Tìm hiểu xây dựng và lắp đặt trạm phát sóng BTS

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG. Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống thông tin di động tổ ong GSM GPRS7 Các dịch vụ cơ bản của mạng 2G và 2,5G Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống Lý thuyết trung kế (trunking theory) TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP ĐÃ VÀ ĐANG SỬ DỤNG Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG CẤU TẠO VÀ NGYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BTS VÀ NODEB CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN CƠ SỞ HẠ TẦNG VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG NGUỒN ACQUI HỆ THỐNG TIẾP ĐỊA MỘT SỐ LỖI TRẠM VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỰ CỐ TRẠM BTS THƯỜNG GẶP QUY TRÌNH LẮP ĐẶT THIẾT BỊ101ERICSSON RBS 2216 V2 VÀ NGUỒN DELTA LẮP ÐẶT THIẾT BỊ INDOOR LẮP ĐẶT THIẾT BỊ OUTDOOR QUY TRÌNH LẮP ĐẶT THIẾT BỊ NODE B NSN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ INDOOR LẮP ĐẶT THIẾT BỊ OUTDOOR LẮP ĐẶT THIẾT BỊ FEEDERLESS VẬN HÀNH KHAI THÁC THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN PASOLINK

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1 5

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 6

1.1.1 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống thông tin di động tổ ong GSM/ GPRS 7

Các dịch vụ cơ bản của mạng 2G và 2,5G 11

1.1.2 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống 3G 11

2.1.1 Lý thuyết trung kế (trunking theory) 13

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP ĐÃ VÀ ĐANG SỬ DỤNG: 17

2.2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA): 18

2.2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): 18

2.2.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA): 19

2.2.4 So sánh các công nghệ FDMA, TDMA với CDMA ứng dụng trong thông tin di động tế bào: 20 2.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG VMS 24

CHƯƠNG 2 28

CẤU TẠO VÀ NGYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BTS VÀ NODEB 28

2.1 THIẾT BỊ BTS 2G 29

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của các khối trong BTS Alcatel 31

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của các khối trong BTS Ericsson 35

2.2 THIẾT BỊ NODEB 3G 46

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của các khối trong NodeB NSN 48

2.2.1.1 Giới thiệu hệ thống 49

2.2.1.2 Khối System 50

2.2.1.3 Khối RF 52

2.2.1.4 Khối RRH 54

2.2.1.5 Khối cấp nguồn FPMA (Flexi Power Module) 55

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của các khối trong NodeB Ericsson 55

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của các khối trong NodeB Huawei 58

CHƯƠNG 3 63

TRUYỀN DẪN 63

3.1 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ 64

3.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN 64 3.2.1 Thiết bị vi ba 64

3.2.2 Một số thiết bị truyền dẫn khác 70

CHƯƠNG 4 73

CƠ SỞ HẠ TẦNG VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 73

4.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG NGUỒN ACQUI 74

4.1.1 C ẤU TRÚC .74

4.1.2 Đặc tính 74

4.1.3 Nguyên tắc hoạt động 74

4.1.4 Các tham số kỹ thuật liên quan 75

4.2 HỆ THỐNG TIẾP ĐỊA 75

4.2.2 Cấu trúc hệ thống tiếp đất 76

4.2.3 Đấu nối hệ thống tiếp đất 76

4.2.4 Điện trở tiếp đất 78

4.2.5 Mạng tiếp đất 78

4.2.6 Điện cực tiếp đất 79

4.3 CHỐNG SÉT 79

4.3.2 Cấu trúc hệ thống chống sét trạm BTS 79

4.3.3 Chống sét cột an ten 80

4.3.4 Chống sét nhà trạm 81

4.3.5 Thiết bị chống sét lan truyền theo cáp tín hiệu 81

4.3.6 Thiết bị chống sét lan truyền theo đường dây tải điện 82

4.3.7 Chống sét cáp nguồn DC và các thiết bị RF lắp đặt ngoài trời 83

4.4 CỘT ANTEN 83

4.4.1 Phân loại 83

4.4.2 Yêu cầu kỹ thuật 84

4.5 ĐIỀU HÒA, THÔNG GIÓ 86

4.5.1 Điều hòa 86

4.5.2 Thông gió khẩn cấp 88

4.6 PHÒNG CHÁY, CHỮA CHÁY 89

4.6.1 Phòng cháy 89

4.6.2 Phương tiện chữa cháy tại chỗ 89

4.7 QUY ĐỊNH VỀ THIẾT KẾ NHÀ TRẠM 90

4.7.1 Phân loại nhà trạm BTS 91

4.7.2 Diện tích phòng máy 91

4.7.3 Vị trí đặt trạm 92

4.7.4 Kiến trúc phòng máy 92

4.7.5 Phòng máy phát điện 94

4.7.6 Phòng acqui 94

4.7.7 Trạm BTS Shelter 95

CHƯƠNG 5 97

MỘT SỐ LỖI TRẠM VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỰ CỐ TRẠM BTS THƯỜNG GẶP 97

5.1 MỘT SỐ LỖI TRẠM BTS 97

5.1.1 Lỗi lắp đặt và ảnh hưởng gián tiếp tới chất lượng mạng 97

5.1.2 Lỗi thi công hệ thống tiếp đất chống sét 97

5.1.3 Lỗi lắp đặt cáp và các thiết bị trong nhà trạm 97

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 99

PHỤ LỤC 1 101

QUY TRÌNH LẮP ĐẶT THIẾT BỊ 101

ERICSSON RBS 2216 V2 VÀ NGUỒN DELTA 101

LẮP ÐẶT THIẾT BỊ INDOOR 102

LẮP ĐẶT THIẾT BỊ OUTDOOR 108

LẮP ÐẶT NGUỒN DELTA 111

MỘT SỐ LỖI LẮP ĐẶT 117

PHỤ LỤC 2 121

QUY TRÌNH LẮP ĐẶT THIẾT BỊ 121

NODE B NSN 121

LẮP ĐẶT THIẾT BỊ INDOOR 122

LẮP ĐẶT THIẾT BỊ OUTDOOR 127

LẮP ĐẶT THIẾT BỊ FEEDERLESS 128

PHỤ LỤC 3 130

VẬN HÀNH KHAI THÁC 130

THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN PASOLINK V4 130

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 131

1 C ẤU TẠO CHUNG : 131

2 C ÁC LOẠI CẤU HÌNH : 131

3 C HI TIẾT CÁC KHỐI CHÍNH : 132

CÀI ĐẶT PHẦN MỀM PNMT (P ASOLINK N ETWORK M ANAGEMENT T ERMINAL ) 154

SỬ DỤNG PNMT 160

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Từ khi ra đời cho đến nay thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động không ngừng được cải tiến Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Chương này sẽ giới thiệu về tiến trình phát triển của mạng di động nói chung và sau đó đi sâu trình bày các mạng di động VMS.

Nội dung chương bao gồm:

 Tổng quan về hệ thống thông tin di động

 Tổng quan về hệ thống thông tin di động VMS

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng vô tuyến, có khả năng vừa di chuyển vừa liên lạc được Các dịch vụ của hệ thống thông tin di động cho đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện Các hệ thống này chưa tiện lợi và dung lượng rất thấp

so với các hệ thống hiện nay Cùng với quá trình phát triển của công nghệ, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản phẩm, hệ thống thông tin di động ngày càng hoàn thiện mang lại nhiều dịch vụ nâng cao, phục vụ nhu cầu giao tiếp của con người, mang lại nhiều tiện ích hơn cho người sử dụng Tóm tắt quá trình phát triển từ các thế hệ thông tin di động sơ khai đến hệ thống thông tin di động như ngày nay được trình bày trong

GSM (1900) IS-136 (1900)

+GPRS

IS-95 CDMA (J-STD-008) (1900)

EDGE

IS-136 TDMA (800) AMPS

IS-95 CDMA (800)

CDMA 2000 3x cdma200 1x EV-DV

2G

EDGE tăng cường

cdma 2000 1x cdma1x EVDO

cdma 2000 1x EV-DV

CDMA1x EV-DO

TDMA hoặc CDMA, số, băng hẹp (8-13 kbps)

Trung gian

(2,5)

GPRS, EDGE, cdma2000

hệ hai

Thế hệ ba

(3G)

cdma2000, W-CDMA

Các dịch vụ tiếng và số liệu gói được thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiên

Là nền tảng thực sự thế hệ

ba

CDMA, CDMA kết hợp TDMA, băng rộng (tới 2 Mbps), sử dụng chồng lấn lên thế hệ hai hiện có nếu không sử dụng phổ tần mới

1.1.1 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống thông tin di động tổ ong

GSM/ GPRS

Mạng di động GSM

GSM là mạng thông tin di động số đầu tiên được xây dựng trên phương pháp đa truy nhập TDMA Một hệ thống GSM được tổ chức thành ba phần tử chính: MS, hệ thống con trạm gốc (BSS: base station subsystem) và hệ thống con chuyển mạch (SS: switching subsystem ) như trên Error! Reference source not found 1.2

 Trạm di động (MS):

Trạm di động (MS) bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác thực thuê bao (SIM) SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International Mobile Equipment Identity) Card SIM

chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để

hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI

và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN)

MSC

Mạng báo hiệu số 7

SMS-GMSC

PTSN ISDN CSPDN PSPDN SS

Trạm di động

(MS)

Hệ thống con trạm gốc (BSS)

Trạm thu phát gốc có bộ thu phát vô tuyến xác định một ô (cell) và thiết lập giao thức kết nối vô tuyến với trạm di động Trong một khu đô thị lớn thì số lượng BTS cần lắp đặt sẽ rất lớn

Trạm điều khiển gốc quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc vài trạm BTS Nó thực hiện thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần số, và chuyển vùng BSC là kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC

 Hệ thống con chuyển mạch (SS):

Thành phần trung tâm của hệ thống mạng là tổng đài chuyển mạch di động MSC

Nó hoạt động giống như một tổng đài chuyển mạch PSTN hoặc ISDN thông thường,

và cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho một thuê bao di động như: đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng, định tuyến cuộc gọi tới một thuê bao roaming (chuyển vùng) MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định ( PSTN hoặc ISDN) Báo hiệu giữa các thành phần chức năng trong hệ thống mạng sử dụng Hệ thống báo hiệu

số 7 (SS7)

Bộ ghi địa chỉ thường trú HLR (home location register) và Bộ ghi địa chỉ tạm trú VLR (visitor location register) cùng với tổng đài chuyển mạch di động MSC cung cấp khả năng định tuyến cuộc gọi và roaming cho GSM HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao Vị trí của thuê bao thường dưới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tương ứng với trạm di động Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố

Trung tâm nhận thực (AuC: authentication center) được đặt tại HLR và là một trong những nơi phát đi các thông số an ninh quan trọng nhất vì nó đảm bảo tất cả các thông số cần thiết cho nhận thực và mật mã hóa giữa MS và BTS

Mục đích của EIR (equipment identity register: bộ ghi nhận dạng thiết bị) là để ghi lại nhận dạng số máy của thiết bị di động để chống mất cắp máy Nói một cách khác EIR chứa các số seri máy của tất cả các máy di động và đánh dấu số máy bị mất hoặc

bị ăn cắp mà hệ thống sẽ không cho phép Các người sử dụng sẽ được nhận dạng là đen (không hợp lệ) trắng (hợp lệ) hay xám (bị nghi ngờ)

Bộ ghi địa chỉ tạm trú bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động hiện đang

ở vị trí mà nó quản lý Mặc dù các chức năng này có thể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên đơn giản được báo hiệu Chú ý rằng MSC không chứa thông tin về trạm di động cụ thể- thông tin này được chứa ở bộ ghi địa chỉ

Mạng di động GPRS

GPRS sử dụng lại mạng truy nhập vô tuyến của GSM để truyền số liệu gói bằng cách ghép nhiều khe thời gian vào một kênh truyền Kiến trúc của GPRS được cho trên

Hình 1 34

Hình 1 3 Kiến trúc GPRS

MS gồm thiết bị đầu cuối (TE:Terminal Equipment) (máy tính PC cầm tay chẳng hạn) và đầu cuối di động (MT) MS có thể hoạt động trong ba chế độ phụ thuộc vào khả năng của mạng và máy di động

 Chế độ A, có thể xử lý đồng thời cả khai thác chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói

 Chế độ B, cho phép MS hoặc ở chế độ PS hoặc ở chế độ CS nhưng không đồng thời ở cả hai chế độ Khi MS phát các gói, nếu kết nối CS được yêu cầu thì truyền dẫn PS tự động được đặt vào chế độ treo

 Chế độ C, cho phép MS thực hiện mỗi lần một dịch vụ Nếu MS chỉ hỗ trợ lưu lượng PS (GPRS) thì nó hoạt động ở chế độ C

Trong BSS, BTS xử lý cả lưu lượng CS và PS Nó chuyển số liệu PS đến SGSN và

CS đến MSC Ngoài các tính năng GSM, HLR cũng được sử dụng để xác định xem thuê bao GPRS có địa chỉ IP tĩnh hay động và điểm truy nhập nào sử dụng để nối đến mạng ngoài Đối với GPRS, các thông tin về thuê bao được trao đổi giữa HLR với SGSN

SGSN xử lý lưu lượng các gói IP đến và từ MS đã đăng nhập vào vùng phục vụ của nó và nó cũng đảm bảo định tuyến gói nhận được và gửi đi từ nó

GGSN đảm bảo kết nối với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài như Internet hay các mạng riêng khác Nút kết nối với mạng đường trục GPRS dựa trên IP Nó cũng chuyển đi tất cả các gói IP và được sử dụng trong quá trình nhận thực và trong các thủ tục mật mã hóa

AuC hoạt động giống như mạng GSM Cụ thể là nó chứa thông tin để nhận dạng các người được phép sử dung mạng GPRS và vì thế ngăn chặn việc sự sử dụng trái phép mạng

EIR MSC/

VLR

SMS-GMSC SMS-IWMSC

Gp

Mạng lõi TE

Các dịch vụ cơ bản của mạng 2G và 2,5G

Phân loại thuê bao - Các sản phẩm chính :

 Dịch vụ thoại - Kết nối nhanh thời gian thực(realtime – online)

 Dịch vụ nhắn tin ngắn Short Messages (SMS) : Lưu lại và chuyển đi - không cần thời gian thực : Tmax = Ti

 Dịch vụ truyền dữ liệu – Dạng gói (packet) : Email; FTP; Web; Wap; Fax; MMS; Voice mail; Voice Messages; Voice chat

1.1.2 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống 3G

Cấu trúc hệ thống 3G sử dụng WCDMA của Mobifone khi triển khai từ GSM 

GPRS/EDGE  WCDMA pha đầu sẽ theo chuẩn 3GPP Release 4 như Hình 1 45

Hình 1 4 Sơ đồ kết nối mạng lõi Mobifone khi triển khai 3G

Trong kiến trúc mạng 3G này, các phần tử mạng được phân thành 3 thành phần: thiết bị người dùng (UE), mạng vô tuyến UMTS (UTRAN) và mạng lõi (CN) Trong

đó, UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới Còn mạng lõi thì ngược lại, có các thành phần được kế thừa từ mạng lõi GSM, GPRS/EDGE trước đó

 Thiết bị người sử dụng (UE):

Thiết bị UE được dùng để giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô tuyến

Nó gồm hai thành phần:

o Thiết bị di động (ME) là đầu cuối vô tuyến sử dụng để giao tiếp vô tuyến

qua giao diện Uu

o Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là một thẻ thông minh đảm

nhận việc xác nhận thuê bao, thực hiện thuật toán nhận thực, và lưu giữ

khoá mã mật, khoá nhận thực và một số các thông tin về thuê bao cần thiết tại đầu cuối

Các giao diện kết nối trong UE và giữa UE với UTRAN bao gồm:

o Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

o Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu là giao diện nhờ

đó UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và đây có thể là

phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS

 Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN)

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến

vô tuyến Nó đứng ở vị trí tương tự như hệ thống BSS ở GSM Nó gồm 2 thành phần:

o Nút B: chuyển đổi dữ liệu truyền giữa giao diện Iub và Uu Nó cũng

tham gia vào quản lý tài nguyên vô tuyến

o Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): sở hữu và điều khiển nguồn tài

nguyên vô tuyến trong vùng của nó, bao gồm các Nút B kết nối với nó RNC là điểm truy cập dịch vụ cho tất cả các dịch vụ mà UTRAN cung

cấp cho mạng lõi

Các giao diện kết nối mạng UTRAN bao gồm:

o Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC

từ các nhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu

o Giao diện Iub: Giao diện Iub kết nối một Nút B và một RNC Đây là

giao diện mở hoàn thiện giữa bộ điều khiển và trạm gốc đã được chuẩn hoá Giống như các giao diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh

tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này

o Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi Giao diện Iu

gồm: Iu-CS và Iu-PS tương ứng với các giao diện tương thích trong GSM là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh) và Gb (đối với chuyển mạch gói) Giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng

xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

o Giao diện Iu-BC: Giao diện này kết nối RNC với miền quảng bá của

mạng lõi là trung tâm quảng bá cell (Cell Broadcast Center) Giao diện Iu-BC được dùng để phát thông tin quảng bá tới người dùng di động trong cell cần quảng bá

 Mạng lõi (Core Network):

Mạng lõi thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi, điều khiển các phiên truyền và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài

Các thành phần của mạng lõi gồm nhiều các thành phần kế thừa từ mạng lõi GSM và GPRS/EDGE bao gồm: MSC/VLR, G-MSC, SGSN, GGSN, HLR/EIR/AuC

2.1 Lưu Lượng

2.1.1 Lý thuyết trung kế (trunking theory)

M kênh có thể phục vụ nhiều hơn m users  sẽ có nghẽn xuất hiện  xác suất nghẽn là bao nhiêu là chấp nhận được? (GOS - Grade Of Service, thường 2% cho di động, 1% cho cố định)

Hai loại hệ thống ghép kênh trung kế thường được sử dụng:

Loại thứ nhất: khi một thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ nhưng tại thời điểm

đó tất cả các kênh vật lý đã được sử dụng Thuê bao sẽ bị từ chối dịch vụ, và cuộc gọi được gọi là nghẽn (blocked) -Blocked Calls Cleared → Circuit Switching Systems: dịch vụ thoại 2G

Loại thứ hai: sử dụng hàng đợi để lưu yêu cầu của các thuê bao, sau một thời

gian đợi nào đó sẽ gửi lại yêu cầu kết nối khi tài nguyên của hệ thống sẵn có - Blocked Calls Delayed→ Packet Switching Systems : dịch vụ bản tin ngắn SMS của 2G hoặc các dịch vụ của 3G

Cấp dịch vụ GoS (Grade of Service): Thể hiện khả năng truy nhập hệ thống tại thời điểm giờ bận, được đo đạc theo đơn vị Erlang

Tải lưu lượng / người dùng (Traffic Intensity (User))

H

AU   

AU : Mật độ lưu lượng của một thuê bao

λ: Số yêu cầu cuộc gọi trung bình/1 đơn vị thời gian/thuê bao

H: Thời gian trung bình của một cuộc gọi (duration of call)

Tải lưu lượng / Hệ thống (Traffic Intensity (System))

ACH: Mật độ lưu lượng cho một kênh

C: Số lượng kênh được ghép trung kế ( trunked channels)

Công thức Erlang B

r

k A C

A Blocking

P

0 !

!

Trong đó:

-C: Tổng số kênh được ghép trung kế

-A : Tổng lưu lượng yêu cầu của hệ thống

-Pr : Xác suất nghẽn cuộc gọi = GoS = Cấp dịch vụ của hệ thống

• Ứng dụng để tính toán dung lượng hệ thống chuyển mạch kênh

Ví dụ: một hệ thống tế bào 394 cell với 19 kênh cho mỗi cell.Tìm số người dùng được hỗ trợ khi blocking là 2%, trung bình có 2 cuộc gọi/giờ và mỗi cuộc gọi thưc hiện trung bình 3 phút

Mật độ lưu lượng của một thuê bao: AU=λ*H=2*3/60=0.1 Erlang

Blocking 2%  GOS=0.02, C=19 kênh

Từ bảng Erlang B  tổng sóng mang lưu lượng 12 Erlang

Tổng số người được hỗ trợ trên một cell: U=A/AU=12/0.1=120

Tổng số thuê bao được hỗ trợ bởi hệ thống: 120*394=47280

Cải thiện dung lượng hệ thống

Giá thành của mạng di động tỷ lệ với số trạm BTS và danh thu của hệ thống tỷ

lệ với số khách hàng  tăng lượng khách hàng  tăng dung lượng:

Dùng dải tần mới  rất đắt, hoặc không được phép

Cải thiện cấu trúc: chia cell (cell splitting), chồng cell (cell overlay), dùng anten sector (sectorizing cell)

Gán kênh động (dynamic allocation of channels  more complex)

Thay đổi công nghệ truy cập (FDMA-TDMA-CDMA)

Chia cell là giảm kích thước cell hiện tại thành nhiều cell có diện tích nhỏ hơn, giảm chiều cao anten và công suất phát  tăng số lần sử dụng lại tần số

Nếu giảm bán kính cell đi ½ thì số lượng cell tăng lên 4 lần

Ta có:

Pt1 là công suất phát trước khi chia cell

Pt2 là công suất phát sau khi chia cell

Nếu hệ số suy hao đường truyền n=4, công suất thu tại biên của cell mới và cell

cũ là như nhau:

Để đảm bảo SIR thì công suất cell phải giảm đi 16 lần nếu hệ số suy hao đường truyền n=4

+ Chồng cell

- Kênh được dùng bởi a thì được dùng ở A nhưng chỉ trong bán kính R/2

- Kênh không được dùng bởi a thì được dùng trong A với cả cell

+ Dùng anten sector (anten định hướng trong vùng với gốc 1200

)

Nhiễu đồng kênh có thể được giảm bằng việc thay thế omni-directional antenna bằng nhiều directional antenna Bằng cách sử dụng nhiều directional antenna, cell sẽ nhận nhiễu từ một phần của các cell đồng kênh thứ nhất, mặc khác nó sẽ tăng số lượng chuyển giao giữa các sector, nhưng vấn đề này được giải quyết khi các BTS hiện đại

hỗ trợ cho việc chuyển giao giữa các sector mà không cần phải có sự can thiệp của MSC

Giả sử 1 cluster gồm 7 cell, sử dụng 1200 sector  Trong trường hợp này một cell chỉ còn bị nhiễu bởi 2 cell (không phải 6 cell trong trường hợp anten omni)  cải thiện 6dB đối với SIR tuy nhiên giảm hiệu quả sử dụng trung kế

Ví dụ: Thời gian trung bình của một cuộc gọi là 2 phút, GOS = 1%, N = 7 và có

395 kênh cho một cluster

395/7 = 57 kênh cho một cell  theo Erlang B thì traffic của một cell A = 44.2 Erlang

hr calls hr

calls calls

T

A

h

/13261

302

.44min

2

2

calls calls

T

A

h

/10081

306

.33min

2

6

Trong mỗi hệ thống ghép kênh ở trên đều sử dụng thuật ngữ đa truy nhập, tức là các kênh vô tuyến được nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi thuê bao được gán một tần số riêng

Sau đây sẽ đi chi tiết về ba kỹ thuật ghép kênh

2.2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA):

Các hệ thống tế bào hiện tại đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh FDMA, chia toàn

bộ băng tần được phân phối cho một nhà khai thác mạng tế bào (25 MHz) thành các kênh rời rạc Vì mỗi kênh có dải thông (độ rộng dải) là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh Mỗi cuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác

có 416 cặp tần số khả dụng, mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất

kỳ lúc nào

Hình vẽ trên minh hoạ kỹ thuật FDMA, được áp dụng cho hệ thống tế bào analog ở Hoa Kỳ Mỗi kênh chiếm 30 kHz dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàm thoại Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhưng nhiều máy vô tuyến có thể truy nhập được

2.2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA):

Với TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số mà sau đó được gán cho một trong những khe thời gian này Số lượng khe trong một kênh có thể thay đổi bởi vì nó là một nhiệm

vụ của thiết kế hệ thống Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một lượng dải thông như vậy

TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và tốc

độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thết bị TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng tín hiệu

Hình vẽ dưới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 kHz dùng cho mạng tế bào hỗ trợ được ba kênh digital Các đường truyền âm thanh analog của mỗi cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó chiếm một khe thời gian trong kênh analog 30 kHz

2.2.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA):

Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ như tiếng nói) được biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó được trọn với một mã giống như mã ngẫu nhiên Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó được phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ

Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng đòi hỏi các kênh có giải thông tương đối rộng (thường là 1,25 MHz) Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao gấp 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng như nhau

Bộ biến đổi A/D

Bộ biến đổi A/D

Bộ biến đổi A/D

Bộ biến đổi A/D

Bộ biến đổi A/D

Bộ biến đổi A/D

30 kHz kênh 1

30 kHz kênh 832

Hình vẽ trên minh hoạ kỹ thuật CDMA Dải thông tăng từ 30 kHz lên 1,25

MHz, nhưng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc đàm thoại Mỗi đường

thoại analog trước hết được biến đổi thành digital nhờ bộ biến đổi A/D đúng như với

TDMA Tuy nhiên sau đó thêm một bước nữa là chèn một mã đặc biệt qua một bộ tạo

mã Sau đó tín hiệu được phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải thông chứ không

chiếm một khe thời gian riêng trong dải này

2.2.4 So sánh các công nghệ FDMA, TDMA với CDMA ứng dụng trong

thông tin di động tế bào:

Trong FDMA mỗi một khe tần số được dành riêng cho một người sử dụng và

người này sẽ dùng khe tần số này suốt quá trình cuộc gọi Trong sơ đồ TDMA mỗi

người dùng được cấp cho một khe thời gian trong quá trình gọi Số lượng người dùng

được quyết định bởi số lượng các khe thời gian hay tần số khác nhau có sẵn Trong sơ

đồ CDMA tất cả các người dùng phát đồng thời và trên một tần số Tín hiệu được phát

đi chiếm toàn bộ dải thông của hệ thống và các dãy mã được sử dụng để phân biệt

người sử dụng này với người sử dụng kia

CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy nhập khác Nó có thể tính được

phương sai trong hàm truyền của kênh gây ra bởi bộ chọn lọc tần số Các máy thu

CDMA được thiết kế để tận dụng ưu điểm từ đặc tính nhiều đường liên quan đến

fading chọn lọc tần số và để làm giảm tối thiểu ảnh hưởng của chúng đến dung lượng

của hệ thống

Ưu điểm chủ yếu về dung lượng của CDMA có được trong môi trường vô tuyến

đa tế bào Trong thông tin di động trước đây một trạm gốc công suất lớn được sử dụng

Bộ biến đổi A/D Tạo mã

Bộ biến đổi A/D

Bộ biến đổi A/D

1,25 MHz kênh 20

để phủ sóng một vùng rộng lớn Hệ thống này bị hạn chế khắt khe về mặt băng tần và không thể đáp ứng các dịch vụ di động Trong hệ thống điện thoại di động tế bào, máy phát của trạm gốc đơn lẻ được thay thế bởi rất nhiều các trạm gốc có công suất nhỏ, mỗi máy phát phủ sóng cho một vùng có dạng tổ ong, gọi là một tế bào Trong các hệ thống FDMA hay TDMA mỗi tế bào được chia cho một phần tử của dãy tần số có sẵn Dãy tần được dùng trong một tế bào có thể được sử dụng lại trong tế bào khác cách đó

đủ xa sao cho tín hiệu trong hai tế bào này không gây nhiễu đến nhau Số L té bào sử dụng hết toàn bộ phổ tần có sẵn được gọi là cluster (cụm) Các cluster được bố trí như hình vẽ

Hình vẽ: Cấu trúc cơ bản của hệ thống tế bào

Trong hệ thống FM/FDMA hay TDMA/FDMA số lượng các kênh trong một tế bào tỷ lệ nghịch với hệ số tái sử dụng tần số L, liên quan đến số lượng các kênh trên dãy tần xác định, vì mỗi tế bào trong một cluster chỉ được dành cho 1/N phần phổ tần sẵn có trong băng tần Trong hình vẽ N=7

Trong khi đó, CDMA có thể tái sử dụng toàn bộ băng tần với tất cả các tế bào

Hệ số tí sử dụng trong hệ thống tế bào CDMA do đó bằng 1 Điều này khiến cho dung lượng của hệ thống được cải thiện Để ý rằng dung lượng được xác định như là một số lượng tối đa những người sử dụng tích cực trong tất cả các tế bào chứ không phải là chỉ số lượng của những người dùng trong dãy tần hay trong một tế bào đơn vị Việc cải thiện về mặt dung lượng tổng thể như định nghĩa của hệ thống CDMA so với hệ thống TDMA hay FDMA theo yêu cầu từ 4 đến 6 và so với hệ thống FM/FDMA là hệ số khoảng 20

Những tín hiệu cơ bản của người sử dụng khác đồng thời trên cùng băng tần sẽ gây ra nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh là một tham số giới hạn của hệ thống vô tuyến di động Phương pháp tái sử dụng tần sổ trong TDMA/FDMA và FM/FDMA gây ra nhiễu đồng kênh vì có cùng một dải tần được sử dụng lại ở một tế bào khác Việc sử dụng các cluster 7 tế bào trong nhiều hệ thống vô tuyến di động là không đủ

để tránh hiện tượng nhiễu đồng kênh Có thể tăng N lớn hơn 7 để giảm nhiễu đồng kênh nhưng sẽ làm giảm số lượng các kênh trong một tế bào, do vậy sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống Tương tự nếu giữ nguyên hệ số tái sử dụng là 7 và chia tế bào thành những vùng nhỏ hơn Mỗi tế bào được chia thành ba hoặc sáu vùng nhỏ sẽ sử dụng ba hoặc sáu anten định hướng tương ứng tại trạm gốc phục vụ cho cả thu lẫn phát Mỗi vùng nhỏ này sử dụng một dải tần riêng, khác với dải tần của các vùng kia Thí dụ, nếu một tế bào được chia thành ba vùng nhỏ thì nhiễu thu được trên anten định hướng chỉ sấp xỉ một phần ba của nhiễu thu được trên anten vô hướng đặt tại trạm gốc

Sử dụng tế bào chia nhỏ thành ba vùng thì số lượng người dùng trong một tế bào có thể tăng thêm gấp ba lần trong cùng một cluster

Một vấn đề quan trọng khác trong việc tăng dung lượng của hệ thống là tính tích cực của thoại Trong một cuộc thoại giữa hai người, mỗi người chỉ nói khoảng 35% đến 40% thời gian và nghe hết thời gian còn lại Trong hệ thống CDMA tất cả những người sử dụng cùng chia sẻ một kênh vô tuyến Khi những người sử dụng trên kênh đang liên lạc không nói thì những người sử dụng đang đàm thoại khác sẽ chỉ chịu ảnh hưởng rất nhỏ của nhiễu Do vậy việc giám sát tính tích cực của tiến nói làm giảm nhiễu đa truy nhập đến 65% Điều này dẫn đến việc tăng dung lượng của hệ thống lên

hệ số 2,5

Trong đa truy nhập FDMA hoặc TDMA việc người sử dụng được phân chia tần

số hoặc thời gian trong thời gian diễn ra cuộc gọi và hệ thống cấp lại hai tài nguyên này cho hai người khác trong khoảng thời gian rất ngắn khi kênh ấn định yên lặng là không thực tế vì điều này yêu cầu phải chuyển mạch rất nhanh giữa những người sử dụng khác nhau Trong FDMA và TDMA việc tổ chức tần số là yêu cầu khó khăn vì

nó kiểm soát nhiễu đồng kênh Trong hệ thống CDMA chỉ có một kênh chung nên không cần thực hiện tổ chức tần số

Trong FDMA và TDMA, khi máy di động ra khỏi vùng phủ sóng của tế bào trong quá trình đàm thoại thì tín hiệu thu được sẽ bị yếu đi và trạm gốc sẽ yêu cầu

chuyển giao (handover) Hệ thống sẽ chuyển mạch sang một kênh mới khi cuộc gọi tiếp tục Trong CDMA các tế bào khác nhau, khác nhau ở chỗ sử dụng các dãy mã khác nhau nhưng giống nhau là đều sử dụng cùng phổ tần Do đó không cần phải thực hiện handover từ tần số này qua tần số khác Chuyển giao như vậy được gọi là chuyển giao mềm (soft handover)

Trong hệ thống CDMA không có một giới hạn rõ ràng về số lượng người dùng như trong FDMA và TDMA Tuy vậy chất lượng hoạt động của hệ thống đối với tất cả những người sử dụng giảm ít nhiều khi số lượng người sử dụng cùng liên lạc tăng lên Khi số người sử dụng tăng lên đến mức độ nào đó thì sẽ khiến cho nhiễu có thể làm cho tiếng nói trở nên khó hiểu và gây mất ổn định hệ thống Tuy nhiên trong CDMA ta quan tâm đến điều kiện “phong toả mềm”, có thể giải toả được trái với điều kiện

“phong toả cứng” như trong TDMA và FDMA khi mà tất cả các kênh đều bị chiếm

Hệ thống CDMA cũng có một vài nhược điểm Hai nhược điểm nổi bật là: hiệu

ứng tự nhiễu và hiệu ứng xa gần Hiệu ứng tự nhiễu do các dãy mã không trực giao

gây ra Trong hệ thống vô tuyến di động các máy di động truyền tin độc lập với nhau, tín hiệu của chúng không đến trạm gốc một cách cùng lúc Do trễ thời gian của chúng

là phân bố ngẫu nhiên nên sự tương quan chéo giữa các tín hiệu thu được từ những người sử dụng là khác không Để nhận được nhiễu có mức thấp tất cả tín hiệu phải có tương quan chéo nhỏ và mọi trễ thời gian tương đối Tương quan chéo giữa các ký tự

có được bằng việc thiết kế một tập các dãy trực giao Tuy nhiên không có một tập dãy

mã nào được biết là hoàn toàn trực giao khi được dùng trong hệ thống không đồng bộ Các thành phần không trực giao của tín hiệu của những người sử dụng khác sẽ xuất hiện như là nhiễu trong tín hiệu điều chế mong muốn Nếu sử dụng máy thu có bộ lọc thích ứng trong hệ thống như vậy thì số lượng của người sử dụng bị hạn chế bởi nhiễu gây ra bởi những người sử dụng khác Điều này khác với trong các hệ thống TDMA và FDMA, trong các hệ thống này tính chất trực giao của tín hiệu thu được bị duy trì bằng việc chọn lọc và đồng bộ chính xác

Hạn chế chính của CDMA là hiệu ứng xa gần Hiện tượng này xuất hiện khi một tín hiệu yếu từ một máy di động ở xa thu được tại trạm gốc bị chèn ép bởi tín hiệu mạnh từ nguồn nhiễu đó Tín hiệu nhiễu với công suất lớn hơn n lần công suất tín hiệu mong muốn sẽ tác dụng gần như là n tín hiệu nhiễu có công suất bằng công suất của tín hiệu Để khắc phục hiệu ứng xa gần trong hầu hết các ứng dụng CDMA người ta sử

dụng các sơ đồ điều khiển công suất Trong hệ thống tế bào điều khiển công suất được thực hiện bởi các trạm gốc, các trạm này định kỳ ra lệnh các máy di động điều chỉnh công suất máy phát sao cho tất cả các tín hiệu thu được tại trạm gốc với mức công suất

là như nhau

2.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG VMS

2.3.1 Cấu trúc tổng quan của mạng di động VMS

BTS NodeB Service Servers

HLR BCP ServersApp

MSC BSC

Service Servers 3G/2G- HLR BCP ServersApp

TRUNG TÂM 3

SGSN

MGW

V BTS NodeB

Service Servers 3G/2G- HLR BCP

App Servers BSC

MSC BSC

SGSN MGW

BTS

NodeB Service Servers

HLR BCP

3G/2G-App Servers MSC

TRUNG TÂM 6

BSC BSC

MGW SGSN

Hình 1 5 Cấu trúc mạng thông tin di động của VMS

Qui mô mạng lưới của Công ty VMS Mobifone :

o Phủ sóng 64/64 Tỉnh, Tp và đã triển khai phu sóng (lắp trạm phát sóng) đến cấp Huyện/Xã

Hình 1 6 Cấu trúc mạng thông tin di động 2G của VMS

Hình 1.6 trên mô tả cấu trúc kết nối dành cho thiết bị Alcatel Mạng 2G của riêng các Trung tâm VMS KV cũng có cấu trúc tương tự Tuy nhiên, hãng thiết bị và số lượng thiết bị tại các phân hệ mạng có thể khác nhau

Cấu trúc mạng 3G:

Hình 1 7 Cấu trúc mạng thông tin di động 3G của VMS

Số lượng và chủng loại thiết bị 2G/3G của Trung tâm VMS KV 1:

STT Loại thiết bị Hãng sản xuất Số lượng

Số lượng và chủng loại thiết bị 2G/3G của Trung tâm VMS KV 2:

STT Loại thiết bị Hãng sản xuất Số lượng

Số lượng và chủng loại thiết bị 2G/3G của Trung tâm VMS KV 3:

STT Loại thiết bị Hãng sản xuất Số lượng

Số lượng và chủng loại thiết bị 2G/3G của Trung tâm VMS KV 4:

STT Loại thiết bị Hãng sản xuất Số lượng

Số lượng và chủng loại thiết bị 2G/3G của Trung tâm VMS KV 5:

STT Loại thiết bị Hãng sản xuất Số lượng

Số lượng và chủng loại thiết bị 2G/3G của Trung tâm VMS KV 6:

STT Loại thiết bị Hãng sản xuất Số lượng

CHƯƠNG 2

CẤU TẠO VÀ NGYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CỦA THIẾT BỊ BTS VÀ NODEB

Trạm BTS/Node B là một thiết bị quan trọng trong hệ thống vô tuyến di động 2G/3G Chúng thực hiện chức năng cung cấp các kết nối vô tuyến để giao tiếp với thiết bị người dùng, giúp người dùng truy nhập các dịch vụ mà hệ thống mạng cung cấp Chương này sẽ cung cấp thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động các trạm BTS/NodeB của một số hãng cung cấp thiết bị viễn thông mà VMS sử dụng trên mạng lưới

Nội dung chương bao gồm:

 Thiết bị BTS 2G

 Thiết bị NodeB 3G

2.1 THIẾT BỊ BTS 2G

Trạm BTS là một thiết bị quan trọng trong hệ thống vô tuyến di động Trong hệ thống GSM, nó nằm trong phân hệ BSS chịu sự giám sát, điều khiển từ BSC thực hiện chức năng cung cấp các kết nối vô tuyến để giao tiếp với thiết bị người dùng, giúp người dùng truy nhập các dịch vụ mà hệ thống mạng cung cấp

Trạm thu phát gốc BTS truyền thống bao gồm các thiết bị: tủ trạm BTS, tủ nguồn BTS, hệ thống cung cấp nguồn điện lưới AC, ắc quy, máy nổ; hệ thống anten, feeder, cột anten, cầu cáp, hệ thống truyền dẫn, tiếp đất, chống sét, các thiết bị phụ trợ như giám sát, cảnh báo, điều hòa, phòng cháy chữa cháy nhà trạm

Hình 2 1 Cấu trúc hệ thống thiết bị nhà trạm BTS

Thiết bị tủ trạm BTS là thành phần trung tâm của trạm, nó bao gồm các khối chức năng như sau:

 Các khối thu phát (TRX);

 Khối ghép nối anten;

 Khối chức năng điều khiển chính;

 Các khối hỗ trợ như tủ cabinet, khối nguồn, khối quạt, lọc gió, tiếp đất, giao diện đấu truyền dẫn, cảnh báo, ắc quy…

Tùy theo yêu cầu mà trạm BTS có thể có nhiều dạng kiến trúc vật lý và cấu hình khác nhau Theo loại tủ trạm thiết bị trong nhà trạm, ngoài nhà trạm hay kết hợp mà ta

có thể phân làm: Trạm BTS trong nhà (Indoor cabinet), trạm BTS ngoài trời (Outdoor

cabinet), trạm BTS phân bố (DBS) (Hình 2 2) Theo vùng phủ sóng ta có các loại: trạm macro, trạm mini, trạm micro, trạm pico…, với cấu hình trạm sector hay omni Trong đó, trạm macro đặc trưng cho vùng phủ rộng, thường dùng với cấu hình sector Các loại trạm mini, micro, pico là các trạm thường được áp dụng để bổ trợ cho vùng phủ sóng của trạm macro tại những địa điểm mà sóng từ trạm macro không tới được hoặc rất thấp không thể thực hiện dịch vụ Các hệ thống trạm này thường tập trung ở các thành phố lớn, mật độ nhà cửa dày đặc và dùng trong các hệ thống tòa nhà lớn (In-building)

Hình 2 2 Các loại trạm BTS

Một số thiết bị BTS điển hình được liệt kê trong bảng sau

Bảng 2 1 Thiết bị BTS 2G của các hãng

1 Alcatel Evolium A9100 - Indoor: MBI3, MBI5

- Outdoor: MBO, CBO

 Micro Outdoor: RBS 2301,

2302, 2308

 Pico Outdoor: RBS 2401

4 Nokia Siemens BS-240 - Indoor: BS-240

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của các khối trong BTS Alcatel

Alcatel cung cấp sản phẩm thiết bị BTS 2G có tên Evolium A9100 BTS Evolium A9100 có khả năng hoạt động ở các băng tần GSM 900, 1800 và 850, 1900 MHz Cấu trúc các khối trong BTS A9100 được trình bày như trong Hình 2 3.Tùy theo vị trí đặt

và cấu hình mà các BTS được phân loại indoor, outdoor với kích thước tủ khác nhau

Hình 2 3 Sơ đồ cấu trúc các khối BTS A9100

Cấu trúc khối SUMA

Hình 2 4 Sơ đồ cấu trúc bên trong khối SUMA

 Các giao diện:

 XCLK (External clock): là đồng hồ bên ngoài

 CLKI: là hệ thống đồng hồ chủ được phân phối tới khối thu phát TRE và anten AN

 MMI: thông qua serial link để kết nối tới BTS – Terminal, thực hiện quản lý lỗi…, tác động trực tiếp đến hệ thống bằng một số lệnh đơn giản

 XBCB: External BTS control bus

 BCB: BTS control bus: bus điều khiển mang các thông tin trạng thái, cấu hình, cảnh báo…

 BSII: mang thông tin TCH, RSL, OML, IOM-CONF

 SUMA: là khối trung tâm của một BTS, một BTS chỉ có một SUMA bất kể

số sector và TRX là bao nhiêu

 Chức năng SUMA:

 Quản lý link truyền dẫn Abis

 Tạo xung đồng hồ cho tất cả các modul BTS, các đồng hồ này có thể được đồng bộ từ một đồng hồ tham chiếu bên ngoài: Abis link, GPS, BTS khác,

có thể được tạo ra trong kiểu xung rỗi bởi một bộ phát tần số bên trong

 Thực hiện chứng năng vận hành và bảo dưỡng cho BTS

 Quản lý ghép các dữ liệu TCH, RSL, OML, QMUX

 Điều khiển chức năng AC/DC khi chúng được tích hợp bên trong BTS

 Điều khiển nguồn (dung lượng, điện áp, nhiệt độ)

 Thiết lập điện áp và dòng cho việc nạp pin

Khối TRE

Hình 2 5 Sơ đồ cấu tạo khối TRE

 Các giao diện:

 RFI: giao diện này được sử dụng để loop vòng

 PSI: giao diện này để cung cấp nguồn

 PRI: Power Supply & Remote Interface được sử dụng để phân phối nguồn

 CUI: giao diện này được sử dụng để thâm nhập trực tiếp đến các thành phần khác nhau của TRE (truyền dữ liệu điều khiển, cấu hình giữa TRED và TREA)

 CUI cũng mang những tín hiệu đồng hồ tham chiếu đến các thành phần của TRE

 I2CE: giao diện này được sử dụng để TRED nhận dữ liệu được lưu trữ trên TREA

 RCD: giao diện này được sử dụng để thông báo việc kiểm tra tín hiệu DC từ giao diện RFI (TREA) đến TRED

 ADR (Addressing)

 DEBUG: giao diện này được sử dụng trong suốt quá trình phát triển để kiểm tra các TRE (từ MMI)

 Chức Năng Các Khối Trong TRE

1) TRED: Thực hiện các chức năng về phần xử lý số của TRE

o Xử lý điều khiển và báo hiệu, nó chịu trách nhiệm quản lý các chức năng O&M của TRE

o Ghép kênh, nhảy tần, mật mã và giải mật mã

o Biến đổi trung tần phần thu (RXIF)

3) TREP: Cung cấp nguồn cho TRE (DC/DC)

Khối ANC

Hình 2 6 Sơ đồ kết nối khối ANC

Khối ghép nối anten ANC thực hiện chức năng:

 Ghép nối 4 máy phát đến 2 anten

 Phân phối tín hiệu nhận được từ mỗi antenna đến 4 máy thu (thu thường và thu phân tập)

Modul này bao gồm 2 cấu trúc giống nhau, mỗi cấu trúc bao gồm:

 Antenna: nó có chức năng là phát sống ra môi trường vô tuyến và thu sóng

 WBC: bộ này có chức năng kết hợp hai đường phát lại với nhau để đi trên cùng một đường đến bộ duplexer Thực tế ta chỉ dùng bộ này khi ta dùng hơn

 2 TRX trên cùng một sector, nếu không dùng kết hợp thì ta phải gỡ cầu ra

và kết nối trực tiếp với duplexer mà không thông qua bộ WBC

Khi qua bộ ANC như trên, mức tín hiệu sẽ bị suy hao là khoảng 3.3dBm

Ngoài ra, với những module bao gồm bộ kết hợp (ANY, ANC), sử dụng công nghệ kết hợp băng rộng song song giống hệt nhau (twin)

 Module Antenna network combiner (ANC): kết nối 4 tín hiệu phát trên

2 anten và phân phối tín hiệu thu được từ mỗi anten lên 4 bộ thu (cho anten chính và anten phân tập)

 Module Antenna Network Bi-TRX (ANB): kết nối 2 tín hiệu thu được lên 2 anten và phân phối tín hiệu thu được từ mỗi anten lên 2 bộ thu (cho anten chính và anten phân tập)

 Module Twin Wide Band Combiner (ANY): kết hợp 4 bộ thu phát thành

2 đầu phát và phân phối 2 tín hiệu thu được sang 4 bộ thu

Hình 2 7 Sơ đồ khối bộ ghép nối ANY

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của các khối trong BTS Ericsson

Hãng Ericsson có thiết bị BTS 2G với dòng sản phẩm RBS 2000 Dòng sản phẩm này bao gồm các loại BTS trong nhà và ngoài trời Các dòng sản phẩm BTS Macro Indoor được ký hiệu RBS 220x và các sản phẩm BTS Macro Outdoor được ký hiệu RBS 21xx, các dòng sản phẩm Micro, Pico được ký hiệu RBS 23xx, 24xx

Các thiết bị BTS loại 2x16 là dòng sản phẩm tiếp nối các hệ thống thiết bị 2x06 trước đó, đưa ra thương mại từ năm 2005 với ưu điểm là nhỏ gọn hơn nhiều, tiêu thụ năng lượng ít hơn, cho phép linh hoạt trong việc thay đổi các cấu hình tương tự như dòng sản phẩm 2x06

Các sản phẩm RBS 2000 cho GSM:

 Macro Indoor: RBS 2202, 2206, 2216

 Macro Outdoor: RBS 2101, 2102, 2103, 2106, 2116

 Micro Outdoor: RBS 2301, 2302, 2308

 Pico Outdoor: RBS 2401

Hình 2 8 Các thiết bị BTS 2G dòng sản phẩm RBS 2000 của Ericsson

Dưới đây sẽ trình bày về thiết bị RBS 2206 là thiết bị được sử dụng nhiều trên

hệ thống mạng của VNPT

Đặc tính kỹ thuật:

 Hỗ trợ đầy đủ các băng tần GSM RBS 2206 loại trạm Macro Indoor với kích thước tương tự như 2202 nhưng hỗ trợ tới 12 TRX, sử dụng Combiner kép cho phép chuyển đổi linh hoạt với cấu hình 1 sector, 2 sector hoặc 3 sector với băng tần kết hợp GSM 900/1800 bằng cách thay đổi CDU-F

 RBS 2206 có khả năng hỗ trợ EDGE trên cả 12 bộ thu phát

 RBS 2206 cho phép tối đa hiệu suất theo vùng phủ hoặc theo dung lượng khi thay đổi chế độ của CDU-G

Hình 2 9 Cấu trúc tủ RBS 2206 Ericsson

Các khối trong RBS 2206:

 Đơn vị cấp nguồn PSU (power supply unit)

 Đơn vị chuyển mạch phân phối DXU (Distribution switch unit)

 Mô đun phân phối trong (Internal distribution module)

 Bộ thu phát kép dTRU (double transceiver unit)

 Bộ phận chuyển mạch cấu hình CXU (Configuration switch unit)

 Bộ phận phân phối và kết hợp CDU (Combiner and Distribution unit)

 Đơn vị đấu nối điện xoay chiều và một chiều ắC QUY/DCCU (AC or

DC connection unit)

 Khối điều khiển quạt FCU (Fan control unit)

 Bộ lọc điện một chiều (DC Filter)

 Khối khuyếch đại tùy chọn (TMA)

Đặc điểm lắp đặt:

 Tủ chỉ mở ở phần trước và phần nóc Phần trước tủ là giao diện các card, module thiết bị Phần nóc tủ là cổng vào của feeder, cáp truyền dẫn, cáp nguồn thuận tiện cho thao tác vận hành, bảo dưỡng

 ắc quy dự phòng được đặt bên ngoài tủ RBS 2206 Các ắc quy dự phòng được đặt trong các tủ nguồn lắp ngoài của Ericsson với thời gian lưu trữ khác nhau

Khối cấp nguồn PSU

 PSU biến đổi điện áp của nguồn cấp sang điện áp tiêu chuẩn của hệ thống là 24VDC

 PSU có thể hoạt động theo cấu hình có dự phòng N+1 (N khối phục vụ

và 1 khối dự phòng)

 Nếu sử dụng ắc quy dự phòng thì nên dùng thêm 1 PSU mở rộng để phục vụ việc nạp ắc quy Nếu RBS đã được gắn 1 PSU dự phòng rồi thì không cần thêm PSU mở rộng để nạp ắc quy

 RBS 2206 có gắn thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp, tuy nhiên vẫn nên lắp thêm 1 bộ lọc sét và chống đột biến điện áp bên ngoài

Khối chuyển mạch phân phối DXU

 DXU cung cấp khả năng giao tiếp của hệ thống RBS2206 với các đường truyền 2Mbit/s hoặc 1,5Mbit/s và cung cấp các kết nối theo từng khe thời gian tới chính xác từng TRX

 DXU có nhiệm vụ tách tín hiệu mang thông tin đồng bộ hệ thống từ đường truyền PCM và dùng tín hiệu này để kích hoạt bộ phận phát tín hiệu định thời chuẩn cho RBS

 DXU hỗ trợ tính năng ghép kênh lớp LAPD, chức năng hội tụ lớp LAPD (LAPD concentration) và chức năng Multi Drop

Mô đun phân phối trong IDM

 Phân phối điện áp hệ thống 24VDC tới các bộ phận của tủ RBS và đóng vai trò là 1 cầu chì với điện áp tải là 24VDC

 Có 1 điểm kết nối trên IDM để kết nối vòng xuyến ESD với thiết bị tiếp đất về điện

Khối thu phát kép dTRU

 Mỗi tủ RBS2206 có thể gắn tối đa 6 dTRU (tương đương với 12 TRX)

 Có nhiều loại dTRU khác nhau được phân biệt bởi băng tần hoạt động và khả năng hỗ trợ EDGE Tất cả các loại dTRU đều hỗ trợ về phần cứng cho các chức năng HSCSD và GPRS, riêng EDGE dTRU hỗ trợ về phần cứng để nâng cấp lên các chức năng ECSD và EGPRS

 dTRU hỗ trợ nhiều chuẩn mã hoá khác nhau dTRU có thể sử dụng chuẩn A5/1 hoặc A5/2 Quá trình mã hoá được điều khiển thông qua phần mềm

 Một bộ ghép lai (hybrid combiner) được gắn bên trong dTRU Bộ ghép này có thể được sử dụng, là chức năng lựa chọn kết hợp với CDU-G để tăng số lượng TRX cho mỗi anten Cũng có thể bỏ qua bộ ghép lai này bằng cách nối cáp vào mặt trước của dTRU

 dTRU sẵn sàng về phần cứng để tăng cường hiệu năng hoạt động thông qua việc nâng cấp phần mềm Ví dụ: phân tập 4 nhánh thu và quá trình triệt tiêu nhiễu mở rộng EIS

Khối chuyển mạch cấu hình CXU

 Nhiệm vụ của CXU là kết nối chéo giữa CDU và dTRU tại đường thu CXU giúp việc nâng cấp hoặc cấu hình lại một tủ RBS được thuận tiện, hạn chế việc di chuyển hoặc thay thế cáp RX

 Các đầu vào và ra RX trên dTRU và CDU được đặt ở những vị trí để tối thiểu hoá số loại cáp được sử dụng kết nối giữa CXU với dTRU/CDU

Khối kết hợp và phân phối CDU

 CDU kết hợp các tín hiệu được phát đi từ các TRX và phân chia các tín hiệu mà nó thu được từ anten

 Các bộ lọc song công được đặt bên trong CDU Một bộ nối đo đạc (measuring coupler) đặt bên trong CDU cung cấp các phép đo công suất tới và công suất phản xạ phục vụ việc tính toán hệ số sóng đứng điện áp VSWR

 Có 2 loại CDU khác nhau dùng cho GSM 900 và 1800 (CDU-F và CDU-G) và một loại CDU dùng cho GSM 800 và GSM 1900 (CDU-G)

o CDU-G có tính năng ghép lai hỗ trợ nhảy tần băng cơ bản và nhảy tần kết hợp

o CDU-F có tính năng kết hợp lọc hỗ trợ các cấu hình lớn hỗ trợ nhảy tần băng cơ bản CDU-F được tối ưu hoá cho các cấu hình lớn với công suất đầu ra tối đa trên số lượng anten tối thiểu

 Các bộ lọc song công cho phép cả đường thu lẫn đường phát kết nối tới cùng một anten Các cấu hình song công cũng cho phép giảm thiểu số lượng anten và feeder cần thiết cũng như hạn chế suy hao tại các bộ kết hợp trên đường truyền

 Cả CDU-G và CDU-F đều sẵn sàng về phần cứng để hỗ trợ EDGE

Khối kết nối điện xoay chiều, một chiều ắC QUY/DCCU và bộ lọc điện một chiều

120-Khối điều khiển quạt

 Khối FCU điều khiển các quạt gió bên trong tủ thiết bị Môi trường làm việc bên trong tủ được duy trì trong một khoảng giới hạn của nhiệt độ nhờ vào việc điều khiển các quạt gió Môi trường làm việc được điều khiển bởi DXU thông qua FCU với sự hỗ trợ của các bộ cảm biến nhiệt đặt bên trong các khối RU

Khối khuếch đại TMA (Tower Mounted Amplifier)

 Là bộ khuếch đại TMA tùy chọn được sử dụng để bù lại suy hao do anten - feeder và tăng cường hiệu năng cho tất cả các bộ thu

(*) Quy trình lắp đặt BTS Ericsson trong Phụ lục 1

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của các khối trong BTS Huawei

Thiết bị BTS 2G GSM của Huawei với các dòng sản phẩm đặc trưng BTS

3012, BTS 3812 và BTS 3900 dùng trong indoor trong đó các dòng Outdoor là các dòng có thêm đuôi A: BTS 3012A, BTS 3812A và BTS 3900A Ngoài ra, hiện còn có thêm dòng DBS 3900 là dòng BTS dạng phân phối, tách biệt phần xử lý tín hiệu băng

cơ bản BBU ra khỏi thành phần xử lý vô tuyến RRU

Dưới đây sẽ trình bày cấu trúc BTS 3012 là thiết bị đã được triển khai trên mạng lưới của VNPT

Hình 2 10 Cấu trúc tủ BTS 3012