Nghiên cứu, đề xuất các chỉ tiêu và bài đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến WCDMA của hệ thống 3g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------ĐỖ THU THỦY

ĐỖ THU THỦY

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ TIÊU
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN W-CDMA
CỦA HỆ THỐNG 3G

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
…......................................
ngµnh : Kü THUËT §IÖN Tö.
KHOÁ 2008-2010

Hà Nội – Năm 2010


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

ĐỖ THU THỦY

NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP
ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG TRUY NHẬP VÔ
TUYẾN W-CDMA CỦA HỆ THỐNG 3G

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Xuân Dũng

Hà Nội-2010


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu,
đề xuất các chỉ tiêu và phương pháp đo đánh
giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến WCDMA của hệ thống 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 Nguyễn Xuân
Dũng đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt
luận văn này.

i


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU

1

TÓM TẮT NỘI DUNG.............................................................................. 3
ABSTRACT

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................... 5
1.1.
1.2.

Giới thiệu ...............................................................................................................5
Phạm vi của đề tài..................................................................................................8

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH MẠNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG HỖN HỢP
2G/3G.

11

2.1. Cấu hình và sơ đồ đấu nối mạng..........................................................................11
2.1.1.
Cấu trúc mạng GSM ....................................................................................11
2.1.2.
Cấu trúc mạng UMTS..................................................................................12
2.2. Các tiêu chuẩn về chất lượng mạng và chất lượng dịch vụ .................................24
2.2.1.
Các tiêu chuẩn của tổ chức ITU...................................................................24
2.2.2.
Các tiêu chuẩn của tổ chức 3GPP ................................................................25
2.2.3.
Các báo cáo kỹ thuật của 3GPP ...................................................................27
2.3. Một số các công bố về chất lượng mạng .............................................................29
2.3.1.
T-Mobile ......................................................................................................29
2.3.2.

France Telecom............................................................................................31
2.3.3.
ANACOM....................................................................................................32

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG BỘ THAM SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN WCDMA.......................................... 34
3.1. Nghiên cứu, phân tích các tham số KPI và các vấn đề liên quan đến đo kiểm
trong mạng 3G WCDMA ................................................................................................34
3.1.1.
Tham số tỷ lệ lỗi khối BLER .......................................................................34
3.1.2.
Chuyển giao mềm ........................................................................................44
3.1.3.
Chuyển giao cứng giữa các tần số ...............................................................50
3.1.4.
Chuyển giao cứng trong mạng lõi................................................................57
3.1.5.
Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công..............................................................69
3.2.1
Xây dựng bộ chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng phân hệ vô tuyến.............84
3.2.2
Các tham số vùng phủ sóng .........................................................................85
3.2.3
Các tham số miền CS (chuyển mạch kênh) .................................................89
3.2.3
Các tham số miền PS (chuyển mạch gói) ..................................................100
3.2.4
Tổng hợp bộ chỉ tiêu và mức ngưỡng đánh giá chất lượng mạng truy nhập
vô tuyến WCDMA.....................................................................................................108

CHƯƠNG 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CHỈ TIÊU KPI .................. 111

ii


4.1. Giới thiệu các phương pháp đo..........................................................................111
4.1.1.
Phương pháp đo driving test ......................................................................111
4.1.2.
Phương pháp đo thống kê tại OMC ...........................................................111
4.2. Các chỉ tiêu đo bằng phương pháp đo driving test ............................................112
4.3. Các chỉ tiêu đo bằng phương pháp thống kê tại OMC.......................................114
4.4. Một số kết quả đo chỉ tiêu chất lượng mạng phân hệ vô tuyến 3G ...................117
4.4.1.
Kết quả đo vùng phủ sóng ........................................................................117
4.4.2.
Kết quả đo dịch vụ thoại ............................................................................123
4.4.3.
Cuộc gọi dữ liệu miền CS..........................................................................131
Chuyển giao 3G-2G (iRAT Handover) .............................................................137
4.5. Kết luận..............................................................................................................139

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN........................................................................ 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. i
CÁC TỪ VIẾT TẮT .....................................................................................ii
MỤC LỤC HÌNH
Hình 2-1 Cấu trúc mạng GSM.............................................................................................12
Hình 2-2 Cấu trúc mạng UMTS ..........................................................................................13
Hình 2-3 Cấu trúc mạng RAN của hệ thống UMTS............................................................14
Hình 2-4. Các giao diện trong mạng UTRAN .....................................................................17

Hình 2-5 Cấu trúc mạng lõi UMTS .....................................................................................19
Hình 2-6 Cấu trúc chức năng MSC .....................................................................................21
Hình 3-1 Cấu trúc mạng UMTS ..........................................................................................34
Hình 3-2 Các khối truyền tải UL sử dụng để tính UL BER ...............................................37
Hình 3-3 Báo cáo đo DL BLER theo chu kỳ .......................................................................39
Hình 3-4 Phân bổ DL BLER giám sát trong một cuộc gọi đơn...........................................40
Hình 3-5 Báo cáo đo RRC bao gồm báo cáo DL BLER cho một cuộc gọi thoại................40
Hình 3-6 UL BLER liên quan đến lưu lượng kênh truyền tải UL .......................................43
Hình 3-7 Tương quan giữa UL BLER và lỗi SIR................................................................44
Hình 3-8 Yêu cầu cập nhật active set RRC để xóa liên kết vô tuyến chuyển giao mềm .....45
Hình 3-9 Tổng hợp các sự kiện giao thức chuyển giao mềm ..............................................46
Hình 3-10 Thủ tục chuyển giao mềm Intra-RNC ................................................................47
Hình 3-11 Sơ đồ tổng quát các sự kiện giao thức – chuyển giao RNC trung gian ..............49
Hình 3-12 Bước 1 của chuyển giao Inter-frequency............................................................53
Hình 3-13 Bước 2 của chuyển giao Inter-frequency............................................................54
Hình 3-14 Bước 3 của chuyển giao Inter-frequency............................................................55
Hình 3-15 Bản tin đáp ứng yêu cầu thiết lập kênh vô tuyến RNSAP..................................59
Hình 3-16 Thủ tục chuyển giao cùng tần số và định vị lại ..................................................61
Hình 3-17 Các bước chuyển giao giữa 2G và 3G................................................................65
Hình 3-18 Dò tìm lỗi thủ tục chuẩn bị định vị lại RNAP ....................................................67
Hình 3-19 Thủ tục thiết lập kết nối RRC.............................................................................70
Hình 3-20 Trường hợp UE không trả lời bản tin thiết lập kết nối RRC ..............................72
Hình 3-21 Thiết lập kênh mang vô tuyến RRC thành công và thất bại...............................74

iii


Hình 3-22 Thủ tục thiết lập kênh mang vô tuyến RANAP..................................................74
Hình 3-23 Ví dụ phân tích bản tin yêu cầu thiết lập kênh mang vô tuyến RANAP............76
Hình 3-24 Ví dụ về bản tin thiết lập thành công kênh mang vô tuyến RANAP..................76

Hình 3-25 Lỗi thiết lập kênh mang vô tuyến RANAP ........................................................77
Hình 3-26 Yêu cầu giải phóng kênh mang vô tuyến RANAP.............................................77
Hình 3-27 Kịch bản cuộc gọi rơi từ phía UTRAN ..............................................................79
Hình 3-28. Nhiều RAB bị rơi trong miền đơn do UTRAN, kết nối RANAP kết thúc........82
Hình 3-29. Cuộc gọi đa miền có RAB đơn bị rơi ................................................................82
Hình 3-30. Cuộc gọi multi-RAB đa miền có CS RAB bị rơi do phía mạng lõi ..................82
Hình 3-31. Các bộ đếm cần thiết để tính tỷ lệ cuộc gọi rơi .................................................84
Hình 3-32 Không có pilot sơ cấp.........................................................................................86
Hình 3-33 Phân bố công suất của UE ..................................................................................87
Hình 3-34 Pilot pollution .....................................................................................................88
Hình 3-35. Nhiễu pilot khi đo driving test...........................................................................89
Hình 3-36 Sơ đồ khối thiết lập cuộc gọi ..............................................................................90
Hình 3-37 Lưu đồ thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh............................................91
Hình 3-38 Lưu đồ cuộc gọi chuyển giao interRAT .............................................................96
Hình 3-39 Lưu đồ thiết lập cuộc gọi chuyển mạch gói (PS) .............................................101

iv


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2-1. Các tham số tỉ lệ KPI đo kiểm tra theo T-Mobile...............................................29
Bảng 2-2. Các tham số KPI yêu cầu bắt buộc .....................................................................30
Bảng 2-3. Các tham số chỉ tiêu về chất lượng mạng ...........................................................32
Bảng 3-1. Bảng ánh xạ Bin của báo cáo DL BLER ............................................................41
Bảng 3-2. Các trường hợp cuộc gọi bị rớt mạng .................................................................81
Bảng 3-3. Các nguyên nhân thiết lập RRC..........................................................................90
Bảng 4-1. Cách phân loại vùng phủ theo kênh pilot..........................................................117
Bảng 4-2. Phân bố các loại vùng phủ kênh pilot (một số cell điển hình, 6054 mẫu quét) 117
Bảng 4-3. Đồ thị phân bố các loại vùng phủ theo CPICH Ec/No và RSCP ......................117
Bảng 4-4. Phân bố vùng phủ pilot theo từng cell ..............................................................118

Bảng 4-5. Phân bố Strong Pilot Count từ kết quả đo.........................................................119
Bảng 4-6. Thống kê chế độ nén (Compressed Mode) của các UE ....................................119
Bảng 4-7. Thời gian trong chế độ nén ...............................................................................119
Bảng 4-8. Phân bố chất lượng theo kênh Pilot tại các cuộc gọi thoại (44628 mẫu)..........123
Bảng 4-9. Kết quả đo dịch vụ thoại miền CS ....................................................................123
Bảng 4-10. Thống kê cuộc gọi theo từng cell....................................................................123
Bảng 4-11. Thống kê cuộc gọi theo phân loại vùng phủ pilot...........................................124
Bảng 4-12. Nguyên nhân lỗi truy nhập (block type) tương ứng với vùng phủ Pilot .........124
Bảng 4-13. Nguyên nhân lỗi kết nối RRC tương ứng với vùng phủ Pilot.........................124
Bảng 4-14. Thống kê các cuộc gọi rớt mạch ứng với vùng phủ Pilot ...............................125
Bảng 4-15. Thống kê hiệu năng chuyển giao mềm ...........................................................127
Bảng 4-16. Chất lượng vùng phủ tại thời điểm thực hiện các cuộc gọi video...................131
Bảng 4-17. Thống kê cuộc gọi rơi và tỷ lệ thiết lập cuộc gọi video thành công ...............132
Bảng 4-18. BLER kênh lưu lượng đường xuống của các cuộc goi video .........................133

v


LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động thế hệ 3 (3G) đang ngày một hoàn thiện và trở nên phổ biến trên
toàn thế giới. Tại Việt Nam, cả ba nhà khai thác GSM lớn (Mobifone, Vinaphone,
Viettel) đều gấp rút xây dựng và chính thức cung cấp dịch vụ 3G tới khách hàng.
Mặc dù việc triển khai mạng đang trong giai đoạn bắt đầu cũng như các dịch vụ 3G
hiện tại còn khá hạn chế, song 3G đang ngày một thu hút được sự quan tâm từ phía
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.

Tuy nhiên, việc triển khai 3G trong giai đoạn đầu luôn gặp các khó khăn do thiếu
kinh nghiệm, năng lực xử lí thực tiễn. Để khắc phục các hạn chế, nâng cao chất
lượng mạng và năng lực phục vụ của hệ thống, nhà khai thác cần tranh thủ tiếp thu
các bài học kinh nghiệm từ các nhà khai thác khác, đồng thời phải đầu tư, chuẩn bị
con người, có định hướng phát triển rõ ràng, hợp lí.
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. Để đánh giá được chất lượng mạng cần thiết phải có một bộ tiêu chuẩn để đáp
ứng yêu cầu đánh giá nói trên.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, đề xuất các chỉ
tiêu và phương pháp đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến W-CDMA
của hệ thống 3G” làm đề tài tốt nghiệp cao học.

1


Luận văn này được thực hiện để xây dựng bộ tiêu chuẩn các tham số đánh giá chất
lượng mạng truy nhập vô tuyến 3G trong môi trường đã có mạng 2G. Trên cơ sở
các phân tích, đánh giá được nghiên cứu, luận văn đề xuất phương pháp đo kiểm
đánh giá chất lượng mạng 3G trong thời gian sắp tới.
Vì thời gian có hạn cũng như còn hạn chế về kiến thức nên quyển Luận văn của em
khó tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô
giáo và bạn bè.
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn
Xuân Dũng 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. Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cảm
ơn chân thành tới các thầy cô giáo đã dạy dỗ, tới gia đình và bạn bè đã luôn động
viên giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu học tập của mình.

Em xin chân thành cảm ơn!

2


TÓM TẮT NỘI DUNG
Mục tiêu của luận văn là đề xuất bộ chỉ tiêu và các phương pháp đo đánh giá chất
lượng mạng truy nhập vô tuyến nhằm phục vụ công tác quản lý mạng lưới, đo kiểm,
phát hiện sự cố, nâng cao chất lượng mạng cho mạng thông tin di động 3G WCDMA. Nội dung chính của luận văn gồm có:
− Giới thiệu tổng quan về hệ thống mạng 3G sử dụng công nghệ truy nhập vô
tuyến WCDMA trong môi trường tồn tại sẵn mạng 2G.
− Phân tích các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng mạng của hệ thống 3G
WCDMA.
− Cập nhật tình hình triển khai và xem xét các công bố về chất lượng mạng của
các nhà khai thác đã có hệ thống WCDMA.
− Nghiên cứu, đề xuất bộ chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến
3G-WCDMA:
ƒ Tổng quan về bộ chỉ tiêu chất lượng then chốt (KPI)
ƒ Xây dựng bộ chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến
WCDMA
− Nghiên cứu, phân tích các phương pháp đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập
vô tuyến 3G WCDMA.

3


ABSTRACT
The primary object of thesis is to construct the Key Performance Indicators (KPI)
and the testing methods to evaluate the Network Performance in network‘s

operations and maintenances, measurements and troubleshooting to enhance the
quality of 3G W-CDMA mobile network.
The main contents of this thesis includes:
− Overview of the 3G network system using WCDMA in environment 2G/3G.
− Analysis of the standards related to the Network Performance (NP) and Quality
of Service (QoS) of 3G W-CDMA
− Update the deployments and QoS publications of other W-CDMA network
operators in the world.
− Research and construct the KPIs to evaluate the Network Performance of 3G WCDMA network:
ƒ Overview of the Key Performance Indicators (KPIs)
ƒ Construct of KPIs to evaluate the Network Performance of 3G
− Research, analyse the testing methods to evaluate the quality of 3G W-CDMA
network.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
3G (third-generation technology) là công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, nó
cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống (voice calls), điện thoại truyền hình ảnh
(video calls) và các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, yêu cầu thời gian thực, trong môi
trường vô tuyến di động. Các dịch vụ dữ liệu 3G thông dụng bao gồm: chụp và gửi
ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi, nhận e-mail và file đính kèm dung
lượng lớn; tải tệp tin video và MP3; và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao. Các
thiết bị hỗ trợ 3G cho phép download và xem phim từ các chương trình TV, kiểm
tra tài khoản ngân hàng, thanh toán hóa đơn điện thoại qua mạng, gửi bưu thiếp kỹ
thuật số, dịch vụ mobile positioning…
Công nghệ 3G được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn
thông Thế giới (ITU). Lúc đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên thế

giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần:
ƒ UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công nghệ truy
nhập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác
dịch vụ di động sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á
(trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ
chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE.
ƒ CDMA 2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn
2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM
tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức
độc lập với 3GPP. Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong
CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV. CDMA 2000
cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này đã được chấp
nhận bởi ITU.
ƒ TD-SCDMA

5


Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc
bởi các công ty Datang và Siemens. Nó được đưa vào hoạt động năm 2005.
ƒ Wideband CDMA
Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Khi giao thức này được dùng trong
một mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng trong một mạng
cục bộ LAN, tốc độ tối đa là 1,8 Mbit/s. Chuẩn này cũng được công nhận bởi ITU.
Theo hiệp hội các nhà cung cấp di động toàn cầu (GSA) thì tính đến tháng
07/2008 đã có 228 nhà khai thác thương mại của 94 quốc gia trên thế giới triển khai
hệ thống 3G theo công nghệ WCDMA, năm 2006 được coi là năm của điện thoại
3G và theo dự báo của các chuyên gia thì đến năm 2010 số lượng thuê bao 3G có

thể đạt con số 1 tỷ trên toàn thế giới.

Ở Việt Nam, Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp giấp phép triển khai mạng
3G cho 4 doanh nghiệp là Viettel, Vinaphone, MobiFone, liên doanh HT Mobile và
EVN Telecom. Giấy phép 3G cấp cho 4 doanh nghiệp lần này là tiêu chuẩn IMT2000 trong băng tần số 1900-2200 MHz. Trong bối cảnh như vậy, các yếu tố có tác
động mạnh mẽ và quan trọng nhất đến việc thu hút khách hàng sử dụng dịch vụ 3G
của các doanh nghiệp này chính là: vùng phủ sóng, thời gian triển khai, sự đa dạng
của các dịch vụ 3G sẽ được cung cấp đến khách hàng và quan trọng hơn cả là chất

6


lượng của các dịch vụ này. Đó là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện
ở mức độ hài lòng của đối tượng sử dụng dịch vụ đó, thực chất là sự trải nghiệm của
người dùng khi sử dụng dịch vụ đó, ví dụ như là các yếu tố: tỷ lệ thiết lập cuộc gọi
thành công, chất lượng thoại, chất lượng hình ảnh (video call) sẽ được khách hàng
quan tâm đến khi sử dụng dịch vụ điện thoại hình ảnh (video call) 3G…
Xét về góc độ phát triển và quản lý mạng thì chất lượng của các dịch vụ được
cung cấp bởi một mạng (ở đây ta không xét đến trường hợp các dịch vụ được thiết
lập liên mạng) sẽ được quyết định bởi chất lượng mạng (Network Performance NP) của mạng lưới đó, nếu không xét đến ảnh hưởng của thiết bị đầu cuối của
người dùng.
Theo khuyến nghị E.800 của ITU thì Chất lượng mạng được định nghĩa là năng
lực của một mạng (hoặc là một phần mạng) cung cấp chức năng liên quan đến
truyền thông tin giữa những người sử dụng. Năng lực này được thể hiện thông qua
một tập hợp các tham số và các giá trị ngưỡng tương ứng với các tham số đó. Trên
thực tế số lượng các tham số này là khá nhiều và mỗi nhà khai thác mạng sẽ căn cứ
vào yêu cầu phát triền mạng lưới, chiến lược kinh doanh của mình để lựa chọn và
xây dựng nên một bộ tham số chất lượng mạng cơ bản (Key Performance Indicator
– KPI), bộ tham số này cũng sẽ được đưa ra trong thỏa thuận giữa nhà khai thác
mạng với bên cung cấp thiết bị và hạ tầng mạng. Việc xây dựng bộ tham số KPI này

đòi hỏi sự linh hoạt của nhà khai thác, ví dụ như là việc có thể phân chia KPI theo
các mức sử dụng cho các mục đích khác nhau: đo kiểm chất lượng mạng tổng thể;
đo kiểm trong vận hành, bảo dưỡng mạng, phát hiện và xử lý sự cố trong mạng hoặc
là xây dựng KPI cho vùng phủ sóng, cho miền mạng lõi CS (Circuit-switched) hay
miền mạng lõi PS (Packet-switched). Trên cơ sở các bộ tham số KPI của các nhà
khai thác thì các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế như là 3GPP, ITU sẽ phân tích và xây
dựng nên một bộ tham số KPI khuyến nghị cho toàn bộ các nhà khai thác mạng
trên thế giới.
Trong quá trình xây dựng bộ tham số KPI thì các nhà khai thác mạng còn cần
quan tâm đến phương pháp đo kiểm các tham số KPI này sao cho hiệu quả và phản

7


ánh đúng thực tế mạng lưới nhất. Có hai phương pháp được sử dụng đó là đo kiểm
ngay trên thực tế mạng lưới và lấy thống kê theo thời gian dựa theo chức năng
thống kê sẵn có của trung tâm điều hành mạng. Phương pháp thứ nhất thường được
sử dụng để nghiên cứu về những trải nghiệm của khách hàng trong khi phương pháp
thứ hai lại thường được áp dụng khi mạng đã có đủ lưu lượng sau một thời gian đầu
khai thác mạng. Ngoài ra, còn có một vấn đề đó là các chỉ tiêu ngưỡng dùng cho các
tham số KPI không phải là cố định mà có thể sẽ được thay đổi cho phù hợp với các
chiến lược phát triển mạng mới, sau khi đo kiểm các tham số KPI trong một khoảng
thời gian nhất định.
Như vậy, chất lượng mạng chính là yếu tố được các nhà khai thác mạng quan
tâm hàng đầu và cũng là vấn đề khó khăn nhất trong quá trình phát triển và quản lý
mạng lưới.
Với những phân tích trên đây, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, đề xuất các
chỉ tiêu và phương pháp đo đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến WCDMA của hệ thống 3G” là đề tài tốt nghiệp cao học với mong mỏi được học hỏi,
khám phá thêm những kiến thức hữu ích và mới mẻ liên quan đến 3G nói chung,
chất lượng mạng của hệ thống 3G WCDMA nói riêng và sẽ là một đóng góp tốt cho

công việc hiện tại của em, phục vụ cho công tác đo kiểm chất lượng mạng lưới.

1.2. Phạm vi của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu, đề xuất các chỉ tiêu và phương pháp đo đánh giá chất
lượng mạng truy nhập vô tuyến W-CDMA của hệ thống 3G” được xây dựng bao
gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan : Giới thiệu, tóm tắt mục tiêu của luận văn và nội dung các
chương trong luận văn;
Chương 2: Giới thiệu tổng quan về hệ thống mạng 3G sử dụng công nghệ truy nhập
vô tuyến WCDMA. Phân tích cấu hình mạng thông tin di động trong môi trường
mạng hỗn hợp 2G/3G: Phần đầu của chương đề cập đến cấu trúc tổng quan của
mạng 2G, 3G. Khi triển khai 3G trên nền mạng 2G, một trong những hướng ưu tiên
là tái sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn của 2G. Chương này nêu ra các cấu trúc mạng

8


3G WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Bên cạnh đó, trong
chương này em sẽ tập trung phân tích các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng mạng
của hệ thống 3G và tìm hiểu một số các công bố về chất lượng mạng của các nhà
khai thác mạng 3G trên thế giới, để làm tiền đề cho việc nghiên cứu đề xuất bộ
tham số đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến 3G trong chương 3;
Chương 3: Nghiên cứu, đề xuất bộ tham số đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô
tuyến 3G WCDMA. Chương này bao gồm hai nội dung chính đó là: nghiên cứu,
phân tích một số các tham số chất lượng mạng truy nhập vô tuyến và các vấn đề liên
quan đến đo kiểm trong mạng 3G WCDMA, trên cơ sở việc phân tích này sẽ tiến
hành xây dựng, tổng hợp một bộ chỉ tiêu chất lượng mạng truy nhập vô tuyến 3G
WCDMA (KPI);
Xây dựng các tham số đánh giá chỉ tiêu chất lượng mạng, chất lượng dịch vụ 3G:
Mục tiêu của đo kiểm và đánh giá có thể xét theo các yêu cầu khác nhau. Nói

chung, đối với mạng thông tin di động, ngoài mục tiêu đánh giá về chi phí, người ta
thường thực hiện đánh giá theo 2 mục tiêu khác: dung lượng và vùng phủ. Để thực
hiện các hàm mục tiêu nêu trên, trước hết cần xác định các tham số liên quan và ảnh
hưởng của các tham số này đến mục tiêu chung;
Phân tích các vấn đề kĩ thuật và các công cụ hỗ trợ đánh giá chất lượng mạng thông
tin di động 3G. Ngoài ra, do bộ chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng mạng, chất
lượng dịch vụ liên quan đến rất nhiều tham số, quá trình nên để có thể xử lí các vấn
đề liên quan, cần sử dụng phần mềm đo kiểm và các công cụ hỗ trợ phân tích, đánh
giá. Đây cũng là một nội dung được trình bày trong chương 4 với mục tiêu đánh
giá, xác định các ưu điểm, hạn chế và giới hạn năng lực của các công cụ liên quan;
Chương 4: Nghiên cứu các phương pháp đo các chỉ tiêu KPI. Trong chương này,
em sẽ tìm hiểu và phân tích hai phương pháp đo được sử dụng thường xuyên trong
thực tế để đo kiểm, thu thập số liệu về các tham số KPI trong mạng 3G. Mỗi
phương pháp đo sẽ có những đặc điểm và những yêu cầu khác nhau, thích hợp cho
việc đo kiểm một số các chỉ tiêu KPI khác nhau. Đối với mỗi chỉ tiêu KPI, ngoài

9


những yêu cầu chung liên quan đến phép đo, còn có những yêu cầu riêng biệt khác
nhau.
Xây dựng các phương pháp đo kiểm đánh giá chất lượng mạng 3G: Nếu việc đo
kiểm đánh giá theo hướng như trên được duy trì liên tục trong suốt quá trình triển
khai và khai thác mạng lưới, chất lượng của mạng, dịch vụ sẽ ngày một nâng cao,
phục vụ khách hàng sẽ tốt hơn. Chương 4 sẽ trình bày tổng hợp các quá trình liên
quan đến đo kiểm chất lượng mạng, bao gồm thu thập số liệu chất lượng mạng thực
tế, đo kiểm trên mạng lưới và cuối cùng là đánh giá kết quả thu được qua đo kiểm,
đề xuất các bước xử lí tiếp theo dựa trên các điều kiện triển khai, phát triển của
mạng. Đồng thời chương 4 còn đưa ra một số kết quả đo thử nghiệm.
Chương 5: Kết luận. Chương này nêu lên những kết luận chung về việc quản lý

chất lượng mạng cũng như là các phương pháp đánh giá chất lượng mạng trong hệ
thống 3G WCDMA, đồng thời cũng đưa ra những hướng phát triển tiếp theo của đề
tài.
Thêm vào đó, chương 5 còn :Nhận xét, khuyến nghị về đo kiểm đánh giá chất lượng
mạng 3G trong điều kiện đã có mạng 2G dựa trên cơ sở bộ tiêu chuẩn kỹ thuật:
Trên cơ sở các phân tích, đánh giá đã thực hiện, luận văn đề xuất một số giải pháp,
hướng triển khai đo kiểm đánh giá sẽ được thực hiện trong mạng 2G/3G trong thời
gian tới.

10


CHƯƠNG 2.

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH MẠNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG HỖN HỢP
2G/3G.

Mạng 3G của VNPT được triển khai khi nhà khai thác đã có mạng GSM. Việc tồn
tại mạng GSM từ trước mang đến cả thuận lợi lẫn khó khăn cho quá trình triển khai,
khai thác và quản lí hệ thống 3G. Một mặt, nhà khai thác có điều kiện triển khai
nhanh hệ thống 3G trên cơ sở hạ tầng về trạm, thiết bị, anten, … đã có sẵn. Ngược
lại, để hai hệ thống hoạt động tốt và có thể kết hợp với nhau, nhà khai thác phải qui
hoạch, tính toán, quản lí hệ thống một cách chặt chẽ, hiệu quả. Chương 2 sẽ trình
bày tổng quan cấu hình, các cấu trúc mạng 3G WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập
vô tuyến UTRAN. Đồng thời, phân tích các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng
mạng của hệ thống 3G và tìm hiểu một số các công bố về chất lượng mạng của các
nhà khai thác mạng 3G trên thế giới, để làm tiền đề cho việc nghiên cứu đề xuất bộ
tham số đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến 3G trong chương 3.

2.1.

Cấu hình và sơ đồ đấu nối mạng

2.1.1. Cấu trúc mạng GSM
Trước hết, cấu trúc tổng quan của một mạng GSM đang khai thác được biểu diễn
trong Hình 2-1 với ba nhóm chức năng riêng biệt:
•

Máy di động MS (Mobile Station ) là thiết bị đầu cuối GSM cho phép truy nhập
kênh vô tuyến của mạng. MS bao gồm thiết bị di động ME (Mobile Equipment)
và modun nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module);

•

Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) bao gồm một nhóm các phần
tử mạng cung cấp chức năng thông tin vô tuyến giữa MS và mạng cố định. BSS
bao gồm trạm gốc BTS (Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc
BSC (Base Station Controller);

11


•

Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) là phần tử mạng
cung cấp khả năng chuyển mạch và quản lý thuê bao. NSS bao gồm tổng đài di
động MSC (Mobile Services Switching Centre), bộ định vị tạm trú VLR
(Visitor Location Register), bộ định vị thường trú HLR (Home Location
Register), bộ nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register), trung

tâm nhận thực AuC (Authentication Centre).

Hình 2-1 Cấu trúc mạng GSM

2.1.2. Cấu trúc mạng UMTS
Cấu trúc mạng UMTS dựa trên cấu trúc chung của mạng thế hệ thứ 2 như được biểu
diễn trên Hình 2-2.
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;

12


•

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 2-2 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.

Giữa ME và USIM có thể định nghĩa một giao diện mới, được gọi là giao diện Cu.
Đó là giao diện điện giữa USIM và ME và theo chuẩn định nghĩa cho GSM.

13


Mạng truy nhập vô tuyến RAN thực hiện tất cả các chức năng vô tuyến trong việc
kết nối thiết bị người sử dụng tới mạng lõi, bao gồm:
•

Điều khiển và quản lý kênh vô tuyến;

•

Quản lý kết nối và vị trí;

•

Quản lý kết nối và điều khiển cuộc gọi không phải là chức năng của RAN và
được thực hiện bởi mạng lõi.

Hình 2-3 Cấu trúc mạng RAN của hệ thống UMTS
2.2.2.3.

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN) được biểu diễn trên Hình 2-3.
UTRAN bao gồm một số phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network
Subsystems). Mỗi RNS được tạo bởi một hay nhiều phần tử Node B, tương đương
với một trạm BTS của mạng GSM. Node B thực hiện truyền phát và nhận sóng vô
tuyến tới hoặc từ UE.
RNC kiểm soát tài nguyên vô tuyến của những Node B được kết nốt tới RNC và
cung cấp kết nối tới mạng lõi. RNC tương ứng logic với BSC trong mạng GSM.

14


Số lượng Node B tối đa có thể kết nối với RNS cụ thể gần như biến đổi giữa thiết bị
của các nhà sản xuất khác nhau và phụ thuộc vào cấu hình phần tử cũng như sự phát
triển của sản phẩm.
Node B
Node B là nút logic chịu trách nhiệm phát và nhận sóng vô tuyến trong một cell.
3GPP định nghĩa một cell là một vùng địa lý được phủ bởi một Node B. Trong một
cell có thể có một hoặc nhiều hơn một sector. Một sector là một vùng nhỏ nằm
trong một cell. Chức năng chính của Node B là thực hiện xử lý giao diện vô tuyến
lớp 1 và quản lý cơ bản về tài nguyên vô tuyến, bao gồm:
•

Mã hóa kênh và đan xen;

•

Thích ứng tốc độ;

•

Trải phổ;

•

Giám sát hiệu suất;

•

Điều khiển công suất vòng trong.

Thuật ngữ Node B được thông qua trong quá trình chuẩn hóa UMTS, nó tương tự
như BTS trong GSM.
Phần tử chức năng - RNC
RNC là phần tử trung tâm của mỗi RNS trong một mạng. Chức năng chính của
RNC là điều khiển, quản lý lưu lượng và điều khiển kênh được sử dụng bởi những
Node B kết nối với nó. Quản lý tài nguyên vô tuyến của cell Node B bao gồm:
•

Điều khiển cấp phép (Admission Control);

•

Cấp phát mã

•

Điều khiển chuyển giao

15


•

Điều khiển tắc nghẽn và tải

•

Điều khiển công suất vòng ngoài

Chuyển giao được điều khiển bởi RNC nhưng có thể được khởi tạo bởi RNC hoặc
mạng lõi.
Phân tập RNC

Để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu trong UTRAN, UMTS sử dụng phân tập macro.
Phân tập macro cho phép truyền phát tín hiệu của cùng một UE qua 2 hay nhiều
Node B. Khi Node B đang cung cấp chức năng phân tập macro thuộc RNS khác
nhau, tính lưu động của thiết bị đầu cuối trong RAN được hỗ trợ bởi giao diện Iur
giữa các RNC. Trong tình huống này, các RNC liên quan có hai vai trò logic:
•

RNC gốc (Serving RNC): Mỗi kết nối giữa UE tới RAN đều có một SRNC.
SRNC được định nghĩa là RNC có giao diện Iu và đường báo hiệu cho UE.

•

RNC tạm thời (Drift RNC): Một RNC là DRNC nếu nó cung cấp tài nguyên vô
tuyến để hỗ trợ SRNC kết nối với UE.

16


Tất cả dữ liệu cần thiết để hỗ trợ tính lưu động được truyền tải giữa SRNC và
DRNC qua giao diện Iur.
Các giao diện trong mạng UTRAN

Hình 2-4. Các giao diện trong mạng UTRAN
Hình 2-4 biểu diễn các giao diện trong mạng UTRAN, bao gồm:
•

Uu (UMTS User): giao diện vô tuyến WCDMA giữa UE và Node B, qua đó UE
truy nhập vào mạng;

•

Iu (Interface UMTS): giao diện giữa mạng lõi và RAN, tương đương với giao
diện A trong GSM;

•

Iub (Interface UMTS Node B): giao diện giữa Node B và RNC gốc, nó tương
đương với giao diện Abis trong GSM. Tuy nhiên, khác với Abis, giao diện Iub
là giao diện mở;

•

Iur (Interface UMTS RNC): giao diện giữa 2 RNS để hỗ trợ chức năng kết nối
liên RNS mà không cần qua mạng.

17


Công nghệ truyền tải trong UTRAN

ATM là công nghệ truyền tải được định nghĩa trong tiêu chuẩn UMTS cho giao
diện phạm vi mạng truy nhập vô tuyến RAN. Nó được chọn bởi vì khả năng cung
cấp những đặc tính truyền tải khác nhau phụ thuộc vào từng loại lưu lượng được
truyền:
•

Lớp thích ứng ATM loại 2 (AAL-2) được sử dụng trên giao diện Iub, Iur và Iu
để truyền tải lưu lượng thoại. Nó còn được sử dụng trên Iub để mang lưu lượng
dữ liệu;

•

Lớp thích ứng ATM loại 5 (AAL -5) được sử dụng trên giao diện Iu để truyền
tải lưu lượng dữ liệu. Nó cũng được sử dụng trên tất cả các giao diện ( Iub, Iur,
Iu) để mang thông tin báo hiệu)

18