Sử dụng thiết bị đo đánh giá tham số kpi trong mạng thông tin di động thế hệ thứ 3

Kỹ thuật Điện tử – Thông tin Đ. H. Du, N. T. Hương, T. C. Nhung, “Sử dụng thiết bị đo đánh giá thế hệ thứ 3.” 126 SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO ĐÁNH GIÁ THAM SỐ KPI TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 Đào Huy Du*, Nguyễn Thị Hương, Tăng Cẩm Nhung Tóm tắt: Bài báo này trình bày một phương pháp đánh giá chất lượng mạng thông tin di động thế hệ thứ 3, ứng dụng vào để tối ưu hóa mạng thông tin di đông 3G tại Viettel Thái nguyên. Quá trình được thực nghiệm qua quá trình đo liên tục sử dụng thiết bị đo có thiết lập phần mềm chuyên dụng TEM và thiết bị hỗ trợ GPS cùng máy tính có cài đặt phần mềm Tems Investigation. Trong bài báo này, nhóm tác giả đã thực hiện việc đo liên tục nhằm phát hiện những lỗi bất thường, phân tích đưa ra tham số đã gây ảnh hưởng xấu đến hệ thống và đã đưa ra giải pháp khắc phục. Từ khóa: KPI; Tems Investigation; Tối ưu; Thông tin di động. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tối ưu mạng là một quá trình để cải thiện toàn bộ chất lượng mạng khi đã thử nghiệm bởi các thuê bao di động và đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên mạng được sử dụng một cách hiệu quả. Đối với tối ưu hóa, đầu vào cần thiết là tất cả các thông tin có sẵn về mạng và tình trạng của nó. Các số liệu thống kê, cảnh báo và lưu lượng của mạng được theo dõi một cách cẩn thận. Các phàn nàn của khách hàng cũng là một yếu tố đầu vào cần thiết cho việc tối ưu hóa. Quá trình tối ưu hóa bao gồm cả các phép đo đạc mức độ mạng và các phép đo kiểm tra thực địa để phân tích các vị trí có vấn đề và cũng để chỉ ra các vấn đề tiềm ẩn từ đó có thể đưa ra các biện pháp khắc phục và tối ưu hóa. Hình 1. Quá trình tối ưu mạng thông tin di động. Việc đo đạc có thể được thực hiện bằng cách thử nghiệm trên UE và từ các phần tử của mạng. Các công cụ đo được chỉ ra trong hình 1. UE cung cấp các số liệu thích hợp như công suất phát đường lên; tốc độ và xác suất chuyển giao mềm; Ec/N0 của CPICH; BLER đường xuống Các phần tử mạng vô tuyến có thể cung cấp các thông số đo đạc ở mức cell và mức kết nối: BLER đường lên, công suất phát đường xuống. Thông số đo đạc mức kết nối từ UE và từ mạng rất quan trọng để vận hành mạng và cung cấp QoS cần thiết cho dịch vụ. Thông số đo đạc ở mức cell quan trọng hơn trong pha tối ưu dung lượng, gồm: tổng công suất thu và tổng công suất phát. [1, 3] Mục đích của việc phân tích các kết quả đo đạc tức là phân tích chất lượng mạng là cung cấp cho nhà khai thác một cái nhìn tổng quan về chất lượng và hiệu năng mạng. Phân tích chất lượng và báo cáo bao gồm việc lập kế hoạch về các trường hợp đo tại hiện trường và đo bằng hệ thống quản lý mạng. Sau khi đã đặc tả các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ và đã phân tích số liệu thì có thể lập ra báo cáo điều tra. Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 2, thì chất lượng bao gồm: thống kê các cuộc gọi bị rớt, phân tích nguyên nhân bị rớt, Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 127 thống kê chuyển giao và kết quả đo các lần gọi thành công. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có các dịch vụ rất đa dạng nên cần phải đưa ra các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ. 2. MỘT SỐ THAM SỐ CHÍNH ĐƯỢC LỰA CHỌN TRONG QUÁ TRÌNH TỐI ƯU VÔ TUYẾN THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3G 2.1. Khả năng phủ sóng Coverage (Probabilit Coverage Probability) Chỉ số này được thống kê trong clutter, cả trong nhà và ngoài trời, định kì: 15 phút, 30 phút, 1 giờ, 1 ngày, [3]. Phương thức đo lường tính toán cơ bản dựa trên DT (driving test) hoặc CQT (cascaded quadruplet trisection): + RSSI (The Received Signal Strength Indicator): Chỉ số cường độ tín hiệu thu chưa tính tới nhiễu thu được tại UE. + RSCP (Received Signal Code Power): công suất thu được trên kênh hoa tiêu (Pilot Chanel). RSCP chỉ công suất đo được trên kênh truyền vật lý đặc thù, được sử dụng như một số chỉ của cường độ tín hiệu và cũng như một tiêu chuẩn chuyển giao trong điều khiển công suất đường xuống và tính toán Path Loss. ( ) ( ) / 0 ( )RSCP dBm RSSI dB Ec N dBm  (1) + Ec/N0 (Energy Chip over Spetral Density of Noise): Tỷ số mức công suất tín hiệu thu được trên tổng nhiễu. E Pc c 10log( ) N P0 i  (2) Với Pc là công suất tín hiệu thu và Pi là công suất tổng nhiễu. Và với Ec trong (2) là năng lượng chip, có nghĩa là năng lượng của tín hiệu thu được tại máy thu mà chưa qua quá trình giải trải phổ và giải điều chế. 2.2. Chất lượng dịch vụ + Call Drop Rate - Tỉ lệ rớt cuộc gọi (CDR): KPI này đánh giá khả năng cung cấp dịch vụ một cách liên tục của mạng và vì vậy sẽ trực tiếp chỉ ra chất lượng của mạng.[3] KPI này được chia thành hai KPI là tỉ lệ rớt cuộc gọi trong miền CS (CS CDR) và tỉ lệ rớt cuộc gọi trong miền PS (PS CDR).    CallsCSV CallsCSV uccessCallSetupS dCallDroppe eCSVDropRat _ _ *100 (3) Trong đó:  CallsCSV dCallDroppe _ : Tổng số cuộc gọi bị rớt.  CallsCSV uccessCallSetupS _ : Tổng số cuộc gọi thiết lập thành công. + Call Setup Success Ratio - Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công (CSSR) Chỉ số này được thống kê trong cell, cả trong nhà và ngoài trời, định kì: 15 phút, 30 phút, 1 giờ, 1ngày. Phương thức đo lường tính toán cơ bản dựa trên giá trị đếm của OMC. Chỉ số này thể hiện khả năng truy nhập dịch vụ của cell và RNC. Kỹ thuật Điện tử – Thông tin Đ. H. Du, N. T. Hương, T. C. Nhung, “Sử dụng thiết bị đo đánh giá thế hệ thứ 3.” 128    CallsCSV CallsCSV upCallTrySet uccessCallSetupS CSSR _ _ *100 (4) Trong đó:  CallsCSV uccessCallSetupS _ : Tổng số cuộc gọi thiết lập thành công  CallsCSV upCallTrySet _ : Tổng số cuộc gọi cố gắng thiết lập 2.3. Các vấn đề tối ưu Tối ưu vùng phủ: Là các tác động vào mạng lưới (phần mềm/phần cứng) để thay đổi vùng phủ sóng của mạng. Thu hẹp vùng phủ để giảm nhiễu, mở rộng vùng phủ để tăng dung lượng. Việc tác động căn cứ vào kết quả đo Driving Test, phản ảnh của khách hàng và theo dõi các chỉ số KPIs của hệ thống tại khu vực đó như: CDR, CSSR, HOSR, Rxlev Tối ưu chất lượng mạng: là việc tác động vào hệ thống để thay đổi chất lượng của mạng cho phù hợp với nhu cầu sử dụng. Bằng cách theo dõi các chỉ số KPI, phản ánh của khách hàng, các chỉ số CDR, RSCP, Ec/N0. Tối ưu dung lượng mạng: là việc tác động vào mạng lưới để làm nâng cao hay giảm bớt năng lực đáp ứng của mạng tại một điểm cụ thể. Việc tác động này cần phải dựa vào hiệu suất của hệ thống (TU) và cả mức nghẽn (TCR, SCR). 2.4. Tham số đánh giá chất lượng mạng 3G 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. [2, 3] Hình 2. Sử dụng KPI trong tối ưu mạng. Việc kiểm tra các KPI cho một mạng là một chức năng của công việc quản lý chất lượng mạng hàng ngày. Việc kiểm tra này sẽ cho nhà vận hành các thông tin liên quan đến việc mạng đang thực hiện chức năng của nó như thế nào: Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 129 + Mạng có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng không? + Chất lượng mạng có thay đổi không? Tăng lên hay giảm đi? + Khu vực gặp sự cố ở đâu? + Đã gặp phải những loại vấn đề gì? Bảng 1. Phân loại KPI. KPI dành cho nhà quản lý KPI dành cho quá trình đo kiểm (Driver Test) Bao gồm 15 KPI chia làm 2 nhóm:  Nhóm KPI đánh giá Traffic & Resouce: Gồm 4 chỉ tiêu là Voice Traffic, Video Call Traffic, PS Traffic, DL Load.  Nhóm KPI đánh giá Performance (đặc tính): Gồm 11 chỉ tiêu là P1SR, RAB CR, CSSR, CS CDR, PS CDR, SHOSR, HHOSR, CS InRAT HOSR, PS InRAT HOSR, HSDPA Throughput, HSUPA Throughput. Bao gồm 17 KPI chia làm 2 nhóm:  Nhóm KPI đánh giá vùng phủ: gồm 2 chỉ tiêu là RSCP và Ec/No.  Nhóm KPI đánh giá Performance: gồm 15 chỉ tiêu là CSSR, V-CSSR PDP Activation Success Rate, CDR, V-CDR, SHOSR, IFHOSR, IRHOSR, LUSR, R99 Avg Throughput DL&UL, HSPA Avg Throughput DL&UL, AMR Access Delay Time, VC Access Delay Time, PS Access Delay Time, PS Ping Delay Time. Bảng 2. Các tham số chất lượng mạng 3G. STT TÊN DIỄN GIẢI GIÁ TRỊ YÊU CẦU 1 CPICH Ec/Io Ec/Io của kênh CPICH 97% số mẫu có CPICH Ec/No ≥ -12 dB 2 CPICH RSCP RSCP của kênh CPICH 98% số mẫu có CPICH RSCP ≥ -95 dBm 3 Pilot Polution ratio Ô nhiễm Pilot Số mẫu bị ô nhiễm Pilot ≤ 5% 4 UE_TX_Power Công suất phát UE 98% số mẫu UE có công suất phát ≤ 10dBm 5 Soft/Softer Handover Success Rate Tỷ lệ chuyển giao mềm/ mềm hơn thành công ≥ 98% 6 Inter-Freq Handover Success Rate Tỷ lệ chuyển giao cứng thành công ≥ 97% 7 Inter-RAT Handover Success Rate Tỷ lệ chuyển giao 2G - 3G thành công ≥ 95% 8 CS Quality (DL) BLER đường xuống cuộc gọi miền CS Hơn 95% số mẫu có BLER ≤ 2% Kỹ thuật Điện tử – Thông tin Đ. H. Du, N. T. Hương, T. C. Nhung, “Sử dụng thiết bị đo đánh giá thế hệ thứ 3.” 130 9 CSV Access Successful Rate Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thoại thành công ≥ 98% 10 CSV Drop Rate Tỷ lệ rớt cuộc thoại đối với tất cả các cell thuộc vùng kín. đối với tất cả các cell thuộc vùng hở 11 CSD Access Successful Rate Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi video thành công ≥ 98% 12 CSD Drop Rate Tỷ lệ rớt cuộc gọi video đối với tất cả các cell thuộc vùng kín. đối với tất cả các cell thuộc vùng hở 13 PSD Access Success Rate Tỷ lệ thiết lập truyền dữ liệu thành công ≥ 98% 14 PSD Drop Rate Tỷ lệ rớt truyền dữ liệu đối với tất cả các cell thuộc vùng kín. đối với tất cả các cell thuộc vùng hở 15 PSD_RTT Round Trip Time miền PS 95% số mẫu có PSD_Latency (độ trễ) < 200 ms 16 PSD Ave UL/DL Throughput thông lượng trung bình của dường lên/xuống miền PS Đường UL): ≥184Kbps Đường xuống (DL): ≥210 Kbps lên 17 HSDPA Access Successful Rate Tỷ lệ thiết lập truyền dữ liệu HSDPA thành công ≥ 98% 18 HSDPA Crop Rate Tỷ lệ rớt truyền dữ liệu HSDPA đối với tất cả các cell thuộc vùng kín. đối với tất cả các cell thuộc vùng hở 19 HSDPA_RTT Round Trip Time qua HSDPA 20 HSDPA Ave_Throughput Thông lượng trung bình truyền dữ liệu sử dụng HSDPA ≥ 600 Kbps Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 131 2.5. Quy trình thực hiện đo kiểm tối ưu. Lưu đồ thực hiện: 3. SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO ĐÁNH GIÁ THAM SỐ KPI TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Vùng thực hiện: Hình 3. Bản đồ khu vực khảo sát. Kỹ thuật Điện tử – Thông tin Đ. H. Du, N. T. Hương, T. C. Nhung, “Sử dụng thiết bị đo đánh giá thế hệ thứ 3.” 132 Lấy số liệu về các trạm cần đo Cell name, Tên Cell, mã vùng (LAC), kinh độ (LONGITUDE), vĩ độ (LATITUDE), hướng anten (ANT_DIRECTION), độ rộng chùm (ANT_BEAM_WIDTH), mã nhận dạng trạm gốc (BSIC), tần số của kênh BCCH (ARFCN), mã nhận dạng mạng (MNC), mã nhận dạng cell (CI). Thực hiện đo kiểm vùng phủ: Sử dụng máy C702. Lock mạng WCDMA theo các bước sau rồi để máy ở chế độ rỗi để đo vùng phủ Vì ở chế độ rỗi BTS luôn phát với công suất lớn nhất, giá trị này chính là giá trị công suất được khai trên hệ thống do vậy đo ở chế độ này ta có thể xác định được vùng phủ thực tế của cell.[2, 4,5 ,6] Kết quả đo vùng phủ: Hình 4. Cường độ trường RSCP của khu vực đo và vùng lân cận. Hình 5. Khu vực có vùng phủ kém. Tạo các Report từ các logfile để có đánh giá định tính về vùng phủ. Hình 6. Biểu đồ thể hiện chất lượng của CPICH RSCP sau khi tạo report từ logfile. Hình 7. Biểu đồ thể hiển chất lượng của Ec/No sau khi tạo report từ logfile. Nhận xét, đánh giá: Khu vực tiến hành drive test thuộc khu vực nội thành có mật độ dân số trung bình. Tiêu chuẩn vùng phủ cho khu vực này là RSCP ≥ -95 dBm, Ec/No ≥ -12 dBm. Nhìn vào hình 4, ta có thể thấy cường độ trường tại khu vực này tương đối tốt, thể hiện qua số tín hiệu có màu xanh và vàng tương đối nhiều. Duy chỉ có khu vực màu đỏ hình 7 được khoanh tròn là có vấn đề cần giải quyết để có thể cải thiện tín hiệu. Qua biểu đồ hình 6, ta có thể dễ dàng nhận thấy vùng này đạt về chỉ số RSCP và Ec/No vì số mẫu có chỉ số RSCP lớn hơn -95 dBm chiếm ~ 99 %, chỉ có 7 mẫu đo không đạt (RSCP < -95dBm), trong khi chỉ tiêu cần đạt là tỉ lệ RSCP lớn hơn -95dBm là từ 95% trở lên. Trong biểu diễn mức Ec/Io trên đường ở hình 7, có thể thấy hầu hết các vị trí có mức thu chất lượng Ec/Io dưới -12 dBm. Tuy nhiên, vẫn còn khu vực có chất lượng vùng phủ thấp (khu vực khoanh đỏ trong hình 5). Mức cường độ tín hiệu thấp là một trong các vấn đề lớn nhất của mạng. Vùng phủ của một cell chủ yếu phụ thuộc vào hiệu quả của việc thiết kế vị trí đặt trạm, hướng cell, đặc điểm của địa hình. Và mức cường độ thấp có thể là hệ quả của các vị trí không hợp lý. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 133 Hình 8. Mức thu cường độ tín hiệu thấp. Đánh giá, phân tích: Mức thu cường độ tín hiệu thấp thường ở các vùng thưa trạm hoặc ở khu vực có địa hình phức tạp, nhiều đồi núi hoặc ở những khu vực có quá nhiều nhà cao tầng che khuất. Khi đó ở một số vị trí của MS sẽ bị che chắn, tín hiệu bị suy giảm nhiều.., những vùng như thế được coi là các vùng lõm mà ở đây mức thu tín hiệu rất thấp. Nhìn trên cửa sổ Line Chart thấy rằng mức thu mà MS thu được của cả cell Serving lẫn cell neighbor giảm đáng kể và có thể xống qúa thấp. Khi đó giá trị C/I giảm theo và tỷ lệ lỗi khung (FER) và tỷ lệ lỗi bít (BER) cũng tăng lên và làm tăng khả năng rớt cuộc gọi. Nếu khi Driving Test ta thấy rằng mức thu các cell xuống quá thấp (< 100dBm) và cuộc gọi bị rớt thì nguyên nhân là do thiếu vùng phủ. Một số giải pháp có thể thực hiện để giải quyết vấn đề trên: Tối ưu hóa các tham số RF; Điều chỉnh các tham số kỹ thuật; Điều chỉnh lại tilt, Azimult của các Anten; Nâng độ cao Anten; Xây dựng thêm trạm mới; Điều chỉnh các tham số vô tuyến; Tối ưu hóa danh sách cell neighbor. Khi thiếu vùng phủ xảy ra ở khu vực thưa trạm hoặc khu vực đồi núi thì dựa vào địa hình, khoảng cách vị trí có mức thu thấp tới các trạm xung quanh để đưa ra tác động một cách hiệu quả, tránh tác động không cần thiết. Các tác động có thể: Điều chỉnh lại tilt, Azimult của các Anten, nâng độ cao anten. Nếu vùng phủ tồn tại nằm gần vị trí một site, nguyên nhân là do che chắn thì có thể nâng độ cao anten để vượt qua vật che chắn. Nếu vùng phủ tồn tại nằm gần site và ở giữa 2 sector thì có thể điều chỉnh góc Azimult. Chú ý là trước khi điều chỉnh Azimult thì phải kiểm tra vị trí ứng với góc Azimult hiện tại xem nếu điều chỉnh thì có bị mất vùng phủ hay không. Nếu bị mất vùng phủ hoặc có khả năng phủ kém thì không được điều chỉnh Azimult. Nếu vùng phủ bị mất hoặc có mức thu kém và gần trạm, không có vật che chắn thì nên kiểm tra lại gá anten. Kiểm tra lại suy hao của BTS (trong trường hợp địa hình không bị che chắn và ở gần vị trí trạm) hoặc kiểm tra lại gá của anten vì nếu anten lắp sai gá thì khi đó búp sóng chính của anten sẽ hướng lên trên dẫn tới mức thu khu vực chân trạm cũng như ở khoảng cách gần (500-800m) rất thấp. Kỹ thuật Điện tử – Thông tin Đ. H. Du, N. T. Hương, T. C. Nhung, “Sử dụng thiết bị đo đánh giá thế hệ thứ 3.” 134 Kiểm tra lại suy hao của BTS, feeder, sai CSDL Trong trường hợp này vị trí vùng phủ kém cũng ở gần trạm, không có vật che chắn, khi đó nên kiểm tra lại suy hao BTS, Feeder, sai feeder.. Kiểm tra công suất phát của BTS, tăng công suất nếu BTS chưa phát với công suất cực đại. Nếu bán kính khu vực mất sóng hoặc sóng yếu nhỏ (<1.5km) thì có thể dùng giải pháp Repeater để phủ các vùng lõm này. 4. KẾT LUẬN Bài viết này trình bày chi tiết về công việc tối ưu mạng như công cụ tối ưu, các bước thiết lập bài đo, đánh giá kết quả đo. Thông qua bảng thống kê các KPI sau quá trình đo đạc có thể thấy chất lượng tín hiệu, cũng như các chỉ số đạt chất lượng tương đối tốt. Nhờ vào dữ liệu Drive test, chúng ta có thể thấy được phần nào thực trạng của mạng khảo sát. Từ đó, bằng những kiến thức có liên quan, chúng ta sẽ có những phương án tối ưu thích hợp cho từng trường hợp cụ thể. Qua quá trình Driver Test thì chất lượng mạng Viettell 3G ở khu vực khảo sát tại Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên và vùng lân cận nói chung đã tương đối ổn định tuy nhiên cũng có ảnh hưởng bởi các biến động về số lượng người dùng và địa hình che chắn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Vũ Đức Thọ, “Tính toán mạng thông tin di động số CELLULAR”, NXB giáo dục, Hà nội 1999. [2]. “Hướng dẫn đo kiểm cho TTKT VIETTEL Quận/Huyện”, Tập Đoàn Viễn Thông Quân Đội VIETTEL Thái Nguyên. [3]. “Advanced cellular Netwwork Planning and Optimisation 2G/2.5G/3G evolution to 4G”, Edited by Ajay R Mishra, [4]. [5]. [6]. TEMS™ Pocket 6.3 for Sony Ericsson C702 and W760 User’s Manual ABSTRACT USING EQUIPMENT TO EVALUATION OF KPI PARAMETER IN 3G MOBILE COMUNICATION NETWORK In this article, a method for evaluating the quality of third-generation mobile communication network, applied to optimize the 3G mobile communication network in Viettel Thai Nguyen is presented. The process is carried out through continuous measurement using a measurement equiment (TEM software, GPS and a computer). In this article, the authors performed continuous measurements to detect error, analyzed the parameters that had a negative impact on the system, and provided a solution to error. Keywords: KPI; Tems Investigation; Optimal; Mobilecommunication. Nhận bài ngày 01 tháng 7 năm 2018 Hoàn thiện ngày 10 tháng 9 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 9 năm 2018 Địa chỉ: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. * Email: daohuydu@tnut.edu.vn.