Nghiên cứu giải pháp chuyển đổi công nghệ sang hệ thông tin di động 4g

2001: Phát triển các tiêu chuẩn FPLMTS/IMT2000 and UMTS [2] Nhìn lại quá trình phát triển của các mạng truyền thông di động, đầu tiên là các hệ thống điện thoại tế bào analog ra đời ở Mỹ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Những đặc thù của hệ thông tin di động

1.2 Tổng quan về hệ thông tin di động quá khứ, hiện tại và tương lai

1.3 Giới thiệu hệ thông tin di động 4G

1.4 Kết luận

CHƯƠNG 2 YÊU CẦU HẠ TẦNG VIỄN THÔNG VÀ XU HƯỚNG

PHÁT TRIỂN CÁC CÔNG NGHỆ

2.1 Yêu cầu hạ tầng viễn thông chung

2.2 Xu hướng phát triển mạng thông tin di động

2.3 Xu hướng sử dụng IP trong thông tin di động

2.4 Yêu cầu đối với đầu cuối 4G

2.5 Kết luận

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG

NGHỆ DI ĐỘNG 4G

3.1 Mô hình cấu trúc mạng 4G

3.1.1 Nhược điểm và ưu điểm của mạng 3G và 3.5G

3.1.2 Mô hình mạng thông tin di động 4G

3.2 Những vấn đề cơ bản trong cấu hình hệ thống 4G

3.2.1 Chuẩn

3.2.2 Cấu hình hệ thống

3.2.3 Thông số hệ thống

3.2.3.1.Downlink 3.2.3.2.Uplink 3.2.4 Công nghệ IP và IP di động

3.3 Chức năng của các phần tử trong mô hình

CHƯƠNG 5 LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 4 CHO

MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM

5.1 Đặc điểm mạng thông tin di động tại Việt Nam

5.2 Tiến trình triển khai lên 4G từ 2.5G của mạng di động tại Việt Nam

CÁC TỪ VIẾT TẮT

3GPP The 3 rd Generation Partnership Project Dự án cộng tác thế hệ thứ 3

ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số

ADSL Asymmetric Digital Subriber Line Đường thuê bao số không đối xứng ALG

AMC Adaptation and Modulation Coding Bộ điều chế và mã hoá thích ứng AMPS Advance Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

API Application Program Interface Giao diện trình ứng dụng

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng

BGP Border Gateway Protocol Đ ịnh tuyến biên

BPF Bandwidth Pass Filter Bộ lọc thông dải

BPSK Binary Pulse Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân

BWA Broadband Wireless Access Truy cập không dây băng rộng

CDM Code Division Multiplexing Phân chia theo mã

CDMA Code Division Multiple Access Truy nhập phân chia theo mã

CEPT Conference European Post and Hội nghị bưu chính viễn thông Châu Âu

Telematics

CIDR Classless InterDomain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi

DCS Digital Cellular System Hệ thống số tổ ong

DFS Dynamic Frequency Selection Lựa chọn tần số động

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc

DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số

DVD

EDGE Enhanced Data for GSM Evolution Tốc độ số liệu gói tăng cường để phát triển

GSM

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi dịch nhận dạng thiết bị

EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

ERMES

ERP Enterprise Resource Planning Hoạch định tài nguyên công ty

ETSI European Telecommunications Standard

Institute

Viện chuẩn viễn thông Châu Âu

FDD Frequency Division Duplex Ghép công phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple Access Truy nhập phân chia theo tần số

GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung

GSM Groupe Spécial Mobile Nhóm nghiên cứu thông thông tin di động

đặc biệt GSM Global System for Mobile

communication

Hệ thông tin di động toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát tự động nhanh

HIPERLAN High Performance Radio Local Area

Network

Mạng nội hạt vô tuyến chất lượng cao

HLR Home Location Register Bộ ghi dịch thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ

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

HSOPA

HSS Home Subscriber Server Serve lưu trữ thông tin về thuê bao

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ

cao IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược, rời rạc

IEEE The Institute of Electrical and Electronic

Engineers

Viện kỹ thuật điện và điện tử

IMT International Mobile

Telecommunications

Viễn thông di động quốc tế

IS Interim Standard Chuẩn tạm thời

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ

ISI InterSymbol Interference Nhiễu giữa các ký hiệu

ISM Industrial, Scientific, Medical band Công nghệ, khoa học, y tế

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế

LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo trái đất tầm thấp

LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp

MAN Metropolitan Area Network Mạng diện rộng

MCM MultiCarrier Modulation Điều chế đa sóng mang

MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển tài nguyên đa phương

tiện MIMO Multi Output Multi Input Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra

MMS Multimedia Message Tin nhắn đa phương tiện

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MRFP Multimedia Resource Function Provide Cung cấp tài nguyên đa phương tiện

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

NAT Network Address Translator Bộ phiên dịch địa chỉ mạng

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Phân chia theo tần số trực giao

OTA Over The Air Activation Môi trường không gian

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PCS Personal Communication Service Dịch vụ truyền thông cá nhân

PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ lý cá nhân dùng kỹ thuật số PDC Personal Digital Cellular Tế bào số hoá cá nhân

PDH Plesiorchronous Digital Hierarchy Mạng phân cấp số cận đồng bộ

PDN Public Data Network Mạng số liệu công cộng

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PNC Public Network Computing Tính toán mạng công cộng

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Pulse Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RAB Radio Access Bearer Vật mang truy nhập vô tuyến

RAC Radio Access Controller Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAP Radio Access Point Điểm truy cập vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng con vô tuyến

RRM Radio Resource Management Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RTP Real time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SCM Single Carrier Modulation Điều chế sóng mang đơn

SDH Synchronous Digital Hierarchy Mạng phân cấp số đồng bộ

SDP

SDR Software Defined Radio Phần mềm hệ thống vô tuyến lý tưởng

SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao

SIP Session Initialization Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SMS Short Message Service Tin nhắn thường

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

STM Synchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải đồng bộ

SVC Switching Virtual Connection Kết nối chuyển mạch ảo

TACS Total Access Communication System Hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TPC Transmission Power Control Giao thức điều khiển truyền dẫn

TTI Transmission Time Interval Thời gian phát truyền dẫn

UAP Universal Access Point Điểm truy cập toàn cầu

UE User Equipment Thiết bị di động của người dùng

UMTS Universal Mobile Telecommunication

System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM Universal Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao toàn cầu VHE Virtual Home Environment Môi trường định vị thường trú ảo

VLR Visitor Location Register Bộ ghi dịch tạm trú

VSF Variable Spread Frequency Trải sóng tuỳ biến

WAP Wireless Access Protocol Giao thức truy cập không dây

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 1.1: Lộ trình hệ thông tin di động

Hình 1.2 Các yêu cầu khi sang hệ thống 4G

Hình 2.1: Xu hướng công nghệ thông tin không dây

Hình 2.2: Mô hình mạng lõi toàn IP

Hình 2.3: Yêu cầu về thiết bị đầu cuối 4G

Hình 2.4 Tính đa dạng về thiết bị đầu cuối 4G

Hình 3.1 : Mô hình cấu trúc mạng 4G

Hình 3.2: Cấu hình hệ thống 4G

Hình 3.3: Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop

Hình 3.4: Truyền dẫn đường downlink trên cơ sở trải VSF-OFCDMA

Hình 3.5: Truyền dẫn uplink trên cơ sở MC-DS-CDMA với FD-MC_DS_CDMA Hình 3.6: Môi trường mạng không đồng nhất trên cơ sở toàn IP

Hình 3.7: Nguyên lý OFDM

Hình 3.8: Cấu trúc mạng lõi 4G

Hình 3.9: Hệ thống phần mềm vô tuyến lý tưởng

Hình 3.10: Đầu cuối đa chế độ gắn liền với WLAN và quét các hệ thống hiện tại Nó

có thể tải xuống phần mềm thích hợp bằng tay hoặc tự động

Hình 3.11: Chuyển giao theo hai phương của thiết bị đầu cuối

Hình 3.12: Một ví dụ về tính di động cá nhân

Hình 4.1: Dịch vụ 4G

Hình 4.2: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng

Hình 4.3: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI

Hình 4.4: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau

Bảng 3.1 Các thông số hệ thống cho đường downlink

Bảng 3.2 Các thông số hệ thống cho đường uplink của hãng NTT DOCOMO

Bảng 3.3 Tóm tắt những thách thức chính và đề xuất các giải pháp

Bảng 4.1: Các tham số QoS trong mạng 4G

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 NHỮNG ĐẶC THÙ CỦA HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG

Nói đến thông tin di động là người ta nói đến việc liên lạc truyền thông bằng sóng điện từ Như chúng ta biết, từ năm 1897, Guliemo Marconi đã thực hiện việc liên lạc từ đất liền đến các con tầu trên biển bằng sóng điện từ, hay xa hơn là những tín hiệu phức tạp khác như vô tuyến truyền hình ra đời vào những năm 1930, vậy tại sao phải chờ đến cuối thập kỷ 80 của thế kỷ XX thông tin di động mới thực sự phát triển và có những bước tiến vượt bậc trong việc kết nối thế giới trong tầm tay, vào mọi lúc, mọi nơi Để hiểu được điều này ta giả thiết: mỗi một cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập hay còn gọi là kênh vô tuyến Mỗi kênh cần tối thiểu một dải thông 3.103 Hz (đây là dải thông ứng với tiếng nói, trên thực tế chúng ta cần dải thông lớn hơn nhiều) Với dải thông từ 03Ghz (3.109 Hz) cho phép số người dùng là một triệu người dùng cùng một lúc Vậy làm thế nào để phục vụ hàng chục triệu thuê bao trong khi tài nguyên tần số vô tuyến là có hạn? Giải pháp đặt ra ở đây là sử dụng lại tần

số Điều đó có nghĩa một cuộc di động này có thể sử dụng lại tần số của một cuộc di động khác với điều kiện hai cuộc di động phải ở cách xa nhau về mặt địa lý đủ lớn để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng của hai người trong cuộc đàm thoại Do vậy, để thích hợp cho việc quản lý, người ta chia vùng phục vụ ra thành các ô nhỏ được gọi là các ô tế bào Hai cuộc liên lạc ở hai ô tế bào đủ xa nhau để có thể sử dụng cùng một tần

số sóng điện từ thông qua việc quản lý tại một trạm trung tâm của tế bào [1]

Hệ quả tất yếu của giải pháp sử dụng lại tần số là:

 Chuyển giao

 Đăng ký vị trí

 Chống nhiễu cùng kênh và kênh lân cận

 Quản lý kênh truyền

Tất cả các vấn đề trên đều phải xử lý trong thời gian thực Bên cạnh đó, các yêu cầu của người dùng về thiết bị như kích thước, trọng lượng, tuổi thọ của pin đã đặt ra các đòi hỏi rất cao về công nghệ điện tử và các kỹ thuật xử lý tín hiệu Chính vì vậy, chúng

ta phải đợi đến khi những tiến bộ của công nghệ điện tử chín muồi vào những năm 80, thông tin di dộng mới thâm nhập vào đời sống xã hội

1.2 TỔNG QUAN HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG QUÁ KHỨ, HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI

Lịch sử phát triển

1873: Phương trình Maxwells

1886: Hertz chứng minh sự tồn tại của sóng vô tuyến

1895: Marconi phát minh điện báo vô tuyến

1900: Fessenden truyền tín hiệu thoại vô tuyến thành công:

Liên lạc vô tuyến giữa các tàu thuỷ và các trung tâm trên bờ

Liên lạc vô tuyến giữa máy bay và mặt đất

1921: Hệ thống vô tuyến phục vụ cảnh sát đầu tiên, Detroit

Các hệ thống điện thoại vô tuyến cá nhân đầu tiên ra đời

1946: Hệ thống điện thoại vô tuyến công cộng đầu tiên, St Louis

Ra đời các điện thoại vô tuyến HF (Sử dụng băng tần: 2-22Mhz )

1979: Ra đời mạng vô tuyến tổ ong AMPS

(AMPS là sự kết hợp của hệ thống AT&T tại Chicago và Motorola tại Washington/Baltimore: chuẩn AMPS tương tự sử dụng dải tần 800Mhz)

1980: Tiêu chuẩn nhắn tin POCSAG

1982: Dịch vụ INMARSAT

1982: Các mạng vô tuyến tổ ong NMT450

(NMT450: điện thoại di động Bắc Âu_phát triển hệ thống 450Mhz có cấu trúc ô nhỏ) 1984: Các mạng vô tuyến tổ ong TACS (Hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ)

1991: Các mạng vô tuyến tổ ong GSM

1992: Hệ thống điện thoại không dây DECT

1995: Mạng CDMA đầu tiên

1995: Mạng nhắn tin ERMES

1996: Mạng TETRA

2001: Phát triển các tiêu chuẩn FPLMTS/IMT2000 and UMTS [2]

Nhìn lại quá trình phát triển của các mạng truyền thông di động, đầu tiên là các

hệ thống điện thoại tế bào analog ra đời ở Mỹ và Châu Âu (1G) dựa trên kỹ thuật tương

tự chỉ có khả năng truyền thoại, rồi đến những công nghệ liên quan đến kỹ thuật số (2G và 3G) đã làm thay đổi căn bản trong lĩnh vực thông tin di động, trong xử lý tín hiệu số và ứng dụng dịch vụ

Trong những năm đầu thập kỷ 80, hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã được phát triển nhanh chóng ở Châu Âu đặc biệt là Scandinavia và Anh, Pháp, Đức Mặc dù mỗi quốc gia này đều phát triển chuẩn cho riêng hệ thống của mình nhưng các chuẩn này đều được tương thích với nhau về mặt thiết bị cũng như quá trình vận hành Tuy nhiên một tình huống không mong đợi đã xảy ra, đó là các thiết bị di động không chỉ bị giới hạn vùng hoạt động trong vùng biên giới giữa các quốc gia mà nói còn ảnh hưởng đến thị trường tiêu thụ thiết bị cũng như tính thiếu kinh tế của thiết bị Các quốc gia Châu Âu đã sớm nhận ra điều này, vào năm 1982, Hội nghị Bưu chính viễn thông

Châu Âu (CEPT) đã thành lập nhóm nghiên cứu có tên gọi Groupe Spécial Mobile (GSM) để nghiên cứu và phát triển hệ thông tin di động cố định mặt đất công cộng giữa các vùng Châu Âu Hệ thống này phải hội tụ được các đặc tính như sau:

 Chất lượng thoại tốt

 Chi phí cho thiết bị và sử dụng dịch vụ phải mang tính kinh tế

 Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế (roaming)

 Có khả năng hỗ trợ các thiết bị cầm tay

 Sử dụng trải phổ hiệu quả

 Tương thích với mạng ISDN

Phát triển từ thế hệ thứ nhất 1G(các hệ thống analog), hệ thông tin di động thế hệ thứ hai(2G) - hệ truyền thông toàn cầu GSM với các tế bào số hoá cá nhân PDC (Personal Digital Cellular), chuẩn tạm thời IS(Interim Standard) sử dụng kỹ thuật số cho luồng định hướng tiếng nói đã là tâm điểm của cuộc cách mạng kỹ thuật số Vào năm 1989, Công nghệ GSM được chuyển giao cho Viện chuẩn viễn thông Châu Âu(ETSI) Các dịch vụ mang tính thương mại mắt đầu được cung cấp vào giữa năm 1991, và vào năm

1993, 36 mạng GSM đã có mặt trên 22 quốc gia Mặc dù được chuẩn hoá tại Châu Âu, nhưng GSM không còn là chuẩn riêng của Châu Âu Hơn 200 mạng GSM (bao gồm cả DCS1800 và PCS1900) đã được ứng dụng tại 100 quốc gia trên toàn thế giới Vào đầu năm 1994, mạng GSM có 1.3 triệu thuê bao trên toàn thế giới và con số này đến năm

1997 là 55 triệu thuê bao Ngày nay GSM đã trở thành thuật ngữ chung cho hệ thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communication)

Từ khi hệ GSM thành công trong việc chuẩn hóa từ Châu Âu sang toàn cầu, nó trở thành hệ thống truyền thông di động toàn cầu Việc nâng cấp hệ thống GSM (2G) qua GPRS và EDGE (EGPRS) cũng như WAP và imode (2.5G) cho phép tốc độ truyền

dữ liệu cũng như tốc độ truyền thoại được cải thiện trước khi có 3G GSM được thiết

kế cho các dịch vụ thoại số hay cho dữ liệu truyền dưới dạng bit tốc độ thấp phù hợp với kênh thoại là 9.6Kbps

Để có thể đáp ứng được các nhu cầu về sử dụng dịch vụ Internet ngày càng cao của người dùng và cũng là một bước đệm cho 3G, các mạng thông tin di động hiện nay

đã phát triển công nghệ, đưa dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 2.5G (General Packet Radio Services) đến với khách hàng Hệ thống này được ra đời và được nâng cấp dựa trên hệ thống GSM có sẵn để truyền thông gói IP với tốc độ truyền khoảng 171Kbps, nhưng trên thực tế tốc độ chỉ đạt khoảng 100Kbps do một phần dung lượng được dùng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến Với công nghệ này, người dùng có thể truy cập Internet từ điện thoại di động có tính năng WAP (Wireless Access Protocol) để gửi tin nhắn hình ảnh và âm thanh; chia sẻ các kênh truyền số liệu tốc độ cao và ứng dụng truyền thông đa phương tiện, thương mại điện tử…Đây là một công nghệ chuyển mạch gói được phát triển trên nền tảng của GSM sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) Với các chức năng được tăng cường, GPRS làm giảm giá thành, tăng khả năng thâm nhập các dịch vụ số liệu cho người dùng Với sự phát triển của các ứng dụng GPRS cho phép các nhà khai thác đa dạng hoá các dịch vụ của mình Các dịch vụ mới sẽ làm tăng dung lượng đường truyền trên các tài nguyên

vô tuyến và các hệ thống cơ sở Để cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng điện thoại, GPRS là một bước quan trọng để hội nhập tới các mạng thông tin thế hệ ba GPRS cho phép các nhà khai thác triển khai dịch vụ trên nền của cấu trúc mạng lõi toàn IP cho các ứng dụng số liệu và các dịch vụ 3G với ứng dụng chủ yếu truyền số liệu và thoại tích hợp

Liên minh viễn thông quốc tế ITU bắt đầu phát triển các tiêu chuẩn cho hệ thông tin di động 3G vào những năm cuối của thập niên 90 Thế hệ thứ ba này được chuẩn hoá vào năm 1999 bao gồm chuẩn ETSI của Châu Âu, UMTS, CDMA2000 từ

Mỹ và WCDMA của Nhật Bản Những hệ thống này mở rộng các dịch vụ đa phương

tiện chất lượng cao nhiều tốc độ và hội tụ các mạng thành phần cố định, tế bào và vệ tinh Hệ thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) được thiết kế để hoạt động tại băng tần cao hơn, hỗ trợ cho cả hai dịch vụ thoại truyền thống và truyền dữ liệu multimedia như audio và video Tốc độ download của hệ 3G là 128Kbps khi sử dụng trong ô tô, 384Kbps khi thiết bị đứng yên hoặc chuyển động với vị trí cố định và khi truyền trong môi trường picocell tốc độ của nó có thể lên tới 2Mbps Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị truyền hình di động, chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ các điện thoại máy ảnh, gửi nhận email, file đính kèm dung lượng lớn, tải tệp tin video và MP3, nhắn tin dạng chữ chất lượng cao Các thiết bị hỗ trợ 3G cho phép chúng ta download và xem phim từ các chương trình TV, kiểm tra tài khoản ngân hàng, thanh toán hoá đơn điện thoại qua mạng, nhận và gửi các bưu thiếp kỹ thuật số Hơn nữa, chúng ta còn được thưởng thức video giàu đồ hoạ, âm thanh vòm lập thể (surrounding sound) chất lượng cao, game ba chiều mới mẻ (3D), giàu tính năng multimedia của thẻ modem vô tuyến, hay PDA hợp thời trang

Trong khi 2G hoạt động trong các băng tần 900 và 1800/1900Mhz, 3G hoạt động trong băng tần 2Ghz và hệ thống mới này có nhiệm vụ chuyển giao những dịch

vụ đa phương tiện với dung lượng lớn hơn Hệ 3G và 2G sẽ tiếp tục tồn tại trong một thời gian với sự tối ưu hoá dự phòng các dịch vụ giữa chúng Nhiều dạng chuyển giao bằng vệ tinh khác nhau được sử dụng để cải thiện phạm vi phủ sóng tại thành thị, ngoại

ô, và vùng nông thôn Năm 2004, điểm mốc đáng nhớ cho công nghệ 3G, công nghệ 3G đã tác động rất lớn đến đời sống hàng ngày của con người, mọi lúc, mọi nơi và hầu như mọi việc được thực hiện trên điện thoại di động Một điều quan trọng là khi công nghệ ngày càng hội tụ và các tiêu chuẩn tương thích với nhau, người tiêu dùng không còn quan tâm đến mạng sử dụng là GSM hay CDMA nữa mà họ chỉ quan tâm đến việc máy di động của họ có thể hoạt động ở bất cứ nơi đâu họ đến Nếu chúng ta nhìn xa hơn nữa, ứng dụng giải trí sẽ là yếu tố kích thích lớn trong tăng trưởng 3G Các thống

kê do nhà khai thác DoCoMo (Nhật Bản) đưa ra cho thấy 88% tỉ lệ gói đến từ truy cập

Internet di động và trong số này 77% truy cập là liên quan đến giải trí Tại Hàn Quốc, các ứng dụng được yêu cầu phần lớn là các dịch vụ về video, audio, TV trực tiếp,… Ngoài ra, các dịch vụ khác như download nhạc chuông, mua sắm cũng rất phổ biến Những dịch vụ này mang lại cho các nhà khai thác doanh thu rất lớn Tóm lại với sự phát triển ngày càng rộng khắp của công nghệ 3G, CDMA, các cơ hội là vô tận Chúng

ta không còn sống trong một thế giới nơi mà tiêu chuẩn và công nghệ hạn chế chúng ta Nhu cầu ngày càng tăng về thiết bị mới, công nghệ cao, tính năng ưu việt đánh dấu sự

ra đời của một thời đại di động vô tuyến

Hình 1.1: Lộ trình hệ thông tin di động

1.3 GIỚI THIỆU HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Bluetooth

802.11b PAN

CDMA/GSM/TDMA

CDMA2000 EV-DO/DV WCDMA/HSDPA

1G analog

2G digital

3G IMT2000

3G+

4G

High speed WLAN WPAN

RFID ZigBee MAIIet

<100Mbps

<50Mbps 384Kbps

Hệ 4G là một khái niệm được xây dựng trên cơ sở mạng của các mạng, hệ thống của các hệ thống tích hợp trên nền IP Hệ 4G là sự hội tụ của cả mạng có dây và không dây cũng như sự tích hợp giữa máy tính, thiết bị điện tử và các công nghệ viễn thông

Sự tích hợp này đã cho phép tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 100Mbps và thậm chí lên tới 1Gbps tuỳ thuộc môi trường truyền dẫn là indoor hay outdoor với chất lượng QoS end-to-end và độ bảo mật cao Hệ 4G có khả năng cung cấp dịch vụ ở mọi nơi mọi lúc với chi phí hợp lý và sự tiện lợi trong quá trình tính cước.[3]

Hệ thông tin di động thế hệ 3G được chuẩn hoá theo IMT-2000, bắt đầu đưa vào ứng dụng tại Nhật Bản từ tháng 10/2001 Nó đã cho chúng ta thấy sự đa dạng về các dịch vụ truyền thông đa phương tiện Điều này cũng cho thấy rằng thông tin di động đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và nó sẽ còn mở rộng phạm vi như một bước tiến để cải thiện cuộc sống Theo các nhà phân tích, mạng 4G sẽ được triển khai vào khoảng năm 2010, mạng này có thể hỗ trợ chuyển vùng toàn cầu (roaming) thông qua nhiều mạng di động và mạng không dây Với đặc tính này, người dùng có thể truy nhập vào nhiều dịch vụ khác nhau, phạm vi vùng phủ sóng rộng hơn, một thiết bị ứng dụng cho nhiều tiện ích, chi phí thấp, độ tin cậy truy cập không dây cao ngay cả khi có sự cố của một hay nhiều mạng Các mạng 4G có khả năng cùng hoạt động trên nền IP cho truy nhập Internet di động thông suốt và tốc độ truyền lên tới 50Mbps

So với mạng di động thế hệ ba, 4G có nhiều ưu thế hơn hẳn: dung lượng được

mở rộng, các mạng 4G hoàn toàn là chuyển mạch gói, các phần tử mạng số hoá, tốc độ truyền tải dữ liệu cao hơn, cung cấp các dịch vụ truyền thông đa phương tiện với chi phí thấp

Các yêu cầu được đặt ra cho hệ thống:

 Truyền thông dải rộng

Cho đến tận bây giờ phần lớn lưu lượng truyền tải trên hệ thống thông tin di động là các tín hiệu thoại Hệ thông tin di động thế hệ hai (2G), hệ thống tế bào số cá nhân (PDC), giới thiệu các dịch vụ thương mại điện tử, thư tín điện tử email Hệ thống IMT-

2000 cung cấp các giải pháp về truyền dẫn dữ liệu tại tốc độ cao từ 64Kbps đến 384Kbps Hơn thế nữa, việc tăng tính khả dụng của các dịch vụ băng rộng như ADSL,

hệ thống truy cập cáp quang qua các mạng LAN văn phòng và mạng LAN gia đình có thể sẽ dẫn đến các yêu cầu về tính tương thích dịch vụ trong các môi trường truyền thông di động

 Chi phí giá thành thấp

Khi các dịch vụ băng rộng được đưa vào ứng dụng, người dùng có thể trao đổi được rất nhiều loại hình thông tin, lúc này là các nhà cung cấp dịch vụ cần phải giảm giá một cách đáng kể để mức giá thấp hơn hay ít nhất cũng phải bằng mức tính cước của dịch

vụ hiện thời Hệ thống chuẩn IMT-2000 đặt ra mục tiêu giảm giá cước và tăng tốc độ truyền một cách hiệu quả Bên cạnh đó, hệ thông tin di động 4G đã đưa ra một giải pháp kênh truyền thông dải rộng với mức chi phí thấp

vụ Hơn thế nữa, các thiết bị đầu cuối được cung cấp cần phải có màn hình hiển thị lớn

ví dụ như PDA và các máy tính cá nhân hỗ trợ không dây, đặc biệt là các thiết bị tương thích với các dịch vụ tiên tiến Thường thì các thiết bị này được sử dụng trong gia đình, chúng ta cần cung cấp các vùng dịch vụ đủ lớn và tính năng đầy đủ hơn

 Dịch vụ đa dạng

Với mục tiêu phục vụ nhiều đối tượng người dùng Trong tương lai, chúng ta dự định

sẽ tăng cường, cải thiện chất lượng dịch vụ cũng như tính năng của hệ thống nhằm cung cấp dịch vụ đa dạng, tiện ích và chân thực nhất chứ không đơn thuần là chỉ cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống và đương nhiên các loại hình dịch vụ này là hoàn toàn dễ dàng sử dụng

Như chúng ta đã biết phổ của sóng vô tuyến là tài nguyên chủ yếu cho các công nghệ không dây do vậy hệ 4G được định hướng nghiên cứu nhằm vào những hệ thống trải phổ hiệu quả Những công nghệ đầy tiềm năng đã được nghiên cứu và hứa hẹn một sự cải tiến về hiệu quả sử dụng phổ thông qua các giải pháp đang tồn tại

 Các công nghệ anten được cải tiến: giải quyết các vấn đề về dung lượng

 Các kỹ thuật MIMO (Multi Input Multi Output)

 Các khả năng tích hợp hệ thống và khả năng cấu hình lại hệ thống

 Công nghệ truy cập không dây: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MC-CDMA (Multi Carrier Code Division Multiple Access)

 Hội tụ mạng tế bào và quảng bá

Bắt đầu dịch vụ mới dựa trên

những khả năng mới

Các dịch vụ cao cấp nhờ nâng cao

phẩm chất và tính năng mạng

Hạ tầng dịch vụ mới

- Triển khai nhanh các dịch vụ mới

- Dễ dàng triển khai các dịch vụ mới Kết nối và chuyển giao linh hoạt giữa nhiều

- Triển khai nhanh các dịch vụ mới

- Dễ dàng triển khai các dịch vụ mới Kết nối và chuyển giao linh hoạt giữa nhiều hệ thống truy nhập

Hình 1.2 Các yêu cầu khi sang hệ thống 4G

Các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang nghiên cứu phát triển công nghệ mạng không dây 4G để thiết lập một chuẩn 4G toàn cầu theo định hướng của ITU Hãng NTT Docomo đã trình diễn khả năng truyền dữ liệu của điện thoại di động với tốc độ

kỷ lục Trong thí nghiệm ôtô chạy với tốc độ 20km/h, các mẫu điện thoại sử dụng để xem 32 luồng video với độ nét cao Đại diện NTT Docomo cho biết, điện thoại có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100Mbps khi đang chuyển động và lên tới 1Gbps khi ở trạng thái tĩnh Với tốc độ này, một DVD có thể được tải về chỉ trong một phút Công nghệ mạng di động tốc độ cao của NTT Docomo vẫn còn đang được thử nghiệm, các cuộc thí nghiệm điện thoại thế hệ 4G sử dụng phương thức trải sóng tuỳ biến VSF-Spread OFDM đã cho thấy tăng tốc độ tải về bằng cách sử dụng sóng đa tần để gửi cùng một luồng dữ liệu Một cách thức thực hiện khác đối với mạng di động là các kết hợp nhiều đầu vào và nhiều đầu ra sử dụng kỹ thuật MIMO Kỹ thuật này được sử dụng để gửi dữ liệu qua một số tuyến trên mạng, nhằm tăng dung lượng dữ liệu được truyền tải trên mạng Với kỹ thuật MIMO điện thoại di động có thể nhận dữ liệu từ nhiều trạm trong tầm liên lạc

1.4 KẾT LUẬN

Với những ưu thế vượt trội hơn hẳn so với các thế hệ di động trước, mạng di động thế hệ thứ tư có thể giải quyết vấn đề như lưu lượng người dùng, các giao diện không gian, các thiết bị đầu cuối, các môi trường truyền sóng vô tuyến, các kiểu mô hình chất lượng dịch vụ Mục tiêu của 4G ở đây là vừa giải quyết được các yêu cầu của người dùng, của các nhà khai thác dịch vụ cũng như các yêu cầu về kỹ thuật để có thể tích hợp được với các hệ thống có sẵn Hệ thông tin di động 4G sẽ cung cấp tốc độ truyền dẫn cao hơn và dung lượng lớn hơn so với hệ thống IMT-2000

CHƯƠNG 2 YÊU CẦU HẠ TẦNG VIỄN THÔNG VÀ XU

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ 2.1 YÊU CẦU HẠ TẦNG VIỄN THÔNG

Như chúng ta đã biết, mạng hiện thời chủ yếu là phục vụ thoại, với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu, các nhu cầu về dịch vụ phi thoại như Internet, truyền số liệu, thương mại điện tử ngày càng gia tăng Thông tin di động thế hệ thứ hai GSM mặc dù đã sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ sở chuyển mạch kênh nên không đáp ứng được các yêu cầu này Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 Hệ thông tin di động thế hệ ba cung cấp các dịch vụ viễn thông bao gồm: truyền thông thoại, truyền số liệu tốc độ bit thấp, truyền thông đa phương tiện, video cho người dùng làm việc ở vùng công sở, vùng dân cư, trong các phương tiện vận tải…

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin di động thì việc chuyển sang hệ thông tin di động thứ tư trong vài thập kỷ tới là điều hoàn toàn có thể Hệ thống thông tin di động tập trung vào việc tích hợp các hệ thống hiện tại như GSM, WLAN, Bluetooth Khác hẳn với 3G chỉ tập trung vào phát triển các chuẩn mới

và phần cứng, 4G sẽ tập trung vào các dịch vụ thông minh mang tính chất cá nhân, cung cấp các hệ thống hoạt động ổn định và dịch vụ chất lượng cao Mục tiêu chính ở đây là truyền tải toàn bộ lưu lượng một cách hiệu quả trên kỹ thuật chuyển mạch gói (kể cả các dịch vụ đang thực hiện trên nền chuyển mạch kênh như thoại) Xu hướng chính là phát triển các công nghệ băng rộng, tích hợp các công nghệ khác nhau: cố định/di động, Internet, multimedia, chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Mạng lõi

sử dụng chuyển mạch gói: ATM, IP hoặc kết hợp IP và ATM

2.2 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Thông tin di động đang trong giai đoạn phát triển như vũ bão nhằm đáp ứng như cầu không ngừng tăng của khách hàng về số lượng, chất lượng và cả loại hình dịch vụ Về

cơ bản, chúng ta có thể chia thành các hướng phát triển như sau:

 Từ những năm 1989, trên thế giới đã có những nghiên cứu với quy mô lớn lớn nhằm phát triển hệ thống vô tuyến cá nhân: sự kết hợp thông minh của mạng PSTN,

xử lý tín hiệu số hiện đại và công nghệ RF Khái niệm PCS (Personal Communication Service) khởi xướng ở Anh khi ba công ty lớn được cung cấp dải tần 1800Mhz PCS là hệ thống vô tuyến tổng hợp các đặc điểm mạng và các đặc điểm cá nhân trong hệ tế bào (ví dụ cụ thể là mạng Cityphone hiện nay) Các thử nghiệm lớn được tiến hành nhằm lựa chọn kỹ thuật chung cho điều chế, đa truy cập

và kỹ thuật mạng PDN (Public Data Network) là khái niệm mạng mà người dùng

có thể thu tín hiệu và thực hiện cuộc gọi ở bất kỳ đâu với thiết bị cá nhân gọn nhẹ

 Xu hướng phát triển mạng vô tuyến indoor: cho phép người dùng kết nối máy tính văn phòng trong các toà nhà lớn

 Xu hướng chuẩn hoá IMT-2000, được quyết định bởi ITU, xây dựng chuẩn và quy hoạch trên toàn thế giới IMT-2000 hứa hẹn hệ thống di động tương thích toàn cầu

đa năng, thế hệ thứ ba tích hợp các dịch vụ nhắn tin, kéo dài và tế bào cũng như vệ tinh vào một hệ di động đa năng Tổng cộng có 230Mhz phổ trong dải từ 1885Mhz

và 2110 đến 2220Mhz Các dịch vụ trong thời kỳ quá độ gồm GPRS và UMTS

 Xu hướng phát triển hệ viễn thông vệ tinh LEO: cùng với sự phát triển của công nghệ vũ trụ, hệ thông tin vệ tinh phối hợp với hệ thông tin di động mặt đất tạo nên kết nối toàn cầu thích hợp với mọi loại địa hình cũng như mọi loại hình thông tin

Trên mạng cố định đang diễn ra một quá trình hội tụ về công nghệ và dịch vụ giữa mạng viễn thông và Internet dựa trên kỹ thuật chuyển mạch gói IP Internet đang phát triển từng ngày từ các modem tốc độ thấp, đến nay đã phát triển nhiều phương thức truy nhập tốc độ cao và linh hoạt hơn trong đó Wireless LAN thực sự là một thách thức với mạng di động tuy khả năng còn di động còn hạn chế

Đứng trước sự phát triển của Internet cùng với các dịch vụ phong phú mới của mạng cố định, các nhà cung cấp dịch vụ không thể bằng lòng với những gì đang có trên mạng di động 2G như tín hiệu thoại thông thường và SMS Nhiều tổ chức viễn thông lớn và các

tổ chức chuẩn hóa quốc tế cố gắng đưa ra một kiến trúc mạng di động mới nhằm thích ứng với sự phát triển của công nghệ IP cũng như có thể đáp ứng nhu cầu của khách hàng về dịch vụ mới một cách tốt nhất 3GPP là một tổ chức mở về chuẩn hoá mạng di động trong thế hệ mới với việc nghiên cứu và đưa ra khuyến nghị cho mạng di động trên con đường tiến tới hội tụ công nghệ 3GPP đã tiến hành các nghiên cứu cho các mạng di động khác nhau nhưng đều hướng tới một đích chung, đó là mạng di động thế

hệ thứ ba Một loạt các kiến nghị đề xuất cũng được ITU chấp nhận trong bộ tiêu chuẩn

về 3G (IMT-2000) Mạng 4G ra đời có thể được hiểu như sự hội tụ giữa 3G và Wireless LAN Mạng này cung cấp một băng thông rất cao và khả năng di động toàn cầu dựa trên cơ sở IP

Hình dưới đây cho ta thấy các đặc trưng cơ bản trong tiến trình phát triển của kỹ thuật liên quan đến di động và xu thế hội tụ trong tương lai của các mạng di động

Xu hướng tiến đến 4G không phải là sự thay đổi hoàn toàn về công nghệ mà là sự nâng cấp từng bước từ các mạng đang tồn tại nhằm đảm bảo sự tương thích cũng như tránh

sự lãng phí trong đầu tư của các nhà khai thác

Hình 2.1: Xu hướng công nghệ thông tin không dây

2.3 XU HƯỚNG SỬ DỤNG IP TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Ba bước cơ bản để có thể đưa IP vào mạng di động:

1 Triển khai IP trên mạng lõi di động:

IEEE 802.11 2.4Ghz, 2Mbps, 10Mbps

825-890Mhz

voice only

824-894Mhz_8kbps PCS: 1.8Ghz_13kbps GSM: 890-960Mhz Voice/data

CDMA -WCDMA2000 1.8-2.2Ghz

384kbps-2Mbps Voice/data

TDMA 5Ghz-23Mbps 5Ghz-25Mbps 17Ghz-155Mbps

– Quản lí di động, đánh số

2 Triển khai IP trên mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến:

– Kết nối thời gian thực: 85-90% lưu lượng là thoại có nén

– Các bộ dẫn đường: xử lý đồng bộ cả PDH và SDH

– Tách biệt công đoạn quản lý QoS và tránh truyền các gói dữ liệu có độ dài

– Chia thành các phần tập trung thuê bao và phần trung kế

– Cần quá trình chuyển đổi từ STM sang các mạng IP

– Cơ chế quản lý tài nguyên thích hợp cho mở rộng phát triển

– Cơ chế tái định tuyến nhanh để khai thác đồng thời với GSM

– Giao thức phần mềm thích hợp cho IPv6

– Yêu cầu chức năng địa chỉ và di động

3 Giải pháp toàn IP cho tất cả các kết nối tới đầu cuối di động

– Bộ dẫn đường: hỗ trợ toàn bộ phần tử

– Để quản lí thiết bị di động: cần hai địa chỉ IP thường trú và tạm trú sử dụng không gian địa chỉ IPv6

– Các vấn đề kĩ thuật gắn với triển khai IP:

 Quản lí chất lượng dịch vụ: đảm bảo QoS cho các loại dịch vụ khác nhau

 An toàn bảo mật: cần thống nhất, trong suốt đ IPv6 (hiện tại đang dùng IP-VPN)

 Mở rộng dung lượng mạng

 Mở rộng không gian địa chỉ

 Điều chỉnh để có thể hoạt động đối với kết nối vô tuyến chất lượng thấp hơn so với kết nối hữu tuyến truyền thống

 Di động đầu cuối

– IP di động (Mobile Internet Protocol):

MIP hỗ trợ khả năng di động ở lớp IP (lớp mạng) cho các thiết bị đầu cuối với hai đặc trưng cơ bản:

 Sự di động hoàn toàn trong suốt đối với các ứng dụng bên trên lớp IP, các ứng dụng được thực hiện giống như khi các thiết bị đầu cuối không di chuyển

 Là một giao thức dựa trên IP nên MIP có thể được triển khai trên bất kỳ mạng nào, bao gồm cả các mạng hữu tuyến như PSTN, ISDN, Ethernet, xDSL…và các mạng vô tuyến như WLAN, GPRS, UMTS…

Thuê bao di động có địa chỉ IP tĩnh duy nhất Kết nối được duy trì khi thuê bao di chuyển từ vùng phục vụ của PDSN này sang PDSN khác Hiện nay, 3GPP và 3GPP2 đang cố gắng thống nhất mô hình mạng lõi toàn IP

Hình 2.2: Mô hình mạng lõi toàn IP

Mạng lõi được IP hoá: tách biệt giữa truyền tải, điều khiển và dịch vụ

Ưu điểm khi tiến tới mạng lõi toàn IP thống nhất:

– Cho phép tích hợp với các mạng truy nhập theo công nghệ khác nhau

– Tiết kiệm chi phí xây dựng hệ thống

– Xây dựng và phát triển dịch vụ dễ dàng

– Roaming toàn cầu

2.4 YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI 4G

Hình 2.3: Yêu cầu về thiết bị đầu cuối 4G

Các thiết bị đầu cuối của 4G có các yêu cầu cơ bản sau:

Hình 2.4 Tính đa dạng về thiết bị đầu cuối 4G

Yêu cầu bắt buộc đối với đầu cuối 4G để vận hành mạng:

 Có giao diện để tích hợp card SIM đa dụng (Universal SIM)

 Có khả năng đăng kí và huỷ bỏ thiết bị ra khỏi mạng của nhà khai thác

 Có khả năng cập nhật thông tin vị trí

 Hỗ trợ các dịch vụ hướng kết nối và không kết nối

 Có trường nhận dạng cố định

 Có khả năng hỗ trợ các dịch vụ khẩn cấp không cần sử dụng USIM

 Hỗ trợ kích hoạt các thuật toán nhận dạng và bảo mật khi có yêu cầu

 Các chức năng mới, nâng cao:

 Sử dụng được giao diện chương trình ứng dụng API

 Có khả năng tải thông tin, giao thức, các chức năng mới hay API vào thiết bị

 Có khả năng bảo dưỡng môi trường định vị thường trú ảo (VHE) sử dụng cùng giao diện người sử dụng hoặc giao diện khác khi đang roaming

 Có khả năng lắp đặt thêm các card IC khác

 Phân loại đầu cuối:

 Theo dạng chuyển mạch kết nối: chế độ CS (Circuit Switching), PS (Packet Switching) và PS/CS

 Theo kết nối vô tuyến và kết nối mạng: một chế độ vô tuyến, nhiều chế độ vô tuyến, đơn mạng, đa mạng

Đầu cuối cơ bản có khả năng sử dụng cho cả 2G và 3G nhưng phải thực hiện thao tác chuyển chế độ cho phù hợp Đầu cuối hai chế độ: có khả năng tự động nhận biết và sử dụng cho cả hệ thống 2G và 3G Đầu cuối đa phương tiện ngoài khả năng tự lựa chọn chế độ còn có thêm khả năng lựa chọn thông số tối ưu cho kết nối đang thực hiện Đầu cuối chuyên biệt: được sử dụng kết hợp với các ứng dụng di động khác và chủ yếu dùng cho các kết nối chuyển mạch gói

2.5 KẾT LUẬN

Việt Nam đang trong quá trình chuyển giao công nghệ tiến tới thế hệ mạng di động 3G và 4G, tiến hành các nghiên cứu lý thuyết ban hành các tiêu chuẩn về giao diện mạng Hiện giờ các nhà cung cấp và các nhà khai thác đang đề xuất phương án triển khai thử nghiệm 3G tại các phạm vi hẹp như mạng Vinaphone, Mobiphone Các nhà khai thác mạng di động hiện tại và các nhà cung cấp mới như Viettel, SPT, ETC,…thực hiện việc nâng cấp mạng dựa trên lộ trình từ 2G, 2.5G đến 3G nhưng trên thực tế vẫn chưa có sự đầu tư trực tiếp nào vào 3G, 4G…Sau thời gian này, chúng ta sẽ

có mức độ chủ động cao về các thế hệ mạng di động tương lai

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG 4G 3.1 MÔ HÌNH MẠNG 4G

3.1.1 Nhược điểm và ưu điểm của mạng 3G và 3.5G

 Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA

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

hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: hội nghị truyền hình, truy cập Internet tốc độ cao, download các file dữ liệu kích thước nhỏ…

Tuy nhiên, mạng di động này vẫn còn một số nhược điểm như: luồng dữ liệu tốc độ cao được truyền dẫn với tốc độ lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu có kích thước lớn

Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chưa đáp ứng được các yêu cầu như: khả năng tích hợp 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 nguyên băng tần hạn chế

 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 cải tiến

về cả dung lượng 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 Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu tối đa trong WCDMA chỉ đạt tới 2Mbps Để tăng khả năng hỗ trợ cho các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, đặc biệt là nâng cao tốc độ truyền dữ liệu,

mà trước hết là tốc độ download, 3GPP đã phát triển và chuẩn hoá trong phiên bản Release5 một công nghệ mới, đó là công nghệ truy nhập gói download tốc độ cao (HSDPA) với những tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho

hệ thống truy nhập vô tuyến 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 chặt chẽ với nhau để cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10Mbps đối với lưu lượng gói đường xuống downlink Những cải thiện 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 với chi phí thấp nhất Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP

Các khía cạnh kỹ thuật trong nội dung của HSDPA bao gồm:

 Phát kênh chia sẻ

 Điều chế và mã hoá thích ứng

 Kỹ thuật phát đa mã

 Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ

Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng cách sử dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại được tích hợp trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng mang Lợi ích của HSDPA cho đường xuống khi hầu hết lưu thông dữ liệu 3G được trông đợi đầu tiên là đường xuống Release6 sẽ nói về cải tiến, nâng cấp đường lên HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) HSUPA sử dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA, nhưng thay vì áp dụng cho đường xuống thì nó lại áp dụng cho đường lên Điều này sẽ làm tăng tốc độ đường truyền xuống

 Nhận xét:

Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3.5 HSDPA và HSUPA ra đời

đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng như: tốc độ truyền dữ liệu lên tới 2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đường xuống với công nghệ 3.5G, có thể truy nhập nhiều dịch vụ như: truyền hình hội nghị, truy cập Internet tốc độ cao,

Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền dữ liệu còn thấp dẫn đến chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tính di động kém Khi người dùng đi vào vùng phủ sóng của các mạng khác như 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 các hạn chế như không đủ địa chỉ để khai theo yêu cầu của mạng,…Khả năng triển khai các dịch vụ mới trên các mạng này

là rất khó do hạn chế về tốc độ truyền thông và băng tần Trong tương lai, người dùng mong muốn được sử dụng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, có chất lượng tốt, có thể thâm nhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng

3.1.2 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, truyền dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối Với yêu cầu một kiến trúc phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thành phần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năng chung này sẽ đại diện cho chức năng trong một lớp Với yêu cầu này, cấu trúc trên cơ sở của bốn lớp chức năng được phân chia tương ứng với bốn phạm vi chức năng của các thành phần trong hệ thống mạng

Tính tích hợp hệ thống 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 mô hình này, các mạng truy nhập vô tuyến được tích hợp vào một môi trường chung, có nghĩa

là thuê bao di động đầu cuối ở bất cứ môi trường truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo

hoạt động trong mạng

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

Hình 3.1 : Mô hình cấu trúc mạng 4G Chức năng 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 lưới

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

 Truyền tải lưu lượng từ nơi gửi đến nơi nhận an toàn

 Định tuyến lưu lượng

 Chuyển đổi dạng dữ liệu toàn IP

Chức năng điều khiển:

Cung cấp dịch vụ sử dụng cho người dùng

3.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG CẤU HÌNH HỆ THỐNG 4G 3.2.1 Chuẩn [4]