Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.58 MB, 120 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN MINH HIỀN
TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
WCDMA QUA ĐIỀU CHỈNH CÁC THAM SỐ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN HOÀNG HẢI
Hà Nội – Năm 2014
NGUYỄN MINH HIỀN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN MINH HIỀN
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG
TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
WCDMA QUA ĐIỀU CHỈNH CÁC THAM SỐ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KHOÁ 2011B
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG
Hà Nội – 2014
Hà Nội – Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN MINH HIỀN
TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
WCDMA QUA ĐIỀU CHỈNH CÁC THAM SỐ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN HOÀNG HẢI
Hà Nội – Năm 2014
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Minh Hiền, số hiệu học viên: CB110841, học viên cao học lớp
KTTT3 khóa 2011B. Người hướng dẫn là TS. Nguyễn Hồng Hải.
Tơi xin cam đoan luận văn là cơng trình nghiên cứu của chính tơi, khơng có sự
sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hồn thành bản luận văn tốt
nghiệp cao học chuyên ngành Điện tử Viễn thơng.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước Viện
đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà nội.
Học viên
Nguyễn Minh Hiền
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
***
A
AC
Access Control
Điều khiển cho phép
ACK
Acknowledgement
Chấp nhận
AICH
Acquisition Indicator
Kênh chỉ thị dò
B
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BLER
Block Error Rate
Tỉ số lỗi block
C
CCCH
Common Control channel
Kênh điều khiển chung
CN
Core Network
Mạng lõi
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh hoa tiêu chung
CQI
Channel quality indicator
Chỉ số chất lượng kênh
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra dư vòng
CTCH
Common Traffic Channel
Kênh lưu lượng chung
D
DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng
DCH
Dedicated Channel
Kênh dành riêng
DPCCH
Dedicated Physical Control Channel
Kênh điều khiển vật lý dành riêng.
DPCH
Dedicated Physical Channel
Kênh vật lý dành riêng
DPDCH
Dedicated Physical Data Channel
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng
DRNC
Drift Radio Network Controler
RNC trôi
DSCH
Downlink Share Channel
Kênh chia sẻ đường xuống
DTX
Discontinuous Transmission
Truyền dẫn không liên tục
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
F
FACH
Forward Access Channel
Kênh truy cập nhanh
FER
Flame Error Rate
Tỉ lệ lỗi khung
G
GGSN
Gateway Serving GPRS Support Node Node cổng hỗ trợ GPRS
GMSC
Gateway Mobile Switching Centre
Cổng chuyển mạch dịch vụ di động
H
HS-DPCCH
HS-PDSCH
HS-SCCH
High Speed Dedicated Physical
Kênh điều khiển vật lý dành riêng
Control Channel
tốc độ cao.
High Speech Physical Downlink
Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc
Shared Channel
độ cao.
High speech Shared Control channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao.
I
Inter-RAT
Inter Radio Access Technology
Chuyển giao giữa mạng WCDMA
và mạng GSM
M
MAC
Medium Access Control Protocol
Điều khiển truy cập môi trường
ME
Mobile Equipment
Thiết bị di động
MSC
Mobile Switching Centre
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
động
N
NACK
Negative Acknowledgement
Không chấp nhận
P
PCCH
Paging Control channel
Kênh điều khiển tìm gọi
Primary Common Control Physical
Kênh vật lý điều khiển Chung sơ
Channel
cấp.
PCH
Paging channel
Kênh tìm gọi
PICH
Paging Indicator Channel
Kênh chỉ thị tìm gọi
PRACH
Physical Random Access Channel
Kênh truy cập vật lý ngẫu nhiên.
P-CCPCH
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
R
RAB
Radio Access Bearer
Vật mang truy nhập vô tuyến
RACH
Random Access Channel
Kênh truy cập ngẫu nhiên
RLC
Radio Link Control
Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC
Radio Network Controler
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RNC
Radio Network Subsystem
Hệ thống con mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RSPC
Received Signal Code Power
Công suất mã tín hiệu thu được
S
S-CCPCH
Secondary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung thứ
Channel
cấp.
SCH
Syncronous Channel
Kênh đồng bộ
SGSN
Serving GPRS Support Node
Node hỗ trợ GPRS phục vụ
SIR
Signal Interference Ratio
Tí số tín hiệu trên nhiễu
SRNC
Serving Radio Network Controler
RNC phục vụ
T
TEM
Test Mobile System
Thiết bị di động kiểm tra hệ thống
TFC
Transport Format Combination
Chỉ số định dạng truyền dẫn
TPC
Transmission Power Control
Truyền dẫn điều khiển công suất
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền
U
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
USIM
User Sim Card
Modul nhận dạng thuê bao
UTRAN
Universal Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy cập vô tuyến
V
VLR
Visitor Location Register
Bộ đăng ký tạm trú
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA
LỜI MỞ ĐẦU
TĨM TẮT ĐỒ ÁN
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG WCDMA..............................................1
1.1. CẤU TRÚC HỆ THỐNG: ...................................................................................1
1.1.1. Thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment): ........................................................... 2
1.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN): ............................................................................ 2
1.1.3. Mạng lõi:........................................................................................................................... 3
1.1.4. Các giao diện cơ bản của WCDMA: ............................................................................. 4
1.2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ, MÃ HÓA KÊNH, GHÉP XEN VÀ ĐIỀU CHẾ:.......5
1.2.1. Kỹ thuật trải phổ: ............................................................................................................. 5
1.2.1.1. Nguyên lý trải phổ:....................................................................................................... 5
1.2.1.2. Các mã trải phổ :........................................................................................................... 7
1.2.1.2.1. Mã định kênh: .............................................................................................8
1.2.1.2.2. Mã trộn: .....................................................................................................9
1.2.1.3. Chức năng của các mã trải phổ: ...................................................................10
1.2.2. Mã hóa kênh:.................................................................................................................. 13
1.2.3. Ghép xen:........................................................................................................................ 14
1.2.4. Điều chế:......................................................................................................................... 14
1.3. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CÁC KÊNH VÔ TUYẾN: ............................15
1.3.1. Tổng quan:...................................................................................................................... 15
1.3.2. Tổng quan cấu trúc khung vô tuyến:............................................................................ 16
1.3.3. Cấu trúc kênh logic:....................................................................................................... 17
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
1.3.3.1. Kênh điều khiển:......................................................................................................... 18
1.3.3.2. Kênh lưu lượng:.......................................................................................................... 19
1.3.4. Cấu trúc kênh truyền tải: ............................................................................................... 19
1.3.5. Cấu trúc kênh vật lý:...................................................................................................... 22
1.3.5.1. Kênh vật lý đường xuống: ......................................................................................... 23
1.3.5.2. Kênh vật lý đường lên:............................................................................................... 25
CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WCDMA .....27
2.1. CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WCDMA: ........................27
2.1.1. Điều khiển công suất: .................................................................................................... 27
2.1.2. Chuyển giao:................................................................................................................... 27
2.1.2.1. Chuyển giao mềm/mềm hơn (soft/softer handover):............................................... 28
2.1.2.2. Chuyển giao liên tần số (inter – frequency handover): ............................................ 30
2.1.2.3. Chuyển giao giữa các hệ thống vô tuyến khác nhau (Inter-RAT handover):......... 30
2.1.2.4. Chuyển giao dịch vụ cơ bản (Service Based handover): ......................................... 30
2.1.2.5. Thay đổi cell giữa các hệ thống vô tuyến khác nhau (Inter-RAT cell change):..... 30
2.1.2.6. Chuyển giao cứng trên mạng lõi (Core network hard handover):........................... 31
2.1.3. Máy thu RAKE:............................................................................................................. 31
2.2. IDLE MODE:.....................................................................................................32
2.2.1. Giới thiệu chung:............................................................................................................ 32
2.2.2. Lựa chọn mạng (PLMN selection)............................................................................... 33
2.2.3. Lựa chọn cell và lựa chọn lại cell................................................................................. 35
2.2.4. Location Area Update và Routing Area Update......................................................... 40
2.2.5. Paging ............................................................................................................................. 41
2.3. VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA:.......43
2.3.1. Tầm quan trọng của việc điều khiển công suất trong hệ thống WCDMA: ............. 43
2.3.2. Kỹ thuật điều khiển công suất: ..................................................................................... 44
2.3.2.1. Tổng quan: .................................................................................................................. 44
2.3.2.2. Ngun lý điều khiển cơng suất vịng hở:................................................................. 44
2.3.2.3. Ngun lý điều khiển cơng suất vịng kín (vịng trong và vịng ngồi):................. 45
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
2.3.2.4. Kỹ thuật điều khiển cơng suất đường lên:................................................................. 48
2.3.2.4.1. Điều khiển cơng suất vịng hở đường lên: ................................................48
2.3.2.4.2. Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên: ...............................................49
2.3.2.5. Kỹ thuật Điều khiển Công suất đường xuống:......................................................... 52
2.3.2.5.1. Điều khiển cơng suất vịng hở đường xuống: ...........................................52
2.3.2.5.2. Điều khiển Cơng suất vịng kín đường xuống: .........................................53
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU BỘ THAM SỐ IDLE MODE VÀ ĐIỀU KHIỂN
CÔNG SUẤT CHO CÁC THIẾT BỊ 3G CUNG CẤP BỞI ERRICSSON .......55
3.1. IDLE MODE: .....................................................................................................55
3.1.1. Giới thiệu các tham số trong idle mode:...................................................................... 55
3.1.2. Các khai báo idle mode hiện tại trên mạng 3G/Ericsson Viettel: ............................. 56
3.2. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRÊN KÊNH CHUNG: .....................................56
3.2.1. Cài đặt và cấu hình lại cell _ Đường xuống:............................................................... 56
3.2.2. Cài đặt và cấu hình lại kênh truyền tải chung _ Đường xuống: ................................ 57
3.2.3. Cài đặt và cấu hình lại kênh truyền tải chung _ Đường lên:...................................... 59
3.2.4. Thiết lập công suất kênh chung đường xuống:........................................................... 61
3.3. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRÊN KÊNH RIÊNG: .......................................62
3.3.1. Khái quát:........................................................................................................................ 62
3.3.1.1. Thiết lập liên kết vô tuyến:......................................................................................... 62
3.3.1.2. Thiết lập RAB:............................................................................................................ 62
3.3.1.3. Chuyển giao mềm: ..................................................................................................... 63
3.3.1.4. Cân bằng công suất:.................................................................................................... 63
3.3.1.5. Chuyển giao khác tần số: ........................................................................................... 63
3.3.2. Điều khiển công suất đường xuống: ............................................................................ 64
3.3.2.1. Thiết lập công suất khởi đầu đường xuống:.............................................................. 64
3.3.2.2. Điều khiển cơng suất vịng trong đường xuống: ...................................................... 66
3.3.2.3. Thiết lập công suất khởi đầu khi chuyển giao mềm:................................................ 66
3.3.2.4. Cân bằng công suất:.................................................................................................... 67
3.3.2.5. Điều khiển công suất đường xuống trong phương thức nén: .................................. 69
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
3.3.2.6. Thiết lập công suất khởi đầu ở chuyển giao khác tần và chuyển giao cứng mạng lõi:.71
3.3.3. Điều khiển công suất đường lên:.................................................................................. 72
3.3.3.1. Thiết lập công suất khởi đầu đường lên:................................................................... 72
3.3.3.2. Điều khiển cơng suất vịng trong đường lên:............................................................ 73
3.3.3.3. Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên: ........................................................... 75
3.3.3.4. Điều khiển công suất đường lên trong phương thức nén:........................................ 77
CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM ÁP DỤNG MỘT SỐ BỘ THAM SỐ TRÊN
MẠNG 3G VIETTEL .............................................................................................79
4.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TỐI ƯU MẠNG:..........................................79
4.2. ÁP DỤNG THAY ĐỔI THAM SỐ TRONG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
CÔNG SUẤT ĐỂ TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG 3G TẠI VIETTEL: ..............80
4.2.1. Giới thiệu các chỉ số KPI quan trọng:.......................................................................... 80
4.2.2. Công cụ thực hiện :........................................................................................................ 81
4.2.3. Tối ưu chất lượng vô tuyến qua điều chỉnh tham số cho khu vực có phản ánh
khách hàng: ............................................................................................................................. 83
4.2.3.1. Giới thiệu :................................................................................................................... 83
4.2.3.2. Phân tích nguyên nhân và đưa ra hành động tác động:............................................ 84
4.2.4. Tối ưu tổng thể chất lượng vô tuyến cho khu vực Cầu Giấy: ................................... 88
4.2.4.1. Giới thiệu:.................................................................................................................... 88
4.2.4.2. Phân tích nguyên nhân và đưa ra hành động tác động:............................................ 89
4.2.5. Đánh giá kết quả thử nghiệm tối ưu tham số idle mode và điều khiển công suất:.. 92
KẾT LUẬN ..............................................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................94
PHỤ LỤC .................................................................................................................95
Phụ lục 1_ Tổng kết bộ tham số và ý nghĩa: .........................................................95
Phụ lục 2 _ Khoảng giá trị, mặc định và giá trị tương ứng trong thuật toán của
các tham số: ...........................................................................................................100
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA
Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA ........................................................................1
Hình 1.2 Quá trình truyền dữ liệu trong WCDMA.....................................................5
Hình 1.3 Kết quả quá trình trải phổ [1]......................................................................6
Hình 1.4 Tăng tốc xử lý PG [1]...................................................................................7
Hình 1.5 Quá trình trải phổ trong WCDMA [1] .........................................................7
Hình 1.6 Cây mã OVSF được dùng trong hệ thống [1] .............................................8
Hình 1.7 Cấu trúc cụm và nhóm mã trộn đường xuống [1]......................................10
Hình 1.8 Tín hiệu sau khi được mã định kênh và mã trộn [1] ..................................10
Hình 1.9 Mã trải phổ dùng trong đường xuống ........................................................11
Hình 1.10 Mã trải phổ dùng trong đường lên ...........................................................12
Hình 1.11 Mã hóa kênh [1] .......................................................................................13
Hình 1.12 Một ví dụ về ghép xen [1] ........................................................................14
Hình 1.13 Ví dụ về q trình mã hóa kênh và ghép xen [1] .....................................14
Hình 1.14 Các loại điều chế sử dụng trong hệ thống WCDMA ..............................15
Hình 1.15 Các kênh vơ tuyến trong WCDMA [1]....................................................16
Hình 1.16 Cấu trúc khung vơ tuyến ..........................................................................16
Hình 1.17 Kênh vật lý cho các dịch vụ không phải HSDPA ....................................17
Hình 1.18 Kênh vật lý cho các dịch HSDPA ............................................................17
Hình 1.19 Các kênh logic [1] ....................................................................................18
Hình 1.20 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh truyền tải [1].........................................18
Hình 1.21 Các kênh truyền tải [1].............................................................................20
Hình 1.22 Ánh xạ giữa kênh truyền tải và kênh vật lý [1]........................................20
Hình 1.23 Các kênh vật lý [1] ...................................................................................22
Hình 1.24 Ánh xạ giữa kênh truyền tải và kênh vật lý đường xuống .......................23
Hình 1.25 Ánh xạ giữa kênh truyền tải và kênh vật lý đường lên ............................25
Hình 2.1Tín hiệu tại phía thu ....................................................................................31
Hình 2.2 Kỹ thuật máy thu RAKE [1] ......................................................................32
Hình 2.3 Các quá trình trong chế độIdle mode .........................................................33
Hình 2.4 Lựa chọn cell..............................................................................................35
Hình 2.5 Khởi tạo đo đạc neighbour .........................................................................38
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
Hình 2.6 Cell reselection...........................................................................................39
Hình 2.7UE cập nhật theo chu kỳ .............................................................................40
Hình 2.8IMSI Detach ................................................................................................41
Hình 2.9Kênh PICH và kênh S-CCPCH...................................................................43
Hình 2.10Điều khiển cơng suất vịng hở [1] .............................................................45
Hình 2.11Điều khiển cơng suất vịng kín [1] ............................................................45
Hình 2.13Điều khiển cơng suất vịng kín bù trừ Fading nhanh [1] ..........................47
Hình 2.14Điều khiển cơng suất vịng kín vịng ngồi [1] .........................................47
Hình 2.15Điều khiển cơng suất vịng hở và vịng kín. [1] ........................................48
Hình 2.16 Điều khiển cơng suất vịng trong đường lên khi chuyển giao mềm [5]...51
Hình 3. 1 Cơng suất ramping trên RACH [5] ...........................................................60
Hình 3. 2 Ví dụ về điều khiển cơng suất, theo trình tự thiết lập cuộc gọi thoại [5]..64
Hình 3. 3 Cân bằng cơng suất [5]..............................................................................68
Hình 3. 4 Khe truyền dẫn [5] ....................................................................................70
Hình 3. 5 Điều khiển cơng suất đường lên [5] ..........................................................72
Hình 3. 6 Điều khiển cơng suất vịng trong kênh riêng khi chuyển giao mềm [5] ...74
Hình 3. 7 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên [5] .......................................75
Hình 3. 8 Trạng thái của SIR đích trong thuật tốn điều chỉnh bước cố định [5].....76
Hình 3. 9 Trạng thái của SIR đích trong thuật tốn điều chỉnh Jump [5].................77
Hình 4. 1 Q trình tối ưu mạng [3]..........................................................................79
Hình 4. 2 Hình ảnh về phần mềm TEMS INVESTIGATION, máy đo Sony Ericsson
C702 vàGPS ..............................................................................................................82
Hình 4. 3 Hệ thống giám sát OSS .............................................................................82
Hình 4. 4 RNC Element Manager .............................................................................83
Hình 4. 5 Chất lượng mạng trước tối ưu ...................................................................86
Hình 4. 6 Chất lượng mạng sau tối ưu ......................................................................86
Hình 4. 7 Tốc độ dữ liệu sau tối ưu...........................................................................87
Hình 4. 8 Địa hình khu vực .......................................................................................88
Hình 4. 9 Chất lượng mạng trước tối ưu ...................................................................89
Hình 4. 10 Chất lượng mạng sau tối ưu ....................................................................91
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, thị trường viễn thông không dây đang mở rộng
nhanh chóng, lĩnh vực thơng tin di động trong nước đã có những bước phát triển
vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ. Với sự hình thành nhiều nhà
cung cấp viễn thơng mới đã tạo ra sự cạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao giữa
các nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngày càng
được nâng cao, nhu cầu sử dụng điện thoại tiện ích với chất lượng mạng cao và ổn
định là xu thế phát triển tương ứng.
Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3 (3G) ra đời như một tất yếu của quá
trình phát triển này. Với những ưu điểm vượt trội, cho phép truyền cả thoại và dữ
liệu mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp: kết nối internet
tốc độ cao, hội nghị video di động, thay cho modem để kết nối đến máy tính xách
tay, ..v.v..
Trong nước, ba nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động (Vinaphone,
MobiFone, Viettel) đều đã lần lượt triển khai 3G từ nền tảng GSM sẵn có. Để đi
lên 3G từ GSM, hướng phát triển là áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - Công nghệ đa truy cập phân
chia theo mã băng rộng). Và khi giá thành điện thoại 3G ngày càng giảm, dịch vụ
phong phú, giá cước hợp lý, khách hàng chắc chắn sẽ lựa chọn công nghệ mới như
là một xu thế tất yếu.
Như vậy, tìm hiểu về WCDMA và các kỹ thuật cơ bản trong WCDMA là
nhu cầu mang tính thực tiễn, đây là những kiến thức nền tảng để có thể đi sâu hơn
trong các bước phát triển tiếp theo. Thời điểm hiện tại, khi mạng 3G đã được đưa
vào sử dụng và khai thác mạnh mẽ thì vấn đề đặt ra khơng chỉ cịn là thiết kế mạng
sao cho hiệu quả, mà tối ưu mạng đã dần đóng vai trò chủ đạo, quyết định sự khác
biệt về chất lượng mạng giữa các nhà cung cấp. Tối ưu 3G là một mảng rất rộng,
trong phạm vi đồ án, em xin đi sâu tìm hiểu, phân tích q trình tối ưu chất lượng
mạng bằng phương pháp tác động thay đổi tham số. Trong điều kiện thuận lợi khi
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
các nhà mạng đều đã triển khai 3G, kết quả nghiên cứuhồn tồn có thể áp dụng
trên mạng thực tế, nhờ đó giúp đồ án có tính thực tiễn cao và khác biệt so với các đồ
án lý thuyết trước đây. Cụ thể, các số liệu được nêu trong đồ án là kết quả các tham
số áp dụng trên mạng Viettel trong thời điểm tháng 3/2014, và cho kết quả tối ưu
tốt, hiện tại giá trị này của các tham số vẫn đang được sử dụng trong mạng.
Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập, nghiên cứu tại
viện Sau đại học _ trường đại học Bách Khoa Hà Nội và sau thời gian lam việc tại
Tổng Công ty Mạng lưới Viettel, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.
Nguyễn Hồng Hải, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với
đề tài “TỐI ƯU CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
WCDMAQUA ĐIỀU CHỈNH CÁC THAM SỐ”.
Em xin chân thành cảm ơnthầy giáo TS. Nguyễn Hoàng Hải đã trực tiếp
hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.
Đồ án được chia thành bốn chương:
• Chương 1: Giới thiệu tổng quan cấu trúc hệ thống WCDMA và quá trình
truyền dữ liệu trong hệ thống.
• Chương 2: Trình bày kỹ thuật cơ bản sử dụng trong hệ thống WCDMA,
đặc biệt là các hành vi của UE trong idle mode 3G và kỹ thuật điều khiển cơng suất.
• Chương 3: Đưa ra và phân tích bộ tham số idle mode và điều khiển công
suất được cung cấp bởi Erricsson. Đây là nền tảng kiến thức để tiến hành tối ưu các
tham số sử dụng trong quá trình idle mode và điều khiển cơng suất trong hệ thống.
• Chương 4: Giới thiệu cơng tác tối ưu chất lượng mạng bằng cách tác động
thay đổi tham số tại mạng Viettel bằng trường hợp thực tế cụ thể.
Tối ưu chất lượng mạng thông tin di động WCDMA qua điều chỉnh các tham số
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong cuộc sống hiện nay, thơng tin liên lạc đóng một vai trị rất quan trọng
và khơng thể thiếu được. Nhưng khơng chỉ dừng lại ở đó, nhu cầu sử dụng các dịch
vụ viễn thơng với các tiện ích hiện đại hơn là một xu hướng đi kèm với sự phát triển
của xã hội. Và đó chính làmục tiêu để các nhà cung cấp phát triển các dịch vụ của
mình. Trong bối cảnh số lượng khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thơng đang dần trở
nên bão hồ, thì u cầu nâng cao chất lượng dịch vụ được đặt lên hàng đầu. Mạng
thông tin di động 3G được đưa vào áp dụng nhằm đáp ứng nhu cầu đó. Thực tiễn
này đã đặt ra yêu cầu là phải nghiên cứu và tìm hiểu sâu về hệ thống WCDMA,
cũng như các kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống. Xuất phát từ lý do đó, đồ án đã
trình bày cụ thể cơ sở lý thuyết hệ thống WCDMA, đồng thời đi sâu nghiên cứu idle
mode và kỹ thuật điều khiển công suất, đưa ra phân tích các tham số phục vụ idle
mode và quá trình điều khiển cơng suất nhằm phục vụ cho cơng tác tối ưu trong
thực tế. Dựa trên các dữ liệu thu thập được về chất lượng mạng tại thời điểm trước
tối ưu trong trường hợp cụ thể, đồ án đã phân tích và đưa ra giải pháp để cải thiện
chất lượng mạng lưới theo đúng trình tự tối ưu thực tế.
ABSTRACT
Nowaday, communications plays an improtant and indispensable role in our current
life. And along with the development of society, the demand for communications
with modern services is the trend of the revolution. This is key factors in which the
telecom suppliers have to improve or enrich their services. Since, the legacy service
is becomming saturated then requirements for higher QoS are one of the most
problem to be converned. To meet up with this requirement, 3G mobile network is
instroduced. That is why WCDMA system, as well as its techniques are need to be
deeply studied. In this thesis, the details fundamental background of WCDMA
system was mentioned, and also idle mode and power control techniques. In
addition, the author also analyzes factors which can support the idle mode and
power controlling process, so as to cater the optimum in reality. Based on network
quality data generated before the optimization process, the author will analyzes and
gives out solutions to improve network‘s quality in accordance to an actual
sequence.
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG WCDMA
Chương một của đồ án nhằm cung cấp một cách tổng quan các khái niệm về
cấu trúc hệ thống, q trình truyền dữ liệu cũng như các kênh vơ tuyến của hệ thống
WCDMA, đây là những lý thuyết nền tảng trước khi bắt tay vào nghiên cứu sâu hơn
các vấn đề kỹ thuật của hệ thống WCDMA được đề cập ở các chương sau.
1.1.
CẤU TRÚC HỆ THỐNG:
Cấu trúc hệ thống WCDMA bao gồm các phần tử mạng logic và các giao
diện.
Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA
Theo chức năng thì các phần tử mạng được chia thành các nhóm:
• Thiết bị người sử dụng (UE): giao tiếp với người sử dụng và giao diện vơ
tuyến.
• Mạng truy nhập vơ tuyến UTRAN: thực hiện thiết lập tất cả các chức
năng liên quan đến vơ tuyến.
• Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi
và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài.
1
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
1.1.1. Thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment):
Thiết bị của người sử dụng là thiết bị đầu cuối di động. UE gồm hai phần:
thiết bị di động và USIM.
• Thiết bị di động(ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến sử dụng để
giao tiếp vơ tuyến qua giao diện Uu.
• Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: User Sim Card) là một thẻ
thông minh chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện thuật toán nhận thực, và lưu giữ
khoá mã mật, khoá nhận thực và một số các thông tin về thuê bao cần thiết tại đầu
cuối.
1.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN):
Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều hệ thống con
mạng vô tuyến (RNS: Radio Network Subsystem). Mỗi một RNS bao gồm các
Node B và một bộ điều khiển mạng vơ tuyến RNC (Radio Network Controler), mỗi
RNC có thể kết nối với một hay nhiều Node B.
• Node B (Trạm gốc):
Chức năng chính của Node B là để thực hiện xử lý ở lớp 1 giao diện vô tuyến
(ghép xen và mã hố kênh, thích ứng tốc độ, trải phổ .v.v.). Ngồi ra, node B cịn
tham gia khai thác và quản lý tài ngun vơ tuyến.
Về mặt logic nó tương thích với trạm gốc của GSM.
• Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC):
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển
nguồn tài ngun vơ tuyến của UTRAN.Nó giao diện với mạng lõi và kết cuối giao
thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ
tục giữa UE và UTRAN). RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN
cung cấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE. RNC điều
khiển một node B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC).CRNC chịu
trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ơ của mình.Khi một kết nối UEUTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dự vào kết nối
này sẽ có hai vai trị logic riêng biệt.
2
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
- RNC phục vụ (SRNC): là RNC kết cuối cả đoạn nối Iu để truyền tải số
liệu người sử dụng lẫn báo hiệu điều khiển tương ứng cho số liệu người sử dụng đến
và từ mạng lõi. SRNC cũng là RNC kết cuối báo hiệu RRC giữa UE và UTRAN.
Tại mọi thời điểm UE chỉ có một SRNC.
- RNC trơi (DRNC): là một RNC bất kỳ trong mạng UTRAN. Khi cần
DRNC có thể tham gia vào kết hợp phân chia và phân tập vĩ mô. DRNC không
thực hiện xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà chỉ định
tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể khơng có hoặc
có một hay nhiều DRNC tại mọi thời điểm.
1.1.3. Mạng lõi:
Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ
chuyển mạch gói (SGSN).Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với
các mạng ngồi thơng qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng
(GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN).
• HLR (Bộ đăng ký thường trú) là một cơ sở dữ liệu trong hệ thống thường
trú của người sử dụng, lưu trữ các bản gốc các thông tin hiện trạng dịch vụ người sử
dụng, hiện trạng về dịch vụ bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép sử dụng, các
vùng roaming bị cấm, thông tin các dịch vụ bổ sung như: trạng thái các cuộc gọi đi,
số các cuộc gọi đi… Nó được tạo ra khi người sử dụng mới đăng ký thuê bao với hệ
thống, và được lưu khi th bao cịn thời hạn. Với mục đích định tuyến các giao
dịch tới UE (các cuộc gọi và các dịch vụ nhắn tin ngắn), HLR cịn lưu trữ các thơng
tin vị trí của UE trong phạm vi MSC/VLR hoặc SGSN.
• MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/Bộ đăng ký tạm trú)
là một bộ chuyển mạch(MSC) và cơ sở dữ liệu(VLR) phục vụ cho UE ở vị trí tạm
thời của nó cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Chức năng MSC được sử dụng để
chuyển mạch các giao dịch sử dụng chuyển mạch kênh, chức năng VLR là lưu trữ
bản sao về hiện trạng dịch vụ người sử dụng là khách và thơng tin chính xác về vị
trí của thuê bao khách trong toàn hệ thống. Phần của hệ thống được truy nhập thông
qua MSC/VLR thường là chuyển mạch kênh.
3
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
• GMSC(Gateway MSC): là một bộ chuyển mạch tại vị trí mà mạng di động
mặt đất cơng cộng UMTS kết nối với mạng ngồi. Tất các kết nối chuyển mạch
kênh đến và đi đều phải qua GMSC.
• SGSN(Serving GPRS Support Node: Node hỗ trợ GPRS phục vụ)có chức
năng tương tự như MSC/VLR nhưng thường được sử dụng cho các dịch vụ chuyển
mạch gói.
• GGSN(Gateway SGSN: Node cổng hỗ trợ GPRS) có chức năng gần giống
GMSC nhưng phục vụ các dịch vụ chuyển mạch gói.
• Ngồi ra cịn có các phần tử như EIR, AUC cũng tương tự như trong các
mạng GPRS.
1.1.4.
Các giao diện cơ bản của WCDMA:
• Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao
diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thơng minh.
• Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện nhờ
đó UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao
diện mở quan trọng nhất trong UMTS.
• Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi.
- Iu-CS: là giao diện nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch
kênh.
- Iu-PS: là giao diện vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch gói.
• Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC
từ các nhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu. Tuy nhiên,
khi phát triển giao diện này cịn hỗ trợ một số tính năng khác như: hỗ trợ di động cơ
sở giữa các RNC, hỗ trợ lưu lượng kênh riêng và kênh chung, hỗ trợ quản lý tài
ngun vơ tuyến tồn cầu.
• Giao diện Iub: Iub kết nối một Node B và một RNC. Hệ thống WCDMA
cung cấp giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao
diện mở hoàn thiện.
4
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
1.2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ, MÃ HĨA KÊNH, GHÉP XEN VÀ ĐIỀU CHẾ:
Q trình truyền dữ liệu trong WCDMA được trình bày tóm lược trong sơ đồ sau:
UE data
Mã hóa
kênh và
ghép xen
Điều chế
trên băng
tần cơ sở
Trải phố
Điều chế
RF
transmitting
RF
Receiving
UE data
Giải mã
hóa kênh
và giải
ghép xen
Giải điều
chế trên
băng tần
cơ sở
Giải trải
phổ
Giải điều
chế
Hình 1.2 Quá trình truyền dữ liệu trong WCDMA
Các phần tiếp theo sẽ làm rõ từng thành phần trong quá trình truyền dữ liệu này.
1.2.1. Kỹ thuật trải phổ:
1.2.1.1.
Nguyên lý trải phổ:
Trong các hệ thống thông tin, để đánh giá ảnh hưởng của tạp âm đến chất lượng của hệ thống, người ta sử dụng hai tham số: tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu ra
và xác suất lỗi. Đây là hai tham số quan trọng nên việc nâng cao chất lượng thông
tin thường tập trung vào cải thiện hai tham số này.
Với một mức tạp âm đã cho, việc nâng cao tỷ số tín hiệu trên tạp âm có thể
được thực hiện theo một trong ba cách sau:
5
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
• Tăng cơng suất của tín hiệu để cải thiện tỷ số S/N. Biện pháp này không
phải lúc nào cũng thực hiện được, đặc biệt trong các hình thức thơng tin dùng nhiều
phương tiện kỹ thuật phức tạp, mặt khác công suất của nguồn tín hiệu cịn bị ràng
buộc bởi các quy định về nhiễu, mật độ phổ và cơng suất.
• Tăng độ dài của tín hiệu, tức là tăng độ dư cho tín hiệu. Biện pháp này có
thể cải thiện S/N nhưng sẽ làm giảm tốc độ truyền tin.
• Trải rộng phổ tín hiệu: đây là phương pháp gần đây được nghiên cứu và
áp dụng rộng rãi trên thế giới. Sau đây sẽ tập trung trình bày kỹ thuật này.
Trải phổ nghĩa là biến đổi độ rộng băng tín hiệu ban đầu ra tín hiệu có băng
thơng rộng hơn. Theo ngun lý dung lượng kênh truyền của Shannon:
C = B. log2(1+ )(1.1)
Trong đó:
- C là dung lượng kênh [b/s]
- B là băng thông tín hiệu [Hz]
- S là cơng suất tín hiệu trung bình [W]
- N là cơng suất nhiễu trung bình [W]
Như vậy, rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách
tăng băng tần kênh truyền.
Hình 1.3 Kết quả q trình trải phổ [1]
Các bit thơng tin từ người sử dụng được trải trên một băng thông rộng bằng
cách nhân với một mã trải phổ tốc độ cao.
6
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
Với W là băng thơng của tín hiệu trải phổ và Rb là băng thơng của tín hiệu
gốc, ta có: W>>Rb. Với WCDMA, W= 3.84Mchip/s và Rb(tín hiệu thoại)=
12kbit/s.
Tăng tốc xử lý (PG _ Processing Gain):
(1.2)
PG=
PG càng lớn chống nhiễu càng tốt.Giá trị Gp thay đổi từ 100 đến 10.000.000
tức là từ 20dB đến 60dB.
Hình 1.4 Tăng tốc xử lý PG [1]
1.2.1.2.
Các mã trải phổ :
Dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước
khi được điều chế và truyền đi. Q trình này được mơ tả trong hình vẽ sau:
Hình 1.5 Quá trình trải phổ trong WCDMA [1]
Như vậy trong q trình trên có hai loại mã được sử dụng là mã trộn và mã định
kênh.
7
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
1.2.1.2.1. Mã định kênh:
Là các mã hệ số trải phổ khả biến trực giao OVSF giữ tính trực giao giữa các
kênh có các tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau. Các mã lựa chọn được xác định bởi
hệ số trải phổ SF.
Tín hiệu sau khi được mã hố định kênh sẽ có tốc độ được tính theo “chip”,
và tốc độ của nó sẽ là 3.840 Mchip.
Độ dài của mã OSVF không cố định khi được sắp xếp cho các kênh.Độ dài
của mã này trong khoảng 4 chip – 512 chip tuỳ thuộc vào tốc độ truyền của dữ liệu
cần truyền.Khi truyền dữ liệu tốc độc cao, thì hệ số trải phổ SF sẽ nhỏ và ngược lại.
Hình 1.6 Cây mã OVSF được dùng trong hệ thống [1]
Trong hình:
• Cch,SF,k: mã kênh, được xác định bởi hệ số trải phổ SF và k.
• SF (spreading factor): hệ số trải phổ
Hệ số trải phổ của mã đường lên: 4 -> 256
Hệ số trải phổ của mã đường xuống: 4 -> 512
• k là code number (0
khơng có mã nào khác trên đường dẫn từ một mã cụ thể đến gốc của cây mã hoặc là
trên một cây con phía dưới mã đó được sử dụng trong cùng một cell.
8
Chương 1_ Tổng quan hệ thống WCDMA
Ví dụ: Nếu một th bao đã dùng mã C2,1=(1,1) thì khơng th bao nào được
phép dùng các mã liên quan được sinh ra từ nó nữa (ví dụ các mã trong hình vng
nét đứt). Vì khi tốc độ dữ liệu thay đổi, thuê bao dùng mã này sẽ dùng các mã còn
lại tương ứng với sự thay đổi đó.
1.2.1.2.2. Mã trộn:
Mã trộn được sử dụng trên đường xuống là tập hợp chuỗi mã Gold.
Bộ tạo mã trộn đường lên có thể cung cấp tổng số 224 mã trộn đường lên,
dùng để phân biệt các người sử dụng khác nhau trong cùng 1 cell.
Bộ tạo mã trộn đường xuống có thể cung cấp tổng số mã lên tới 218 – 1 =
262.143 mã và được đánh số từ 0 - 262.142.Tuy nhiên hệ thống khơng thể dùng hết
các mã này vì như vậy sẽ dẫn đến UE rất khó khăn trong việc chọn ơ.
Do đó các mã dài đường xuống được cắt ngắn cho phù hợp với khung 10ms.
Số mã còn lại sẽ là 8.192 mã đầu tiên được đánh số từ 0 – 8.191.Các mã này sẽ
được rút gọn xuống còn 512 cụm, mỗi cụm có 16 mã gồm một mã sơ cấp (PSC _
primary scrambling code) và 15 mã thứ cấp (SSC _ secondary scrambling code).Hệ
thống sẽ sử dụng mã sơ cấp này để gán cho các trạm gốc.
Như vậy sẽ có 512 mã sơ cấp được cấp phát cho các trạm gốc.Với 512 mã
này sẽ không đủ để cấp cho mỗi trạm gốc một mã riêng trong toàn hệ thống. Do đó
cần phải quy hoạch tái sử dụng mã này để cấp phát lại.
9
