BÁO cáo THỰC TẬP CÔNG NGHỆ LTE CHO MẠNG DI ĐỘNG RỘNG

EDGE tái sử dụngbăng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằmtăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằngcách sử dụng các hệ thống

M Đ U Ở Ầ

Thông tin di đ ng ngày nay đã tr thành m t ngành công nghi p vi n thôngộ ở ộ ệ ễphát tri n r t nhanh và mang l i nhi u l i nhu n cho các nhà khai thác S phátể ấ ạ ề ợ ậ ựtri n c a th trể ủ ị ường vi n thông di đ ng đã thúc đ y m nh mẽ vi c nghiên c u vàễ ộ ẩ ạ ệ ứtri n khai các h th ng thông tin di đ ng m i trong tể ệ ố ộ ớ ương lai H th ng di đ ng thệ ố ộ ế

h th hai, v i GSM và CDMA là nh ng ví d đi n hình đã phát tri n m nh mẽ ệ ứ ớ ữ ụ ể ể ạ ởnhi u qu c gia Tuy nhiên, th trề ố ị ường vi n thông càng m r ng càng th hi n rõễ ở ộ ể ệ

nh ng h n ch v dung lữ ạ ế ề ượng và băng thông c a các h th ng thông tin di đ ngủ ệ ố ộ

th h th hai S ra đ i c a h th ng di đ ng th h th ba v i các công ngh tiêuế ệ ứ ự ờ ủ ệ ố ộ ế ệ ứ ớ ệ

bi u nh WCDMA hay HSPA là m t t t y u đ có th đáp ng để ư ộ ấ ế ể ể ứ ược nhu c u truyầ

c p d li u, âm thanh, hình nh v i t c đ cao, băng thông r ng c a ngậ ữ ệ ả ớ ố ộ ộ ủ ườ ửi s

c a công ngh LTE và kh năng thủ ệ ả ương m i hóa LTE đã đ n r t g n Trạ ế ấ ầ ước đây,

mu n truy c p d li u, b n ph i c n có 1 đố ậ ữ ệ ạ ả ầ ường dây c đ nh đ k t n i Trongố ị ể ế ố

tương lai không xa v i LTE, b n có th truy c p t t c các d ch v m i lúc m i n iớ ạ ể ậ ấ ả ị ụ ọ ọ ơtrong khi v n di chuy n: xem phim ch t lẫ ể ấ ượng cao HDTV, đi n tho i th y hình, ch iệ ạ ấ ơgame, nghe nh c tr c tuy n, t i c s d li u v.v… v i m t t c đ “siêu t c” Đóạ ự ế ả ơ ở ữ ệ ớ ộ ố ộ ốchính là s khác bi t gi a m ng di đ ng th h th 3 (3G) và m ng di đ ng th hự ệ ữ ạ ộ ế ệ ứ ạ ộ ế ệ

th t (4G) Tuy v nứ ư ẫ còn khá m i m nh ng m ng di đ ng băng r ng 4G đang đớ ẻ ư ạ ộ ộ ược

kỳ v ng sẽ t o ra nhi u thay đ i khác bi t so v i nh ng m ng di đ ng hi n nay.ọ ạ ề ổ ệ ớ ữ ạ ộ ệ

Xu t phát t nh ng v n đ trên, em đã l a ch n đ tài t t nghi p c a mìnhấ ừ ữ ấ ề ự ọ ề ố ệ ủlà: “Công ngh LTE cho m ng di đ ng băng r ng” Đ tài sẽ đi vào tìm hi u t ngệ ạ ộ ộ ề ể ổquan v công ngh LTE cũng nh là nh ng kỹ thu t và thành ph n đề ệ ư ữ ậ ầ ược s d ngử ụtrong công ngh này đ có th hi u rõ thêm v nh ng ti m năng h p d n mà côngệ ể ể ể ề ữ ề ấ ẫngh này sẽ mang l i.ệ ạ

L I C M N Ờ Ả Ơ

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian khó quên đối vớichúng em Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho chúng em trang bị kiến thức để vữngvàng bước vào đời

Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa

Công nghệ Điện tử - Thông tin đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em Em xin gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy Lê Minh Hiếu, người đã trực tiếp tận tình hướng

dẫn để em có thể hoàn thành đề tài này

Xin gởi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần chocon bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn đến bạn bè đã luôn luôn ở bên cạnh mình

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

Người thực hiện

Phạm Văn Trung

NHẬN XÉT

M C L C Ụ Ụ

MỞ

ĐẦU I

LỜI CẢM ƠN iv

NHẬN XÉT v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC HÌNH viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G

2.1.Tổng quan về mạng 4G

2.2 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G

2.2.1 Bốn miền mô hình tham chiếu

2.2.1.1 Miền dịch vụ và ứng dụng

2.2.1.2 Miền nền tẳng dịch vụ

2.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói

2.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới

2.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tẳng dịch vụ

2.2.2.1 Sự thuận tiện cho người dùng

2.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến

2.2.2.3 Quản lý hệ thống

2.2.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống

2.2.3.1 Các ví dụ điển hình và giao tiếp cho mạng truy cập vô tuyến mới

2.2.3.2 Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC MẠNG LÕI CỦA MẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

3.1 Công nghệ LTE

3.2 Cấu trúc của LTE

3.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN

3.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols)

PHỤ LỤC 1: BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT PHỤ LỤC 2: TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G

Hình 2.2 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ

Hình 2.3 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: tiện nghi người dùng

Hình 2.4 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao

Hình 2.5 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ quản lý hệ thống

Hình 2.6.Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô tuyến mới

Hình 2.7 Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối

Hình 3.1 Cấu trúc của UMTS và LTE

Hình 3.2. Cấu trúc hệ thống di động 4G-LTE

Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP

Hình 3.4 Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP

Hình 3.5 Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với CDMA 2000 Hình 3.6 Giao thức của UTRAN

Hình 3.7 Giao thức của E-UTRAN

Hình 3.8 Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)

Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương

tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm

1979 Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:

 NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ởcác nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga

 AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiêntiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc

 TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy nhậptoàn phần) được sử dụng ở Anh

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động

Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu là thoại Với

hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba Những điểm yếu của thế hệ1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tincậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G khôngthể đáp ứng được nhu cầu sử dụng

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)

Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải Những

hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ nhất.Một kênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo

mã hoặc chia theo thời gian) Sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực phục vụ thìđược bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của những tế bào đãlàm tăng dung lượng của hệ thống xa hơn nữa

Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu(GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân ChiaTheo Mã IS-95; và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC) GSM đạt được thành công nhất

và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.

sự thiếu dung lượng đối với băng tầng 900 MHz Băng tần 1800MHz có thể được sửdụng ý nghĩa và phổ biến hơn đối với người sử dụng Vì thế nó đã trở nên hoàn toànphổ biến, đặc biệt trong những khu vực đông dân cư Vì thế đồng thời cả 2 băng tần diđộng đều được sử dụng, ở đây điện thoại sử dụng băng tần 1800MHz khi có thànhphần khác sử dụng lên trên mạng 900MHz

Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ 960MHz) Trong đó băng tần cơ bản đƣợc chia làm 2 phần :

Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps GSM mới chỉ cung cấp được các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu truy nhập internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên 2.5G

EDGFGPRS

HSCSDGMS

Trong đó :

 HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Số liệu chuyển mạchkênh tốc độ cao: Một vấn đề quan trọng lớn nhất đối với GSM đơn giản là vềtốc độ dữ liệu chậm GSM cơ sở có thể cải thiện tốc độ người dùng trước chỉ là9.6Kbps Sau đó theo lý thuyết tốc độ người dùng đã là 14.4Kbps, mặc dù nókhông được thông dụng cho lắm HSCSD là cách đơn dàng nhất cho mọi thứđược tải lên Những phương pháp này chính là sự thay thế một khe thời gian,một trạm di động có thể sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữliệu.Những bổ sung trong dòng thương mại, giá trị tối đa thường là 4 khe thờigian Một khe thời gian có thể sử dụng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps Toàn bộtốc độ chính là số khe thời gian nhân với tốc độ dữ liệu của một khe thời gian.Đây chính là mối tương quan không phức tạp để nâng cấp dung lượng của hệthống, vì nó chỉ là những yêu cầu trong việc nâng cấp phần mềm đối với mạngnhưng nó có nhiều trở ngại Vấn đề quan trọng nhất trong việc sử dụng tàinguyên sóng vô tuyến một cách khan hiếm Bởi vì nó là chuyển mạch- mạch,HSCSD phân bố việc sử dụng khe thời gian một cách liên tục ngay cả khikhông có bất cứ thứ gì được truyền đi

 GPRS (General Packet Radio Service) - Dịch vụ vô tuyến gói chung:GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệthống 3G nếu xét về mạng lõi GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạchgói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thứcInternet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu củaGSM Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trìnhđơn giản Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phépghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động.Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiểngói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa cácđầu cuối di động các nút cổng (gateway) Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũngcần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau Mạng lõi GSM đượctạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vàocác nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN (GatewayGPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node) GPRS là mộtgiải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thểchuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi

 EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution):Tốc độ số liệu tăngcường để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trongmột chu kỳ Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn ITU đã địnhnghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-

2000 trong môi trường không lý tưởng 384kbps tương ứng với 48kbps trênmỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian cuộc gọi cao, khảnăng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế

độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khaitrong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM EDGE tái sử dụngbăng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằmtăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằngcách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác Vì vậy, cơ sở

hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tươngthích với GSM và GRPS

 IS-95: Hệ thống mạng tế bào IS-95A đƣợc Qualcomm cho ra mắt vào những

năm 1990 sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến CDMA CDMA chia sẻ cùngmột giải tần chung Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu đƣợc phát

đi trên cùng một giải tần Các kênh thuê bao đƣợc tách biệt bằng cách sử dụng

mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoábằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùngmột giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điệnthoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng IS 95A(2G) phát triển tiếp lên IS95B(2.5G) Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộđáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạnhẹp Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếptheo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên đượcchia sẻ…Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển,không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thịtrường mà người sử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là cácdịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trongmạng hiện tại Nhu cầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩnh vực như:Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âmthanh hình ảnh Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệthống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trongthực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)

Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International MobilTelecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợiđem lại bởi hệ thống 3G là:

+ Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

+Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, )

+ Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ).

+ Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, )

+Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu

giữa các hệ thống Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khảnăng truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông2Mbps, nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rấtkhó, vì vậy chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thôngkết nối này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là144Kbps Các hệ thống 3G điển hình là:

UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là giảipháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyểnlên 3G UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi 3GPP tổchức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS UMTS hoạt động ở băngthông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các

hệ thống UMTS và GSM đã có Những đặc điểm của WCDMA như sau:

+WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu Nó cũng cho phépviệc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thốngtĩnh

+Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, khônggiống như mạng GSM Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triểnkhai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa Tầng giữa là tầng điềukhiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phânchia linh hoạt Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu nào cũng cóthể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.+Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tần sốcấp phát trong 2 băng đường lên (1885 MHz– 2025 MHz) và đường xuống (2110MHz – 2200 MHz)

Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HSxPA

Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các

hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2 CDMA2000 được quản lýbởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS CDMA2000 có tốc

độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps

 TD-SCDMA

Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc bởicác công ty Datang và Siemens Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ cónhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quantrọng nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng được triển khai rộng rãi trêntoàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000 WCDMA được phát triển trên cơ sởtương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới65% thị trường thế giới Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, hiệnchiếm 15% thị trường

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa

đủ các tính năng theo yêu cầu của IMT Advanced LTE có tốc độ lý thuyết lên đến100Mbps ở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz Và sẽhơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng LTE được phát triển đầu tiên ở haithủ đô Stockholm và Olso vào ngày 14/12/2009 Giao diện vô tuyến vật lý đầu tiênđược đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM Packet Access), bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) Thực tế cho thấy, hầu hết các hãngsản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola,Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu

đã bắt tay với các nhà mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, FranceTelecom-Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE ) thực hiện cáccuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là hướngđến đáp ứng được yêu cầu của ITU LTE Advanced có khả năng tương thích với thiết

bị và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên

Di động WiMAX (IEEE 802 16e-2005) là chuẩn truy cập di động không dâybăng rộng (MWBA) cũng được xem là 4G, tốc độ bít đỉnh đường xuống là 128 Mbps

và 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20 MHz

UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được các tổ chức viễn thông của NhậtBản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent,Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA UMB cóthể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dảitần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống và 75 Mbps choluồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗlực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công nghệLTE

Mục tiêu và cách tiếp cận

4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, khôngchỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV diđộng mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch

vụ khác Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và

có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số

Các mục tiêu mà 4G hướng đến :

 Băng thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thể lên đến 40 MHz

 Tốc độ được quy định bởi ITU là 100 Mbps khi di chuyển tốc độ cao và 1 Gbpsđối với thuê bao đứng yên so với trạm

 Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểm nào trên thế giới

 Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đường xuống và 6.75 bit/s/Hzởđường lên (có nghĩa là 1000 Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băngthông 67 MHz)/

 Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và 2.25bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trong nhà

 Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp

 Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng

 Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian thực,tốc độ dữ liệu cao, video HDTV, TV di động

 Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại

 Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói không còn chuyển mạch kênh nữa

- Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc SC-FDE (single carrier frequency domain equalization) ở đường xuống :

để tận dụng thuộc tính chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp

- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở đường xuống : tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa trên điều kiện kênh

- Mã hóa sửa lỗi Turbo : để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu

 Lập biểu kênh độc lập : để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian

 Thích nghi đường truyền : điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi

2.2 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G

2.2.1 Bốn miền mô hình tham chiếu

Mô hình tham chiếu cho các hệ thống di động 4G mô tả theo phương diện trênhình 2.1 Hề thống di động 4G bao gồm bốn miền sau: dịch vụ và ứng dụng, nền tảngdịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói, và mạng truy nhập vô tuyến mới Hệ thống diđộng 4G có 3 đặc trưng sau:

- Cung cấp cho người sử dụng những dịch vụ và ứng dụng ở múc độ độc lập cao

Miền dịch vụ và ứng dụng cung cấp các dịch vụ và các ứng dụng của các hệ thống

di động 4G Các dịch vụ điển hình bao gồm các dịc vụ thông tin về vị trí, các dịch vụngăn ngừa/kiểm soát các hiểm họa, các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, cácdịch vụ thương mại di động, các dịch vụ quản lý bản quyền số, các dịch vụ phân phốinội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải phần mềm, các dịch vụ điều khiển từ xa, cũng nhưnhiều dịch vụ khác Các dịc vụ và ứng dụng này không chỉ bao gồm các vấn đề lầnđầu tiên xuất hiện trên các hệ thống di động 4G, mà còn bao gồm các vấn đề đã đượccung cấp hoàn chỉnh trên mạng 3G hiện hành hay trên hệ thống W-LAN và các phiênbản nâng cấp của chúng.Thêm vào đó, các dịch vụ và ứng dụng này nên được tạo ra

để có thể sử dụng trong cả truy cập sóng vô tuyến mới của các hệ thống di động 4G vàcác hệ thống truy cập hiện hành Hơn nữa , một đặc tính tác nhân được mong đợi tập

trung vào lĩnh vực dịch vụ và ứng dụng để hỗ trợ sự cung cấp trơn tru các dịch vụ vàứng dụng.

2.2.1.2 Miền nền tẳng dịch vụ

Miền nền tảng dịch vụ cung cấp cơ sở dịch vụ để hỗ trợ triển khai các dịch vụ vàứng dụng được đưa ra bởi miền dịch vụ và ứng dụng Cấu trúc cơ bản của cơ sở dịch

vụ này được hỗ trợ ba bộ đặc tính: các đặc tính đa phương tiện, các đặc tính mạng tốc

độ cao/dung lượng lớn , và các đặc tính chất lượng dịch vụ mạng

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4GChú thích:

- Service & Application: Miền dịch vụ và ứng dụng gồm các dịch vụ sau:

 Posional Information services: Dịch vụ thông tin cá nhân

 Disaster Detection/Admin services: Dịch vụ phát hiện/quản trị thiên tai

 High Quality Multimedia services : Dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao

 Mobile Commerce services: Dịch vụ thương mại di động

 Digital Right Management Services: Dịch vụ quản trị tài nguyên số

 Contens Delivery Services : Dịch vụ phân phối nội dung

 Softwware Download Support Services: Dịch vụ hỗ trợ tải phần mềm

 Remote Control Services: Dịch vụ điều khiển từ xa

- Services Platform: Nền tảng dịch vụ gồm các tác nhân sau:

 Social Systems: Hệ thống xã hội

 Security, AAA and Settlement: Bảo mật , thanh toán

 Application QoS: chất lượng dịch vụ ứng dụng

 Database/Remote Server: Cơ sở dữ liệu/máy chủ từ xa

 High speed & Large capacity Network: Mạng dung lượng lớn, tốc độ cao

 Network QoS I/F: chức năng tương tác chất lượng dịch vụ mạng

- Packet Based core Network: Miền mạng lõi chuyển mạch gói

- New Radio Access: Miền truy cập vô tuyến mới

2.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói

Miền mạng lõi chuyển mạch gói đóng vai trò kết nối các hệ thống truy cập khác nhau với miền nền tảng dịch vụ, và không phụ thuộc vào các hệ thống truy cập.Mạng này cho phép sự kết nối giữa các hệ thống di động 4G cũng như các hệ thống truy cập khác (ví dụ như 2G/3G, mạng lan không dây, DSRC, phát thanh số,

và các mạng IP khác, ), để cung cấp sự truy cập liền mạch cho người sử dụng

2.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới

Truy cập vô tuyến mới- một khả năng truy cập vô tuyến mới cho các hệ thống 4G có thể chia được tạm chia thành 3 khả năng: khả năng truy cập di động mới, khả năng truy cập không dây tự do mới, và khả năng mạng di chuyển Khả năng truy cập di động mới cho phép truy cập dải tần rộng thậm chí trong các môi trường

di chuyển tốc độ cao, và đưa ra khả năng sử dụng tương tự như các dịch vụ tế bào hiện nay Truy cập không dây tự do mới thực thi trước hết truy cập băng tần siêu rộng khi di chuyển ở tốc độ thấp, và đưa ra khả năng sử dụng tương tự như các dịch vụ mạng LAN không dây hiện nay.Khả năng mạng dịch chuyển là một khả năng để đưa ra truy cập không dây trong các môi trường có số lượng lớn người di chuyển cùng một lộ trình như một nhóm, như trên xe bus hay trên tàu hỏa Nó được yêu cầu để thực thi các khả năng truy cập vô tuyến để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả

Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối sử dụng trong các hệ thống di độngG có thể

hỗ trợ khả năng sử dụng nhiều sóng vô tuyến và khả năng để hình thành mạng hoc giữa các thiết đầu cuối Hơn nữa, các khả năng vô tuyến mới của truy cập vô

ad-tuyến mới được đòi hỏi thực thi ở giao diện vô ad-tuyến có tính phổ biến cao

2.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tẳng dịch vụ

Mô hình tham chiếu nhìn từ phương diện dịch vụ bao gồm 3 yếu tố là các thiết bị

di động, cơ sở hạ tầng mạng di động 4G, và nền tảng dịch được mô tả trên hình 2.2

Các thiết bị di động thực hiện truyền thông đa lường với cơ sở hạ tầng hệ thống diđộng 4G và hệ thống mạng khác Khi một cơ sở hạ tầng hệ thống không thể hoạt độngtrong phạm vi có thể truy cập, truyền thông đa hợp được thực hiện Các thiết bị đầucuối hỗ trợ giao diện rất phong phú bao gồm đặc tính xem tài liệu điện tử, và các chứcnăng trợ giúp, ví dụ như nhận diện chữ viết, hình ảnh, giọng nói được xây dựngsẵn.Chúng cũng được cung cấp chức năng tăng cường tính bảo mật, chức năng tínhtoán và xác thục, tính năng quản lý bản quyền số và cảm biến sinh trắc học Nhữngthiết bị đầu cuối có đặc tính cấu hình lại cho phép người dùng tải xuống, thực thi vàtùy biến nhiều loại chương trình khác nhau Một đặc điểm khác biệt của mô hình này

là có nhiều yêu cầu về chức năng của thiết bị đầu cuối cũng như thiết bị hiệu năngcao

Cơ sở hạ tầng hệ thống di động 4G triển khai truyền dẫn dung lượng lớn, tốc độcao và truyền dẫn đa phương tiện chất lượng cao Cơ sở hạ tầng có đặc tính thông báoQoS giữa các Nền tảng dịch vụ bao gồm nhiều máy chủ và tác nhân, cung cấp các đặctính định vị dựa trên các hệ thống thông tin vị trí, việc quản lý quyền truy cập củangười sử dụng thông qua xác thực sinh học cũng như việc quản lý và tham chiếuthông tin cá nhân.Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán và các máy phục vụ nội dung chấtlượng cao được kết nối với nhau Do đó quyền truy nhập được điều khiển bỏi máy chủđược chứng thực, video hoặc nhạc mà đáp ứng như cầu người sử dụng và khả năngcủa các thiết bị đầu cuối có thể được phân phối bởi các tác nhân từ máy chủ nội dung.Nền tảng dịch vụ cũng được gắn kết với các hệ thống xã hội.Trong trường hợp cóthảm họa xảy ra, hệ thống mạng có độ tin cậy cao sẽ được cấu hình để truyền thôngquảng bá về nơi diễn ra thảm họa.Ngoài ra, thiết bị đầu cuối có gắn các bộ cảm biếnsinh học sẽ truyền tự động thông tin trong các điều kiện khẩn cấp

Theo khía cạn dịch vụ, mô hình này có thể chia nhỏ hơn thành 3 loại:

- Tính tiện lợi cho người sử dụng

2.2.2.1 Sự thuận tiện cho người dùng

Mô tả trong hình 2.3,sự thuận tiện cho người sử dụng là một nhóm liên quan tớiviệc dễ dàng trong sử dụng, và bao gồm các đặc tính như giao diện người sử dụng, trợgiúp, khả năng xử ly/thời gian sư dụng/giao diện của thiết bị, và khả năng cấu hình lạithiết bị đầu cuối.Với giao diện người sử dụng, yêu cầu phải thực thi sự hiển thị hình

ảnh, giọng nói với chất lượng cao hơn, và đạt được sự nâng cao về giao diện để đơngiản hóa các thủ tục nhập thông tin.Các yêu cầu cho các tác nhân bao gồm sự cungcấp các dịch vụ phù hợp với như cầu và hoàn cảnh của người sử dụng, khả năng đểyêu cầu và nhận thông tin vì lợi ích của những người sử dụng, và sự thực hiện đầy đủcủa các đặc tính tác nhân trong các thiết bị đầu cuối, nền dịch vụ và nhà cung cấp dịchvụ.Liên quan tới khả năng xử lý/thời gian sử dụng/giao diện của thiết bị dầu cuối , khảnăng xử lý của thiết bị có khả năng truy cập thông tin đa phương tiện chất lượng cao,thời gian sử dụng lâu hơn giúp người sử dụng không phải quan tâm tới dung lượngcủa pin, và giao tiếp với nhiều loại thiết bị ngoại vi được đưa ra.Khả năng cấu hình lạicủa thiết bị đầu cuối bao gồm khả năng nâng cấp các phiên bản bằng việc thêm hoặcthay đổi các đặc tính thiết bị thông qua việc tải phần mêm, và cho phép truy cập quacác giao diện vô tuyến khác.

2.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến

Các dịch vụ tiên tiến, hình 2.4 là khía canh có liên quan đến tính hiện đại của dịch

vu, và bao gồm các đặc điểm sau: đa truyền thông chấ lượng cao, đầu vào thông tin, vịtri/định vị, vad cảm biến/điều khiển từ xa Để cho phép người dùng nhận được dịch vụtiên tiến chất lượng cao thông qua các thiết bị di động có khả năng truy cập vào cơ sở

hạ tầng hệ thông di đông 4G, thông tin môi trường xung quanh người sử dụng sẽ đượctruyền đi bởi các thiết bị đầu cuối và dựa trên thông tin này các hệ thống dịch vụ giatăng khác nhau sẽ hoạt động tren nền tảng dịch vụ

Hình 2.2 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ