2.4.1 Các lợi ích của của MST
Trong những năm gần đây nhiều tiêu chuẩn vơ tuyến được triển khai đồng thời trong các mạng thơng tin di động Điều này dẫn đến các MST (Multi Standard Terminal: đầu cuối đa chuẩn) ngày càng được quan tâm trong cơng nghiệp viễn thơng
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 53 và khái niệm này nhận được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khai thác, các nhà sản xuất và các nhà cung cấp cơng nghệ Cĩ thể định nghĩa MST như là một đơn vị thuê bao cĩ khả năng hoạt động theo nhiều chuẩn vơ tuyến di động. Khả năng này cùng với cơ chế lập lại cấu hình của đầu cuối trên giao diện vơ tuyến cho thấy đây là một phần tử quan trọng trong các hệ thống thơng tin di động hiện đại Cĩ thể mơ tả một số lợi ích then chốt của MST khả lập lại cấu hình như sau
1. Giảm chi phí sản xuất. Sự phát bùng phát của các tiêu chuẩn giao diện vơ tuyến mới trong các hệ thống thơng tin di động dẫn đến phải tiếp nhận các kiến trúc máy đầu cuối (và trạm gốc) khác nhau tại các vùng địa lý khác nhau Khả năng phát triển và sản xuất một máy thu phát khả lập lại cấu hình duy nhất bằng phẩn mềm để hoạt động theo một tiêu chẩn vơ tuyến bất kỳ rõ ràng mang lại nhiều lợi ích cho các nhà sản xuất.
2. Chuyển mạng trong suốt. Một ưu điểm quan trọng của các MST là khả năng chuyển mạng trong suốt trên các băng tần khác nhau và các tiêu chuẩn khác nhau Trên nhiều quốc gia các nhà khác thác thậm chí một nhà khai thác cĩ thể đồng thời sử dụng nhiều hệ thống thơng tin di động với các cơng nghệ mạng khác nhau (GSM/GPRS/WCDMA/LTE/WiMAX). MTS khả lập lại cấu hình sẽ là giải pháp hấp dẫn để giải quyết vấn đề này
3. Nâng cấp dịch vụ. Khả năng lập lại cấu hình đầu cuối trên giao diện vơ tuyến cho phép nhà khai thác mạng cĩ khả năng tạo lập và cung cấp nhiều dịch vụ và tính năng theo nhu cầu của từng khách hàng
4. Phát triển đến mạng mới Trong quá trình phát triển từ G lên G hoặc lên 4G, MST khả lập cấu hình cĩ thể hoạt động cả ở mạng mới lẫn mạng cũ và đây là một giải pháp rất tốt đối với vấn đề tương thích ngược.
5. Mã hĩa và điều chế thích ứng. Khả năng thích ứng các thơng số truyền dẫn trong các điều kiện kênh và lưu lượng khác nhau là một lợi ích quan trọng cho phép MST khả lập cấu hình sử dụng hiệu quả tài nguyên vơ tuyến.
2.4.2 Các yêu cầu đối với MST khả lập lại cấu hình
Một MST lý tưởng phải cĩ các tính năng sau: Hoạt động khả định nghĩa bằng phần mềm, hoạt động đa băng và hoạt động đa chế độ.
2.4.2.1 Hoạt động khả định nghĩa bằng phần mềm.
Một MST lý tưởng phải cĩ khả năng làm việc được tại các giao diện vơ tuyến tương lai chưa được định nghĩa Chỉ cĩ thể đạt được điều này bằng cách kết hợp các
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 54 cơng nghệ khả lập lại cấu hình như các DSP (Digital Signal Processor: bộ xử lý tín hiệu số) và các FPGA (Field Programable Gateway Array: mảng cổng khả lập trình theo ứng dụng) khả lập trình Ngồi ra các cơng nghệ này cũng cho phép MST thích ứng đường truyền vơ tuyến (điều chế và mã hĩa kênh)
2.4.2.2 Hoạt động đa băng.
Khả năng xử lý các tín hiệu trên dải rộng các băng tần và các băng thơng kênh là một tính năng quan trọng của MST Nĩ ảnh hưởng lớn lên các phần RF của đầu cuối và chính vùng này là hạn chế cơng nghệ chính đối với thực hiện SDR tại thời điểm hiện nay. Hình 2.14a cho thấy phương pháp thực hiện một máy thu MST truyền thống với việc sử dụng các chuỗi phát thu riêng rẽ cho từng chuẩn vơ tuyến. Trong khi phương pháp này cĩ thể thực hiện được cho máy thu hai chuẩn thì số lượng phần tử tương tự lớn sẽ cản trở thực hiện đối với máy thu nhiều tiêu chuẩn hơn Trái lại khái niệm vơ tuyến mềm số cho phép đơn giản hĩa phần tương tự của máy phát thu bằng cách chuyển một số xử lý tín hiệu vào miền số Điều này được thể hiện trên hình 2.14b Hình này minh họa quá trình xử lý số hĩa băng thơng sau bộ chuyển đổi hạ tần Nhưng lấy mẫu tại tần số GHz là quá lạc quan đối với cơng nghệ hiện nay. Tuy vậy xử lý tín hiệu số tại IF sẽ giảm số lượng phần tử tương tự và cung cấp tính linh hoạt cao nhờ lọc chọn kênh số trong máy thu Tuy nhiên để đạt được điều này phải trả giá bằng cơng suất của DSP (do lấy tốc độ mẫu cao) và yêu cầu cao đối với bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC).
Hình 2.14. Các kiến trúc MST khác nhau
2.4.2.3 Hoạt động đa chế độ
Khả năng phát và thu tín hiệu theo các sơ đồ điều chế và mã hĩa kênh, các cấu trúc cụm, các giải thuật nén và các giao thức báo hiệu khác nhau là một tính năng
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 55 quan trọng khác của MST. Rất nhiều các hoạt động băng gốc đã được thực hiện bằng các DSP hay FPGA khả lập trình vì thế cĩ thể coi tính năng này hồn tồn khả thi trong các MST Hình 2.15 cho thấy sơ đồ logic của tồn bộ MST với sự nhấn mạnh các khái niệm xử lý băng gốc.
Hình 2.15. Kiến trúc của một MST linh hoạt
MST được chia thành năm phần chính:
Phần RF (đầu vơ tuyến) chứa anten đa băng, PA (Power Amplifier: bộ khuếch đại cơng suất) và LNA (Low Noise Amplifier: bộ khuếch đại tạp âm nhỏ), DAC (bộ biến đổi số vào tương tự) và ADC (bộ biến đổi tương tự vào số). Quá trình điều chế và giải điều chế được chia thành các phần số và tương tự. Phần xử lý tín hiệu băng gốc bao gồm các hoạt động đồng bộ với ước tính
kênh, cân bằng kênh, đan xen và mã hĩa kênh kiểm sốt lỗi Điều chế, đan xen và mã hĩa kênh được thể hiện như là các hộp cơng cụ để nhấn mạnh tính chất linh hoạt của chế độ truyền dẫn MST Tính tốn số đo thích ứng để đánh giá tiêu chuẩn thích ứng động của chế độ truyền dẫn MST.
Phần ứng dụng đa phương tiện bao gồm mã hĩa và giải mã nguồn, chẳng hạn MPEG4.
Phần quản lý và điều khiển điều khiển tồn bộ hoạt động của MST và chịu trách nhiêm cho lập lại cấu hình phần mềm của MST. Phần này cũng thực hiện tất cả các giao thức báo hiệu cần thiết cho hoạt động của MST.
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 56
CHƢƠNG 3: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY NHẬP VÀ TRẠM GỐC MỚI
Sự thay đổi cấu trúc trong các thiết bị thu phát vơ tuyến dẫn đến các xu thế phát triển mới trong cơ sở hạ tầng cung cấp dịch vụ. Phần này trình bày kiến trúc mạng truy nhập và trạm gốc mới với sự tồn tại của cả phần số và phần vơ tuyến, việc lắp đặt trên tháp anten và sự khách sạn hĩa (hotelling) BTS trong việc triển khai mạng
3.1 Tách riêng phần số và phần vơ tuyến
Trong một trạm gốc thơng thường, các phần băng gốc và RF của máy thu thường được đặt gần nhau, và trong nhiều trường hợp, chúng được bố trí trong cùng một hộp. Sự xuất hiện các giao diện chuẩn OBSAI (Sáng kiến cấu trúc trạm gốc mở) và CPRI (Giao diện vơ tuyến cơng cộng chung) cùng với các máy phát thu RF đầu vào số dẫn đến khơng cần đặt các phần số và vơ tuyến gần nhau. CPRI đưa ra một giao diện mơ-đun RF tiêu chuẩn xen kẽ nhau. Tương tự như CPRI, OBSAI định nghĩa các giao diện mở tại nhiều điểm tham chiếu trong kiến trúc trạm gốc, với 3 điểm tham chiếu (RP3) tương ứng với đầu cuối RF tới giao diện xử lý băng gốc (hình 3.1).
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 57 RP3 OBSAI xác định rõ các giao diện giữa mơ-đun băng gốc và mơ-đun RF. Tiêu chuẩn cho phép tối đa là 9 cặp liên kết theo một hướng duy nhất cho mỗi băng gốc và mơ-đun RF. Đối với một BTS điển hình, các liên kết này cĩ thể được kết nối trong một cấu hình mạng lưới hoặc kết hợp và phân phối tập trung (C/D). Cấu trúc C/D phù hợp hơn đối với một BTS lớn, do cĩ thể quản lý một cách dễ dàng hơn so với cấu trúc lưới. Đối với các bộ RF đặt xa (RRU), OBSAI cũng định nghĩa phần mở rộng của RP3 với RP3- Nĩ chỉ định giao thức giao diện RP3 cho RRU. Hình 3.2 cho thấy kiến trúc tham chiếu của một BTS với các RRU. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy, về nguyên lý, cĩ thể đặt phần băng gốc đứng riêng, vì phần phát thu RF đơn giản chỉ là một thiết bị xử lý tuyến tính cĩ nhiện vụ phát đi và tái tạo lại tín hiệu đầu vào được trình bày trong dạng số. Do đĩ cĩ thể đặt tách biệt phần băng gốc và phần RF tại các vị trí vật lý cách xa nhau bất kỳ nếu sử dụng mơi trường truyền tải quang giữa hai phần này Vì thế máy thu phát vơ tuyến cĩ thể được lắp đặt tại vị trí thuận tiện gần anten, chẳng hạn trên tường tịa nhà hay trên đỉnh cột anten để giảm yêu cầu về cơng suất phát và giảm cả giá thành vận hành cũng như tìm kiếm vị trí đặt máy
Hình 3.2. Kiến trúc RRU trong OBSAI
Một thí dụ về giải pháp này là cĩ thể sử dụng một vị trí duy nhất để chứa tất cả các phần số và phần cứng giao diện mạng cho nhiều site trạm gốc để phủ một tịa nhà lớn (chẳng hạn một trung tâm thương mại hay một sân bay) Các site trạm gốc khi này chỉ đơn thuần bao gồm một số phần RF (hay cịn gọi là RRH: Remote RF Head - đầu vơ tuyến đặt xa – tương tự RRU) Trong đĩ mỗi RRH gồm một hộp đen RF và anten Các RRH chứa đầu vào quang hay số, máy phát RF và đầu vào RF, máy thu cĩ đầu ra số (hay quang) cùng với bộ lọc song cơng và nguồn nuơi tại chỗ (DC hay điện lưới). Các bộ phận cịn lại của BTS cĩ thể dễ dàng được đặt trong khơng
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 58 gian tầng hầm với chi phí thấp hơn, sử dụng kết nối quang để truyền dữ liệu. Cách tiếp cận này cĩ một số lợi ích so với phương pháp tiếp cận truyền thống gắn kết các bộ khuếch đại trong tủ BTS, vì nĩ giúp loại bỏ thiệt hại cáp RF năng lượng cao.
Hình 3.3. Kiến trúc BTS với sự tách biệt phần RF và phần số
3.2 Lắp đặt trên tháp anten
Một cấu hình mới thứ hai là lắp đặt máy thu phát RF trực tiếp trên tháp chứa các anten phát và thu (hình 3.4).
Hình 3.4. Sử dụng các hộp đen vơ tuyến hay RRH lắp đặt trên tháp anten: (a) hộp máy trạm gốc đặt tại chân tháp, (b) kiến trúc hub trạm gốc trung tâm.
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 59 Hiện nay các lắp đặt kiểu này khá phổ biến cho các mạng di động G và G Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích so với phương pháp truyền thống khi lắp đặt các bộ khuếch đại ngay trong tủ máy đặt trong phịng máy hay trong các cabin tại chân anten, vì nĩ cho phép loại bỏ được tổn hao của cáp vơ tuyến. Tổn hao cáp vơ tuyến cĩ thể bằng 3dB (một nửa cơng suất của PA) Điều này cĩ thể dẫn đến hiệu quả tăng gấp đơi cơng suất PA (dựa trên dịng DC đầu vào tới PA so với truyền RF từ anten).
Tuy nhiên giải pháp nĩi trên cũng gặp phải một số vấn đề cần lưu ý:
1. Bảo dưỡng. Sự cố của khối đặt trên đỉnh tháp sẽ dấn đến việc tốn kém khi sửa chữa hoặc thay thế. Bù lại, cáp quang cĩ thể giải quyết được vấn đề sự cố của cáp RF cơng suất lớn, chẳng hạn như khi gặp trời mưa,… Nhìn chung, các khối ngồi trời cần cĩ độ tin cậy cao để hệ thống hoạt động thơng suốt.
2. Trọng lượng. Lắp ráp nhiều máy thu phát RF cơng suất cao trên đỉnh tháp anten sẽ tăng đáng kể trọng tải và cĩ thể phải nâng cấp hay thay thế tháp anten và điều này làm tăng giá thành lắp đặt Tuy nhiên, trọng lượng của cáp quang nối đến các RRH cũng gảm đáng kể so với cáp đồng trục Vì thế vấn đề trọng lượng cũng cần xem xét kỹ lưỡng.
3. Trễ. Nếu sử dụng mạng số liệu cơng cộng hay một số lượng đáng kể các router hoặc chuyển mạch để phân phối các tín hiệu số, thì cĩ thể dẫn đến một lượng trễ đáng kể đưa thêm vào ơ Điều này sẽ làm giảm bán kính cực đại của ơ và tồn bộ vùng phủ của nĩ Vì thế cần xem xét trễ khi sử dụng các mạng cơng cộng cho các ứng dụng trạm gốc phân bố. Nếu khơng sử dụng mạng cơng cộng (hay số lượng lớn các router/chuyển mạch), thì thường cĩ thể nhận được một bán kính ơ chấp nhận được cho tất cả các hệ thống giao diện vơ tuyến ngay cả khi phải truyền dẫn hàng chục km.
3.3 Khách sạn hĩa BTS
3.3.1 Mở đầu
Khái niệm khách sạn hĩa BTS được minh họa trên hình 3.4b (khách sạn hĩa hay tiếng Anh hotelling là khái niệm để nĩi lên rằng một phần thiết bị trạm gốc sẽ được đặt tại các vị bên ngồi site trạm gốc để cho thuận tiện và giá thuê rẻ) Đây là một sáng kiến mới trong triển khai mạng, trong đĩ phần lớn các phần tử của một BTS truyền thống được đặt tại một vị trí trung tâm (hub) Hub cĩ thể được đặt tại một vị trí thuận tiện, giá rẻ chẳng hạn trong tầng hầm của một tịa nhà trong thành phổ hay
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 60 trong sân của một nhà máy ngồi thành phổ. Nhờ vậy site của ơ chỉ cần chứa một khối lượng tối thiểu các phần tử.
Tất cả các phần tử mạng, các phần tử giao tiếp,…, cũng như tạo tín hiệu băng gốc, điều chế, giải điều chế, mã hĩa và các chức năng tạo khung đều được đăt tại hub trạm gốc trung tâm Hub giao diện trực tiếp đến mạng viễn thơng liên quan và lấy ra tất cả các cuộc gọi từ mạng này Nĩ cũng tạo ra và thu lại các mẫu số liệu cần thiết cho phát và thu từ RRH (đầu vơ tuyến đặt xa) Vì thế hub giống như đầu não của trạm gốc và cần phải thực hiện các biện pháp cần thiết để đảm bảo liên tục hoạt động của nĩ (chằng hạn: cĩ đội ngũ nhân viên cố định để bảo dưỡng, sử dụng dự phịng N+1 với chuyển mạch tự động …) Trong trường hợp các quy trình kỹ thuật khác nhau ở nhiều nơi địi hỏi tài nguyên cùng loại hoặc tương tự nhau, sự tập trung cứng và phần mềm cĩ sẵn trong cùng một chỗ đem đến các lợi ích về sự thuận tiện và tối đa hĩa hiệu quả sử dụng tài nguyên. Nếu trang bị như vậy cho một site trạm gốc đơn lẻ là khơng kinh tế, thì điều này hồn tồn hợp lý đồi với một hub khách sạn hĩa BTS lớn.
3.3.2 Đầu vơ tuyến đặt xa (RRH)
Các phần tử của một đầu vơ tuyến đặt xa RRH (hay hộp đen trên hình 3.4) giống như các phần tử được thể hiện trên hình 2.12 và đã được trình bày trong phần 2.3.1.2 Điểm khác cơ bản ở đây là một giao diện số được bổ sung để hỗ trợ khoảng cách truyền dẫn xa hơn so với yêu cầu của một ứng dụng trạm gốc thơng thường. Giao diện này thường là quang để truyền được xa hơn (xem hình 3.5), tuy nhiên cũng cĩ thể sử dụng cáp đơi dây xoắn (CAT ) hay cáp đồng trục cho các ứng dụng trong tịa nhà hoặc ngồi trời cĩ khoảng cách ngắn hơn
Hình 3.5. Các phần tử của RRH (hộp đen vơ tuyến)
SVTH: Nguyễn Quang Huy – D08VT1 Trang 61 Khách sạn hĩa BTS đã được triển khai phổ biến trong các mạng G và G Cơng nghệ này đem lại các lợi ích đang kể sau đây:
1. Đơn giản hĩa bảo dưỡng và nâng cấp Vì phần lớn thiết bị trạm gốc cho nhiều site sẽ được đặt trong một vị trí, nên chỉ cần một lần đến bảo dưỡng là đủ cho tất cả các site này
2. Giảm (hoặc loại bỏ hẳn) các cabin hoặc nhà trạm cho trạm gốc Ngồi chi phí đầu tư và bảo dưỡng các hạ tầng này, chúng cịn tăng thêm khĩ khăn cho quy hoạch do tạp âm âm thanh của các hệ thống điều hịa khơng khí (chưa kể đến