ứng dụng công nghệ 4g cho mạng di động viettel

Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch di động cổng Interface Between Two GSNs Giao diện giữa hai GSN Interface Between Two GGSNs Giao diện giữa hai GGSN Interface Between SGSN and HLR/AuC

TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ ĐIỆN LẠNH HÀ NỘI

-& -BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 4G CHO MẠNG DI

ĐỘNG VIETTEL

MỤC LỤC

Phụ lục Error: Reference source not found

LỜI MỞ ĐẦU Error: Reference source not found

CHƯƠNG 1 : XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG Error: Reference source not found

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G Error: Reference source not found 1.2 LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Error: Reference source not found

1.3 CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG 4G Error: Reference source not found

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G Error: Reference source not found

2.1 CÁC YÊU CẦU VỀ CẤU TRÚC MẠNG 4G Error: Reference source not found

2.2 MÔ HÌNH MẠNG 4G Error: Reference source not found 2.2.1 Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G Error: Reference source not found 2.2.2 Mô hình mạng thông tin di động 4G: Error: Reference source not found

2.3.CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH MẠNG 4GError: Reference source not

found

2.3.1 Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến Error: Reference source not found 2.3.2 Lớp mạng lõi Error: Reference source not found 2.3.3 Lớp chức năng: Error: Reference source not found 2.3.4 Lớp dịch vụ: Error: Reference source not found

3.2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4GError: Reference source not found 3.2.1 Khái niệm QoS Error: Reference source not found 3.2.2 Kiến trúc QoS Error: Reference source not found 3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G Error: Reference source not found 3.2.4 Thách thức về chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4GError: Reference source not found 3.2.5 Bảo mật dịch vụ Error: Reference source not found

CHƯƠNG 4 : LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 CHO VIETTEL MOBILE 46 4.1 ĐẶC ĐIỂM MẠNG THÔNGTIN DI ĐỘNG VIETTEL Error: Reference source not found

4.2 TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI LÊN 4G TỪ 2.5 G CỦA MẠNG VIETTEL Error: Reference source not found

4.3 KẾT LUẬN Error: Reference source not found

KẾT LUẬN Error: Reference source not found

Tài liệu tham khảo 55

Phụ lục

Các từ viết tắt

3G Third Generation 3GPP Third Generation Partnership Project

4G Fourth Generation

AAL ATM Adaptation Layer

AMC Adaptive Modulation and Coding

ATM Asynchronous Transfer Mode

BER Bit Error Rate

BSC Base Station Controller

BSS Base Station System

BTS Base Transceiver Station

CN Core Network

PCP Power Control Part

CQI Channel Quality Indicator

CRC Cyclic Redundance Check

CS Circuit Switching

DCH Dedicated Channel

DTX Discontinuos Transmission

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FDD Kênh truy nhập đường xuống Ghép song công phân chia theo tần số

Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

Interface Between GGSN and External Network Giao diện giữa GGSN và mạng bên

ngoài

Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch di động cổng

Interface Between Two GSNs Giao diện giữa hai GSN

Interface Between Two GGSNs Giao diện giữa hai GGSN

Interface Between SGSN and HLR/AuC Giao diện giữa SGSN với HLR/AuC

Interface Between SGSN and Serving Giao diện giữa SGSN với MSC/VLR

Global System for Mobile communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu

User Plane Part of the GPRS Tunelling Protocol Phía người sử dụng của giao thức

Tunel GPRS Any G Interface Giao diện G

Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động nhanh

Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ

cao High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao

High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc

độ cao Home Subscriber Server

Shared Control Channel for HS-DSCH Kênh điều khiển chia sẻ cho HS

DSCH Shared Information Channel for HS-DSCH Kênh thông tin chia sẻ cho HS-DSCH

Internet Protocol Multimedia Subsystem

Internet Protocol Giao thức Internet

MTP3-User Adaptation Layer Lớp thích ứng người sử dụng-MTP3

Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

Modulation and Coding scheme Lược đồ điều chế và mã hóa

Mobile Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi thuê bao

Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương

tiện Media Gateway Cổng đa phương tiện

Multi Input Multi Output Đa đầu vào đa đầu ra

Multimedia Resource Function Controller Điều khiển chức năng tài nguyên đa

phương tiện

MRFP Multimedia Resource Function Processor Xử lý chức năng tài nguyên đa phương

tiện MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động

PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức

PS Packet Switching Chuyển mạch gói

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

tuyến RLB Radio Link Budget Quỹ đường truyền

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

giản SDU Service Data Unit Đơn vị số liệu phục vụ

SEG Security Gateway

SGW Signalling Gateway

SMS Short Message Service Dịch vụ tin ngắn

vụ-NNI Network Node Interface giao diện nút mạng

đặc thù dịch vụ

TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển phát

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

phát TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TSN Transmission Sequence Number Số chuỗi phát

UDP User Datagram Protocol Giao thức datagram người sử dụng

UE User Equipment Thiết bị người dùng

LỜI MỞ ĐẦU

Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp

và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động Mạng thông tin

di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di độngthế hệ trước đó Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền

dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng,khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khótrong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng được các yêu cầu như: khả năng tíchhợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của mạng chưa cao,khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyênbăng tần ít,…

Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin diđộng mới có tên gọi là 4G Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất cả các dịch

vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp chongười sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt,các dich vụ âm thanh số Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, cácdich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đếncác chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ

mã hoá media chất lượng cao trên nền các mạng di động

Hiện nay thị trường di động Việt Nam tăng trưởng mạnh, số thuê bao không ngừngtăng, nhu cầu về việc sử dụng các dịch vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao vàcàng đòi hỏi cao hơn trong tương lai Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới để đáp ứngcác nhu cầu thị trường trong tương lai là rất cần thiết

Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữliệu ngày càng cao của các thuê bao Các dịch vụ chủ yếu của GPRS như: WAP, truy nhậpInternet, dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, video, xem các đoạn phim tải về, xem video trựctuyến Ngoài ra còn có dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trênđiện thoại di động… Dựa trên nhu cầu thị trường Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhucầu chính trong thông tin di động vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắtđầu tăng trưởng, theo dự đoán tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50%vào năm 2010 Với đời sống thu nhập ngày càng cao của người dân, nhu cầu các dịch vụ chấtlượng tốt ngày càng lớn, thì mạng di động Viettel ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng đượccác nhu cầu này Mặt khác, xu hướng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thônglại với nhau Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ 4G có tốc độ cao, sử

dụng “all IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di độngViettel

Đề tài “Ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động Viettel” được đưa ra không chỉnhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu các dịch vụ mà nó đáp ứng mà còn cố gắng đưa vào ápdụng ở Việt Nam cụ thể là trên mạng di động của Viettel Với mục đích đó đề tài nghiên cứucủa chúng tôi dược chia làm 4 chương:

Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động Chương 2: Mô hình cấu trúc mạng 4G

Chương 3: Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong mạng 4G Chương 4: Lộ trình tiến lên mạng thông tin di động 4G cho Viettel Mobile

Để hoàn chỉnh được bài báo cáo này em xin được gửi lời cảm ơn sâu xắc nhất tới

cô TRẦN THỊ HƯỜNG cùng toàn thể nhân viên của CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯTHƯƠNG MẠI VÀ DỊCH VỤ KỸ THUẬT THĂNG LONG đã tận tình giúp đỡ vàchỉ bảo em trong quá trình thực tập và hoàn thiện báo cáo!

Với việc triển khai đề tài “Ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel” ,Viettel đã mở ra một cơ hội mới, động lực mới cho sự phát triển công nghệ mạng cũng nhưthương mại điện tử trong thời đại kinh tế số hiện nay, không chỉ cho công ty mà còn mongmuốn sẽ đóng góp một phần vào sự phát triển trong lĩnh vực viễn thông – công nghệ thôngtin của nước nhà

Trong quá trình thực tập và viết báo cáo vẫn còn những thiếu sót, em mong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo và các bạn để hoàn chỉnh kiến thức của mình

Giới thiệu sơ lược về công ty cổ phần xây dựng viễn thông Thăng Long

Tên công ty: Công ty cổ phần đầu tư thương mại và dịch vụ kỹ thuật Thăng long Địa chỉ:Hoàng Đạo Thúy,Trần Duy Hưng,Hà Nội

Mã số thuế: 0101834577

Ngày đăng kí kinh doanh: 19/02/2003

Chức năng và nhiệm vụ công ty

- thiết kế thông tin liên lạc,bưu chính viễn thông: đối với công trình thông tin liênlac ,bưu chính viễn thông (trạm đài thu phát,hệ thống phát,cột anten,tổng đài)

- thuê và cho thuê cơ sở hạ tầng viễn thông

- đại lý kinh doanh trang thiết bị viễn thông,thủy lợi,linh kiện,thiết bị máy tính

- tư vấn giám sát xây dựng công trình giao thông

- xây dựng công trình dân dụng,công nghiệp,giao thông thủy lợi,hạ tầng đô thị,bưu chính viễn thông

- lắp,dựng các loại cột anten thu phát sóng

- sữa chữa,lắp đặt các tổng đài của các mạng viettel,mobiphone,vinaphone,evn telecom…

- quản lý dự án đầu tư,lập kế hoạch,khảo sát, lập và thẩm định dự án đầu tư (trong phạm vi cho phép), tư vấn đấu thầu công trình xây dựng dân dụng,công nghiệp

CHƯƠNG 1

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC

MẠNG DI ĐỘNG

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) đểgiải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 (3G) Đó là việc cung cấp cácloại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu video

độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao Khái niệm 4G được sử dụng rộngrãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao gồm các kiểu hệ thống viễn thôngtruy nhập vô tuyến băng thông rộng Một trong số các thuật ngữ dùng để mô tả 4G là MAGIC:Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere (Bất cứ khi nào, bất cứ nơiđâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu), Integrated wireless solution (Giảipháp vô tuyến tích hợp) và Customized personal service (Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân) Như

là một lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G là hệ thống truy nhập vô tuyến tế bào băng thôngrộng, đã và đang là mối quan tâm lớn của lĩnh vực thông tin di động 4G không chỉ hỗ trợ chocác dịch vụ thông tin di động thế hệ tiếp theo mà còn hỗ trợ cho cả các mạng vô tuyến cốđịnh Các hệ thống 4G là một sự tích hợp gắn kết không tách rời của các thành phần thiết bịđầu cuối, mạng lưới và các ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng và ngày càng caocủa người sử dụng

1.2 LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ 4Gtrải qua nhiều giai đoạn khác nhau Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của côngnghệ thông tin di động thoại

Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết đến như là 1G trong những năm

70 của thế kỷ trước! Các hệ thống ra đời sớm nhất được thực hiện dựa trên công nghệ tương

tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động Nhiều vấn đề có tính nguyên tắc cơ bản đãđược giải quyết trong những hệ thống này Và có nhiều các hệ thống không tương thích đãđược đưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80

Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được xây dựng trong những năm 80 vẫn được sử dụngchủ yếu cho thoại nhưng đã được thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử

lý tín hiệu số Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển mạch kênh

ở tốc độ thấp Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống

bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di động toàncầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ,PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã)

IS95, một hệ thống khác tại Mỹ Các hệ thống này hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc giahoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữliệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với dịch

vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G chocác mạng 2G Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung lượng trên cáckênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, cóthể nâng tới 384 Kbps Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu được tối ưuhoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA hoặcmáy tính xách tay Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2,5G đã đưa internet vào thế giớithông tin di động cá nhân Đây thực sự đã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệthống viễn thông lai ghép hybrid

Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế tiếp,thế hệ thứ 3 (3G), đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây vàthực sự trở thành hệ thống toàn cầu Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng nhưcác khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps

Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao gồmthoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng roaming toàncầu không gián đoạn Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng dụng và dịch vụsáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí,…) Mạng 3G đầutiên được thiết lập tại Nhật bản năm 2001 Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vô tuyếngói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc độ dichuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2 Mbps (đối với trường hợp trongnhà)

Hình 1.1 – Các thế hệ di động

Bảng 1.1 – Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản

Tuy nhiên đòi hỏi của viễn thông đa phương tiện truy nhập tốc độ cao đối với xã hộingày nay phụ thuộc rất lớn vào công nghệ thông tin số Theo các con số lịch sử của cuộc cáchmạng về công nghệ diễn ra trong 1 thập kỷ thì thời điểm hiện tại chính là thời điểm thích hợp

để nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G

Hiện nay tốc độ download ở chế độ dữ liệu đang bị giới hạn ở 9.6 Kbps, thấp hơnkhoảng 6 lần so với 1 đường kết nối cố định ISDN ( Mạng số tích hợp dịch vụ) Gần đây, vớicác thiết bị cầm tay 504i tốc độ download dữ liệu đã được tăng lên 3 lần đạt 28.8 Kbps Tuynhiên trong thực tế sử dụng tốc độ dữ liệu thường thấp hơn, đặc biệt là ở những khu vực đôngđúc, hoặc là khi mạng bị “nghẽn” Tốc độ dữ liệu di động thế hệ 3 là tối đa 384 Kbpsdownload, điển hình là xấp xỉ 200 kbps, và upload đạt 64 kbps từ năm 2001 Thông tin diđộng thế hệ 4 sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, dự kiến có thể đạt tới 20 Mbps

3G được các nhà sản xuất đề xuất đầu tiên mà không phải là từ các nhà khai thác Năm

1996 nó được triển khai nhờ NTT (Hãng điện thoại và điện báo Nhật bản) cùng Ericsson, năm

1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA ở Mỹ chọn CDMA như là 1 công nghệ cho 3G,năm 1998 CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000 được thông qua cho Hệ thống thôngtin di động chung UMTS Trong đó W-CDMA và CDMA2000 là 2 đề xuất chính của 3G Tuynhiên 3G vẫn tồn tại một số vấn đề khiếm khuyết ở những điểm sau:

• Rất khó cho việc tăng băng thông liên tục và tốc độ dữ liệu cao để đáp ứng đượcyêucầu của các dịch vụ đa phương tiện, cùng với sự tồn tại song song của các dịch

vụ khác

• nhau cần có băng thông và QoS khác nhau

• Giới hạn phổ và phân bố phổ

• Khó roaming qua các môi trường dịch vụ khác nhau ở các băng tần khác nhau

• Thiếu cơ chế vận chuyển liên tục từ đầu cuối đến đầu cuối để liên kết mở rộng mộtmạng di động nhỏ với một mạng cố định nhỏ khác

Trong các lĩnh vực thông tin di động, dịch vụ di động 4G là sự phát triển của các dịch vụthông tin di động 3G Các dịch vụ di động 4G được chào đón bởi khả năng cung cấp băngthông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng nhữnghình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số.Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độcao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụngdownload, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lượng caotrên nền các mạng di động Với sự xuất hiện của mạng 4G, nó sẽ giải quyết được :

1 Hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện: truyền hình hội nghị, Internet khôngdây,…

2 Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn hơn

3 Tinh di động toàn cầu và tính di chuyển dịch vụ

4 Giá thành hạ

5 Tăng độ khả dụng của hệ thống thông tin di động

Các nhà nghiên cứu và nhà cung cấp đã phát triển các mối quan tâm vào mạng vôtuyến 4G để hỗ trợ đa roaming các mạng di động và vô tuyến toàn cầu, ví dụ từ một mạng diđộng tế bào sang một mạng công nghệ vệ tinh cũng như sang tới mạng LAN không dây băngrộng

Với đặc trưng này, người dùng sẽ có thể truy nhập vào các dịch vụ khác nhau, tăngvùng phủ, thuận tiện cho các thiết bị đơn lẻ, một hoá đơn cho việc giảm tối đa tổng cộng cácchi phí và rất nhiều truy nhập không dây đáng tin cậy khác, thậm chí ngay cả khi có sự hưhỏng hay lỗi của 1 hay nhiều mạng đồng thời Các mạng 4G cũng có đặc trưng liên hệ IP chotruy nhập Internet di động không ngắt quãng và tốc độ bit có thể đạt 50 Mbps hay cao hơn

* Xu hướng về công nghệ

Có ba xu hướng có thể tiếp cận Thứ nhất là hướng tập trung quanh 3G, trong đó đatruy cập phân chia theo mã (CDMA) sẽ được đẩy dần tới điểm tại đó các nhà sản xuất thiết bịđầu cuối sẽ từ bỏ Khi đạt tới thời điểm đó, cần có công nghệ khác để đáp ứng được đòi hỏităng lên về dung lượng và tốc độ dữ liệu

Xu hướng thứ hai là xu hướng về mạng LAN vô tuyến Sự phát triển rộng khắp củaWiFi được bắt đầu từ năm 2005 cho các PC, máy tính xách tay, và PDA Trong các doanhnghiệp, tín hiệu thoại được truyền đi bởi công nghệ Voice qua mạng LAN vô tuyến(VoWLAN) Tuy nhiên chưa ai thấy rõ được công nghệ thành công tiếp theo là công nghệ nào

Xu hướng thứ 3 là IEEE 802.16e và 802.20 thực hiện đơn giản hơn 3G Sự phát triển củamạng lõi hướng tới thế hệ NGN băng rộng sẽ hỗ trợ cho việc áp dụng các công nghệ mạngtruy nhập mới thông qua các gateway truy nhập tiêu chuẩn, dựa trên các chuẩn ETSI-TISPAN, ITU-T, 3GPP, hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông Trung Quốc (CCSA) và các chuẩnkhác.

Một số công nghệ quan trọng của 4G được mô tả như sau:

Tín hiệu được chia thành các sóng mang nhỏ trực giao, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu

là “băng hẹp” (vài KHz) và vì vậy tránh được hiệu ứng đa đường, tạo nên một khoảng bảo vệchèn vào giữa mỗi tín hiệu OFDM OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần số, cảithiện hiệu năng của lớp vật lý Nó cũng tương thích với những công nghệ mở rộng nâng caokhác, như là các anten thông minh và MIMO

Điều chế OFDM cũng có thể tận dụng như là một công nghệ đa truy nhập (đa truynhập phân chia tần số trực giao, OFDMA) Trong trường hợp này mỗi tín hiệu OFDM có thểtruyền thông tin từ/tới một vài thuê bao sử dụng một bộ các sóng mang nhỏ khác nhau(subcarrier, subchannel) Điều này không chỉ cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc cấp nguồntài nguyên (tăng dung lượng), mà còn có thể tối ưu hoá các lớp chéo của việc sử dụng link vôtuyến

Vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm - SDR

Lợi ích của vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm SDR mang lại hiệu suất xử lýcao để phát triển các trạm gốc và thiết bị đầu cuối đa băng, đa chuẩn Mặc dù trong tương laicác đầu cuối sẽ thích ứng với giao diện vô tuyến để sẵn sàng cho công nghệ truy nhập vôtuyến, ở thời điểm hiện nay điều này đã được thực hiện nhờ có cơ sở hạ tầng SDR mang lạinhiều lợi ích cho một số cơ sở hạ tầng Ví dụ để tăng dung lượng mạng tại thời điểm nhất định(ví dụ như 1 sự kiện thể thao), nhà khai thác sẽ cấu hình lại mạng của họ nhờ việc lắp thêmvào trạm gốc vài thiết bị modem SDR khiến cho việc cấu hình lại này rất dễ dàng

Trong bối cảnh các hệ thống 4G, SDR sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho một tập hợp rấtnhiều các picocell và microcell đa chuẩn Đối với nhà sản xuất, việc này có thể là một sự hỗtrợ lớn trong việc cung cấp các thiết bị đa chuẩn, đa băng và giảm đi những nỗ lực phát triển

và hạ giá thành thông qua việc xử lý đa kênh một cách đồng thời

MIMO – Multiple Input Multiple Output

MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát (đa thành phần khônggian) trên miền thời gian hoặc miền tần số Điều này rất phù hợp với OFDM, bởi vì có thể xử

lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM được thiết lập chính xác cho kênh.Đặc điểm này của OFDM giúp cho công đoạn xử lý được đơn giản hoá đi rất nhiều Tín hiệu

phát đi bởi m anten được n anten thu lại Việc xử lý các tín hiệu thu được có thể mang lại một

vài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất lượng của tín hiệu thu và hiệu suất phổ Triển khai hiệunăng trong mạng tế bào vẫn đang còn là đối tượng cho nhiều nghiên cứu và mô phỏng (hình1.2) Tuy nhiên, nói chung có thể thừa nhận rằng những gì nhận được từ việc sử dụng hiệu quảphổ liên quan trực tiếp tới số lượng anten cực tiểu trong tuyến kết nối

Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm

CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG

Các công nghệ chuyển giao dựa trên công nghệ IP di động cần có sự xem xét cả về dữliệu và thoại Các kỹ thuật IP di động thường chậm nhưng có thể được tăng tốc với cácphương pháp cổ điển (IP di động nhanh, phân cấp) Các phương pháp này có thể áp dụngđược cho dữ liệu và cũng có thể cho cả thoại Trong những mạng đơn tần, có thể xem xét cácphương pháp chuyển giao Một số kỹ thuật có thể sử dụng khi tỉ số sóng mang/nhiễu có giá trị

âm (ví dụ VSFOFDM), nhưng điều trở ngại của những kỹ thuật này chính là dung lượng.Trong OFDM, cùng một lựa chọn có thể thay thế có trong CDMA, có thể sử dụng phân tậpmacro Trong trường hợp OFDM, MIMO cho phép xử lý phân tập macro với các độ lợi vềhiệu năng Tuy nhiên, thực hiện phân tập macro dẫn đến việc xử lý MIMO được tập trung vàtruyền dẫn được đồng bộ Điều này không phức tạp như trong CDMA, nhưng những kỹ thuậtnày chỉ sử dụng trong các tình huống mà phổ rất khan hiếm

1.3 CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG 4G

Trên thực tế sự thúc đẩy mạnh mẽ chủ yếu cho các công nghệ 4G là cung cấp thông tin

dữ liệu gói hóa, độ rộng băng lớn, tốc độ cao Thậm chí người ta mong muốn rằng lưu lượngthoại được truyền đi tới các thiết bị cầm tay ở trong các gói (trái ngược với việc phân phát

thông qua kênh chuyển mạch dành riêng) Chuyển mạch kênh liên quan tới kỹ thuật trong đócác kênh dành riêng được sử dụng để phát và nhận tín hiệu thoại hay dữ liệu Sự thông tin dữliệu gói hóa liên quan tới kỹ thuật báo hiệu số trong đó thông tin (thoại hay dữ liệu) đượcchuyển thành mã nhị phân và được chia cắt thành các đoạn ngắn (segments) Các đoạn nàysau đó sẽ được giải đóng gói theo thứ tự sắp xếp chính xác và được chuyển đổi ngược lạithành các thông tin ban đầu ở phía thu Trong chuyển mạch gói chỉ có tín hiệu thọai có nộidung thực sự được đóng gói và gửi tới hệ thống Điều này là có thể nhờ sự tiến bộ trong các

kỹ thuật đa truy cập và công nghệ Thật đáng tiếc là các kỹ thuật truy nhập vô tuyến khôngdây ngày nay không hỗ trợ việc truyền băng rộng và truyền tốc độ cao Sự hạn chế này chính

là sự thúc đẩy cho quá trình phát triển thông tin vô tuyến không dây Trong thị trường vôtuyến không dây ngày nay, những người sử dụng yêu cầu các dịch vụ giá trị gia tăng Cùngvới sự giới thiệu rầm rộ các dịch vụ thế hệ 3, những người sử dụng mong muốn công nghệ vôtuyến ở thế hệ kế tiếp sẽ không chỉ là phương tiện thông tin thoại mà còn sẽ có chức năng hóagiống như Internet Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triền ứng dụng đang trên conđường nhận ra các nhu cầu của người sử dụng nhưng đó vẫn là con đưòng dài ở phía trước.Thực tế, trong triển khai 3G, việc mong muốn việc chức năng hóa đặc điểm Internet theođường thông tin vô tuyến không dây chúng ta có thể không nhận thức đầy đủ được Các kỹthuật đa truy nhập hoạch định cho 3G sẽ không hỗ trợ các tốc độ truyền dữ liệu và băng thôngđược yêu cầu cho các ứng dụng cải tiến mà người sử dụng mong muốn Các công nghệ 3G sẽthực sự có các chức năng mạnh hơn các hệ thống vô tuyến không dây ngày nay, tuy nhiênkhông mạnh bằng khi chúng ta triển khai 4G

Những người sử dụng vô tuyến không dây hôm nay mong đợi nhiều thứ lớn từ cácmạng vô tuyến không dây ngày mai Họ chờ đợi rằng các mạng vô tuyến không dây thế hệtiếp theo nhất là 4G sẽ mang lại gì Các nhà cung cấp dịch và các phát triển ứng dụng đangchú ý hơn nữa tới sự mong đợi của người sử dụng để quyết định hướng phát triển và đưa racác loại hình dịch vụ Từ đó các nhà cung cấp phân chia những người sử dụng vô tuyến rathành các mảng chung Các nghành kinh doanh vô tuyến phải hiểu được các mảng này, sựmong chờ và các nhu cầu của mảng (segment) sẽ đi theo hướng nào trong công nghệ vô tuyếnkhông dây thế hệ tiếp theo lên 4G Những người sử dụng được phân mảng theo nhiều cách.Theo như cách trình bày ở hội thảo gần đây của Lucent Technologies tại Supercomm, Lucentđang xem xét phân chia các người sử dụng thành 5 mảng như sau:

1-Mảng Gender

2-Mảng theo độ tuổi (Age)

3-Mảng theo cách sử dụng Internet (Internet Usage)

4-Mảng theo mức thu nhập (Income Brackets)

5-Mảng những người chuyên sử dụng Mobile (Mobile Profesional)

Mảng Gender: Tìm đến các người sử dụng là phụ nữ Những người sử dụng này điển

hình là những cá nhân thu nhập trung bình Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này

là các ứng dụng giải trí và xã hội như dịch vụ chat và nhắn tin nhanh

Mảng Age: Được bao gồm thị trường giới trẻ các đối tượng 18 tuổi hoặc trẻ hơn Họ

không phải trả tiền cho dịch vụ do chính họ dùng mà việc trả tiền đó là do bố mẹ hay người cóliên quan thực hiện Các kiểu ứng dụng đang được phát triển cho đoàn này là các ứng dụnggiải trí và xã hội như các dịch vụ âm nhạc

Mảng Internet Usage : Bao gồm điển hình là các cá nhân sử dụng nhiều hơn so với

mức trung bình (nhiều hơn 30 phút trên một phiên) để trình duyệt Internet Những người sửdụng trong mảng này được hội tụ công nghệ Các kiểu ứng dụng đang phát triển là các ứngdụng thông tin như các dịch vụ tin tức cá nhân và các dòng tin tức chính (được truyền đi với

âm thanh, hình ảnh, văn bản, hoặc bất kỳ sự kết hợp nào ở thế hệ thứ 3) Các nhà cung cấpdịch đặc biệt khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu của các khách hàng này bởi họ đã quen vơiviệc tính tiền kiểu Internet

Mảng người sử dụng Income Bracket: Bao gồm những cá nhân ở độ tuổi trung lưu

những cá nhân biết hiểu rõ giá trị dịch vụ Các loại ứng dụng đang phát triển trong mảng này

là các dịch vụ thông tin như dịch vụ thời gian ngắn (up-to-the-minute), personalized stocktickers Những người sử dụng này cũng được định hướng tính an toàn chung; vì thế các thôngtin dữ liệu và thoại có độ tin cậy được nâng cao

Mảng Mobile Profesional: Hướng tới những người sử dụng tin tưởng vào các thiết

bị vô tuyến không dây để quản lý công việc kinh doanh hàng ngày Mảng này bao gồm nhữngngười sử dụng chuyên nghiệp Những người sử dụng này hầu hết rất quan trọng đối với cácnhà cung cấp dịch vụ bởi họ thường xuyên sử dụng nhiều hơn các dịch vụ mà họ yêu cầu Cáckiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này là fax di động, thư điện tử, nhắn tin nhanh

Để tăng sự tin cậy các ứng dụng, các nhà cung cấp cũng đang phát triển thiết bị thuê bao để cóthể chuyển vùng vào các mạng vô tuyến không dây khác nhau trên toàn thê giới sử dụng mộtthiết bị thông tin đơn Giống như mảng Income Brackets, Mobile Professional yêu cầu cácphương tiện thông tin dữ liệu và thoại phải tin cậy và liên tục Tính an toàn chung sẽ đượcquan tâm và hiệu chỉnh hợp lý trong mảng này Toàn bộ chức năng sẽ được thêm vào để đảmbảo tính bảo mật thông tin cho người sử dụng

sử dụng ở các mảng để cập trước đây nó nói đến nhiều hơn ở các mảng Inernet Usage, IncomeBrackets, và Mobile Professional Các ứng dụng và các dịch vụ thông tin này sẽ cung cấp chongười sử dụng các bản tin chung, các bản tin tài chính, hướng dẫn vị trí, thương mại di động,

và các dịch vụ du lịch Các dịch vụ này cho phép người sử dụng xác minh các thông tin đơn lẻliên quan tới người sử dụng dù họ ở trong vùng phục vụ hay chuyển vùng sang các hệ thốngkhác Các quốc gia Châu Âu đã có các ứng dụng theo dõi phương tiện giao thông công cộng

Từ các thông tin giám sát này người sử dụng có thể xác định thời gian xe buýt hay tầu điệndừng lại ở bến Kiểu dịch vụ thông tin cá nhân/khoanh vùng này đã được triển khai giới hạntrong các quốc gia Dịch vụ này có thể là push-based hoặc pull-based, phụ thuộc vào vị tríthuê bao muốn thông tin phát tập trung tự động gửi tới thiết bị vô tuyến không giây hoặc nếumuốn thông tin phát tập trung trên một điểm có nhu cầu

-Các dịch vụ thông tin (Communication) bao gồm có dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS), thưđiện tử, hội thảo truyền hình, fax,… Mặc dù một số các dịch vụ đã được sẵn sàng trong các

hệ thống không dây ngày nay, nhưng các dịch vụ này sẽ tiếp tục được nâng cao hơn trong thế

hệ tương lai Trong các dịch vụ này: thoại và độ tin cậy được chú ý nhất trong kế hoạch pháttriển

-Các dịch vụ Organizational bao gồm các khả năng hỗ trợ số cá nhân (PDA Personaldigital assistant), trao đổi tiền tệ dựa trên cơ sở xác định người sử dụng, và các trình ứng dụngquản lý cá nhân khác (ví dụ: lịch công tác, quản lý cuộc gọi, sổ lưu địa chỉ) Các dịch vụ vàcách trình ứng dụng Organizational có liên quan tới tất cả các mảng người sử dụng nhưng nóđược hướng tới phục vụ cho các mảng người sử dụng là Income Brackets và MobileProfessional

- Các dịch vụ giải trí (Entertainment) được đưa vào tầm ngắm của các nhà cung cấp dịch

vụ và các nhà cung cấp quay trở lại đầu tư vào nó khi nhận thấy nó có một tiềm năng lớn Cácdịch vụ giải trí có thể gồm có đoạn âm thanh, đoạn video, chat, trao đổi hình ảnh, và chơigame Trong thị trường vô tuyến không giây Châu Á 3G đang được phát triển, các dịch vụ giảtrí đang tạo ra lợi nhuận đáng kể Mảng mà các dịch vụ giải trí hướng tới đó là mảng Age Mộtdịch vụ khác đang tạo ra rất nhiều sự sôi động trong nghành kinh doanh đó là thương mại diđộng (M-Commerce) Thương mại di động đưa ra khả năng cho thuê bao đăng ký mua cácmón hàng ( ví dụ: mua gas, thức ăn từ các máy bán hàng tự động.v.v) sử dung một thiết bị vôtuyến không dây Ví dụ để đăng ký mua một món hàng từ máy bán hàng tự động, mọi người

sử dụng sẽ quay số điện thoại hoặc mã truy nhập liên quan tới món hàng đó và món hàng đó

sẽ được phân phối tới người mua Trong sự phối hợp này, máy bán hàng tự động sẽ được kếtnối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) thông qua một modem hoặc một thiết

bị kiểu gateway Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến không dây sẽ gửi thông tin tới công tybán hàng và công ty này sẽ gửi thông tin tới máy bán hàng tự động để chỉ thị cho máy bánhàng phân phối món hàng Tài khoản của người sử dụng dịch vụ không dây sẽ được tính vàocác món hàng mà họ đăng ký, giống như một thẻ tín dụng Kiểu dịch vụ thương mại di độngnày hiện thời đang được thử nghiệm và đã được thực hiện (trên cơ sở còn nhiều hạn chế) trongcác quốc gia ở Châu Âu và Châu á và thực sự đang tiến xa Thương mại di động có thể đượcxem như là một kiểu dịch vụ Information hoặc Organzation

KẾT LUẬN

Các dịch vụ và các trình ứng dụng cho 4G vẫn đang được định nghĩa, nó phát triển và dịchchuyển theo nhu cầu người sử dụng Các ứng dụng 4G hướng tới phục vụ cho thị trườngkhách hàng có nhu cầu lớn về chất lượng dịch vụ cũng như sự đa dạng của dịch vụ Với khảnăng của mình, 4G thực sự đáp ứng được các nhu cầu về đa dịch vụ của khách hàng hiện tại

và trong tương lai Chương này mới chỉ giới thiệu và đưa ra một số loại hình dịch vụ điển hình

và một số ví dụ về các ứng dụng trong 4G theo một khía cạnh quan điểm chung Phần dịch vụ

và mô hình cụ thể của nó sẽ được giới thiệu kỹ hơn trong chương 3 Định hướng phát triển cácdịch vụ cho 4G dựa trên nền tảng của 3G nhưng với độ tin cậy và tính an toàn cao hơn, môhình dưới đây có thể là các dịch vụ cụ thể cho 4G :

Hình 1.5 Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G

CHƯƠNG 2:

MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G

2.1 CÁC YÊU CẦU VỀ CẤU TRÚC MẠNG 4G

Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác,giao tiếp giữa các mạng khác nhau Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền

IP Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch

vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt, an toàn, bảo mật Vì vậy, để đáp ứng được cácnhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

a) Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các mạng khác như các mạng

di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không dâykhác

Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G

Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP,với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượngcao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thànhcông Với sự kết hợp này, người sử dụng có khả năng kết nối tới nhiều mạng, có thể sửdụng nhiều dạng dịch vụ khác nhau như PSTN, ISDN, internet, WLAN, WiMAX,…vv, màkhông cần quan tâm tới dạng thiết bị đang sử dụng cũng như việc họ đang ở đâu

Hình 2.3: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống

c) Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP:

Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập,truyền tải và các dịch vụ Internet Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ mạng, băng thôngdịch vụ…vv Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực,chất lượng cao

d) Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin

Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống Hệ thống thông tin càng phát triển, càng

có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cung truy nhập vào hệ thống thì thông tin bímật của người dùng càng không đảm bảo an toàn Tính an toàn của hệ thống được đánh giáqua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn và riêng tư của các dữ liệu người

sử dụng cũng như khả năng quản lý, giám sát hệ thống Bảo mật là yêu cầu

chung đối với tất cả các hệ thống viễn thông

e) Mạng đảm bảo tính di động:

Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng diđộng và không dây khác nhau Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế độ, vùng phủ đadịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung

Các thiết bị đa chế độ:

Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, ví dụ như đa truy nhập

phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do đó, khithiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào thốngthông qua các mạng khác Đối với loại thiết bị này thì vấn đề chất lượng dịch vụ yêu cầuphải được xử lý tốt (Xem hình 2.4 – a)

Vùng phủ đa dịch vụ:

Trong kiến trúc này, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểmtruy chung (UAP: Universal Access Point) Những UAP này kích hoạt để chọn mạng dựatrên những cái có sẵn, đặc điểm chất lượng, và sự lựa chọn thông thường của người dùng.Người dùng, thiết bị có thể chuyển dịch vụ khi di chuyển từ UAP này sang UAP khác.(Xem hình 2.4 – b)

Giao thức truy nhập chung:

Trong trường hợp này các mạng không dây có thể hỗ trợ một hoặc hai giao thức truynhập chuẩn Khi đó thiết bị có thể chuyển mạng có cùng giao thức truy nhập khi không truynhập được vào mạng của mình (Xem hình 2.4 – c)

Hình 2.4: Tính di động của mạng

f) Mạng phải đảm bảo về tốc độ:

Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người

sử dụng Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps, và 160Mbps khi

sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào - Nhiều đầu ra)

Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G

2.2 MÔ HÌNH MẠNG 4G

2.2.1 Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G

a) Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA

Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của cácmạng thông tin di động thế hệ trước đó Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợpvới công nghệ ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế

hệ ba WCDMA có thể hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: hội nghị truyền hình, truy cậpinternet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ,…

Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệulớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khảnăng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trongviệc download các file dữ liệu lớn,…

Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chưa đáp ứng được các yêu cầu như: khảnăng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của mạngchưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp,tài nguyên băng tần ít,…

b) Mạng thông tin di động thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA

Cuộc cách mạng của thị trường thông tin di động đưa ra các yêu cầu nâng cấp cảitiến về cả dung lượng hệ thống lẫn tốc độ truyền dẫn dữ liệu Mạng thông tin di động thế hệ

ba WCDMA ra đời là một bước phát triển mạnh mẽ về tốc độ và chất lượng dịch vụ Tuynhiên, tốc độ dữ liệu tối đa trong WCDMA chỉ đạt tới 2Mbps Để tăng khả năng hỗ trợ chocác dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, đặc biệt là nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, mà trướchết là tốc độ đường xuống, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa trong phiên bản Release 5 mộtcông nghệ mới, đó là công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) với nhữngtính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vôtuyến WCDMA/UTRA –FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho

hệ thống thông tin di động 3,5G HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặtchẽ với nhau để cải thiện dung lượng mạng, và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10 Mbps đốivới lưu lượng gói đường xuống Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác

có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) của các dịch

vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động củaHSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP

Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng cách sửdụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại được tích hợptrên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng mang (tương

tự như DSCH trong Release 99)

Lợi ích của HSDPA cho đường xuống khi hầu hết lưu thông dữ liệu 3G được trôngđợi đầu tiên là đường xuống Release 6 sẽ nói về cải tiến, nâng cấp đường lên, được gọi lànâng cấp đường lên HSUPA (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access) HSUPA sử dụngtương tự các đặc điểm chính như HSDPA, nhưng thay vì áp dụng cho đường xuống thì nólại áp dụng cho đường lên Điều này sẽ làm tăng tốc độ truyền đường xuống

c) Nhận xét:

Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA rađời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người dùng như: tốc độ truyền dữ liệu lên tới2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đường xuống đối với công nghệ 3,5G, có thể truynhập được nhiều dịch vụ như: truyền hình hội nghị, truy nhập Internet tốc độ cao,…

Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền dữ liệuchưa cao, do đó chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tốc độ truyền dữ liệuvẫn còn thấp, đặc biệt là tính di động kém Khi người dùng đi vào vùng phủ của loại mạngkhác ví dụ như mạng WLAN, WiMAX,… mà không nằm trong vùng phủ sóng của mình thì

mạng không thể phục vụ người dùng được Ngoài ra, việc sử dụng IPv4 cũng gây ra cáchạn chế như không đủ địa chỉ để triển khai theo yêu cầu của mạng,… Khả năng triển khaicác dịch vụ mới trên các mạng này rất khó do các hạn chế về tốc độ truyền thông và băngtần,…

Trong tương lai, người sử dụng mong muốn được sử dụng nhiều loại hình dịch vụkhác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, có chất lượng tốt, có thể thâmnhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng,…

2.2.2 Mô hình mạng thông tin di động 4G:

Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyềndẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối Với yêu cầu một kiến trúcphân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thànhphần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năngchung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp Với yêu cầu này,mạng 4G được phân chiacấu trúc mạng trên cơ sở của 4 lớp chức năng, tương ứng với 4 phạm vi chức năng của cácthành phần trong hệ thống mạng

Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G

Với mô hình trên, tính tích hợp hệ thống đã được giải quyết trên lớp truyền dẫn Các

hệ thống sử dụng môi trường truyền vô tuyến được tích hợp chung vào mạng RAN Với môhình này, các mạng truy nhập vô tuyến được tích hợp vào một môi trường chung, có nghĩa

thuê bao di động đầu cuối khi ở bất cứ môi trường truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo hoạtđộng trong mạng

Tính tương tác giữa các lớp giúp cho mô hình có tính mở trong việc phát triển côngnghệ cũng như dịch vụ trong tương lai Việc xử lý các công nghệ điều chế, mã hoá và truynhập trên các lớp tương tác cũng tạo ra tính thích nghi với các yêu cầu về dịch vụ, đảm bảođầy đủ các yêu cầu về tốc độ dịch vụ trong tương lai

Chức năng mạng truy nhập vô tuyến:

- Có khả năng tích hợp giữa các thiết bị đầu cuối

- Đảm bảo tốc độ dịch vụ

Chức năng của mạng lõi:

- Kết nối các mạng khác nhau: mạng không dây và mạng có dây

- Truyền tải traffic trên các tuyến từ nơi gửi đến đích an toàn

- Định tuyến lưu lượng

- Chuyển đổi dạng dữ liệu all IP

Chức năng điều khiển:

Dịch vụ: Cung cấp dịch vụ sử dụng cho người dùng

2.3.CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH MẠNG 4G

2.3.1 Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến

Nhiệm vụ chính của mạng truy nhập vô tuyến (Radio Access Network) là tạo và duytrì các kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động(UE) với mạng lõi (CN) Thiết bị người dùng ở đây có thể là các MS, các thiết bị xách tay,

… Do đó, mạng truy nhập vô tuyến phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị đầu cuối, kể

cả khi thiết bị đầu cuối là thiết bị di động không dây thuộc mạng khác

- Thiết bị đầu cuối:

Thiết bị đầu cuối di động trong mạng 4G phải có sự phát triển trong việc chạy nhiềudạng ứng dụng khác nhau Điều này cũng đảm bảo cơ hội tăng lợi nhuận cho các nhà cungcấp dịch vụ bằng việc cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng Do vậy, các thiết bị nàyphải hoạt động có tính thích nghi và linh động cao Hiện nay, các thiết bị đầu cuối di động

đang trong quá trình chuyển dịch sang dạng tích hợp hội tụ Các nhà sản xuất cũng cungcấp các hệ điều hành (OS) và phần mềm dịch vụ có tính mở, có kiến trúc dạng lớp và cókhả năng chạy trên những phần mềm của các nhà cung cấp thứ 3 Tính phức tạp của thế hệthiết bị đầu cuối di động này sẽ phải chưa đựng đầy đủ các điều kiện về phần cứng và phầnmềm như sau:

- Các dạng ứng dụng khác nhau về di động ( như email, MMS …)

- Thực hiện được nhiều phần mềm ghép ứng dụng ( như dự đoán kiểu gõ, soạn thảo vănbản, kiểm tra phát âm …)

- Thực hiện trên nhiều dạng hệ điều hành (như Symbian, SmartPhone, Linux )

- Hoạt động trên nhiều môi trường ứng dụng ( như J2ME, NET)

- Hoạt động trên nhiều phương thức mã hoá vô tuyến ( như CDMA2000, GPRS, GSM, CDMA, WiFi ….)

W Hoạt động trên nhiều phương thức mã hoá ( tiếng nói, hình ảnh…)

- Hoạt động trên nhiều phạm vi giao thức mạng ( Ipv4, IPv6 …)

- Bộ vi xử lý mạng với các ứng dụng của di động và tính năng chung của PC

- Có bộ nhớ lớn

- Điểm truy nhập vô tuyến RAP (Radio Access Point):

Chức năng chính của RAP là thực hiện xử lý lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hóakênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…) Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lýtài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong

Điểm truy nhập vô tuyến cũng tương tự như Node B trong 3G, tuy nhiên có một số

kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đường truyền, đó là:

+ Sử dụng Anten thông minh

Anten thông minh là một thành phần không thể thiếu được trong mạng 4G Một hệthống anten thông minh là sự kết hợp của nhiều phần tử anten với một khả năng xử lý tínhiệu để tự động tối ưu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trường tínhiệu Hệ thống 3.5G dùng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA – High SpeedDownlink Packet Access) dựa trên công nghệ giao diện vô tuyến W-CDMA dự định cungcấp tốc độ lên đến 10 Mbps bằng cách sử dụng hiệu quả hơn phổ tần số 3G hiện hành Hệthống 4G sẽ dùng một phổ tần khác (có thể là 40 hoặc 60 GHz) và có thể cung cấp lên đến

100 Mbps cho tế bào WAN và đến 1 Gbps đối với truy xuất không dây nội bộ

Mục đích của hệ thống anten thông minh là để làm tăng chất lượng tín hiệu của hệthống vô tuyến bằng cách truyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lượngbằng cách tăng việc dùng lại tần số Bảng sau sẽ liệt kê các đặc tính và lợi ích của một hệthống anten thông minh