94512006-DATN-Quy-hoach-mang-4G-LTE

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.71 MB, 142 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

GVHD: TS. Lê Quang Tuấn
SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương
MSSV: 06117013

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 1/ 2011

PHẦN A
GIỚI THIỆU

Đồ án tốt nghiệp Trang i

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian
khó quên đối với chúng em. Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho
chúng em trang bị kiến thức để vững vàng bước vào đời.
Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy
cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô trong khoa
Điện-Điện tử đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em. Em xin
gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS. Lê Quang Tuấn, công ty Viễn
Thông Quốc nội (VTN), người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em có
thể hoàn thành đề tài này.
Xin gởi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡ cả về vật chất
và tinh thần cho con bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn đến bạn bè đã
luôn luôn ở bên cạnh mình .
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
Người thực hiện

Nguyễn Thị Thùy Dương

Đồ án tốt nghiệp Trang ii


QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thùy Dương
MSSV: 06117013
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Tên đề tài: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM
1) Cơ sở ban đầu:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
3) Các bản vẽ:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
4) Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Quang Tuấn

5) Ngày giao nhiệm vụ:
6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘICHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Giáo viên hướng dẫn

TS. Lê Quang Tuấn
Ngày ….. tháng ….. năm 2011
Chủ nhiệm bộ môn
Đồ án tốt nghiệp Trang iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Ngày ….. tháng ….. năm 2011
Giáo viên hướng dẫn

TS. Lê Quang Tuấn
Đồ án tốt nghiệp Trang iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

Mỹ. Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và
một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và
hiện được triển khai rộng khắp thế giới. Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ
và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả
năng di động.

Hình : Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào
Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang
được triển khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với
mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các
dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ
Đồ án tốt nghiệp Trang vi

thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA
được phát triển bởi Trung Quốc. Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận
vào họ hàng 3G bên cạnh các công nghệ nói trên. Tuy nhiên, câu chuyện thành công
của mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G. Một trong những lý do chính là dịch vụ
mà 3G mang lại không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G. Mãi gần đây người
ta mới quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast
service) và IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện.
Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu?
Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ,
có định nghĩa theo hướng dịch vụ. Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng
thông tin di động không dây. 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và
những điểm yếu của mạng 3G. Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận
thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong
tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định. 4G còn là hiện thể của ý
tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công
ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều

công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà
mạng 3G không thể đáp ứng được.
Theo dòng phát triển…
Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa
phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi,
khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng. NTT DoCoMo
xem 4G như là một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G. Quan điểm này
được xem như là một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế
bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s. Với cách nhìn nhận này thì
4G sẽ chính là mạng 3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m. Nhìn chung đây cũng
là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc.
Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không
hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào. Ví dụ ở châu Âu, 4G được
xem như là khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với
Đồ án tốt nghiệp Trang vii

khả năng kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau và khả
năng chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng
một cách tối ưu nhất. Quan điểm này được xem như là “quan điểm liên đới”. Do đó,
khái niệm “ABC-Always Best Connected” (luôn được kết nối tốt nhất) luôn được
xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G. Định nghĩa này được
nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp
nhận nhất hiện nay. Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di
động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010-2015 như là một mạng vô tuyến
băng rộng tốc độ siêu cao. Ở Việt Nam , hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để
tiến lên 4G không còn xa nữa. Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt
Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch
vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ tiền 4G
đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á.

Đồ án nghiên cứu về Công nghệ 4G LTE là công nghệ còn mới mẻ và phù
hợp với thực trạng hiện nay của Việt Nam.
Nội dung của đồ án bao gồm 3 phần :
Phần A : Giới thiệu
Phần B : Nội dung
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan
về mạng 4G
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
Chương 3 : Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng cho TP. HCM
Chương 4 : Mô phỏng
Phần C : Phụ lục và tài liệu tham khảo
Trong quá trình thực hiện đề tài, người thực hiện có những hạn chế về khả
năng và còn nhiều sai sót , rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè .
Đồ án tốt nghiệp Trang viii

MỤC LỤC
PHẦN A : GIỚI THIỆU
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ................................................................................ ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .....................................................iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................ iv
MỤC LỤC ........................................................................................................... viii
MỤC LỤC HÌNH .................................................................................................. xii
MỤC LỤC BẢNG................................................................................................. xv
PHẦN B : NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG
QUAN VỀ MẠNG 4G ............................................................................................ 1
1. 1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động .................................................. 1
1. 1. 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) ............................................... 2

1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) ............................................... 3
1. 1. 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ............................................... 6
1. 1. 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) ............................................... 7
1. 2 Tổng quan về mạng 4G [12] .......................................................................... 8
1. 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G ....................................................................... 10
1. 3. 1 Ưu điểm nổi bật.................................................................................... 11
1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G ...................... 11
CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN .... 14
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE........................................................................ 14
2.2 Cấu trúc của LTE [1] .................................................................................... 24
Đồ án tốt nghiệp Trang ix

2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN .............................................................. 29
2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) [2] ....................................................... 31
2.5 Một số đặc tính của kênh truyền .................................................................. 34
2.5.1 Trải trễ đa đường .................................................................................... 34
2.5.2 Các loại fading ....................................................................................... 34
2.5.3 Dịch tần Doppler .................................................................................... 35
2.5.4 Nhiễu MAI đối với LTE ......................................................................... 35
2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE .................................................................. 36
2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM [1] .................. 36
2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA [1] ......................................................................... 46
2.6.3 Kỹ thuật MIMO [1] ................................................................................ 48
2.6.4 Mã hóa Turbo [18] ................................................................................ 50
2.6.5 Thích ứng đường truyền [18] ................................................................. 51
2.6.6 Lập biểu phụ thuộc kênh [18] ................................................................ 52
2.6.7 HARQ với kết hợp mềm [18] ................................................................ 52
2.7 Chuyển giao ................................................................................................ 53
2.7.1 Mục đích chuyển giao ............................................................................ 53

2.7.2 Trình tự chuyển giao ............................................................................. 54
2.7.3 Các loại chuyển giao ............................................................................. 56
2.7.4 Chuyển giao đối với LTE [3] ................................................................ 59
2.8 Điều khiển công suất [3] .............................................................................. 60
2.8.1 Điều khiển công suất vòng hở [8] ........................................................... 61
2.8.2 Điều khiển công suất vòng kín [8] .......................................................... 62
CHƯƠNG 3 : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM ..... 65
3. 1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ............................................. 65
Đồ án tốt nghiệp Trang x

3. 2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ ..................................................... 66
3. 2. 1 Dự báo lưu lượng ................................................................................. 66
3. 2. 2 Phân tích vùng phủ ............................................................................... 67
3. 3 Quy hoạch chi tiết ....................................................................................... 67
3. 3. 1 Quy hoạch vùng phủ ............................................................................ 67
3. 3. 1. 1 Quỹ đường truyền [2] .................................................................... 68
3. 3. 1. 2 Các mô hình truyền sóng ............................................................... 77
3. 3. 1. 3 Tính bán kính cell ........................................................................ 83
3. 3. 2 Quy hoạch dung lượng ......................................................................... 85
3. 4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh ................................................................. 90
3.5 Tối ưu mạng ................................................................................................. 91
3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE [7] ......................................... 92
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ................................................................................... 95
4.1 Các lưu đồ .................................................................................................... 95
4.2 Quy hoạch mạng LTE .................................................................................. 96
4.2.1 Quy hoạch vùng phủ .............................................................................. 97
4.2.1.1 Quỹ đường truyền ............................................................................ 97
4.2.1.2 Các mô hình truyền sóng ................................................................. 98
4.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ ...................................................................... 100

4.2.2 Quy hoạch dung lượng của LTE .......................................................... 100
4.2.3 Tối ưu số trạm ..................................................................................... 102
4.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA .............................................. 103
4.3. Chuyển giao và Điều khiển công suất ........................................................ 105
4.3.1 Giao diện chính .................................................................................... 105
4.3.2 Điều khiển công suất ............................................................................ 106
Đồ án tốt nghiệp Trang xi

4.3.3 Chuyển giao ........................................................................................ 109
4.3.3.1 Trường hợp chuyển giao thành công .............................................. 110
4.3.3.2 Trường hợp chuyển giao bị rớt ....................................................... 111
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..................................... 113
PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1 : CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... 114
PHỤ LỤC 2 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ........................................................... 119
CHƯƠNG TRÌNH .............................................................................................. 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 122
Đồ án tốt nghiệp Trang xii

MỤC LỤC HÌNH
Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE ................................................ 24
Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE ....................................................................... 25
Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP ........................................... 27
Hình 2.4 : Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP .......... 28
Hình 2.6: Giao thức của UTRAN .......................................................................... 31
Hình 2.7: Giao thức của E-UTRAN ....................................................................... 32
Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP ............................. 32

Hình 2.9 : Truyền đơn sóng mang.......................................................................... 36
Hình 2.10 : Nguyên lý của FDMA ......................................................................... 36
Hình 2.11 : Nguyên lý đa sóng mang ..................................................................... 36
Hình 2.12 : So sánh phổ tần của OFDM với FDMA .............................................. 37
Hình 2.13 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM ................................................... 37
Hình 2.14 : Các sóng mang trực giao với nhau ...................................................... 38
Hình 2.15 : Biến đổi FFT ....................................................................................... 39
Hình 2.16 : Thu phát OFDM ................................................................................. 39
Hình 2.17: Chuỗi bảo vệ GI .................................................................................. 40
Hình 2.18 Tác dụng của chuỗi bảo vệ ................................................................... 41
Hình 2.19 Sóng mang con OFDMA....................................................................... 42
Hình 2.20 OFDM và OFDMA ............................................................................... 42
Hình 2.21 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE ...................................... 43
Hình 2.22 : Cấu trúc của một khối tài nguyên ........................................................ 44
Hình 2.23 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo ....................................................... 45
Hình 2.24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM ............................................... 45
Đồ án tốt nghiệp Trang xiii

Hình 2.25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau ......................................................... 46
Hình 2.26: OFDMA và SC-FDMA ........................................................................ 47
Hình 2.28 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO ...................................................... 49
Hình 2.29: Ghép kênh không gian ......................................................................... 50
Hình 2.30 Điều chế thích nghi .............................................................................. 51
Hình 2.31: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao ................................ 55
Hình 2.32 : Chuyển giao mềm ............................................................................... 57
Hình 2.33 : Chuyển giao mềm - mềm hơn ............................................................. 58
Hình 2.34 : Chuyển giao cứng ............................................................................... 58
Hình 2.35: Các loại chuyển giao ............................................................................ 59

Hình 2.36: Điều khiển công suất vòng hở .............................................................. 62
Hình 2.37: Điều khiển công suất vòng kín ............................................................. 63
Hình 3. 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ........................................ 65
Hình 3. 2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami ........................................ 79
Hình 3. 3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình .............. 88
Hình 4.1 : Lưu đồ phần mô phỏng quy hoạch LTE ................................................ 95
Hình 4.2 : Lưu đồ phần chuyển giao và điều khiển công suất ................................ 96
Hình 4.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE .................................................... 96
Hình 4.4: Quỹ đường truyền của LTE.................................................................... 97
Hình 4.5 Môi trường truyền sóng trong nhà ........................................................... 98
Hình 4.6 : Môi trường truyền sóng ngoài trời ........................................................ 99
Hình 4.7: Môi trường xe cộ ................................................................................... 99
Hình 4.8: Quy hoạch vùng phủ LTE .................................................................... 100
Hình 4.9 : Quy hoạc dung lượng LTE .................................................................. 101
Hình 4.10: Tính toán tốc độ đỉnh ......................................................................... 102
Đồ án tốt nghiệp Trang xiv

Hình 4.11: Tối ưu số trạm .................................................................................... 102
Hình 4.12 : So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA ........................ 103
Hình 4.13: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA .................... 103
Hình 4.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA ............................................ 104
Hình 4.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển công suất.......................... 105
Hình 4.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển công suất ............................................... 106
Hình 4.17: Điều khiển công suất ở LTE ............................................................... 107
Hình 4.18: Nhập liệu của WCDMA ..................................................................... 108
Hình 4.19: So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA .......................... 109
Hình 4.20: Trường hợp chuyển giao thành công .................................................. 110
Hình 4.21: Trường hợp chuyển giao bị rớt ........................................................... 111

Đồ án tốt nghiệp Trang xv

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE ................................................................. 17
Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp .............................................................. 18
Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE .......................................... 19
Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE .................................................. 21
Bảng 2.5 : Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền ................................... 43
Bảng 3. 1 :Ví dụ về quỹ đường lên của LTE .......................................................... 71
Bảng 3. 2 : Ví dụ của quỹ đường xuống LTE ......................................................... 73
Bảng 3. 3 : So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống ................................... 74
Bảng 3. 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống ......................... 75
Bảng 3. 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng .............................. 85
Bảng 3. 6 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông ........ 86
Bảng 3. 7 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền[4]
.............................................................................................................................. 88
Bảng 3.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM [11] ................................ 90
Bảng 3.9 Các lớp công suất của UE [10] ............................................................... 93

PHẦN B
NỘI DUNG

Đồ án tốt nghiệp Trang 1
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G
Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã
hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và
thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho
đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ
di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4.
Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống
thông tin di động và tổng quan về mạng 4G.
1. 1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động
Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về
thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động
sau này. Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST
Louis, bang Missouri của Mỹ.
Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến
lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động đã
cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được.

Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp
được các vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung
lượng.

Đồ án tốt nghiệp Trang 2
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Hình 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào
1. 1. 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G)
Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất
(1G), sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Với
FDMA, người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong
lĩnh vực tần số. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh
tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
1. 1. 1. 1 Đặc điểm
Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong
cell.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
1. 1. 1. 2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy
nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung

lượng và tốc độ. Nó bao gồm các hạn chế sau :
Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
Đồ án tốt nghiệp Trang 3
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi
trường fading đa tia.
Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng.
Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho
thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác.
Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
 Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ
thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu
điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện
hệ thống thông tin di động thế hệ 2.
1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G)
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời
gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM.
Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc
đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Hệ
thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ
thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ
bổ sung khác. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ
năm 1993, hiện nay đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai
mạng thông tin di động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số.
Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:
Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA):
phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau.

Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục
vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.

Đồ án tốt nghiệp Trang 4
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

1. 1. 2. 1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:
Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia
thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên
lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung. Tin
tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các
bit đồng bộ và các bit dữ liệu. Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền
dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số.
Các đặc điểm của TDMA
- TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước
và phân phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát các
cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong phương pháp
phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó
tăng được hiệu suất sử dụng mạch.
- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa
giữa các kênh kế cận giảm đáng kể.
- TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua
việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để
tránh trùng lặp tín hiệu. Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do
truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu.
1. 1. 2. 2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần.
Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các tín hiệu
của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin di động
CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng

kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau.
Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh
này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN.
Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng
thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán. Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu
Đồ án tốt nghiệp Trang 5
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các users trong một
hệ thống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời. Mỗi
user có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là trực giao với các
từ mã khác. Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín
hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó. Tất cả các mã khác được xem như
là nhiễu. Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở
máy phát. Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập mà không cần biết các thông tin
của máy khác.
Đặc điểm của CDMA
- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất
nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA.
- Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền
dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển
giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.
- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4
đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử dụng
dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn,
chuyển vùng linh hoạt. Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan
tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh.
- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và

FDMA. Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng
thêm khi tất cả các kênh bị chiếm.
- Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin
di động tế bào. Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin
của người sử dụng là 8-13 kbps.
Đồ án tốt nghiệp Trang 6
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

1. 1. 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)
Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai
đoạn trung gian là thế hệ 2, 5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe
hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ
tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa
vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ
thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả
năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin
di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ
thống thông tin di động băng rộng.
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được
đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và
đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000. Các hệ thống này
đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế
giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của
các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như:
GSM, IS-136.
CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng
công nghệ CDMA: IS-95.
Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3
Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào

phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng
cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2.
Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:
- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.

- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
Đồ án tốt nghiệp Trang 7
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
 Đường lên : 1885-2025 MHz.
 Đường xuống : 2110-2200 MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
 Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
 Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường,
trên xe, vệ tinh.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
 Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ
sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
 Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu
chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
1. 1. 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là
thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4
là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ
tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps. Công nghệ 4G được hiểu

là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT
DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di
chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên
hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương
tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ
cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.

94512006-DATN-Quy-hoach-mang-4G-LTE

Trích đoạn

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về