Khám phá thiết bị phát sóng 3G NodeB
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
Về lý thuyết, đồ án đưa ra lý thuyết tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba – Third Generation (3G), bao gồm quá trình đi lên 3G từ các hệ thống thông tin di động trước đó là 1G và 2G, tìm hiểu thế nào là công nghệ 3G, và lý thuyết về các qui tắc thiết kế mạng 3G. Về thực tế, đồ án trình bày những hiểu biết về NodeB như là mô hình chung của 1 trạm NodeB, cấu trúc và chức năng các thành phần trong NodeB (trong phần này đặc biệt đi sâu vào loại tủ phân tán RBS 3418), quá trình tích hợp trạm và sửa lỗi trong quá trình phát sóng.
Quá trình phát triển lên 3G
Cả hệ thống viễn thông di động đa năng truy nhập vô tuyến mặt đất ghép kênh phân chia theo tần số - UMTS Terrestrial Radio Access-Frequency Divison Duplexing (UTRA-FDD) và ghép kênh phân chia theo thời gian – UMTS Terrestrial Radio Access-Time Division Duplexing (UTRA-TDD) đều được hỗ trợ. TACS: Total Access Communication System – hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn GSM: Global System for Mobile Telecommucations – hệ thống truyền thông di động toàn cầu W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access – đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng EVDO: Evolution Data Only – chỉ phát triển dữ liệu.
Thế nào là công nghệ 3G
Các tiêu chuẩn công nghệ của hệ thống thông tin thế hệ thứ 3
Một số đặc điểm chủ yếu của công nghệ W-CDMA bao gồm: mỗi kênh vô tuyến có độ rộng 5 MHz, tương thích ngược với GSM, chip rate 3,84 Mbps, hỗ trợ hoạt động không đồng bộ giữa các tế bào (cell), truyền nhận đa mã, hỗ trợ điều chỉnh công suất dựa trên tỷ số tín hiệu / tạp âm, có thể áp dụng kỹ thuật ăng ten thông minh để tăng dung lượng mạng và vùng phủ sóng (truy nhập gói tốc độ cao – Hight Speed Packet Access – HSPA), hỗ trợ nhiều kiểu chuyển giao giữa các tế bào, bao gồm chuyển giao mềm – soft-handoff, chuyển giao mềm hơn – softer-handoff và chuyển giao cứng – hard-handoff. Nó được Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu – European Telecommunications Standards Institute (ETSI) phát triển và được triển khai ở một số nước châu Âu, châu Á và châu Mỹ cho các hệ thống điện thoại không dây tổng đài nội bộ – Private Branch Exchange (PBX) và điện thoại vô tuyến nội thị công cộng. Ngoài ra, việc phát triển Wimax xuất phát từ nhu cầu cung cấp dịch vụ dữ liệu băng rộng không dây nên chi phí để cung cấp dịch vụ thoại qua mạng Wimax di động là khá tốn kém trong khi nhu cầu chủ yếu của người tiêu dùng hiện nay vẫn là thoại (chiếm khoảng 80-90% lưu lượng toàn mạng), số lượng người sử dụng laptop và máy kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân – Personal Digital Assistant (PDA) vẫn còn khá ít.
Mô hình kiến trúc chung của các hệ thống thông tin di động 3G
Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho chuyển mạch kênh trong các tổng đài của hệ thống thông tin di động 2G thực hiện trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh có tốc độ 64 Kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 Kbps (chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM – Pulse Code Modulation – điều xung mã). Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận được gắn với từng gói và ở chuyển mạch gói tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh (MSC(Mobile Swiching Centre: Trung tâm chuyển mạch di động)/GMSC(Gateway Mobile Switching Centre: cổng trung tâm chuyển mạch di động)) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN (Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ dịch vụ GPRS)/GGSN (Gateway GPRS Support Node: nút hỗ trợ cổng GPRS)) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau, từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm
NodeB kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho NodeB luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối. Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM (Time Division Multiplex: đa hợp phân chia theo thời gian). Các NodeB trong mạng lừi được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thỏc, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP.
Số liệu vị trí lưu trong GGSN
VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLR (Home Location Register: bộ ghi định vị thường trú) cho mạng phục vụ (SN: Serving Network). Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây.
Số liệu sau đây được lưu trong VLR
GMSC (Gateway Mobile Switching Centre: cổng trung tâm chuyển mạch di động), có thể là một trong số các MSC. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến mạng di động công cộng mặt đất PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý trạm di động (MS) đó. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp.
Bộ ghi định vị thường trú HLR
GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có trạm di động (Mobile Station – MS). Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác. Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng.
Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
Các mạng ngoài có thể là các mạng điện thoại như: mạng di động mặt đất công cộng (Public Land Mobile Network: PLMN), mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (Public Switched Telephone Network: PSTN), mạng dịch vụ số tích hợp (Integrated Services Digital Network: ISDN) hay các mạng số liệu như Internet. Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng. Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: chức năng điều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW:. Roaming Signalling Gateway).
Các qui tắc thiết kế mạng vô tuyến 3G
Vùng phủ sóng yêu cầu
- Mô hình lưu lượng
Độ dự trữ fading tương ứng với sự thay đổi mức tín hiệu gây ra bởi ảnh hưởng của môi trường truyền sóng như nhà cao tầng, đồi núi…độ dự trữ fading đủ cần được xét đến để bảo đảm vùng phủ mong muốn trong vùng phủ của cell. Suy hao đường truyền lớn nhất cho phép = BS EiRP – độ nhạy máy thu – độ dự trữ fading + hệ số gain handover – suy hao thâm nhập – suy hao cơ thể người dùng. Một CE là tài nguyên băng gốc của NodeB (phần cứng và năng lực xử lý) cần để đáp ứng cho một kênh thoại, bao gồm cả sơ đồ điều khiển truyền tải (control plan. signalling), cách thức nén (compressed mode), phân tập phát (transmit diversity) và chuyển giao mềm hơn (softer handover).
Cấu trúc và chức năng các thành phần NodeB
Giới thiệu chung về NodeB
Sau đây ta đi sâu hơn vào hai bộ phận chính là antena và đặc biệt là tủ RBS.
Tủ phát sóng RBS
- Tủ phân tán RBS 3418
Tủ RBS 3418 cũng bao gồm hai bộ phận chính là Main Unit (MU) lắp đặt trong nhà và có thể lên tới sáu khối phát sóng vô tuyến – Remote Radio Unit (RRU) nhưng được lắp đặt ngoài trời (thường được treo trên cột ăng ten) và chúng cũng được kết nối với nhau thông qua các sợi cáp quang như ở tủ 3206. Các bảng báo hiệu truy cập ngẫu nhiên và báo hiệu thu băng tần cơ sở – Random Access and Receiver Boards (RAXBs) bao gồm các card RX cũng được gắn vào các slot trên MU, giải quyết kết hợp cell giúp chuyển giao nhẹ nhàng hơn, giải mã, nhận RAKE, tìm kiếm. Bộ phận (1) Công suất tiêu thụ thông thường Công suất tiêu thụ tối đa. Tần số sử dụng. Các tần số RRU hỗ trợ. Tần số đường lên Tần số đường xuống Băng tần 3GPP. Công suất ra. Công suất của RRU. Công suất tối đa. Kích thước và trọng lượng. Kích cỡ RRUs. Bộ phận Chiều cao Chiều rộng Chiều sâu. Kích cỡ RRUW01. Bộ phận Chiều cao Chiều rộng Chiều sâu. khiên mặt trời).
Tích hợp và sửa lỗi NodeB
Các lỗi thường xảy ra và cách khắc phục
- Lỗi sóng đứng và lỗi mất phân tập thu
- Kiểm tra và khắc phục lỗi lắp đặt
Khi tín hiệu phát và tín hiệu phản xạ có cùng tần số và pha tạo thành bụng cộng hưởng, lúc này biên độ tín hiệu là Ei+Ej. Do sự huy hao không đồng đều giữa hai Port thu của ăng ten, làm cho mức thu giữa hai Port A và Port B chênh lệch nhau. Kiểm tra đấu nối giữa RFU và BBU, giữa RRU và BBU, các đấu nối cảnh báo và đấu nối tiếp đất bên trong trạm phải đảm bảo đúng kỹ thuật.
Kiểm tra các tham số khai báo kênh
Các lỗi thường gặp khác
Nếu ba cell phát tốt, dòng điện sẽ lên khoảng 10 – 12A, nếu dòng điện nhỏ hơn cần kiểm tra cell không phát hoặc phát yếu, sau đó kiểm tra phần cứng từ MU đến RRU và Antenna tương ứng với cell đó, kiểm tra dây quang, modul quang để quyết định sửa chữa hoặc thay thế thiết bị. Đôi khi do nhiệt độ tăng quá mức qui định cũng ảnh hưởng đến trạng thái phát sóng, trong trường hợp này có thể reset MU (có nhiều chế độ reset tùy theo từng trường hợp xem xét) để phát tạm thời, sau đó đề ra giải pháp khắc phục. - Cell không phát đúng vùng yêu cầu: xem lại tính toán, kiểm tra và sửa lại tilt cơ, tilt điện, azimuth của antenna.