Bài giảng Hệ thống thông tin di động W-CDMA

Kỹ thuật thu phát song công (hai chiều) phân chia theo thời gian (TDD) và Kỹ thuật thu phát song công phân chia theo tần số (FDD) Ph−ơng thức song công trong W-CDMA là FDD. Tuy nhiên, 3GPP phát triển các chỉ tiêu kỹ thuật của W-CDMA ( tức là UTRA FDD) không giới hạn với mốt FDD. Nó cũng phát triển các chỉ tiêu kỹ thuật cho TDD, UTRA TDD. Mốt TDD đ−ợc phát triển theo h−ớng có nhiều đặc tính chung với FDD. Trong thực tế, các giao thức lớp cao hơn là giống nhau trong FDD và TDD. Các thông số cơ bản ở lớp 1 của TDD cũng giống nh− trong FDD. Ví dụ nh− tốc độ chíp, độ dài khung, các ph−ơng pháp điều chế và giải điều chế, và các thông số kỹ thuật then chốt khác cùng giống nhau trong cả hai mốt. Có hai tùy chọn liên quan đến tốc độ chíp là 3,84 Mc/s và 1,28 Mc/s ( tức là 1/3 của 3,84 Mc/s). Tham khảo phần 5.2 để biết các chi tiết kỹ thuật trong mốt TDD. 3.3 Các kênh vô tuyến Hình 3.6 minh họa kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến cho các hệ thống W-CDMA bao gồm ba lớp: lớp vật lý (lớp 1: L1), lớp liên kết dữ liệu (lớp 2: L2) và lớp mạng ( lớp 3: L3). Lớp 2 có thể đ−ợc chia thành hai lớp nhỏ là: lớp điều khiển truy nhập ph−ơng tiện (MAC) và lớp điều khiển liên kết vô tuyến (RLC). RLC có chức năng điều khiển phát lại và một số chức năng khác. Mặt phẳng giao diện điều khiển (mặt C) có chức năng truyền các tín hiệu điều khiển, ng−ợc lại, mặt phẳng giao diện thuê bao (mặt U) có chức năng truyền các tin tức của thuê bao. Giao thức hội tụ số liệu gói 78 ( PDCP) và điều khiển đa địa chỉ/ quảng bá (BMC) của lớp 2 chỉ có thể sử dụng cho mặt phẳng giao diện thuê bao ( mặt U). Hình 3.6 Cấu trúc giao thức Lớp 3 bao gồm lớp con ( phân lớp) điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) kết thúc tại RAN và các lớp cao hơn kết thúc tại CN ( ví dụ nh− điều khiển cuộc gọi (CC), quản lý di động (MM)). Do tập trung nghiên cứu vào giao diện truy nhập vô tuyến nên ch−ơng này chỉ chú trọng miêu tả lớp con RRC trong lớp 3. Để xử lý linh hoạt các dạng dịch vụ khác nhau và các khả năng gọi hội nghị, giao diện vô tuyến đ−ợc cấu trúc dựa trên ba lớp kênh cơ bản: các kênh vật lý, các kênh truyền tải và các kênh lôgic. Các hình elip trên hình 3.6 biểu thị điểm truy nhập dịch vụ (SAP) giữa các lớp và các lớp con. SAP giữa RLC và MAC cung cấp các kênh lôgic, đó là các kênh đ−ợc cung cấp từ lớp con MAC đến lớp con RLC. Các kênh lôgic đ−ợc phân loại theo chức năng của các tín hiệu truyền dẫn và các đặc tính lôgic của chúng, và đ−ợc gọi tên theo nội dung thông tin mà nó truyền. SAP giữa RLC và lớp vật lý L1 cung cấp các kênh truyền tải, đó là các kênh đ−ợc cấp từ lớp vật lý đến lớp con MAC. Các kênh truyền tải đ−ợc phân loại theo Thông tin mặt U Báo hiệu mặt C Kênh lôgic Kênh truyền tải Đ iề u kh iể n Đ iề u kh iể n Đ iề u kh iể n 79 khuôn dạng truyền và đ−ợc định rõ đặc tính theo cách truyền và loại thông tin đ−ợc truyền qua giao diện vô tuyến. Các kênh vật lý đ−ợc phân loại theo các chức năng của lớp vật lý và đ−ợc nhận biết bởi mã trải phổ, sóng mang và dạng pha điều chế của đ−ờng lên ( pha I, pha Q). Việc ghép và phát các kênh truyền tải trên các kênh vật lý tạo ra các khả năng: ghép tín hiệu điều khiển với tín hiệu số liệu của các thuê bao, ghép và phát tín hiệu số liệu của các thuê bao kết hợp với đa truy nhập. Việc liên kết các kênh lôgic với một kênh truyền tải đơn cũng đem lại khả năng truyền dẫn hiệu quả hơn. Việc xếp kênh truyền tải với kênh vật lý đ−ợc tiến hành trong lớp vật lý, ng−ợc lại, việc xếp kênh lôgic với kênh truyền tải đ−ợc tiến hành trong lớp con MAC. Hình 3.7 cho thấy quá trình sắp xếp đ−ợc diễn ra nh− thế nào giữa các kênh vật lý chính, các kênh truyền tải và các kênh lôgic. Hình 3.7 Sắp xếp giữa các kênh vật lý chính, các kênh truyền tải và các kênh lôgic Kênh vật lý riêng (DPCH) bao gồm kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) và kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH). DPDCH là một kênh để truyền số liệu, trái lại DPCCH đ−ợc gắn với DPDCH để thực hiện chức năng điều khiển lớp 1 nh− TPC. Các kênh vật lý khác đ−ợc minh họa trong hình 3.7 bao gồm kênh đồng bộ (SCH), kênh hoa tiêu chung (CPICH), kênh chỉ thị chiếm dùng (AICH) và kênh chỉ thị tìm gọi Các kênh lôgicCác kênh truyền tảiCác kênh vật lý BCCH (Kênh điều khỉển quảng bá) PCCH (Kênh điều khỉển tìm gọi) CCCH (Kênh điều khỉển chung) BCH (Kênh thông tin quảng bá) DCCH (Kênh điều khỉển riêng) DTCH (Kênh l−u l−ợng riêng) FACH (Kênh truy nhập đ−ờng xuống) PCH (Kênh tìm gọi) RACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên) DCH (Kênh riêng) DSCH (Kênh chung đ−ờng xuống) PCCPCH (Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp) SCCPCH (Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp) PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) DPCH (Kênh vật lý riêng) PDSCH (Kênh vật lý chung đ−ờng xuống) 80 (PICH). SCH đ−ợc sử dụng để tìm kiếm ô. CPICH là kênh dùng cho việc phát các ký hiệu hoa tiêu để giải điều chế kênh vật lý điều khiển chung (CCPCH) và cũng đ−ợc sử dụng để cải thiện quá trình giải điều chế của các kênh riêng cũng nh− các kênh chung. AICH đ−ợc sử dụng để truy nhập ngẫu nhiên. PICH đ−ợc ứng dụng để để cải thiện tỷ lệ thu gián đoạn giữa các UE trong việc truyền dẫn các tín hiệu tìm gọi. Các chi tiết và ứng dụng của các kênh truyền tải, các kênh vật lý và các kênh lôgic đ−ợc mô tả d−ới đây. 3.3.1 Các kênh lôgíc Ng−ời ta định nghĩa một bộ các kênh lôgic khác nhau sử dụng cho các dịch vụ truyền số liệu khác nhau ở lớp con MAC. Các kênh lôgic có thể đ−ợc chia thành hai nhóm chủ yếu là: nhóm kênh điều khiển và nhóm kênh l−u l−ợng. Nhóm kênh điều khiển bao gồm: - Kênh điều khiển quảng bá - BCCH. - Kênh điều khiển nhắn tin - PCCH. - Kênh điều khiển dành riêng - DCCH. - Kênh điều khiển chung - CCH. - Kênh điều khiển phân chia kênh - SHCCH, - Kênh điều khiển riêng cho ODMA - OCCH. - Kênh điều khiển chung cho ODMA - OCCCH. Nhóm kênh l−u l−ợng bao gồm: - Kênh l−u l−ợng dành riêng- DTCH. - Kênh l−u l−ợng chung - CTCH. 3.3.2 Các kênh truyền tải Các kênh truyền tải có nhiệm vụ truyền thông tin giữa phân lớp MAC và lớp vật lý. Các kênh truyền tải đ−ợc phân loại chung hoặc thành hai nhóm: Các kênh riêng và các kênh chung. 81 3.3.2.1 Các kênh truyền tải dành riêng Các kênh truyền tải dành riêng (DCH) là một kênh thực hiện việc truyền thông tin điều khiển và thông tin thuê bao giữa UTRAN và UE. DCH đ−ợc truyền trên toàn bộ ô hoặc chỉ truyền trên một phần ô đang sử dụng. Thông th−ờng chỉ có một kênh truyền dẫn dành riêng sử dụng cho đ−ờng lên hoặc đ−ờng xuống ở chế độ TDD hoặc FDD. 3.3.2.2 Các kênh truyền tải chung Mặc dù chức năng chủ yếu của từng kênh truyền tải chung có thể không nhất thiết là phải giống nhau ở hai chế độ FDD và TDD nh−ng chúng có cùng một vài chức năng và dấu hiệu cơ bản. Bảng 3.2 khái quát các đặc điểm chủ yếu ở hai chế độ. Cả FDD và TDD đều có một số kênh truyền tải giống nhau, tuy nhiên FDD không có kênh dùng chung đ−ờng lên (USCH) và TDD không có kênh gói chung (CPCH). Kênh truyền tải CPCH ở FDD thực hiện các lệnh điều khiển công suất cần thiết, các lệnh này không đ−ợc yêu cầu ở TDD. Ng−ợc lại USCH thực hiện các lệnh cần thiết ở TDD mà không đ−ợc yêu cầu ở FDD. Bảng 3.2 Các đặc điểm chủ yếu của các kênh truyền tải chung FDD TDD BCH- Kờnh quảng bỏ BCH- Kờnh quảng bỏ Kờnh truyền tải đường xuống đ−ợc dựng cho hệ thống quảng bỏ và thụng tin cụ thể về ụ BCH thường được truyền trờn toàn bộ ụ. FACH – Kờnh truy nhập đường xuống FACH – Kờnh truy nhập đường xuống Kờnh truyền tải đường xuống truyền thụng tin điều khiển tới trạm di động khi hệ thống biết được định vị ụ của trạm di động. ở FDD, FACH cú thể được truyền trờn toàn bộ ụ hoặc chỉ trờn một phần ụ đang sử dụng và nú cú thể đ−ợc sử dụng để truyền lệnh điều khiển cụng suất chậm. Ở TDD, nú cú thể truyền cỏc gúi tin ngắn của người sử dụng. PCH-Kờnh tỡm gọi PCH-Kờnh tỡm gọi Kờnh truyền tải đường xuống thường được truyền trờn toàn bộ ô, được dựng để truyền thụng tin điều khiển tới trạm di động khi hệ thống khụng biết vị trớ ô của trạm di động. Ở FDD quỏ trỡnh truyền PCH được kết hợp với quỏ trỡnh truyền cỏc chỉ thị tỡm gọi của lớp vật lý để hỗ trợ cỏc quy trỡnh ở chế độ chờ một cỏch cú hiệu quả. RACH- Kờnh truy nhập ngẫu nhiờn RACH- Kờnh truy nhập ngẫu nhiờn Kờnh truyền tải đường lờn, thường thu được từ toàn bộ ụ, thực hiện truyền thụng tin điều khiển từ trạm di động. Ở FDD, RACH được đặc trưng bởi nguy cơ xung đột (collision risk) và bởi việc sử dụng điều khiển cụng suất vũng mở sử dụng cho việc truyền dẫn. Ở TDD, nú cũng cú thể truyền cỏc gúi tin ngắn của người sử dụng. 82 CPCH- Kờnh gúi chung CPCH- Kờnh gúi chung Kờnh truyền tải đường lờn kết hợp với một kờnh riờng đường xuống tạo ra cỏc lệnh điều khiển CPCH (vớ dụ dừng khẩn cấp). Nú được đặc trưng bởi nguy cơ xung đột ban đầu và việc sử dụng điều khiển cụng suất vũng trong cho việc truyền dẫn. Kờnh truyền tải đường lờn được dựng chung bởi một vài UE thực hiện truyền số liệu điều khiển dành riờng hoặc lưu lượng. DSCH- Kờnh dựng chung đường xuống DSCH- Kờnh dựng chung đường xuống Kờnh truyền tải đường xuống được dựng chung bởi một vài UE, thực hiện truyền số liệu điều khiển dành riờng hoặc lưu lượng. Ở FDD nú được kết hợp với một vài kờnh DCH đường xuống. Nú cú thể được truyền trờn toàn bộ ụ hoặc chỉ trờn một phần ụ đang sử dụng. 3.3.3 Các kênh kênh vật lý Trong phần này chúng ta phân tích cấu trúc kênh vật lý ở chế độ FDD. Các kênh vật lý trong FDD có dạng cấu trúc lớp nh− các khung vô tuyến và các khe thời gian. Khung vô tuyến là một khối xử lý bao gồm 15 khe thời gian có chiều dài 38.400 chip, và khe thời gian là một khối chứa các tr−ờng bit, có chiều dài 2.560 chip. Cấu hình khe thời gian biến đổi tuỳ thuộc tốc độ bit của kệnh vật lý. Vì thế số bit trên một khe có thể khác nhau đối với các kênh vật lý t−ơng ứng với một mã, một tần số sóng mang cụ thể, và trên đ−ờnglên sẽ có thêm một thành phần quan hệ pha (0 hoặc π/2). Các kênh vật lý đ−ợc phân loại dựa trên hai đặc tr−ng. • Kênh đ−ờng lên và đ−ờng xuống. • Kênh dành riêng và kênh chung. 3.3.3.1 Các kênh vật lý đ−ờng lên (1) Các kênh vật lý dành riêng đ−ờng lên Có hai kiểu kênh vật lý dành riêng lên: kênh số liệu vật lý dành riêng (DPDCH) và kênh điều khiển vật lý dành riêng (DPCCH). Các kênh vật lý dành riêng đ−ờng lên có mã I/Q ghép kênh cho từng khung vô tuyến. DPDCH truyền kênh truyền dẫn DCH, còn DPCCH truyền thông tin điều khiển L1 nh−: Các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá việc xác định kênh trong quá trình phát hiện t−ơng quan, các lệnh điều khiển công suất phát - TPC, thông tin phản hồi - FBI, và một bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền dẫn - TFCI. TFCI thông báo cho phía thu việc kết hợp định dạng truyền dẫn tức thời của các 83 kênh truiyền dẫn (đ−ợc ghép vào kênh DPDCH đ−ờng lên) để truyền một cách đồng thời. Có một và chỉ một kênh DPCCH đ−ờng lên trên một liên kết vô tuyến. Tuy nhiên có thể không có, có một hoặc một vài kênh DPDCH đ−ờng lên trên mỗi liên kết vô tuyến. Có hai kiểu kênh vật lý dành riêng đ−ờng lên, vì thế một kênh có chứa tr−ờng TFCI (ví dụ: đối với một vài dịch vụ đồng thời) và một kiểu không chứa TFCI (ví dụ đối với các dịch vụ tốc độ cố định). ở chế độ nén, các khe DPCCH đ−ợc định dạng với các tr−ờng TFCI bị thay đổi. Có hai dạng khe nén có thể có cho mỗi dạng khe danh định. Chúng đ−ợc đánh nhãn là A và B và việc lựa chọn chúng tuỳ thuộc vào số khe đ−ợc truyền trên từng khung ở chế độ nén. Khi chỉ có một kênh DPCCH trên một liên kết vô tuyến, thì có một vài kênh DPDCH song song sử dụng các mã kênh khác nhau có thể đ−ợc truyền theo ph−ơng thức đa mã (multi-code) trên các kênh vật lý dành riêng đ−ờng lên. (2) Các kênh vật lý chung đ−ờng lên Các kênh vật lý chung đ−ờng lên đ−ợc chia thành hai loại: • Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý - PRACH: mang thông tin của kênh giao vận RACH. • Kênh gói chung vật lý - PCPCH: mang thông tin của kênh giao vận CPCH 3.3.3.2 Các kênh vật lý đ−ờng xuống Các kênh vật lý đ−ờng xuống bao gồm : 1 kênh vật lý dành riêng, 1 kênh phân chia và 5 kênh điều khiển chung Các kênh điều khiển chung • Các kênh hoa tiêu chung – CPICH • Kênh vật lý dành riêng đ−ờng xuống – DPCH • Kênh phân chia vật lý đ−ờng xuống – DSCH • Kênh hoa tiêu chung chính và dự phòng – CPICH • Kênh vật lý điều khiển chung chính và dự phòng – CCPCH • Kênh đồng bộ – SCH 84 (1) Các kênh vật lý dành riêng đ−ờng xuống Chỉ có kênh vật lý dành riêng đ−ờng xuống (DPCH đ−ờng xuống) phát số liệu dành riêng đ−ợc tạo ra từ lớp 2 và lớp cao hơn, trong bộ ghép trung gian với thông tin điều khiển tạo ra tại lớp 1 (đ−ợc hiểu là các bit hoa tiêu, các lệnh TPC và TFCI tùy chọn). (2) Các kênh vật lý đ−ờng xuống chung a. Kênh hoa tiêu chung (CPICH ) Đó là một kênh vật lý đ−ờng xuống tốc độ cố định (30kb/s, SF=256) thực hiện truyền chuỗi bit/ ký tự xác định tr−ớc. Trong phân tập phát, trên bất kỳ kênh đ−ờng xuống nào, không có điều khiển công suất vòng kín hoặc hở, CPICH có thể đ−ợc phát từ hai anten sử dụng cùng mã kênh và mã ngẫu nhiên b. Kênh hoa tiêu chung sơ cấp và thứ cấp (P-CPICH ) Bảng 3.3 minh hoạ các đặc điểm chính của P-CPICH. Bảng 3.3 Các đặc điểm chính của P- CPICH Các đặc điểm của P-CPICH sơ cấp Các đặc điểm của P-CPICH thứ cấp P-CPICH th−ờng sử dụng cùng một mã kênh S-CPICH sử dụng mã kênh tùy ý ở SF=256 Mã ngẫu nhiên cơ sở ngẫu nhiên hóa kênh P-CPICH Mã ngẫu nhiên cơ sở hoặc bậc hai ngẫu nhiên hóa kênh S-CPICH Mỗi ô chỉ có một P-CPICH Một ô có thể chứa không, một hoặc một vài kênh S-CPICH. P-CPICH đ−ợc phát quảng bá trên toàn bộ ô S-CPICH có thể đ−ợc truyền trên toàn bộ ô hoặc chỉ trên một phần của ô Nó cũng là một nhiễu pha mặc định (default) cho tất cả các kênh vật lý đ−ờng xuống khác Các lớp cao hơn thông báo cho UE khi CPICH bậc hai đ−ợc sử dụng là nhiễu pha. 85 c. Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH) CCPCH sơ cấp là một kênh vật lý đ−ờng xuống với tốc độ cố định (30kb/s, SF=256) truyền hình BCH, nó khác với DPCH đ−ờng xuống ở chỗ nó không truyền các lệch TPC hoặc các bit hoa tiêu. d. Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH) Có hai kiểu kênh CCPCH: một có TFCI và một không có TFCI truyền FACH và PCH. Do UTRAN xác định khi nào TFCI có thể đ−ợc truyền nếu nó đ−ợc ủy nhiệm bởi tất cả các UE hỗ trợ sử dụng TFCI . Tốc độ CCPCH thứ cấp có thể giống với DPCH đ−ờng xuống. e. Kênh đồng bộ (SCH) Kênh đồng bộ (SCH) là một tín hiệu đ−ờng xuống sử dụng trong quá trình dò tìm khe, bao gồm hai kênh con: SCH sơ cấp và thứ cấp. (f) Kênh vật lý chia sẻ chung đ−ờng xuống (PDSCH) Ng−ời sử dụng dùng chung PDSCH ( kênh truyền dẫn phân chia đ−ờng xuống DSCH), d−ạ trên việc ghép mã. Vì DSCH th−ờng kết hợp nó với một hoặc vài kênh DCH nên cũng có thể kết hợp PDSCH với một hoặc vài DPCH đ−ờng xuống. Chính xác hơn, có thể kết hợp từng khung vô tuyến PDSCH với một kênh DPCH đ−ờng xuống. 3.4 Các thiết bị mạng truy nhập vô tuyến 3.4.1 Tổng quan về cấu hình hệ thống thiết bị truy nhập vô tuyến Phần 3.2.3 đã giới thiệu về cấu trúc tiêu chuẩn. Phần này sẽ mô tả cụ thể các ví dụ về cấu hình hệ thống và cấu hình thiết bị dựa trên cấu trúc lôgic. Hình 3.8 cho thấy một ví dụ về cấu hình hệ thống W-CDMA. Thiết bị truy nhập vô tuyến bao gồm: UE, BTS, thiết bị điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và thiết bị xử lý tín hiệu đa ph−ơng tiện (MPE). Mặc dù BTS đ−ợc gọi là nút B, một nút lôgic về mặt cấu trúc, nh−ng nó vẫn đ−ợc xem nh− một BTS về mặt vật lý trong hình vẽ này. Các chức năng xử lý tín hiệu của MPE có thể đ−ợc đặt trong RNC nh− một phần của RNC về mặt cấu trúc, tuy nhiên, thiết bị xử lý tín hiệu đa ph−ơng tiện (MPE) đ−ợc miêu tả nh− một thiết bị riêng biệt trong cấu hình mạng này. Một số chức năng xử lý tín hiệu của mạng lõi (CN) 86 cũng đ−ợc đặt chung trong MPE, và MPE đ−ợc nối tới tổng đài nội hạt nh− minh họa trong hình 3.8. Mạng lõi (CN) là một ví dụ về cấu hình vật lý tích hợp của CS và PS sử dụng chế độ truyền dị bộ (ATM). Hình 3.8 Cấu hình hệ thống vô tuyến W-CDMA (ví dụ) 3.4.2 BTS 3.4.2.1 Cấu hình chức năng Hình 3.9 cho thấy cấu hình chức năng của BTS. BTS bao gồm một bộ khuyếch đại thu vô tuyến ngoài trời (OA-RA), một thiết bị điều khiển giám sát bộ khuyếch đại thu vô tuyến ngoài trời (OA-RA-SC), một bộ khuyếch đại công suất phát và một thiết bị điều chế và giải điều chế (MDE). MDE gồm các mô đun chức năng nh− máy thu/phát (TRX), thiết bị điều khiển, giao diện tốc độ cao (highway) và khối xử lý tín hiệu băng gốc (BB). AMP, OA-RA và TRX đ−ợc lắp độc lập cho mỗi séc tơ, còn các mô đun chức năng khác của MDE đ−ợc dùng chung cho các séc tơ. Thiết bị xử lý đa ph−ơng tiện (MPE) Thiết bị điều khiển mạng vô tuyến (RNC) Thiết bị điều khiển mạng vô tuyến (RNC) Trạm thu phát gốc (BTS) Trạm thu phát gốc (BTS) Trạm thu phát gốc (BTS) Mạng truy nhập vô tuyến (RAN) Mạng lõi (CN) Vị trí cấu trúc Ví dụ điển hình về cấu hình vật lý hệ thống Tổng đài nội hạt Tổng đài nội hạt Chức năng chuyển mạch kênh Chức năng chuyển mạch gói Nút B 87 3.4.2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của BTS Bảng 3.4 trình bày các chỉ tiêu kỹ thuật vô tuyến cơ bản của BTS. Các chỉ tiêu kỹ thuật này tuân theo chuẩn TS25.104 về “ Thu, phát vô tuyến UTRA(BS)FDD” và TS.25.141 về “ Kiểm tra trạm gốc (FDD)” đ−ợc xây dựng bởi nhóm chỉ tiêu kỹ thuật đầu cuối (TSG) và nhóm hoạt động RAN (WG) trong 3GPP. Các chỉ tiêu cao hơn đang đ−ợc xây dựng để tăng số sóng mang và dung l−ợng kênh, giảm công suất tiêu thụ và tạo ra các mạch có độ tích hợp cao hơn nữa. 3.4.2.3 Các công nghệ then chốt trong mỗi khối chức năng Các khối chức năng cơ bản của BTS đ−ợc miêu tả khái quát d−ới đây. Hình 3.9 Cấu hình chức năng của BTS ( ví dụ) AMP AMP khuyếch đại công suất của các ở tín hiệu đầu ra của MDE ( các tín hiệu đã ghép mã đa truy nhập, các sóng mang) lên mức yêu cầu tại đầu vào anten. Hệ số khuyếch đại khoảng 40 đến 50 dB. Do các chỉ tiêu kỹ thuật của 3GPP yêu cầu phải thỏa mãn một ACLR là 45 dB với sóng mang 5 MHz khi phát đa sóng mang và đa mã nên cần có một AMP chung độ tuyến tính rất cao. Các công nghệ để chống méo dạng sóng cho các AMP bao gồm công nghệ tự điều chỉnh và làm méo tr−ớc. Khuyếch đại tự điều chỉnh ( hình 3.10) là công nghệ có −u thế hơn do hiệu suất chống méo cao. Bộ khuyếch đại (AMP) Anten Điều khiển, giám sát từ xa Tới RNC Máy thu phát (TRX) Khối điều khiển Số liệu điều khiểnSố liệu thuê bao Khối xử lý tín hiệu băng gốc Gia diện cao tốc (HWY) 88 Việc giảm kích th−ớc của AMP có thể đạt đ−ợc bằng cách chế tạo một AMP chung thỏa mãn các yêu cầu này. Kỹ thuật làm méo tr−ớc cũng đ−ợc mong đợi để đạt hiệu suất cao hơn. Hình 3.10 Cấu hình cơ bản của bộ khuyếch đại tự điều chỉnh Bảng 3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của BTS Các mục Các chỉ tiêu Hệ thống truy nhập vô tuyến DS-CDMA FDD Băng tần thu/phát Băng tần IMT-2000 Khoảng cách tần số thu/phát 190MHz Khoảng cách sóng mang Dòng quét sóng mang 200 kHz Tốc độ chip 3,84 Mc/s Tốc độ ký hiệu (symbol) 7,5 ks/s~ 960 ks/s Ph−ơng pháp điều chế Điều chế số liệu: QPSK, điều chế trải phổ: QPSK Ph−ơng pháp giải điều chế Tách sóng nhất quán có hỗ trợ của tín hiệu hoa tiêu Tốc độ truyền số liệu Tối đa 384 kbit/s ( 2 Mbit/s) Công suất phát cực đại 20W± 2dB/sóng mang/sectơ (10W± 2dB/sóng mang/sectơ/anten khi phân tập phát) Độ ổn định tần số ± 0,05 ppm hoặc nhỏ hơn Độ rộng băng thông chiếm dụng 5MHz hoặc nhỏ hơn (99% độ rộng băng thông) Tỷ lệ công suất nhiễu sang kênh lân cận (ACLR) Sóng mang 5 MHz: 45 dB hoặc cao hơn/Độ rộng băng 3,84MHz Sóng mang 10MHz: 50 dB hoặc cao hơn/ Độ rộng băng 3,84 MHz Độ nhạy tham chiếu Tốc độ dữ liệu 12,2 kbit/s Mức tín hiệu đầu vào: -121 dBm Tỷ lệ lỗi bít 10-3 hoặc thấp hơn Mạch điều khiển Bộ khuyếch đại chính Bộ phối ghép định h−ớng Mạch phát ký hiệu hoa tiêu Bộ phối ghép định h−ớng Bộ khuyếch đại chính Bộ phối ghép định h−ớng Mạch tách ký hiệu hoa tiêu Bộ khuyếch đại phụ Mạch điều chỉnh véctơMạch vòng phát hiện méo tín hiệu Mạch vòng loại bỏ méo tín hiệu 89 OA-RA và OA-RA-SC Bộ khuyếch đại thu sử dụng trong OA-RA th−ờng bao gồm các bộ khuyếch đại tạp âm thấp (LNA) mắc song song để tăng độ tin cậy. Hệ số khuyếch đại khoảng 40 dB. Vì đ−ợc lắp ngoài trời nên các OA-RA đều có các bộ phận bảo vệ chống sét. Hình 3.11 trình bày một ví dụ về một cấu hình kết nối OA-RA trong một trạm có sử dụng phân tập phát. Do độ suy hao thấp nên bộ lọc thu và khối song công nhỏ đ−ợc sử dụng. Hình 3.11 Cấu hình cơ bản của bộ khuyếch đại thu vô tuyến ngoài trời (OA-RA) TRX TRX biến đổi các tín hiệu phát trải phổ băng gốc từ dạng số sang dạng t−ơng tự, biến đổi chúng thành các tín hiệu cao tần ( RF) nhờ điều chế pha bốn trạng thái, tách sóng theo ph−ơng pháp nhất quán các tín hiệu thu từ OA-RA, biến đổi chúng từ tín hiệu t−ơng tự sang tín hiệu số và gứi chúng đến BB. Mỗi séc tơ có một TRX độc lập. Nó có cấu hình dự phòng với một TRX và TRX dự phòng sẽ đ−ợc tự động chuyển sang trạng thái hoạt động trong tr−ờng hợp có bất cứ sự cố nào. Một tủ TRX có thể đặt máy thu phát cho 6 séctơ. BB BB là một khối chức năng thực hiện: hiệu chỉnh lỗi tr−ớc (FEC), đóng khung, điều chế số liệu, điều chế trải phổ với các tín hiệu phát. Đối với tín hiệu thu BB thực hiện các chức năng: giải trải phổ, đồng bộ chip, giải mã hiệu chỉnh lỗi, tách/ghép số Khối song công Khối song công Anten thu phát Anten thu phát Bộ lọc tách nguồn Ví dụ cấu hình của trạm có phân tập phát 90 liệu, MRC trong quá trình chuyển giao từ séc tơ đến séc tơ và một số b−ớc xử lý tín hiệu khác. Ng−ợc với TRX, có phần cứng riêng biệt cho mỗi séc tơ, tài nguyên phần cứng của tấm mạch (card) xử lý tín hiệu băng gốc có thể đ−ợc phân chia cho bất kỳ séc tơ hoặc sóng mang nào. Việc chia sẻ tấm mạch này trong BTS cho phép phân chia linh hoạt các kênh để phù hợp với các dịch vụ và l−u l−ợng khác nhau. Ngay cả với một BTS thế hệ đầu tiên đã có thể cung cấp khả năng xử lý băng gốc cho trên 720 kênh thoại trong một ngăn máy, điều này cho phép BTS hoạt động tại dung l−ợng kênh vô tuyến lớn nhất với một cấu hình ba séc tơ, hai sóng mang. Các nghiên cứu sâu hơn đang đ−ợc tiến hành để đạt đ−ợc mật độ cao hơn, công suất tiêu thụ thấp hơn, nhằm tăng dung l−ợng nhiều hơn. Giao diện cao tốc (Highway) BTS và RNC đ−ợc nối với nhau qua một đ−ờng truyền 2 Mbit/s hoặc một đ−ờng mega-link ATM. Việc truyền dẫn số liệu điều khiển và số liệu thuê bao với hiệu suất cao có đ−ợc nhờ công nghệ truyền dẫn ATM. Chức năng điều khiển Khối này thực hiện chức năng phát/thu các tín hiệu điều khiển cuộc gọi đến/từ RNC, quản lý các kênh vô tuyến và thiết lập/giải phóng các kênh vô tuyến. Phần mềm điều khiển (CC, giám sát bảo d−ỡng và điều khiển) và các thông số hệ thống khác có thể đ−ợc l−u trữ trong một bộ nhớ qua thẻ nhớ, nhờ đó việc nâng cấp phần mềm có thể quản lý tại một trung tâm. Chức năng ở các tầng và phần mềm ứng dụng cũng đ−ợc phân lớp để cho phép phát triển các ứng dụng độc lập với nhau giúp cho việc nâng cao hoặc cải tiến chức năng dễ dàng hơn. Chức năng giao diện bảo d−ỡng là một chức năng tiêu chuẩn nh− Kiến trúc ngắt yêu cầu theo mục tiêu chung (CORBA). Hệ thống cũng có chức năng nạp ch−ơng trình khởi đầu (IPL) và chức năng truyền tệp từ xa và có khả năng giám sát và điều khiển trạng thái của các tấm mạch đ−ợc lắp trong BTS cũng nh− giám sát và điều khiển thông tin trạm ngoài BTS và thiết bị ngoại vi thông qua một giao diện điều khiển/giám sát bên ngoài. 91 3.4.3 RNC RNC có các chức năng: Xử lý tín hiệu điều khiển, khai thác và bảo d−ỡng (O&M), tách/ghép kênh chung, chuyển mạch ATM, chuyển giao-phân tập v.v…RNC đ−ợc nối tới tổng đài nội hạt MPE và BTS, thực hiện điều khiển kết nối đ−ờng truyền vô tuyến và điều khiển chuyển giao. Hình 3.12 minh họa cấu hình của RNC và mỗi chức năng của RNC theo khối. Bảng 3.5 mô tả tóm tắt các nhiệm vụ xử lý của mỗi khối chức năng. Cần phải chú ý rằng hình 3.12 là một sơ đồ khối chức năng. Thực tế, có thể ghép nhiều chức năng trên một cấu hình phần cứng hoặc phần mềm. RNC cần có khả năng thích nghi linh hoạt với các vùng phục vụ, từ các thành phố có mật độ l−u l−ợng cao đến các vùng ngoại ô với mật độ l−u l−ợng thấp hơn. Do đó, nó cần có khả năng xử lý thấp nhất là hàng chục nghìn cuộc gọi giờ bận (BHCA), khả năng chuyển mạch ít nhất là vài Gbit/s, khả năng quản lý hàng tá BTS và cần có đủ độ linh hoạt để thích ứng với các thiết kế cho các vùng khác nhau. Về khả năng xử lý kết nối cuộc gọi cũng cần h−ớng tới đảm bảo cả cho chức năng O&M. Vì thế RNC có một chức năng giao diện O&M tiêu chuẩn giống nh− CORBA. Hình 3.12 Cấu hình chức năng của RNC Định tuyến IP Định tuyến IP