị các tham số chất lƣợng mạng từ bộ phận OMC là dựa vào
thống kê dữ liệu của các cuộc gọi, các thành phần cấu trúc mạng gửi về thiết bị tập
trung nên các tham số này có giá trị chính xác cao nhất. Tuy nhiên trƣớc khi đƣa
vào khai thác ví dụ nhƣ trạm thu phát sóng mới thì số cuộc gọi và thông tin nhận
đƣợc từ OMC là không đáng kể cũng nhƣ khi xảy ra vấn đề lỗi thì OMC không thể
nhận đƣợc các thống kê từ dƣới Client gửi lên dẫn đến chúng ta không thể phụ
thuộc hoàn toàn vào các tham số đƣa ra từ bộ phận OMC. Từ đó chúng ta phải có
thêm các phƣơng pháp khác để hỗ trợ đo kiểm các tham số chất lƣợng mạng điển
hình là phƣơng pháp Driving test dƣới đây.
1.4.2 Thu thập thông số chất lượng mạng dựa vào Driving test
Nhƣ đã trình bày ngoài việc lấy thông số chất lƣợng mạng từ bộ phận OMC
chúng ta còn phƣơng pháp khác là Driving test. Driving test là một trong những
công việc thƣờng xuyên và quan trọng để thu thập các tham số chất lƣợng nhằm tối

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

22


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

ƣng mạng vô tuyến. Công tác đo driving test nhằm phân tích, đƣa ra các khuyến
nghị điều chỉnh kịp thời nâng cao chất lƣợng mạng lƣới.
Việc đo driving test đƣợc thực hiện:
 Định kỳ: nhằm đánh giá chất lƣợng mạng lƣới, kịp thời đƣa ra các khuyến
nghị hiệu chỉnh.
 Đột xuất: Khi có sự cố tại một khu vực do khách hàng phản ánh (nhiều
khách hàng, khách hàng VIP…) để tìm nguyên nhân và khắc phục.
 Có kế hoạch: Khi có thay đổi trên mạng lƣới theo kế hoạch cần đi đo đánh
giá lại mức độ ảnh hƣởng. Vi dụ: Khi di chuyển BSC, đổi LAC …
Quy trình đo sóng đƣợc tuân theo quy trình dƣới đây :
Mục đích đo
Chuẩn bị bài đo

Công cụ đo

Thiết bị

Dữ liệu

Phân tích thống kê

Hiệu chỉnh

Hình 6 : Quy trình đo sóng
Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ việc đo Driving test và ƣu điểm hơn
cả là phần mềm Tem. Tuy nhiên nhƣợc điểm của phƣơng án này là phải tiến hành
tốn nhiều thời gian và di chuyển trên diện rộng cũng nhƣ kết quả sẽ không thể chính

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

23


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

xác bằng từ thống kê của OMC nếu hệ thống đã hoạt động ổn định. Việc tiến hành
đo này chỉ đƣợc sử dụng khi mở rộng mạng lƣới hoặc tiến hành kiểm tra và tối ƣu
theo khu vực. Dƣới đây là hình ảnh kết quả đo tham số RxLev sử dụng phần mềm
Tem để đo Driving test.

Hình 7 : Kết quả đo RxLev sử dụng phần mềm Tem
Kết luận chƣơng I : Trong chƣơng I của luận văn tác giả có trình bày về tổng quan
của mạng di động tại Việt Nam bao gồm mạng 2G-GSM và mạng 3G-WCDMA
cũng nhƣ các tham số chất lƣợng mạng KPI chính của mạng di động. Ngoài ra tác
giả có trình bày hai phƣơng pháp thu thập các thông số chất lƣợng mạng chính hiện
nay đó là giám sát tại bộ phận vận hành khai thác OMC và thu thập bằng phƣơng
pháp “Driving test”. Từ các phƣơng pháp nêu trên hệ thống đo kiểm chất lƣợng
mạng trình bày trong luận văn tác giả mong muốn sẽ cung cấp thêm một phƣơng án
để đo kiểm các tham số chất lƣợng mạng để việc đo kiểm đƣợc tiến hành đơn giản
và thuận tiện hơn.

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

24


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận Văn Thạc Sĩ

CHƢƠNG II : THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ĐO KIỂM
THAM SỐ KPI MẠNG DI ĐỘNG
2.1 Sơ đồ khối và các thành phần cơ bản
Thiết bị đầu cuối gồm có các khối chức năng chính nhƣ sau :
 Vi điều khiển ATMEGA 128
 LCD thông báo hiển thị
 Khối nguồn
 Module SIM 5218A
 GPS/GSM/WCDMA antena
 Giao tiếp Virtual USB

VITUARL USB

VI DIEU KHIEN
ATMEGA 128

KHOI HIEN THI LCD

MODULE SIM
5218

ANTENNA

KHOI NGUON

Hình 8 : Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối

Học viên: Nguyễn Đình Nhất

25