RF Bandwidth¶
Trang này trình bày các khái niệm băng thông RF thường gặp khi làm việc với trạm gốc và Radio Unit (RU): channel bandwidth, transmission bandwidth, guard band, occupied bandwidth (OBW), Base Station RF Bandwidth và instantaneous bandwidth (IBW). Thứ tự trình bày đi từ một sóng mang đơn lẻ, tới toàn bộ trạm gốc, rồi tới cách các thông số này được ghi trong datasheet của RU. Mục cuối nêu ảnh hưởng của chúng tới quy hoạch phổ. Cách tính số resource block (RB) theo băng thông nằm ở Frame Structure & Resource Grid, các band nằm ở Frequency Bands.
Về nguồn
Định nghĩa của 3GPP trên trang này được tóm tắt từ TS 38.104, TS 38.141-1, TS 37.104 và TS 38.521-2 qua các bản ETSI và trang trích dẫn đặc tả nêu ở cuối trang, chưa đối chiếu từng điều khoản với bản 3GPP mới nhất. Cách dùng IBW và OBW trong datasheet RU không được 3GPP chuẩn hóa và khác nhau giữa các nhà sản xuất.
Hai nhóm khái niệm¶
Các thuật ngữ băng thông RF chia thành hai nhóm. Nhóm thứ nhất do 3GPP định nghĩa trong đặc tả yêu cầu RF của trạm gốc (TS 38.104 cho NR, TS 36.104 cho LTE) và đặc tả kiểm thử tương ứng. Các định nghĩa này dùng để đặt yêu cầu phát xạ và kiểm thử hợp chuẩn. Nhóm thứ hai là thông số trong datasheet của RU, mô tả khả năng phần cứng: dải tần mà RU làm việc được và độ rộng phổ mà RU xử lý được cùng lúc.
Hai nhóm dùng chung một số từ nhưng không cùng nghĩa. Ví dụ rõ nhất là OBW: trong 3GPP đây là độ rộng chứa 99% công suất phát của một sóng mang, còn trong nhiều datasheet đây là tổng băng thông các sóng mang mà RU đang phát.
Phần trên: frequency range, IBW và OBW theo cách dùng trong datasheet RU. Phần dưới: các định nghĩa 3GPP cho một sóng mang 100 MHz. Số liệu là ví dụ minh họa.
Băng thông của một sóng mang¶
Mỗi sóng mang NR được mô tả bằng các đại lượng sau:
| Khái niệm | Ý nghĩa | Đơn vị |
|---|---|---|
| Channel bandwidth | Băng thông RF của một sóng mang, giới hạn bởi hai channel edge. Là mốc tham chiếu cho các yêu cầu phát và thu | MHz (5, 10, 20, ..., 100 MHz ở FR1) |
| Transmission bandwidth configuration | Số RB tối đa được phép trong một channel bandwidth với một SCS nhất định, ký hiệu N_RB | RB |
| Transmission bandwidth | Phần băng thông thực sự được dùng để phát tại một thời điểm, tức các RB đang được cấp phát | RB |
| Guard band | Khoảng chừa ở mỗi bên, giữa RB ngoài cùng và channel edge, để phổ tín hiệu suy giảm trước khi ra khỏi kênh | kHz |
Với sóng mang 100 MHz, SCS (subcarrier spacing, khoảng cách subcarrier) 30 kHz ở FR1, N_RB là 273. Phần phổ chứa RB rộng 273 × 12 × 30 kHz = 98,28 MHz, tức khoảng 98% channel bandwidth. Guard band tối thiểu mỗi bên được tính theo công thức (BW_Channel × 1000 − N_RB × SCS × 12) / 2 − SCS / 2, với BW_Channel tính bằng MHz và kết quả tính bằng kHz. Áp dụng cho trường hợp trên cho kết quả (100 000 − 98 280) / 2 − 15 = 845 kHz.
Todo
Công thức guard band trên lấy từ ghi chú trong TS 38.101-5. Chưa đối chiếu trực tiếp giá trị 845 kHz với bảng 5.3.3-1 của TS 38.104.
Trong một channel bandwidth, gNB có thể cấu hình nhiều bandwidth part (BWP) hẹp hơn cho UE. BWP thuộc lớp lập lịch và không làm thay đổi channel bandwidth của sóng mang. Chi tiết ở Frame Structure & Resource Grid và Initial Access.
Occupied bandwidth trong 3GPP¶
Occupied bandwidth là độ rộng của dải tần sao cho công suất phát trung bình nằm dưới biên dưới và nằm trên biên trên đều bằng β/2 tổng công suất phát. Với β = 1%, OBW là dải chứa 99% công suất phát của sóng mang, 0,5% còn lại chia đều ra hai bên. TS 38.521-2 nêu định nghĩa theo mức 99% này cho UE, TS 38.104 dùng cùng cách định nghĩa cho trạm gốc.
Hai biên của OBW được đặt sao cho phần công suất nằm ngoài mỗi biên bằng β/2 = 0,5% tổng công suất.
Yêu cầu trong TS 38.104 (mục 6.6.2, bản V15.2.0) là OBW của mỗi sóng mang NR phải nhỏ hơn BS channel bandwidth. Khi dùng carrier aggregation, OBW phải nhỏ hơn hoặc bằng aggregated BS channel bandwidth. Nói cách khác, OBW là thông số đo được trên tín hiệu phát, còn channel bandwidth là giới hạn mà OBW phải nằm trong. Các yêu cầu phát xạ khác như ACLR nằm ở RF Requirements.
OBW được đo bằng máy phân tích phổ có chức năng đo OBW: máy tích phân công suất trên toàn phổ rồi tìm hai biên tần số chứa đúng 99% công suất. Khi sóng mang được cấp phát đủ RB, OBW gần bằng transmission bandwidth configuration. Khi chỉ cấp phát một phần RB, OBW hẹp hơn tương ứng.
Base Station RF Bandwidth¶
Base Station RF Bandwidth là băng thông RF mà trạm gốc phát hoặc thu một hay nhiều sóng mang trong một band. Khi chỉ có một sóng mang, Base Station RF Bandwidth bằng BS channel bandwidth. Khi có nhiều sóng mang, Base Station RF Bandwidth trải từ biên dưới của sóng mang thấp nhất tới biên trên của sóng mang cao nhất, gồm cả khoảng trống giữa các sóng mang.
Với nhiều sóng mang, Base Station RF Bandwidth gồm cả khoảng trống giữa chúng và không được vượt Maximum Base Station RF Bandwidth.
Maximum Base Station RF Bandwidth là Base Station RF Bandwidth lớn nhất mà trạm gốc hỗ trợ trong mỗi band. Đây là giới hạn của thiết bị, nhà sản xuất công bố, và là thông số trong đặc tả 3GPP gần nhất với IBW của datasheet. Bản LTE có khái niệm tương tự là Maximum Radio Bandwidth, được định nghĩa là khoảng cách tần số lớn nhất giữa biên trên của sóng mang cao nhất và biên dưới của sóng mang thấp nhất.
| Đại lượng | Áp dụng cho | Bản chất |
|---|---|---|
| Channel bandwidth | Một sóng mang | Cấu hình |
| Occupied bandwidth | Một sóng mang | Đo trên tín hiệu, phải nằm trong channel bandwidth |
| Base Station RF Bandwidth | Tất cả sóng mang của trạm trong một band | Cấu hình, phụ thuộc vị trí các sóng mang |
| Maximum Base Station RF Bandwidth | Trạm gốc trong một band | Giới hạn phần cứng do nhà sản xuất công bố |
IBW và OBW trong datasheet RU¶
Datasheet RU thường ghi ba thông số băng thông, xếp theo thứ tự từ rộng tới hẹp:
| Thông số | Ý nghĩa | Yếu tố giới hạn |
|---|---|---|
| Frequency range | Dải tần RU làm việc được, ví dụ 3400 – 3800 MHz | Dải thông của filter và anten |
| IBW (instantaneous bandwidth) | Độ rộng phổ lớn nhất RU phát và thu được cùng lúc, mọi sóng mang phải nằm trong cửa sổ này | Băng thông hoạt động của bộ khuếch đại công suất (PA) và tốc độ lấy mẫu của khối chuyển đổi số tương tự |
| OBW | Tổng băng thông các sóng mang mà RU phát được cùng lúc | Công suất phát và năng lực xử lý của RU |
Quan hệ Frequency range ≥ IBW ≥ OBW luôn đúng. Với RU ở ví dụ trong hình, frequency range 400 MHz, IBW 200 MHz: hai sóng mang 100 MHz và 60 MHz đặt trong cùng cửa sổ 200 MHz cho OBW 160 MHz.
Cách dùng thuật ngữ khác nhau giữa các nhà sản xuất
OBW trong datasheet RU không cùng nghĩa với occupied bandwidth của 3GPP. Một số tài liệu còn mô tả IBW và OBW theo cách khác, ví dụ OBW là độ rộng phổ quan sát trong một khoảng thời gian. Khi so sánh RU của hai nhà sản xuất, cần đọc định nghĩa và điều kiện đo trong datasheet của từng bên.
Việc IBW tương ứng với Maximum Base Station RF Bandwidth của 3GPP là cách hiểu dựa trên định nghĩa của hai bên, chưa tìm thấy tài liệu chính thức nào xác nhận hai khái niệm là một.
Ảnh hưởng tới quy hoạch phổ¶
IBW và OBW quyết định một RU có dùng được cho một bộ khối phổ hay không:
Ví dụ minh họa với RU có frequency range 3300 – 3700 MHz và IBW 200 MHz. Trường hợp dưới, hai khối đều nằm trong frequency range nhưng không cùng nằm trong một cửa sổ IBW.
- Carrier aggregation intra-band không liền kề: hai sóng mang và khoảng trống giữa chúng phải nằm trọn trong IBW. Nếu hai khối phổ cách nhau xa hơn IBW, cần hai RU hoặc hai nhánh RF. Các kiểu CA nằm ở Carrier Aggregation.
- Dùng chung RU giữa các nhà mạng: các khối phổ của các nhà mạng phải nằm trong cùng một cửa sổ IBW, và tổng băng thông của chúng không vượt OBW.
- Băng tần rộng: band như n77 (3300 – 4200 MHz) rộng 900 MHz. Khi frequency range hoặc IBW của RU hẹp hơn band, RU chỉ phục vụ được một phần band, nên cần chọn RU theo vị trí khối phổ được cấp.
- Dự phòng mở rộng: một RU có IBW và OBW lớn hơn nhu cầu hiện tại cho phép thêm sóng mang về sau mà không thay phần cứng.
Liên quan¶
- Frequency Bands: dải tần của các band và ảnh hưởng của band tới thiết bị.
- RF Requirements: yêu cầu phát và thu của trạm gốc, gồm OBW, ACLR, EVM.
- Carrier Aggregation: ràng buộc IBW khi gộp nhiều sóng mang.
- Frame Structure & Resource Grid: bảng số RB theo channel bandwidth và SCS.
- NR Numerology & Resource Grid: quan hệ giữa SCS, độ rộng RB và số RB.
- RAN Architecture & Splits: vị trí của RU trong kiến trúc RAN.
Tài liệu tham khảo¶
- ETSI TS 138 104 V15.2.0: NR, BS radio transmission and reception (định nghĩa β, yêu cầu occupied bandwidth mục 6.6.2)
- ETSI TS 138 104 V18.8.0: bản Release 18 của cùng đặc tả
- 3GPP TS 38.104, mục 3.1 (iTecSpec): định nghĩa các khái niệm băng thông của trạm gốc NR
- 3GPP TS 38.104, mục 5.3.3 (iTecSpec): guard band tối thiểu và transmission bandwidth configuration
- 3GPP TS 38.141-1, mục 3.1 (iTecSpec): định nghĩa Base Station RF Bandwidth trong đặc tả kiểm thử
- 3GPP TS 37.104, mục 3.1 (iTecSpec): định nghĩa Maximum Base Station RF Bandwidth
- 3GPP TS 36.141, mục 3 (iTecSpec): định nghĩa Maximum Radio Bandwidth của LTE
- 3GPP TS 38.101-5, mục 5.3.3 (iTecSpec): ghi chú về công thức tính guard band tối thiểu
- 3GPP TS 38.521-2 V17.0.0, mục 6.5: định nghĩa occupied bandwidth theo mức 99%
- Difference between IBW and OBW (RF Wireless World)
- Difference between Frequency Range, IBW and OBW in 5G 3.5 GHz band (5G World Pro)
- What is the difference between Frequency Range, IBW and OBW? (telecomHall)
- Occupied Bandwidth (OBW) Measurement Description (Keysight)