Luận văn tối ưu mạng vô tuyến cho mạng di động thế hệ thứ 3 mạng 3g

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn “Tối ưu mạng
vô tuyến cho mạng di động thế hệ thứ 3 –
mạng 3G” là công trình nghiên cứu của riêng
tôi, không sao chép từ bất cứ tài liệu nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Hải
Đăng đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận
văn này.


MỤC LỤC

MỤC LỤC

ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................vi
DANH MỤC HÌNH....................................................................................... xii
DANH MỤC BẢNG......................................................................................xiv
LỜI NÓI ĐẦU 1
TÓM TẮT

2

ABSTRACT

3

CHƯƠNG 1.

PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................4

1.1. Giới thiệu chung.................................................................................4
1.2. Đặt vấn đề ..........................................................................................5
1.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................6
1.4. Nội dung nghiên cứu..........................................................................6
1.5. Mục tiêu đạt được ..............................................................................6
CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG7

2.1. Cấu hình và sơ đồ đấu nối mạng thông tin di động ...........................7
2.1.1. Cấu trúc mạng GSM ..................................................................... 7
2.1.2. Cấu trúc mạng UMTS ................................................................. 10
2.1.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN ............................... 12

ii


2.1.2.2. Tổng quan cấu trúc mạng lõi....................................... 15

2.2. Tổ chức kênh trong hệ thống UMTS ...............................................20
CHƯƠNG 3.

LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA MẠNG TRUY NHẬP VÔ
TUYẾN CÔNG NGHỆ WCDMA ....................................22

3.1. Thế nào là tối ưu?.............................................................................22
3.2. Phân loại quá trình tối ưu .................................................................22
3.2.1. Giai đoạn tối ưu kỹ thuật ............................................................ 22
3.2.2. Giai đoạn tối ưu trong quá trình vân hành................................. 23

3.3. Các tham số sử dụng trong tối ưu ....................................................23
3.3.1. Nguyên tắc lựa chọn tham số tối ưu ........................................... 23
3.3.2. Tham số tối ưu ............................................................................ 24
3.3.2.1. Vị trí và cấu hình Node B ............................................ 24
3.3.2.2. Các thông số anten ...................................................... 25
3.3.2.3. Công suất kênh CPICH................................................ 28

3.4. Mục tiêu tối ưu .................................................................................29
3.5. Các tham số KPI...............................................................................29
3.6. Các bước thực hiện tối ưu ................................................................35
3.6.1. Xác nhận và kiểm tra tham số hiện tại của các BTS/Node B ..... 35
3.6.2. Xác nhận tham số chất lượng hiện tại của mạng và của các
BTS/NodeB.................................................................................. 37
3.6.3. Lập báo cáo hiện trạng và chất lượng mạng trước khi tối ưu.... 38

3.7. Trình tự thực hiện tối ưu trong hệ thống 3G....................................39
3.7.1. Tổng quan các quá trình ............................................................. 39

iii


3.7.2. Quá trình chuẩn bị ...................................................................... 40
3.7.3. Quá trình điều chỉnh Cluster ...................................................... 42
3.7.4. Quá trình tối ưu Cluster.............................................................. 46
3.7.5. Quá trình kiểm tra mạng............................................................. 50

3.8. Xử lí, điều chỉnh tối ưu tham số phần vô tuyến để nâng cao chất
lượng mạng, chất lượng dịch vụ 3G ................................................52
3.8.1. Điều chỉnh các tham số cấu hình anten và cấu hình phần cứng 52

3.8.2. Điều chỉnh tham số hệ thống ...................................................... 54
3.8.2.1. Phân tích vùng phủ ...................................................... 54
3.8.2.2. Phân tích vấn đề nhiễu pilot ........................................ 62
3.8.2.3. Phân tích vấn đề chuyển giao ...................................... 67
3.8.3. Đề xuất lắp mới/nâng cấp các phần tử trong hệ thống .............. 71

3.9. Một số dụng cụ hỗ trợ tối ưu 3G......................................................71
3.9.1. TEMS........................................................................................... 72
3.9.2. Nemo ........................................................................................... 72

CHƯƠNG 4.

TỐI ƯU MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG
THỰC TẾ............................................................................74

4.1. Khu vực thực hiện tối ưu..................................................................74
4.2. Chú giải màu ....................................................................................75
4.3. Thời gian và phương án thực hiện tối ưu.........................................76
4.3.1. Kiểm tra đơn site......................................................................... 76
4.3.2. Driving test.................................................................................. 76
4.3.3. Phân tích tối ưu........................................................................... 77

iv


4.3.3.1. Đánh giá các tham số vật lý ........................................ 77
4.3.3.2. Đánh giá và tối ưu mức thu (RSCP) ............................ 77
4.3.3.3. Đánh giá và tối ưu vùng nhiễu (Ec/Io) ........................ 80
4.3.3.4. Đánh giá và tối ưu nhiễu pilot (Pilot Polution)........... 83

4.4. Tổng hợp các thông số được thay đổi, điều chỉnh ...........................86
4.5. Tổng hợp kết quả tối ưu tại Cluster 31 ............................................87
4.5.1. Trường hợp 1 - RSCP ................................................................. 87
4.5.2. Trường hợp 2 - RSCP ................................................................. 88
4.5.3. Trường hợp 3 - RSCP ................................................................. 89
4.5.4. Trường hợp 4 - RSCP ................................................................. 90
4.5.5. Trường hợp 5 - RSCP ................................................................. 91
4.5.6. Trường hợp 6 – Pilot Pollution................................................... 92
4.5.7. Trường hợp 7 – Pilot Pollution................................................... 93
4.5.8. Trường hợp 8 – Pilot Pollution................................................... 94

4.6. So sánh chỉ số KPI trước và sau tối ưu ............................................95
KẾT LUẬN

98

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................99

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

2G

Second Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ 2

3G

Third Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

3GPP

3rd Generation Partnership
Project

Dự án đối tác thế hệ thứ 3

A
Acquisition
AICH
AuC

Indicator

Channel

Kênh chỉ số thiết lập

Authentication Centre

Trung tâm nhận thực

B

Body

Cơ thể

BCCH

Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BLER

BLock Error Rate

Tỉ lệ lỗi khối

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BS

Base Station

Trạm gốc

B

Broadcast/Multicast
BMC
BTS

Điều khiển quảng bá, đa truy nhập

Control
Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

CC

Call Control

Điều khiển cuộc gọi

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

C

CDMA

Code Division Multiple
Access

vi

Đa truy nhập phân chia theo mã


CN

Core network

Mạng lõi

CS

Circuit Switched

Chuyển mạch kênh

C/I

Carrier

to

Interference Tỷ số công suất sóng mang trên

ratio

nhiễu

CRC

Cyclic Redundancy Check

Mã kiểm tra độ dư vòng

CPCH

Common Packet Channel

Kênh dữ liệu gói dùng chung

CTCH

Common Traffic Channel

Kênh truyền tải dùng chung

D
DCCH
DCH

Dedicated

Control

Channel
Dedicated Channel
Dedicated

DPCCH

Kênh dành riêng

Physical

Control Channel
Dedicated Physical Data

DPDCH
DL
DSSS
DTCH

Kênh điều khiển dành riêng

Channel
Downlink

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

Kênh vật lý dành riêng
Đường lên

Direct Sequence Spread
Spectrum
Dedicated Traffic Channel

Trải phổ chuỗi trực tiếp
Kênh truyền tải dành riêng

E
EIRP

Effective

Isotropically Công suất phát xạ đẳng hướng hiệu

Radiated Power

dụng

F

Fading

Suy giảm

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập chuyển tiếp

FBI

Feedback Information

Thông tin phản hồi

F

vii


FEC
FDD

Forward Error Correction
Frequency

Division

Duplex

Mã hiệu chỉnh phòng lỗi
Phân chia theo tần số

G
G

Gain

Hệ số tăng ích

GMSC

Gateway MSC

Cổng MSC

GMM

GPRS MM

Quản lý di động GPRS

Gateway GPRS Support
GGSN
GSM

Node
Global System for Mobile
Communication

Cổng hỗ trợ GPRS

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

H
HLR

Home Location Register

High-speed

HSDPA
HO

Thanh ghi định vị thường trú

Downlink

Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

Hand over

Chuyển giao

I

Interfere

Nhiễu

IP

Internet Protocol

Giao thức mạng internet

I

International
IMT

Mobile

Telecommunications
International

ITU

Telecommunication Union

Viễn thông di động quốc tế

Hiệp hội viễn thông quốc tế

K
KPI

Key Performance Indicator Chỉ số hoạt động

L

viii


LA

Location Area

Khu vực định vị

LAC

Location Area Code

Mã vùng

MAC

Medium Access Control

Lớp điều khiển truy nhập môi trường

ME

Mobile Equipment

Thiết bị di động

MM

Mobility Management

Quản lý di động

M

MMS

Multimedia

Messaging

Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MS

Mobile Station

Trạm di động

MSC

Mobile Switching Centre

Trung tâm chuyển mạch di động

Noise Figure

Hệ số tạp âm

N
NF
O
O&M

Operations

and

Maintenance

Vận hành và bảo dưỡng

P
P

Penetration

Đâm xuyên

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi

PC

Power control

Điều khiển công suất

PCPCH

Physical CPCH

Kênh hoa tiêu

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PDCP

Packet Data Convergence
Protocol

PICH

Paging Indicator Channel
Primary

PSC

Giao thức hội tụ chuyển mạch gói
Kênh chỉ số tìm gọi

Synchronisation

Code

ix

Từ mã đồng bộ chính


PN
PLMN

Pseudo Noise
Public

Nhiễu giả ngẫu nhiên

Land

Mobile

Network

Mạng di động mặt đất công cộng

PS

Packet Switched

Chuyển mạch gói

PG

Process gain

Độ lợi quá trình

PSTN

Public

Switched Mạng điện thoại chuyển mạch công

Telephone Network

cộng

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

Q
QoS
QPSK

Quadrature

Phase

Shift

Keying

Khóa dịch pha vuông góc

R

RAC

Routing Area Code

Vùng định tuyến

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập sóng vô tuyến

Received
RSCP

Signal

Code

Power

Công suất sóng thu đuợc

RNC

Radio Network Controller

Khối điều khiển sóng vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển tuyến vô tuyến

RLB

Radio Link Budgets

Quỹ năng lượng đường truyền

SAP

Service access point

Điểm truy cập dịch vụ

SCH

Synchronisation Channel

Kênh đồng bộ

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SM

Service Management

Quản lý dịch vụ

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

S

x


Serving
SGSN
SHO

GPRS

Support

Node
Soft Hand over

Chuyển giao mềm

Secondary
SSC

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

Từ mã đồng bộ phụ

Synchronisation Code

T
TDMA

Time Division Multiple
Access
Transport

TFCI
TPC

Format

Combination Indicator

Đa truy cập phân chia theo thời gian

Chỉ số kết hợp định dạnh truyền tải

Transmit Power Control

Điều khiển công suất phát

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

U

UMTS

Universal

Mobile

Telecommunications

Hệ thống viễn thông toàn cầu

System
UTRAN

Universal

Terrestrial

Radio Access

Mạng truy nhập mặt đất

V
VLR

Visitor Location Register

Thanh ghi định vị thường trú

Voltage Standing Wave
VSWR

Ratio

Tỉ số sóng đứng điện áp

W
WCDMA

Wideband Code Division Đa truy cập mã băng rộng
Multiple Access

xi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1. Mạng GSM cơ sở và các phân hệ mạng con ............................................. 7
Hình 2-2. Platform dịch vụ giá trị gia tăng .............................................................. 10
Hình 2-3. Cấu trúc mạng UMTS.............................................................................. 11
Hình 2-4. Cấu trúc mạng RAN của hệ thống UMTS............................................... 12
Hình 2-5. Các giao diện trong mạng UTRAN ......................................................... 14
Hình 2-6. Cấu trúc mạng lõi UMTS ........................................................................ 15
Hình 2-7. Cấu trúc các phần tử chuyển mạch mạng UMTS .................................... 16
Hình 2-8. Cấu trúc chức năng MSC......................................................................... 17
Hình 2-9. Mối quan hệ ánh xạ giữa các loại kênh trong hệ thống WCDMA .......... 21
Hình 3-1. Bức xạ theo phương nằm ngang của anten BTS (theo dB) ..................... 26
Hình 3-2. Góc ngẩng của anten Node B .................................................................. 27
Hình 3-3. Các bước thực hiện tối ưu hóa ................................................................. 36
Hình 3-4. Tổng quan quá trình tối ưu ...................................................................... 39
Hình 3-5. Quá trình chuẩn bị tối ưu ......................................................................... 40
Hình 3-6. Quá trình điều chỉnh Cluster.................................................................... 42
Hình 3-7. Quy trình tối ưu cluster............................................................................ 46
Hình 3-8. Kiểm tra mạng sau tối ưu......................................................................... 50
Hình 3-9. Các khu vực có mức tín hiệu pilot thấp .................................................. 59
Hình 3-10. Phân bố công suất phát UE.................................................................... 62
Hình 3-11. Thiết bị đo TEMS .................................................................................. 72
Hình 3-12. Thiết bị đo NEMO ................................................................................. 73
Hình 4-1. Khu vực cần tối ưu 3G – Cluster 31 ........................................................ 74
Hình 4-2. Scanned RSCP – Best Server – Before Opt............................................. 78
Hình 4-3. Scanned RSCP– Best Server – After Opt .............................................. 79
Hình 4-4. Phân bố thống kê mức thu RSCP mạng 3G trước và sau tối ưu............. 79

Hình 4-5. Kết quả đo kiểm RSCP trước và sau khi tối ưu...................................... 80
Hình 4-6. Scanned EcIo – Best Server– Before Opt............................................... 81
Hình 4-7. Scanned EcIo – Best – After Opt............................................................ 82
Hình 4-8. Phân bố thống kê mức thu Ec/Io mạng 3G trước và sau tối ưu............... 82

xii


Hình 4-9. Ec/Io trước và sau tối ưu......................................................................... 83
Hình 4-10. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Before Opt..... 84
Hình 4-11. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alertc– After Opt....... 85
Hình 4-12. Các vị trí có Pilot Pollution trước và sau tối ưu .................................... 85
Hình 4-13. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 01 – Before Opt 87
Hình 4-14. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 01 – After Opt ... 87
Hình 4-15. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 02 – Before Opt.. 88
Hình 4-16. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 02 – After Opt ... 88
Hình 4-17. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 03 – Before Opt.. 89
Hình 4-18. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 03 – After Opt .... 89
Hình 4-19. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 04 – Before Opt.. 90
Hình 4-20. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 04 – After Opt .... 90
Hình 4-21. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 05 – Before Opt. 91
Hình 4-22. Scanned RSCP & EcIo – Best Server – Trường hợp 05 – After Opt ... 91
Hình 4-23. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 06
– Before Opt .......................................................................................... 92
Hình 4-24. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 06
– After Opt............................................................................................. 92
Hình 4-25. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 07
– Before Opt .......................................................................................... 93
Hình 4-26. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 07
– After Opt............................................................................................. 93

Hình 4-27. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 8 –
Before Opt ............................................................................................. 94
Hình 4-28. Scanned RSCP – Best Server & Pilot Pollution Alert – Trường hợp 8 –
After Opt................................................................................................ 94
Hình 4-29. Đồ thị so sánh thông số Traffic CS....................................................... 95
Hình 4-30. Đồ thị so sánh thông số Call Setup Success Rate Speech .................... 96
Hình 4-31. Đồ thị so sánh thông số Drop Call Rate ............................................... 96
Hình 4-32. Đồ thị so sánh thông số Inter RAT Handover Success Rate ................ 97
Hình 4-33. Đồ thị so sánh thông số Soft Handover Success Rate .......................... 97

xiii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1. Các kênh vật lí trong hệ thống UMTS .................................................... 20
Bảng 3-1. Bộ tham số KPI chất lượng mạng của mạng 3G..................................... 30
Bảng 3-2. Bộ tham số KPI chất lượng dịch vụ của mạng 3G.................................. 33
Bảng 3-3. Đánh giá RSCP kênh CPICH trong hệ thống UMTS ............................. 57
Bảng 3-4. Yêu cầu đối với công suất phát UE......................................................... 61
Bảng 4-1. Chú giải màu cho RSCP.......................................................................... 75
Bảng 4-2. Chú giải màu cho Ec/Io ........................................................................... 75
Bảng 4-3. Bảng đề xuất điều chỉnh anten ................................................................ 78
Bảng 4-4. Tổng hợp các trường hợp điều chỉnh tối ưu ............................................ 86
Bảng 4-5. Bảng thống kê KPI trước và sau tối ưu – C31 ........................................ 95

xiv


LỜI NÓI ĐẦU
Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự 1G, các hệ thống thông tin di động

số thế hệ 2 ra đời đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị
phần thông tin di động trên toàn cầu. Tuy nhiên, GSM chỉ đáp ứng tốt dịch vụ thoại
trong khi nhu cầu dịch vụ số liệu ngày một gia tăng. Hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ 3 ra đời và ngày một hoàn thiện đã đáp ứng được phần nào các nhu cầu đó.
Để nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng,
nhà khai thác phải có các phương án, giải pháp kĩ thuật đúng đắn, thích hợp. Cùng
với qui hoạch mạng, tối ưu hóa mạng vô tuyến là công tác thường xuyên cần được
thực hiện để đáp ứng yêu cầu nói trên.
Xuất phát từ thực tiễn, em chọn đề tài “Tối ưu mạng vô tuyến cho mạng di động thế
hệ thứ 3 – mạng 3G” làm đề tài tốt nghiệp cao học. Luận văn này thực hiện tổng
hợp các vấn đề liên quan đến tối ưu mạng truy nhập vô tuyến 3G công nghệ
WCDMA. Ngoài ra, luận văn cũng phân tích một số trường hợp tối ưu điển hình,
hay gặp như cell reselection, chuyển giao, nhiễu pilot… đồng thời đưa ra được các
bước thực hiện tối ưu mạng vô tuyến 3G.
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Hải
Đưng và các thầy cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông đã hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình để em hoàn thành luận văn này.

1


TÓM TẮT
Luận văn bao gồm 4 chương với nội dung chính như sau:
Chương 1 – Phần mở đầu: Đặt vấn đề và mục đích của đề tài.
Chương 2 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động: Chương này giới thiệu
tổng quan về hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và WCDMA.
Chương 3 – Lý thuyết tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến công nghệ
WCDMA : Chương 3 đưa ra các tham số chất lượng mạng sử dụng trong tối ưu
cũng như mục tiêu đạt được sau tối ưu, đồng thời đưa ra quy trình tối ưu và một số
trường hợp tối ưu điển hình.

Chương 4 – Tối ưu mạng truy nhập vô tuyến trong thực tế: Phần này trình bày
tổng hợp kết quả đo kiểm trước và sau tối ưu tại một cluster của TP. Hồ Chí Minh,
nhận xét đánh giá và khuyến nghị.

2


ABSTRACT
This thesis includes 4 chapter and the main contents follow:
Chapter 1 – Introdution. introduction and purpose of thesis.
Chapter 2 – Theoretic basis. This chapter is giving an overview introduction about
2G - 3G unify network system.
Chapter 3 – The Theoretic of optimization radio access network, WCDMA
technology: Chapter 3 is giving parameters that relate to general optimization
target, and giving step by step control/adjust network and verify the result after
optimization.
Chapter 4 – The optimization of radio access network in reality: This chapter
presents general results of measurements before and after optimization a cluster in
Ho Chi Minh city, remarks and recommendations.

3


CHƯƠNG 1.
1.1.

PHẦN MỞ ĐẦU

Giới thiệu chung

Cùng với sự phát triển của các dịch vụ số liệu, ưu điểm vượt trội của dịch vụ số liệu
chuyển mạch gói dựa trên nền tảng IP đặt ra các yêu cầu mới đối với hệ thống thông
tin di động. Trước hoàn cảnh đó từ những thập niên 1990 hiệp hội viễn thông quốc
tế ITU đã ngiên cứu và đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin
di động thế hệ ba với với tên gọi là IMT- 2000. Đồng thời các cơ quan về tiêu
chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng một tiêu chuẩn hoá áp dụng cho IMT- 2000 thông
qua dự án 3GPP. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được ra đời từ dự án 3GPP
được gọi là hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA đang ngày một hoàn thiện
và trở nên phổ biến trên toàn thế giới.
Tại Việt Nam, đối mặt với tình hình lưu lượng khai thác mạng 2G công nghệ GSM
đang dần trở nên quá tải, tháng 4/2009, Bộ Thông tin và Truyền thông đã đồng ý
cấp giấy phép xây dựng mạng 3G công nghệ WCDMA cho 4 đơn vị đạt yêu cầu là
MOBIFONE, VINAPHONE, VIETTEL và liên doanh Hanoi Telecom – EVN
Telecom (hiện tại EVN đã sát nhập vào VIETTEL). Các nhà mạng trúng tuyển đã
gấp rút xây dựng hạ tầng mạng 3G trên cơ sở đã có sẵn hạ tầng mạng 2G công nghệ
GSM và đã đưa vào triển khai các dịch vụ 3G theo tiêu chuẩn IMT – 2000 băng tần
1900 – 2200 MHz. Và cho đến thời điểm hiện tại, dịch vụ 3G đã được các nhà
mạng triển khai rộng khắp với các dịch vụ đa dạng như Video Call, Mobile Internet,
các dịch vụ thanh toán qua thiết bị di động, dịch vụ Video streaming, dịch vụ
Mobile TV, dịch vụ camera giao thông,…
Ngoài bốn đơn vị trên, tại Việt Nam còn 2 nhà mạng nữa đang chính thức cung cấp
dịch vụ thông tin di động là Sfone với công nghệ CDMA 2000 – 1x, CDMA 2000 –
1x EVDO, GTel với công nghệ GSM.
Theo xu thế phát triển của thế giới, tại Việt Nam, mặc dù hạ tầng mạng 3G của các
nhà mạng vẫn đang triển khai và chưa hoàn thiện, 10/2010 và 12/2011, cả VNPT

4


và Viettel đều đã tiến hành thử nghiệm để đánh giá tính năng và công nghệ mạng

4G LTE, bước đầu tìm hiểu và đánh giá nhu cầu của của khách hàng về công nghệ
mới này.
1.2.

Đặt vấn đề

Các nhà mạng được cấp giấy phép cấp triển khai 3G công nghệ WCDMA đều đã có
sẵn hạ tầng mạng thông tin di động 2G công nghệ GSM. Mạng GSM tại Việt Nam
đã phát triển và khai thác dịch vụ trong một thời gian dài ổn định, việc tiến hành
xây dựng triển khai mạng 3G đều được thực hiện trên trên cơ sở hạ tầng mạng 2G
đã có sẵn, do đó việc triển khai mạng 3G gây ra rất nhiều vấn đề về kỹ thuật cần
khắc phục như can nhiễu giữa băng tần 2G và 3G, phân bố lưu lượng tải, chuyển
giao handover trong cùng một hệ thỗng 2G và 3G hoặc giữa hai hệ thống,… trong
đó trọng tâm là các vấn đề xảy ra trong mạng truy nhập vô tuyến. Công việc tối ưu
mạng phải thực hiện liên tục và song song với quá trình lắp đặt triển khai hạ tầng
mạng 3G để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho khách hàng.
Cũng như với phần lớn nhà khai thác GSM khác, khi triển khai 3G, VNPT cần tận
dụng tối đa cơ sở hạ tầng, cấu trúc mạng có sẵn của mạng GSM. Việc tận dụng như
trên mang lại ưu thế về thời gian triển khai, giảm chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng, nhà
trạm, …song, nhà khai thác cần hết sức lưu ý để xử lí các vấn đề phát sinh, đặc biệt
là nhiễu.
Một trong những vấn đề sống còn đối với mạng thông tin di động nói chung và 3G
nói riêng là chất lượng, bao gồm cả chất lượng dịch vụ và chất lượng mạng. Để
nâng cao chất lượng chung của toàn hệ thống, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
khách hàng, nhà khai thác phải có các phương án, giải pháp kĩ thuật đúng đắn, thích
hợp. Cùng với qui hoạch mạng, tối ưu hóa mạng vô tuyến là công tác thường xuyên
cần được thực hiện để đáp ứng yêu cầu nói trên.
Xuất phát từ thực tiễn, tôi chọn đề tài “Tối ưu mạng vô tuyến cho mạng di động thế
hệ thứ 3 – mạng 3G” làm đề tài tốt nghiệp cao học. Luận văn này thực hiện tổng

5


hợp các vấn đề liên quan đến tối ưu mạng vô tuyến. Ngoài ra, luận văn cũng phân
tích một số trường hợp tối ưu điển hình, hay gặp như cell reselection, chuyển giao,
nhiễu pilot… đồng thời đưa ra được các bước thực hiện tối ưu mạng vô tuyến 3G.
1.3.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết về hệ thống thông tin di động được học
trong quá trình đào tạo của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các tài liệu và
nghiên cứu trong và ngoài nước, các kỹ thuật và ứng dụng trong các giải pháp của
các hãng cung cấp thiết bị viễn thông hàng đầu như T-Mobile, Agilent, Ericsson,
Actix... Thông qua việc khảo sát thực tế triển khai tại các mạng 3G của VNPT là
VINAPHONE và MOBIFONE, tiến hành nghiên cứu và phân tích hiện trạng mạng
thực tế bằng phần mềm đo TEMS 9.0 của Ericsson và phần mềm phân tích logfile
Actix, đưa ra các kiến nghị tối ưu hóa mạng truy nhập vô tuyến thông tin di động
công nghệ WCDMA.
1.4.

Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của mạng thông tin di động GSM truyền thống và mạng
thông tin di động 3G công nghệ WCDMA.
Nghiên cứu thực trạng triển khai các hệ thống mạng thông tin di động hỗn hợp tại
Việt Nam của các nhà mạng lâu đời nhất Việt Nam là MOBIFONE và
VINAPHONE.
Phân tích dữ liệu đo thực tế mạng truy nhập vô tuyến của các nhà mạng bằng phần
mềm phân tích Actix từ đó đưa ra các tồn tại thực tế và kiến nghị giải pháp tối ưu

mạng truy nhập vô tuyến.
1.5.

Mục tiêu đạt được

Trên cơ sở phân tich và troubleshoot hiện trạng mạng truy nhập vô tuyến hệ thống
thông tin di động công nghệ WCDMA, đưa ra các kiến nghị tối ưu để cải thiện chất
lượng hệ thống thông tin di động UMTS.

6


CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG

2.1.
2.1.1.

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

Hình 2-1. Mạng GSM cơ sở và các phân hệ mạng con
Các thành phần của hệ thống chia thành 3 phân hệ:
-

Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem):
o MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động, hoạt động như
một trung tâm chuyển mạch thông thường, điều phối và thiết lập cuộc

gọi đến người sử dụng mạng di động. MSC thường là một tổng đài
lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC.
MSC thực hiện các chức năng: xử lý cuộc gọi, vận hành và bảo
dưỡng, chức năng tương tác và tính cước. MSC có thể triển khai ở hai
dạng: MSC server – xử lý báo hiệu, CS-MGW – xử lý báo hiệu người
dùng.
o GMSC (Gateway MSC): Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng
GSM, cuộc gọi cần định tuyến đến một tổng đài cổng MSC, không
cần biết vị trí hiện thời của thuê bao. GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin

7


về vị trí hiện thời của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài
đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú).
o HLR (Thanh ghi định vị thường trú): Là cơ sở dữ liệu cho việc quản
lý thuê bao, lưu giữ lâu dài các thông tin thuê bao như nhận dạng thuê
bao và các dịch vụ của chúng, lưu giữ thông tin về địa chỉ của MS
đang ở vùng nào (các số nhận dạng IMSI, MSISDN), các thông tin về
thuê bao, danh sách các dịch vụ MS được dùng hay bị hạn chế, số
hiệu VLR đang phục vụ MS). Thường HLR là một máy tính đứng
riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng
trăm ngàn thuê bao.
o VLR (Thanh ghi định vị tạm trú): chứa cơ sở dữ liệu vùng kèm theo
tất cả MSC. Cơ sở dữ liệu này chứa thông tin về tất cả những thuê bao
được đăng ký trong vùng phục vụ đó tại thời điểm hiện tại.
ƒ Vị trí hiện thời của MS trong vùng phục vụ MSC nào.
ƒ Trạng thái thuê bao (bận, rỗi).
ƒ Các số nhận dạng IMSI, MSISDN, TMSI.
ƒ Nhận dạng vùng LAI.

o AuC: Trung tâm nhận thực, lưu giữ khóa nhận thực thuê bao Ki
(Subscriber Authentication Key) của tất cả các thuê bao trong mạng.
Nó cũng có trách nhiệm xử lý nhận thực và phát khóa mật mã Kc
(Encryption Key) để sử dụng trong cuộc gọi. Thuật toán được sử dụng
là A3 và A8. AuC thường nằm sát HLR. Trung tâm AuC/HLR có thể
nằm gần MSC hoặc xa MSC. Ki lưu trong SIM.
o EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị, chứa cơ sở dữ liệu tập trung để lưu
các số IMEI (nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế) của các thiết bị
di động hợp lệ. Cơ sở dữ liệu này chỉ liên quan tới thuê bao đang sử
dụng nó để thiết lập cuộc gọi hoặc nhận dạng cuộc gọi.
-

Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS (RSS : Radio SubSystem)

8


MS = ME + SIM : Trong SIM chứa các số nhận dạng IMSI, TMSI, số hiệu nhận
dạng vùng định vị LAI.
BSS = TRAU + BSC +BTS.
o BSC: có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các
lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh
ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía
BSC nối với BTS, phía kia nối với MS. Trong thực tế BSC là một
tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là
quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao.
o BTS: Là phân hệ thu phát vô tuyến của hệ thống, qua đó MS có thể
liên lạc với hệ thống. Tại đây các tín hiệu vô tuyến được điều chế,
khuếch đại và phối hợp thu phát. Một bộ phận quan trọng của BTS là
TRAU (Transcoder/Adapter Rate Unit: khối chuyển đổi mã và tốc

độ). TRAU là thiết bị mà tại đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc
thù riêng cho hệ thống di động được tiến hành.
ƒ TRAU: Tín hiệu trên giao diện vô tuyến được mã hóa ở tốc độ
13 kbps sử dụng mã LPC. TRAU có nhiệm vụ chuyển đổ mã
để chuyển dổi giữa 13 kbps LPC và 64 kbps PCM giữa MS và
MSC. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng nhiều khi nó
cũng có thể đặt cách xa BTS, trong nhiều trường hợp nó được
đặt giữa BSC và MSC.
-

Phân hệ vận hành và bảo dưỡng (khai thác) OMS (Operation and
Maintenance Subsystem), thực hiện 3 chức năng chính: Khai thác và bảo
dưỡng mạng, Quản lý thuê bao và tính cước, Quản lý thiết bị di động.

Trong quá trình phát triển của GSM cơ sở, một bước phát triển rất tự nhiên đó là
thêm vào các node và trung tâm dịch vụ trên nền kiến trúc mạng đã có. Các trung
tâm và node dịch vụ này được gọi bằng tên chung là VAS (Value Added Service).
Một platform VAS đặc trưng nhỏ nhất bao gồm hai thiết bị:

9


-

SMSC (The Short Message Service Centre).

-

VMS (The Voice Mail System).

Nó sử dụng các giao diện chuẩn tới mạng GSM, có hoặc không có giao diện bên
ngoài tới các mạng khác. GSM và VAS kết hợp cùng nhau đã mang đến cho chúng
ta khái niệm: “mass service for mass people”. Do yêu cầu đòi hỏi của người sử
dụng, cần có các dịch vụ mang tính cá nhân nên IN (Mạng thông minh-Intelligent
Network) đã được tích hợp vào mạng GSM.

Hình 2-2. Platform dịch vụ giá trị gia tăng
IN tạo khả năng phát triển dịch vụ, thực hiện một bước nhảy lớn hướng tới tính cá
thể ‘‘mass service for individual people’’. Ngoài ra IN còn cho phép các nhà khai
thác mang ra ngoài các thông tin thương mại một cách an toàn hơn (Ví dụ, hầu hết
các dịch vụ thuê bao trả trước đều được triển khai với công nghệ IN).
Sau này khái niệm IN ban đầu đã được cải tiến và giới thiệu là CAMEL
(Customised Applications for Mobile network Enhanced Logic), nó đã loại bỏ
được các thiếu sót trong IN như thiếu sự hỗ trợ tính di động cho các dịch vụ.
2.1.2.

Cấu trúc mạng UMTS

Theo chức năng, cấu trúc mạng UMTS được chia làm 3 nhóm:
Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment): là thiết bị đầu cuối vô tuyến, cung
cấp giao diện người sử dụng tới mạng thông qua kênh vô tuyến;

10


Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) hoặc Mạng truy nhập vô
tuyến mặt đất UTRAN (Terrestrial Radio Access Network): là nhóm phần tử mạng
cung cấp tất cả các chức năng vô tuyến;
Mạng lõi CN (Core Network): là nhóm phần tử mạng cung cấp chuyển mạch và
định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu tới mạng bên ngoài (như mạng PSTN hay

mạng Internet). HSS (Home Subcriber Server) là máy chủ thuê bao thường trú.

Hình 2-3. Cấu trúc mạng UMTS
Thiết bị người sử dụng UE bao gồm 2 phần tử:
Thiết bị di động ME (Mobile Equipment): thiết bị vô tuyến vật lý thực hiện truyền
thông vô tuyến qua giao diện mở Uu. Giao diện Uu là một đặc tính kỹ thuật mới
dựa trên giao thức được sử dụng bởi công nghệ vô tuyến WCDMA.
Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): card đặc biệt chứa những thông tin
nhận dạng, chi tiết thuê bao, xác thực và thuật toán mật mã hóa. Nó tương đương
với SIM GSM.

11