Luận văn Thạc sỹ Khoa học: Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

Chia sẻ: Orchid_1 Orchid_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

532
lượt xem 249
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sỹ Khoa học: Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) trình bày các thế hệ thông tin di động, hệ thống thông tin di động 4G, triển khai hệ thống di động 4G ở Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sỹ Khoa học: Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA Hµ NéI ----------o0o---------- LUËN V¡N TH¹C Sü KHOA HäC Ngµnh: Xö lý Th«ng tin vµ TruyÒn th«ng Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 4 (4G) §ç V¨n Hßa Hµ Néi – 2007
Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA Hµ NéI ----------o0o---------- LUËN V¡N TH¹C Sü KHOA HäC Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 4 (4G) Ngµnh: Xö lý Th«ng tin vµ TruyÒn th«ng M· sè: §ç V¨n Hßa Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: GS.TS. NguyÔn Thóc H¶i Hµ Néi – 2007
3 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 MôC LôC C¸c h×nh vÏ, b¶ng biÓu trong luËn v¨n ..................................... 5 ThuËt ng÷ tiÕng anh sö dông trong luËn v¨n ....................... 7 Lêi giíi thiÖu ............................................................................................ 11 Ch−¬ng 1. më ®Çu ................................................................................... 12 1.1 C¬ së nghiªn cøu vµ môc ®Ých cña luËn v¨n.......................................... 12 1.2 Tæ chøc cña luËn v¨n ............................................................................. 13 Ch−¬ng 2. c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng ................................... 14 2.1 LÞch sö vµ xu thÕ ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng ............................... 14 2.1.1 Toµn c¶nh hÖ thèng th«ng tin di ®éng............................................. 14 2.1.2 Lé tr×nh ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng......................................... 16 2.2. Tæng kÕt c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng .................................................. 19 Ch−¬ng 3. hÖ thèng TH¤NG TIN di ®éng 4G ................................ 20 3.1 Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G ........................................ 20 3.1.1 Giíi thiÖu chung .............................................................................. 20 3.1.2 C¸c dÞch vô hÖ thèng di ®éng 4G cung cÊp..................................... 22 3.2 M« h×nh tham chiÕu hÖ thèng di ®éng 4G ............................................. 30 3.2.1 Bèn miÒn cña m« h×nh tham chiÕu .................................................. 30 3.2.1.1 MiÒn dÞch vô vµ øng dông......................................................... 31 3.2.1.2 MiÒn nÒn t¶ng dÞch vô............................................................... 31 3.2.1.3 MiÒn m¹ng lâi chuyÓn m¹ch gãi .............................................. 33 3.2.1.4 MiÒn truy cËp v« tuyÕn míi ...................................................... 34 3.2.2 M« h×nh tham chiÕu nh×n tõ nÒn t¶ng dÞch vô................................. 34 3.2.2.1 Sù thuËn tiÖn cho ng−êi sö dông ............................................... 36 3.2.2.2 C¸c dÞch vô tiªn tiÕn.................................................................. 36 3.2.2.3 Qu¶n lý hÖ thèng....................................................................... 41 3.2.3 M« h×nh tham chiÕu c¬ së h¹ tÇng hÖ thèng ................................... 41 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
4 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 3.2.3.1 VÝ dô ®iÓn h×nh vµ giao diÖn cho m¹ng truy cËp v« tuyÕn míi 41 3.2.3.2 CÊu h×nh chøc n¨ng cho c¸c nót/thiÕt bÞ ®Çu cuèi trong hÖ thèng di ®éng 4G............................................................................................. 43 3.3 C¸c c«ng nghÖ øng dông trong hÖ thèng di ®éng 4G ............................ 44 3.3.1 Kü thuËt truyÒn dÉn dung l−îng lín, tèc ®é cao ............................. 44 3.3.1.1 C¸c kü thuËt ®a truy cËp ........................................................... 44 3.3.1.2 Kü thuËt ®iÒu chÕ/gi¶i ®iÒu chÕ hiÖu suÊt cao .......................... 49 3.3.1.3 Kü thuËt ®a sãng mang ............................................................ 53 3.3.1.4 Kü thuËt ¨ngten d·y thÝch nghi tiªn tiÕn .................................. 57 3.3.1.5 Kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn .................................................... 62 3.3.2 Kü thuËt kh«ng d©y ®a hÖ thèng .................................................... 64 3.3.2.1 Kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i End-to-End ........................................... 64 3.3.2.2 Kü thuËt sãng v« tuyÕn ®−îc ®Þnh nghÜa mÒm ........................ 66 3.3.3 §iÒu khiÓn chuyÓn giao/tÝnh di ®éng .............................................. 69 3.3.3.1 Kü thuËt chuyÓn giao liªn tôc ................................................... 70 3.3.3.2 Kü thuËt ®iÒu khiÓn tÝnh di ®éng .............................................. 71 3.3.3.3 TÝnh di ®éng m¹ng NEMO ...................................................... 74 3.4 M¹ng thÕ hÖ sau NGN vµ hÖ thèng di ®éng 4G..................................... 77 3.4.1 M¹ng thÕ hÖ sau NGN ..................................................................... 77 3.4.1.1 Giíi thiÖu chung........................................................................ 77 3.4.1.2 §Æc ®iÓm m¹ng NGN................................................................ 77 3.4.1.3 CÊu tróc m¹ng NGN ................................................................. 80 3.4.2 HÖ thèng di ®éng 4G trªn h¹ tÇng m¹ng NGN................................ 86 Ch−¬ng 4. triÓn khai hÖ thèng di ®éng 4G ë viÖt nam ...... 88 4.1 HiÖn tr¹ng m¹ng th«ng tin di ®éng ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi .............. 88 4.2 §Ò xuÊt gi¶i ph¸p triÓn khai hÖ thèng 4G ë n−íc ta .............................. 89 KÕt luËn ..................................................................................................... 93 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc cña luËn v¨n ..................................................................... 93 H−íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi .......................................................................... 94 Tµi liÖu tham kh¶o ............................................................................... 95 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
5 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 C¸c h×nh vÏ, b¶ng biÓu trong luËn v¨n H×nh 2.1. Lé tr×nh ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng...................................... 17 B¶ng 2.1. Tæng kÕt c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng .......................................... 19 H×nh 3.1. DÞch vô th«ng tin y tÕ ................................................................... 22 H×nh 3.2. HÖ thèng cung cÊp néi dung tiªn tiÕn........................................... 24 H×nh 3.3. HÖ thèng ®Þnh vÞ ........................................................................... 25 H×nh 3.4. HÖ thèng ®Æt hµng di ®éng ........................................................... 26 H×nh 3.5. HÖ thèng qu¶n lý thùc phÈm......................................................... 28 H×nh 3.6. HÖ thèng b¶o hiÓm rñi ro.............................................................. 29 H×nh 3.7. HÖ thèng qu¶n lý di ®éng ............................................................. 30 H×nh 3.8. M« h×nh tham chiÕu hÖ thèng di ®éng 4G.................................... 32 H×nh 3.9. M« h×nh tham chiÕu nÒn t¶ng dÞch vô .......................................... 37 H×nh 3.10. M« h×nh tham chiÕu nÒn t¶ng dÞch vô: tiÖn nghi ng−êi dïng..... 38 H×nh 3.11. M« h×nh tham chiÕu nÒn t¶ng dÞch vô: DÞch vô n©ng cao .......... 39 H×nh 3.12. M« h×nh tham chiÕu nÒn t¶ng dÞch vô: qu¶n lý hÖ thèng ........... 40 H×nh 3.13. Giao diÖn v« tuyÕn vµ ng÷ c¶nh thùc tÕ cña truy cËp v« tuyÕn míi....................................................................................................... 42 H×nh 3.14. VÝ dô vÒ cÊu h×nh chøc n¨ng cho c¸c nót /c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi trong hÖ thèng di ®éng 4G.............................................................. 43 H×nh 3.15. C¬ b¶n vÒ SCS-MC-CDMA ........................................................ 45 H×nh 3.16. CÊu tróc tÕ bµo tèi −u cña SCS-MC-CDMA ............................... 47 H×nh 3.17. Ph©n bæ kªnh con........................................................................ 48 H×nh 3.18. §iÒu chÕ thÝch nghi sãng mang con ........................................... 50 H×nh 3.19. L−îc ®å ®iÒu chÕ OFDM tèc ®é lËp m· cã thÓ biÕn ®æi ............ 51 B¶ng 3.1. C¸c tham sè lËp m· vµ ®iÒu chÕ ................................................... 52 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
6 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 B¶ng 3.2. C¸c tham sè m« pháng ................................................................. 53 H×nh 3.20. S¬ ®å FH-OFDM ........................................................................ 54 H×nh 3.21. CÊu h×nh hÖ thèng....................................................................... 55 H×nh 3.22. Nguyªn lý cña AAA ................................................................... 58 H×nh 3.23. §é t¨ng Ých cña AAA ................................................................ 59 H×nh 3.24. §Þnh h×nh bóp sãng .................................................................... 60 H×nh 3.25. ThuËt to¸n theo dâi bóp sãng ..................................................... 61 H×nh 3.26. SVD based MIMO ...................................................................... 63 H×nh 3.27. CÊu h×nh c¬ b¶n cña thiÕt bÞ SDR............................................... 67 H×nh 3.28. M« h×nh tham chiÕu IEEE 802.21 .............................................. 70 H×nh 3.29. IPv6 di ®éng................................................................................ 72 H×nh 3.30. ChuyÓn giao nhanh cho IPv6 di ®éng......................................... 73 H×nh 3.31. §iÒu khiÓn tÝnh di ®éng m¹ng NEMO ....................................... 75 H×nh 3.32. M¹ng c¸ nh©n PAN (Personal Area Network) ........................... 76 H×nh 3.33. KiÕn tróc m¹ng NGN.................................................................. 79 H×nh 3.34. CÊu tróc logic m¹ng NGN .......................................................... 80 H×nh 3.35. CÊu tróc vËt lý m¹ng NGN ......................................................... 84 H×nh 4.1. KiÕn tróc m¹ng 3G ....................................................................... 90 H×nh 4.2. CÊu tróc m¹ng di ®éng 3G-WCDMA........................................... 91 H×nh 4.3. M« h×nh hÖ thèng 4G.................................................................... 92 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
7 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 ThuËt ng÷ tiÕng anh sö dông trong luËn v¨n 2G 2nd Generation ThÕ hÖ 2 3G 3rd Generation ThÕ hÖ 3 4G 4th Generation ThÕ hÖ 4 AAA Adaptive Array Antenna ¨ngten d·y thÝch nghi AAA Aunthentication, Authorization Chøng thùc, ñy quyÒn vµ & Accounting thanh to¸n AMPS Advanced Mobile Phone Service DÞch vô ®iÖn tho¹i di ®éng tiªn tiÕn AR Access Router Bé ®Þnh tuyÕn truy cËp ARQ Automatic Repeat reQuest KÜ thuËt yªu cÇu lÆp tù ®éng ATM Asynchronous Transfer Mode ChÕ ®é truyÒn dÞ bé BS Base Station Tr¹m gèc BSC Base Station Controller Bé ®iÒu khiÓn tr¹m gèc BSS Base Station System HÖ thèng tr¹m gèc BTS Base Tranceiver Station Tr¹m thu ph¸t gèc CDMA Code Division Multiple Access §a th©m nhËp ph©n chia theo m· CRC Cyclic Redundancy Code M· vßng d− CN Core Network M¹ng lâi CN Correspondent Node Nót trung gian CNR Carrier-to-Noise-Ratio Tû sè sãng mang trªn t¹p ©m CoA Care-of Address §Þa chØ t¹m thêi CRC Cyclic Redundancy Check M· kiÓm tra d− vßng CTP Context Transfer Protocol Giao thøc truyÒn ng÷ c¶nh DS Direct Sequence Chuçi trùc tiÕp DS- Direct Sequence CDMA CDMA chuçi trùc tiÕp CDMA DSP Digital Signal Processor Bé xö lý tÝn hiÖu sè E2R End-to-End Reconfigurability Kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i tõ ®Çu Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
8 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 cuèi ®Õn ®Çu cuèi EIRP Effective Isotropically Radiated C«ng suÊt ph¸t x¹ ®¼ng h−íng Power hiÖu dông EV-DO Evolution Data Optimized FDD Frequency Division Duplex ghÐp song c«ng ph©n chia theo tÇn sè FEC Forward Error Correct M· söa lçi tr−íc FDMA Frequency Division MultiAccess §a truy cËp ph©n chia theo tÇn sè FH- Frequency Hopping Orthogonal OFDM nh¶y tÇn OFDM Frequency Division Multiple Access FMIPv6 Fast Mobile IPv6 IPv6 di ®éng nhanh FMIPv6 Fast Handovers for Mobile IPv6 ChuyÓn giao nhanh cho IPv6 di ®éng GPS Global Positioning System HÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPRS General Packet Radio System HÖ thèng v« tuyÕn gãi chung HA Home Agent T¸c nh©n nhµ HARQ Hybrid Automatic Repeat ARQ (tù ®éng yªu cÇu lÆp) lai reQuest HLR Home Location Register Thanh ghi ®Þnh vÞ th−êng tró HMIPv6 Hierarchical Mobile Internet IPv6 di ®éng cã ph©n cÊp Protocol Version 6 HoA Home Address §Þa chØ th−êng tró HSDPA High Speed Downlink Packet HÖ thèng truy cËp gãi ®−êng Access xuèng tèc ®é cao HMI Human-Machine Interface Giao diÖn ng−êi – m¸y IMT- Th«ng tin di ®éng toµn cÇu- International Mobile Telecommunication - 2000 2000 2000 IP Internet Protocol Giao thøc Internet IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thøc Internet phiªn b¶n 6 ITU International Telecommunication Liªn minh ViÔn th«ng Quèc tÕ Union Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
9 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 MAC Medium Access Control §iÒu khiÓn th©m nhËp m«i tr−êng MAP Mobility Anchor Point §iÓm treo di ®éng MIH Media Independent Handover ChuyÓn giao ®éc lËp ph−¬ng tiÖn MN Mobile Node Nót di ®éng MNN Mobile Network Node Nót m¹ng di ®éng MNP Mobile Network Prefix TiÒn tè m¹ng di ®éng MR Mobile Router Bé ®Þnh tuyÕn di ®éng MS Mobile Station Tr¹m di ®éng MSC Mobitily Service Center Trung t©m dÞch vô di ®éng MIMO Multi Input – Multi Output ¨ngten nhiÒu kªnh vµo – nhiÒu kªnh ra MC- Multi Carrier CDMA §a truy cËp ph©n chia theo m· CDMA ®a sãng mang NEMO Network Mobility TÝnh di ®éng m¹ng NGN Next Genaration Network M¹ng thÕ hÖ sau OSI Open Systems Interconnection M« h×nh t−¬ng kÕt c¸c hÖ thèng më OFDM Orthononal Frequency Division GhÐp kªnh ®a truy cËp ph©n Multiplexing chia theo tÇn sè trùc giao OFCDM Orthononal Frequency Code GhÐp kªnh ®a truy cËp ph©n Division Multiplexing chia theo m· tÇn sè trùc giao PAN Persional Access Network M¹ng truy cËp c¸ nh©n PAPR Peak to Average Power Ratio Tû sè c«ng suÊt ®Ønh trªn c«ng suÊt trung b×nh PHS Personal Handyphone System HÖ thèng ®iÖn tho¹i c¸ nh©n PKI Public Key Infrastructure Cë së h¹ tÇng khãa chung QoS Quality of Service ChÊt l−îng dÞch vô RANAP Radio Access Network PhÇn øng dông m¹ng th©m Application Part nhËp v« tuyÕn RNC Radio Network Controller Bé ®iÒu khiÓn m¹ng v« tuyÕn RNS Radio Network Subsystem HÖ thèng con m¹ng v« tuyÕn Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
10 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 RO Route Optimization Tèi −u hãa ®−êng ®i RR Return Routability Kh¶ n¨ng ®inh tuyÕn ®−êng vÒ SDR Software Defined Radio Sãng v« tuyÕn ®Þnh nghÜa mÒm SINR Signal to Interference and Noise Tû sè c«ng suÊt tÝn hiÖu trªn Power Ratio nhiÔu vµ t¹p ©m SMS-SC SMS Service Center Trung t©m dÞch vô tin nh¾n SMS SVD Singular Value Decomposition based based Multiple Input Multiple MIMO Output TCP Transmision Control Protocol Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn dÉn TPC Transmission Power Control §iÒu khiÓn c«ng suÊt truyÒn dÉn UE User Equypment ThiÕt bÞ ng−êi sö dông UMTS Universal Mobile HÖ thèng viÔn th«ng di ®éng Telecommunication System toµn cÇu UWB Ultra Wide band B¨ng tÇn cùc réng W- Wideband Code Division §a th©m nhËp v« tuyÕn ph©n CDMA Multiple Access chia theo m· b¨ng réng W-LAN Wireless - LAN M¹ng côc bé kh«ng d©y Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
11 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Lêi giíi thiÖu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, th«ng tin di ®éng ®· ®¹t ®−îc nh÷ng thµnh tùu v−ît bËc. Th«ng tin di ®éng cho phÐp ng−êi sö dông ®µm tho¹i ë mäi lóc, mäi n¬i trong vïng phñ sãng, kÓ c¶ khi ®ang di chuyÓn. Ngoµi ra, th«ng tin di ®éng cßn ®¸p øng nhiÒu dÞch vô tiÖn Ých kh¸c nh−: nh¾n tin, truyÒn sè liÖu, truyÒn th«ng ®a ph−¬ng tiÖn, x¸c ®Þnh vÞ trÝ ng−êi sö dông… mµ c¸c dÞch vô kh¸c kh«ng thùc hiÖn ®−îc. Do vËy, nhu cÇu vÒ th«ng tin di ®éng ngµy mét t¨ng lªn vµ trong t−¬ng lai kh«ng xa ®©y sÏ lµ h×nh thøc th«ng tin v¹n n¨ng vµ ®−îc øng dông s©u réng vµo cuéc sèng, vµ sÏ cã thÓ thay ®æi lèi sèng cña con ng−êi. Cho ®Õn nay th«ng tin di ®éng trªn thÕ giíi ®· tr¶i qua ba thÕ hÖ. ThÕ hÖ thø nhÊt sö dông c«ng nghÖ t−¬ng tù tõ nh÷ng n¨m 70 vµ ®Õn gi÷a nh÷ng n¨m 80 hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø hai ®· ra ®êi vµ ph¸t triÓn rÊt m¹nh mÏ. Nh÷ng n¨m ®Çu thÕ kû 21 (kho¶ng 2002) hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 3 (3G) ®· ®−îc triÓn khai vµ øng dông réng r·i phôc vô ®êi sèng cña con ng−êi. ë ViÖt Nam, hÖ thèng th«ng tin di ®éng 3G ®· ®−îc triÓn khai bëi c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô Saigon Postel, Hµ Néi Telecom, EVN Telecom vµ ®−îc ®−a vµo khai th¸c vµo n¨m 2006. HÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø t− (4G) ®· ®−îc c¸c H·ng viÔn th«ng lín trªn thÕ giíi, HiÖp héi ViÔn th«ng quèc tÕ - ITU, diÔn ®µn Mobile IT (mITF – Mobile IT Forum) nghiªn cøu vµ chuÈn hãa. Theo dù b¸o, vµo kho¶ng n¨m 2012, hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G sÏ ®−îc triÓn khai vµ ®−a vµo khai th¸c. Sù xuÊt hiÖn cña hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø t− cã thÓ t¹o ra mét sù bïng næ trong ngµnh c«ng nghiÖp th«ng tin di ®éng nãi riªng vµ ngµnh c«ng nghiÖp viÔn th«ng nãi chung. Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
12 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Ch−¬ng 1. më ®Çu 1.1 C¬ së nghiªn cøu vµ môc ®Ých cña luËn v¨n Nhu cÇu trao ®æi d÷ liÖu, sö dông dÞch vô ®a ph−¬ng tiÖn, nhu cÇu gi¶i trÝ (nghe nh¹c, xem phim, ch¬i game ...) trªn thiÕt bÞ di ®éng ngµy cµng t¨ng khi ®iÒu kiÖn sèng cña chóng ta t¨ng. Tr−íc nhu cÇu ®ã, c¸c chuÈn c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng 3.5G, 4G ®· ®−îc nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn. N¨m 2006, ë NhËt B¶n, H·ng viÔn th«ng NTT DoCoMo ®· triÓn khai thµnh c«ng vµ ®−a vµo khai th¸c hÖ thèng di ®éng 3.5G HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). HÖ thèng HSDPA ®−îc më réng, ph¸t triÓn tõ hÖ thèng di ®éng thÕ hÖ 3 (W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access), cho tèc ®é ®−êng xuèng lµ 14Mbps, ®−êng lªn 5,7Mbps (trªn lý thuyÕt). Cßn víi hÖ thèng 4G, theo thö nghiÖm míi nhÊt cña h·ng viÔn th«ng NTT DoCoMo (NhËt B¶n), cho tèc ®é 5Gbps ë m«i tr−êng trong nhµ (indoor), vµ tèc ®é 100Mbps ë m«i tr−êng ngoµi trêi trªn ®èi t−îng chuyÓn ®éng tèc ®é 250km/h. Víi sù bïng næ vÒ tèc ®é cña hÖ thèng di ®éng 4G, th× hÖ thèng 4G sÏ ®−îc øng dông réng r·i cho rÊt nhiÒu lÜnh vùc cña cuéc sèng. HÖ thèng 4G sÏ cung cÊp rÊt nhiÒu dÞch vô nh−: dÞch vô cung cÊp néi dung tiÕn tiÕn, dÞch vô ch¨m sãc søc kháe, dÞch vô ®Æt hµng di ®éng, th−¬ng m¹i di ®éng, phßng chèng thiªn tai ... HiÖn nay, ë n−íc ta ®ang tån t¹i ®ång thêi nhiÒu thÕ hÖ cña hÖ thèng di ®éng (2G, 2.5G, 3G). ViÖc triÓn khai hÖ thèng di ®éng 4G vÉn lµ vÊn ®Ò trong t−¬ng lai xa. Nh−ng tr−íc nh÷ng xu thÕ ph¸t triÓn chung vÒ c«ng nghÖ viÔn th«ng, ®Æc biÖt lµ c«ng nghÖ th«ng tin di ®éng, th× viÖc nghiªn cøu, t×m hiÓu hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G lµ cÇn thiÕt. Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
13 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 1.2 Tæ chøc cña luËn v¨n LuËn v¨n ®−îc tr×nh bµy thµnh bèn ch−¬ng. Ch−¬ng 1 tr×nh bµy s¬ l−îc vÒ c¬ së nghiªn cøu, môc ®Ých còng nh− tæ chøc cña luËn v¨n. Ch−¬ng 2 tr×nh bµy vÒ lÞch sö, c¸c thÕ hÖ vµ xu thÕ ph¸t triÓn hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Ch−¬ng 3 tr×nh bµy m« h×nh tham chiÕu cña hÖ thèng di ®éng 4G. M« h×nh tham chiÕu cña hÖ thèng 4G chia lµm bèn miÒn: miÒn øng dông vµ dÞch vô, miÒn nÒn t¶ng dÞch vô, miÒn m¹ng lâi chuyÓn m¹ch gãi, miÒn truy cËp v« tuyÕn míi. ë ch−¬ng nµy còng tr×nh bµy mét sè kü thuËt, c«ng nghÖ tiªn tiÕn nh−: c¸c kü thuËt truyÒn dÉn v« tuyÕn dung l−îng lín, tèc ®é cao (OFDMA, SCS-MC-CMDA), kü thuËt ¨ngten d·y thÝch nghi tiªn tiÕn, kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn (MIMO) ... ®−îc triÓn khai ë hÖ thèng di ®éng 4G. Ch−¬ng 4 tr×nh bµy vÒ hiÖn tr¹ng c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng t¹i ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi. Sau ®ã lµ ®Ò xuÊt gi¶i ph¸p triÓn khai hÖ thèng di ®éng 4G tõ cë së h¹ tÇng m¹ng hiÖn cã cña c¸c nhµ cung cÊp. Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
14 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Ch−¬ng 2. c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng 2.1 LÞch sö vµ xu thÕ ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng 2.1.1 Toµn c¶nh hÖ thèng th«ng tin di ®éng Th«ng tin di ®éng lu«n kh«ng ngõng ph¸t triÓn vµ ngµy cµng ®ßi hái c¸c kü thuËt tiªn tiÕn vµ c«ng nghÖ cao. ý t−ëng vÒ sù liªn l¹c tøc thêi mµ kh«ng quan t©m ®Õn kho¶ng c¸ch lµ mét trong nh÷ng giÊc m¬ l©u ®êi nhÊt cña loµi ng−êi vµ giÊc m¬ ®ã ®ang ngµy cµng trë thµnh hiÖn thùc nhê sù trî gióp cña kü thuËt vµ c«ng nghÖ. ViÖc sö dông sãng v« tuyÕn ®Ó truyÒn th«ng tin diÔn ra lÇn ®Çu tiªn vµo cuèi thÕ kû 19. KÓ tõ ®ã nã trë thµnh mét c«ng nghÖ ®−îc øng dông réng r·i trong th«ng tin qu©n ®éi vµ sau nµy lµ th«ng tin v« tuyÕn c«ng céng. Sau nhiÒu n¨m ph¸t triÓn, th«ng tin di ®éng ®· tr¶i qua nh÷ng giai ®o¹n ph¸t triÓn quan träng. Tõ hÖ thèng th«ng tin di ®éng t−¬ng tù thÕ hÖ thø nhÊt ®Õn hÖ thèng th«ng tin di ®éng sè thÕ hÖ thø hai, hÖ thèng th«ng tin di ®éng b¨ng réng thÕ hÖ thø ba ®ang ®−îc triÓn khai trªn ph¹m vi toµn cÇu vµ hÖ thèng th«ng tin di ®éng ®a ph−¬ng tiÖn thÕ hÖ thø t− ®ang ®−îc nghiªn cøu t¹i mét sè n−íc. DÞch vô chñ yÕu cña hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø nhÊt vµ thø hai lµ tho¹i cßn dÞch vô thÕ hÖ ba vµ thø t− ph¸t triÓn vÒ dÞch vô d÷ liÖu vµ ®a ph−¬ng tiÖn. C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng tÕ bµo sè hiÖn nay ®ang ë giai ®o¹n thÕ hÖ thø hai céng (2.5G), thÕ hÖ thø ba vµ thÕ hÖ thø ba céng (3.5G). §Ó ®¸p øng c¸c nhu cÇu ngµy cµng t¨ng cña c¸c dÞch vô th«ng tin di ®éng nªn ngay tõ ®Çu nh÷ng n¨m 90 ng−êi ta ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø ba. Liªn hiÖp ViÔn th«ng Quèc tÕ bé phËn v« tuyÕn (ITU-R) ®· thùc Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
15 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 hiÖn tiªu chuÈn ho¸ cho hÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu IMT-2000. ë Ch©u ¢u, ViÖn Tiªu chuÈn ViÔn th«ng Ch©u ¢u (ETSI) ®· thùc hiÖn tiªu chuÈn ho¸ phiªn b¶n cña hÖ thèng nµy víi tªn gäi lµ UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: HÖ thèng viÔn th«ng di ®éng toµn cÇu). HÖ thèng míi nµy lµm viÖc ë d¶i tÇn 2GHz vµ cung cÊp nhiÒu lo¹i dÞch vô bao gåm tõ c¸c dÞch vô tho¹i, sè liÖu tèc ®é thÊp hiÖn cã ®Õn c¸c dÞch vô sè liÖu tèc ®é cao, video vµ truyÒn thanh. Tèc ®é cùc ®¹i cña ng−êi sö dông cã thÓ lªn tíi 2Mbps. Tèc ®é cùc ®¹i nµy chØ cã ë c¸c « pico trong nhµ, cßn c¸c dÞch vô víi tèc ®é 14,4Kbps sÏ ®−îc ®¶m b¶o cho th«ng tin di ®éng th«ng th−êng ë c¸c « macro. Ng−êi ta còng ®ang nghiªn cøu c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø t− cã tèc ®é cho ng−êi sö dông kho¶ng 2Gbps. ë hÖ thèng di ®éng b¨ng réng (MBS) th× c¸c sãng mang ®−îc sö dông ë c¸c b−íc sãng mm, ®é réng b¨ng tÇn 64MHz vµ dù kiÕn sÏ n©ng tèc ®é cña ng−êi sö dông ®Õn STM-1 [1]. HiÖn nay, trªn c¸c quèc trªn thÕ giíi ë hÇu hÕt c¸c n−íc ®· triÓn khai hÖ thèng di ®éng 3G. Theo thèng kª cña hai h·ng Informa Telecom & Media vµ WCIS and 3G America, hiÖn nay cã 181 h·ng cung cÊp dÞch vô trªn 77 quèc gia ®· ®−a vµo khai th¸c dÞch vô c¸c m¹ng di ®éng thÕ hÖ 3 cña m×nh. Víi hÖ thèng di ®éng 3.5G (HSDPA) th× cã ®Õn 135 h·ng cung cÊp dÞch vô trªn 63 quèc gia ®· cung cÊp c¸c dÞch vô cña hÖ thèng di ®éng 3.5G. HÖ thèng tiÒn 4G (Pre-4G) lµ WiMax còng ®· ®−îc triÓn khai vµ ®−a vµo khai th¸c dÞch vô ë mét sè thµnh phè nh− London, New York vµo quý 2 n¨m 2007. ë n−íc ta, cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña th«ng tin liªn l¹c nãi chung trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y th«ng tin di ®éng ra ®êi nh− mét tÊt yÕu kh¸ch quan nh»m ®¸p øng nhu cÇu trao ®æi th«ng tin trong thêi kú ®æi míi cña ®Êt n−íc. Vµo thêi kú ban ®Çu, xuÊt hiÖn mét sè m¹ng th«ng tin di ®éng nh− m¹ng nh¾n tin ABC, m¹ng nh¾n tin toµn quèc... cã tÝnh chÊt thö nghiÖm cho c«ng nghÖ th«ng tin di ®éng ë ViÖt Nam. Sau ®ã, vµo th¸ng 3/1993, m¹ng Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
16 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 ®iÖn tho¹i di ®éng MobiFone sö dông kü thuËt sè GSM ®· ®−îc triÓn khai vµ chÝnh thøc ®−a vµo ho¹t ®éng ë ViÖt Nam víi c¸c thiÕt bÞ cña h·ng ALCATEL. Th¸ng 6/1996, m¹ng Vinaphone ra ®êi vµ cïng tån t¹i song song víi m¹ng VMS. N¨m 2003, m¹ng S-Phone sö dông c«ng nghÖ CMDA cña Saigon Postel ®−a vµo khai th¸c. §Õn n¨m 2004, m¹ng GSM cña Viettel còng chÝnh thøc ®−a vµo ho¹t ®éng. Vµ gÇn ®©y, EVN Telecom, Hµ Néi Telecom còng ®−a vµo khai th¸c m¹ng di ®éng thÕ hÖ thø ba. Trong hai n¨m gÇn ®©y, sè thuª bao cña c¸c m¹ng nµy ®ang t¨ng rÊt nhanh. 2.1.2 Lé tr×nh ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng Thêi kú ®Çu, khi míi triÓn khai, hÖ thèng di ®éng thÕ hÖ thø nhÊt míi chØ cung cÊp cho ng−êi sö dông dÞch vô tho¹i, nh−ng nhu cÇu vÒ truyÒn sè liÖu t¨ng lªn ®ßi hái c¸c nhµ khai th¸c m¹ng ph¶i n©ng cÊp rÊt nhiÒu tÝnh n¨ng míi cho m¹ng vµ cung cÊp c¸c dÞch vô gi¸ trÞ gia t¨ng trªn c¬ së khai th¸c m¹ng hiÖn cã. Tõ ®ã c¸c nhµ khai th¸c ®· ph¶i triÓn khai c¸c hÖ thèng di ®éng 2G, 2.5G ®Ó cung cÊp dÞch vô truyÒn sè liÖu tèc ®é cao h¬n. Cïng víi Internet, Intranet ®ang trë thµnh mét trong nh÷ng ho¹t ®éng kinh doanh ngµy cµng quan träng, mét trong c¸c ho¹t ®éng nµy lµ x©y dùng c¸c c«ng së v« tuyÕn ®Ó kÕt nèi c¸c c¸n bé “di ®éng” víi xÝ nghiÖp hoÆc c«ng së cña hä. Ngoµi ra, tiÒm n¨ng to lín ®èi víi c¸c c«ng nghÖ míi lµ cung cÊp trùc tiÕp tin tøc vµ c¸c th«ng tin kh¸c cho c¸c thiÕt bÞ v« tuyÕn sÏ t¹o ra c¸c nguån lîi nhuËn míi cho nhµ khai th¸c. Do vËy, ®Ó ®¸p øng ®−îc c¸c dÞch vô míi vÒ truyÒn th«ng m¸y tÝnh vµ h×nh ¶nh, ®ång thêi ®¶m b¶o tÝnh kinh tÕ th× hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø hai (GSM, PDC, IS-136 vµ cdmaOne) ®· tõng b−íc chuyÓn ®æi sang hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø ba. Khi mµ nhu cÇu vÒ c¸c dÞch vô ®a ph−¬ng tiÖn chÊt l−îng cao t¨ng m¹nh, mµ tèc ®é cña hÖ thèng 3G hiÖn t¹i kh«ng ®¸p øng ®−îc th× c¸c tæ chøc viÔn th«ng trªn thÕ giíi ®· nghiªn cøu vµ chuÈn hãa hÖ thèng di ®éng 4G. Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
17 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Lé tr×nh ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng tõ thÕ hÖ thø nhÊt ®Õn thÕ hÖ thø t− ®−îc m« t¶ ë h×nh 2.1. H×nh 2.1: Lé tr×nh ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng [1] Trong ®ã: + TACS (Total Access Communication System): HÖ thèng th«ng tin truy nhËp tæng thÓ. + NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): HÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng B¾c ¢u b¨ng tÇn 900MHz. + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): DÞch vô ®iÖn tho¹i di ®éng tiÕn. + SMR (Specialized Mobile Radio): V« tuyÕn di ®éng chuyªn dông. + GSM(900) (Global System for Mobile): HÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu b¨ng tÇn 900MHz. + GSM(1800): HÖ thèng GSM b¨ng tÇn 1800MHz. + GSM(1900): HÖ thèng GSM b¨ng tÇn 1900MHz. + IS-136 (Interim Standard – 136): Tiªu chuÈn th«ng tin di ®éng TDMA c¶i tiÕn do AT&T ®Ò xuÊt. Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
18 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 + IS-95 (CDMA) (Interim Standard – 95 CDMA): Tiªu chuÈn th«ng tin di ®éng CDMA c¶i tiÕn cña Mü (do Qualcomm ®Ò xuÊt). + GPRS (Genneral Packet Radio System): HÖ thèng v« tuyÕn gãi chung. + EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Nh÷ng tèc ®é sè liÖu t¨ng c−êng ®Ó ph¸t triÓn GSM. + cdma2000 1x: HÖ thèng cdma2000 giai ®o¹n 1. + WCDMA (Wideband CDMA): HÖ thèng CDMA b¨ng réng. + cdma2000 Mx: HÖ thèng cdma2000 giai ®o¹n 2 [1]. + HSPA (High Speed Packet Access): HÖ thèng di ®éng truy cËp gãi tèc ®é cao. HÖ thèng HSPA ®−îc chia thµnh 3 c«ng nghÖ sau: - HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): HÖ thèng truy cËp gãi ®−êng xuèng tèc ®é cao. - HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): HÖ thèng truy cËp gãi ®−êng lªn tèc ®é cao. - HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): HÖ thèng truy cËp gãi OFDM tèc ®é cao. + Pre-4G: c¸c hÖ thèng tiÒn 4G, gåm cã WiMax vµ WiBro (Mobile Wimax). + WiMax: Worldwide Interoperability for Microwave Access + WiBro: Wireless Broadband System: HÖ thèng b¨ng réng kh«ng d©y Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
19 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 2.2. Tæng kÕt c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng B¶ng 2.1 tr×nh bµy mét sè nÐt chÝnh cña c¸c c«ng nghÖ th«ng tin di ®éng tõ 1G ®Õn 4G [1]. B¶ng 2.1. Tæng kÕt c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng ThÕ hÖ th«ng HÖ thèng DÞch vô chung Chó thÝch tin di ®éng AMPS, ThÕ hÖ 1 (1G) Tho¹i FDMA, t−¬ng tù TACS, NMT Chñ yÕu cho GSM, IS-136, tho¹i kÕt hîp víi TDMA hoÆc CDMA, c«ng ThÕ hÖ 2 (2G) IS-95 dÞch vô b¶n tin nghÖ sè, b¨ng hÑp (8-13 kbps) ng¾n TDMA (kÕt hîp nhiÒu khe Chñ yÕu vÉn lµ thêi gian hoÆc tÇn sè) hoÆc GPRS, tho¹i, dÞch vô sè ThÕ hÖ 2+ CDMA, sö dông phæ chång EDGE, liÖu gãi tèc ®é (2.5G) lªn phæ tÇn cña hÖ thèng 2G, cdma2000 1x thÊp vµ trung t¨ng c−êng truyÒn sè liÖu gãi. b×nh Tèc ®é tèi ®a ®¹t 144kbps. CDMA, CDMA/ TDMA, b¨ng dÉn réng, riªng cdma2000 1x EV cdma2000 1x TruyÒn EV DO/DV, tho¹i vµ dÞch vô sö dông phæ chång lªn phæ ThÕ hÖ 3 (3G) cdma2000, sè liÖu ®a cña hÖ thèng 2G. Tèc ®é tèi ®a WCDMA ph−¬ng tiÖn ®−êng xuèng 2Mbps, ®−êng lªn 384kbps. Ph¸t triÓn tõ 3G, CDMA/HS- DSCH. TÝch hîp tho¹i, HSPDA cho tèc ®é tèi ®a HSDPA dÞch vô sè liÖu ®−êng ThÕ hÖ 3+ xuèng 14.4Mbps, HSUPA (3.5G) vµ ®a ph−¬ng HSUPA cã tèc ®é ®−êng lªn HSOPA tiÖn tèc ®é cao. tèi ®a 5.7Mbps, HSOPA cho tèc ®é Downlink/Uplink tèi ®a lµ 200Mbps/100Mbps. OFMA, MC/DS-CDMA, tèc TruyÒn dÉn ®é tèi ®a ë m«i tr−êng trong tho¹i, sè liÖu, ®a nhµ lµ 5Gbps, 100Mbps m«i ThÕ hÖ 4 (4G) 4G ph−¬ng tiÖn tèc tr−êng ngoµi trêi trªn ®èi t−îng chuyÓn ®éng nhanh ®é cùc cao. (250km/h). Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G
20 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Ch−¬ng 3. hÖ thèng TH¤NG TIN di ®éng 4G 3.1 Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 3.1.1 Giíi thiÖu chung HÖ thèng di ®éng thÕ hÖ thø t− (4G) dù kiÕn sÏ ®−a vµo sö dông, khai th¸c vµo kho¶ng n¨m 2012. Víi sù ®ét ph¸ vÒ tèc ®é vµ dung l−îng, hÖ thèng di ®éng 4G sÏ cung cÊp nh÷ng dÞch vô phôc vô s©u h¬n vµo ®êi sèng sinh ho¹t th−êng nhËt, c«ng viÖc còng nh− cã sù t¸c ®éng lín ®Õn lèi sèng cña chóng ta trong t−¬ng lai gÇn. Cô thÓ h¬n trong tõng khÝa c¹nh cña cuéc sèng ®−îc tr×nh bµy d−íi ®©y. Trong gi¸o dôc, nghÖ thuËt, khoa häc Nhê cã sù −u viÖt cña hÖ thèng 4G, sù tiªn tiÕn cña thiÕt bÞ ®Çu cuèi, häc sinh, sinh viªn, c¸c nhµ nghiªn cøu khoa häc cã thÓ trao ®æi th«ng tin h×nh ¶nh, tho¹i, vµ c¸c th«ng tin cÇn thiÕt cho viÖc häc tËp, nghiªn cøu mµ kh«ng cã rµo c¶n nµo vÒ kho¶ng c¸ch còng nh− ng«n ng÷. ThiÕt bÞ ®Çu cuèi di ®éng cña hÖ thèng di ®éng thÕ hÖ 4G (®iÖn tho¹i cÇm tay, ®ång hå ®eo tay ...) cã tÝch hîp camera, cã chøc n¨ng th«ng dÞch ng«n ng÷ tù ®éng gióp hä trao ®æi th«ng tin trùc tiÕp, häc sinh, sinh viªn cã thÓ nhËn nh÷ng chØ dÉn tõ gi¸o viªn tõ xa .... Gi¶i trÝ HÖ thèng di ®éng 4G ®−îc sö dông cho hÖ thèng t¶i néi dung, trß ch¬i vµ ©m nh¹c/video. Nh÷ng trß ch¬i h×nh ¶nh ®éng cã thÓ ®−îc truy cËp ë bÊt cø n¬i nµo trªn hÖ thèng. Nh÷ng néi dung cùc k× phong phó ®a d¹ng vÒ nh¹c vµ phim trong hÖ thèng cã thÓ t¶i ngay lËp tøc ë bÊt cø n¬i ®©u, vµo bÊt cø thêi gian nµo. Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G