3G và thiết bị phát sóng - NodeB

ác 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. Mạng lõi Mạng lõi – Core Network (CN) được chia thành ba phần, miền PS – chuyển mạch gói, miền CS – chuyển mạch kênh và HE – môi trường nhà. 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 lõi được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP. Mạng đường trục trong miền chuyển mạch kênh sử dụng TDM còn trong miền chuyển mạch gói sử dụng IP. SGSN SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ dịch vụ GPRS) là nút chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối chuyển mạch gói của tất cả các thuê bao. Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao. Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm: IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế). Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói). Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: giao thức số liệu gói). Số liệu vị trí lưu trên SGSN: Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area). Số VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú). Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực. GGSN GGSN (Gateway GPRS Support Node: nút hỗ trợ cổng GPRS) là một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí. Số liệu thuê bao lưu trong GGSN: IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế). Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói). Số liệu vị trí lưu trong GGSN: Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến. GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến cổng biên giới – Border Gateway (BG) thông qua Gp. BG BG (Border Gateway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền chuyển mạch gói của mạng di động đất liền công cộng PLMN với các mạng khác. Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet, để đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài. Bộ ghi định vị tạm trú VLR 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. Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng. Số liệu sau đây được lưu trong VLR: IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế). MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao di động có trong danh bạ điện thoại). TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity: số hiệu nhận dạng trạm di động tạm thời), nếu có. LA (Location Area: vùng định vị) hiện thời của thuê bao. MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến. Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp. Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC. Trung tâm chuyển mạch di động MSC MSC (Mobile Switching Centre: trung tâm chuyển mạch di động) thực hiện các kết nối chuyển mạch kênh giữa đầu cuối và mạng. Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình. Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn. Các kết nối chuyển mạch kênh được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC. Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC. Cổng trung tâm chuyển mạch di động GMSC GMSC (Gateway Mobile Switching Centre: cổng trung tâm chuyển mạch di động), có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có trạm di động (Mobile Station – MS). 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. Môi trường nhà HE Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác. 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. Tất cả các dịch vụ được cung cấp và các dịch vụ bị cấm đều được liệt kê ở đây. Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR (Home Location Register: bộ ghi định vị thường trú) là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động. Một mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng. Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói). Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy nhập đến các thông tin được lưu khác. Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, bộ ghi định vị thường trú (HLR) còn lưu giữ thông tin về nút hỗ trợ dịch vụ (SGSN) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao. Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng. Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và Trung tâm nhận thực (AuC) là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùng một nút vật lý. HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao, như thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối, thông tin chuyển hướng cuộc gọi. Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng. Trung tâm nhận thực AuC AUC (Authentication Center: trung tâm nhận thực) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên kết với bộ ghi định vị thường trú và được thực hiện cùng với bộ ghi định vị thường trú trong cùng một nút vật lý. Tuy nhiên cần đảm bảo rằng trung tâm nhận thực chỉ cung cấp thông tin về các vector nhận thực (AV: Authetication Vector) cho bộ ghi định vị thường trú. Trung tâm nhận thực lưu giữ khóa bí mật chia sẻ Key cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 đến f5. Nó tạo ra các vector nhận thực, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các vector nhận thực dự trữ. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR EIR (Equipment Identity Register: bộ ghi nhận dạng thiết bị) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity). Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mục trắng, danh mục xám và danh mục đen. Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng. Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng. Khi một đầu cuối được thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng. Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn. Các mạng ngoài Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. 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. Miền chuyển mạch gói (PS) kết nối đến các mạng số liệu còn miền chuyển mạch kênh (CS) kết nối đến các mạng điện thoại. Các giao diện Vai trò các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diện khác nhau. Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ. Giao diện Cu. Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh. Trong thiết bị người sử dụng (UE) đây là giao diện kết nối giữa USIM và UE. Giao diện Uu. Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của W-CDMA trong UMTS. Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng. Giao diện này nằm giữa NodeB và đầu cuối (TE). Giao diện Iu. Giao diện Iu kết nối UTRAN và mạng lõi (CN). Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh. Mạng lõi có thể kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập mạng lõi. Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu được thiết kế để đảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau: Di động giữa các RNC. Lưu thông kênh riêng. Lưu thông kênh chung. Quản lý tài nguyên toàn cục. Giao diện Iub. Giao diện Iub nối NodeB và RNC. Khác với trong GSM, đây là giao diện mở. Kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R4 Hình 2.7 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào. Về căn bản, MSC được chia thành MSC Server và cổng phương tiện (MGW: Media Gateway). MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server. Hình 2.7. Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server. Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên giao thức Internet (IP). Từ hình 2.7 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP. Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) chẳng hạn, sẽ có một cổng phương tiện (MGW) khác được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC Server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói PCM (Pulse Code Modulation: điều xung mã) tiêu chuẩn để đưa đến mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này. Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 Kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64 Kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau. Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này được ITU (International Telecommunication Union: hiệp hội viễn thông quốc tế) và IETF (Internet Engineering Task Force: nhóm đặc trách kĩ thuật Internet) cộng tác phát triển. Nó có tên là điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ. 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) được xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU. Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server. Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư. Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A. 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. Từ hình 2.7 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 (SS7). Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS. Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thông qua việc sử dụng các cổng phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các mạng báo hiệu số 7 (SS7) tiêu chuẩn. Giao diện này được thực hiện thông qua cổng báo hiệu số 7 (SS7 GW). Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin báo hiệu số 7 trên đường truyền tải báo hiệu số 7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng báo hiệu số 7 trên mạng gói (IP chẳng hạn). Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng báo hiệu số 7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin báo hiệu số 7 ở mạng IP. Bộ giao thức này được gọi là Sigtran. Kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R5 và R6 Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện IP (hình 2.8). Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu. Hình 2.8. Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP. Từ hình 2.8 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng. 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). Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP (All-IP) là thiết bị của người sử dụng được tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở thiết bị người sử dụng (UE). Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tác nhân của người sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều. Phương tiện điều khiển vị trí trung tâm – Central Site Control Facility (CSCF) quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như phiên dịch và định tuyến. CSCF hoạt động như một đại diện Server /hộ tịch viên. SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4. Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn). Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các bộ định tuyến (Router) kết nối trực tiếp với chúng. Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF – Multimedia Reserves Function) là chức năng lập cầu hội nghị được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị. Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW – Transport Signalling Gateway) là một cổng báo hiệu số 7 để đảm bảo tương tác báo hiệu số 7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN. Cổng báo hiệu truyền tải hỗ trợ các giao thức Sigtran. Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW – Roaming Signalling Gateway) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng báo hiệu số 7 tiêu chuẩn. Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng. MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện. MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4. MGW được điều khiển bởi Chức năng cổng điều khiển phương tiện (MGCF – Media Fateway Control Function). Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248. Chức năng cổng điều khiển phương tiện (MGCF) cũng liên lạc với phương tiện điều khiển vị trí trung tâm (CSCF). Giao thức được chọn cho giao diện này là giao thức khởi đầu phiên (SIP). Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4. Điều này cho phép chuyển đồi dần dần từ các phiên bản R3 và R4 sang R5. Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền chuyển mạch kênh, một số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS (Information Management System: hệ thống quản lý thông tin) . Cấu hình lai ghép được thể hiện trên hình 2.9. Hình 2.9. Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 Chương III. Các qui tắc thiết kế mạng vô tuyến 3G Các quy tắc thiết kế mạng vô tuyến 3G : Vùng phủ sóng yêu cầu: Căn cứ vào dự báo phân bổ số lượng thuê bao 3G phát triển, số lượng thuê bao cho các tỉnh/thành phố miền Bắc mạng MobiFone được chia thành bốn hình thái phủ sóng: vùng mật độ dân cư đô thị dày đặc (dense urban), vùng đô thị (urban), vùng đô thị ngoại vi (suburban) và vùng nông thôn ngoại thành (rural). Bảng 3.1. Phân vùng hình thái phủ sóng cho các tỉnh / thành phố Thành phố Đô thị tập trung dân cư Đô thị Ngoại vi Nông thôn Hà Nội 40% 30% 20% 10% Hải Phòng 0% 70% 20% 10% Các tỉnh/thành phố khác 0% 10% 20% 70% Với giả thiết là chỉ Hà Nội là nơi có hình thái mật độ dân cư dày đặc, với các khu đô thị và Trung tâm thương mại, có số lượng nhà cao tầng liền kề nhau nhiều, các tỉnh/thành phố khác chỉ có ba hình thái dân cư như bảng trên. Các trạm NodeB được trang bị trong dự án này dự kiến phân bổ tại các vị trí thuộc tất cả các hình thái của Hà Nội, khu vực đô thị và ngoại vi của Hải Phòng, khu vực đô thị của các tỉnh/thành phố còn lại. Vùng phủ sóng yêu cầu Trên cơ sở nghiên cứu bản đồ số, bao gồm phân bố dân cư, phân chia vùng đô thị tập trung dân cư, đô thị, ngoại vi và nông thôn. Bốn hình thái môi trường phủ sóng được định nghĩa như trên để phục vụ cho thiết kế, vùng phủ sóng yêu cầu cho mỗi tỉnh/thành phố được ước lượng như sau: Bảng 3.2. Diện tích phủ sóng theo các hình thái môi trường TT Tỉnh, Thành Phố Diện tích (km.²) Vùng phủ sóng yêu cầu Đô thị tập trung Đô thị Ngoại vi Nông thôn 1 Bắc Giang 3,817 381,7 763,4 2671,9 2 Bắc Kạn 4,796 479,6 959,2 3357,2 3 Bắc Ninh 797 79,7 159,4 557,9 4 Cao Bằng 8,445 844,5 1689 5911,5 5 Điện Biên 9,554 955,4 1910,8 6687,8 6 Hà Giang 7,831 783,1 1566,2 5481,7 7 Hà Nam 827 82,7 165,4 578,9 8 Hà Nội 921 368,4 276,3 184,2 92,1 9 Hà Tây 2,147 214,7 429,4 1502,9 10 Hà Tĩnh 6,054 605,4 1210,8 4237,8 11 Hải Dương 1,661 166,1 332,2 1162,7 12 Hải Phòng 1,504 1052,8 300,8 150,4 13 Hòa Bình 4,612 461,2 922,4 3228,4 14 Hưng Yên 895 895 179 626,5 15 Lai Châu 9,065 906,5 1813 6345,5 16 Lạng Sơn 8,187 818,7 1637,4 5730,9 17 Lào Cai 8,050 805 1610 5635 18 Nam Định 1,669 166,9 333,8 1168,3 19 Nghệ An 16,381 1638,1 3276,2 11466,7 20 Ninh Bình 1,388 138,8 277,6 971,6 21 Phú Thọ 3,465 346,5 693 2425,5 22 Quảng Ninh 5,939 4157,3 1187,8 593,9 23 Sơn La 14,210 1421 2842 9947 24 Thái Bình 1,509 150,9 301,8 1056,3 25 Thái Nguyên 3,541 354,1 708,2 2478,7 26 Thanh Hóa 11,168 1116,8 2233,6 7817,6 27 Tuyên Quang 5,801 580,1 1160,2 4060,7 28 Vĩnh Phúc 1,371 137,1 274,2 959,7 29 Yên Bái 6,808 680,8 1361,6 4765,6 (Số liệu trong bảng được cập nhật vào cuối năm 2009 bởi công ty VMS MobiFone.) Kế hoạch phủ sóng W-CDMA Lưu đồ thiết kế vùng phủ sóng mạng W-CDMA như sau: Hình 3.1. Lưu đồ thiết kế vùng phủ sóng W-CDMA Xác định số lượng NodeB yêu cầu để đáp ứng vùng phủ sóng theo thủ tục như sau: Xác định các thông số thiết kế quỹ đường truyền và tính toán quỹ đường truyền link budget. Xác định suy hao lớn nhất cho phép từ quỹ đường truyền. Sử dụng mô hình truyền sóng thích hợp, sẽ tính toán được bán kính phủ sóng và vùng phủ của NodeB. Ước lượng số NodeB yêu cầu bằng cách chia vùng phủ sóng cho vùng phủ của một NodeB. Tuy nhiên điều này cũng chỉ là tham khảo, cần khảo sát chi tiết hơn tại hiện trường. Các thông số tính toán quỹ đường truyền Phủ sóng liên tục các dịch vụ Có sáu loại dịch vụ cần được tính toán trong thiết kế, đó là dịch vụ thoại (AMR 12,2), Video call service (CS64), data service (PS64, PS128, PS384, HSDPA). Vùng phủ dịch vụ liên tục là dịch vụ tối thiểu cần được cung cấp trong một môi trường phủ sóng. Yêu cầu dịch vụ là khác nhau cho mỗi môi trường phủ sóng (đô thị tập trung dân cư, đô thị, ngoại vi, nông thôn). Vùng phủ cho đô thị tập trung dân cư có yêu cầu cao nhất, tiếp đến là vùng đô thị, ngoại vi, và nông thôn. Vì vậy phủ sóng dịch vụ liên tục là khác nhau cho mỗi hình thái môi trường. Bảng 3.3. Liệt kê vùng phủ liên tục được sử dụng cho thiết kế mạng Hình thái môi trường (Morphology) Phủ sóng dịch vụ liên tục Đường lên Đường xuống Đô thị tập trung PS128/HSDPA PS384/HSDPA Đô thị PS128 PS384 Ngoại vi PS64 PS128 Nông thôn PS64/AMR12.2 PS64/AMR12.2 Vấn đề về dung sai nhiễu (Interference margin) và tải của cell (cell loading) Mạng W-CDMA là mạng tự gây nhiễu. Vì vậy, quan trọng là cần xét độ dự trữ nhiễu cho phép khi chuẩn bị quỹ đường truyền bởi vì tải của cell sẽ ảnh hưởng lớn bởi vùng phủ. Tải cao được phép trong hệ thống, sẽ yêu cầu độ dự trữ nhiễu nhiều hơn. Thực tế điều này là làm giảm vùng phủ sóng. Bảng 3.4. Tỷ lệ sử dụng tải của cell trong thiết kế mạng Tải của cell (cell loading) Đường lên Đường xuống 50% 75% Khả năng phủ sóng 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. Bảng 3.5. Vùng phủ mong muốn được sử dụng trong thiết kế mạng Hình thái Xác suất bao phủ Đô thị tập trung dân cư 95% Đô thị 95% Ngoại vi 92% Nông thôn 90% Suy hao thâm nhập Suy hao thâm nhập là sự thăng giáng của mức tín hiệu khi thuê bao đi qua một nhà cao tầng. Để đảm bảo phủ sóng trong nhà, một mức dự trữ cho suy hao thâm nhập cần tính toán trong bảng quỹ đường truyền. Bảng 3.6. Suy hao thâm nhập cho mỗi hình thái môi trường Hình thái Suy hao thâm nhập (dB) Đô thị tập trung dân cư 19 Đô thị 15 Ngoại vi 12 Nông thôn 10 Lựa chọn anten Bảng 3.7. Hệ số khuyếch đại và độ cao ăng ten được lựa chọn Hình thái Độ tăng ích (dBi) Chiều cao antenna (m) Đô thị tập trung dân cư 18 30 Đô thị 18 30 Ngoại vi 18 40 Nông thôn 18 45 Quỹ đường truyền vô tuyến đường lên – Uplink Radio Link Budget Để tính toán quỹ đường truyền cho đường lên, công thức sau được sử dụng để tính toán suy hao đường truyền (path loss) : Suy hao đường truyền lớn nhất cho phép = UE EiRP – độ nhạy máy thu – độ dự trữ fading + hệ số gain handover – suy hao thâm nhập – suy hao feeder Trong đó : UE EiRP (dbm) = UE TR Power (dBm) – body loss (dB) + Gain của UE Tx antenna (dbi) + độ nhạy máy thu của node B (dBm) = -174 (dBm/Hz) + NF (dB0 + 10log (3.84 Mhz/1hz) + Eb/no (dB) -10 log(3.84 Mhz/rb(kHz)) + NR = -174 (dBm/Hz) + NF(dB0 + 10 log(1000*Rb(khz) + Eb/No (dB) + NR NR = noise rise = 10 log(1/(1 – cell loading)) Quỹ đường truyền vô tuyến đường xuống – Downlink radio Link budget Tính toán quỹ đường truyền hướng đường xuống, sử dụng công thức tính suy hao đường truyền sau: 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 Trong đó : BS EiRP (dbm) = BS TR Power (dBm) – cable loss (dB) + Gain của BS Tx antenna (dbi) + độ nhạy máy thu của node B (dBm) = -174 (dBm/Hz) + NF (dB0 + 10log (3.84 Mhz/1hz) + Eb/no (dB) -10 log(3.84 Mhz/rb(kHz)) + NR = -174 (dBm/Hz) + NF(dB0 + 10 log(1000*Rb(khz) + Eb/No (dB) + NR NR = noise rise = 10 log(1/(1 – cell loading)). Kết quả tính toán link budget Bảng 3.8. Trích lược kết quả tính toán quỹ đường truyền cho các môi trường truyền sóng tại các tỉnh / thành phố (Dữ liệu cập nhật cuối năm 2009 theo công ty VMS MobiFone.) Dự báo vùng phủ của site Mobifone sẽ sử dụng các NodeB với ba sector để lắp đặt cho các tỉnh/thành phố với lý do: Ăng ten sector có búp sóng tính hướng cao hơn, do đó phủ sóng sâu và rộng hơn. Giảm can nhiễu. Dễ thiết kế thông số và kiểm soát vùng phủ tốt hơn. Dạng phủ của cell được giả thiết là các hình lục giác, R là bán kính của cell và D là khoảng cách giữa hai node B. Vùng phủ sóng, diện tích phủ sóng của mỗi NodeB với ba sector được tính toán theo công thức sau: S = 1.949 x R x R Trên cơ sở bán kính của cell được tính toán từ quỹ đường truyền theo bảng dưới đây, vùng phủ của site sẽ được xác định như sau: Bảng 3.9. Kết quả tính toán bán kính cell và vùng phủ của site Đô thị tập trung Đô thị Ngoại vi Nông thôn Bán kính cell (km) 0,35 1,01 3,18 5,4 Vùng phủ của site (km2) 0,24 1,99 19,7 56 Mô hình lưu lượng Mô hình lưu lượng mạng Trên cơ sở kinh nghiệm của VMS về lưu lượng mạng hiện tại, giả thiết về mô hình lưu lượng. Bảng dưới đây chỉ ra trung bình giờ bận của thoại, dữ liệu cho một thuê bao khi sử dụng các dịch vụ chính của mạng 3G như sau : Bảng 3.10. Giả thiết về mô hình lưu lượng (traffic model) Loại hình dịch vụ Kiểu dịch vụ Loại tài nguyên được cấp phát (UL:DL) Tỉ lệ thâm nhập Tốc độ mang đường lên (Kbps) Tốc độ mang đường xuống (Kbps) Cường độ (mErl) UL Vol. (Kbit) DL Vol. (Kbit) CS Voice DCH:DCH 100% 12,2 12,2 25,0 - - CS Video telephony DCH:DCH 100% 64 64 2,0 - - PS E-mail DCH:DCH 100% 64 64 - 96 384 PS Audio/video streaming DCH:DCH 100% 64 128 - 80 320 PS video streaming DCH:DCH 100% 64 384 - 80 320 PS Mobile office Internet /e-commerce DCH:HSDPA 20% 64 500 - 100 600 Tổng lưu lượng cho một thuê bao là 1456 kbit UL và 2208 kbit DL. Bảng 3.11. Bảng quan hệ giữa kênh RAB và các dịch vụ điển hình Class Application Type UL Rate DL Rate Interactive Basic browsing PS 64 64 Interactive Mobile office internet PS 64 128 Interactive Info Service & E-Commerce & MMS PS 32 32 Background E-mail PS 64 64 Streaming Video Streaming PS 64 128 PS 16 128 Streaming Audio Streaming PS 64 64 PS 16 64 Conversational Video Telephony CS data CS 64 64 Conversational Speech CS 12,2 12,2 Background Enriched MMS (Photo & Video) PS 128 128 Streaming Streaming "High Quality" PS 64 384 Streaming Live TV PS 64 128 PS 16 128 Định cỡ số lượng kênh nguyên tố - channel elemnent (CE) Nguyên tắc thiết kế kênh nguyên tố (CE) 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). Các giả thiết như sau : CE dùng chia sẻ chung trong một NodeB. Không cần bổ sung CE cho kênh CCH (channel-check handler – bộ điều khiển kiểm tra kênh). Không cần thêm CE cho TX diversity. Không cần CE thêm cho mục đích chuyển giao mềm hơn. HSDPA không chiếm nguồn kênh của R99 CE. HSUPA chia sẻ nguồn CE với R99. Các thông số cần xem xét khi tính toán số lượng CE: Bảng 3.12. Các thông số cần xem xét khi tính toán số CE Thông số CE Giá trị Truyền lại 1% SHO trên mặt đất 30% Blocking Probability CS 64 2% Blocking Probability Speech 2% Thủ tục để tính toán số lượng channel element như sau: Hình 3.2. Thủ tục tính toán số lượng kênh Tùy từng nhà cung cấp thiết bị, số lượng ấn định kênh channel element cho từng loại dịch vụ theo bảng điển hình như sau: Bảng 3.13. Thiết kế số lượng CE cho các dịch vụ Dịch vụ CE đường lên CE đường xuống Speech 1 1 CS 64 4 2 PS 64/64 4 2 PS 64/128 4 4 PS 64/384 4 8 HSDPA 64UL 4 * HSDPA 384UL 16 * Tài nguyên băng gốc HSDPA đường xuống được xác định thông qua số code. Số lượng channel element để đáp ứng số lượng thuê bao Trên cơ sở phương pháp luận định cỡ mạng ở trên, số lượng thuê bao, và cấu hình CE yêu cầu cho mỗi site cho mỗi hình thái môi trường được dự kiến như sau: Bảng 3.14. Số thuê bao / NodeB và số CE yêu cầu Đô thị tập trung Đô thị Ngoại vi Nông thôn Số thuê bao/NodeB 795 906 807 2184 CEs (đường lên) 71 60 43 84 CEs (đường xuống) 132 115 74 228 Tổng số CE/NodeB 205 175 117 312 Các chỉ số chất lượng của mạng 3G cần đạt được Bảng 3.15. Các chỉ số chất lượng Chỉ tiêu Dịch vụ Phương pháp đo đạc KPI Tỷ lệ rớt cuộc gọi chuyển mạch kênh Voice AMR 12,2 Bản đồ thông kê RNC (get from OMC) ≤ 1,5% VideoPhone ≤ 2% Tỷ lệ rớt cuộc gọi chuyển mạch gói R99 PS ≤ 2% HSDPA Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công Voice AMR 12,2 Bản đồ thông kê RNC (get from OMC) ≥ 98% VideoPhone ≥ 98% R99 PS ≥ 98% HSPA ≥ 98% Tỷ lệ chuyển giao thành công (2G/3G) Voice Bản đồ thông kê RNC (get from OMC) ≥ 90% PS ≥ 90% MOS Dụng cụ đo thoại ≥ 3 PHẦN 2. TRẠM PHÁT SÓNG 3G – NODE B Chương IV. Cấu trúc và chức năng các thành phần NodeB Giới thiệu chung về NodeB Hình 4.1. Mô hình NodeB Hình 4.1 mô tả tổng quát cấu trúc của một NodeB. Thành phần chính bao gồm tủ phát sóng RBS (tập trung hoặc phân tán) và ăng ten phát được đặt trên cột. Ngoài ra trạm còn có các bộ phận phụ khác như nguồn, ắc qui, truyền dẫn, chống sét, báo động, điều chỉnh nhiệt độ, … Các bộ phận được lắp đặt với nhau như trên hình vẽ. Sau đây ta đi sâu hơn vào hai bộ phận chính là antena và đặc biệt là tủ RBS. Ăng ten Có thể sử dụng nhiều loại ăng ten cho trạm phát sóng 3G, như là ăng ten của các hãng Kathrein, Andrew, RFS, Agisson (Huawei) – đây là các loại ăng ten được Viettel Telecom sử dụng cho các trạm phát sóng 3G của họ. Trong mục này chúng ta không đi sâu vào chi tiết cấu tạo ăng ten mà chỉ đi vào tìm hiểu những vấn đề chung nhất liên quan đến đề tài. Trạm phát thường phát ba cell nên mỗi cột phát sóng sẽ có ba ăng ten được chỉnh tilt và azimuth (góc ngẩng và góc phương vị) sao cho khả năng phủ sóng là tốt nhất. Hình 4.2. Ảnh chụp ăng ten trên cột Hình 4.2 cho thấy hình ảnh ăng ten trên cột (ăng ten nhỏ hơn phát sóng 3G với tần số 2GHz, ăng ten lớn hơn phát sóng 2G tần số 900MHz), gồm ba ăng ten tương ứng với ba cell được chỉnh tilt (góc ngẩng) và azimuth (góc phương vị) phù hợp với yêu cầu phát sóng của trạm. Mỗi ăng ten được nối với một khối điều khiển thu phát vô tuyến RRU, và sẽ phát theo tín hiệu điều khiển của khối này. Các ăng ten phát sóng 3G cũng có thể dùng để phát sóng GSM (2G) ở tần số 1800 MHz. Tủ phát sóng RBS Tủ phát sóng 3G RBS là thiết bị được sử dụng lắp đặt tại các nhà trạm để thu và phát sóng 3G. Đây là thiết bị của Ericsson được nhà khai thác mạng Viettel sử dụng cho dịch vụ của mình. Trong quá trình thực tập tại công ty em đã được tìm hiểu chủ yếu về loại tủ phân tán RBS 3418, do đó em xin phép chỉ giới thiệu sơ qua về loại tủ tập trung RBS 3206. Tủ tập trung RBS 3206 Tủ RBS 3206 là loại tủ tập trung bao gồm hai bộ phận chính là Main Unit (MU) và các khối điều khiển vô tuyến Remote Radio Unit (RRU) được lắp đặt gần nhau trong môi trường trong nhà (in door). Chúng được nối với nhau bằng các sợi cáp quang để truyền dẫn thông tin. Hình 4.3. Kiến trúc phần cứng của RBS 3206 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. Thông thường trạm phát ba cell và chỉ sử dụng đến ba RRUs. Về nguyên lý hoạt động cũng như các thành phần của hai loại tủ này là khá giống nhau. Tủ tập trung RBS 3206 có MU và RRUs được lắp trong cùng một tủ nên có độ an toàn cao hơn trong khi tủ phân tán RBS 3418 chỉ có MU được đặt trong tủ còn RRUs được treo ngoài cột. Về tính năng RBS 3206 cũng đa dạng và linh hoạt hơn nhiều so cới RBS 3418. Về giá cả RBS 3206 cũng đắt hơn RBS 3418 khá nhiều. Đó là lý do chính mà chúng ta sử dụng tủ phân tán nhiều, tủ tập trung chỉ sử dụng ở một số ít nơi cần thiết. Kiến trúc phần cứng Vị trí lắp đặt các khối Hình 4.4. Các khối lắp đặt trong nhà (nguồn và MU) Hình 4.5. Các khối lắp đặt ngoài trời (RRUs) Các khối RBS 3418 cấu tạo từ hai khối chính là bộ phận chính – Main Unit (MU) và các khối thu phát vô tuyến – Remote Radio Unit (RRUs), được nối với nhau bới các sợi cáp quang Bộ phận chính – Main Unit (MU) Bộ phận chính được thiết kế lắp đặt trong nhà. Nó cũng có thể được lắp đặt vào tủ GSM RBS 2106. MU được bao gồm từ nhiều khối. Hình 4.6. Kiến trúc phần cứng của MU Hình 4.7. Ảnh MU chụp từ một trạm NodeB Các khối thuộc MU: Quạt – Fan Unit (FU) Khối quạt có chức năng làm mát hệ thống. Tốc độ quay của quạt được giám sát từ bên trong, và sẽ được báo động nếu nó giảm xuống dưới mức đã cài đặt. Số lượng: 1. Khối phân phối và cung cấp nguồn MU có thể được trang bị hoặc là khối phân phối nguồn – Power Distribution Unit (PDU), hoặc khối cung cấp nguồn một chiều – DC Power Supply Unit (DC-PSU), hoặc khối cung cấp nguồn xoay chiều (AC-PSU). PDU phân phối điện áp -48V DC cho khối điều khiển cơ sở và quạt. DC-PSU biến đổi điện áp một chiều từ +24V sang -48V DC cung cấp cho CBU và quạt. AC-PSU biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn -48V DC rồi cung cấp cho CBU và quạt. Số lượng: 1. Khối điều khiển cơ sở - Control Base Unit (CBU) CBU là khối điều khiển trung tâm của RBS, thực hiện phần chính trong chức năng điều khiển của RBS. Nó điều khiển các bảng thông qua các bộ xử lý. CBU chứa một số lượng lớn các công tắc và các giao diện liên kết đến các khối khác của MU. Số lượng: 1. Khối báo hiệu phát Các bảng báo hiệu phát sóng băng tần cơ sở - Transmitter Board (TXBs) bao gồm các card TX băng tần cơ sở, được gắn vào các slot trên MU, có chức năng kết nối, xử lý tín hiệu phát đi và báo hiệu việc: tách cell, kết hợp kênh, mã hóa, điều chế và truyền bá. Trên mỗi thanh đều có các đèn báo hiệu. Số lượng: 1 – 2. Khối báo hiệu truy cập ngẫu nhiên và báo hiệu thu 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. Số lượng: 1 – 4. Giao diện quang vô tuyến Giao diện kết nối quan vô tuyến – Optical Radio Unit Interface (OBIF) cung cấp giao diện quang cho sợi quang từ RRUs kết nối với MU. Có 2 loại giao diện quang là OBIF2 và OBIF4. Chọn OBIF4 khi đèn báo động bên ngoài sáng. Số lượng: 1. Giao diện trao đổi đầu cuối Giao diện trao đổi đầu cuối – Exchange Terminal Boards (ETBs) cung cấp các cổng vận chuyển kết nối mạng tùy chọn. Khi cần sử dụng ETBs, CBU sẵn sàng cung cấp cho hầu hết các mạng vận chuyển thông thường, nếu có yêu cầu kết nối. Loại ETB có thể được lựa chọn dựa vào các chuẩn và ở các tốc độ truyền dẫn khác nhau. Có thể trang bị ETBs cho tủ với các lựa chọn khác nhau như: E1/J1/T1, E3/J3/T3, STM-1, và Ethernet. Số lượng: 0 – 1. Bộ phận thu phát vô tuyến – Remote Radio Unit (RRU) Hình 4.8. RRUs trên trạm Bộ phận thu phát vô tuyến – Remote Radio Unit (RRU) được thiết kế lắp đặt gần anten, và có thể được gắn bên hông hoặc ở trên đỉnh. Có thể có tối đa sáu RRU kết nối với cùng một MU phù hợp với bất kỳ vị trí nào. Các loại RRU khác nhau phù hợp với các nhu cầu khác nhau. Với công suất phát ra lên đến 60W, cho mức bảo hiểm rộng và dung lượng yêu cầu cao. Có thể kết hợp nhiều loại RRU trên cùng một cấu hình. Cấu hình kép cũng hỗ trợ kết nối các RRU với các tần số băng thông khác nhau với cùng một MU. RRU chứa hầu hết các phần cứng của việc xử lý tín hiệu vô tuyến. Các phần chính của RRU bao gồm: Bộ lọc. TRX. Bộ khuếch đại nguồn. Giao diện liên kết quang. Giao diện liên kết quang Các RRU được kết nối với MU thông qua sợ cáp quang. Khoảng cách xa nhất giữa RRU và MU là 15km. Đây là bộ phận được thiết kế để nối các sợi quang đảm bảo MU và RRU trao đổi thông tin với nhau. Các bộ phận có thể được kết nối với các bộ phận khác theo nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào địa hình lắp đặt. RBS 3418 hỗ trợ: Kết nối hình sao đối với các RRU khi mỗi RRU đều kết nối trực tiếp với MU. Kết nối dạng thác, khi chỉ có duy nhất một đường cáp quang nối giữa một RRU với MU, các RRU khác kết nối với RRU đó. Giải pháp này làm giảm chiều dài cáp quang cần thiết và có thể được dùng trong nhiều ứng dụng, khi RRU ở vị trí quá xa MU. Đối với kiểu kết nối dạng thác này, RRUW-01 thường hay được yêu cầu sử dụng. Các bộ phận tùy chọn Các thiết bị sau đây được đặt ngoài MU và RRUs, được thiết kế để tăng cường hiệu suất nhưng không nhất thiết phải có trong các chức năng cơ bản của RBS. Hệ thống nguồn và pin – PBC-04: thường là hệ thống ắc qui để trong nhà. Vị trí hỗ trợ tủ: hỗ trợ nâng cấp lên hai MU. Hệ thống nguồn và pin – PBC-02: là hệ thống ngoài trời thường được lắp đặt bên hông hoặc đỉnh cột. Nguyên lý hoạt động RBS 3418 là thiết bị thu phát sóng 3G được lắp đặt tại các trạm Node B. Tủ gồm hai bộ phận chính là MU và RRUs, được nối với nhau thông qua các sợi cáp quang. Thông thường RRUs được lắp đặt ngoài trời và ở gần ăng ten. Khi ăng ten thu tín hiệu, sẽ truyền về RRUs và tại đó xảy ra quá trình xử lý tín hiệu vô tuyến thành tín hiệu số và gửi về cho MU thông qua sợi quang. Tại đây MU nhận tín hiệu và xử lý theo yêu cầu cần thiết rồi lại truyền lại RRUs qua các sợi quang, sau đó tín hiệu đã được xử lý này lại được phát lên ăng ten là tín hiệu vô tuyến. Thông số kỹ thuật MU Kích cỡ và trọng lượng Bảng 4.1. Kích thước MU Tham số Kích cỡ Chiều cao 176,7 mm Chiều rộng 482,5 mm Chiều sâu 270,8 mm Bảng 4.2. Trọng lượng Bộ phận Trọng lượng Trọng lượng toàn bộ 20,5 kg (với PDU)/ 19,8 kg (với PSU) Phía trước và sau bộ phận kết nối (Connection Field)4U 2,5 kg Phía trước bộ phận kết nối 2U 2 kg Khung hỗ trợ 1,7 kg Hệ thống điện Bảng 4.3. Nguồn điện cung cấp Mô tả MU với PDU MU với PSU DC MU với PSU AC Điện áp lý thuyết -48V DC +24V DC 100 ~ 250V AC Phạm vi điều chỉnh điện áp -40 ~ -57V DC +19,5 ~ + 30V DC 90 ~ 275V AC Phạm vi phá hủy 0 ~ -40V và -57,5 ~ -60V DC 0 ~ +19,5V DC và 30,5 ~ 33V DC - Bảng 4.4. Công suất tiêu thụ RBS 3418 Bộ phận (1) Công suất tiêu thụ thông thường Công suất tiêu thụ tối đa MU với PSD 0,10 kW 0,13 kW MU với PSU (AC) 0,12 kW 0,17 kW MU với PSU (+24V) 0,12 kW 0,17 kW RRUs Tần số sử dụng Bảng 4.5. Các tần số RRU hỗ trợ Tần số đường lên Tần số đường xuống Băng tần 3GPP RRU11 2110 1920 – 1980 MHz 2110 – 2170 MHz Băng tần I RRU22 2120 1920 – 1980 MHz 2110 – 2170 MHz Băng tần I RRU22 18IX 20 1749.9 – 1784.9 MHz 1884.9 – 1879.9 MHz Băng tần IX RRU22 0840 824 – 849 MHz 869 – 894 MHz Băng tần V RRU22 2140 1920 – 1980 MHz 2110 – 2170 MHz Băng tần I RRU22 21IX 40 1710 – 1755 MHz 2110 – 2155 MHz Băng tần IV RRUW 01 1920 – 1980 MHz 2110 – 2170 MHz Băng tần I Công suất ra Bảng 4.6. Công suất của RRU Công suất tối đa RRU11/1 10 W maximum RRU11/2 10 W maximum RRU22 2120, RRU22 18IX20 20 W nominal(1) RRU22IV2140, RRU22 2140, RRU22 1940, RRU22 0840 40 W nominal (2) RRUW01 60 W(3) (1) Trong cấu hình 2 giải tần, mỗi giải tần có công suất là 10W. (2) Trong cấu hình 2 giải tần, mỗi giải tần có công suất là 20W. (3) Trong cấu hình 4 giải tần (4 giải tần phát đường xuống và 4 giải tần thu đường lên), công suất là 60W. Kích thước và trọng lượng Bảng 4.7. Kích cỡ RRUs Bộ phận Chiều cao Chiều rộng Chiều sâu RRU11 600mm 382mm 292mm RRU22 2120 RRU22IX 1820 470mm 365mm 285,5mm RRU22IV 2140 RRU22 2140 RRU22 1940 RRU22 0840 571mm 365mm 292mm Bảng 4.8. Kích cỡ RRUW01 Bộ phận Chiều cao Chiều rộng Chiều sâu RRUW01(không có khiên mặt trời) 600mm 350mm 112mm RRUW01 (có khiên mặt trời) 636mm 383mm 169mm Bảng 4.9. Trọng lượng RRUs Đơn vị Trọng lượng RRU11(1) 29kg RRU22 2102, RRU22 18IX20(1)DC 23,9kg RRU22 2102, RRU22 18IX20(1)AC Indoor/Outdoor 27,7kg/29,2kg RRU22 21IV40(2)DC 28,3kg RRU22 21IV40(2)AC Indoor/Outdoor 30,1kg/33,6kg RRU22 2140, RRU22 1940, RRU22 0840 DC 27kg RRU22 2140, RRU22 1940, RRU22 0840 AC Indoor/Outdoor 30,8kg/32,3kg RRUW01(1) 19,3kg/20,3kg (1) bao gồm tấm che mặt trời (2) bao gồm tấm che mặt trời và quạt Vận hành và bảo dưỡng Bảng 4.10. Điều kiện vận hành bình thường của MU Tham số Vận hành bình thường Nhiệt độ +5 đến +500C Độ ẩm tương đối 5 đến 85% Độ ẩm tuyệt đối 1 đến 25g/m3 Nhiệt độ thay đổi tối đa 0,50C/min Bảng 4.11. Điều kiện vận hành bình thường của RRUs Tham số Vận hành bình thường RRU11 RRU22 RRU22 AC Nhiệt độ -33 ~ +45oC -33 ~ +50oC -33 ~ +50oC Bức xạ mặt trời <1,120W/m2 < 1,120W/m2 < 1,120W/m2 Độ ẩm tương đối 0 ~ 95% 5 ~ 100% 5 ~ 100% Độ ẩm tuyệt đối 0 ~ 60g/m3 0 ~ 60g/m3 0,26 ~ 40g/m3 Tốc độ biến đổi nhiệt độ lớn nhất 1oC/min 1oC/min 1oC/min Sức nặng tối đa của gió ở 60m/s 1,2 kN 1,2 kN 1,2 kN Bảng 4.12. Điều kiện vận hành bình thường của RRUW01 Tham số Vận hành bình thường Nhiệt độ -33 ~ +55oC Bức xạ mặt trời ≤ 1,120W/m2 Độ ẩm tương đối 15 ~ 100% Độ ẩm tuyệt đối 0,26 ~ 25g/m3 Tốc độ biến đổi nhiệt độ lớn nhất 0,5oC/min Sức nặng tối đa của gió ở 50m/s (trường hợp cài đặt 1 cực) 1,2kN Chương V. Tích hợp và sửa lỗi NodeB Quá trình tích hợp cho trạm phát sóng Sau khi vận chuyển thiết bị đến nhà trạm và hoàn tất công việc lắp đặt phần cứng, cần phải cung cấp nguồn cho NodeB. Với mỗi NodeB sẽ có tương ứng một file script viết riêng cho nó, để nó phát sóng theo yêu cầu đã được tính toán. Ta cần load file đó vào Main Unit – MU từ máy tính, sau đó thực hiện cài đặt như cài đặt một phần mềm. Kết thúc quá trình cài đặt, thiết bị bắt đầu vận hành và trạm bắt đầu phát sóng. Có thể dựa vào hệ thống đèn báo trên MU để xác định sự hoạt động của trạm. Các lỗi thường xảy ra và cách khắc phục Lỗi sóng đứng và lỗi mất phân tập thu Bước 1: Xuất tất cả các cảnh báo của NodeB trên hệ thống OSS. Đối với hệ thống 3G Huawei sử dụng M2000 hoặc Local maintenance terminal để xuất tất cả các cảnh báo trên hệ thống đang có: Trên thanh công cụ của RNC LMT → Fault managemant → Browse alarm sẽ liệt kê tất cả các loại cảnh báo đang có trên hệ thống. Đối với hệ thống 2G hiện tại. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio: hệ số sóng đứng) từ 1,2 đến 1,9 xuất hiện cảnh cảnh báo minor, VSWR từ 2 đến 2,4 cảnh báo major, VSWR từ 2,5 trở lên trạm sẽ chết. Khi mức thu giữa hai Port A và B chênh lệch nhau 10dB thì sẽ xuất hiện cảnh báo mất phân tập thu. Với hệ hệ thống 3G: Chưa xét các ngưỡng cảnh báo VSWR và ngưỡng cảnh báo mất phân tập thu. Về nguyên tắc nên xét các ngưỡng cảnh báo giống như với hệ thống 2G. Bước 2: Lọc các cảnh báo VSWR và cảnh báo mất phân tập thu. Sau khi liệt kê các loại cảnh báo đang có trên hệ thống, ta có được một danh sách tất cả các cảnh báo. Vào cột cảnh báo để tìm “VSWR alarm” và “Rx diversity alarm”. Cột Location infor: cho thông tin về trạm, số khung, số khe. Những thông tin này cho ta biết vị trí chính xác của cảnh báo này xuất phát từ đâu. Cột alarm severity: cho thông tin về loại cảnh báo là minor hay major. Thông tin này cho ta biết mức độ nặng nhẹ của cảnh báo đưa ra mức độ ưu tiên cần khắc phục trước hay sau. Bước 3: Đưa ra danh sách các NodeB có cảnh báo VSWR và cảnh báo mất phân tập thu. Khắc phục các lỗi cảnh báo này. Nguyên nhân lỗi sóng đứng Do sự cộng hưởng của tín hiệu phát và tín hiệu phản xạ. 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. Với những điểm mà cùng tần số nhưng trái pha nhau tạo thành nút cộng hưởng biên độ tín hiệu là Ei-Ej. VSWR = (Ei+ Ej)/(Ei-Ej). Nguyên nhân lỗi mất phân tập thu 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 và khắc phục lỗi lắp đặt Kiểm tra trong trạm Kiểm tra độ cao antenna UMTS, tilt, azimuth xem có đúng so với thiết kế không? Chỉnh sửa lại cho đúng với thiết kế. Độ cao antenna UMTS và Azimuth của cell cho phép sai số như sau: ● Độ cao antenna UMTS: ± 2m. ● Azimuth: ± 10o Kiểm tra ngoài trạm Kiểm tra connector giữa dây nhẩy và feeder và giữa dây nhẩy và RFU có đảm bảo đúng kỹ thuật không? Chỉnh sửa cho đúng kỹ thuật. 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 và khắc phục lỗi khai báo sai CDD Xuất các tham số đã khai báo trên hệ thống và so sánh chúng với CDD (Cell Death and Differentiation: cell chết và phân hóa) đã gửi, gửi CR sửa lại các tham số khai báo không đúng so với thiết kế CDD. Kiểm tra khai báo neighbor Kiểm tra neighbour đã khai báo với neighbour trong CDD nếu thiếu yêu cầu bổ sung. Kiểm tra ba loại neighbour sau: ● Intra frequency neighbour: Neighbour với các cell cùng tần số. ● Inter frequency neighbour: Neighbour của cell với các cell khác tần số với nó. ● Inter RAT neighbour: Neighbour của cell với các cell thuộc hệ thống GSM. Mỗi loại neighbour đều phải kiểm tra hai chiều. Kiểm tra các tham số cell Kiểm tra các tham số của cell sau: ● LAC, CI, RAC, SAC, PSC, UARFCN. ● Kiểm tra cấu hình khai báo cho cell. Kiểm tra các tham số khai báo kênh Kiểm tra các tham số khai báo kênh sau: ● CPICH: 33dBm. ● P-SCH: 30dBm. ●S-SCH: 30dBm. ●P-CCPCH: 28dBm. ●S-CCPCH:33dBm. ●PICH: 25dBm. ●AICH:25dBm. Các lỗi thường gặp khác Cell không phát: thường dựa vào cường độ dòng điện đo được trên đồng hồ đo lắp đặt ở thiết bị nguồn. 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. Phát lộn cell: kiểm tra đường quang có thể bị kết nối nhầm. Cell không phát đúng vùng yêu cầu: xem lại tính toán, kiểm tra và sửa lại tilt cơ, tilt điện, azimuth của antenna. KẾT LUẬN Trên đây là toàn bộ nội dung đồ án của em về 3G và thiết bị phát sóng – NodeB. Trong đồ án này, em đã nêu được lý thuyết tổng quan về 3G, là nền móng cơ sở để áp dụng vào thực tế. Bên cạnh đó qua quá trình thực tập , tiếp cận thực tế, em cũng được tìm hiểu cơ bản về trạm phát sóng 3G – NodeB, và được tìm hiểu cụ thể hơn về thiết bị phát sóng là loại tủ phát sóng lắp đặt tại NodeB đang được sử dụng bởi Viettel Telecom. Hiện nay thông tin di động đang ngày càng phát triển với yêu cầu về tốc độ truy cập mạng cũng như chất lượng dịch vụ ngày càng cao và đa dạng. Hệ thống thông tin di động cũng đang phát triển với tốc độ chóng mặt và càng ngày càng phát triển nhanh hơn. Em chọn đề tài này với mục đích nghiên cứu về 3G, mong muốn hiểu biết của mình sẽ có thể giúp ích cho em và cho các bạn trong tương lai, cũng mong muốn sẽ có nền tảng để tiến lên nghiên cứu về 4G và cao hơn nữa, bắt nhịp với sự phát triển của hệ thống thông tin di động trên thế giới. Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu không tránh khỏi sai sót và thiếu sót. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ góp ý của thầy cô và bạn bè để bổ sung, sửa chữa và hoàn thiện kiến thức của mình. Từ đó em có thể mang kiến thức của mình vào phục vụ cuộc sống. Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Thái Vĩnh Hiển là người đã hướng dẫn em hoàn thành đề tài này. Cảm ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em về tài liệu cũng như những chỉ dẫn trong quá trình em thực hiện đồ án. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 5 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Mai Thu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, 3G – NPAD, tài liệu đào tạo nhân viên Viettel Telecom, 12/6/2009. [2] Product Description for RBS 3206, 221 01-FGC 101 749 Uen, Rev E, copyright Ericsson AB 2008. [3] Product Description for RBS 3418, 221 01-FGC 101 0066 Uen, Rev F, copyright Ericsson AB 2008. [4] Trần Ngọc Hùng, Các qui tắc thiết kế mạng vô tuyến 3G, Công ty VMS MobiFone, 2/4/2010. [5] Đinh Đức Chính, Lỗi NodeB, Phòng kỹ thuật – Chi nhánh Viettel Hà Nội I, tháng 2 năm 2010. [6] Tài liệu tham khảo đặc tính các loại Anten GSM đang dùng trên toàn quốc, Bộ Quốc phòng, Tổng Công ty Viễn Thông Quân đội, 7/7/2009. [7] Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba, www.cpc.vn/HTKH/Filehtmls/tim%20hieu%20cong%20nghe%203g.doc, truy cập cuối cùng tháng 4 năm 2010. [8] www.vneconomy.vn/20100506065252534P0C16/thang-4-thue-bao-di-dong-tang-gap-30-lan-co-dinh.htm, truy cập lần cuối tháng 5 năm 2010.