THIẾT KẾ TRẠM GỐC NodeB CHO 3G WCDMA UMTS

Đồ án này nghiên cứu “thiết kế trạm gốc (nodeB) cho 3G WCDMA UMTS” gồm nội dung chính sau: Tổng quan về giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS và một số đặc tính kỹ thuật của trạm gốc theo tiêu chuẩn 3GPP Nghiên cứu vấn đề thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS với các công nghệ mới phục vụ tốt cho nhu cầu thực tiễn. Giới thiệu các thiết bị nằm trong loạt sản phẩm nodeB 3900 của Huawei. Tình hình triển khai nodeB cho mạng 3G tại Việt Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP 3G Partnership Project Đề án các đối tác 3G

ACE Antenna Coupling Equipment Thiết bị ghép ăng ten

ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỷ lệ dò kênh lân cận

ASIC Application Specific Integrated Circuit Mạch tích hợp ứng dụng riêng

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

DB-DC-HSDPA Dual Band-Dual Cell HSPDA HSDPA đa băng đa ô

DBS Distributed Base Station Trạm gốc phân bố

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPD Digital Predistortion Độ méo trước số

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DS-CDMA Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp

DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng

E2R End to End Reconfigurability Khả cấu hình lại đầu cuối tới đầu cuối

EIR Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần sốFPGA Field Programable Gate Array Mảng cổng khả lập trình theo ứng dụngGGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ caoHSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ caoIMT-

2000

International Mobile

Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000

Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõiLNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MBFE Multi-band Front End Đầu thu phát đa băng

MCPA Multi Carrier Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất đa sóng mangMIMO Multi Input Multi Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

NCO Numerical Control Oscilator Bộ dao động điều khiển số

PA Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất

PARR Peak to Average Power Ratino Tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình

PCCH Paging Common Channel Kênh tìm gọi chung

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Controller Bộ điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRU Remote Radio Unit Đơn vị vô tuyến từ xa

SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềmSGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SHO Soft Handover Chuyển giao mềm

SIR Signel to Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cầuUPEU Universal Power and Evironment Interface Unit Đơn vị giao diện môi trường và công suất toàn cầu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

UTRP Universal Transmission Procesing Unit Đơn vị xử lý truyền dẫn quốc tế

Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WBBP WCDMA Base Band Processing Unit Đơn vị xử lý băng gốc WCDMA

WCDM

A

Wideband Code Division

Multiple Access WCDMA băng rộng

WRFU WCDMA Radio Filter Unit Đơn vị lọc vô tuyến WCDMA

MỞ ĐẦU

Ngày nay thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất, đặc biệt là tại Việt Nam hai năm gần đây đã có bước thay đổi mạnh mẽ khi hệ thống 3G WCDMA UMTS được đưa vào sử dụng WCDMA là một công nghệ sử dụng giao diện vô tuyến theo tiêu chuẩn 3GPP trong các hệ thống thông tin di động thế

hệ 3 BTS (hay nodeB) là phần tử thực hiện giao diện vô tuyến với đầu cuối di động 3G (UE) Trong tương lai, LTE là bước phát triển với tốc độ số liệu cao hơn sẽ được đưa vào sử dụng Do đó trong thời điểm hiện tại, việc thiết kế nodeB phải đáp ứng được cho cả GSM, UMTS và LTE

Các thế hệ thông tin di động tương lai sau 3G sẽ hỗ trợ tích hợp và đồng tồn tại nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) trong cùng một môi trường vô tuyến đa hợp Chằng hạn môi trường này là một hệ thống đơn nhất cho phép đầu cuối di động

có thể truy nhập bằng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau như GSM, EGPRS, WCDMA , HSPA, LTE, WiMAX … Khái niệm khả lập lại cấu hình (là một phát triển của SDR) cho phép dễ dàng thực hiện môi trường nói trên Với khái niệm này, các đầu cuối di động và các phần tử mạng có thể chủ động chọn và thích ứng đến một RAT phù hợp trong một vùng dịch vụ cụ thể và tại một thời điểm cụ thể

Đồ án này nghiên cứu “thiết kế trạm gốc (nodeB) cho 3G WCDMA UMTS” gồm nội dung chính sau:

 Chương I: Tổng quan về giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS và một số đặc tính kỹ thuật của trạm gốc theo tiêu chuẩn 3GPP

 Chương II: Nghiên cứu vấn đề thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS với các công nghệ mới phục vụ tốt cho nhu cầu thực tiễn

 Chương III: Giới thiệu các thiết bị nằm trong loạt sản phẩm nodeB 3900 của Huawei

 Chương IV: Tình hình triển khai nodeB cho mạng 3G tại Việt Nam

Trong suốt thời gian làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của gia đình,

thầy cô và bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn giúp em thêm nhiều kiến thức và tư

liệu để hoàn thành đồ án này Em xin chân thành cảm ơn gia đình, thầy cô, bạn bè và người thân đã giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian làm đồ án

Hà Nội ngày 03 tháng 12 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn An

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3G WCDMA UMTS

1.1 GIỚI THIỆU

WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS Mạng 3G WCDMA lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói

sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn

IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả

số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình 1 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi

UE (User Equipment): Thiết bị người dùng TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối

USIM (UMTS Subcriber Identify Module): Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS

RNC (Radio Network Controller): Bộ điều khiển mạng vô tuyến

MSC/VLR: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/Bộ ghi định vị tạm trú

Hình 1 : Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) là liên kết giữa người sử dụng

và CN Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa

UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là RNC và nodeB.

WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico)

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau

190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến

2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần

Giao diện vô tuyến của W-CDMA hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA

sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập

vô tuyến của GSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA, trong mạng 3G chúng được gọi là các nodeB Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho WCDMA Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA

W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý Kênh vật

lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha Trong phần dưới đây ta trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này

1.2 KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA

Giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:

• Lớp vật lý (L1) Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều

chế và mã hóa, trải phổ v.v…

• Lớp liên kết nối số liệu (L2) Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm

bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp

• Lớp mạng (L3) Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến.

Hình 1 : Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA

Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/đa phương )

Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) và mặt phẳng người sử dụng (U-Plane) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U

Trong mặt phẳng C lớp 3 bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility Management) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management), SM (Session Management) kết cuối tại mạng lõi (CN)

Lớp vật lý là phần rất quan trọng trong hệ thống UTRAN, nó là lớp thấp nhất

truyền dẫn ở giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên) Các kênh được sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý.

Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin

này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic MAC sắp xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vật lý.

1.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA

1.3.1 Các kênh logic

Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: Các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển, bao gồm kênh điều khiển quảng bá (BCCH), kênh điều khiển tìm gọi (PCCH), kênh điều khiển riêng (DCCH) Các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng, bao gồm kênh lưu lượng riêng (DTCH) và kênh lưu lượng chung (CTCH)

1.3.2 Các kênh truyền tải

Các kênh lôgic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung Điểm khác nhau giữa chúng là: kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất Các kênh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH (Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung) Kênh riêng chỉ có một kênh duy nhất là DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng) Kênh truyền tải chung có thể được áp dụng cho tất

cả các người sử dụng trong ô hoặc cho một người hoặc nhiều người đặc thù Khi kênh truyền tải chung được sử dụng để phát thông tin cho tất cả các người sử dụng thì kênh này không cần có địa chỉ Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất cả các người sử dụng trong ô Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng đặc thù, thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ được phát) Kênh PCH là kênh truyền tải chung được sử dụng để tìm gọi một UE đặc thù sẽ chứa thông tin nhận dạng người sử dụng bên trong bản tin phát

Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải (TFI: Transport Format Indicator) tại mọi thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận được số liệu từ các mức cao hơn Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác

nhau vào chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) TFCI được phát trên kênh điều khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào hiện khuôn dạng truyền tải mù (DTFD: Blind Transport Format Detection) được thực hiện bằng kết nối với các kênh riêng đường xuống Máy thu mã TFCI để nhận được các TFI Sau đó các TFI này được chuyển đến các lớp cao hơn cho các kênh truyền tải tích cực ở kết nối.

1.3.3 Các kênh vật lý

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cả pha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel)

lý điều khiển riêng) Trên đường xuống DPDCH và DPCCH được ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức còn trên đường lên được ghép mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức

DPDCH (Dedicated

Physical Data Channel:

Kênh vật lý số liệu riêng

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất một DPDCH Kênh được sử dụng để phát số liệu người

sử dụng từ lớp cao hơn

DPCCH (Dedicated

Physical Control Channel:

Kênh vật lý điều khiển

riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý của DPCH DPCCH là kênh đi kèm với DPDCH chứa: các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất (TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Các ký hiệu hoa tiêu cho phép máy thu đánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vô tuyến và thực hiện tách sóng nhất quán Các ký hiệu này cũng cần cho hoạt động của anten thích ứng (hay anten thông minh) có búp sóng hẹp TPC để điều khiển công suất vòng kín nhanh cho cả đường lên và đường

xuống TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải: các tốc độ số liệu hiện thời trên các kênh số liệu khi nhiều dịch vụ được sử dụng đồng thời Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc độ số liệu cố định Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp (FBI: Feeback Information) ở đường lên để đảm bảo vòng hồi tiếp cho phân tập phát và phân tập chọn lựa.PRACH (Physical

Random Access Channel:

Kênh vật lý truy nhập ngẫu

nhiên)

Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải RACH

PCPCH (Physical

Common Packet Channel:

Kênh vật lý gói chung)

Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải CPCH

CPICH (Common Pilot

Channel: Kênh hoa tiêu

chung)

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp) P-CPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quán cho toàn bộ ô để

UE thu được SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì các kênh nay không có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp kênh DPCH Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp Chẳng hạn có thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH (kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh DPCH đường xuống

P-CCPCH (Primary

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung sơ cấp)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

S-CCPCH (Secondary

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung thứ cấp)

Kênh chung đường xuống Một ô có thể có một hay nhiều S-CCPCH Được sử dụng để truyền PCH và FACH

SCH (Synchrronization

Channel: Kênh đồng bộ)

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp Mỗi ô chỉ có một SCH sơ

cấp và thứ cấp Được sử dụng để tìm ô.

PDSCH (Physical

Downlink Shared Channel:

Kênh vật lý chia sẻ đường

xuống)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH

AICH (Acquisition

Indication Channel: Kênh

chỉ thị bắt)

Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH Được

sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH

PICH (Page Indication

Channel: Kênh chỉ thị tìm

gọi)

Kênh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi kênh này mang PCH) để phát thông tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối Khi nhận được thông báo này, UE thuộc nhóm kết cuối cuộc gọi thứ n

sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCHAP-AICH (Access

TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuôn dạng truyền tải

TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

Hình 1 : Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý

Hình 1 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải tại phía thu

1.4 CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB

DL: Downlink: đường xuống; UL: Uplink: đường lên

OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao

CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự báo tuyến tính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp

3GPP: Third Generation Parnership Project: Đề án của các đối tác thế hệ ba

ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp và kinh doanh vô tuyến.

1.4.2 Băng tần và quy hoạch tần số

IV 1710-1755 MHz 2110-2155 MHz

V 824 - 849MHz 869-894MHz

VI 830-840 MHz 875-885 MHz VII 2500 - 2570 MHz 2620 - 2690 MHz VIII 880 - 915 MHz 925 - 960 MHz

IX 1749.9 - 1784.9 MHz 1844.9 - 1879.9 MHz

X 1710-1770 MHz 2110-2170 MHz

XI 1427.9 - 1447.9 MHz 1475.9 - 1495.9 MHz XII 698 - 716 MHz 728 - 746 MHz XIII 777 - 787 MHz 746 - 756 MHz XIV 788 - 798 MHz 758 - 768 MHz

XVIII Dự trữ Dự trữ XIX 830 – 845 MHz 875 -890 MHz

XX 832 - 862 MHz 791 - 821 MHz XXI 1447.9 - 1462.9 MHz 1495.9 - 1510.9 MHz

Đối với truy cập gói đường xuống tốc độ cao băng kép, ô kép (DB-DC-HSDPA) được thiết kế vận hành trên các cặp băng tần sau:

Bảng 1 : Cấu hình DB-DC-HSDPA

Cấu hình

DB-DC-HSDPA

Khoảng cách tần số phát và thu được cho ở bảng dưới:

Hình 1 : Phân bố tần số cho WCDMA/FDD a) Các băng có thể dùng cho

WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000

Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên Hình 1 a WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) (Hình 1 b) như sau Ở châu Âu và hầu hết các nước châu

Á băng tần IMT-2000 là 2×60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng cho WCDMA/ FDD Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 (TDD1)

và 2020-2025 MHz (TDD2) Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống với phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêu chuẩn cho thông tin thoại và số liệu Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạch điện phát

và thu là các thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM

Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên Hình 1 Băng I (B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu Quy định dành hai cấp phát 60MHz với khoảng cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng cho phép song công khả biến, trong đó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến 250MHz Hệ thống song công khả biến đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kế máy phát thu vì các bộ tổ tần số máy phát và máy thu phải hoạt động độc lập với nhau Băng II (B2) tái

sử dụng băng hiện có của hệ thống thông tin di động cá nhân và dự định để sử dụng ở

Mỹ để đảm bảo đồng tồn tại UMTS và GSM Khoảng cách song công chỉ bằng 80MHz đối với băng II vì thế đặt ra các yêu cầu khó khăn hơn đối với phần cứng của máy thu phát

Hình 1 : Cấp phát băng tần WCDMA/FDD

Hình 1 cho thấy cấp phát băng thông theo đầu thầu tại Vương Quốc Anh Phổ tần được chia cho năm nhà khai thác như sau:

√ Cấp phép A (Hutchison) nhận cấp phát băng kép 14,6 MHz (tương đương

3×5MHz với băng bảo vệ nhỏ hơn)

√ Cấp phép B Vodafon) nhận cấp phát băng kép 14,8MHz (tương đương 3×5MHz với băng bảo vệ nhỏ hơn)

√ Cấp phép C (BT3G) nhận cấp phát băng kép 10MHz (2×5MHz) và băng đơn 5MHz tại 1910 MHz

√ Cấp phép D (One2One) nhận cấp phát băng kép 10MHz (2×5MHz) và băng dơn 5MHz tại 1900MHz

√ Cấp phép E (Orange) nhận cấp phát băng kép (2×5MHz) và băng đơn 5MHz tại 1905MHz

Hình 1 : Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác tại Vương Quốc

Anh

Tại Việt Nam băng tần 3G được cấp phát tần số theo tám khe tần số như cho trong Bảng 1 , trong đó hai hoặc nhiều nhà khai thác có thể cùng tham gia xin cấp phát chung một khe

Lý do cấp phát các kênh 5MHz khác nhau tại các nước khác nhau là ở chỗ các nhà khai thác phải quy hoạch mã và phải tránh việc sử dụng các mã gây ra nhiễu kênh lân cận trong cùng một nước hoặc các nhà khai thác khác trong nước liền kề Vì thế cần

phải nghiên cứu quan hệ giữa các tổ hợp mã trải phổ và hoạt động của các kênh lân cận.

Bảng 1 : Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam

1.5 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA

CDMA rất nhạy cảm với điều khiển công suất: để hệ thống WCDMA hoạt động bình thường, cần có một cơ chế điều khiển công suất tốt để duy trì tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) tại mức cho phép Vì nhiều người sử dụng cùng truyền đồng thời trên cùng một tần số, nên mức nhiễu phụ thuộc vào số lượng người sử dụng

Tồn tại hai kiểu điều khiển công suất:

1 Điều khiển công suất vòng hở: cho các kênh chung

2 Điều khiển công suất vòng kín: cho các kênh riêng DPDCH/DPCCH và chia sẻ DSCH

Điều khiển công suất vòng hở thường được UE trước khi truy nhập mạng và nodeB trong quá trình thiết lập đường truyền vô tuyến sử dụng để ước lượng công suất cần phát trên đường lên dựa trên các tính toán tổn hao đường truyền trên đường xuống

và tỷ số tín hiệu trên nhiễu yêu cầu

Điều khiển công suất vòng kín có nhiêm vụ giảm nhiễu trong hệ thống bằng cách duy trì chất lượng thông tin giữa UE và UTRAN (đường truyền vô tuyến) gần nhất với mức chất lượng tối thiểu yêu cầu đối kiểu dịch vụ mà người sử dụng đòi hỏi

Điều khiển công suất vòng kín bao gồm hai phần: điều khiển công suất nhanh vòng trong tốc độ 1500 Hz và điều khiển công suất chậm vòng ngoài tốc độ 10-100Hz

1.5.1 Điều khiển công suất vòng kín đường lên

Sơ đồ điều khiển công suất vòng kín đường lên đựcc cho trên Hình 1 Điều khiển công suất vòng trong dựa trên so sánh tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SIR) ước tính vơi SIR

đích, còn điều khiển công suất vòng ngoài dựa trên so sánh tỷ số lỗi khối (Block Error Rate: BLER) ước tính với BLER đích.

Hình 1 : Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường lên

1.5.2 Điều khiển công suất vòng trong đường lên

Phương pháp điều khiển công suất nhanh vòng kín lên như sau (xem hình 1.7) NodeB thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu thu được (SIR= Signal to Interference Ratio) trên hoa tiêu đường lên trong UL DPCCH và so sánh nó với tỷ số SIR đích (SIRđích) Nếu SIRướctính cao hơn SIRđích thì nodeB thiết lập bit điều khiển công suất trong DPCCH TPC=0 để lệnh UE hạ thấp công suất (Tùy vào thiết lập cấu hình: 1dB chẳng hạn) , trái lại nó thiết lập bit điều khiển công suất trong DPCCH TPC=1 để

ra lệnh UE tăng công suất (1dB chẳng hạn) Chu kỳ đo-lệnh-phản ứng này được thực hiện 1500 lần trong một giây (1,5 KHz) ở W-CDMA Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn phađinh nhanh khi MS chuyển động tốc độ thấp

1.5.3 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên

Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện điều chỉnh giá trị SIRđích ở nodeB cho phù hợp với yêu cầu của từng đường truyền vô tuyến để đạt được chất lượng các đường truyền vô tuyến như nhau Chất lượng của các đường truyền vô tuyến thường được đánh giá bằng tỷ số bit lỗi (BER: Bit Error Rate) hay tỷ số khung lỗi (FER= Frame Error Rate) Lý do cần đặt lại SIRđích như sau SIR yêu cầu (tỷ lệ với Ec/N0) chẳng hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc độ của MS và đặc điểm truyền nhiều đường Nếu ta đặt SIRđích đích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc cao độ nhất) thì sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc độ thấp Như vậy tốt nhất là để SIRđích thả nổi xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng được yêu cầu chất lượng Để thực hiện điều khiển công suất vòng ngoài, mỗi khung số liệu của người sử dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC Nếu kiểm tra CRC cho thấy BLERướctính> BLERđích thì SIRđích sẽ bị giảm

đi một nấc bằng ∆SIR, trái lại nó sẽ được tăng lên một nấc bằng ∆SIR Lý do đặt điều khiển vòng ngoài ở RNC vì chức năng này thực hiện sau khi thực hiện kết hợp các tín hiệu ở chuyển giao mềm.

1.5.4 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống

Hình 1 : Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường xuống

Điều khiển công suất vòng kín được minh họa trên Hình 1 UE nhận được BLER đích từ lớp cao hơn do RNC thiết lập cùng với các thông số điều khiển khác Dựa trên BLER đích nhận được từ RNC, nó thực hiện điều khiển công suất vòng ngoài bằng cách tính toán SIR đích cho điều kiển công suất vòng kín nhanh đường xuống UE ước tính SIR đường xuống từ các ký hiệu hoa tiêu của DL DPCCH Ước tính SIR này được so sánh với SIR đích Nếu ước tính này lớn hơn SIR đích, thì UE thiết lập TPC=0 trong UL DPCCH và gửi nó đến nodeB, trái lại nó thiết lập TPC=1 Tốc độ diều khiển công suất vòng trong là 1500Hz

1.6 CÁC KIỀU CHUYỂN GIAO TRONG WCDMA

Chuyển giao là quá trình được thực hiện khi UE đã có kết nối vô tuyến để duy trì chất lượng truyền dẫn Trong WCDMA có thể có chuyển giao cừng hoặc chuyển giao mềm

1.6.1 Chuyển giao cứng

Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) của WCDMA cũng giống như của GSM UE chỉ nối đén một nodeB Khi thực hiện HO đến một nodeB khác, kết nối đến nodeB cũ được giải phóng

Tất cả các kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng điều khiển công suất

và dành cho các gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp nhất cho các dịch vụ chuyển mạch gói) đều sử dụng HHO

Ngoài ra HHO sử dụng cho:

√ HO giữa các hệ thống (giữa UTRAN và GSM)

√ HO giữa các tần số sóng mang khác nhau của UTRAN

1.6.2 Chuyển giao mềm/mềm hơn

Chuyển giao mềm (hoặc mềm hơn) sử dụng nhiều kết nối từ một UE đến nhiều nodeB Danh sách các nodeB tham gia vào kết nối với UE trong chuyển giao mềm/mềm hơn được gọi là “tập tích cực” Có thể quy định được kích thước cực đại của tập tích cực Thực chất chuyển giao là quá trình trong đó một ô (đoạn ô) hoặc được kết nạp vào tập tích cực hoặc bị loại ra khỏi tập tích cực Định kỳ hoặc tại các sự kiện báo cáo (sự kiện 1A, 1B và 1C chẳng hạn), SRNC nhận được kết quả đo từ UE để đưa

ra quyết định chuyển giao Sau khi quyết định chuyển giao, SRNC giửi bản tin lập lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ đến các nodeB liên quan và đồng thời gửi bản tin RRC về lập lại cấu hình kênh vật lý đến UE để các nodeB này và UE thực hiện chuyển giao Chuyển giao mềm cho phép tăng số đường truyền thu được trên đường xuống và đường lên nhờ vậy tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio): Ec/I0 (Ec là năng lượng chip còn I0 là mật độ phổ công suất nhiễu) và lượng tăng này được gọi là độ lợi chuyển giao Sơ đồ tổng quát SHO được cho trên Hình 1

R 1a , R 1b là dải báo cáo cho các sự kiện 1a và 1b được thiết lập bởi RNC; H 1a , H 1b là hằng số trễ được quy định cho các sự kiện 1a và 1b

Hình 1 : Thí dụ về giải thuật SHO

√ Lúc đầu Chỉ có ô 1 và ô 2 nằm trong tập tích cực.

√ Tại sự kiện A (Ec/I0)P-CPICH1 > (Ec/I0)P-CPICH3- (R1a-H1a/2) trong đó (Ec/I0)

cực, R1a là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a là thông số trễ sự kiện và (R1b-H1a/2) 1à cửa sổ kết nạp cho sự kiện 1A Nếu bất đẳng thức này tồn tại trong khoảng thời gian ∆ T thì ô 3 được kết nạp vào tập tích cực.

√ Tại sự kiện C (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 +H1c, trong đó (Ec/I0)P-CPICH4 là

tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 4 nằm ngoài tập tích cực và (Ec/I0)P-CPICH2 là

tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 2 tồi nhất trong tập tích cực, H1c là thông số trễ sự kiện 1C Nếu quan hệ này tồn tại trong thời gian ∆ T và tập tích cực

đã đầy thì ô 2 bị loại ra khỏi tập tich cực và ô 4 sẽ thế chỗ của nó trong tập tích cực.

√ Tại sự kiện B (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3- (R1b+H1b) trong đó (Ec/I0)

tích cực, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 3 mạnh nhất trong tập tích cực và R1b là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b là thông

số số trễ và (R1b+H1b) là cửa sổ loại cho sự kiện 1C Nếu quan hệ này tồn tại trong khoảng thời gian ∆ T thì ô 3 bị loại ra khỏi tập tích cực.

1.7 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT TRẠM GỐC

1.7.1 Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu

Hình 1 : Sơ đồ khối máy phát (a) và máy thu (b) vô tuyến

Hình 1 cho thấy sơ đồ khối của máy phát và máy thu vô tuyến trong W-CDMA Lớp 1 (lớp vật lý) bổ sung CRC cho từng khối truyền tải (TB: Transport Block) là đơn

vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp MAC để phát hiện lỗi ở phía thu Sau đó số liệu được mã hoá kênh và đan xen Số liệu sau đan xen được bổ sung thêm các bit hoa tiêu và các bit điều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control)), được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hoá) Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và được biến đổi vào tương tự bằng

bộ biến đổi số vào tương tự (D/A) để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang Tín hiệu trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau đó được đưa lên khuyếch đại trước khi chuyển đến anten để phát vào không gian

Tại phía thu, tín hiệu thu được bộ khuyếch đại đại tạp âm thấp (LNA) khuyếch đại, được biến đổi vào trung tần (IF) thu rồi được khuyếch đại tuyến tính bởi bộ khuyếch đại AGC (tự điều khuyếch) Sau khuyếch dại AGC tín hiệu được giải điều chế để được các thành phần I và Q Các tín hiệu tương tự của các thành phần này được biến đổi vào

số tại bộ biến đổi A/D, được lọc bởi bộ lọc Nyquist cosine tăng căn hai và được phân chia theo thời gian vào một số thành phần đường truyền có các thời gian trễ truyền sóng khác nhau Máy thu RAKE chọn các thành phần lớn hơn một ngưỡng cho trước)

Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng được kết hợp bởi bộ kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng được giải đan xen, giải mã kênh (giải mã sửa lỗi), được phân kênh thành các khối truyền tải TB và được phát hiện lỗi Cuối cùng chúng được đưa đến lớp cao hơn.

1.7.2 Đặc điểm kỹ thuật trạm gốc

Những đặc tính kỹ thuật dưới đây cho trạm thu phát gốc dựa trên một số tiêu chuẩn của 3GPP TS 25.104 V9.4.0 thông qua vào tháng 6 năm 2010 Đây là những yêu cầu cơ bản cho việc thiết kế nốt B trong mạng 3G Các yêu cầu này áp dụng cho trạm gốc diện dộng, trạm gốc cỡ trung bình, trạm gốc nội hạt và trặm gốc tại nhà

 Trạm gốc diện rộng sử dụng trong các ô lớn với mức tổn thất nhỏ nhất do kết nối từ BS tới UE cỡ 70 dB

 Trạm gốc cỡ trung bình sử dụng trong các ô nhỏ hơn với mức tổn thất nhỏ nhất do kết nối từ BS tới UE cỡ 53 dB Và tương tự với trạm gốc nội hạt là vào khoảng 45 dB

1.7.2.1 Đối với máy phát

Những tiêu chuẩn này dành cho bộ ghép ăng ten máy phát đơn, trong trường hợp phân tập phát, truyền DB-DC-HSDPA hoặc MIMO, các yêu cầu trên dành cho từng bộ ghép ăng ten phát Một BS hỗ trợ DC-HSDPA, DB-DC-HSDPA phát cho hai ô cùng lúc, trong đó BS hỗ trợ DC-HSDPA phát cho hai ô cùng lúc trên các tần số sóng mạng liền kề nhau

• Công suất đầu ra của trạm gốc

Công suất đầu ra (Pout) cực đại của máy trạm gốc là công suất trung bình của một sóng mang đưa vào một tải với trở kháng ngang bằng với trở kháng danh định của máy phát

Công suất đầu ra danh định (PRAT) của trạm gốc là mức công suất trung bình trên một sóng mang mà nhà sản suất ghi trên bộ ghép ăng ten Công suất này cho ở bảng 1.7

Công suất đầu ra cực đại (Pmax) của BS là mức giá trị trung bình trên một sóng mang được đo tại bộ ghép ăng ten trong điều kiện quy chiếu trên lý thuyết

Trong điều kiện tiêu chuẩn công suất đầu ra cực đại của BS duy trì ở mức chênh lệch +2 dB, -2 dB so với công suất đầu ra danh định của nhà sản suất Mức chênh lệch tối đa cho phép là +2.5 dB, -2.5 dB

Bảng 1 : Công suất đầu ra danh định của trạm gốc

Trạm gốc cỡ trung bình < +38 dBm

Trạm gốc nội hạt < + 24 dBmTrạm gốc tại nhà < + 20 dBm (không phân tập

phát hoặc MIMO)

< + 17 dBm (có phân tập phát hoặc MIMO)

• Điều khiển công suất

Điều khiển công suất được sử dụng để hạn chế nhiễu Tại máy phát sử dụng bộ điều khiển công suất chất lượng cơ bản tại đường xuống

Máy phát BS có khả năng điều khiển công suất vòng lặp trong đường xuống để hiệu chỉnh công suất đầu ra máy phát của một mã kênh tương ứng với ký hiệu điều khiển công suất phát tại đường lên Công suất được thay đổi theo từng bước tương ứng với các lệnh điều khiển công suất của kênh Thay đổi công suất đầu ra kết hợp là yêu cầu thay đổi toàn bộ công suất phát trên đường xuống của kênh số để đáp ứng nhiều lệnh điều khiển công suất tương ứng với kênh số đó

Máy phát BS có khả năng thiết lập công suất miền số vòng lặp trong với một bước bắt buộc là 1 dB và các bước tùy chỉnh 0.5, 1.5, 2.0 dB Độ dung sai của bước điều khiển công suất vòng lặp trong được cho ở Bảng 1 Độ dung sai của thay đổi công suất đầu ra kết hợp nhờ có điều khiển công suất vòng lặp trong được cho ở bảng 1.9

Bảng 1 : Độ dung sai bước điều khiển công suất phát

Lệnh điều khiển công suất

đường xuống

Độ dung sai bước điều khiển công suất phát

Lower Upper Lower Upper Lower Upper Lower Upper Tăng (lệnh TPC "1") +1.0 dB +3.0 dB +0.75 dB +2.25 dB +0.5 dB +1.5 dB +0.25 dB +0.75 dB Giảm (lệnh TPC "0") -1.0 dB -3.0 dB -0.75 dB -2.25 dB -0.5 dB -1.5 dB -0.25 dB -0.75 dB

Bảng 1 : Dải bước điều khiển công suất được kết hợp tại máy phát

Lệnh điều khiển công suất

đường xuống

Máy phát kết hợp điều khiển công suất với bước thay đổi sau 10 lệnh bằng nhau liên tiếp

Lower Upper Lower Upper Lower Upper Lower Upper Tăng (lệnh TPC "1") +16 dB +24 dB +12 dB +18 dB +8 dB +12 dB +4 dB +6 dB Giảm (lệnh TPC "0") -16 dB -24 dB -12 dB -18 dB -8 dB -12 dB -4 dB -6 dB

1.7.2.2 Đối với máy thu

• Tiêu chuẩn độ nhạy

Đặc tính quan trọng, cho thấy chất lượng của máy thu đó là độ nhạy máy thu Nó thể hiện ở hệ số tín hiệu trên tạp âm nhỏ nhất mà máy thu có thể nhận dạng và khôi phục tín hiệu Dưới đây là các thông số về độ nhạy máy thu của một số trạm gốc:

Bảng 1 : Độ nhạy tiêu chuẩn của BS

mẫu

Độ nhạy tham chuẩn của

BS (dBm)

BER

• Lựa chọn kênh lân cận

Bảng 1 : Khả năng lựa chọn kênh

BS

Medium Range BS

Local Area / Home BS

Công suất trung bình tín

hiệu kênh lân cận

Lựa chọn kênh lân cận là khả năng mà máy thu có thể thu được tín hiệu ở tần số mong muốn trong sự có mặt của tần số kênh lân cận Yêu cầu tối thiểu để BS có thể nhận diện kênh mong muốn trong sự có mặt của kênh lân cận được cho ở bảng 1.11 (với BER không quá 0.001)

1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong chương đầu tiên đã giới thiệu về giao diện vô tuyến của hệ thống 3G WCDMA UMTS Theo đó ta thấy được vị trí của mạng truy nhập vô tuyến mặt đất trong kiến trúc mạng 3G Mô hình giao thức giao diện vô tuyến WCDMA gồm 3 lớp, trong đó lớp vật lý là lớp thấp nhất và rất quan trọng trong hệ thống UTRAN Cũng trong chương này đã giới thiệu các kênh của WCDMA cùng các thông số lớp vật lý và phân bố tần số CDMA rất nhạy cảm với điều khiển công suất: để hệ thống WCDMA hoạt động bình thường, cần có một cơ chế điều khiển công suất tốt để duy trì tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) tại mức cho phép Do đó các vấn đề điều khiển công suất vòng kín và vòng hở được đề cập tới Cuối cùng là các kiểu chuyển giao trong WCDMA và các đặc điểm kỹ thuật trạm gốc (nodeB) theo 3GPP Qua đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS ở chương tiếp theo

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẠM GỐC-NODE B CHO 3G WCDMA UMTS

2.1 GIỚI THIỆU

WCDMA là một công nghệ sử dụng giao diện vô tuyến theo tiêu chuẩn 3GPP trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Giao diện này hỗ trợ tốc độ số liệu lên đến 2Mbps trên sóng mang có băng tần 5MHz Hiện nay HSPA đã được đưa ra với tốc

độ số liệu đỉnh 14,4Mbps cho R5 HSDPA và 5,7Mbps cho R6 HSUPA BTS (hay nodeB) là phần tử thực hiện giao diện vô tuyến với đầu cuối di động 3G (UE) Để phát triền một mạng vô tuyến với vùng phủ và hiệu năng tốt, cần triển khai hàng nghìn BTS Vì thế giá thành các BTS chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng giá thành xây dựng mạng Mỗi BTS bao gồm phần xử lý tín hiệu vô tuyến và phần xử lý tín hiệu băng gốc

Phần xử lý tín hiệu vô tuyến làm việc như một thiết bị thu phát trong đó bộ khuếch đại công suất vô tuyến (RF PA: Radio Frequency Power Amplifier) là phần tử quan trọng nhất Bộ khuếch đại công suất tuyến tính chiếm 1/3 giá thành của toàn bộ BTS

và RF PA là khối tiêu thụ công suất chính của BTS Để giảm giá thành BTS, cần đưa

ra phương pháp hiệu suất để giảm giá thành khối RF PA đối với từng BTS Điều này đòi hỏi sử dụng PA có băng thông rộng, tính năng tuyến tính cao và hiệu suất cao Công nghệ PA số hiệu suất cao “DPD+Doherty” (DPD: Digital Predistortion) đáp ứng các yêu cầu trên

Công nghệ DPD cho phép làm méo tín hiệu trước trong miền số Vì làm méo trước hoạt động ngược với méo do PA gây ra, nên đầu ra PA đạt được độ tuyến tính cao Công nghệ PA Doherty có hai phần chính: bộ khuếch đại chính (hay bộ khuếch đại sóng mang) và bộ khuếch đại đỉnh Bộ khuếch đại chính hoạt động liên tục trong khi

đó bộ khuếch đại đỉnh chỉ làm việc tại một giá trị đỉnh được thiết lập trước Bộ khuếch đại chính làm việc trong trạng thái gần bão hòa để đạt được hiệu suất cao nhất và nó khuếch đại hầu hết các tín hiệu Bộ khuếch đại đỉnh chỉ làm việc tại giá trị đỉnh và phần lớn thời gian không tiêu thụ công suất Dải tuyến tính của quan hệ giữa đầu ra và đầu vào được mở rộng đáng kể so với vùng tuyến tính của một bộ khuếch đại đơn và điều này cho phép đạt được hiệu suất cao hơn so với trường hợp các tín hiệu phải được đặt trong vùng tuyến tín của một bộ khuếch đại công suất đơn

Hiện nay các nhà sản xuất đã đưa ra QTRU – một kiểu đơn vị vô tuyến (RFU) dựa trên công nghệ đa sóng mang Mỗi QTRU hỗ trợ xử lý sáu tín hiệu vô tuyến Công nghệ kết hợp trung tần (IF) số cũng được sử dụng Sáu tín hiệu vô tuyến được kết hợp

trong QTRU và không cần bộ kết hợp độc lập Công suất của sáu tín hiệu RF có thể được chia sẻ để cải thiện hiệu năng QTRU dựa trên công nghệ đa sóng mang có cùng kích thước như DTRU nhưng có dung lượng gấp ba lần DTRU.

Phần lõi của công nghệ WCDMA được thực hiện trong băng gốc của trạm gốc Tín hiệu WCDMA được trải phổ bởi một mã trải phổ tốc độ chip cao 3,84Mcps trên băng tần 5MHz Tốc độ này cao hơn nhiều so với GSM và cdma2000 Vì thế để xử lý các tín hiệu cần triển khai một công nghệ tiên tiến hơn trong băng gốc của WCDMA Công nghệ băng gốc WCDMA sử dụng các công nghệ vi mạch mới nhất: ASIC, DSP

và FPGA

Rất nhiều yêu cầu đặt ra đối với nền tảng băng gốc để vừa hỗ trợ các thực hiện kỹ thuật WCDMA và đồng thời thỏa mãn các nhà khai thác xét từ quan điểm quản lý mạng vô tuyến Là lõi của WCDMA, nên nền tảng băng gốc phải có khả năng xử lý hiệu suất toàn bộ vòng đời của BTS: từ lúc triển khai ban đầu với giá thành thấp đến khi mở rộng đến các dịch vụ mới và phát triển lưu lượng Đây là điều cần thiết vì mạng luôn phát triển và mở rộng với nhiều người sử dụng hơn và với các hỗn hợp dịch

vị của người sử dụng đầu cuối Các chức năng và tính năng của mạng vô tuyến mới cũng thường xuyên được bổ sung thông qua phần cứng và phần mềm để hoàn thiện hệ thống Kiến trúc BTS có thể đáp ứng dung lượng băng gốc rất lớn Chẳng hạn RBS R3 của Ericssion có thể cung cấp dung lượng 1536CE trên cả đường xuống và đường lên

từ một tủ máy tiêu chuẩn (CE: Channel Element là một đơn vị xử lý tùy thuộc vào nhà sản xuất, đối với Ericssion nó tương đương với tài nguyên băng gốc (phần cứng và phần mềm) cần thiết để phát một kênh thoại tại tốc độ bằng 30 kbps)

Đối với HSPA (HSDPA+HSUPA), kiến trúc băng gốc sử dụng chia sẻ tài nguyên

số liệu tốc độ cao phạm vi rộng và một bộ lập biểu chung Một phiến xử lý băng gốc

có thể hỗ trợ đến 45 mã HSDPA Bằng cách chia sẻ tài nguyên đường xuống, có thể tối

ưu hóa bộ lập biểu từ góc độ công suất và lưu lượng đường xuống khả dụng Bộ lập biểu nhanh cho phép giảm trễ mạng hay nói một cách khác tạo ảnh hưởng tốt lên trải nghiệm của người sử dụng đầu cuối đầu cuối

Để giảm giá thành xây dựng mạng, các BTS của 3G WCDMA (nodeB) được xây dựng trên kiến trúc phân bố Trong kiến trúc này, phần xử lý băng gốc BBU (Baseband Unit: đơn vị băng gốc) và phần xử lý vô tuyến RRU (Remote Radio Unit: đơn vị vô tuyến đặt xa) được tách riêng và được nối với nhau qua một giao diện vô tuyến công cộng chung (CPRI: Common Public Radio Interface) tiêu chuẩn trên cơ sở sợi quang Các trạm gốc phân bố (DBS: Distributed Base Station) không chỉ cải thiện chất lượng tổng thể của các dịch vụ mạng vô tuyến nhờ khả năng dễ ràng cung cấp vùng phủ rộng hơn trong các môi trường khác nhau mà còn hạ giá thành lắp đặt, khai thác cùng với việc giảm yêu cầu về không gian lắp đặt Tuy nhiên DBS đặt ra các đòi hỏi lớn đối với khai thác cập nhật hiện trường và đo kiểm hệ thống do cấu trúc phân bố của nó

Với sự phát triển nhiều tiêu chuẩn vô tuyến như GSM/EGPRS, WLAN, WiMAX, WCDMA, HSPA, LTE và việc các BTS phải đồng thời hoạt đông trong nhiều băng tần dẫn đến phải thiết kế các BTS đa băng đa chuẩn để có thể hỗ trợ được các giao diện

vô tuyến, các băng tần và các khuôn mẫu điều chế khác nhau SDR (Software Defined Radio: vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm) là một công nghệ quan trọng cho việc phát triển các BTS đa băng đa chuẩn Các giải pháp đa chuẩn đa băng cho phép các nhà cung cấp thiết bị giảm chu kỳ nghiên cứu phát triển và vì thế giảm giá thành nghiên cứu cũng như rút ngắn thời gian đưa sản phảm nghiên cứu vào thị trường Công nghệ SDR cho phép thiết kế các BTS đa băng đa chuẩn băng cách xây dựng một kiến trúc mở dựa trên phần mềm hệ thống vô tuyến Các chức năng của hệ thống vô tuyến như điều chế/giải điều chế, tạo tín hiệu, mã hóa và các giao thức được thực hiện trên nền tảng phần cứng khả lập lại cấu hình bằng cách sử dụng phần mềm

Các thế hệ thông tin di động tương lai sau 3G sẽ hỗ trợ tích hợp và đồng tồn tại nhiều nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) trong cùng một môi trường vô tuyến

đa hợp Chằng hạn môi trường này là một hệ thống đơn nhất cho phép đầu cuối di động có thể truy nhập bằng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau như GSM, EGPRS, WCDMA , HSPA, LTE, WiMAX … Khái niệm khả lập lại cấu hình (là một phát triển của SDR) cho phép dễ dàng thực hiện môi trường nói trên Với khái niệm này, các đầu cuối di động và các phần tử mạng có thể chủ động chọn và thích ứng đến một RAT phù hợp trong một vùng dịch vụ cụ thể và tại một thời điểm cụ thể Tính năng khả lập lại cấu hình để chọn RAT không chỉ giới hạn ở các phần tử được lắp đặt trước trong các thiết bị Nó còn bao hàm cả tải xuống, cài đặt và xác nhận sự hợp lệ của các phần

tử phần mềm cần thiết cho việc lập lại cấu hình Bằng cách này, các nhà sản suất thiết

bị có thể sử dụng một thiết kế chung cho vô tuyến đa chức năng nhờ vậy mở rộng được thị trường cho một sản phẩm Đối với nhà khai thác mạng, khả năng tương tác giữa các mạng khác nhau đựơc tăng cường và việc cập nhật hệ thống cũng như sửa chữa sai lỗi cũng dễ dàng hơn

E2R (End to End Reconfigurability: khả lập lại cấu hình đầu cuối đầu cuối) là một

đề án nghiên cứu của IST (Information Society Technologies: Viện nghiên cứu các công nghệ của hiệp hôi thông tin của Châu Âu) để nghiên cứu và đề xuất chiến lược lõi cho việc thực hiện vô tuyến khả lập lại cấu hình bằng phần mềm Tổ chức E2R tham gia vào việc định nghĩa các tiêu chuẩn và các đặc tả liên quan đến khả lập lại cấu hình đầu cuối đầu cuối

2.1 KIẾN TRÚC CƠ SỞ CỦA 3G WCDMA UMTS BTS

Kiến trúc điển hình của một trạm thu phát gốc 3G WCDMA UMTS (hình 2.1) bao gồm bốn phần chính: phần vô tuyến (RF: Radio Frequency), phần băng gốc (BB: Baseband), phần điều khiển và truyền dẫn Môđule RF phát/thu các tín hiệu và biến đổi tín hiệu số vào sóng vô tuyến và ngược lại Môđule băng gốc (BB: Base Band)) xử

lý tín hiệu được mã hóa trước khi phát/thu nó đến/từ mạng lõi thông qua môđule truyền dẫn Khối điều khiển đóng vai trò điều phối ba môđule nói trên Công nghiệp sản xuất đã định một số điểm tham chuẩn (RP: Reference Point) nhằm đạt đựơc giá thành thấp nhất cho các môđule khác nhau Chức năng của trạm gốc được chia thành hai phần chính: các chức năng mặt phẳng điều khiển và các chức năng mặt phẳng người sử dụng Chức năng mặt phẳng người sử dụng liên quan đến truyền tải, băng gốc và anten Chức năng mặt phẳng điều khiển liên quan đến truyền dẫn số liệu điều khiển, số liệu khai thác và bảo dưỡng (O&M: Operation and Maintenance).

Hình 2 : Kiến trúc chung của một BTS

Các bộ khuếch đại công suất và các môđule RF chiếm 50% giá thành BTS, nên các nhà sản suất nghiên cứu kết hợp hai chức năng này vào một môđule duy nhất có giá thành thấp hơn Vì thế cần có một giao diện chung giữa phần băng gốc và phần

RF để cổ vũ các sáng kiến cũng như cạnh tranh cho việc nghiên cứu các môđule RF và

bộ khuếch đại công suất (PA: Power Amplifier) Đây chính là lý do của việc đưa ra định nghĩa các các giao diện chung RP3 giữa BB và phần RF Hai giao diện chung đựơc định nghĩa là: CPRI (Common Public Radio Interface: giao diện vô tuyến công cộng chung) và OBSAI (Open Base Station Standard Initiative: sáng kiến tiêu chuẩn trạm gốc mở)

Trong trường hợp khi các xử lý kỹ thuật khác nhau yêu cầu cùng một kiểu tài nguyên, thì tốt nhất là tập trung phần cứng và phần mềm vào một nhóm dùng chung và cách này cho phép sử dụng tài nguyên hiệu quả nhất Dùng chung tài nguyên cho phép tăng dung lượng trong các môi trường trong đó có thể xẩy ra phân bố nhu cầu tài nguyên không đồng nhất

Tập trung tài nguyên băng gốc tại một chỗ cho phép chia sẻ các tài nguyên xử lý tín hiệu giữa các ô, nhờ đó đạt được sử dụng dung lượng xử lý của BTS lớn nhất Một nét quan trọng của dùng chung là nó chứa đựng khả năng dự phòng tài nguyên bằng cách chia sẻ tài nguyên chung Trong trường hợp này lưu lượng có thể chuyển sang tài nguyên khác của phần tài nguyên chung chưa được dùng Vì thế tính khả dụng của xử

lý lưu lượng tăng so với trường hợp không dùng chung tài nguyên

Hình 2.2 là ví dụ về một kiến trúc BTS trong đó các tài nguyên băng gốc (BB) được dùng chung

Hình 2 : Kiến trúc BTS với các tài nguyên được dùng chung

Kiến trúc của BTS trên hình 2.2 bao gồm hai phần: phần đặc thù ô và phần không

đặc thù ô Phần đặc thù ô là đầu phát thu vô tuyến (FE: Front-End) chứa các phiến phát thu (TRXB), các phiến bộ khuếch đại đa sóng mang và các phiến giao diện anten (MCPA and AIUB), còn phần chung (không đặc thù ô) chứa các phiến xử lý băng gốc.Trên hình 2.2, xử lý băng gốc được chia thành các phiến phát băng gốc (TXBBB )

và các phiến truy nhập ngẫu nhiên và thu băng gốc (RAXBBB ) TXBBB xử lý đường xuống, nó có thể mã hóa, trải phổ và điều chế RAXBBB xử lý đường lên, nó cho phép giải điều chế, giải trải phổ và giải mã

2.2 VẤN ĐỀ THIẾT KẾ BĂNG GỐC

2.2.1 Các chức năng băng gốc

Các phiến băng gốc có thể thực hiện các chức năng lớp vật lý sau:

√ Sắp xếp và giải sắp xếp các kênh vật lý và các kênh truyền tải

√ Ghép và phân kênh

√ Mã hóa và giải mã

√ Trải phổ và giải trải phổ

√ Điều chế và giải điều chế

√ Các thủ tục lớp vật lý và

√ Các đo đạc lớp vật lý

Ngoài ra các phiến băng gốc trong BTS còn thực hiện các chức năng sau:

√ Lập cấu hình trạm gốc vô tuyến

√ Điều khiển ô

√ Phân phối thông tin hệ thống

√ Lập cấu hình liên kết vô tuyến cho các kênh riêng và chung

√ Xử lý luồng số liệu Iub và

√ Đồng bộ và phân phối nút

Hình 2 : Mô hình chuyển đổi kênh (sắp xếp kênh)

Các chức năng băng gốc trong BTS cung cấp nền tảng cho các chức năng mạng

vô tuyến, các chức năng lập cấu hình và các chức năng O&M Do đó, băng gốc tạo nên nền tảng để xử lý các kênh chung và các kênh riêng cho các lớp cao hơn

Hình 2.3 cho thấy tổng quan về xắp xếp (hay chuyển đổi) tiêu chuẩn giữa các kênh logic, truyền tải và vật lý

3GPP đã định nghĩa:

√ Các thủ tục đồng bộ cho các ô, các kênh chung và các kênh riêng

√ Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên

√ Các thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài

Để cải thiện hiệu năng của kết nối liên kết vô tuyến, 3GPP đã khuyến nghị các tăng cường như phân tập vòng kín và vòng hở Sau khi đã lập cấu hình các phiến băng gốc để diao diện với các phân hệ khác, các phiến này có thể truyền lưu lượng Nếu tải lưu lượng trên các phiến băng gốc thấp, toàn bộ hoặc một phần phiến sẽ được đưa vào chế độ tiết kiệm công suất để giảm tiêu thụ công suất Trái lại, khi tải lưu lượng quá cao, các cơ chế giám sát và bảo vệ sẽ giảm nguy cơ mất cuộc gọi

2.2.2 Các khía cạnh thiết kế băng gốc

Băng gốc được thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn 3GPP cho WCDMA Ngoài ra kiến trúc băng gốc được thiết kế để đáp ứng với các yêu cầu đảm bảo hoạt động các trạm gốc Các yêu cầu này gồm: tính linh hoạt cấu hình, sử dụng hiệu quả các tài nguyên,

dễ triển khai, tương thích và phần cứng chiụ đựơc tương lai Bằng cách sử dụng các công nghệ mới nhất như DSP (Digital Signal Processing: xử lý tín hiệu số), (Field Programable Gate Array: mảng cổng khả lập trình theo ứng dụng) và ASIC (Application Specific Integrated Circuit: mạch tích hợp đặc dụng), nhà sản xuất đã tăng cừơng đáng kể lưu lượng và báo hiệu điều khiển (được đánh giá theo thuật ngữ

“CE: các phần tử kênh” cho các kênh vật lý dành riêng)

Trong 3GPP thuật ngữ “phần tử kênh” (CE: Channel Element) được đưa ra để đánh giá khả năng xử lý tín hiệu thực sự của phần băng gốc BTS CE mô tả tài nguyên dung lượng mà người sử dụng cần cho một dịch vụ đặc thù, vì thế có thể hiểu nó như

là dung lượng phần cứng của BTS Số lượng phần tử kênh dựa trên kiểu lưu lượng và phụ thuộc vào các kênh mang vô tuyến cũng như số lượng người sử dụng đồng thời kênh mang vô tuyến đặc thù CE là một tương đương tài nguyên không được chuẩn hóa bởi 3GPP và vì thế nó không được định nghĩa như nhau bởi các nhà sản xuất Các định nghĩa CE khác nhau về: (1) số CE cần thiết cho một dịch vụ cho trước, (2) có cần thiết tài nguyên CE cho báo hiệu chung, đo đạc trong chế độ nén … hay không CE là một số đo đơn giản và trực giác về dung lượng của băng gốc Theo định nghĩa trong thiết bị của Ericssion thì phần tử kênh được định nghĩa là tài nguyên băng gốc tương đương (phần cứng và phần mềm) cần thiết để phát một kênh thọai tại tốc độ bit kênh

30 kbps (lưu ý tốc độ bit kênh là tốc độ kênh thoại sau khi đã được mã hóa kênh trước khi đưa lên điều chế và trải phổ)

2.2.3 Thiết kế phiến xử lý băng gốc phát (TXB BB )

2.2.3.1 Các chức năng xử lý đường xuống

Hình 2.4 cho thấy các khối chức năng chính để xử lý đường xuống Ngoài ra mỗi khối còn chứa các chức năng băng gốc khác không được thể hiện trên hình vẽ Xử lý đầu tiên là xử lý giao thức khung (FP: Frame Protocol) (được thể hiện phía trái) Sau khi biết khi nào thì các khung số liệu trên các kênh chung (kênh tìm gọi: PCH và kênh truy nhập đường xuống: FACH) và các kênh riêng (DCH) sẽ đến từ giao diện Iub, bộ

xử lý giao thức khung đồng bộ các khung và lấy ra phần tải tin của khung số liệu Phần tải tin chứa các kênh truyền tải không được mã hóa

Hình 2 : Các khối chức năng xử lý đường xuống

2.2.3.2 Thực hiện phiến TX băng gốc (TXB BB )

Hình 2.5 cho thấy thực hiện TXBBB được chia thành hai phần: bộ xử lý phiến và phần cứng đặc thù phiến Bộ xử lý phiến điều khiển phiến và các phần lưu lượng Phần cứng đặc thù phiến xử lý số liệu của người sử dụng để gửi đến giao diện vô tuyến Phần cứng này chứa bộ xử lý giao diện mặt phẳng người sử dụng Iub, bộ xử lý tốc độ

ký hiệu, bộ xử lý tốc độ chip và bộ điều khiển xử lý lớp vật lý

Hình 2 : Thực hiện phiến TXB BB cho mặt phẳng người sử dụng

Bộ xử lý giao diện mặt phẳng người sử dụng xử lý giao thức mặt phẳng người sử dụng của giao diện Iub cho các luống số liệu DCH và CCH từ RNC

Bộ xử lý tốc độ ký hiệu xử lý kênh truyền tải (TrCH), kênh truyền tải đa hợp được

mã hóa (CCTrCH), kênh vật lý cho các kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp và thứ cấp (P-CPCCH và S-CPCCH), kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) và kênh vật lý riêng (DPCH)

Bộ xử lý tốc độ chip xử lý phân bố các kênh vật lý, tạo ra kênh đồng bộ (SCH), kênh hoa tiêu chung sơ cấp (P-CPICH), kênh chỉ thị bắt (AICH), thực hiện trải phổ, sắp xếp ký hiệu điều chế và phát các chuỗi đầu ra được phân bố đến TRX Nó cũng đo công suất phát mã và xử lý tất cả các chức năng liên quan đến xử lý sóng mang / ô

Bộ điều khiển xử lý lớp vật lý (L1) xử lý cấu hình của các phần xử lý tốc độ ký hiệu và và các phần xử lý tốc độ chip liên quan đến điều khiển các đo đạc, thiết lập, giải phóng và lập lại cấu hình ô/các sóng mang và các kênh

Các chức năng của bộ xử lý giao diện mặt phẳng người sử dụng Iub và bộ xử lý lớp vật lý được thực hiện trên các DSP để đảm bảo tính linh hoạt cho:

√ Các chức năng của bộ điều khiển

√ Các giao diện ngoài đến RNC đối với giao diện số liệu của người sử dụng và

√ Các giao dến đến bộ xử lý phiến đối với giao diện điều khiển

Chức năng xử lý tốc độ ký hiệu được thực hiện trong FPGA do các vấn đề về trễ

xử lý và các yêu cầu thay đổi đối với thông lượng số liệu của người sử dụng Nó cũng cung cấp một mức độ linh hoạt nhất định xét về khía cạnh thay đổi các yêu cầu đối với chức năng được thực thiện

Chức năng xử lý tốc độ chip được thực hiện trên các ASIC Giải pháp này cho phép xử lý song song đáp ứng được yêu cầu trễ xử lý bị giới hạn Ngoài ra nó cũng cho phép truyền dẫn đồng thời các chuỗi ra được phân bố đến TRX

Phiến TXBBB có thể xử lý nhiều ô/sóng mang với nhiều nhánh anten

2.2.4 Thiết kế phiến xử lý băng gốc thu (RAXB BB )

• Các chức năng xử lý đường lên cho DCH

Trên đường lên, tín hiệu nhận dược từ giao diện vô tuyến được đưa vào băng gốc ở dạng tín hiệu số từ phần vô tuyến TXB của BTS (hình 2.6) Đối với kênh vật lý riêng (DPCH), Tín hiệu đến từ TRX được xử lý trong khối chức năng của bộ giải điều chế, khối này cũng chứa bộ tìm đường và máy thu RAKE

Hình 2 : Các khối chức năng xử lý đường lên của TXB

• Bộ tìm đường

Trong môi trường truyền sóng đa đường, máy thu RAKE phải biết khi nào các tia sóng đến, nghĩa là nó phải xác định vị trí của các tia sóng đa đường này trên trục thời gian trễ để có thể ấn định các ngón RAKE đến các vị trí mà tại đó các phần tử đa đường đạt đựơc một công suất nhất định Nhiệm vụ của bộ tìm đường trong băng gốc

là đồng bộ các ngón của máy thu RAKE

• Máy thu RAKE

Máy thu RAKE phân tách các phần tử đa đường và kết hợp nhất quán chúng thành một vectơ tín hiệu lớn để đảm bảo điều kiện tách sóng tốt Điều này cho phép tăng xác suất đưa ra quyết định đúng và cải thiện hiệu năng máy thu.

• Bộ kết hợp đoạn ô

Trong quá trình chuyển giao mềm hơn khi xẩy ra chuyển giao giữa các đoạn ô cùng một BTS và trên cùng một sóng mang, các tín hiệu sau tách sóng được kết hợp với nhau

Các tín hiệu DPCH được phân kênh và giải sắp xếp thành DCH của kênh truyền tải cho bước xử lý tiếp theo trong bộ giải mã

• Bộ giải mã

Tín hiệu đầu vào bộ giải mã bao gồm các bit mềm đan xen từ bộ giải điều chế Khối giải mã thực hiện các chức năng sau:

√ Giải đan xen lần hai

√ Giải phân đoạn kênh vật lý

√ Phân luồng dịch vụ

√ Phối hợp tốc độ

√ Giải đan xen lần một

√ Giải mã xoắn và turbo

√ Phát hiện lỗi theo CRC

• Các chức năng xử lý đường lên cho RACH

Khi UE tìm cách kết nối với BTS, máy thu truy nhập ngẫu nhiên sẽ phát hiện tiền

tố chứa chữ ký sẽ được sử dụng cho phần bản tin RACH Sau khi máy thu phát hiện tiền tố, nó xác định phần bản tin RACH sử dụng chữ ký nào và có đủ tài nguyên băng gốc hay không Nếu đủ, nó gửi bản tin đồng ý (Ack) đến UE thông qua xử lý đường xuống và bắt đầu xử lý bản tin RACH theo cách giống như đã trình bày ở trên cho DCH

• Chức năng giao thức khung cho DCH và RACH (DCH FP và RACH FP)

Chức năng giao thức khung cho DCH và RACH lắp ráp số liệu giao thức khung vào các khung với mỗi khung bao gồm tiêu đề và tải tin (số liệu của người sử dụng) Sau đó các khung số liệu này được gửi đến RNC thông qua mặt phẳng người sử dụng Iub

RAXB khôi phục thông tin nguyên gốc được nhận được từ tín hiệu thu vô tuyến cho các kênh truy nhập ngẫu nhiên và các kênh riêng 3GPP đã định nghĩa các quy định đối với hiệu năng thu đường lên Độ nhạy thu, hiệu năng tỷ số tín hiệu trên nhiễu

và dung kượng các kênh vật lý xác định đặc tính của máy thu