CÔNG NGHỆ 4G ppt

CÔNG NGHỆ 4G

Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) thế hệ thứ 3 (3G - 3
rd
Generation),
Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đang hướng tới một chuẩn cho mạng di
động tế bào mới thế hệ thứ 4 (4G - 4
th
Generation). 4G có những tính năng vượt
trội như: Cho phép thoại dựa trên nền IP, truyền số liệu và đa phương tiện với
tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng di động hiện nay… Theo tính toán, tốc
độ truyền dữ liệu có thể lên tới 100 Mb
/s
, thậm chí lên tới 1 Gb
/s trong các điều kiện
tĩnh.
Các công nghệ tiền 4G
3 công nghệ dưới đây được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là các công nghệ làm sở cứ để xây dựng
nên chuẩn 4G trong tương lai.
LTE (Long-Term Evolution)
Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng TTDĐ tế bào thế hệ thứ ba 3G UMTS 3GPP (3
rd
Generation
Partnership Project) bao gồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu á, châu âu và Bắc Mỹ đã bắt đầu
chuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là LTE.
LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM (Global System for Mobile Communications), vì thế nó dễ
dàng thay thế và triển khai cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ. Nhưng khác với GSM, LTE sử dụng phương
thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) - truyền dữ liệu tốc độ cao bằng cách phân chia
thành các sóng mang con trực giao. LTE sử dụng phổ tần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt
động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz cho tới 20 MHz. Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất (về lý thuyết)
của LTE có thể đạt tới 250 Mb/s khi độ rộng băng tần là 20 MHz. LTE khác với các công nghệ tiền 4G

khác như WiMAX II ở chỗ, nó chỉ sử dụng OFDM ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy
nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất và nâng
cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng.
UMB (Ultra Mobile Broadband)
Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng TTDĐ thế hệ thứ ba CDMA2000 3GPP2 (3
rd
Generation Partnership
Project 2) được thành lập và phát triển bởi các tổ chức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và
Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless. Thành
viên của 3GPP2, Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng chú tâm
cả vào việc phát triển LTE.
UMB dựa trên CDMA (Code Division Multiple Access) có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25
MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần số. UMB được đề xuất với tốc độ truyền dữ liệu lên tới
288 Mb/s cho luồng xuống và 75 Mb/s cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Công
nghệ này sẽ cung cấp kết nối thông qua các sóng mang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.
IEEE 802.16m (WiMAX II)
IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúng hỗ trợ cả cố định (IEEE 802.16-2004) và
di động (IEEE 802.16e-2005). IEEE 802.16m (hay còn gọi là WiMAX II) được phát triển từ chuẩn IEEE
802.16e, là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công
nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền
OFDM).
Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Mb/s cho các ứng dụng di động và có
thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh. Khoảng cách truyền của WiMAX II là khoảng 2 km ở môi
trường thành thị và khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn.
Hãng Intel đang dẫn đầu về đề xuất sử dụng và phát triển WiMAX II cho hệ thống 4G, một chiến lược
mà các Hãng Alcatel-Lucent, AT&T, Motorola, Nokia, Samsung, Sprint Nextel và các thành viên khác
của WiMAX Forum cũng hỗ trợ tích cực.
Sự phát triển của hai công nghệ GSM và CDMA
Hiện tại, các mạng di động tế bào trên thế giới đang chủ yếu sử dụng hai công nghệ GSM và CDMA.
GSM dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Mutiple Access).

Với công nghệ này, băng tần được chia thành các băng tần con và tại các băng tần con chúng được thực
hiện phân chia theo thời gian để có thể thực hiện được đa truy nhập cho nhiều người dùng. CDMA là
công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã. Các thuê bao của mạng di động CDMA sẽ chia sẻ cùng một
dải tần dùng chung. Nhiều thuê bao có thể kết nối đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một dải
tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao
khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng
một dải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị đầu cuối thuê bao với mã ngẫu nhiên tương
ứng.
Điểm khác nhau giữa chúng là dải tần số hoạt động cũng như phương thức mã hóa thoại và dữ liệu mà
chúng sử dụng. Thời gian qua, cả hai công nghệ này đã có nhiều phát triển với việc tích hợp thêm nhiều
công nghệ để nâng cao hiệu năng mạng trong việc cung cấp các dịch vụ với tốc độ cao hơn, chất lượng
tốt hơn. Họ GSM bao gồm cả công nghệ 2,5G với dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet
Radio Service) và công nghệ 2,75G EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) với việc nâng cao
tốc độ truyền dữ liệu cho GSM đã giải quyết được phần nào nhược điểm trong việc truyền dữ liệu tốc độ
thấp của GSM ban đầu. Với CDMA, sự ra đời của công nghệ CDMA băng rộng 3G (WCDMA) và truy
nhập gói tốc độ cao HSPA (High Speed Packet Access) là các giải pháp cho việc nâng cao hiệu năng của
mạng, hay với CDMA2000 là sự phát triển lên EV-DO (Evolution Data Only).
Nhu cầu người dùng là động lực phát triển 4G
Nhu cầu của khách hàng luôn tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát triển của một công nghệ mới. Có
thể nói, hiện nay có hai yếu tố từ nhu cầu của người dùng tác động đến sự phát triển của công nghệ 4G.
Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu các ứng dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi
truy nhập Internet. Thứ hai, người dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ cung cấp các
dịch vụ và các tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu tuyến, mạng không dây hiện có mà họ đang
dùng với những thói quen của họ. Và hiển nhiên nhu cầu về chất lượng các dịch vụ cung cấp được tốt
hơn, tốc độ cao hơn; tốc độ truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn; các chương trình
truyền hình trực tuyến có chất lượng tốt hơn… là đích hướng tới của công nghệ di động 4G trong tương
lai.
Tính đến hết tháng 12.2007, tổng số người dùng của các mạng sử dụng công nghệ GSM là khoảng 2.844
triệu người (86,6%), trong khi con số này của các mạng CDMA là 381 triệu người (11,6%) và số lượng
thuê bao của các mạng sử dụng các công nghệ khác là 69 triệu người (1,8%). Trong năm 2007, số lượng

thuê bao tăng thêm của các mạng GSM là 586 triệu và của các mạng CDMA là 41 triệu. Điều đó cho
thấy, số lượng thuê bao mạng GSM và các công nghệ phát triển từ GSM đang chiếm phần lớn thị phần
hiện nay trên thế giới. Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự lựa chọn công nghệ cho phát triển mạng
của các nhà đầu tư trong tương lai.
Hình 2 cho thấy sự phát triển của các công nghệ cho mạng di động tế bào cũng như tốc độ truyền dữ liệu
tương ứng của chúng. 4G là một công nghệ di động của tương lai, nó kế thừa và phát triển từ những công
nghệ của mạng tế bào trước đó - các công nghệ tiền 4G hay các công nghệ siêu 3G (Super 3G). Các công
nghệ 4G được xây dựng sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao trên 100 Mb/s, thậm chí lên tới 1Gb/s cho các
điều kiện tĩnh.
Các nhà sản xuất, đầu tư có thể bắt đầu thực hiện các sản phẩm của họ vào khoảng năm 2010 đến 2012,
và mạng 4G có thể được xây dựng và phát triển mạnh để khai thác khoảng trước năm 2015. Công nghệ
4G sẽ cung cấp một mạng dịch vụ với tốc độ truyền dữ liệu cao thông qua các kênh truyền dẫn băng
rộng. Nó cho phép gửi và nhận lượng thông tin nhiều hơn và các kỹ thuật thu phát MIMO (Multi-Input
Multi-Output) sẽ giúp hệ thống làm việc với hiệu năng cao, chất lượng dịch vụ tốt hơn.
Định hướng và tương lai của công nghệ 4G
Cho đến nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua. Tuy nhiên, những công nghệ phát
triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G. Các sở cứ quan trọng
để ITU thông qua cho chuẩn 4G chính là từ hỗ trợ của các hãng di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa
và đặc biệt là sự xuất hiện của 3 công nghệ mạng di động tế bào tiền 4G (LTE, UMB và WiMAX II).
Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các chuẩn 4G trong thời gian tới.
Mặc dù chưa có chuẩn nào cho 4G được thông qua, nhưng một số hãng đã sẵn sàng để làm việc với công
nghệ 4G. Cho đến nay, ITU vẫn chưa định nghĩa cụ thể về công nghệ 4G, nhưng các nhà đầu tư như NTT
DoCoMo và Sprint Nextel đang đầu tư vào các thử nghiệm cho công nghệ này nhằm mục đích thu được
những kinh nghiệm làm việc với 4G cũng như nâng cao hiệu năng cho 4G trước khi chính thức được đưa
vào khai thác.
Theo dự đoán của các nhà phân tích, các công nghệ như EV-DO và HSPA sẽ không còn đủ mạnh vào
những năm 2011-2012. Theo họ, rất nhiều thiết bị đầu cuối sử dụng các công nghệ 3G hay 3,5G đều có
bộ vi xử lý không thực sự phù hợp cho các ứng dụng đa phương tiện, mặc dù tính năng này mạng đã hỗ
trợ. Vì thế mà các thiết bị đầu cuối sẽ phải cải tiến trước khi người dùng nghĩ đến chi phí mà họ phải trả
cho các thiết bị đầu cuối để sử dụng các dịch vụ tốc độ cao đã tương xứng hay chưa. Hiện tại, các nhà

đầu tư có thể mở rộng khả năng cho mạng 3G bằng cách nâng cấp lên 3,5G, điều đó đồng nghĩa với việc
ứng dụng 4G sẽ bị chậm lại.
Hiện nay, phần lớn các nhà khai thác viễn thông đều lên kế hoạch thực hiện 4G cho các vùng đô thị, nơi
mà có nhiều các tổ chức, công ty cũng như số lượng khách hàng lớn - các đối tượng mà luôn mong muốn
các dịch vụ chất lượng tốt và tốc độ truyền dữ liệu cao. Tuy nhiên, trước mắt các nhà đầu tư sẽ tiếp tục
cung cấp các dịch vụ 3G cũng như 3,5G và nó được xem như là quá trình thực hiện từng bước cho 4G.
Điều này không chỉ giúp họ tiếp tục mở rộng vùng phủ sóng, gia tăng số lượng khách hàng mà còn giúp
thu hồi vốn đã đầu tư cho 3G. Với người dùng, có thể chuyển dễ dàng sang công nghệ 4G, bởi với họ đơn
giản đó chỉ là sự mở rộng các ứng dụng của mạng 3G hay 3,5G mà họ đang dùng.
Tại các nước châu Phi, khu vực Mỹ La tinh, Hàn Quốc và Mỹ sử dụng phổ biến CDMA, vì vậy các nhà
khai thác đang hướng mạng của họ phát triển lên theo UMB. Với các quốc gia châu âu, phần lớn sử dụng
GSM, vì thế họ đang hướng phát triển mạng theo LTE mà không vội vàng chuyển theo hướng WiMAX II
tốn kém hơn. Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông còn lại của thế giới nhiều khả năng sẽ phát triển mạng
theo WiMAX II.
Tuy nhiên, thị trường cho mạng không dây không phải chỉ dành riêng cho 4G và với riêng 4G cũng khó
có thể đáp ứng đủ nhu cầu của người dùng ngày càng cao. Và việc thông qua chuẩn cho 4G sẽ không xảy
ra cho tới khi các tiến trình chuẩn hóa được thực hiện và các nhà đầu tư bắt đầu thu hồi được vốn mà họ
đã đầu tư cho 3G và 3,5G.
_______________
Tài liệu tham khảo
- Jr. Sixto Ortiz, 4G Wireless Begins to Take a Shape, IEEE Communications Society.
- ITU: www.itu.int.
- GSA - The Global Mobile Suppliers Association: .
- NTT DoCoMo, Nhật Bản: