Tối ưu hóa mạng di động 3g

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Tối ưu mạng vô tuyến 3G.
Tác giả luận văn: Mai Viết Tùng

Khoá: 2009-2011

Người hướng dẫn: TS. Đỗ Trọng Tuấn - Viện Điện Tử Viễn Thông - Đại Học Bách Khoa
Hà Nội
Nội dung tóm tắt
a) Lý do chọn đề tài
Bên cạnh những dịch vụ truyền thống như thoại, sms thì nhu cầu sử dụng
các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao ngày một gia tăng. Để đáp ứng điều này, mạng 3G
ra đời như một tất yếu. Quá trình xây dựng mạng 3G đòi hỏi việc thiết kế và triển
khai thực hiện đáp ứng được nhu cầu xuất phát từ thực tế cũng như yêu cầu về
chất lượng dịch vụ. Quy hoạch mạng bao gồm nhiều bước bước khảo sát nhu cầu,
tiền quy hoạch, quy hoạch, quy hoạch chi tiết cho tới kiểm định đánh giá. Quá
trình quy hoạch kết thúc cũng là lúc cấu hình mạng thực sự đã hoàn thành và
chuẩn bị đưa vào khai thác.
Quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài cho phép nắm bắt được thực tế
công việc khi triển khai một cấu hình mạng cụ thể từ những yếu tố đầu vào được
khảo sát ban đầu.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Quy hoạch mạng vô tuyến 3G là một quá trình phức tạp, đòi hỏi nắm vững
lý thuyết về cấu trúc mạng WCDMA, trong đó bao gồm các phần tử nào, chức
năng của từng phần tử và giao tiếp giữa các phần tử ấy ra sao, trên giao diện
nào…cùng với những kỹ thuật áp dụng trong WCDMA như mã hoá, điều chế, trải
phổ, giảm ảnh hưởng của nhiễu. Như vậy quá trình nghiên cứu sẽ củng cố và mở
rộng kiến thức về mạng WCDMA cùng những vấn đề liên quan.


Từ yêu cầu thực tế và lý thuyết, việc thực hiện quy hoạch mạng vô tuyến

3G sẽ tuần tự theo từng bước, kết quả thu được của bước này sẽ làm đầu vào cho
bước tiếp theo. Sau khi mỗi bước được hoàn thành sẽ có đánh giá kết quả thực
hiện, vừa để tổng kết vừa để làm cơ sở cho bước tiếp theo trong quá trình quy
hoạch.
Mạng 3G ở Việt Nam nói chung và Vinaphone nói riêng vừa ra đời và vẫn
trong quá trình triển khai mở rộng, do đó việc quy hoạch lúc này vẫn mang tính
thời sự, là tiền đề cho pha tối ưu hoàn thiện sau này. Để tài lựa chọn mạng vô
tuyến 3G của Vinaphone ở khu vực phía Nam, với đặc điểm là địa hình bằng
phẳng, dân cư ổn định và nhu cầu sử dụng dịch vụ di động khá cao.
c) Tóm tắt nội dung
Luận văn bao gồm 5 chương, trong đó chương 1,2,3 trình bày lý thuyết
tổng quan về sự phát triển của mạng di động từ thế hệ đầu tiên cho tới thế hệ thứ
ba – 3G, công nghệ WCDMA và kiến trúc mạng vô tuyến WCDMA cũng như các
kỹ thuật áp dụng trong WCDMA.
Chương 4 trình bày chi tiết phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến 3G
WCDMA bao gồm khái niệm quy hoạch, các bước tiền quy hoạch, quy hoạch, quy
hoạch chi tiết, kiểm định đánh giá, tối ưu. Tiền quy hoạch là bước đầu tiên với
nhiệm vụ đưa ra các dự báo dựa trên nhu cầu thực tế, từ đó đưa ra cấu hình cho
mạng. Bước thứ 2 là quy hoạch, với cấu hình đã được xác định thì việc tiếp theo là
quy hoạch vùng phủ, quy hoạch dung lượng vô tuyến, tính toán quỹ đường truyền,
xác định cấu hình RNC, Node B. Sau khi thực hiện xong bước quy hoạch thì bước
tiếp theo là quy hoạch chi tiết với mục đích giảm tác động của nhiễu tới chất lượng
mạng, bao gồm quy hoạch tần số và chống nhiễu. Bước thứ 4 là kiểm định, đây là
bước đánh giá quá trình quy hoạch đã được thực hiện trước đó xem đã đáp ứng
được yêu cầu hay chưa và điều chỉnh nếu cần. Sau bước kiểm định, mạng sẽ được
đưa vào vận hành thực sự, quá trình này sẽ phát sinh nhiều vấn đề và để khắc phục


các vấn đề đó đồng thời nâng cao chất lượng hệ thống thì bước tối ưu được thực
hiện.

Chương 5 làm rõ hơn quá trình quy hoạch thông qua những tính toán cụ thể
cho việc quy hoạch mạng vô tuyến 3G Vinaphone khu vực phía Nam đã thực hiện
ngoài thực tế.
d) Phương pháp nghiên cứu
Luận văn xuất phát từ yêu cầu thực tế là cần quy hoạch mạng vô tuyến 3G
nhằm xây dựng cấu hình mạng đủ để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Đề tài đi từ
lý thuyết chung cho tới việc tính toán cụ thể trong quá trình quy hoạch mạng vô
tuyến 3G theo những giá trị đầu vào xác định từ thực tế. Quá trình quy hoạch được
thực hiện nhưng không cứng ngắc mà có nhìn lại cơ sở lý thuyết để có điều chỉnh
phù hợp với thực tế, hoàn thiện hơn lý thuyết.
e) Kết luận
Luận văn đã trình bày về tổng quan về hệ thống thông tin di động, trình bày
các giải pháp kỹ thuật trong mạng W-CDMA, trình bày phương pháp tổ chức và
quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA, quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA
Vinaphone khu vực phía Nam.
Việc nghiên cứu công nghệ quy hoạch mạng vô tuyến W-CDMA đòi hỏi
một kiến thức sâu rộng và sự đầu tư thoả đáng về thời gian. Vì vậy trong khuôn
khổ luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót cũng như còn nhiều vấn đề
chưa được giải quyết thoả đáng. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến
phê bình.


Tối ưu hoá mạng di động 3G

L I

M O N

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của
ai được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết. Nội dung luận văn có tham khảo và sử

dụng các tài liệu theo danh mục tài liệu tham khảo. Các số liệu có nguồn trích dẫn, kết
quả trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong các công trình nghiên cứu
khác.

Hà Nội, tháng 9 năm 2011
H c viên

Mai Viết Tùng

1

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

L I NÓI ẦU
Chỉ chưa đầy 20 năm trước, nếu chúng ta nhắc tới cụm từ “cả thế giới trong túi”
thì nhiều người Việt Nam sẽ nghĩ tới cuốn truyện ngắn với tên gốc “The World In My
Pocket” thuộc thể loại tâm lý xã hội của nhà văn người Anh James Hadley Chase. Hiện
tại thì sao? Chắc có lẽ chỉ một liên tưởng duy nhất đó là chiếc điện thoại di động, thiết bị
cầm tay nhỏ bé này thực sự là vật kết nối giữa con người với thế giới xung quanh phần
lớn thời gian trong ngày. Trong cuốn “The World In My Pocket” các nhân vật tranh
giành nhau khoản tiền có được sau vụ cướp nhà băng và cuối cùng chỉ còn 2 người sống
sót. Giờ đây cuộc chiến về thị phần giữa các nhà mạng tuy không có đổ máu nhưng cũng
vô cùng khốc liệt.
Giá rẻ và chất lượng dịch vụ tốt là điều mà tất cả khách hàng đều mong đợi, là thử
thách và cũng là động lực phát triển của các những nhà cung cấp dịch vụ di động. Minh
chứng rõ ràng nhất cho điều này đó chính là chất lượng đàm thoại ngày càng cải thiện,
hàng loạt dịch vụ mới ra đời trong thời gian ngắn, việc truyền nhận dữ liệu tốc độ cao qua

di động không còn mới mẻ, khái niệm USB 3G đã về tới những bản làng xa xôi.
Mạng lưới hệ thống thông tin di động và sự thay đổi phát triển của nó là trong suốt
với người dùng còn với các nhà mạng đó là một quá trình không ngừng nghỉ. Hiện tại ở
Việt Nam, quá trình đó được đánh dấu bởi sự chuyển biến dần từ mạng GSM 2G sang
mạng WCDMA 3G. Đó là một tất yếu nhằm cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho
nhu cầu ngày càng cao và đa dạng của người dùng.
Luận văn “Tối ƣu hoá mạng di động 3G” trình bày những vấn đề căn bản nhất về
công nghệ W-CDMA, phương pháp quy hoạch và tối ưu mạng vô tuyến 3G cùng những
tính toán đã áp dụng cho mạng Vinaphone.
Việc quy hoạch và tối ưu mạng vô tuyến W-CDMA đòi hỏi một kiến thức sâu rộng và
sự đầu tư thoả đáng về thời gian. Vì vậy trong khuôn khổ luận văn chắc chắn không tránh
khỏi những sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thoả đáng. Rất mong
nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự góp ý và phê bình của các bạn.

2

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
Xin gửi lời biết ơn trân tr ng nhất tới TS.

ỗ Trọng Tuấn, thầy đã tạo m i điều kiện

và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn giúp đỡ
và động viên tôi trong thời gian qua.

3

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

MỤC LỤC
L I

M O N ..................................................................................................1

L I NÓI ẦU .......................................................................................................2
MỤC LỤC .............................................................................................................4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................9
HƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI

ỘNG UMTS...... 13

1.1. Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động ....................................... 13
1.2. Cấu trúc mạng UMTS ......................................................................................... 16
1.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN ................................................................... 19
1.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN .................................................................................. 19
1.2.1.2. Chức năng RNC ............................................................................................ 20
1.2.1.3. Node B.......................................................................................................... 21
1.2.2. Giao diện vô tuyến ........................................................................................... 21
1.2.2.1. Giao diện IU giữa UTRAN và Core Network ................................................ 22
1.2.2.2. Giao diện Iur giữa RNC và RNC ................................................................... 25
1.2.2.3. Giao diện Iub giữa RNC và Node B .............................................................. 26
1.3. Giới thiệu chung về công nghệ W-CDMA .......................................................... 26
1.4. Kênh tại giao diện vô tuyến W-CDMA .............................................................. 29
1.4.1. Kênh vật lý ...................................................................................................... 29

1.4.1.1. Kênh vật lý riêng đường lên .......................................................................... 29
1.4.1.2. Kênh vật lý chung đường lên ........................................................................ 31
1.4.1.3. Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) ....................................................... 34
1.4.1.4. Kênh vật lý chung đường xuống.................................................................... 35
1.4.2. Kênh truyền tải ................................................................................................ 40
1.4.2.1. Kênh truyền tải riêng..................................................................................... 40
1.4.2.2. Kênh truyền tải chung ................................................................................... 40
1.4.2.3. Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý ......................................................... 41
1.5. Kết luận .............................................................................................................. 42
4

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

HƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH TỐI ƢU MẠNG 3G .............. 43
2.1. Khái niệm Quy Hoạch ........................................................................................ 43
2.2. Tiền Quy Hoạch.................................................................................................. 44
2.2.1. Dự báo thuê bao ............................................................................................... 45
2.2.2. Dự báo lưu lượng ............................................................................................. 45
2.2.3. Dự báo lưu lượng thoại .................................................................................... 45
2.2.4. Dự báo sự sử dụng lưu lượng số liệu ................................................................ 46
2.3. Quy Hoạch.......................................................................................................... 47
2.3.1.Quy hoạch vùng phủ vô tuyến ........................................................................... 47
2.3.2. Quy hoạch dung lượng vô tuyến ...................................................................... 49
2.3.2.1. Tải ô đường lên ............................................................................................. 49
2.3.2.2. Tải ô đường xuống ........................................................................................ 52
2.3.2.3. Dung lượng mềm và chia sẻ tải ..................................................................... 53
2.3.2.3. Dung lượng Erlang........................................................................................ 53

2.3.3. Tính toán quỹ đường truyền ............................................................................. 54
2.3.3.1. Khái niệm về quỹ đường truyền .................................................................... 54
2.3.3.2. Một số điểm cần lưu ý khi tính quỹ đường truyền cho WCDMA .................. 55
2.3.3.3. Các mô hình truyền sóng............................................................................... 56
2.3.3.4. Tính toán quỹ đường lên ............................................................................... 60
2.3.3.6. Lặp đường lên và đường xuống ..................................................................... 62
2.3.4.1. Tính toán giao diện Iub ................................................................................. 67
2.3.4.2. Tính toán giao diện Iur .................................................................................. 70
2.3.4.3. Xác định cấu hình RNC ................................................................................ 72
2.4. Quy hoạch chi tiết ............................................................................................... 75
2.4.1. Quy hoạch tần số ............................................................................................. 75
2.4.2. Giải pháp chống nhiễu kênh lân cận ................................................................. 77
2.5. Kiểm định ........................................................................................................... 78
2.6. Tối ưu hoá mạng ................................................................................................. 79
2.6.1.Khái niệm tối ưu vô tuyến ................................................................................. 81
5

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
2.6.2.Vai trò tối ưu mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống WCDMA ..................... 81
2.6.3.Phân loại quá trình tối ưu .................................................................................. 82
2.6.4.Quy trình tối ưu vô tuyến tổng quát................................................................... 83
2.6.5.Công suất phát .................................................................................................. 85
2.6.5.1.Công suất phát của NodeB ............................................................................. 85
2.6.5.2.Công suất phát của UE ................................................................................... 86
2.6.6.Hệ số tăng ích của antenna ................................................................................ 86
2.6.7.Hệ số tăng ích của antenna trong UE................................................................. 86
2.6.8.Hệ số tăng ích của antenna trên NodeB ............................................................. 87

2.6.9.Tăng ích sử lý PG ............................................................................................. 87
2.6.10.Giá trị Eb/No yêu cầu ....................................................................................... 88
2.6.11.Độ nhạy máy thu S.......................................................................................... 89
2.6.12.Dự trữ công suất ............................................................................................. 89
2.6.13.Dự trữ điều khiển công suất LPC ...................................................................... 89
2.6.14.Dự trữ fadingLF............................................................................................... 89
2.6.15.Dự trữ nhiễu LI ............................................................................................... 89
2.6.16.Các loại suy hao trong kênh truyền ................................................................. 89
2.6.18.Vùng phủ của cell ........................................................................................... 93
2.6.18.1.Bán kính phủ của cell ................................................................................... 93
2.6.18.2. Bài toán tối ưu góc phương vị và góc ngẩng của Antenna ........................... 94
2.6.18.3.Nguyên nhân xuất hiện sai số ....................................................................... 95
2.6.18.4.Cách khắc phục sai số .................................................................................. 96
2.6.18.5.Tối ưu vùng phủ thông qua việc hiệu chỉnh góc phương vị và góc ngẩng ..... 97
2.6.18.6.Nhận xét .................................................................................................... 100
2.6.19.Các dịch vụ trong quá trình tối ưu vô tuyến................................................... 101
2.6.20.Chỉ số KPI .................................................................................................... 101

HƢƠNG 3: QUY HOẠ H TỐI ƢU MẠNG VÔ TUYẾN W-CDMA CỦA
VINAPHONE .................................................................................................... 104
3.1. Giới thiệu.......................................................................................................... 104
6

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
3.2. Các tham số yêu cầu ......................................................................................... 104
3.2.1. Yêu cầu về lưu lượng ..................................................................................... 104
3.2.2. Yêu cầu về Node B ........................................................................................ 106

3.2.3. Yêu cầu về RNC ............................................................................................ 106
3.2.4. Yêu cầu về hệ thống nguồn cung cấp ............................................................. 107
3.2.5. Yêu cầu về mạng vận chuyển và truyền dẫn: .................................................. 107
3.3. Quy hoạch mạng vô tuyến................................................................................ 107
3.3.1. Tính toán lưu lượng: ...................................................................................... 108
3.3.2. Quy hoạch Node B (RBS) .............................................................................. 109
3.3.2.1. Xác định cấu hình Node B .......................................................................... 109
3.3.2.2. Phân bố Node B .......................................................................................... 110
3.3.3. Xác định cấu hình và sự phân bố RNC ........................................................... 112
3.3.4. Tính toán hệ thống nguồn cung cấp:............................................................... 116
3.3.5. Quy hoạch mạng vận chuyển (Transport Network) ........................................ 116
3.3.5.1. Topology mạng vận chuyển ........................................................................ 116
3.3.5.2. Cấu hình Aggregation Nodes và L2 Switch ................................................. 117
3.4.1. Công cụ thực hiện. ......................................................................................... 121
3.4.2. Kiểm tra đơn Site ........................................................................................... 121
3.4.2.1.Miss neighbors ............................................................................................. 123
3.4.2.2.Chéo Feeder ................................................................................................. 124
3.4.3.Tối ưu cluster .................................................................................................. 125
3.4.3.1.Chú giải màu ................................................................................................ 126
3.4.3.2.Driving test .................................................................................................. 127
3.4.3.3.Yêu cầu về RSCP và Ec/Io cho các dịch vụ trong WCDMA ........................ 128
3.4.3.4.Phân tích cell by cell. ................................................................................... 129
3.4.3.5.Phân tích vùng phủ yếu ................................................................................ 131
3.4.3.6.Vùng nhiễu .................................................................................................. 133
3.4.3.7.Pilot Pollution .............................................................................................. 134
3.4.3.8.Phân tích điểm call drop ............................................................................... 136
7

Mai Viết Tùng

Tối ưu hoá mạng di động 3G
3.4.3.9.Trễ chuyển giao. .......................................................................................... 136
3.4.3.10.Thay đổi tham số........................................................................................ 138
3.4.4. Chỉ số KPI yêu cầu trong quá trình tối ưu cluster ........................................... 142
3.4.5.Tối ưu toàn mạng ........................................................................................... 152
3.4.6.Kiểm tra thông số KPI do RNC thống kê ........................................................ 154

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 157

8

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAL

ATM Adaptation Layer

Lớp thích ứng ATM

AAL2

ATM Adaptation Layer type 2

Lớp thích ứng ATM kiểu 2

AAL5

ATM Adaptation Layer type 5

Lớp thích ứng ATM kiểu 5

ACCH

Associated Control Channel

Kênh điều khiển liên kết

ALCAP

Access Link Control Application
Protocol

Giao thức điều khiển đoạn nối
truy nhập

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BS

Base Station

Trạm gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CCH

Common Channel

Kênh chung

CCPCH

Common Control Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CCTrCH

Coded Composite Transport Channel

Kênh truyền tải hỗn hợp

CRNC

Controlling RNC

RNC điều khiển

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DCH

Dedicated Channel

Kênh dành riêng

DPCH

Dedicated Phycical Channel

Kênh vật lý dành riêng

DRNC

Drift Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi

DRNS

Drift RNS

RNC trôi

Eb

Năng lượng bit

EDGE

Energy of bit
Enhanced Data rates for GSM
Evolution

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy cập đường xuống

FDD

Frequency Division Duplex

Chế độ truyền song công theo tần

Nâng cao tốc độ dữ liệu cho GSM
– Mạng EDGE

9

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
số
GoS

Grade of Service

Cấp dịch vụ

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS
IMSI

Global Positioning System
International Mobile Subscriber
Identity

Hệ thống định vị toàn cầu

IMT-2000

International Mobile
Telecommunication - 2000

Viễn thông di động quốc tế 2000

ITU

International Telecommunication
Union

Liên minh viễn thông quốc tế

Nhận dạng thuê bao di động quốc
tế

Iub

Giao diện giữa Node B với RNC

Iur

Giao diện giữa các RNC

LAC

Link Access Control

Điều khiển truy cập

LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LOS

Tầm nhìn thẳng

MA

Line of Sight
Multiple Access

MGW

Media Gateway

Cổng phương tiện

MGC

Media Gateway Controller

Thiết bị điều khiển cổng phương
tiện

NBAP

Node B Application Protocol

Giao thức ứng dụng Node B

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

NGWN

Next Generation Wireless Network

Mạng không dây thế hệ sau

NMT

Nordic Mobile Telephone

Hệ thống điện thoại di động Bắc
Âu

NRT

Non-Real Time

Phi thời gian thực

OAM

Vận hành, khai thác và bảo dưỡng

OSI

Operation, Administration and
Maintenance
Open Systems Interconnection

OSS

Operation and Support Subsystem

Phân hệ vận hành và hỗ trợ

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm g i

PCH

Paging Channel

Kênh tìm g i

PCPCH

Physical Common Packet Channel

Kênh vật ký gói chung

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

Đa truy nhập

10

Liên kết các hệ thống mở

Mai Viết Tùng

Tối ưu hoá mạng di động 3G
PG

Processing Gain

Độ lợi xử lý

PHS

Personal Handyphone System

Hệ thống điện thoại cầm tay cá
nhân

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế cầu phương (Điều chế
biên độ vuông góc)

QoS

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quality of Service

Quadrature Phase Shift Keying

RAB

Radio Access Bearer

Phần truy nhập vô tuyến

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RANAP

Radio Access Network Application
Part

Phần ứng dụng mạng truy nhập vô
tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Radio Network Subsystem

Phân hệ mạng vô tuyến

RNSAP

Radio Network Subsystem
Application Part

Phần ứng dụng của phân hệ mạng
vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM

Radio Resource Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

SRNC

Serving RNC

RNC phục vụ

SRNS

Serving RNS

RNS phục vụ

SSC

Secondary Synchronization Code
Mã đồng bộ thứ cấp
Total Access Communication System Hệ thống truyền thông truy nhập
toàn phần
Transaction Capabilities Application Phần ứng dụng khả năng giao dịch
Part

TACS
TCAP

Khóa chuyển pha vuông góc

TCH

Traffic Channel

Kênh lưu lượng

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TrCH

Transport Channel

Kênh truyền tải

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

UIM

User Identity Module

Module nhận dạng người sử dụng

UL

UpLink

Đường lên

UMTS

Universal Mobile
Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
11

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS

VLR

Visitor Location Register

Bộ ghi định vị tạm trú

W-CDMA Wideband Code Division Multiple
Access

12

Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

HƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN
DI ỘNG UMTS
1.1. Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động
Sự phát triển của hệ thống thông tin di động trải qua 3 thời kỳ, khởi nguồn từ những
năm 80 thế kỷ trước với kỹ thuật Analog.
Thế Hệ Thứ 1 – 1G
Analog – 1980s

Thế Hệ Thứ 2 – 2G
Digital – 1990s

AMPS

GSM

TACS

CDMA IS-95

Thế Hệ Thứ 3 – 3G
IMT-2000

UMTS
WCDMA

CDMA 2000
NMT

TDMA IS-136

Others

PDC

TD-SCDMA

H nh 1.1. Quá tr nh phát triển các thế hệ thông tin di động
Thế hệ thông tin di động thứ 1 sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số FDMA
(Frequency Division Multiple Access), băng tần được phân chia thành 2N băng con. Mỗi
băng con được dùng cho một kênh liên lạc, giữa 2 băng con liên tiếp nhau có một khoảng
tần số bảo vệ. N băng con liên tiếp dành cho hướng lên, sau một khoảng tần phân cách là
N băng con liên tiếp dành cho hướng xuống.Trên cùng một băng tần, mỗi người sử dụng
sẽ được cấp phát một băng con khi thực hiện đàm thoại nên không bị trùng nhau. FDMA
là phương pháp đa truy nhập đơn giản, nhưng càng về sau hệ thống không đáp ứng được
sự gia tăng về số lượng thuê bao cũng như nhu cầu của người sử dụng. Vì thế mà nguời ta
13

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
đưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu việt hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các
dịch vụ được cung cấp.

Hình 1.2. Mạng GSM/GPRS
Thay thế công nghệ FDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian
TDMA(Time Division Multiple Access) với đặc trưng là cho phép nhiều người sử dụng
có thể dùng chung một tần số trong cùng một thời điểm nhờ vào việc được cấp phát một
khe thời gian dành riêng khi đàm thoại. Như vậy thế hệ di động thứ 2 đáp ứng được số
người sử dụng lớn hơn rất nhiều so với thế hệ đầu tiên.
Hệ thống thông tin di động 2G đặc trưng bởi mạng báo hiệu SS7 cho phần Core
Network, dịch vụ truyền dữ liệu là bước tiến mới mang tính đột phá so với mạng 1G vì có
thêm các phần tử SGSN và GGSN kết nối mạng di động với mạng internet và thực hiện
các dịch vụ data cho thuê bao.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System
for Mobile Communications - GSM).
14

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
Bên cạnh dịch vụ thoại thì nhu cầu sử dụng những dịch vụ dữ liệu tốc độ cao đòi
hỏi một hệ thống thông tin di động mới và tiên tiến, đó là lý do cho sự ra đời của hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ 3(g i tắt là 3G) sử dụng công nghệ W-CDMA cho
mạng vô tuyến.
Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số hiện đang ở giai đoạn chuyển giao từ thế
hệ 2.5G sang thế hệ 3 (Third Generation). ITU-R đang tiến hành công tác chuẩn hóa cho
hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở châu Âu ETSI cũng đang thực hiện các
bước chuẩn hóa phiên bản này với tên g i là UMTS (Universal Mobile
Telecommunnication System). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz, cung cấp
nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ cao. Tốc độ
cực đại có thể lên đến 2Mbps. Việc tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ
thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps cũng đang được thực hiện.

Hình 1.3. Mạng UMTS 3G
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT – 2000 với các
tiêu chí sau :
- Sử dụng dải tần 2GHz theo quy định quốc tế với đường lên có dải tần 18852025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến, cho
15

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
phép tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tương tác với m i loại
dịch vụ viễn thông.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – Vitual Home
Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch toàn cầu,
đảm bảo chuyển mạng quốc tế, đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại,
số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dể dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) bao gồm các thiết bị
thực hiện những chức năng logic khác nhau. Cấu trúc mạng thể hiện rõ việc phân tách
chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói
(SGSN/GGSN) nhưng thống nhất ở 1 điểm đó là đem lại các dịch vụ đa dạng không chỉ
truyền thoại mà còn truyền dữ liệu tốc độ cao, đây là đặc trưng khác với các mạng 1G
hay 2G.

1.2.

Cấu trúc mạng UMTS

Hình 1.4. Cấu trúc mạng UMTS

16

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
Hệ thống UMTS được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có thể
chia cấu trúc mạng UMTS ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến
(UTRAN), trong đó mạng lõi chứa toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn
mạng truy nhập vô tuyến sử dụng công nghệ W-CDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống,
trong UMTS còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với
hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới
được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa
hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống UMTS phát triển mang tính toàn
cầu trên cơ sở công nghệ GSM.
 UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
 BSS (Base Station Subsystem)
Phân hệ BSS giống như trong mạng 2G bao gồm BTS và BSC.
 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 2 phần tử :
- Node 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.
- RNC: Điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với
nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi.
 CS Domain
- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin

về profile người dùng. Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch vụ được phép,
các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái
chuyển hướng cuộc g i, số lần chuyển hướng cuộc g i.
- MSC-Server/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :
Mạng 3G khác 2G ở chỗ là khối chức năng xử lý thoại traffic và báo hiệu điều khiển
17

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
được tách ra làm 2 module là MSS và MGW. MSS thực hiện chức năng báo hiệu điều
khiển, thiết lập cuộc g i, định tuyến lưu lượng. Nó chứa VLR lưu thông tin về vị trí tạm
thời và các dịch vụ mà thuê bao được phép sử dụng.
- MGW (Media Gateway) : Kết nối giữa MSC Server và mạng vô tuyến, chuyển đổi
giao thức, xử lý traffic. Chịu sự điều khiển của MSC-Server qua giao thức H.248, kết nối
với MSC-Server qua IP.
 PS Domain
- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho
các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng kết nối với mạng dữ liệu
ngoàii.
 Các mạng ngoài
- PSTN : Mạng cố định.
- PDN : Mạng dữ liệu gói.
 Các giao diện vô tuyến
- 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 tr ng 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 được tiêu
chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.

18

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

1.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

MẠNG LÕI
Iu

RNS

Iu

Iur

RNS

RNC
Iub

RNC
Iub

Node B

Iub

Iub

Iub

Node B

Node B
Node B

Iub

Node B
Node B

Hình 1.5. Mạng truy nhập vô tuyến
UTRAN bao gồm nhiều phân hệ mạng vô tuyến vô tuyến RNS (Radio Network
Subsystem). Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B. Các
RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giao diện Iub.
-

Node B là phần tử thuộc mạng vô tuyến có giao diện vô tuyến trực tiếp (Uu)
với MS và giao diện Iub với RNC.

-

RNC thực hiện chức năng điều khiển quản lý tài nguyên vô tuyến, nhiều Node
B chịu sự điều khiển của 1 RNC. Phần tử này kết nối với mạng Core thông qua
2 giao diện là Iu-Cs(CS Domain) và Iu-Ps(PS Domain). G i chung là giao diện
Iu.

1.2.1.1 ặc trƣng của UTRAN
Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng như các giao
thức. UTRAN có các đặc tính chính sau :
- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các thuật
19

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
toán quản lý tài nguyên đặc thù của UMTS.
- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch
gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng
của mạng lõi.
- Đảm bảo tính chung nhất với GSM.
- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

1.2.1.2. Chức năng RN
RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN.
RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô
tuyến Iu. RNC điều khiển node B, chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc ngẽn cho
các ô của mình. Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC
thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt.

MẠNG LÕI

Iu

Iu

UTRAN
DRNS

Iur

SRNS

RNC
Iub

RNC
Iub

Node B

Iub

Iub

Iub

Node B

Node B
Node B

Iub

Node B
Node B

Uu
UE

Hình 1.6. SRNC và DRNC
20

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G
- SRNC (Serving RNC) : SRNC kết nối trực tiếp với UE và thực hiện báo hiệu
RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi. SRNC đóng
vai trò điều khiển tài nguyên vô tuyến và xử lý số liệu, cho phép UE có thể giao tiếp với
1 Node B không chịu sự quản lý của SRNC.
- DRNC (Drift RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các
ô được MS sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập vĩ mô. DRNC
không thực hiện xử lý số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr.
Vai trò SRNC và DRNC là tương đối vì 1 RNC có thể là SRNC của thuê bao này và
đồng thời là DRNC của thuê bao khác

1.2.1.3. Node B
Chức năng chính của node B là thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến
như mã hóa kênh, ghép kênh, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai
thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong. Về phần chức
năng nó giống như BTS của GSM.

1.2.2. Giao diện vô tuyến
Để hiểu được chức năng của các phần tử trong mạng UMTS thì cần hiểu được giao
diện giữa các phần tử logic. Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp
và các phần tử độc lập về chức năng logic với nhau, tính độc lập này cho phép thay đổi
một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại. Điều này đặc
biệt quan tr ng trong quá trình phát triển và nâng cấp.

21

Mai Viết Tùng


Tối ưu hoá mạng di động 3G

Lớp mạng
vô tuyến
Giao thức
ứng dụng

Lớp mạng
truyền tải

Phía người sử
dụng mạng
truyền tải

Luồng
số liệu

Phía điều
khiển mạng
truyền tải

Phía người sử
dụng mạng
truyền tải

ALCAP

Mạng
báo hiệu

Mạng
báo hiệu

Mạng
số liệu

Lớp vật lý

Hình 1.7. Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN

1.2.2.1. Giao diện IU giữa UTRAN và Core Network
Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN. Iu có chia
làm 2 loại, trên đó có những giao thức giống và khác nhau đó là:
-

UTRAN – CS Domain: Iu CS

-

UTRAN – PS Domain: Iu PS

 Các giao thức trên IU CS
IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp
quang hay cáp đồng. Có thể lựa ch n các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET,
STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý.

22

Mai Viết Tùng