Đồ án Tối ưu hóa mạng 4GLTE

i WCDMA/HSPA, phần truy nhập vô tuyến evolved RAN (Radio Access Network) cho LTE chỉ gồm 1 thiết bị duy nhất là eNodeB, giao diện với UE. Do đó, không có node nào trong LTE tương đương với RNC. Lý do chính của điều này đó là LTE không hỗ trợ phân tập macro đường lên hay đường xuống cho lưu lượng người dùng dành riêng và nguyên lý thiết kế tối thiểu hóa số lượng node. . Hình 1.13 - Mạng truy nhập vô tuyến LTE: các node và các giao diện 1.1.6.2 Mạng lõi 4G/LTE –EPC (Evolved Packet Core) Mạng lõi WCDMA/HSPA và LTE đều kế thừa từ mạng lõi GSM, mạng lõi được xây dựng cho LTE là phát triển từ GSM/GPRS và nó cần có một cái tên mới để phân biệt, đó là EPC (Evolved Packet Core) chỉ bao gồm chuyển mạch gói. Nguyên lý thiết kế của LTE đó là tối thiểu hóa số lượng node trong cả mạng vô tuyến và mạng lõi. Do đó, EPC bắt đầu với kiến trúc một node đơn, ngoại trừ hệ thống quản lý thuê bao HSS (Home Subscriber Server). HSS là một node/cơ sở dữ liệu liên quan đến HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA. Mạng lõi EPC gồm có 2 phần SGW (Serving Gateway) và PDN GW (Packet Data Network Gateway) 1.2 Triển khai 4G/LTE trên hệ thống cơ sở hạ tầng mạng Vinaphone 4G/LTE hứa hẹn sẽ cho tốc độ dữ liệu truyền trên kênh xuống (downlink) cao với tốc độ tức thời cho 1 cell (20 MHz) 150 Mbps và trên kênh lên (uplink) hơn 50 Mbps. 4G/LTE dựa trên nền tảng gói IP do đó sẽ không còn chuyển mạch kênh như 12 trong các thế hệ 2G, 3G hiện tại. Kiến trúc mạng của LTE/4G sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng LTE/4G vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G. Vinaphone hiện tại đang sử dụng công nghệ WCDMA/3G - GSM/2G, nên việc triển khai 4G/LTE trên cơ sở kế thừa cơ sở hạ tầng mạng, cũng như hạ tầng nhà trạm có sẵn là hoàn toàn thuận lợi và có tính khả thi cao, giảm thiểu những thay đổi, sử dụng công nghệ mới nhất nhằm đảm bảo tốc độ truyền số liệu mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có. Trong công tác chuẩn bị triển khai công nghệ mới, cần phải nghiên cứu định hướng phát triển công nghệ và tính năng thiết bị của các hãng cung cấp sao cho phù hợp với hạ tầng mạng hiện đang vận hành khai thác. Sau đó lựa chọn thiết bị 4G/LTE phù hợp mạng WCDMA/3G và GSM-2G đang khai thác, lựa chọn băng tần sử dụng sao cho băng tần đủ độ rộng có thể triển khai LTE với đầy đủ các ưu điểm về tốc độ so với công nghệ 3G, tuy nhiên cần cân nhắc đến các băng tần đang sử dụng cho các dịch vụ, đã được cấp cho mục đích khác, cũng như xu hướng cấp phép băng tần của đơn vị quản lý tần số. 1.2.1 Định hướng phát triển công nghệ và tính năng thiết bị của các hãng cung cấp * Định hướng phát triển thiết bị vô tuyến - RAN - Huawei: Sử dụng thiết bị Multi BTS và Multi BSC, thiết bị có thể tích hợp chung các khối điều khiển và khối thu phát cho cả GSM + WCDMA + LTE/4G. Có thể cấu hình linh hoạt giữa các công nghệ. - ZTE: Sử dụng thiết bị Uni-RAN có thể tích hợp chung các khối điều khiển và các khối thu phát có thể nối xa cho cả GSM + WCDMA + LTE/4G. 13 -Ericsson: Sử dụng thiết bị có các khối điều khiển độc lập riêng cho từng công nghệ GSM - WCDMA – 4G/LTE và khối thu phát có thể tích hợp cả 3 công nghệ GSM - WCDMA - LTE/4G trên cùng một băng tần. Đây là ba nhà cung cấp thiết bị mạng truy nhập vô tuyến mà Vinaphone đang sử dụng. * Định hướng phát triển thiết bị mạng lõi EPC Huawei: giới thiệu dòng NE-Series nền tảng định hướng cho Serving gateway và PDN gateway và một nền tảng ATCA cho MME. Nokia Siemens: giới thiệu dòng ATCA làm nền tảng cho serving gateway, PDN gateway, và MME. Ericsson: sử dụng Redback và Juniper Networks nền tảng định hướng cho serving gateway và PDN gateway, trong khi vẫn giữ nền tảng riêng của mình để phát triển SGSN và MME. Đây là ba nhà cung cấp thiết bị mạng lõi mà Vinaphone đang sử dụng. 1.2.2 Lựa chọn băng tần, thiết bị 4G/LTE * Lựa chọn băng tần cho 4G/LTE + Băng tần 2600 MHz Băng tần này có tối đa 140 MHz (2x 70 MHz) sẽ được phân chia cho các dịch vụ FDD như LTE và 50 MHz khác cho băng TDD. Đây là một băng tần có giá trị và khả thi để triển khai LTE, việc triển khai LTE trên một băng tần độc lập như 2600MHz sẽ đảm bảo cung cấp đủ độ rộng băng tần để có thể triển khai LTE với đầy đủ các ưu điểm về tốc độ so với công nghệ HSPA. Băng tần này cũng đã được Bộ TT&TT cấp phép cho các nhà khai thác sử dụng để thử 4G/LTE. 14 Hình 1.18 So sánh hiệu quả về mặt băng tần của HSPA+ và LTE 1.2.3 Nâng cấp các phần tử hệ thống mạng WCDMA/3G và GSM/2G đang khai thác Đối với các nhà mạng đang khai thác mạng di động GSM/2G đã nâng cấp lên WCDMA/3G, việc nâng cấp lên HSDPA+ (3,5G) là thời kỳ quá độ cho quá trình triển khai 4G/LTE. Cũng như trước khi nâng cấp lên từ 2G lên 3G, các nhà mạng đã nâng cấp hệ thống để triển khai GPRS (2.5G) và EDGE (2.75G). GSM/2G à GPRS (2.5G) à EDGE (2.75G) à WCDMA/3G àHSPA+ à LTE (4G) * Nâng cấp mạng vô tuyến Sau khi đã có định hướng cơ bản về tính năng thiết bị mạng vô tuyến ERAN, cần có chiến lược sử dụng thiết bị tích hợp các công nghệ khác nhau, dự kiến thiết bị cho mạng vô tuyến 4G/LTE, sau đó thực hiện nâng cấp mạng vô tuyến từ WCDMA/3G lên HSPA+ làm bước đệm tiến tới triển khai công nghệ 4G/LTE. Giai đoạn trước 2011, mạng vô tuyến của Vinaphone tại các thành phố lớn vẫn sử dụng thiết bị Motorola. Tại Hà Nội, mạng vô tuyến sử dụng thiết bị GSM/2G của Motorola (thế hệ cũ), thiết bị WCDMA/3G là loại thiết bị hãng Motorola phát triển trên nền tảng phần cứng của Huawei, nên dẫn tới thiếu đồng bộ trong việc tích hợp các công nghệ khác nhau trên cùng một hệ thống và một Node mạng. Vì vậy cuối năm 2011, Vinaphone đã quyết định điều chuyển toàn bộ thiết bị Motorola tại Hà Nội sang các tỉnh khác và đồng thời thay thế bằng thiết bị tích hợp đồng bộ GSM/2G, WCDMA/3G của Huawei. Loại thiết bị vô tuyến mới Single RAN 15 đều đã sẵn sàng để hỗ trợ công nghệ HSPA+ và có thể nâng cấp thêm các module lên LTE/4G. Tháng 05/2012, Vinaphone đã thực hiện nâng cấp toàn bộ các trạm từ WCDMA/3G lên HSPA+ với tốc độ truy nhập trung bình đạt 7.2 Mbps. * Nâng cấp mạng lõi và truyền dẫn Lắp đặt các Mobile Soft Switch (MSS), Transport Node, Router mới của Huawei với giải pháp all-IP và đấu chuyển toàn bộ các MBSC thuộc khu vực Hà Nội đang đấu vào các MSC thế hệ cũ về các thiết bị mới. * Triển khai các ứng dụng chuyển mạch gói Đang tiếp tục thực hiện nâng cấp GGSN và SGSN để nâng cao chất lượng cũng như các ứng dụng chuyển mạch gói. 1.2.4 Công tác chuẩn bị triển khai thử nghiệm 4G/LTE, đánh giá chất lượng mạng dịch vụ * Mục tiêu thiết kế 4G/LTE Tốc độ đỉnh tức thời cho một cell (20 MHz): Tải xuống: 150 Mbps; Tải lên: 50 Mbps. Lưu lượng tối đa cho một eNodeB (20MHz): Tải xuống: 450Mbps; Tải lên: 300Mbps. Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế. * Chọn vị trí lắp đặt Tương tự như khi triển khai WCDMA/3G, để tiết kiệm chi phí xây dựng nhà trạm khi triển khai 4G/LTE, các trạm eNodeB sẽ được lắp đặt cùng vị trí với các trạm 2G/3G hiện tại. Các trạm 4G/LTE được triển khai trước tiên tại trung tâm các tỉnh/thành phố với lưu lượng người dùng dữ liệu lớn. 16 * Thiết kế HLD và LLD * Tối ưu hóa thử nghiệm nâng chất lượng dịch vụ 1.3 Kết luận Chương I Chương I là những thông tin tổng quan về công nghệ LTE/4G: chuẩn hóa, kiến trúc các giao diện lớp điều khiển, kiến trúc hệ thống mạng Với các công tác chuẩn bị như đã nêu trên, cùng với việc đã nâng cấp hệ thống lên HSPA+, hệ thống mạng sẵn sàng cho công tác thử nghiệm và thuận lợi cho việc nâng cấp lên công nghệ 4G/LTE. CHƯƠNG II VẤN ĐỀ TỐI ƯU TRONG MẠNG 4G/LTE 2.1 Các vấn đề chung về tối ưu hóa mạng TTDĐ 2G/3G và 4G/LTE 2.1.1 Thế nào là tối ưu Tối ưu là quá trình đo đạc, phân tích để đưa ra các biện pháp cải thiện thông qua việc chỉnh sửa hợp lý các thông số của hệ thống để đạt được chất lượng mạng mong muốn. Có 2 loại tối ưu trong hệ thống 4G/LTE: Tối ưu sóng vô tuyến. Tối ưu sóng vô tuyến là quá trình tối ưu thực hiện trên giao diện vô tuyến. Tối ưu mạng lõi. Tối ưu mạng lõi là quá trình tối ưu thực hiện thay đổi các thông số mạng lõi. 2.1.2 Mục tiêu và quy trình chung trong tối ưu mạng vô tuyến Mục tiêu của tối ưu là nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS của mạng để phục vụ nhu cầu khách hàng. Các yêu cầu tối ưu về chất lượng mạng thường được đánh giá trên cơ sở người sử dụng (vùng phủ) hoặc đánh giá theo từng cell trong mạng (dung lượng). Quá trình thực hiện tối ưu mạng vô tuyến 2G/3G và 4G/LTE bao gồm 2 nội dung : Tối ưu vùng phủ sóng Tối ưu vùng phủ sóng là một phần quan trọng của nội dung tối ưu mạng vô tuyến, nó đảm bảo về mặt vùng phủ sóng trước khi tiến hành tối ưu các tham số hệ thống. Tối ưu tham số Theo lý thuyết, toàn bộ các tham số về mặt vật lý và logic trong mạng vô tuyến di động nói chung đều có thể được sử dụng trong quá trình tối ưu. Các tham số có thể được phân thành các nhóm theo tiêu chí khác nhau. 2.1.3 Các tham số chính được lựa chọn trong quá trình tối ưu 2G/GSM WCDMA/3G LTE/4G Rx_Lev : Cường độ tín hiệu RSCPCPICH : Công suất mã tín RSRP : Công suất tín hiệu thu thu hiệu thu trung bình Ec của trên băng rộng kênh CPICH Rx_Qual : Chất lượng tín hiệu Ec/IoCPICH : năng lượng mã tín Eb/No : tỷ số năng lượng mỗi thu hiệu thu trung bình kênh bit trên mật độ phổ công suất CPICH trên tổng mật độ phổ tạp âm năng lượng tạp âm C/I : tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu Pilot Pollution : nhiễu kênh SINR : Tỷ số tín hiệu trên pilot nhiễu tạp âm Bảng 2.1 - Các tham số chính lựa chọn trong quá trình tối ưu 2.2 Các tham số chính cho việc tối ưu hóa mạng 4G/LTE Để có thể thực hiện tối ưu, cần phải xác định các đại lượng cụ thể để đánh giá hiệu quả công việc, trong đó các tham số chất lượng điển hình (Key Performance Indicator – KPI) đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Khi việc đánh giá chất lượng mạng theo hàm mục tiêu tối ưu theo lí thuyết gặp nhiều khó khăn, việc xác định chất lượng qua các tham số KPI sẽ mang đến giải pháp thực tế và khả thi. Một số loại tham số đo được thực hiện tại eNB & UE, những tham số này được sử dụng để định lượng hiệu suất mạng, do đó sẽ hỗ trợ trong sự thích ứng của mã hóa / điều chế, cũng như lưu lượng và dung lượng của kết nối. Trong chế độ Idle mode, eNB phát quảng bá bản tin các tham số đo trong giao thức khung, trong một phép đo cụ thể từ UE, eNB truyền một bản tin cấu hình kết nối RRC tới UE cùng với các mã nhận dạng ID, lệnh, số lượng, và các tiêu chuẩn báo cáo, UE thực hiện đo và trao đổi ban tin báo cáo với eNB. Một số tham số chính trong LTE là: + Tham số RSRP (Reference Signal Received Power) : Công suất tín hiệu thu trên băng rộng, phép đo này được thực hiện trên kênh điều khiển quảng bá BCCH. Hiện nay, RSRP tối thiểu cho UE là -120 dBm. Đánh giá mức thu thường được chia theo các mức chất lượng như sau: Tốt nếu RSRP ≥ –85 dBm; Trung bình nếu –95 dBm ≤ RSRP < –85 dBm; Kém nếu RSRP < –95 dBm. + Tham số Eb/No: tỷ số năng lượng mỗi bit trên mật độ phổ công suất tạp âm. Khi sử dụng ghép kênh vô tuyến, năng lượng thu được đo cho mỗi ăng-ten, và sau đó tổng hợp lại với nhau. Eb/No là năng lượng thu trên mỗi bit phân chia bởi mật độ công suất trên tạp âm. Nếu sử dụng phân tập phát, đo Eb/No cho ăng-ten không được thấp hơn năng lượng bit tín hiệu thu RSRP tương đương. Thông thường, mức Eb/No được chỉ định là mức nhiễu sâu hơn và ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu hơn so với các mức nhiễu. Đánh giá thường được chia theo các mức chất lượng như sau: Tốt nếu Eb/No ≥ 12dB; Trung bình nếu 10dB ≤ Eb/No < 12dB; Chấp nhận được nếu 8dB ≤ Eb/No < 10dB; Kém nếu Eb/No < 8dB + Tham số SINR (Signal–Interference Plus Noise Ratio Power Level): mức tỷ số năng lượng sóng mang trên nhiễu được đo trên cả UE và eNB để xác định đường truyền vô tuyến được sử dụng dựa một số tiền định thiết lập của các ngưỡng. Đường truyền vô tuyến được sử dụng truyền đi các dữ liệu mã hóa và điều chế. Mức SINR càng cao, hiệu suất phổ càng cao bởi việc sử dụng một điều chế và chương trình mã hóa hợp nhất. SINR có công thức chung như sau: SINR=S/(I+N) Trong đó: S: biểu thị băng rộng của tín hiệu có khả năng đo được. Công suất tín hiệu (RS) và đường tải vật lý chia sẻ kênh (PDSCHs) là yếu tố chính. I: biểu thị bang rộng của tín hiệu đo hoặc các tín hiệu kênh can thiệp từ các tế bào khác trong hệ thống hiện tại và từ các tế bào lien RAT. N: biểu thị nhiễu xung quanh, trong đó có liên quan đến băng thông đo lường và hệ số nhiễu máy thu. Một vị trí được xác định là bị nhiễu khi tại vị trí đó thỏa mãn các điều kiện sau: Số lượng tín hiệu đáp ứng > 3 Tất cả các tín hiệu đáp ứng trên có RSRP ³ -100dBm Chênh lệch RSRP của các tín hiệu trên < 5dB + Tham số RRC (Setup Seccess Rate - Signaling): KPI này đánh giá các thiết lập tỷ lệ thành công RRC về nguyên nhân phát tín hiệu liên quan trong một cell hoặc một cluster. Được dùng để tính toán tỷ lệ thành công thiết lập RRC chỉ khi lĩnh vực “EstablishmentCause” được thiết lập để mo-tín hiệu trong một cell hoặc một cluster. RRC có công thức chung như sau: + Tham số ERAB ( Setup Success Rate – VoIP): Tỷ lệ thiết lập thành công dùng để đánh giá tỷ lệ thành công ERAB của tất cả các dịch vụ bao gồm các dịch vụ VoIP trong một cell hoặc một cluster. Tham số này được tính toán dựa trên tất cả các tính toán ( bao gồm ERAB sự nỗ lực thiết lập ( tất cả) và ERAB thiết lập thành công tính toán (tất cả)) được đo tại các eNodeB. ERAB có công thức chung như sau: +Tham số CSSR (Call Setup Success Rate): Dùng để đánh giá tỷ lệ thành công thiết lập cuộc gọi của tất cả các dịch vụ bao gồm các dịch vụ VoIP trong một cell hoặc một cluster. Tham số này được tính dựa trên KPI của RRC tỷ lệ thiết lập thành công (Service) và KPI của ERAB tỷ lệ thiết lập thành công (Tất cả). CSSR có công thức chung như sau: +Tham số CDR (Call Drop Rate): Tham số dùng để giảm tỷ lệ rơi cuộc gọi của dịch vụ VoIP trong một cell hoặc một cluster. Tỷ lệ cuộc gọi rơi được tính bằng cách giám sát các VoIP ERAB tỷ lệ giải phóng bất thường. Mỗi ERAB được kết hợp với thông tin QoS. Các dịch vụ thoại có thể phân biệt bởi cụ thể QCI=1. Các bất thường ERAB phát hành truy cập được tăng lên khi các eNodeB gửi một Chỉ ERAB phát hành đến MME hoặc nhận được một UE Context thông báo phát hành lệnh từ MME và những nguyên nhân phát hành không phải là phiên bản bình thường, tài khoản không hoạt động, bàn giao từng phần, hoặc bàn giao kích hoạt. Nếu thông báo chứa nhiều IES ERAB ID (trong ERAB to Be Danh sách phát hành IE), bộ đếm sẽ được tăng lên cho mỗi ERAB cá nhân. CDR có công thức tính chung như sau: + Tham số BLER (Block Error Rate): Tỷ lệ lỗi khối được sử dụng để đo khối lỗi trong một kênh truyền cụ thể như là một thước đo chất lượng đường truyền, được thực hiện trên kênh lưu lượng TCH và kênh chỉ thị DCH. 2.3 Kịch bản khai thác, vận hành hệ thống phục vụ công tác thiết kế tối ưu hóa mạng 2.3.1 Quy trình vận hành, quản lý chất lượng mạng Trong quá trình triển khai mạng, cũng như trong suốt quá trình vận hành, khai thác mạng thông tin di động (cả mạng 2G, 3G hay 4G), cô