Hệ thống trạm gốc (BSS) đóng vai trò là “cầu nối” giữa các thiết bị di động và mạng lõi, xử lý mọi thứ từ truyền tín hiệu, đảm bảo các cuộc gọi đến xác thực người dùng. Để hiểu rõ hơn mời bạn đọc cùng tham khảo tiếp bài viết dưới đây của HHN TECH.
1. Hệ thống trạm gốc là gì?
Hệ thống trạm gốc hay Base Station Subsystem là thành phần quan trọng của mạng di động, cho phép giao tiếp giữa các thiết bị di động và cơ sở hạ tầng mạng. Về cốt lõi, BSS bao gồm 2 thành phần chính: trạm thu phát sóng di động hay còn gọi trạm BTS (Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc (Base Station Controller – BSC).
Trong đó, BTS chịu trách nhiệm tạo điều kiện thuận lợi cho giao tiếp không dây bằng cách truyền và nhận tín hiệu vô tuyến đến và đi từ các thiết bị di động. Mặt khác, BSC quản lý các tài nguyên của mạng, điều khiển nhiều trạm BTS và xử lý các tác vụ như thiết lập cuộc gọi, tần số vô tuyến và phân bổ.
Kết hợp trạm BTS với bộ điều khiển trạm gốc BSS để đảm bảo luồng thông tin liền mạch, duy trì chất lượng và hiệu quả của truyền thông di động. Ngoài ra, BSS có nhiệm vụ quản lý việc chuyển giao giữa các cell, đảm bảo người dùng trải nghiệm kết nối liên tục ngay cả khi đang di chuyển.
2. Cấu trúc của hệ thống trạm gốc
Hệ thống trạm gốc (BSS) bao gồm một số thành phần để quản lý và tối ưu hóa truyền thông mạng di động. Các thành phần này bao gồm:
Trạm BTS
Trạm BTS là thành phần quan trọng trong BSS, đóng vai trò là điểm chính của liên lạc vô tuyến giữa các thiết bị di động và mạng. Nằm tại các cell nhỏ (hay cell site), BTS chứa các thiết bị cần thiết để truyền và nhận tín hiệu vô tuyến.
Cấu trúc của trạm BTS bao gồm các anten, bộ thu phát và phần cứng khác tạo điều kiện cho liên kết không dây với điện thoại di động. BTS có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu số từ mạng thành sóng vô tuyến mà các thiết bị di động có thể hiểu được và ngược lại.
Ngoài ra, trạm BTS cũng quản lý nhiều kênh, hỗ trợ nhiều cuộc gọi hoặc phiên dữ liệu đồng thời trong vùng phủ sóng của trạm. Đồng thời đóng vai trò duy trì chất lượng tín hiệu bằng cách quản lý mức công suất và giảm thiểu nhiễu.
Bộ điều khiển trạm gốc (BSC)
Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) quản lý nhiều trạm BTS và đảm bảo sử dụng hiệu quả các tài nguyên mạng. Hoạt động như một trung tâm điều khiển, BSC xử lý việc phân bổ các kênh vô tuyến, quản lý việc chuyển giao giữa các trạm BTS, duy trì liên lạc vô tuyến và giám sát các mức công suất và phân bổ tần số. Bằng cách đó, BSC đảm bảo người dùng di động duy trì kết nối liên tục, ngay cả khi họ di chuyển qua các khu vực cell khác nhau.
Bên cạnh đó, BSC cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập và kết thúc cuộc gọi, định tuyến cuộc gọi và dữ liệu đến các kênh thích hợp. Đồng thời là cầu nối đến mạng di động rộng hơn, giao tiếp với Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) để tạo điều kiện cho kết nối mạng rộng hơn.
Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ (TRAU – Transcoder and Rate Adapter Unit)
Có nhiệm vụ tối ưu hóa việc truyền giọng nói và dữ liệu qua các mạng di động. Chức năng chính của TRAU là chuyển mã tín hiệu giọng nói từ định dạng mà thiết bị di động sử dụng sang định dạng mà mạng lõi sử dụng. Chuyển đổi này đặc biệt quan trọng để đảm bảo khả năng tương thích và sử dụng hiệu quả các tài nguyên mạng.
Mặt khác, TRAU cũng điều chỉnh tốc độ dữ liệu, khớp khả năng của thiết bị di động với băng thông mạng khả dụng. Bằng cách thực hiện các tác vụ này, TRAU giảm đáng kể băng thông cần thiết cho mỗi cuộc gọi, cho phép mạng hỗ trợ nhiều người dùng đồng thời hơn.
Trung tâm vận hành khai thác
Trung tâm vận hành khai thác (Operation and Maintenance Center – OMC) đóng vai trò giám sát và duy trì hiệu suất mạng.
Packet Control Unit (PCU)
PCU đóng vai trò quản lý truyền gói dữ liệu trong mạng GPRS.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (Radio Network Controller – RNC) có trong một số kiến trúc mạng, chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến, bao gồm phân bổ kênh và kiểm soát hiệu suất. RNC hoạt động như một trung gian giữa BSC và mạng lõi.
3. Cách thức hoạt động của hệ thống trạm gốc
Để dễ hình dung về cách thức hoạt động của BSS, cho ví dụ là mạng lưới tín hiệu giao thông trong thành phố. Trong đó, BTS hoạt động như một tín hiệu giao thông, kiểm soát luồng dữ liệu giữa các thiết bị người dùng và mạng lõi. BSC là bộ điều khiển giao thông trung tâm, phối hợp các tín hiệu và đảm bảo dữ liệu di chuyển trơn tru trên toàn thành phố.
Dưới đây là chi tiết về quy trình này:
Thiết bị người dùng yêu cầu kết nối: Một thiết bị di động của người dùng cố gắng kết nối với mạng.
BTS xác định và thu tín hiệu: BTS nhận tín hiệu từ thiết bị, xác định vị trí của thiết bị và thiết lập kết nối.
BSC điều phối phân bổ tài nguyên: BSC dựa trên các điều kiện mạng, chỉ định một kênh và khe thời gian cụ thể cho giao tiếp của thiết bị.
Trao đổi dữ liệu: Thiết bị giao tiếp với mạng, gửi và nhận dữ liệu qua BTS.
Chuyển giao: Nếu thiết bị di chuyển đến một cell khác, BSC sẽ khởi tạo chuyển giao, chuyển kết nối liền mạch đến BTS mới.
4. Chức năng và vai trò của BSS
4.1. Chức năng
Hệ thống trạm gốc (BSS) thực hiện một số chức năng thiết yếu để đảm bảo hoạt động hiệu quả của mạng di động. Các chức năng này rất quan trọng để duy trì kết nối, tối ưu hóa hiệu suất và quản lý tài nguyên hiệu quả.
Xử lý và quản lý tín hiệu
BSS xử lý các tín hiệu đến và đi, chuyển đổi các tín hiệu giữa các tần số vô tuyến được thiết bị di động sử dụng và các tín hiệu kỹ thuật số được mạng sử dụng. Quá trình chuyển đổi này bao gồm lọc, khuếch đại và điều chế tín hiệu để duy trì chất lượng và giảm thiểu nhiễu.
Ngoài ra, BSS quản lý cường độ tín hiệu bằng cách điều chỉnh mức công suất, đảm bảo rằng người dùng trải nghiệm dịch vụ nhất quán trên toàn bộ vùng phủ sóng mạng. Hệ thống cũng xử lý việc phân bổ tần số và kênh, tối ưu hóa việc sử dụng các tài nguyên phổ tần khả dụng để hỗ trợ nhiều người dùng cùng lúc.
Phân bổ lưu lượng và tài nguyên
Hệ thống trạm gốc phân bổ động các kênh vô tuyến và băng thông để xử lý các cuộc gọi thoại, phiên dữ liệu và các nhu cầu truyền thông khác. Việc phân bổ này dựa trên nhu cầu lưu lượng theo thời gian thực, ưu tiên các tài nguyên để đảm bảo rằng các dịch vụ có mức độ ưu tiên cao nhận được băng thông cần thiết.
BSS cũng quản lý việc phân bổ người dùng trên các cell khác nhau, cân bằng tải để ngăn chặn tắc nghẽn và tối ưu hóa hiệu suất mạng. Bằng cách theo dõi các mẫu lưu lượng, BSS có thể dự đoán và phản hồi thời gian sử dụng cao điểm, đảm bảo có đủ tài nguyên để đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Đồng bộ hóa mạng
Đồng bộ hóa liên quan đến việc căn chỉnh thời gian của các tín hiệu trên toàn mạng, điều này rất cần thiết để duy trì liên lạc liền mạch và tránh nhiễu. Thời gian chính xác đặc biệt quan trọng đối với các quy trình như chuyển giao, trong đó các cuộc gọi hoặc phiên dữ liệu phải được chuyển giao trơn tru giữa các cell mà không bị gián đoạn.
BSS đồng bộ thông qua các tín hiệu thời gian chính xác từ hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS) hoặc đồng hồ mạng chuyên dụng. Các tín hiệu này đảm bảo tất cả các trạm BTS và bộ điều khiển trên mỗi trạm di động được đồng bộ hóa theo một tiêu chuẩn thời gian chung.
4.2. Vai trò
BSS đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của mạng di động:
- Kết nối: Duy trì liên lạc liên tục giữa các thiết bị di động và mạng.
- Tối ưu hóa: Nâng cao việc sử dụng tần số vô tuyến để có hiệu suất tốt hơn.
- Khả năng mở rộng: Hỗ trợ mở rộng mạng và tăng nhu cầu của người dùng.
- Độ tin cậy: Đảm bảo dịch vụ di động ổn định và nhất quán.
- Quản lý tài nguyên: Phân bổ hiệu quả các tài nguyên mạng để ngăn chặn tắc nghẽn.
5. So sánh hệ thống trạm gốc (BSS) vs Mạng truy cập vô tuyến (RAN)
Phạm vi
Hệ thống trạm gốc (BSS) tập trung vào việc quản lý truyền thông vô tuyến và tối ưu hóa việc sử dụng tần số. Mặt khác, mạng truy cập vô tuyến (RAN hay Radio Access Network) bao gồm nhiều công nghệ hơn, bao gồm LTE và 5G. BSS lý tưởng cho các hệ thống cũ, trong khi RAN hỗ trợ các mạng hiện đại, tốc độ cao.
Độ phức tạp
So với RAN thì BSS đơn giản hơn và dễ quản lý hơn, phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ hơn. Ngược lại, các khả năng nâng cao của RAN phù hợp hơn với các công ty cần phạm vi phủ sóng rộng và tốc độ dữ liệu cao, mặc dù có độ phức tạp và chi phí cao hơn.
6. Sự phát triển của hệ thống trạm gốc: Từ 2G đến 5G
Hệ thống trạm gốc đã trải qua quá trình phát triển đáng kể qua nhiều thế hệ công nghệ di động khác nhau. Mỗi thế hệ đều mang lại những cải tiến về tốc độ, dung lượng và hiệu quả.
2G: BSS tương đối đơn giản, với xử lý tín hiệu kém tinh vi và dung lượng hạn chế. Trọng tâm chủ yếu là giao tiếp thoại.
3G: Giới thiệu khả năng chuyển mạch gói, đòi hỏi xử lý tín hiệu phức tạp hơn và dung lượng tăng lên. Điều này mở đường cho các dịch vụ dữ liệu di động.
4G LTE: Cải thiện đáng kể tốc độ dữ liệu thông qua các kỹ thuật điều chế tiên tiến và quản lý tài nguyên vô tuyến được tối ưu hóa. Việc sử dụng OFDMA đã cải thiện hiệu quả phổ tần.
5G NR: Tận dụng nhiều công nghệ mới, bao gồm Massive MIMO, Beamforming và Network Slicing để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, độ trễ thấp hơn và độ tin cậy được cải thiện.
Sự chuyển dịch sang công nghệ ảo hóa và công nghệ đám mây gốc cũng đang tác động đến kiến trúc BSS. Các chức năng BBU ảo hóa (Virtualized BBU – vBBU) cho phép linh hoạt và khả năng mở rộng lớn hơn, giảm nhu cầu về phần cứng chuyên dụng. Điều này dẫn đến tiết kiệm chi phí và quản lý mạng dễ dàng hơn. CU và DU của kiến trúc 5G đại diện cho một bước quan trọng trong quá trình ảo hóa này.
Trên đây là một số thông tin để giúp bạn hiểu rõ hơn về hệ thống trạm gốc là gì. Ngoài ra, bạn đọc có thể tham khảo thêm một số bài viết đã có để tìm hiểu vai trò của tháp di động trong mạng di động nhé.
