BTS SDR: Giải pháp mềm dẻo nâng cấp trạm gốc của ZTE

Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR) là một thuật ngữ do Diễn đàn Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm quốc tế đưa ra để miêu tả các hệ thống vô tuyến dùng phần mềm để điều khiển các kỹ thuật điều chế, hoạt động băng rộng hoặc

băng hẹp, các chức năng an toàn thông tin (ví dụ như nhảy tần), và dạng sóng theo yêu cầu của các tiêu chuẩn hiện có và đang phát triển, với một dải tần số rộng. Công nghệ này sử dụng một nền tảng phần cứng thống nhất để cung cấp các tiêu chuẩn thông tin, các lược đồ điều chế và tần số khác nhau thông qua các mô đun phần mềm. Rất nhiều các ứng dụng vô tuyến như Bluetooth, WLAN, CDMA, GSM, WCDMA và WiMAX có thể được thực hiện nhờ kỹ thuật SDR.

 

Thời điểm cho SDR

Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhu cầu thông tin liên lạc của con người cũng ngày càng đa dạng, từ thoại, dữ liệu đến video, truyền hình quảng bá,… đường dây hữu tuyến có sẵn và các trạm thu phát vô tuyến truyền thống không thể đáp ứng được các yêu cầu mới. Bởi vậy, cầu về các thiết bị vô tuyến hiệu quả về kinh tế và dễ dàng sử dụng đã ngày càng trở nên cấp thiết.

Thêm nữa, với xu hướng tiếp cận thế hệ thông tin thứ 3 (3G), phần lớn các thiết bị cầm tay và các trạm thu phát 2G và 2,5G sẽ bị loại bỏ. Việc hội tụ mạng cũng gặp phải nhiều vấn đề. Nhu cầu sử dụng nhiều tần số vô tuyến khác nhau và các thiết bị cầm tay đa chức năng cũng tạo ra những thách thức cho các nhà sản xuất cũng như các nhà khai thác.

Công nghệ vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR – Software Defined Radio) chính là câu trả lời hoàn hảo. Nó mang lại sự mềm dẻo, sự hiệu quả về mặt chi phí và sức mạnh để định hướng thông tin phát triển, với những lợi ích to lớn cho cả các nhà cung cấp dịch vụ, sản phẩm và người sử dụng cuối.

SDR là gì?

Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR) là một thuật ngữ do Diễn đàn Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm quốc tế đưa ra để miêu tả các hệ thống vô tuyến dùng phần mềm để điều khiển các kỹ thuật điều chế, hoạt động băng rộng hoặc băng hẹp, các chức năng an toàn thông tin (ví dụ như nhảy tần), và dạng sóng theo yêu cầu của các tiêu chuẩn hiện có và đang phát triển, với một dải tần số rộng. Công nghệ này sử dụng một nền tảng phần cứng thống nhất để cung cấp các tiêu chuẩn thông tin, các lược đồ điều chế và tần số khác nhau thông qua các mô đun phần mềm. Rất nhiều các ứng dụng vô tuyến như Bluetooth, WLAN, CDMA, GSM, WCDMA và WiMAX có thể được thực hiện nhờ kỹ thuật SDR.

Một cách cụ thể, SDR định nghĩa một tập hợp các kỹ thuật phần cứng và phần mềm trong đó một vài hoặc toàn bộ các chức năng hoạt động của vô tuyến (còn được gọi là xử lý lớp vật lý) được thực hiện thông qua phần mềm hoặc phần sụn (firmware) có thể thay đổi hoạt động dựa trên các kỹ thuật xử lý lập trình được. Các thiết bị này gồm có các ma trận cổng logic bán dẫn trường cho phép lập trình được (FPGA), các bộ xử lý tín hiệu số (DSP- Digital Signal Processor), các bộ xử lý chức năng chung (GPP- General Purpose

Processor), hệ thống trên chip lập trình được (SoC) hoặc các bộ xử lý có thể lập trình theo ứng dụng cụ thể khác.

 

Hình 1. Giải pháp hỗ trợ các tiêu chuẩn vô tuyến khác nhau

SDR là một giải pháp tiết kiệm chi phí cho việc tích hợp mạng 2G/3G và phát triển lên mạng HSPA+ và LTE. Sử dụng SDR, tài nguyên phần cứng có thể được chia sẻ và các trạm thu phát chỉ cần điều chỉnh phần mềm để cấu hình theo các tiêu chuẩn mới, tiết kiệm rất nhiều chi phí.

 

Lợi ích từ SDR

SDR là một công nghệ phát triển nhanh và phố biến rộng rãi trong ngành công nghiệp thông tin vô tuyến thương mại. Nó hỗ trợ việc triển khai các hệ thống thông tin vô tuyến đa băng tần và đa tiêu chuẩn. Các nhà khai thác di động, các nhà sản xuất và những thuê bao di động đều có lợi ích từ việc ứng dụng SDR để cải thiện nhanh chóng hệ thống thông tin.

Với kỹ thuật SDR, các nhà khai thác di động có thể nâng cấp hệ thống mạng đến phiên bản mới nhất mà không cần thay đổi phần cứng, do đó làm giảm tổng chi phí TCO (Total cost of ownership). Họ có thể đưa ra các dịch vụ mới nhắm đến các lớp người sử dụng khác nhau trên một hạ tầng phần cứng chung. Việc triển khai thiết bị SDR có thể giúp các nhà khai thác chuyển từ “nhà cung cấp mạng” thành “nhà cung cấp dịch vụ”, từ đó tạo ra các nguồn doanh thu khổng lồ mới. 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.

Từ quan điểm của nhà sản xuất, sử dụng kỹ thuật SDR giúp xóa đi khoảng cách phát triển giữa các công nghệ khác nhau, làm giảm chi phí nghiên cứu phát triển và giảm thời gian đưa ra thương mại của các sản phẩm và dịch vụ mới. Do các giao diện vô tuyến và dải tần trong kỹ thuật SDR sử dụng nhiều tiêu chuẩn kỹ thuật tiên tiến khác nhau, nền tảng SDR có thể đáp ứng được rất nhiều các yêu cầu của thị trường. Các sản phẩm SDR được mô đun hóa và cho phép nâng cấp “mềm” các dịch vụ, tính năng và các cơ chế an ninh mới. Với kỹ thuật SDR, các nhà sản xuất có thể cải tiến tính tích hợp, liên tục và ổn định của sản phẩm.

Với các thuê bao, thiết bị đầu cuối SDR đồng nghĩa với một nền tảng chung cho rất nhiều các tiêu chuẩn kỹ thuật, cho phép tùy biến và truy nhập các tính năng và dịch vụ mới đa dạng với việc nâng cấp dễ dàng. Các thuê bao có thể sử dụng đầu cuối SDR để chuyển vùng dễ dàng giữa các nhà khai thác và tận hưởng sự di động thực sự. Kỹ thuật SDR làm tăng vòng đời của việc đầu tư cho thiết bị đầu cuối và đảm bảo sự không lỗi thời.

 

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 mô đun, kiến trúc phân tán và tính tích hợp cao. Thông qua nâng cấp phần mềm, các thiết bị có thể thực hiện các tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau gồm GSM, WCDMA/HSPA, CDMA2000 1X EV-DO và WiMAX. Do đó, các nhà khai thác có thể dễ dàng mở rộng, điều hành và bảo dưỡng hệ thống thông tin của họ đồng thời cắt giảm TCO một cách đáng kể. Kế hoạch phát triển họ sản phẩm Node B của ZTE được đưa ra trong Hình 2.

 

Hình 2. Kế hoạch phát triển họ sản phẩm Node B của ZTE

Các sản phẩm SDR của ZTE gồm sêri RNC hai chế độ và Node B SDR. Trong RNC hai chế độ, BSC và RNC được đặt trong cùng một tủ để tiết kiệm diện tích. Sêri Node B SDR gồm có Node B trong nhà, Node B ngoài trời, Node B dung lượng lớn, BBU và RRU. Khối băng tần gốc (BB- Base Band) hỗ trợ các tiêu chuẩn GSM/WCDMA/CDMA và khối vô tuyến (RU- Radio Unit) hỗ trợ các giải pháp đa băng tần. Sự kết hợp giữa các BB và RU khác nhau tạo ra các loại Node B SDR khác nhau. Các sản phẩm SDR của ZTE có những tính năng sau.

Dung lượng lớn và khả năng đa băng tần

Khi hoạt động ở hai chế độ đồng thời GSM/WCDMA, một Node B dung lượng lớn có thể hỗ trợ tối đa 24 TRX và 12 CS. Khi hoạt động ở chế độ đơn GSM hoặc WCDMA, nó có thể hỗ trợ 36 TRX hoặc 12 CS. Các sản phẩm SDR của ZTE hỗ trợ đa băng tần gồm 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz và 2100 MHz. Một Node B thường có 6 mô đun RF, mỗi mô đun hỗ trợ 1 sóng mang WCDMA và 4 TRx GSM. Với dung lượng lớn và khả năng đa băng tần, hệ thống SDR đảm bảo việc nâng cấp đơn giản và tiết kiệm CAPEX.

Khuếch đại công suất hiệu quả cao

Các sản phẩm SDR của ZTE sử dụng kỹ thuật làm méo trước tín hiệu số (DPD- Digital Pre-Distortion) và kỹ thuật Doherty PA để đạt đến hiệu suất khuếch đại công suất 40% và hướng đến 50% trong tương lai. Việc khuếch đại công suất hiệu quả cao làm giảm mức tiêu thụ công suất của các mô đun RF và do đó làm giảm OPEX cho nhà khai thác.

Nền tảng vi TCA thống nhất

Các sản phẩm SDR của ZTE được xây dựng trên nền tảng phần cứng vi TCA thống nhất giúp đưa đến băng thông cao tới 40Gb/s. Khối băng tần gốc của nó có thể kết nối với các mô đun vô tuyến theo cấu hình mạng hình sao, chuỗi hoặc vòng. Với cùng cấu trúc phần cứng, các sản phẩm SDR có thể hỗ trợ các tiêu chuẩn GSM, WCDMA/HSPA, CDMA2000 1X EV-DO và WiMAX bằng cách nâng cấp phần mềm, giúp cho các nhà khai thác giảm chi phí xây dựng và quản lý và hỗ trợ việc nâng cấp mềm dẻo từ 2G lên 3G.

Nâng cấp mềm dẻo

Các sản phẩm SDR của ZTE có khả năng đáp ứng các yêu cầu về mạng đa băng tần và hoạt động xen kẽ của GSM/EDGE/CDMA/WCDMA/HSPA. Chúng có thể hoạt động với một dải tần rộng từ 850MHz tới 2100MHz. Ví dụ, một nhà khai thác sở hữu cả hai mạng GSM900/1800 và UMTS2100 có thể sử dụng một trạm thu phát SDR để thay cho hai loại trạm thu phát khác nhau do yêu cầu về phần cứng như đã nói. Các sản phẩm SDR hỗ trợ chế độ làm việc cùng tần số và nhiều loại tần số. Với chế độ cùng tần số, UMTS900 và GSM900 có thể được thực hiện trong cùng một Node B SDR; với chế độ nhiều tần số, UMTS2100 và GSM900 có thể được thực hiện trong một Node B SDR. Như trong Hình 3 miêu tả, Node B GSM thông thường được thay thế bằng Node B SDR hai chế độ và nó sẽ được cải tiến đến Node B UMTS900/2100 trong tương lai.

 

Hình 3. Nâng cấp mềm dẻo với Node B SDR

Khả năng mạng tích hợp 2G/3G đã được thực nghiệm chứng minh

Với việc đầu tư đáng kể cho nghiên cứu phát triển các mạng tích hợp 2G/3G, ZTE đã thu được rất nhiều kinh nghiệm trong việc cung cấp các giải pháp tích hợp mạng 2G/3G trải rộng từ các nền tảng kinh doanh, mạng lõi và mạng truy nhập cho tới thiết bị đầu cuối, cũng như các hạ tầng kỹ thuật từ điểm cuối đến điểm cuối toàn diện và linh hoạt. Mạng lõi thống nhất, HLR, BBU/RRU hai chế độ của công ty đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu, trong khi các kỹ thuật tích hợp PLMN, NMP và 2G/3G đã được triển khai ở hơn 20 quốc gia tại Tây Âu, Nam Á và Châu Phi. Các sản phẩm SDR của ZTE tương thích hoàn toàn với các thiết bị mạng truyền thống.

HSPA hiệu suất cao

Các sản phẩm SDR của ZTE hỗ trợ các chức năng HSPA, cho phép 64 thuê bao HSDPA truy nhập đồng thời trong 1 cell với tốc độ tối đa là 14,4 Mb/s đường xuống và 5,76 Mb/s đường lên. HSPA hiệu suất cao hỗ trợ các nhà khai thác đưa ra các dịch vụ dữ liệu cao một cách đa dạng. Thêm nữa, các sản phẩm SDR được tương lai minh chứng và có thể nâng cấp bằng phần mềm để hỗ trợ HSPA+ và LTE.