Đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở: Nghiên cứu kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống Mimo-Ofdm

Chia sẻ: Anhnangchieuta | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài là nghiên cứu lý thuyết và áp dụng xây dựng chương trình mô phỏng các kỹ thuật tiền mã hóa trong mô hình truyền dẫn MIMO đa người dùng, đưa ra nhận xét và đánh giá.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở: Nghiên cứu kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống Mimo-Ofdm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM Mã số: T2017-07-03 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phan Thị Quỳnh Hương Đà Nẵng, Tháng 12 / 2017
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM Mã số: T2017-07-03 Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài Đà Nẵng, Tháng 12 / 2017
i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... ii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .......................................................... v MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ........................................ 1 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI..................................................... 1 3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .......................................................................... 1 4. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................ 2 5. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 2 6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .............. 3 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ............................................................................ 3 1.2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG [5], [10].............................................................................................................. 3 1.2.1. Công nghệ di động thế hệ thứ 1 (1G) ............................................. 3 1.2.2. Công nghệ di động thế hệ thứ 2 (2G) ............................................. 4 1.2.3. Công nghệ di động thế hệ thứ 3 (3G) ............................................. 5 1.2.4. Công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G) ............................................. 6 1.3. KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN [1], [10].................................................... 7 1.3.1. Giới thiệu về truyền sóng vô tuyến ................................................. 7 1.3.2. Mô hình truyền dẫn quy mô lớn...................................................... 8 1.3.3. Mô hình truyền dẫn quy mô nhỏ ................................................... 10 1.3.4. Một số loại nhiễu........................................................................... 21 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG............................................................................ 22 CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG MIMO- OFDM ..................................................... 23 2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG .......................................................................... 23
ii 2.2. DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYÊN VÔ TUYẾN [2], [4], [7], [8], [11], [12] .................................................................................................................. 23 2.2.1. Hệ thống SISO .............................................................................. 23 2.2.2. Hệ thống SIMO ............................................................................. 24 2.2.3. Hệ thống MISO ............................................................................. 24 2.2.4. Hệ thống MIMO............................................................................ 25 2.2.5. Hệ thống đa người dùng ................................................................ 26 2.3. MÔ HÌNH MIMO TỔNG QUÁT [3], [9], [10]....................................... 28 2.4. Hệ thống OFDM-MIMO .......................................................................... 29 2.4.1. Truyền dữ liệu sử dụng đa sóng mang .......................................... 29 2.4.2. Thực hiện rời rạc đa sóng mang .................................................... 32 2.4.3. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) .................... 37 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG............................................................................ 39 CHƯƠNG 3. CÁC KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM .................................................................................................... 40 3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG........................................................................ 40 3.2. TỔNG QUAN KỸ THUẬT SDMA ...................................................... 40 3.3. TỔNG QUAN KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA ....................................... 41 3.3.1 Giới thiệu chung ............................................................................. 41 3.3.2 Phân loại các kỹ thuật tiền mã hóa................................................. 43 3.3.3 Kỹ thuật tiền mã hóa cho hệ thống MIMO-OFDM ....................... 44 3.4. KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA ZERO FORCING.................................. 45 3.5. KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA BLOCK DIAGONALIZATION .......... 47 3.6. KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA DIRTY PAPER CODING .................... 50 3.7. KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TOMLINSON-HARASHIMA ............. 53 3.8. LỰA CHỌN THUÊ BAO ..................................................................... 56 3.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG ......................................................................... 57 CHƯƠNG 4. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ .................... 58 4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG .......................................................................... 58
iii 4.2. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ........................................................................ 59 4.3. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .................................................................... 60 4.3.1. Khảo sát BER của các kỹ thuật tiền má hóa tuyến tính ................ 60 4.3.2. Khảo sát BER của các kỹ thuật tiền mã hóa ................................. 61 4.3.3. Khảo sát BER của các kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến ................. 62 4.3.4. Khảo sát BER của các kỹ thuật khi thay đổi số thuê bao ............. 63 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG............................................................................ 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ......................................... 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 67
i DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: FDMA ............................................................................................... 4 Hình 1.2:TDMA ................................................................................................ 5 Hình 1.3: CDMA ............................................................................................... 6 Hình 1.4: SDMA ............................................................................................... 6 Hình 1.5: Ba cơ chế truyền sóng cơ bản: Phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ. ................ 9 Hình 1.6: Mô tả hiệu ứng Doppler .................................................................. 12 Hình 1.7: Phân loại pha đinh quy mô nhỏ....................................................... 17 Hình 1.8: Đặc tính kênh truyền pha đinh phẳng ............................................. 18 Hình 1.9: Đặc tính kênh truyền chọn tần ........................................................ 19 Hình 2.1: Hệ thống SISO ................................................................................ 23 Hình 2.2: Hệ thống SIMO ............................................................................... 24 Hình 2.3: Hệ thống MIMO nxm ..................................................................... 25 Hình 2.4: Máy phát đa sóng mang. ................................................................. 31 Hình 2.5: Máy thu đa sóng mang. ................................................................... 32 Hình 2.6: Tiền tố lặp có độ dài .................................................................... 35 Hình 2.7: ISI giữa các khối dữ liệu trong tín hiệu ngõ ra. .............................. 36 Hình 2.8: Hệ thống phát – thu OFDM ............................................................ 39 Hình 3.1: Trạm gốc với anten định hướng ...................................................... 41 Hình 3.2: Anten thu phát theo kỹ thuật SDMA .............................................. 41 Hình 3.3: Mô hình hệ thống sử dụng SDMA đơn giản................................... 42 Hình 3.4: Mô hình hệ thống SDMA-OFDM .................................................. 44 Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống ZF ........................................................................... 46 Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán chương trình chính ............................................ 59 Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán tính BER của hệ thống ...................................... 60 Hình 4.3: BER của các kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính ................................. 61 Hình 4.4: BER của các kỹ thuật tuyến tính và phi tuyến ................................ 62 Hình 4.5: BER của kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến. ....................................... 63 Hình 4.6: BER của kỹ thuật ZF khi thuê bao thay đổi.................................... 64 Hình 4.7: BER của kỹ thuật DPC khi thuê bao thay đổi................................. 65
ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Hệ thống điện thoại di động cải AMPS Advanced Mobile Phone System tiến AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BEM Basis E xpansion M odel Mô hình cơ sở mở rộng BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit Code Division Multiplexing CDMA Đa truy cập phân chia theo mã Access CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp Thông tin trạng thái kênh CSI Channel State Information truyền Channel State Information at Thông tin trạng thái kênh CSIT Transmitter truyền tại máy phát DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DoF Degress of free Bậc tự do EGC Equal gain combining Kết hợp độ lợi bằng nhau European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông ETSI Standards Institude Châu Âu Ghép kênh phân chia theo tần FDM Frequency Division Multiplexing số Frequency Division Multiple Đa truy cập phân chia theo tần FDMA Access số FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh GI Guard Interval Khoảng bảo vệ Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn GSM Communication cầu
iii ICI Inter Channel Interference Nhiễu liên kênh Inverse Discrete Fourier IDFT Biến đổi Fourier rời rạc ngược Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược Improved Mobile Telephone Dịch vụ điện thoại di động cải IMTS Service tiến ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên ký tự International Telecommunication ITU Hiệp hội viễn thông quốc tế Union LOS Light of Sight Đường truyền thẳng LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn MAP Maximum-A-Posteriori MGC Maximum gain combining Kết hợp độ lợi lớn nhất MIMO Multiple Input Multiple Output Đa ngõ vào đa ngõ ra MISO Multiple input Single Output Đa ngõ vào một ngõ ra ML Maximum Likelihood Khả giống cực đại MS Mobile Station Trạm thuê bao MSE Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần OFDM Multiplexing số trực giao Orthogonal Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần OFDMA Multiplexing Access số trực giao PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất Quadrature Amplitude QAM Điều chế biên độ vuông góc Modulation SC Selection Diversity Phân tập chọn lựa
iv Đa truy cập phân chia theo SDMA Space Division Multiple Access không gian SIMO Single Input Multiple Output Một ngõ vào đa ngõ ra SISO Single Input Single Output Một ngõ vào một ngõ ra SNR Signal to Noise Rate Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Ghép kênh phân chia theo thời TDM Time Division Multiplexing gian Đa truy cập phân chia theo thời TDMA Time Division Multiple Access gian Telecomunication Industry Hiệp hội Công nghiệp Viễn TIA Association thống Universal Mobile Hệ thống thông tin di động đa UMTS Telecommunnication System năng. Đa truy cập phân chia theo mã W-CDMA Wideband CDMA băng rộng
v ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM - Mã số: T2017-07-03 - Chủ nhiệm: ThS. Phan Thị Quỳnh Hương - Thành viên tham gia: - Cơ quan chủ trì: Trường Cao đẳng Công nghệ thông tin - Thời gian thực hiện: Từ tháng 04/2017 đến thàng 12/2017 2. Mục tiêu: Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng xây dựng chương trình mô phỏng các kỹ thuật tiền mã hóa trong mô hình truyền dẫn MIMO đa người dùng, đưa ra nhận xét và đánh giá. 3. Tính mới và sáng tạo: So sánh và đánh giá ưu nhược điểm của các kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MU-MIMO. 4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu: Kỹ thuật tiền mã hóa với ưu điểm vượt trội là loại bỏ nhiễu giao thoa các tín hiệu nhận giữa các thuê bao khác nhau, giữa các anten thu trong cùng một thuê bao đã góp phần đáng kể vào việc cải thiện chất lượng của hệ thống MIMO-OFDM đang được ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống viễn thông tốc độ cao. Trong quá trình nghiên cứu kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MIMO-OFDM, báo cáo đã tập trung vào các phương pháp phổ biến như ZF, BD, DPC, TH. Bên cạnh đó, báo cáo cũng trình bày về kỹ thuật OFDM, hệ thống MIMO, kênh truyền vô tuyến nhằm có cái nhìn toàn diện hơn về hệ thống MIMO-OFDM. Ngoài ra báo cáo cũng đề cập đến kỹ thuật SDMA, một kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không
vi gian, góp phần giảm được hiện tượng giao thoa tần số, nhiễu đồng kênh, nhiễu đa đường, tăng dung lượng hệ thống. Hiện nay SDMA được sử dụng rộng rãi và mang lại lợi ích to lớn. 5. Tên sản phẩm: Chương trình mô phỏng các kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MU-MIMO. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Đề tài này có thể được dùng làm cơ sở nghiên cứu khoa học, giảng dạy, hướng dẫn sinh viên. 7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính Hình 4.4: BER của các kỹ thuật tuyến tính và phi tuyến
vii Hình 0.1: BER của kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến.
viii Hình 4.6: BER của kỹ thuật ZF khi thuê bao thay đổi. Hình 4.7: BER của kỹ thuật DPC khi thuê bao thay đổi
ix Đà Nẵng, ngày tháng năm Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài
1 MỞ ĐẦU 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa nước nhà như hiện nay, ngành thông tin di động đóng một vai trò hết sức quan trọng. Sự phát triển với tốc độ chóng mặt về cả số lượng thuê bao lẫn chất lượng dịch vụ đã đóng góp đảng kể vào việc liên lạc thông tin kinh tế - chính trị - xã hội của nước nhà. Và việc áp dụng các kĩ thuật truyền thông không dây tiên tiến là một nguyên nhân mấu chốt cho sự thành công. Một loại hệ thống kênh truyền được sử dụng khá phổ biến trong thời gian những năm gần đây, bởi sự hiệu quả và thiết thực, đó là hệ thống MIMO, hệ thống cho thấy tính thực tế bởi việc thiết lập và xây dựng trên mô hình đa người dùng, và đa anten phát ở trạm phát. Điều này làm cho hiệu quả kênh truyền tăng lên đáng kể. Trong đó kĩ thuật tiền mã hóa đóng một vai trò cơ bản để tăng chất lượng tín hiệu kênh MIMO. 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Một loại hệ thống kênh truyền được sử dụng khá phổ biến trong thời gian những năm gần đây, bởi sự hiệu quả và thiết thực, đó là hệ thống MIMO, hệ thống cho thấy tính thực tế bởi việc thiết lập và xây dựng trên mô hình đa người dùng, và đa anten phát ở trạm phát. Điều này làm cho hiệu quả kênh truyền tăng lên đáng kể. Trong đó, kĩ thuật tiền mã hóa đóng một vai trò cơ bản để cải thiện khả năng nhận tín hiệu của máy thu, cải thiện hiệu suất sử dụng tín hiệu kênh MIMO. Vì vậy, đề tài này sẽ tìm hiểu, nghiên cứu các kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MIMO-OFDM. 3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI  Nghiên cứu lý thuyết các kỹ thuật tiền mã hóa.
2  Áp dụng mô phỏng lý thuyết trong mô hình truyền dẫn MIMO, đưa ra nhận xét, đánh giá.Nghiên cứu và áp dụng lý thuyết sử dụng thông tin kênh truyền trễ vào mô hình truyền dẫn MIMO đa người dùng. 4. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu: o Hệ thống MIMO-OFDM o Các kỹ thuật tiền mã hóa  Phạm vi nghiên cứu: Kênh truyền MIMO, đồng thời giả sử các kênh truyền fading phẳng độc lập và phân bố đều. 5. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp luận xuyên suốt của đề tài là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng để làm rõ nội dung đề tài. Cụ thể như sau: - Dẫn dắt vấn đề từ các khái niệm cơ bản trong kênh truyền SISO, MIMO, OFDM. - Nguyên cứu các kỹ thuật tiền mã hóa ZF, BD, DPC, THC. - Ứng dụng các kỹ thuật trên trong hệ thống MIMO. Sử dụng phần mềm chuyên dụng (Matlab) để mô phỏng mô hình. 6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Các khái niệm cơ bản trong kênh truyền SISO, MIMO, OFDM. - Các kỹ thuật tiền mã hóa. - Thực hiện mô phỏng các mô hình trên, phân tích so sánh. - Viết báo cáo tổng kết đề tài.
3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG Trong chương này, ta sẽ nghiên cứu về sự phát hiện của mạng thông tin di động và tình hình chung của mạng di động hiên nay. Trong phần này còn trình bày những khái niệm và một số vấn đề gây ảnh hưởng đến tín hiệu trong kênh truyền vô tuyến. 1.2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG [5], [10] Vào cuối những năm 1940, dịch vụ điện thoại vô tuyến đầu tiên đã ra đời và đây là dịch vụ thiết kế cho người sử dụng trên xe hơi. Sau đó, hệ thống điện thoại di động cải tiến (IMTS) ra đời vào những năm 1960 bởi Bell Systems đã mang lại một số cải tiến như gọi trực tiếp và có băng thông lớn hơn. Nhiều hệ thống tương tự đầu tiên dựa trên IMTS ra đời vào cuối những năm 1960, đầu 1970. Các hệ thống này được gọi là ‘tế bào’ vì một vùng phủ sóng lớn được chia thành các khu vực nhỏ hơn, gọi là ‘tế bào’. Mỗi tế bào được cung cấp bởi một máy phát, máy thu có công suất thấp. 1.2.1. Công nghệ di động thế hệ thứ 1 (1G) Hệ thống di động thế hệ thứ nhất là một hệ thống tương tự, được phát triển vào những năm 1970. Thế hệ đi động đầu tiên này có hai cải tiến lớn, đó là sự ra đời của bộ vi xử lý và bộ chuyển đổi số của đường liên kết điều khiển giữa điện thoại và trạm tế bào. Hệ thống điện thoại di động cải tiến (AMPS) đầu tiên được đưa vào sử dụng tại Hoa Kỳ cũng là một hệ thống di động 1G. Công nghệ chính được sử dụng trong 1G là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA), công nghệ này cho phép thực hiện cuộc gọi thoại trong một quốc gia. FDMA, đa truy cập phân chia theo tần số, là hệ thống tương tự phổ biến nhất. Đối với kỹ thuật này, phổ tín hiệu sẽ được chia thành nhiều dải tần con, và mỗi dải tần gán cho một người sử dụng. Tại một thời điểm, chỉ có một người sử
4 dụng gán cho một tần số. Vì thế khi đó, tần số đó sẽ bận cho đến khi cuộc gọi kết thúc, hoặc nếu có cuộc gọi khác thì sẽ sử dụng tần số khác. Đối với cuộc gọi thông thường, sẽ cần hai tần số, một tần số để gửi, và một tần số để nhận. FDMA chỉ được sử dụng trọng hệ thống tương tự thế thế đầu tiên, bởi vì sự lãng phí băng thông như đã nói ở trên. Hình 1.1: FDMA 1.2.2. Công nghệ di động thế hệ thứ 2 (2G) Công nghệ di động thế hệ thứ hai xuất hiện vào cuối những năm 1980. Các hệ thống 2G đã thực hiện số hóa tín hiệu thoại và đường liên kết điều khiển. Hệ thống số mới này mang mang chất lượng tốt hơn và nhiều dung lượng kênh truyền hơn (Ví dụ: Cho phép nhiều người hơn sử dụng điện thoại cùng lúc mà không bị rớt cuộc gọi), chi phí thấp hơn tại các đầu cuối tiêu thụ. Công nghệ chính trong 2G là đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA). Mạng thương mại đầu tiên ứng dụng TDMA cho sử dụng công cộng là Truyền thông di động cho hệ thống toàn cầu (GSM). TDMA, đa truy cập phân chia theo thời gian sẽ sử dụng toàn bộ phổ tần. TDMA không chia thành các dải tần, mà chia theo thời gian, thành các khe thời gian trên tất cả các tần số. Mỗi người dùng sẽ được cấp một khe thời gian. Vì vậy, nhiều người dùng có thể sử dụng chung một tần số, nhưng có khe thời gian khác nhau. TDMA được sử dụng nhiều trong mạng 2G.
5 Hình 1.2:TDMA 1.2.3. Công nghệ di động thế hệ thứ 3 (3G) Hệ thống di động thế thế thứ ba hứa hẹn mạng lại các dịch vụ thông tin liên lạc như thoại, fax, khả năng truyền dữ liệu qua Internet nhanh hơn. Mục tiêu chính của 3G là cung cấp các dịch vụ mọi lúc, mọi nơi trên toàn thế giới, với hệ thống chuyển vùng liền mạch giữa các tiêu chuẩn. IMT-2000 của ITU là một tiêu chuẩn toàn cầu cho hệ thống 3G và cho phép các dịch vụ và ứng dụng sáng tạo, như giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên địa điểm,… Tại Nhật, Mạng 3G đầu tiên được khải triển vào năm 2001. Công nghệ 3G có thể hỗ trợ 144 Kbps với tốc độ di chuyển cao của phương tiên, 384 Kbps tại địa phương và 2Mbps cho các trạm cố định. 3G đã khởi đầu như thế nào? Ý tường đầu tiên không phải đến từ các nhà điều hành mạng, mà đến từ các nhà sản xuất thiết bị. Năm 1996, NTT (Nippon Telephone & Telegraph) và Erission bắt đầu phát triển 3G, sau đó vào năm 1997 tại Hoa Kỳ, Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông (TIA - Telecomunication Industry Association) đã chọn CDMA (đa truy cập phân chia theo mã) là kỹ thuật chính sử dụng trong 3G. Vào năm 1998, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI - European telecommunicaitons Standards Institude) cũng chọn CDMA làm công nghệ phát triển. Cũng vào năm 1998, hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) đã phát triển kỹ thuật CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000. Hai tiêu chuẩn vô tuyến chính sử dụng trong 3G là W-CDMA và CDMA2000. W-CDMA được sử dụng ở Châu Âu, còn CDMA2000 được sử dụng tại USA. Đối với kỹ thuật CDMA, một tín hiệu mang dữ liệu, sau đó được nhân với
6 tín hiệu có tốc độ cao hơn, băng thông lớn hơn, ở đây sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). CDMA2000 sử dụng ghép kênh phân chia theo mã (CDM). CDMA, đa truy cập phân chia theo mã sử dụng phương pháp trải phổ. Khác với FDMA, CDMA cho phép người dùng sử dụng tất cả các tần số có sẵn cùng lúc. Mỗi cuộc gọi sẽ được gán cho một mã riêng biệt, vì thế mới có tên là ‘phân chia theo mã’. CDMA rất hiệu quả về băng thông. CDMA còn có thể trao đổi thông tin với nhiều hơn một trạm cùng lúc. Vì thế nó được chọn để sử dụng trong hệ thống 3G. Hình 1.3: CDMA 1.2.4. Công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G) Thông tin di động thế hệ thứ tư sẽ mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao hơn so với hệ thống 3G. Dự đoán, tốc độ dữ liệu của hệ thống 4G tăng lên đến 100 Mbps đối với phương tiện di chuyển và 1Gbps đối với các trạm cố định. Các kỹ thuật được sử dụng trong mạng 4G là OFDM, SDMA,… Hình 1.4: SDMA SDMA là kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không gian. Kỹ thuật này sử dụng các hướng (góc) khác nhau trong không gian tín hiệu, sau đó được phân kênh