Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án này nghiên cứu “thiết kế trạm gốc (nodeB) cho 3G WCDMA UMTS” gồm nội dung chính sau: Tổng quan về giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS và một số đặc tính kỹ thuật của trạm gốc theo tiêu chuẩn 3GPP Nghiên cứu vấn đề thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS với các công nghệ mới phục vụ tốt cho nhu cầu thực tiễn. Giới thiệu các thiết bị nằm trong loạt sản phẩm nodeB 3900 của Huawei. Tình hình triển khai nodeB cho mạng 3G tại Việt Nam
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục Lục MỤC LỤC Phạm Văn An – Lớp D06VT1 1 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Phạm Văn An – Lớp D06VT1 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Phạm Văn An – Lớp D06VT1 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3G Partnership Project Đề án các đối tác 3G ACE Antenna Coupling Equipment Thiết bị ghép ăng ten ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỷ lệ dò kênh lân cận ASIC Application Specific Integrated Circuit Mạch tích hợp ứng dụng riêng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ BBU Base Band Unit Đơn vị băng gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh DB-DC- HSDPA Dual Band-Dual Cell HSPDA HSDPA đa băng đa ô DBS Distributed Base Station Trạm gốc phân bố DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCH Dedicated Channel Kênh riêng DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng Phạm Văn An – Lớp D06VT1 4 Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt DPD Digital Predistortion Độ méo trước số DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng DS- CDMA Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng E 2 R End to End Reconfigurability Khả cấu hình lại đầu cuối tới đầu cuối EGPRS Enhanced GPRS GPRS tăng cường EIR Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FPGA Field Programable Gate Array Mảng cổng khả lập trình theo ứng dụng GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu HHO Hard Handover Chuyển giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HO Handover Chuyển giao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IMT- 2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000 Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn LUP Look up Table Bảng tra cứu Phạm Văn An – Lớp D06VT1 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MBFE Multi-band Front End Đầu thu phát đa băng MCPA Multi Carrier Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất đa sóng mang MIMO Multi Input Multi Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động NCO Numerical Control Oscilator Bộ dao động điều khiển số PA Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất PARR Peak to Average Power Ratino Tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PCCH Paging Common Channel Kênh tìm gọi chung PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RLC Radio Link Controller Bộ điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RP Reference Point Điểm tham chuẩn RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRU Remote Radio Unit Đơn vị vô tuyến từ xa SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Phạm Văn An – Lớp D06VT1 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt SHO Soft Handover Chuyển giao mềm SIR Signel to Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cầu UPEU Universal Power and Evironment Interface Unit Đơn vị giao diện môi trường và công suất toàn cầu USIM UMTS SIM Nhận dạng thuê bao UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRP Universal Transmission Procesing Unit Đơn vị xử lý truyền dẫn quốc tế Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE WBBP WCDMA Base Band Processing Unit Đơn vị xử lý băng gốc WCDMA WCDM A Wideband Code Division Multiple Access WCDMA băng rộng WP Work Package Gói công nghệ WRFU WCDMA Radio Filter Unit Đơn vị lọc vô tuyến WCDMA Phạm Văn An – Lớp D06VT1 7 Đồ án tốt nghiệp đại học Mở đầu MỞ ĐẦU Ngày nay thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất, đặc biệt là tại Việt Nam hai năm gần đây đã có bước thay đổi mạnh mẽ khi hệ thống 3G WCDMA UMTS được đưa vào sử dụng. WCDMA là một công nghệ sử dụng giao diện vô tuyến theo tiêu chuẩn 3GPP trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 3. BTS (hay nodeB) là phần tử thực hiện giao diện vô tuyến với đầu cuối di động 3G (UE). Trong tương lai, LTE là bước phát triển với tốc độ số liệu cao hơn sẽ được đưa vào sử dụng. Do đó trong thời điểm hiện tại, việc thiết kế nodeB phải đáp ứng được cho cả GSM, UMTS và LTE. Các thế hệ thông tin di động tương lai sau 3G sẽ hỗ trợ tích hợp và đồng tồn tại nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) trong cùng một môi trường vô tuyến đa hợp. Chằng hạn môi trường này là một hệ thống đơn nhất cho phép đầu cuối di động có thể truy nhập bằng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau như GSM, EGPRS, WCDMA , HSPA, LTE, WiMAX …. Khái niệm khả lập lại cấu hình (là một phát triển của SDR) cho phép dễ dàng thực hiện môi trường nói trên. Với khái niệm này, các đầu cuối di động và các phần tử mạng có thể chủ động chọn và thích ứng đến một RAT phù hợp trong một vùng dịch vụ cụ thể và tại một thời điểm cụ thể. Đồ án này nghiên cứu “thiết kế trạm gốc (nodeB) cho 3G WCDMA UMTS” gồm nội dung chính sau: Chương I: Tổng quan về giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS và một số đặc tính kỹ thuật của trạm gốc theo tiêu chuẩn 3GPP Chương II: Nghiên cứu vấn đề thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS với các công nghệ mới phục vụ tốt cho nhu cầu thực tiễn. Chương III: Giới thiệu các thiết bị nằm trong loạt sản phẩm nodeB 3900 của Huawei. Chương IV: Tình hình triển khai nodeB cho mạng 3G tại Việt Nam Trong suốt thời gian làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của gia đình, thầy cô và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn giúp em thêm nhiều kiến thức và tư liệu để hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn gia đình, thầy cô, bạn bè và người thân đã giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian làm đồ án. Hà Nội ngày 03 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện Phạm Văn An Phạm Văn An – Lớp D06VT1 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3G WCDMA UMTS 1.1. GIỚI THIỆU WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS. Mạng 3G WCDMA lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 1. dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi. UE (User Equipment): Thiết bị người dùng TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối USIM (UMTS Subcriber Identify Module): Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS RNC (Radio Network Controller): Bộ điều khiển mạng vô tuyến MSC/VLR: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/Bộ ghi định vị tạm trú Hình 1. : Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng. UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa Phạm Văn An – Lớp D06VT1 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này là RNC và nodeB. WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico). Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần. Giao diện vô tuyến của W-CDMA hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM. Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA, trong mạng 3G chúng được gọi là các nodeB. Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho WCDMA. Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA. W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình. Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM. Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý. Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải. Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý. Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD. Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ. Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha. Trong phần dưới đây ta trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này. Phạm Văn An – Lớp D06VT1 10 [...]... kỹ thuật trạm gốc (nodeB) theo 3GPP Qua đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS ở chương tiếp theo Phạm Văn An – Lớp D06VT1 29 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II: Thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẠM GỐC-NODE B CHO 3G WCDMA UMTS 2.1 GIỚI THIỆU WCDMA là một công nghệ sử dụng giao diện vô tuyến theo tiêu chuẩn 3GPP trong các hệ thống thông tin... đây cho trạm thu phát gốc dựa trên một số tiêu chuẩn của 3GPP TS 25.104 V9.4.0 thông qua vào tháng 6 năm 2010 Đây là những yêu cầu cơ bản cho việc thiết kế nốt B trong mạng 3G Các yêu cầu này áp dụng cho trạm gốc diện dộng, trạm gốc cỡ trung bình, trạm gốc nội hạt và trặm gốc tại nhà Trạm gốc diện rộng sử dụng trong các ô lớn với mức tổn thất nhỏ nhất do kết nối từ BS tới UE cỡ 70 dB Trạm gốc cỡ... gốc. Trên hình 2.2, xử lý băng gốc được chia thành các phiến phát băng gốc (TXB BB ) và các phiến truy nhập ngẫu nhiên và thu băng gốc (RAXB BB ) TXBBB xử lý đường xuống, nó có thể mã hóa, trải phổ và điều chế RAXB BB xử lý đường lên, nó cho phép giải điều chế, giải trải phổ và giải mã Phạm Văn An – Lớp D06VT1 34 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II: Thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS 2.2 VẤN ĐỀ THIẾT KẾ... Trái lại, khi tải lưu lượng quá cao, các cơ chế giám sát và bảo vệ sẽ giảm nguy cơ mất cuộc gọi 2.2.2 Các khía cạnh thiết kế băng gốc Băng gốc được thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn 3GPP cho WCDMA Ngoài ra kiến trúc băng gốc được thiết kế để đáp ứng với các yêu cầu đảm bảo hoạt động các trạm gốc Các yêu cầu này gồm: tính linh hoạt cấu hình, sử dụng hiệu quả các tài nguyên, dễ triển khai, tương thích và... Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II: Thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS trong QTRU và không cần bộ kết hợp độc lập Công suất của sáu tín hiệu RF có thể được chia sẻ để cải thiện hiệu năng QTRU dựa trên công nghệ đa sóng mang có cùng kích thước như DTRU nhưng có dung lượng gấp ba lần DTRU Phần lõi của công nghệ WCDMA được thực hiện trong băng gốc của trạm gốc Tín hiệu WCDMA được trải phổ bởi một mã trải... 48 MHz 1.4.2.2 Quy hoạch tần số Hình 1 : Phân bố tần số cho WCDMA/ FDD a) Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000 Phạm Văn An – Lớp D06VT1 18 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên Hình 1 a WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000)... dB so với công suất đầu ra danh định của nhà sản suất Mức chênh lệch tối đa cho phép là +2.5 dB, -2.5 dB Bảng 1 : Công suất đầu ra danh định của trạm gốc Loại BS PRAT Trạm gốc cỡ trung bình < +38 dBm Phạm Văn An – Lớp D06VT1 27 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS Trạm gốc nội hạt < + 24 dBm Trạm gốc tại nhà < + 20 dBm (không phân tập phát hoặc MIMO) < + 17 dBm (có phân... băng gốc tạo nên nền tảng để xử lý các kênh chung và các kênh riêng cho các lớp cao hơn Hình 2.3 cho thấy tổng quan về xắp xếp (hay chuyển đổi) tiêu chuẩn giữa các kênh logic, truyền tải và vật lý Phạm Văn An – Lớp D06VT1 35 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II: Thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS 3GPP đã định nghĩa: √ Các thủ tục đồng bộ cho các ô, các kênh chung và các kênh riêng √ Các thủ tục truy nhập... nodeB Khi thực hiện HO đến một nodeB khác, kết nối đến nodeB cũ được giải phóng Phạm Văn An – Lớp D06VT1 23 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS Tất cả các kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng điều khiển công suất và dành cho các gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp nhất cho các dịch vụ chuyển mạch gói) đều sử dụng HHO Ngoài ra HHO sử dụng cho: √ HO giữa các hệ thống... hệ thống do cấu trúc phân bố của nó Phạm Văn An – Lớp D06VT1 31 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II: Thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS Với sự phát triển nhiều tiêu chuẩn vô tuyến như GSM/EGPRS, WLAN, WiMAX, WCDMA, HSPA, LTE và việc các BTS phải đồng thời hoạt đông trong nhiều băng tần dẫn đến phải thiết kế các BTS đa băng đa chuẩn để có thể hỗ trợ được các giao diện vô tuyến, các băng tần và các khuôn . cứu thiết kế trạm gốc (nodeB) cho 3G WCDMA UMTS gồm nội dung chính sau: Chương I: Tổng quan về giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS và một số đặc tính kỹ thuật của trạm gốc theo tiêu chuẩn 3GPP . II: Nghiên cứu vấn đề thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS với các công nghệ mới phục vụ tốt cho nhu cầu thực tiễn. Chương III: Giới thiệu các thiết bị nằm trong loạt sản phẩm nodeB 3900 của Huawei. . tuyến 3G WCDMA UMTS CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3G WCDMA UMTS 1.1. GIỚI THIỆU WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho