BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
NGUYỄN THÁI BÌNH NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI
TRẠM GỐC BTS CHO 3G WCDMA UMTS

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


MỞ ĐẦU

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. Giao diện này hỗ trợ tốc độ số liệu lên
đến 2Mbps trên sóng mang có băng tần 5MHz. Hiện nay HSPA đã được đưa ra với
tốc độ số liệu đỉnh 14,4Mbps cho R5 HSDPA và 5,7Mbps cho R6 HSUPA. BTS là
phần tử quan trọng nhất của mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di
động. Mỗi BTS bao gồm phần xử lý tín hiệu vô tuyến và phần xử lý tín hiệu băng
gốc. Để phát triền một mạng vô tuyến với vùng phủ và hiệu năng tốt, cần triển khai

tương thích, khả năng chuyển mạng phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa
trên vô tuyến.
Có thể coi một hệ thống TTDĐ là 3G nếu nó đáp ứng một số các yêu cầu được
ITU đề ra:
 Hoạt động trong một trong số các tần số được ấn định cho các dịch vụ 3G
 Phải cung cấp dẫy các dịch vụ số liệu mới cho người sử dụng bao gồm cả đa
phương tiện, độc lập với công nghệ giao diện vô tuyến
 Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động tại 144 kbps cho các người sử dụng di
động tốc độ cao và truyền dẫn số liệu lên đến 2Mbps cho các người sử dụng cố định
hoặc di động tốc độ thấp
 Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói
 Phải đảm bảo tính độc lập của mạng lõi với giao diện vô tuyến
Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G phát triển và tiến dần đến 4G là
việc đưa ra công nghệ HSPA và LTE.

hình 1.1: Lộ trình phát triển lên thế hệ 4

1.2. Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G.
Kiến trúc tổng quát của hệ thống 3G WCDMA UMTS được cho trên hình 1.2
bao gồm : thiết bị người sử dụng UE, mạng truy nhập UTRAN, mạng lõi CN.
Hình 1.3: Hệ thống 3G
UMTS kết hợp PS và CS
3G có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy
nhập WCDMA được gọi là UTRAN. Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập
TDMA được gọi là GERAN.
1.3. Chuyển mạch kênh (CS), chuyển mạch gói (PS), dịch vụ chuyển mạch
kênh và dịch vụ chuyển mạch gói.
Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) thiết bị chuyển mạch thực hiện các
cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định
trong toàn bộ cuộc truyền tin. Kết nối này là tạm thời, liên tục và dành riêng.

- Kênh truyền tải (TrCH)
- Kênh vật lý (PhCH). Kênh mang các kênh truyền tải.
1.6.2 Các kênh trên giao diện vô tuyến của 3G HSPA UMTS
Tương tự như 3G WCDMA UMTS, 3G HSPA UMTS cũng có các kênh LoCH,
TrCH và PhCH. Ngoài các kênh đã có của WCDMA, HSPA còn có thể một số kênh
mới: HS-DPCCH, HS-DSCH, HS-PDSCH, HS-SCCH… 1.7. Lớp vật lý
1.7.1 Các thông số lớp vật lý.
Các thông số lớp vật lý của WCDMA UMTS đựơc cho trong bảng 1.1.

W-CDMA
Sơ đồ đa truy nhập
DS-CDMA băng rộng
Độ rộng băng tần (MHz)
5/10/15/20
Mành phổ
200 kHz
Tốc độ chip (Mcps)
(1,28)/3,84/7,68/11,52/15,3
Độ dài khung
10 ms
Đồng bộ giữa các nút B
Dị bộ/đồng bộ
Mã hóa sửa lỗi
Mã turbo, mã xoắn
Điều chế DL/UL
QPSK/BPSK
Trải phổ DL/UL

MHz
B 2125-2140
MHz
1935-1950
MHz
1910-1915
MHz
C 2140-2155
MHz
1950-1965
MHz
1905-1910
MHz
D 2155-2170
MHz
1965-1980
MHz
1900-1905
MHz

Chương 2
NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THIẾT KẾ TRẠM GỐC BTS CHO 3G
WCDMA UMTS
2.1. Kiến trúc cơ sở của 3G WCDMA UMTS BTS
Kiến trúc điển hình của một trạm thu phát gốc 3G WCDMA UMTS (hình 2.1)
bao gồm bốn phần chính: phần vô tuyến (RF: Radio Frequency), phần băng gốc
(BB: Baseband), phần điều khiển và truyền dẫn. Module RF phát/thu các tín hiệu và
biến đổi tín hiệu số vào sóng vô tuyến và ngược lại. Module băng gốc (BB: Base
Band)) xử lý tín hiệu được mã hóa trước khi phát/thu nó đến từ mạng lõi thông qua
module truyền dẫn. Khối điều khiển đóng vai trò điều phối ba module nói trên.

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 phần cứng sẵn sàng cho tương lai.
2.2.3. Thiết kế phiến xử lý băng gốc phát (TXBBB).
2.2.3.1. Các chức năng xử lý đường xuống.
Hình 2.4 cho thấy các khối chức năng chính để xử lý đường xuống. Xử lý đầu
tiên là xử lý giao thức khung (FP). Sau khi biết khi nào thì các khung số liệu trên
các kênh chung ( PCH và FACH) và các kênh riêng (DCH) sẽ đến từ giao diện Iub,
bộ xử lý giao thức khung đồng bộ các khung và lấy ra phần tải tin của khung số
liệu. Phần tải tin chứa các kênh truyền tải không được mã hóa.

Hình 2.4. Các khối chức năng xử lý đường xuống
2.2.3.2. Thực hiện phiến TX băng gốc (TXBBB)
Thực hiện TXB
BB
được chia thành 2 phần: bộ xử lý phiến và phần cứng đặc thù
phiến. Bộ xử lý phiến điều khiển phiến và các phần lưu lượng. Phần cứng đặc thù
phiến xử lý số liệu của người sử dụng để gửi đến giao diện vô tuyến. Phần cứng này Mã hóa
BCH
Mã hóa
PCH
Mã hóa
FACH
Mã hóa
DCH
PCH FP

Hình 2.7.Các khối trên phiến RAXB
BB

2.3. Kiến trúc đầu phát vô tuyến đa băng (MBFE
Hiện nay các đầu thu phát vô tuyến của 3G WCDMA BTS đều được thiết kế để
có thể phục vụ 4 sóng mang trên cùng 1 băng tần WCDMA, ngoài ra các nhà sản
xuất cũng đang hướng tới thiết kế các BTS làm việc trong nhiều băng tần WCDMA
và cả các băng tần của công nghệ truy nhập vô tuyến khác. Các đầu thu phát vô
tuyến đa băng đáp ứng được yêu cầu này.

Hình 2.8. Kiến trúc tổng quát của MBFE
2.4. Bộ khuếch đại công suất đa sóng mang (MCPA)
MCPA cho các hệ thống WCDMA phải thỏa mãn các yêu cầu :
- Tuyến tính cao: để thỏa mãn các yêu cầu của 3GPP.
- Hiệu suất tối ưu: để giảm tiêu thụ công suất trạm gốc.
- Có thể sản xuất tự động với số lượng lớn.
2.4.1. MCPA sửa méo thuận.
Hình 2.9 Sơ đồ khối của MCPA sửa méo thuận cho WCDMA
Tín hiệu đầu vào MCPA sửa méo thuận được chia thành 2 đường. Tín hiệu trong
đường trên được khuếch đại bởi bộ khuếch đại chính MPA, bộ khuếch đại này làm
việc trong chế độ AB. Các méo phi tuyến trong MPA dẫn đến méo điều chế giao
thoa và méo này cộng vào tín hiệu. Mẫu tín hiệu đầu ra mPA được đưa vào bộ trừ (
bộ ghép định hướng), tại đây tín hiệu bị trừ bởi một phần tín hiệu gốc được làm trễ (
lý tưởng toàn bộ tín hiệu gốc bị loại bỏ). Tín hiệu lỗi được khuếch đại tuyến tính

1. Đa băng, đơn chuẩn:
- 1,8/2,1/2,6 GHz: WCDMA UMTS
- 2,5/3,5 GHz: WIMAX/IEEE 802.16e
2. Đa chuẩn trong một tần số
- 2,1 GHz: WCDMA UMTS, HSPA, LTE
3. Đa chuẩn, đa băng
- 1,8/2,1/2,6 GHz: WCDMA UMTS, HSPA, LTE
- 1,8/2,1/2,6/3,6GHz:WCDMA UMTS, HSPA, LTE, WIMAX
Chương 3
TRIỂN KHAI TRẠM GỐC BTS CHO 3G WCDMA UMTS
3.1 Triển khai BTS 3G hiện nay
Mục tiêu của lập kế hoạch mạng vô tuyến là thiết kế hệ thống mạng cho phép sử
dụng hiệu quả thiết bị và phổ tần hiện có với chi phí hợp lý. Đối với đa phần các
trường hợp mạng hiện nay, việc thiết kế với các ràng buộc là đặc trưng. Các ràng
buộc theo từ hiện trạng thực tế là các mạng UMTS phải phủ kín mạng hiện có.

Mạng phủ kín sử dụng công nghệ khác nhau cùng với các tần số tương tự hoặc khác
nhau. Kịch bản này thường mang đến nhiều thách thức trong việc thiết kế, đặc biệt
là:
- Các thách thức về hiệu năng phủ sóng;
- Các giải pháp về site và co-siting;
- Quy hoạch và phương pháp truyền dẫn;
- So sánh công nghệ và nhận thức của người dùng cuối cùng;
3.1.1. Quy trình lập kế hoạch đồng thời.
Trường hợp điển hình sẽ là một nhà mạng mà đã có sẵn một mạng lưới GSM
và đã nhận được giấy phép cho mạng WCDMA. Việc sử dụng các trạm GSM hiện
có và các trạm WCDMA cùng vị trí với các trạm GSM là giải pháp ưu tiên từ quan
điểm nhà mạng.
+ Tái sử dụng các trạm
+ Các giải pháp về trạm: Co-located Sites; Co-siting

3.2.2. Giải pháp mềm dẻo nâng cấp trạm gốc BTS SDR
Với kỹ thuật SDR, các nhà khai thác di động có thể nâng cấp hệ thống mạng đến
phiên bản mới nhất mà không phải thay đổi phần cứng, do đó làm giảm tổng chi phí
TCO. Thêm nữa, thiết bị SDR giúp cải thiện thời gian đưa sản phẩm ra thương mại,
làm giảm đáng kể rủi ro đầu tư của nhà khai thác.
Giải pháp hệ thống SDR của ZTE
Các sản phẩm SDR của ZTE dựa trên nền tảng vi TCA tiên tiến với thiết kế theo
module kiến trúc phân tán và tính tích hợp cao. Khối băng tần gốc BB hỗ trợ các
tiêu chuẩn GSM/WCDMA/CDMA và khối vô tuyến RU hỗ trợ các giải pháp đa Cơ vụ
trung tâm
Giá phối
sợi quang
Lưu lượng đường lên (cụm) 1,31 m
Lưu lượng đường xuống (liên tục) 1,49 m
Đầu cuối đường
quang (OLT:
Optical Line
Terminal)
Modem: Đầu cuối
mạng quang (ONT:
Optical Network
Terminal)
RNC
Chuyển
mạch
ATM/IP
RRUKẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Luận văn đã đạt được mục đích nghiên cứu ban đầu là nghiên cứu các vấn đề
thiết kế trạm gốc BTS cho 3G WCDMA UMTS, các cấu trúc cơ bản của một nút B
và phân tích thống kê mạng WCDMA & GSM hiện tại đề xuất phương án xây dựng
mạng đạt hiệu quả cao cũng như đảm bảo chất lượng. Cụ thể:
- Tóm tắt quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. Trình
bày các khái niệm, cấu trúc và chức năng của các phần tử trong hệ thống 3G.
- Trình bày kiến trúc cơ sở của 3G WCDMA UMTS.
- Các chức năng băng gốc và các vấn đề thiết kế băng gốc, kiến trúc đầu phát
vô tuyến đa băng, bộ khuếch đại công suất đa sóng mang.
- Trạm gốc phân bố, trạm gốc đa chuẩn đa băng và công nghệ vô tuyến được
định nghĩa bằng phần mềm.
- Các chỉ tiêu kỹ thuật đối với 3G WCDMA UMTS.
- Qui trình triển khai 3G hiện nay và giải pháp
Kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo:
Công nghệ SDR hứa hẹn sẽ mang lại một tiềm năng to lớn để cách mạng hóa các
thiết bị vô tuyến được thiết kế, sản xuất, phát triển và sử dụng theo cách thông thường.
Vì thiết bị vô tuyến SDR là dạng mới của kiến trúc thiết bị vô tuyến nên chúng bao gồm
rất nhiều các kỹ thuật thiết kế để tạo ra một thiết bị thu phát với tính năng mềm dẻo đích
thực. Lĩnh vực này rất rộng bao gồm: thiết kế các hệ thống RF, IF và thiết kế phần cứng
băng gốc analog, thiết kế phần cứng số và kỹ thuật phần mềm. Để thực hiện được nhiệm
vụ này cần phải tiếp tục nghiên cứu rất nhiều vấn đề như:
- Thực hiện lựa chọn kiến trúc máy thu mềm dẻo có thể hoạt động đa băng tần,
đa chế độ.
- Thực hiện lựa chọn kiến trúc máy phát mềm dẻo.