Tổng quan nghiên cứu

Mạng thông tin di động 3G đã trở thành một phần không thể thiếu trong ngành viễn thông toàn cầu, với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 21 Mbps theo chuẩn HSPDA. Tại Việt Nam, các nhà mạng như Viettel, Vinaphone và Mobiphone đã khai thác hiệu quả mạng 3G, đóng góp doanh thu lớn cho ngành. Tuy nhiên, việc duy trì và nâng cao chất lượng mạng 3G vẫn là thách thức lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu sử dụng ngày càng tăng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng khắt khe.

Luận văn tập trung nghiên cứu đánh giá và tối ưu mạng thông tin di động 3G tại Chi nhánh Viettel Thái Nguyên, nhằm xây dựng mô hình thí nghiệm phục vụ học tập và ứng dụng thực tiễn trong ngành Điện tử - Viễn thông. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích các chỉ số KPI về vùng phủ sóng trong khu vực tỉnh Thái Nguyên, đặc biệt tại xã Vô Tranh, huyện Phú Lương. Qua đó, luận văn hướng tới mục tiêu xác định các vấn đề về vùng phủ, đề xuất giải pháp kỹ thuật và kinh tế để nâng cao chất lượng mạng, đảm bảo vùng phủ ổn định và hiệu quả.

Việc đánh giá dựa trên các tham số kỹ thuật như RSCP (Received Signal Code Power) và Ec/N0 (Energy per Chip to Noise Ratio) giúp đo lường chính xác chất lượng vùng phủ sóng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa mạng 3G, góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng và hiệu quả khai thác mạng tại địa phương, đồng thời làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu mạng di động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về các chỉ số hiệu suất chính (KPI) trong mạng di động và lý thuyết tối ưu hóa vùng phủ sóng. Các khái niệm trọng tâm bao gồm:

  • RSCP (Received Signal Code Power): Đo công suất tín hiệu mã thu được trên kênh hoa tiêu CPICH, phản ánh mức độ tín hiệu vùng phủ.
  • Ec/N0 (Energy per Chip to Noise Ratio): Tỷ số năng lượng tín hiệu trên nhiễu, đánh giá chất lượng tín hiệu trong môi trường nhiễu đa đường và tán xạ.
  • Mô hình Cost-Hata: Mô hình tính toán suy hao đường truyền sóng vô tuyến trong môi trường đô thị và nông thôn, dùng để ước lượng vùng phủ sóng.
  • Quy trình tối ưu hóa vùng phủ: Bao gồm các bước đo kiểm (driver test), phân tích dữ liệu, xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Ngoài ra, luận văn áp dụng kiến trúc mạng 3G UMTS với các thành phần như thiết bị người dùng (UE), mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), mạng lõi (CN) và các giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC, MAC, RLC, PDCP).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập thông qua đo kiểm thực tế tại khu vực xã Vô Tranh, huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên, sử dụng phần mềm TEMS pocket để thu thập các chỉ số KPI về vùng phủ sóng. Dữ liệu sau đó được phân tích bằng phần mềm TEMS discovery trên máy tính để đánh giá chất lượng mạng.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Driver test: Thu thập dữ liệu thực tế về RSCP và Ec/N0 trong suốt tuyến đường đo.
  • Phân tích thống kê: Xác định tỷ lệ mẫu đo đạt và không đạt chuẩn theo tiêu chuẩn của nhà mạng Viettel.
  • Phân tích nguyên nhân: Dựa trên dữ liệu và khảo sát địa hình để xác định các yếu tố ảnh hưởng như chồng lấn vùng phủ, bắt sai feeder, nhiễu nền và thiếu vùng phủ.
  • Đề xuất giải pháp: Kết hợp điều chỉnh kỹ thuật (tilt, azimuth, công suất) và sử dụng thiết bị bổ trợ (repeater).

Cỡ mẫu đo kiểm đạt trên 200 cuộc gọi trong khoảng thời gian 2 tháng, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tuyến đường bao phủ toàn bộ vùng nghiên cứu, bao gồm các khu vực có địa hình đa dạng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng vùng phủ thấp tại xã Vô Tranh:

    • Tỷ lệ mẫu đo RSCP dưới -95 dBm chiếm khoảng 62%, vượt xa mức cho phép dưới 5% theo tiêu chuẩn Viettel.
    • Tỷ lệ mẫu đo Ec/N0 dưới -12 dBm chiếm hơn 14%, trong khi tiêu chuẩn yêu cầu ≥97% mẫu phải đạt trên ngưỡng này.

  2. Nguyên nhân chính gây suy giảm chất lượng:

    • Hiện tượng chồng lấn vùng phủ (over shooting) với nhiều cell có tín hiệu gần bằng nhau, gây nhiễu nền cao và giảm Ec/N0.
    • Bắt sai feeder, khiến UE không bắt được búp sóng chính của anten, làm giảm cường độ tín hiệu thu.
    • Địa hình đồi núi và cây cối che chắn, làm suy giảm tín hiệu và tăng nhiễu đa đường.
    • Thiếu vùng phủ do khoảng cách xa trạm và công suất phát chưa tối ưu.

  3. Tỷ lệ chuyển giao thành công đạt gần 100%, chứng tỏ khai báo relation giữa các cell là chính xác, không phải nguyên nhân gây lỗi vùng phủ.

  4. Sau khi thực hiện các giải pháp tối ưu:

    • Tất cả mẫu đo RSCP đều đạt trên -80 dBm, vượt mức chuẩn -95 dBm.
    • Tỷ lệ mẫu đo Ec/N0 đều đạt trên -10 dBm, cải thiện rõ rệt so với trước tối ưu.

Thảo luận kết quả

Kết quả đo kiểm và phân tích cho thấy vùng phủ sóng tại xã Vô Tranh còn nhiều điểm yếu, chủ yếu do ảnh hưởng của địa hình phức tạp và hiện tượng chồng lấn vùng phủ. Việc bắt sai feeder và nhiễu nền cao làm giảm chất lượng tín hiệu, ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm người dùng.

So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này phù hợp với thực trạng vùng đồi núi thường gặp khó khăn trong việc phủ sóng ổn định. Việc sử dụng phần mềm TEMS pocket và TEMS discovery đã giúp thu thập dữ liệu chính xác, hỗ trợ phân tích chuyên sâu và đề xuất giải pháp hiệu quả.

Việc điều chỉnh kỹ thuật như tăng công suất, chỉnh góc tilt, azimuth và bổ sung repeater đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện vùng phủ, giảm thiểu vùng lõm và nâng cao chất lượng dịch vụ. Các biểu đồ phân bố RSCP và Ec/N0 trước và sau tối ưu thể hiện rõ sự cải thiện về mặt kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Điều chỉnh góc tilt và azimuth của anten trạm B:

    • Mục tiêu: Mở rộng vùng phủ chính diện tới khu vực vùng lõm.
    • Thời gian thực hiện: Trong vòng 1 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Đội kỹ thuật Viettel Thái Nguyên.

  2. Tăng công suất phát trạm B đến mức tối đa cho phép:

    • Mục tiêu: Nâng cao cường độ tín hiệu tại vùng đo kiểm, giảm vùng phủ yếu.
    • Thời gian thực hiện: 2 tuần.
    • Chủ thể thực hiện: Đội vận hành mạng.

  3. Lắp đặt repeater tại vị trí đồi cao chắn sóng:

    • Mục tiêu: Bổ sung vùng phủ sóng cho khu vực bị che chắn, giảm nhiễu nền.
    • Thời gian thực hiện: 1-2 tháng, bao gồm khảo sát và lắp đặt.
    • Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật và nhà thầu lắp đặt.

  4. Rà soát và cập nhật khai báo relation giữa các cell:

    • Mục tiêu: Đảm bảo chuyển giao liên tục, tránh rớt cuộc gọi do thiếu liên kết.
    • Thời gian thực hiện: Liên tục trong quá trình vận hành.
    • Chủ thể thực hiện: Đội quản lý mạng.

  5. Thực hiện đo kiểm định kỳ và đánh giá KPI vùng phủ:

    • Mục tiêu: Giám sát chất lượng mạng, phát hiện sớm các vùng lõm mới.
    • Thời gian thực hiện: Hàng quý.
    • Chủ thể thực hiện: Đội kỹ thuật tối ưu hóa mạng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư tối ưu hóa mạng viễn thông:

    • Lợi ích: Áp dụng quy trình đo kiểm, phân tích và tối ưu vùng phủ thực tế.
    • Use case: Cải thiện chất lượng mạng 3G tại các khu vực địa hình phức tạp.

  2. Nhà quản lý mạng viễn thông:

    • Lợi ích: Hiểu rõ các chỉ số KPI và tác động của chúng đến chất lượng dịch vụ.
    • Use case: Lập kế hoạch đầu tư, nâng cấp mạng phù hợp với nhu cầu thực tế.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Điện tử - Viễn thông:

    • Lợi ích: Nắm vững kiến thức lý thuyết và thực hành về mạng 3G, phương pháp đo kiểm.
    • Use case: Tham khảo để phát triển đề tài nghiên cứu hoặc luận văn.

  4. Nhà cung cấp thiết bị viễn thông:

    • Lợi ích: Hiểu yêu cầu kỹ thuật và thực tế vận hành mạng để cải tiến sản phẩm.
    • Use case: Phát triển thiết bị repeater, anten phù hợp với điều kiện địa hình Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. RSCP và Ec/N0 là gì và tại sao quan trọng?
    RSCP đo công suất tín hiệu mã thu được, phản ánh mức độ vùng phủ sóng. Ec/N0 đánh giá chất lượng tín hiệu so với nhiễu. Hai chỉ số này giúp xác định vùng phủ sóng và chất lượng dịch vụ, từ đó đưa ra các biện pháp tối ưu phù hợp.

  2. Tại sao cần sử dụng phần mềm TEMS trong đo kiểm mạng?
    TEMS pocket và TEMS discovery cung cấp dữ liệu chính xác, thời gian thực và phân tích chi tiết các chỉ số KPI, giúp kỹ sư nhanh chóng phát hiện sự cố và đánh giá hiệu quả các giải pháp tối ưu.

  3. Nguyên nhân chính gây ra vùng lõm sóng trong mạng 3G là gì?
    Vùng lõm thường do địa hình đồi núi, vật cản, chồng lấn vùng phủ, bắt sai feeder hoặc công suất phát trạm không đủ, dẫn đến tín hiệu yếu và chất lượng dịch vụ kém.

  4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để khắc phục vùng lõm sóng?
    Tùy theo điều kiện, có thể điều chỉnh góc tilt, azimuth, tăng công suất trạm hoặc lắp đặt repeater để mở rộng vùng phủ. Xây dựng trạm mới là giải pháp kỹ thuật tối ưu nhưng chi phí cao.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của các biện pháp tối ưu?
    Thực hiện đo kiểm lại sau khi áp dụng giải pháp, so sánh các chỉ số KPI như RSCP và Ec/N0 với tiêu chuẩn đề ra. Sự cải thiện rõ rệt về tỷ lệ mẫu đạt chuẩn chứng tỏ biện pháp hiệu quả.

Kết luận

  • Luận văn đã trình bày tổng quan kiến trúc mạng 3G, các chỉ số KPI và mô hình đánh giá vùng phủ sóng.
  • Đã thực hiện đo kiểm thực tế tại xã Vô Tranh, huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên, phát hiện vùng phủ sóng còn nhiều điểm yếu với tỷ lệ mẫu RSCP và Ec/N0 không đạt chuẩn.
  • Phân tích nguyên nhân gồm chồng lấn vùng phủ, bắt sai feeder, địa hình phức tạp và thiếu vùng phủ.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật như điều chỉnh tilt, azimuth, tăng công suất và lắp đặt repeater, đồng thời loại trừ lỗi khai báo relation.
  • Kết quả sau tối ưu cho thấy sự cải thiện rõ rệt về chất lượng vùng phủ, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và nâng cao trải nghiệm người dùng.

Next steps: Tiếp tục mở rộng nghiên cứu tối ưu dung lượng và chất lượng mạng, thực hiện đo kiểm định kỳ để duy trì chất lượng dịch vụ. Khuyến khích áp dụng mô hình thí nghiệm và công cụ đo kiểm trong thực tế vận hành.

Call to action: Các kỹ sư và nhà quản lý mạng nên áp dụng quy trình đo kiểm và tối ưu hóa vùng phủ được trình bày để nâng cao hiệu quả khai thác mạng 3G, đồng thời tiếp tục nghiên cứu các giải pháp mới cho mạng 4G và 5G trong tương lai.