ENodeB Trong 4G LTE

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

---------------------------------------

PHẠM THỊ THANH LOAN

ENODEB TRONG LTE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013

2

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng

Phản biện 1:

……………………………………………………………………..

……………………………………………………………………..

Phản biện 2:

……………………………………………………………………..

……………………………………………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ

tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

3

MỞ ĐẦU

Công nghệ LTE đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên thế giới,

LTE cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh, cho phép phát triển

thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP, có thể

đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng

thông rộng của người dùng. Kiến trúc eNodeB là một phần quan trọng trong hệ thống

thông tin di động LTE, nhiệm vụ của eNodeB là một nút vật lý phát và thu các tín

hiệu vô tuyến trên một hay nhiều anten để phủ sóng cho một ô.

Để chuẩn bị tiến tới công cuộc 4G/LTE trong thời gian tới, với hạ tầng mạng

của các nhà mạng Việt Nam không ngừng phát triển, thay đổi cả về công nghệ lẫn mô

hình cấu trúc thì việc tìm hiểu về kiến trúc thiết bị để đưa ra các đánh giá và lựa chọn

thiết bị phù hợp với hệ thống hạ tầng viễn thông ở Việt Nam là mối quan tâm hàng

đầu của các nhà mạng.

Luận văn có 4 chương, trong đó 3 chương là quan trọng nhất, tập trung nghiên

cứu về cấu trúc tổng quan các yêu cầu chung về kiến trúc máy thu, máy phát eNodeB,

xét các yêu cầu chất lượng tín hiệu phát, công suất đầu ra máy phát, các phát xạ không

mong muốn, tỷ lệ dò kênh lân cận đồng thời xét mức độ nhập tham chuẩn, dải động, độ

nhậy đối với nhiễu của máy thu, phát xạ máy thu, và xét hiệu năng giải điều chế của

eNodeB; về tổng quan về kiến trúc cơ sở, cấu trúc phần cứng, phần mềm eNodeB,

đưa ra các tiêu chí chung thiết kế eNodeB làm cơ sở lựa chọn nhà cung cấp thiết bị,

và nghiên cứu cụ thể về thiết bị eNodeB của Huawei; bên cạnh đó, phân thích tình

hình triển khai eNodeB trên thế giới và ở Việt Nam. Luận văn gồm các chương:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN LTE

Chương 2: KIẾN TRÚC THU PHÁT SÓNG TRONG CÁC HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG MỚI

Chương 3: KIẾN TRÚC ENODEB TRONG LTE

Chương 4: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ENODEB TRONG LTE TRÊN THẾ

GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM

4

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN TRONG LTE

1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ

liệu nhanh, cho phép các nhà khai thác có thể phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập

sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP với: tốc độ truyền dữ liệu cao, độ

trễ thấp và công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu về:

- Hiệu quả sử dụng phổ - Trễ (latency)

- Băng thông - Tính tương tác

- Giá thành - Tính di động

- Chất lượng dịch vụ (QoS) - Tốc độ dữ liệu

1.2 Các giao thức trên giao diện vô tuyến LTE

Giao diện vô tuyến giữa UE và eNodeB được ký hiệu là LTE Uu. Các chức

năng trong eNodeB có thể xử lý nhanh hơn các thay đổi trên đường truyền vô tuyến

nhanh hơn. Ngoài ra mạng lõi là mạng lõi gói phát triển được xây dựng trên nền IP.

Hình 1.1. Kiến trúc mạng 4G LTE

1.3 Các kênh trên giao diện vô tuyến của LTE

Mạng truy nhâp vô tuyến LTE đựơc đơn giản hóa và giảm xuống chỉ còn

eNodeB và giao diện vô tuyến là giao diện giữ UE và eNodeB. Giao diện vô tuyến

gồm lớp 1: lớp các kênh vật lý, lớp 2: lớp các kênh truyền tải để điều khiển truy nhập

môi trường và lớp 3: lớp các kênh logic để điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC)

LTE Uu

5

Cấu trúc các kênh của LTE được đơn giản hóa so với 3G. Trừ các kênh điều

khiển RACH và BCH được sắp xếp các kênh vật lý riêng (PRACH/PBCH), tất cả các

kênh còn lại đều đựơc sắp xếp lên kênh vật lý chia sẻ: PDSCH/PUSCH.

1.4 Quản lý di động trong LTE

1.4.1. Vùng đeo bám, TA

Vị trí của UE được MME nhận biết với độ chính xác đến vùng theo bám (TA:

Tracking Area). Khi UE ở trạng thái rỗi, mỗi lần chuyển dịch từ một TA này sang

một TA khác nó phải thực hiện thủ tục TA để thông báo cho MME về TA mới.

1.4.2. Chuyển giao nội LTE

Các chuyển giao trong E-UTRAN được xây dừng trên các nguyên tắc sau:

Các chuyển giao được mạng điều khiển.

Chuyển giao theo các kết quả đo của UE

Các chuyển giao trong UE với chủ đích không tổn thất bằng cách

chuyển lưu lượng giữa eNodeB nguồn và eNodeB gói.

Kết nối S1 của mạng lõi chỉ được cập nhật khi chuyển giao vô tuyến

đã hoàn thành.

1.4.2.1. Báo hiệu cho chuyển giao

Các thủ tục báo hiệu được chia thành ba giai đoạn: chuẩn bị chuyển giao,

thực hiện chuyển giao và hoàn thành chuyển giao.

1.4.2.2. Đo chuyển giao

Khi thỏa mãn điều kiện ngưỡng để báo cáo, UE gửi các kết quả đo chuyển

giao đến eNodeB.

1.4.2.3. Chuyển giao giữa các hệ thống

Tất cả các thông tin từ hệ thống đích được truyền trong suốt qua hệ thống

nguồn đến UE. Số liệu của người sử dụng có thể được truyền từ nguồn đến hệ thống

đích để tránh mất số liệu.

6

1.5 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn trong LTE

1.5.1 Quy hoạch tần số cho 4G/LTE

Bảng 1.4 liệt kê các băng tần hiện thời được quy định cho LTE.

Bảng 1.1. Các băng tần LTE

Băng

LTE

Đường lên Đường xuống Chế độ

song công

1 1920MHz-1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD

2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz FDD







9 1749,9 MHz – 1784,9 Hz 1844,9 MHz – 1879,9 MHz FDD


11 1427,9 MHz –1452,9 MHz 1475,9 MHz – 1500,9 MHz FDD







…

33 900 MHz – 1920 MHz 1900 MHz – 1920 MHz TDD








1.5.2. Tổ chức kênh tần số trong LTE

1.5.2.1. Băng thông kênh và cấu hình băng thông truyền dẫn

Độ rộng sóng mang LTE được định nghĩa bằng các khái niệm băng thông

kênh (Bchannel) và cấu hình băng thông truyền dẫn (Bconfig)

7

Bảng 1.2. Cấu hình băng thông truyền dẫn Bconfig trong LTE

Băng thông kênh

Bchannel, (MHz)

Cấu hình băng thông

truyền dẫn, NRB

Cấu hình băng thông

truyền dẫn Bconfig, (MHz)

1,4 6 1,08

3 15 2,7

5 25 4,5

10 50 9

15 75 13,5

20 100 18

1.5.2.2. Sắp xếp kênh tần số

Các kênh của LTE được sắp xếp theo mành phổ 100 KHz, nghĩa là tần số

trung tâm phải là một số nguyên lần 100 kHz. So sánh với UMTS sắp xếp kênh

theo mành 200 KHz.

Khoảng cách giữa các sóng mang sẽ phụ thuộc vào kịch bản triển khai, kích

thước của khối tần số khả dụng và các băng thông kênh. Khoảng cách kênh chuẩn

giữa hai sóng mang LTE được xác định như sau:

Khoảng cách kênh chuẩn = (Bchannel1 - Bchannel2)/2 (1.1)

1.6. Kết luận chương

Mạng LTE LTE ra đời đã thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các mạng

thế hệ trước. Để đạt được các mục tiêu, LTE sẽ phải sử dụng các kỹ thuật mới:

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Truy cập đa phân chia

theo tần số trực giao) cho hướng DL và SC-FDMA (Single Carrier Frequency

Division Multiple Access - Truy cập đa phân chia theo tần số sóng mang đơn) cho

hướng UL, thêm vào đó, việc sử dụng thiêt bị ở phần truy nhập E-UTRAN của LTE,

đơn giản chỉ là mạng gồm các eNodeB cũng là một yêu cầu tất yếu. Chương này đã

trình bày đặc điểm cơ bản của công nghệ LTE, tổng quan kiến trúc mạng LTE LTE

và những nghiên cứu về giao thức trên giao diện vô tuyến LTE… để làm cơ sở cho

những chương sau nghiên cứu về thiết bị của LTE, cụ thể ở đây là thiết bị eNodeB

trong LTE.

8

Chương 2- KIẾN TRÚC THU PHÁT SÓNG TRONG CÁC HỆ

THỐNG THÔNG TIN DI DỘNG MỚI

2.2. Kiến trúc máy thu

2.2.1. Mức độ nhạy tham chuẩn

Mức độ nhậy tham chuẩn là công suất thu trung bình tối thiểu tại connectơ

anten mà tại đó yêu cầu thông lượng vẫn được thực hiện.

Mục đích của yêu cầu này là để kiểm tra hệ số tạp âm của máy thu.

Đối với các băng thông kênh ≤ 5MHz, kênh đo tham chuẩn được định nghĩa

trên cơ sở tất cả các khối tài nguyên được ấn định cho băng thông kênh này. Đối với

các băng thông > 5MHz, độ nhạy được đo bằng cách sử dụng các khối liên tục gồm

25RB. Độ nhạy được tính như sau:

IMrepRB MNFkHzNHzdBmdBmP

3,max

1

min 180.lg10.174 (2.1)

2.2.2. Dải động

Yêu cầu dải động là một số đo khả năng máy thu thu được tín hiệu khi có

mặt tín hiệu nhiễu trong kênh tần số thu mà tại đó yêu cầu về thông lượng vẫn được

đảm bảo.

Mục đích của yêu cầu này là đảm bảo rằng trạm gốc vẫn có thể thu được

thông lượng cao khi có mặt nhiễu tăng và các mức tín hiệu mong muốn cao.

Công suất tín hiệu nhiễu được xác định như sau:

dBNFkHzNHzdBmdBmI RB 20180.lg10/174 (2.2)

Biết nhiễu ta có thể tính được công suất tín hiệu mong muốn như sau:

imreqmmIMreqmm MIdBmpmI

p 3,3, . (2.3)

2.2.3. Độ nhạy cảm máy thu với tín hiệu gây nhiễu

a) Tổng quan

Các kịch bản liên quan đến yêu cầu độ nhạy cảm đối với tín hiệu khác nhau

được thể hiện trên hình 2.1. Trong tất cả các trường hợp khi tín hiệu gây nhiễu là một

9

tín hiệu LTE, nhiễu có cùng băng thông với tín hiệu mong muốn nhưng lớn nhất là

5MHz.

Hình 2.1. Các yêu cầu đối với độ nhạy cảm của máy thu đối với tín hiệu liên quan

đến: chặn, chọn lọc kênh lân cận (ACS), và chọn lọc trong băng (ICS).

b) Chọn lọc trong băng (ICS)

Yêu cầu chọn lọc trong băng (ICS: In channel Selectivity) là số đo khả năng

máy thu thu được tín hiệu mong muốn tại các khối tài nguyên được ấn định cho nó

khi có mặt tín hiệu nhiễu thu được tại mật độ phổ công suất lớn hơn mà vẫn đảm

bảo yêu cầu thông lượng cực đại đối với kênh đo tham chuẩn được đặc tả.

Mục đích của yêu cầu này là để đảm bảo độ chọn lọc khối tài nguyên lân cận

trong băng.

Công suất tín hiệu nhiễu được xác định như sau:

I[dBm]=-174dBm/Hz +101g(NRB.180kHz)+NF+ req,3 +16dB (2.4)

Biết nhiễu ta có thể tính được công suất tín hiệu mong muốn như sau:

Pmm[dBm] = -174dBm +101g(NRB.180kHz)+NF+ req,3 + Dsen+MIM (2.5)

c) Chọn lọc kênh lân cận (ACS) và nhiễu chặn băng hẹp

Yêu cầu chọn lọc kênh lân cận (ACS) và chặn băng hẹp là số đo khả năng máy

thu thu được tín hiệu mong muốn tại tần số được ấn định cho nó khi có mặt tín hiệu

gây nhiễu kênh lân cận mà vẫn đảm bảo yêu cầu thông lượng.

Mục đích của yêu cầu này là để kiểm chứng độ chọn lọc kênh lân cận. Độ

chọn lọc và chặn băng hẹp có tầm quan trọng để tránh nhiễu giữa các nhà khai thác.

ACS là hiệu số giữa công suất tín hiệu gây nhiễu trung bình (Pmin) và công

suất nhiễu cực đại cho phép (Imax) được tính toán như sau:

20MHz

Chặn băng hẹp

1RB ACS

Chặn (ngoài băng)

CW

Chặn (trong băng)

Kịch bản

ICS

Các RB

“mong muốn”

Các RB

“gây nhiễu”

Tín hiệu LTE

10

3.max3.

max

][ reqnmreqmm SNRPdVBmISNR

I

P

(2.6)

d) Nhiễu chặn

Yêu cầu chặn là số đo khả năng thu được tín hiệu mong muốn tại tần số kênh

được ấn định khi có mặt một nhiễu không mong muốn mà vẫn đảm bảo yêu cầu

thông lượng.

Mục đích của yêu cầu này là để kiểm tra độ chọn lọc tại các tần số khác nhau

ngoại trừ kênh lân cận.

e) Phát xạ giả của máy thu

Công suất phát xạ giả là công suất được tạo ra hay được khuếch đại trong

máy thu và xuất hiện tại connecto anten thu trạm gốc.

Yêu cầu tối thiểu đối với phát xạ giả máy thu được cho trong bảng 2.1.

Bảng 2.1. Yêu cầu tối thiểu đối với phát xạ giả máy thu

Dải tần Mức cực đại Băng thông đo

30MHz - 1 GHz -57 dBm 100 kHz

1GHz - 12.75 GHz -47 dBm 1 MHz

f) Điều chế giao thoa máy thu

Loại bỏ đáp ứng điều chế giao thoa là một số đo khả năng máy thu thu được

tín hiệu mong muốn tại tần số kênh được ấn định cho nó khi có mặt hai tín hiệu gây

nhiễu có quan hệ tần số đặc biệt với tín hiệu mong muốn mà vẫn đảm bảo yêu cầu

thông lượng.

Yêu cầu hiệu năng điều chế giao thoa quy định, công suất trung bình của tín hiệu

mong muốn bằng Pmin + 6dB, công suất trung bình của tín hiệu gây nhiễu bằng -52dBm,

dịch tần giữa tần số tín hiệu nhiễu CW với biên kênh tín hiệu mong muốn bằng 1,5 băng

thông kênh tín hiệu gây nhiễu LTE và kiểu tín hiệu.

2.3. Kiến trúc máy phát và các bộ khuếch đại công suất

2.3.1 Công suất phát đầu ra

Công suất đầu ra ảnh hưởng trực tiếp lên nhiễu giữa các ô sử dụng cùng kênh

và biên độ phát xạ bên ngoài băng công tác. Vì thế nó ảnh hưởng đến khả năng hệ

11

thống LTE đạt được hiệu xuất phổ tần cực đại và đây chính là lý do cần đặt chính

xác công suất phát ra của máy phát.

Đối với eNodeB, công suất phát ra cực đại phải duy trì trong dung sai

khoảng 2dB so với công suất được nhà sản xuất thông báo.

Đối với UE công suất phát ra cực đại là 23dBm và phải đảm bảo dung sai ± 2dB.

2.3.2 Phát xạ không mong muốn của băng tần công tác

LTE định nghĩa các yêu cầu cho cả hai kiểu phát xạ không mong muốn, trong

đó yêu cầu đối với các phát xạ giả chặt chẽ hơn.

Các phát xạ ngoài băng (OOB) nằm gần phát xạ mong muốn => tăng mức

công suất phát mong muốn thường => tăng mức các phát xạ không mong muốn.

Trái lại giảm công suất phát thường là một giải pháp hiệu quả để giảm các phát xạ

OOB và đây là một biện phát để đáp ứng các yêu cầu về hiệu năng.

Trong LTE, các phát xạ OOB được định nghĩa bằng các yêu cầu về mặt nạ

phổ phát xạ (SEM) và ACLR.

2.3.3 Tỷ lệ rò kênh lân cận (ACLR)

a) Quy định ACLR và ACS

ACLR quy định tỷ số công suất phát của tín hiệu mong muốn trong băng

thông kênh được ấn định với công suất phát xạ của tín hiệu không mong muốn trên

kênh lân cận. ACD định nghĩa khả năng máy thu lọc bỏ tín hiệu trên kênh lân cận.

Quan hệ giữa các thông số kênh lân cận được xác định theo phương trình như sau:

ACSACLR

ACIR11

1

(2.7)

b) Đồng tồn tại với các hệ thống khác trên các sóng mang lân cận trong cùng

băng tần công tác

c) Đồng tồn tại với các hệ thống khác làm việc trong các băng công tác lân cận.

2.3.4 Chất lượng tín hiệu phát

a) Định nghĩa EVM

12

EVM là số đo méo do các không hoàn thiện của phần vô tuyến gây ra trong

thực hiện thực tế. Các giá trị EVM phải thoả mãn các quy định cho bảng 2.2

Bảng 2.2. Các yếu tố về EVM

Điều chế Yêu cầu EVM (%)

Đường lên QPSK

16QAM

17,5

12,5

Đường xuống QPSK

16QAM

64QAM

17,5

12,5

8,0

b) Rút ra yêu cầu EVM

EVM yêu cầu nằm trong dải 10-6,3%.

Đối với chọn 64QAM MCSm ta được yêu cầu 7,9% EVM.

Đối với 16QAM: dải C/I từ 6 đến 12dB, điểm giữa C/I~9dB với yêu cầu

EVM bằng 12,9%.

Đối với QPSK: dải C/I từ -8 đến 6db, điểm giữa C/I ~ -1dB với các yêu

cầu EVM băng 29,6% và 16,3% (cho 6dB C/I).

Các giá trị EVM yêu cầu đối với 64QAM, 16QAM và QPSK là 8%,

12,5% và 17,5%.

2.4. Kết luận chương

Chương này đã xét các yêu cầu chung đối với eNodeB và trước hết xét các

yêu cầu đối với máy phát eNodeB. Liên quan đến các yêu cầu này, chương đã xét

các yêu cầu chất lượng tín hiệu phát (EVM), công suất đầu ra máy phát, các phát xạ

không mong muốn, tỷ lệ rò kênh lân cận, đồng tồn tại với các hệ thống khác trên

các sóng mang lân cận trong cùng băng tần công tác cũng như trong các băng tần

lân cận. Chương đã xét các yêu cầu đối với máy thu eNodeB. Liên quan đến vấn đề

này chương đã xét: mức độ nhạy tham chuẩn, dải động, độ nhạy đối với nhiễu của

máy thu, độ chọn lọc trong băng, chọn lọc kênh lân cận và nhiều chặn băng hẹp,

nhiều chặn, phát xạ giá của máy thu, điều chế giao thoa. ngoài ra chương cũng xét

hiệu năng giải điều chế của eNodeB.

13

Chương 3: KIẾN TRÚC ENODEB TRONG LTE

3.2 Giới thiệu chung về eNodeB cho LTE

3.2.1 Kiến trúc cơ sở của eNodeB:

3.2.1.1 Kiến trúc cơ sở

Kiến trúc eNode được thiết kế trên cơ sở phần cứng và phần mềm. Phần cứng

bao gồm 4 phần chính: đơn vị vô tuyến (RFU: Radio Frequency Units), đơn vị băng

gốc (BBU: Baseband Unit), phần điều khiển và truyền dẫn như hình 3.1.

Hình 3.1 Kiến trúc chung của một BTS

3.2.1.2 Kiến trúc phần mềm:

Kiến trúc phần mềm eNodeB được thể hiện trên hình 3.2

Inter – Cell RRM Radio admission

control Dynamic resource allocation

O&M Agent SON

Mobility control

Fault management Configuration

management RB Control Provisionning Measurement

configuration Load balacing

RRC

S1-AP

X2-AP GTP-U

DCP

RLC

STCP MAC

MAC Physical adaptation layer OS Adaptation layer

OS

TCP/UDP IP (IPSec)

LTE PHY Network Hadware

Hình 3.2 Kiến trúc phần mềm của ENODE B

Phần mềm

Module truyền dẫn

Module điều

khiển

Module nguồn

Module

băng gốc

Các đơn vị RF

Chuyển

mạch Giao diện

RP2

BBU RFU

Điều khiển và

đồng bộ

RF1

RF3

...

14

3.2.1.3 Kiến trúc phần cứng

*/ Kiến trúc tổng quan phần cứng của một eNodeB

Cấu trúc tổng quát phần cứng của một eNodeB được cho trên hình 3.3

Hình 3.3. Kiến trúc tổng quát phần cứng của một eNodeB

*/ Cấu trúc máy phát đổi tần

Cấu trúc máy phát đổi tần trong eNodeB được trình bầy ở hình 3.4

Hình 3.4. Cấu trúc máy phát đổi tần trong eNodeB

Bộ lọc

song công

Phần vô

tuyến thu

Bộ dao động

chuẩn ADC

RRC

Phần vô

tuyến phát

DAC

RRC

Các bộ dao

động nội

Xử lý băng gốc

Điều khiển

công suất phát AGC AFC

ADC: Anolog to Digital Converter: Bộ biến đổi tương tự thành số

DAC: Digital to Anolog Converter: Bộ biến đổi số thành tương tự

RRC: Rôt Rased Consine: Bộ lọc cosin tăng căn hai AFC: Automatic Frequency Control: Bộ tự động điều khiển tần số

AGC: Automatic Gain Control: bộ tự điều khuếch

PA: Rower Amplifier: Bộ khuếch đại công suất RF LO: Radio frequency locar oscillator:

bộ giao động nội vô tuyến IF LO: Intermediate frequency locar oscillator:

Bộ giao động nội trung tâm

CRC

Mã hóa xoản

hoặc turbo

OFDA Bộ đan xen

khối

Bộ lọc

RRC

Bộ lọc

RRC

DAC

DAC

900 a

I

Q

Miền số Miền tương tự

IP LO

RFLO

PA

IF (Intermediate

Frequency: trung tâm

Các bộ trộn

RF (Radio Frequency:

Tần số vô tuyến

Phần xử lý băng gốc (BB: Base Band) Phần xử lý vô tuyến

15

*/ Cấu trúc máy thu

Hình 3.5. Cấu trúc tổng quát phần cứng của một máy thu đổi tần (heterodyne)

*/ Cấu trúc máy thu

Hình 3.6. Thực hiện phát/thu biến đổi qua trung tần số

3.2.2. Kiến trúc tổng quát của eNodeB trên cơ sở SDR

3.2.3.1 Kiến trúc phần cứng của một máy thu phát số

Hệ thống vô tuyến SDR được xây dựng trên cơ sở kiến trúc phần cứng nền

tảng của một máy thu phát số. Kiến trúc tổng quát của một máy thu phát số bao

gồm: đầu vô tuyến (RPE: Radio Frequency Front - End), phần trung tần (IF:

Intermediate Frequency) và phần băng gốc.

LNA: Low Noise Amplifier:

Bộ khuếch đại tạp âm nhỉ RF LO: Radio frequency locar oscillator:

bộ giao động nội vô tuyến

IF LO: Intermediate frequency locar

oscillator: Bộ giao động nội trung tâm

Miền tương tự

Phần xử lý vô tuyến Phần xử lý băng gốc (BB: Base Band)

Miền số

RFLO

LNA

Giải CRC

Giải mã xoản

hoặc turbo

Giải điều

chế OFDA

Giải đan

xen khối

Bộ lọc

RRC ADC

ADC

IP LO

IF (Intermediate

Frequency: trung tâm)

Các bộ trôn

RF (Radio Frequency: Tần số vô tuyến)

IF (Intermediate

Frequency: trung tâm)

900

Bộ lọc

RRC

a

ADC: Analog – Digital Converter: Bộ biến đổi tương tự thành số

APE: Analog Front End: Đầu phát thu tương tự

DAC: Digital – Analog Converter: Bộ biến đổi số thành tương tự

DDC: Digital Downconverter: Bộ biến đổi hạ tần

DUC: Digital Upconverter: Bộ biến đổi năng tần

DPD: Digital Predistortion: Làm méo trước số

DDS: Direct Digital Syntheser:

IF: Intermediate Frequency: Bộ khuếch đại tạp âm thấp

VCO: Voltage Controlled Oscillator: Bộ giao động điều khiển

bằng điện áp

Xử

lý

tín

hiệ

u b

ăn

g

gố

c s

ố

IF số

DUC

DDC

DAC

ADC

DPD

AFE2

AFE1

Bộ

lọ

c so

ng

cô

ng

PA

LNA

VCO/DDS

16

Chức năng của RFE là phát và thu tín hiệu vô tuyến (RF: Radio Frequency)

thông qua anten.

Hệ thống SDR lý tưởng là một hệ thống có thể lập trình đến phần vô tuyến.

3.2.3.2 Kiến trúc phần mềm hệ thống vô tuyến SDR

3.2.3.3 Kiến trúc nền tảng băng gốc đa chuẩn

3.3 Đánh giá các tiêu chí thiết kế và lựa chọn nhà sản xuất eNodeB

Xây dựng các tiêu chí thiết kế eNodeB nhằm đánh giá và đưa ra những lựa

chọn kiến trúc eNodeB phù hợp. Các tiêu chí thiết kế eNodeB như:

Nền tảng BTS tiên tiến, kết hợp mạng UMTS và GSM, chia sẻ RAN và phát

triển liên tục

Dung lượng lớn, vùng phủ rộng và thông lượng cao

Tiêu thụ năng lượng thấp và hiệu suất cao

Chức năng SON tăng cường

Truyền tải IP toàn diện

Dễ dàng lắp đặt và CAPEX thấp

Các công nghệ đa anten tiên tiến

3.4 Sản phẩm eNodeB cho LTE của Huawai

3.4.1 Kiến trúc LTE DBS và đặc tính kỹ thuật

3.4.1.1 Kiến trúc LTE DBS

3.4.1.2 Đặc tả kỹ thuật

Bảng 3.2. cho thấy đặc tả kỹ thuật điển hình của DBS (dựa trên đặc tả cầu

DBS3900).

Bảng 3.1. Đặc tả kỹ thuật của DBS

Băng tần 700MHZ; 850MHZ; 1,7/2, 1GHz; 2,6 GHz.

Băng thông kênh 1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 15MHz; 20MHz

Công nghệ đa anten MIMO (2x2, 4x2), phân tập Tx/Rx

17

Công suất đầu ra cực đại RRU: 2x40W với các tuỳ chọn khả định cỡ giảm đến 2x10W,

2x20W hay 2x30W

Kích thước (HxWxD) BBU: 86mmx442mm310mm (3,4''x17,5''x12,2'')

RRU: 485mm x 285mmmx170mm (19,1''x11,4''x6,7''

Trọng lượng BBU: 12kg

RRU: < 19kg

Tiêu thụ nguồn điển hình <800W (S1/1/1)

Nhiệt độ làm việc BBU: -200C đến +550C (-40F đến + 1310F)

RRU: -400C đến +550C(-400F đến +1310F)

Truyền dẫn 2 cửa quang FE/GE, hai cửa điện FE/GE, các cửa E1/T1 (tuỳ chọn)

Tuỳ chọn đồng bộ đồng hồ Ethernet (ITU-T) G.8261), GPS, IEE 1588v2, đồng hồ trên IP

3.4.2. Đơn vị băng góc, BBU

3.4.2.1 Các chức năng của BBU

3.4.2.2 Các cửa của BBU

Bảng 3.2. Mô tả các cửa trên các phiến hoặc module của BBU

Module

hay phiến Cửa

Số

lượng Connectơ Chức năng

LMPT Cửa FE/GE

Opital

2 SFP Phát số liệu lưu lượng trên các

giao diện S1 và X2

Cửa FE/Ge

điện

2 RJ45 Phát số liệu lưu lượng trên các

giao diện S1 và X2

Cửa USB 1 USB Tải xuống phần mềm

Cửa TST 1 Đo thử

Cửa Ethenet

đưa thiết bị vào

vận hành

1 RJ45 Bảo dưỡng tại chỗ

Cửa anten GPS 6 SMA Nối đến một anten GPS

LBBO Cửa CPRI 6 SFR Giao diện giữa BBU và RRU

UPEU ổ cắm nguồn

nuôi

1 3V3 Nhận nguồn - 49V ĐC

MON0 1 RJ45 Phát các tín hiệu kiểm tra

RS485 và kết nối đến các thiết

bị giám sát bên ngoài MON1 1 RJ45

18

UTRP E1/T1 2 DB26 Phát 8 luồng E1/T1 khi cần lập

cấu hình các cửa E1/T1

UFLPb Cửa GE 2 RJ45

Cửa GE 2 RJ45

USCU Cửa RGPS 2 Đầu cuối hàn

nối các dây

phiến mạch in

Nhận tín hiệu RGPS

Cửa BITS 1 Connectơ cáp

đồng trục SMA

Nhận các tín hiệu BITS

3.4.2.3 Đặc tả thông số BBU3900:

Bảng 3.3. Đặc tả thông số kỹ thuật của BBU3900

Danh mục Đặc tả

Kích thước (HxWxD) 86mmx442mmx310mm

Trong lượng < 12kg (cấu hình đầy đủ)

Nguồn nuôi -48DC; dải điện áp: -38,4V DC đến -57V ĐC

Nhiệt độ

Độ ẩm tương đối 5% RH đến 90%RH

áp suất khí quyển 70kPa đến 106kPa

Chỉ số chống thâm nhập

(Ingres Protection ratings)

IP20 (chông thâm nhập vật thể 12mm2 nhưng không chống

thấm nước)

Đồng bộ đồng hồ Ethernet (ITU-TG.8261), GPS, IEE1588 V2 đồng hồ trên IP.

Dao động tự do của OCXO (OVen Controled Crystal

Oscilattor: bộ dao động thạch anh với hộp được điều khiển

nhiệt), IPSS+ToD, E1/T1, GLONASS (Global Navigation

Satellite System: hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Nga).

Cửa CPRI Hỗ trợ 6 cửa CPRI trên một LBBP

Hỗ trợ của CPRI 4.0 và tương thích với cửa CPRI 3.0

Cửa truyền dẫn Hai cửa FE/GE điện

Hay hai cửa FE/GE quang

Hay một cửa FE/GE điện và một cửa FE/GE quang

Hai cửa E1/T1 tuỳ chọn. Mỗi cửa đảm bảo bốn E1/T1

19

3.4.3 Các cấu hình và dung lượng của DBS 3900

3.4.3.1 Các cấu hình điển hình

Bảng 3.5 mô tả các cấu hình điển hình của DBS (DBS3900) với các bảng

thông khác nhau, các cấu hình MIMO khác nhau và các cấu hình site khác nhau.

Bảng 3.4 Các cấu hình điển hình của DBS (BBS3900)

Cấu hình MINO Số lượng phiến

LBBPc Số lượng RRU

3x5MHz/10HMz 4x2MIMO 1 6

3x15MHz/20MHz 4x2MIMO 3 6



3.4.3.2. Các cấu hình cực đại

3.4.3.3 Đặc tả dung lượng

3.5. Tổng kết

Chương này trước hết xét đến kiến trúc cơ sở của eNodeB. Một eNodeB bao

gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm bốn module chính: module

truyền dẫn giao diện với mạng hạ tầng di động, module đồng bộ và điều khiển và

module nguồn. Module thu phát được tách riêng thành hai phần: Module băng gốc

và Module vô tuyến. Hai Module này được nối với nhau qua giao diện chuẩn CPRI

hoặc OBSAI. Phần mềm được chia thành bốn phần chính: phần mềm giao thức,

phần mềm quản lý tài nguyên vô tuyến, phần mềm khai thác và bảo dưỡng và phần

mềm tự tổ chức SON.

Chương đã xét khá kỹ kiến trúc phần cứng của một eNodeB. Các xu thế thiết

kế các eNode hiện đại đều hướng đến đa băng đa chuẩn, số hoá và SDR.

Chương xét các kiến trúc eNodeB từ đó là cơ sở lựa chọn nhà cung cấp phù

hợp với các nhà mạng. Chương đã xét các giải pháp triển khai mạng DBS khác

nhau, nghiên cứu cụ thể về thiết bị của eNodeB của hãng Huawei.

20

Chương 4 - NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ENODEB TRONG

LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM

4.1 Thực tiễn triển khai eNodeB trên thế giới

4.1.1 Xu hướng triển khai

- TeliaSonera là telco đầu tiên thương mại hóa LTE vào năm 2010, sau đó

Telstra (Úc) là triển khai LTE rộng rãi đầu tiên trên thế giới vào cuối năm 2011 tại

Úc. Song song đó, Ericsson là nhà sản xuất thiết bị đầu tiên phát triển các hạ tầng

phục vụ hệ thống mạng LTE.

- Ericsson và Alcatel-Lucent là các đối tác cung cấp cơ sở hạ tầng LTE,

NodeB cho các nhà mạng chiếm thị phần lớn ở thị trường Mỹ như: Verizon

Wireless, AT&T từ 2010 đến nay.

- NTT DoCoMo là nhà khai thác di động đầu tiên của Nhật Bản bắt đầu đưa

ra các dịch vụ LTE từ năm 2010. Hiện nay Ericsson cũng là hãng cung cấp cơ sở hạ

tầng LTE cho nhà mạng NTT DoCoMo.

- Nhà mạng với số thuê bao lớn nhất thế giới như China Mobile (Trung Quốc)

và Bharti Airtel (Ấn Độ) đã kiên kết thành lập nhóm phát triển chuẩn LTE gọi tắt là

GTI. Huawei là nhà cung cấp chínhcơ sở hạ tầng LTE cho nhóm phát triển này.

4.1.2 Tình hình triển khai LTE trên thế giới

Cuối năm 2012 có 110 nhà cung cấp dịch vụ LTE trên hơn 50 nước trên thế

giới. Tính đến tháng 9/2013 trên thế giới có tổng số 298 nhà cung cấp cam kết triển

khai mạng LTE trên 131 quốc gia.

Tính đến nay, TeliaSonera chỉ mới có hơn 5000 người thuê bao dịch vụ LTE

với gần 900 eNodeB đã triển khai ở Thụy Điển.

Verizon USA đứng đầu trong bảng xếp hạng các nhà mạng có nhiều thuê bao

LTE nhất, với 3,1 triệu thuê bao vàhơn 100 nghìn eNodeB đã triển khai tại Mỹ và

một số quốc gia khác.

NTT DoCoMo Nhật Bản với hơn 388 ngàn thuê bao với 10 nghìn eNodeB.

21

Ở Châu Âu, nhà mạng có nhiều thuê bao LTE nhất là Vodafone D2 ở Đức

với 52 ngàn thuê bao với 8 nghìn eNodeB.

4.2 Tình hình triển khai eNodeB tại Việt Nam

4.2.1 Xu hướng nhu cầu sử dụng tại Việt Nam

Hạ tầng mạng viễn thông của Việt Nam không ngừng được phát triển, thay

đổi cả công nghệ lẫn mô hình cấu trúc.

Bảng 4.1 Tổng số NodeB các doanh nghiệp đã triển khai

STT Tên doanh nghiệp 3G Tổng số NodeB cam kết

tại thời điểm 3 năm

Tổng số đã triển

khai

1 Viettel 5.000 18.585

2 Liên doanh EVNTelecom

và Hanoi Telecom

2.421 2.224

3 VMS 2.327 5.400

4 VNPT (Vinaphone) 3.006 7.503

Tổng số

Bảng 4.2 Vùng phủ sóng 3G

STT Tên doanh nghiệp 3G Vùng phủ sóng tại thời

điểm 3 năm (%)

Vùng phủ sóng đã

triển khai (%)

1 Viettel 86,32 96,61

2 Liên doanh EVNTelecom

và Hanoi Telecom

46,21 70,00

3 VMS 52,13 100,00

4 VNPT (Vinaphone) 73,84 100,00

4.2.2 Tình hình triển khai tại Việt Nam

Bộ Thông tin và Truyền thông đồng ý cho 5 doanh nghiệp gồm VNPT,

Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC được thử nghiệm mạng di động 4G/LTE.

VNPT sẽ được VDC triển khai với 15 trạm eNodeB tại Hà Nội, bán kính phủ

sóng mỗi trạm khoảng 1km.

Viettel đã bắt đầu thử nghiệm mạng LTE với 40 eNodeB phát tại 2 quận

Đống Đa và Ba Đình ở Hà Nội, và 40 eNodeB tại quận Tân Bình và Tân Phú ở

thành phố Hồ Chí Minh.

22

Đối với các doanh nghiệp như FPT, MCM,VTC việc thử nghiệm còn nhiều

hạn chế, mới triển khai thử nghiệm cho các site inbuilding.

4.3 Xây dựng các giải pháp triển khai eNodeB

4.3.1. Các giải pháp truyền dẫn cho mạng truy nhập vô tuyến di động

Xây dựng giải phát đối với mạng vô tuyến gồm:

- Giải pháp mạng quang riêng

- Giải pháp sử dụng WDM chồng lấn PON gói

4.3.2. Các kịch bản triển khai DBS trên một site

Gồm các kịch bản:

- Kịch bản sử dụng BBU+RRU+APM30H

- Kịch bản sử dụng BBU+RRU+TMC11H

- Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+hộp máy 19 inch

- Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+tường trong nhà

- Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+ ICR

- Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+ IMB03

- Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+ OMB

4.4 Kết luận chương

Trong chương này em đã trình bày tìm hiểu về tình hình triển khai LTE trên

thế giới. Chương trình bầy tình hình triển khai LTE và số lượng eNodeB triển khai

tại một số quốc gia trên thế giới như như Mỹ, Anh, Pháp, Nhật, Hàn Quốc…

Nội dung chương cũng tìm hiểu về xu hướng phát triển và tình hình thử

nghiệm công nghệ LTE của các nhà mạng ở Việt Nam, số lượng các eNodeB lắp đặt

thử nghiệm của các nhà mạng. Ở Việt Nam hiện nay có 5 nhà mạng được đồng ý thử

nghiệm, và triển khai thử nghiệm mạnh mẽ nhất là Viettel, và VNPT. Nội dung chương

cũng đưa ra một số các giải pháp triển khai eNodeB

23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau quá trính nghiên cứu, thực hiện luận văn tốt nghiệp, với sự nỗ lực của

bản thân cùng với sự giúp đỡ của các giáo viên, đồng nghiệp và các bạn đến nay

luận văn của tôi đã hoàn thành và cơ bản đáp ứng được yêu cầu đặt ra.

Kết quả đạt được của luận văn:

- Chỉ ra được các đặc điểm vượt trội của công nghệ LTE, tổng quan kiến trúc

vô tuyến LTE.

- Tổng quan các yêu cầu chung về kiến trúc máy thu máy phát eNodeB, xét các

yêu cầu chất lượng tín hiệu phát, công suất đầu ra máy phát, các phát xạ không mong

muốn, tỷ lệ dò kênh lân cận đồng thời xét mức độ nhập tham chuẩn, dải động, độ nhậy

đối với nhiễu của máy thu, phát xạ máy thu, và xét hiệu năng giải điều chế của eNodeB.

- Tổng quan về kiến trúc cơ sở, cấu trúc phần cứng, phần mềm eNodeB, đưa

ra các tiêu chí chung thiết kế eNodeB làm cơ sở lựa chọn nhà cung cấp thiết bị, và

nghiên cứu cụ thể về thiết bị eNodeB của Huawei.

- Phân thích tình hình triển khai eNodeB trên thế giới và ở Việt Nam

Tuy nhiên, do kiến thức và thực nghiệm còn hạn chế nên luận văn mới chỉ

dừng lại ở phần tìm hiểu về kiến trúc enNodeB, chưa nghiên cứu sâu về các vấn đề

khai thác và bảo dưỡng eNodeB, các kịch bản triển khai eNodeB. Em hy vọng sau

này nếu có điều kiện sẽ tiếp tục phát triển luận văn để tập trung tìm hiểu, nghiên cứu

các giải phát triển khai eNodeB.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo TS.

Nguyễn Phạm Anh Dũng cùng các thầy cô tại trường Học viện Công nghệ Bưu

chính Viễn thông đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện luận văn.

Hà Nội, ngày tháng 9 năm 2013

Học viên thực hiện

Phạm Thị Thanh Loan

ENodeB Trong 4G LTE

Documents