Kiến trúc và định hướng ứng dụng lte tại việt nam trong tương lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI





LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử
Mã ngành: 60520203




KIẾN TRÚC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LTE TẠI
VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI






HỌC VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN HỮU BẰNG
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN THÚY ANH

Hà Nội, 10/2013

i

LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm gần ñây, thông tin di ñộng ñã ñạt ñược những thành tựu to
lớn. Nhờ sự phát triển vượt bậc ñó, giúp người sử dụng ñàm thoại mọi lúc, mọi nơi
trong vùng phủ sóng, ngay cả những khi di chuyển. Thông tin di ñộng ñã ñáp ứng
ñược nhiều nhu cầu tiện ích cũng như cần thiết của con người như: dịch vụ tin nhắn,
dịch vụ truyền dữ liệu tốc ñộ cao… do vậy hệ thống thông tin di ñộng phải càng
ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn ñể ñáp ứng ñược với những nhu cầu ñó.
Cho ñến ngày nay, hệ thống thông tin di ñộng ñã trải qua nhiều thế hệ. mỗi
một thế hệ là một bước ñột phá lớn trong thông tin di ñộng. Đầu những thập kỉ 70,
hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ nhất ra ñời, dự trên công nghệ tương tự. ñến
những năm 80 trở ñi, ñó là sự ra ñời của thế hệ di ñộng và sự phát triển ñó ña thúc
ñẩy sự ra ñời của thế hệ thứ 3, thứ 4. Và ñến ñầu thế kỉ 21 (vào khoảng năm 2002)
hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba (3G) ñã ñược triển khai và ñưa vào sử dụng
phục vụ nhu cầu của của người.Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di ñộng 3G ñã ñược
cấp phép vào năm 2009 cho các nhà mạng lớn như Vinaphone, Mobifone, Viettel,
… Hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ tư (4G) ñã ñược các hang viễn thông lớn
trên thế giới, Hiệp hội viễn thông quốc tế - ITU, diễn ñàn Mobile IT (mITF –
mobile IT forum) nghiên cứu và chuẩn hóa. Cho ñến nay ñã có hơn 40 quốc gia
triển khai và ñưa vào sử dụng. “Năm 2015 là thời ñiểm hợp lý ñể Việt Nam bắt ñầu
cấp phép ñể triển khai 4G, cả về mặt công nghệ cũng như thị trường. Vì thế, theo
ông Thiều Phương Nam – TGĐ Qualcomm Việt Nam, Lào, Campuchia, cho rằng:
Việt Nam nên nhanh chóng quy hoạch băng tần 2.300-2.500 MHz ñể mở ñường

triển khai mạng 4G”(báo ñiện tử Dantri.com.vn). Sự xuất hiện của hệ thống thông
tin di ñộng thế hệ thứ tư, ñã tạo ra sự bùng nổ trong ngành công nghệ thông tin di
ñộng nói riêng hay trong Viễn thông nói chung.

ii

MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
DANH MỤC HÌNH vi
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG viii
MỞ ĐẦU 1
1. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 1
2. TỔ CHỨC CỦA LUẬN VĂN 1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG 3
1.1 TOÀN CẢNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3
1.2 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di ñộng 5
1.3 Các thế hệ thông tin di ñộng. 7
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 9
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 9
2.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ 4G 11
2.2.1 Hỗ trợ lưu lượng IP 11
2.2.2 Hỗ trợ tính di ñộng tốt 11
2.2.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau 11
2.2.4 Không cần liên kết ñiều khiển 12
2.2.5 Hỗ trợ bảo mật ñầu cuối – ñầu cuối 13
2.3 MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G 14

2.3.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu 14
2.3.1.1 Miền tham chiếu dịch vụ và ứng dụng 14
2.3.1.2 Miền nền tảng dịch vụ 15
2.3.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói 15
2.3.1.4 Miền truy cập vô tuyến 15
2.3.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tảng dịch vụ 17

iii

2.3.2.1 Sự thuận tiện cho người sử dụng 19
2.3.2.2 Các dịch vụ tiên tiến 21
2.3.2.3 Quản lý hệ thống 23
2.3.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng của hệ thống 24
2.3.3.2 Ví dụ ñiển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến 24
2.4 CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG 4G 27
2.4.1 Kỹ thuật truyền dẫn dung lượng lớn, tốc ñộ cao 27
2.4.1.1 Các kỹ thuật ña truy nhập (Multiple Access Techniques) 27
2.4.1.2 Các kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều hiệu suất cao 32
2.4.1.3 Kỹ thuật ña sóng mang 36
2.4.1.4 Kỹ thuật antenna dẫy thích nghi tiên tiến 39
2.4.1.5 Kỹ thuật ghép kênh tiên tiến 45
2.4.2 Kỹ thuật không dây ña hệ thống (Multi-System Wiretess Techniques) 47
2.4.2.1 Khả năng cấu hình tại End – to – End (E2R: End – to – End
Reconfigurability) 48
2.4.2.2 Kỹ thuật sóng vô tuyến ñược ñịnh nghĩa mềm (SDR – Software Difined
Radio) 49
2.4.3 Điều khiển chuyển giao/Tính di ñộng 52
2.4.3.1 Kỹ thuật chuyển giao liên tục 53
2.4.3.2 Kỹ thuật ñiều khiển tính di ñộng 54
2.4.3.3 Tính di ñộng mạng NEMO (Network Mobility 57

CHƯƠNG III: KIẾN TRÚC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LTE TẠI VIỆT
NAM TRONG TƯƠNG LAI. 60
3.1 HIỆN TRẠNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CỦA VIỆT NAM VÀ THẾ
GIỚI 60
3.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE 63
3.3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE 65
3.3.1 RLC: radio link control – ñiều khiển liên kết vô tuyến 67
3.3.2 MAC: ñiều khiển truy nhập môi trường (medium access control) 69
3.3.2.1 Kênh logic và kênh truyền tải (logical channels and transport channels) 69

iv

3.3.2.2 Hoạch ñịnh ñường xuống 73
3.3.2.3 Hoạch ñịnh ñường lên 76
3.3.2.4 Hybrid ARQ 79
3.3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý 83
3.3.4 Các trạng thái LTE 86
3.3.5 Luồng dữ liệu 88
3.4 ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G Ở VIỆT NAM 89
KẾT LUẬN 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các thế hệ thông tin di ñộng và ñặc ñiểm công nghệ 8
Bảng 2.1: Các tham số lập mã và ñiều chế 35
Bảng 2.2: Tham số mô phỏng 36

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống di ñộng 6
Hình 2.2: Mô hình tham chiếu của hệ thống thông tin di ñộng 4G 16
Hình 2.3 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ 19
Hình 2.4: Mô hình tham chiếu nền tăng dịch vụ: tiện nghi người dùng 21
Hình 2.5: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Các dịch vụ tiên tiến 22
Hình 2.6: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Quản lý hệ thống 23
Hình 2.7 Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô tuyến mới 25
Hình 2.8: Ví dụ về cấu hình chức năng các nút/các thiết bị ñầu cuối 26
Hình 2.9: Cơ bản về SCS-MC-CDMA 28
Hình 2.10: Cấu trúc tế bào tối ưu của SCS-MC-CMDA 30
Hình 2.11: Phân bổ kênh con 31
Hình 2.12: Điều chế thích nghi sóng mang con 33
Hình 2.13: Lươc ñồ ñiều chế OFDM tốc ñộ lập mã có thể biến ñổi 34
Hình 2.14 Sơ ñồ FH-OFDM 37
Hình 2.15 Cấu hình hệ thống 38
Hình 2.16: Nguyên lý của AAA 41
Hình 2.17: Độ tăng ích của AAA 42
Hình 2.18: Định hình búp sóng 43
Hình 2.19: Thuật toán theo dõi búp sóng 44
Hình 2.20: SVD based MIMO 46
Hình 2.21 Cấu hình cơ bản của thiết bị SDR 50
Hình 2.22 Mô hình tham chiếu IEEE 802.21 53
Hình 2.23: IPv6 di dộng 55
Hình 2.24: Chuyển giao nhanh cho IPv6 di ñộng 56
Hình 2. 25. Điều khiển tính di ñộng mạng NEMO 58
Hình 2.26. Mạng cá nhân PAN (Personal Area Network) 59

Hình 3.27 Thị phần thuê bao dịch vụ di ñộng 62
Hình 3.28 Doanh thu dịch vụ di ñộng 62

vii

Hình 3.29 Tổng doanh thu của hệ thống thông tin di ñộng 62
Hình 3.30 Kiến trúc của mạng LTE 64
Hình 3.31 Kiến trúc giao thức LTE (ñường xuống) 66
Hình 3.32 Phân ñoạn và hợp ñoạn RLC 68
Hình 3.33 Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn 72
Hình 3.34 Hoạch ñịnh phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số 74
Hình 3.35 Việc lựa chọn ñịnh dạng truyền dẫn trong ñường xuống (bên trái) và
ñường lên (bên phải) 77
Hình 3.36 Giao thức hybrid-ARQ ñồng bộ và không ñồng bộ. 80
Hình 3.37 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song. 81
Hình 3.38 Mô hình xử lý lớp vật lý ñơn giản cho DL-SCH 84
Hình 3.39 Mô hình xử lý lớp vật lý ñơn giản cho UL-SCH 85
Hình 3.40 Các trạng thái LTE 87
Hình 3.41 Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE 89
Hình 3.42 Kết nối mạng lõi cho tổng ñài MSS/TSS mạng Vinaphone 90
Hình 3.43 Mô hình hệ thống 4G 90

viii

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG

2G 2nd Generation Thế hệ 2
3G 3rd Generation Thế hệ 3
4G 4th Generation Thế hệ 4
AAA Adaptive Array Antenna ăngten dẫy thích nghi
AAA Authentication, Authorization Chứng thực, ủy quyền và
&Accounting thanh toán
AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ ñiện thoại di ñộng
tiên tiến
AR Access Router Bộ ñịnh tuyến truy cập
ARQ Automatic Repeat reQuest Kỹ thuật yêu cầu lặp tự ñộng
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế ñộ truyền dị bộ
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ ñiều khiển trạm gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
mã
CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng dư
CN Core Network Mạng lõi
CN Correspondent Node Nút trung gian
CNR Carrier-to-Noise-Ratio Tỉ số sóng mang trên tạp âm
CoA Care-of Address Địa chỉ tạm thời
CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư vòng
CTP Context Transfer Protocol Giao thức truyền ngữ cảnh
DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp

DSCDMA Direct Sequence CDMA CDMA Chuỗi trực tiếp
DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số
E2R End-to-End Reconfigurability Khả năng cấu hình lại từ ñầu

ix

Cuối ñến dầu cuối
EIRP Effective Isotropically Công suất phát xạ dẳng hướng
Radiated Power hiệu dụng
EV-DO Evolution Data Optimized Ghép song công phân chia theo
FDD Frequency Division Duplex Tần số
FEC Forward Error Correct Mã sửa lỗi trước
FDMA Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần
MultiAccess Số
FHOFDM Frequency Hopping Orthogonal Nhẩy tần
Frequency Division Multiple
Access
FMIPv6 Fast Mobile IPv6 IPv6 di ñộng nhanh
FMIPv6 Fast Handovers for Mobile IPv6 Chuyển giao nhanh cho IPv6
di ñộng
GPS Global Positioning System Hệ thống ñịnh vị toàn cầu
GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung
HA Home Agent Tác nhân nhà
HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest
HLR Home Location Register Thanh ghi ñịnh vị thường trú
HMIPv6 Hierarchical Mobile Internet IPv6 di ñộng có phân cấp
Protocol Version 6
HoA Home Address Địa chỉ thường trứ
HSDPA High Speed Downlink Packet Hệ thống truy nhập gói tốc ñộ cao
Access ñường xuống

HMI Human-Machine Interface Giao diện người– máy
IMT- 2000 International Mobile Thông tin di ñộng toàn cầu -
Telecommunication – 2000 2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thức Internet phiên bản 6
ITU International Telecommunication Liên minh Viễn thông Quốc tế

x

Union
MAC Medium Access Control Điều khiển thâm nhập môi
Trường
MAP Mobility Anchor Point Điểm treo di ñộng
MIH Media Independent Handover Chuyển giao ñộc lập phương tiện
MN Mobile Node Nút di ñộng
MNN Mobile Network Node Nút mạng di ñộng
MNP Mobile Network Prefix Tiền tố mạng di ñộng
MR Mobile Router Bộ ñịnh tuyến di ñộng
MS Mobile Station Trạm di ñộng
MSC Mobitily Service Center Trung tâm dịch vụ di ñộng
MIMO Multi Input – Multi Output Ăngten nhiều kênh vào –
Nhiều kênh ra
MCCDMA Multi Carrier CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã
ña sóng mang
NEMO Network Mobility Tính di ñộng mạng
NGN Next Genaration Network Mạng thế hệ sau
OSI Open Systems Interconnection Mô hình tương két các hệ
Thống mở
OFDM Orthononal Frequency Division Ghép kênh ña truy nhập phân
Multiplexing chia theo tần số trực giao

OFCDM Orthononal Frequency Code Ghép kênh ña truy nhập phân
Division Multiplexing chia theo mã tần số trực giao
PAN Persional Access Network Mạng truy nhập cá nhân
PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất ñỉnh trên công
Suất trung bình
PHS Personal Handyphone System Hệ thống ñiện thoại cá nhân
PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khóa chung
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RANAP Radio Access Network Phần ứng dụng mạng thâm

xi

Application Part nhập vô tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến
RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng con vô tuyến
RO Route Optimization Tối ưu hóa ñường ñi
RR Return Rout ability Khả năng dịnh tuyến ñường về
SDR Software Defined Radio Sóng vô tuyến ñịnh nghĩa
Mềm
SINR Signal to Interference and Tỉ số công suất tín hiệu trên
Noise Power Ratio nhiễu và tạp âm
SMS-SC SMS Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn
SMS Singular Value Decomposition
SVD based Multiple Input Multiple
Based Output
MIMO
TCP Transmission Control Protocol Giao thức ñiều khiển truyền
dẫn
TPC Transmission Power Control Điều khiển công suất truyền
dẫn

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di ñộng
Telecommunication System toàn cầu
UWB Ultra Wide band Băng tần cực rộng
WCDMA Wideband Code Division Đa truy nhập vô tuyến phân
Multiple Access chia theo mã băng rộng.
W-LAN Wireless - LAN Mạng cục bộ không dây

1

MỞ ĐẦU
1. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Nhu cầu trao ñổi dữ liệu, sử dụng ña dịch vụ, và giải trí … của cuộc sống
ngày càng tăng. Trước những nhu cầu ñó, các chuẩn của các hệ thống thông tin di
ñộng 3G ñến 4G ñã ñược nghiên cứu và phát triển. Năm 2006 ở Nhật Bản, hãng
viễn thông NTT DoCoMo ñã triển khai thành công và ñưa vào khai thác hệ thống
viễn thông 3.5G HSDPA (High Dpeed Downlink Ppacket Access). Hệ thống
HSDPA ñược mở rộng, phát triển từ hệ thống 3G (W – CDMA: Widebank Code
Division Multiple Access) cho tốc ñộ ñường xuống là 14Mbps, ñường lên 5.7 Mbps
(trên lý thuyết). còn với hệ thống 4G theo thử nghiệm mới nhất cho tốc ñộ 5Gbps ở
môi trường trong nhà, và 100Mbps ở môi trường ngoài trời trên ñối tượng chuyển
ñộng với vận tốc 250km/h.
Với sự bùng nổ về tốc ñộ của hệ thống di ñông, thì hệ thống 4G sẽ ñược ứng
dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Hệ thống 4G sẽ cung cấp nhiều
dịch vụ tiện ích như: Dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến, dịch vụ chăm sóc sức
khỏe, dịch vụ ñặt hang di ñộng, thương mại di ñộng, phòng chống thiên tai, và
nhiều dịch vụ khác…
Hiện nay, ở nước ta ñang tồn tại ñồng thời nhiều thế hệ của hệ thống di ñộng
như: 2G, 2.5G và 3G. Việc triển khai hệ thống 4G vẫn là vấn ñề trong tương lai.
Nhưng trước xu thế phát triển chung, ñặc biệt là công nghệ thông tin di ñộng, thì

việc nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống thông tin di ñộng thế hệ mới, thế hệ thứ tư
(4G) vẫn là cần thiết.
2. TỔ CHỨC CỦA LUẬN VĂN.
Luận văn ñược trình bầy làm ba chương:
Chương I, giới thiệu sơ lược về hệ thống thông tin di ñộng, lịch sử, lộ trình
phát triển và các thế hệ thông tin di ñộng.

2

Chương II, trình bày về hệ thống thông tin di ñộng 4G. Các ñặc ñiểm của hệ
thống thông tin di ñộng 4G, và mô hình tham chiếu của hệ thống. Ngoài ra, trong
chương này còn trình bày một số công nghệ ứng dụng trong hệ thống 4G. Ví dụ
như: Kỹ thuật truyễn dẫn dung lượng lớn, tốc ñộ cao, kỹ thuật không dây ña hệ
thống, hay ñiều khiển chuyển giao/tính hệ thống …
Chương III, trình bày về kiến trúc và ñịnh hướng ứng dụng LTE tại Việt
Nam trong tương lai. Trong chương này, trình bầy về hiện trạng mạng thông tin di
ñộng của Việt Nam và thế giới, và giới thiệu công nghệ LTE cũng như kiến trúc
giao diện vô tuyến LTE. Sau ñó ñề xuất triển khai hệ thống di ñộng 4G ở Việt Nam.


3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG
1.1 TOÀN CẢNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Thông tin di ñộng không ngừng phát triển và ngày càng ñòi hỏi các kỹ thuật
tiên tiến và công nghệ cao. Ý tưởng vè sự liên lạc tức thời mà không cần quan tâm
ñến khoảng cách là một trong những giấc mơ ñã có từ rất lâu của loài người. Đến
ngay nay, giấc mơ ñó ñã trở thành hiện thực nhờ sự giúp ñỡ của công nghệ và kỹ
thuật. Việc sử dụng sóng vô tuyến ñể truyền thông tin diễn ra vào cuối thế kỷ 19.

Kể từ ñó nó trở thành một công nghệ ñược ứng dụng rộng rãi trong thông tin quân
ñội và ngày nay là thông tin vô tuyến công cộng.
Sau nhiều năm phát triển, thông tin di ñộng ñã trải qua những giai ñoạn phát
triển quan trọng. Từ thế hệ thông tin di ñộng tương tự thế hệ thứ nhất ñến hệ thống
thông tin di ñộng thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di ñộng băng rộng thế hệ thứ ba
ñã và ñang ñược triển khai trên phạm vi toàn cầu. Hệ thống thông tin di ñộng ña
phương tiên thế hệ thứ tư ñang ñược nghiên cứu ñể hoàn thiện và ñang ñược thử
nghiệm ở một số nước trên thế giới. Dịch vụ của hệ thống thông tin di ñộng thứ
nhất và thứ hai chủ yếu là dịch vụ thoại; còn dịch vụ của hệ thống thông tin di ñộng
thứ ba và thứ tư phát triển về dịch vụ dữ liệu và ña phương tiện.
Các hệ thống thông tin di ñộng tế bào số hiện nay ñang ở giai ñoạn thế hệ thứ
hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba và ba cộng (3G và 3.5G). Để ñáp ứng các nhu cầu
ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di ñộng nên ngay từ ñầu những năm 90,
người ta ñã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba. Liên hiệp
Viễn thông Quốc tế, bộ phận vô tuyến (ITU-R) ñã thực hiện tiêu chuẩn hóa hệ
thống thông tin di ñộng toàn cầu IMT-2000. Ở Châu Âu, Viện tiêu chuẩn Viễn
thông Châu Âu (ETSI) ñã thực hiện tiêu chuẩn hóa phiên bản của hệ thống này với
tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống viễn
thông di ñộng toàn cầu). Hệ thống mới này làm việc ở dải tần 2GHz và cung cấp
nhiều loại dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại, số liệu tốc ñộ thấp hiện có ñến các

4

dịch vụ số liệu tốc ñộ cao, video, truyền thanh.Tốc ñộ cực ñại của người sử dụng có
thể lên tới 2Mbps. Tốc ñộ cực ñại này chỉ có ở các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ
với tốc ñộ 14.4Kbps sẽ ñược ñảm bảo cho thông tin di ñộng thông thường ở các ô
macro. Người ta cũng ñang nghiên cứu các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ tư
có tốc ñộ cho người sử dụng khoảng 2Gbps. Ở hệ thống di ñộng băng rộng (MBS),
thì các sóng mang sẽ ñược sử dụng ở các bước sóng mm, với ñộ rộng băng tần
64MHz và dự kiến sẽ nâng tốc ñộ của người sử dụng ñến STM-1.

Hiện nay, trên thế giới ở hầu hết các nước ñã triển khai hệ thống di ñộng thế
hệ thứ ba (3G). Theo thống kê của hãng Informa Telecom & Media và WCIS and
3G America, hiện nay có khoảng 181 hãng cung cấp dịch vụ trên khoảng 77 quốc
gia ñã ñưa vào khai thác dịch vụ các mạng di ñộng thế hệ thứ ba của mình. Với hệ
thống di ñộng 3.5G (HSDPA) thì có trên 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63 quốc
gia của hệ thống thông tin di ñộng 3.5G, hệ thống tiền 4G (Pre-4G) là WiMax cũng
ñã ñược triển khai và ñưa vào khai thác dịch vụ ở một số thành phố như London,
New York vào năm 2007. Ở Việt Nam cũng ñã thử nghiệm WiMax trong khoảng
thời gian từ 7/2006 ñến tháng 12/2006 tại tỉnh Lào Cai.
Ở nước ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói chung,
trong những năm gần ñây, thông tin di ñộng ra ñời như một tất yếu khách quan
nhằm ñáp ứng nhu cầu trao ñổi thông tin trong thời kỳ ñổi mới của ñất nước. Vào
thời kỳ ban ñầu, xuất hiệ một số mạng thông tin di ñộng như mạng nhắn tin ABC,
mạng nhắn tin toàn quốc… có tính chất thử nghiệm cho công nghệ thông tin di
ñộng. Sau ñó vào tháng 3/1993, mạng ñiện thoại di ñộng MobiFone sử dụng kỹ
thuật GSM ñược triển khai và chính thức ñưa vào sử dụng và hoạt ñộng, với các
thiết bị của hang ALCATEL. Tháng 6/1996, mạng Vinaphone ra ñời và cũng cung
cấp dịch vụ như Mobifone. Đến năm 2003, mạng S-Phone sử dụng công nghệ
CDMA của Saigon Postel ñưa vào khai thác. Đến năm 2004, Viettel chính thức ñưa
vào hoạt ñộng với công nghệ GSM. Cho ñến ngày nay, lần lượt các mạng viễn
thông khác như EVN telecom, Vietnammobile, G-Tel ñã ñưa vào khai thác tại Việt
Nam. (Hiện tại, EVN telecom ñã xác nhập cùng mạng viễn thông quân ñội Viettel).

5

1.2 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di ñộng.
Thời kỳ ñầu, khi mới triển khai, hệ thống di ñộng thế hệ thứ nhất mới chỉ
cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thoại. Nhưng nhu cầu về truyền số liệu tăng
lên, ñòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho mạng
và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng hiện có. Từ ñó,

các nhà khai thác ñã phải triển khai hệ thống di ñộng thứ hai (2G), hay thế hệ thứ
hai cộng (2.5G) ñể cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc ñộ cao hơn. Cùng với
internet, intranet ñang trở thành một trong những hoạt ñộng kinh doanh ngày càng
quan trọng. Một trong các hoạt ñộng này là xây dựng các công sở vô tuyến ñể kết
nối các cán bộ “di ñộng” với công sở, nhà máy hay xí nghiệp của họ. Ngoài ra, tiềm
năng to lớn ñối với các công nghệ mới là cung cấp trực tiếp tin tức và các thông tin
khác cho các thiết bị vô tuyến, sẽ tạo ra các nguồn lợi nhuận mới cho các nhà khai
thác. Do vậy, ñể ñáp ứng ñược các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình
ảnh, ñồng thời ñảm bảo tính tinh tế thì hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ hai
(GSM, PDC, IS-136 và cdmaOne) ñã từng bước chuyển ñổi sang hệ thống thông tin
di ñộng thế hệ thứ ba. Khi mà nhu cầu về các dịch vụ ña phương tiện chất lượng cao
tăng nhanh, mà tốc ñộ của hệ thống 3G hiện tại không ñáp ứng ñược. Nên các tổ
chức viễn thông trên thế giới ñã nghiên cứu và chuẩn hóa hệ thống di ñộng thế hệ
thứ tư (4G).
Lộ trình phát triển của thông tin di ñộng thế hệ thứ tư ñược mô phỏng ở hình 1.1.

6


Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống di ñộng

Trong ñó:
- TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy
nhập tổng thể
- NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống ñiện thoại di ñộng Bắc
Âu băng tần 900MHz
- AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ ñiện thoại di ñộng tiên
tiến.
- SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di ñộng chuyên dụng.
- GSM (900, 1800, 1900) (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di

ñộng toàn cầu băng tần (900, 1800, 1900).
- IS-136 (Interim Standard – 136): Tiêu chuẩn thông tin di ñộng TDMA cải
tiến do AT&T ñề xuất.
- IS-95 (CDMA) (Interim Standard – 95 CDMA): Tiêu chuẩn thông tin di
ñộng CDMA cải tiến của Bắc Mỹ, do Qualcomm ñề xuất.
- GPRS (Genneral Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung.

7


- EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những số liệu tăng
cường ñể phát triển GSM.
- Cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai ñoạn 1.
- WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.
- Cdma2000 Mx: Hệ thống cdma2000 giai ñoạn 2.
- HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống di ñộng truy nhập gói tốc ñộ
cao.
+ HSDPA (High Speed Downlink Packet Access: Hệ thống truy cập gói
ñường xuống tốc ñộ cao.
+ HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói ñường
lên tốc ñộ cao.
+ HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy cập gói
OFDM tốc ñộ cao.
- Pre-4G: Các hệ thống tiền 4G, gồm các gói WiMax và WiBro
- WiMax: Worldwide Interoperabiliti for Microwave Access
- WiBro (Wireless Broadband System): Hệ thống băng rộng không dây.
1.3 Các thế hệ thông tin di ñộng.
Bảng 1.1 trình bày sơ lược về các thế hệ thông tin di ñộng và một số nét
chính về công nghệ từ thế hệ thứ nhất (1G) ñến nay, thế hệ thứ tư (4G)

8


Bảng 1.1: Các thế hệ thông tin di ñộng và ñặc ñiểm công nghệ

Thế hệ
thông tin di
ñộng
Hệ thống
Dịch vụ chung Chú thích
Thế hệ thứ
nhất: 1G
AMPS,
TACS, NMT
Thoại FDMA, tương tự
Thế hệ thứ
hai: 2G
GSM, IS-136,
IS-95
Chủ yếu cho thoại
và kết hợp với bản
tin ngắn
TDMA hoặc CDMA, công nghệ số
băng hẹp (8 – 13Kbps)
Thế hệ thứ

hai cộng:
2.5G
GPRS,
EDGE,
cdma2000 1x
Chủ yếu vẫn là
thoại, dịch vụ gói
tốc ñộ thấp và trung
bình
TDMA (kết hợp nhiều khe thời
gian hoặc tần số) hoặc CDMA sử
dụng phổ chồng lên phổ tần của hệ
thống 2G, tăng cường truyền số
liệu gói, tốc ñộ tối ña ñạt 144kbps.
Thế hệ thứ
ba:3G
cdma2000 1x
EV DO/DV,
cdma2000,
WCDMA
Truyền dẫn thoại và
dịch vụ số liệu ña
phương tiện
CDAM, CDMA/TDMA, băng
rộng. Riêng cdma2000 1x EV sử
dụng phổ chồng lên phổ của hệ
thống 2G. Tốc ñộ tối ña ñường
xuống 2Mbps, ñường lên 384kbps.
Thế hệ thứ
ba cộng:

3.5G
HSDPA
HSUPA
HSOPA
Tích hợp thoại và
dịch vụ ña phương
tiện tốc ñộ cao.
Phát triển từ 3G, CDMA/HS-
DSCH.
HSDPA cho tốc ñộ ñường xuống
tối ña ñạt 14.4Mbps,
HSUPA có tốc ñộ ñường lên ñạt tối
ña 5.7Mbps.
HSOPA cho tốc ñộ
downlink/uplink tối ña
200Mbps/100Mbps.
Thế hệ thứ
tư: 4G
4G
Tích hợp thoại, số
liệu, ña phương tiện
tốc ñộ cực cao.
OFDM, MC/DS-CDMA tốc ñộ tối
ña ở môi trường trong nhà ñạt
5Gbps, và 100Gbps ở ngoài trời
trên ñối tượng chuyển ñộng
250km/h

9

CHƯƠNG II. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G.
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Hệ thống di ñộng thế hệ thứ tư (4G) dự kiến sẽ ñưa vào sử dụng, khai thác
vào khoảng năm 2012. Với sự ñột phá về tốc ñộ và dung lượng, hệ thống di ñộng
4G sẽ cung cấp những dịch vụ sâu hơn vào ñời sống sinh hoạt thường nhật, công
việc, cũng như có sự tác ñộng lớn ñối với cuộc sống của chúng ta trong tương lai
gần. Cụ thể hơn trong từng khía cạnh của cuộc sống như:
- Trong giáo dục, nghệ thuật, văn hóa, khoa học
Nhờ có sự ưu việt của hệ thống 4G, sự tiên tiến của thiết bị ñầu cuối, học
sinh, sinh viên, các nhà nghiên cứu khoa học có thể trao ñổi thông tin, hình ảnh,
thoại và các thông tin cần thiết cho việc học tập, nghiên cứu mà không có rào cản
nào về khoảng cách cũng như ngôn ngữ. Thiết bị ñầu cuối của hệ thống 4G (ñiện
thoại cầm tay, ñồng hồ ñeo tay …) có tích hợp camera, có chức năng thông dịch
ngôn ngữ tự ñộng giúp họ trao ñổi thông tin trực tiếp. Học sinh sinh viên có thể
nhận sự chỉ giúp cần thiết của giáo viên từ xa …
- Giải trí
Hệ thống di ñộng 4G ñược sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi, âm
nhạc, video. Những trò chơi hình ảnh ñộng có thể ñược truy cập ở bất cứ nơi nào
trên hệ thống. Nhưng nội dung phong phú và ña dạng về nhạc và phim trong hệ
thống có thể tải mọi lúc mọi nơi.
- Truyền thông hình ảnh
Hệ thống di ñộng 4G cũng ñược ứng dụng trong việc trao ñổi thông tin giữa
các ñiểm cách xa nhau. Một ñoạn phim của một sự kiện thể thao, giải trí có thể gửi
bởi máy quay gắn trên một máy thu phát cầm tay và ñược gửi ñi tức thời cho các
thành viên khác trong gia ñình ở xa, hoặc ở nước ngoài.
- Thương mại ñiện tử, di ñộng

10
Hệ thống thông tin di ñộng 4G ñược ứng dụng trao ñổi và thỏa thuận mua
bán hàng hóa. Bằng cách ñơn giản là giữ thiết bị cầm tay theo tấm quảng cáo hoặc

trên tạp trí, người sử dụng có thể thu ñược những thông tin liên quan về sản phẩm,
từ ñó có thể ñặt hàng và thanh toán thông qua thiết bị di ñộng cầm tay.
- Cuộc sống thường nhật
Công nghệ sác thực cá nhân tiên tiến cho phép người sử dụng mua các hàng
hóa ñắt tiền một cách an toàn và thanh toán bằng tài khoản thông qua mạng di ñộng.
Dữ liệu ñược tải từ các thiết bị di ñộng có thể ñược sử dụng như là thẻ thanh toán,
thẻ ra vào, thẻ thành viên … thay cho các thẻ cá nhân: thẻ ngân hàng (ATM, Visa
card …), thẻ ra vào công ty, hộ chiếu (PassPort) … Các dịch vụ di ñộng cũng ñược
sử dụng trong nhiều trường hợp của cuộc sống. Ví dụ như tải chương trình tivi trên
các máy chủ ñặt tại gia ñình lên thiết bị di ñộng ñể xem chúng khi ñi ra ngoài, hay
sử dụng thiết bị cầm tay di ñộng ñể ñiều khiển Robot từ xa …
- Y tế và chăm sóc sức khỏe
Công nghệ di ñộng 4G ñược sử dụng trong y tế và chăm sóc sức khỏe.
Những dữ liệu về sức khỏe có thể tự ñộng gửi ñến bệnh viện theo thời gian từ các
thiết bị di ñộng mang theo trên người của bệnh nhân, nhờ ñó bác sỹ có thể thực hiện
việc kiểm tra sức khỏe hoặc xử lý các trường hợp khẩn cấp.
- Điều trị tình trạng khẩn cấp
Phương tiện truyền thông di ñộng ñược sử dụng cấp cứu khẩn cấp ngay sau
khi tai nạn xảy ra. Vị trí của vụ tai nạn sẽ ñược thông báo tự ñộng bằng cách sử
dụng thông tin ñịnh vị, khi ñó bác sỹ tại trung tâm y tế ñưa ra các chỉ dẫn sơ cứu
cho bệnh nhân thông qua việc quan sát bệnh nhân trên màn hình. Các dữ liệu sơ cứu
cũng ñược truyền ngay lập tức ñến các xe cứu thương hoặc bệnh viện thông qua
mạng di ñộng.
- Ứng dụng trong thảm họa thiên tai
Hệ thống thông tin di ñộng ñóng vai trò là thiết bị thông tin quan trọng trong
trường hợp xảy ra thảm họa, thiên tai, cho phép truyền ñi hình ảnh thực trạng của

11
các khu vực xảy ra thảm họa. Do ñó tại những nơi xảy ra thảm họa không diễn ra,
tất cả các lãnh ñạo chính phủ, các nhà quản lý, các phương tiện truyền thông ñại

chúng và người dân nói chung có thể chia sẻ thông tin.
2.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ 4G
Hệ thống thông tin di ñộng 4G ñã, ñang và sẽ phát triển mạnh mẽ cả về chất
cũng như lượng trên toàn thế giới. Ta xét một số ñặc ñiểm công nghệ cơ bản cho sự
phát triển ấy của hệ thống 4G như sau:
2.2.1 Hỗ trợ lưu lượng IP
Sự xuật hiện của dịch vụ VoIP ñã cho thấy việc truyền thoại có thể dễ dàng
thực hiện qua mạng IP chuyển mạch gói, mặc dù vẫn có khó khăn về trễ ñầu cuối –
ñầu cuối do triển khai trên cơ sở hạ tầng hiện tại. Kiến trúc mạng 4G ñược xây dựng
với mục tiêu chính là cung cấp dịch vụ IP chất lượng cao, khả năng xử lý lưu lượng
thoại và các lưu lượng thời gian thực sẽ chỉ là mục tiêu thứ yếu. Việc cung cấp các
dịch vụ có chất lượng theo yêu cầu qua mạng vô tuyến là thử thách lơn ñối với các
hệ thống 4G.
2.2.2 Hỗ trợ tính di ñộng tốt
Trong các hệ thống 4G, người dùng sẽ di ñộng trong một vùng có phạm vi
ñáng kể và giao tiếp thông qua các thiết bị ñầu cuối vô tuyến. Người dùng phải có
khả năng liên lạc bằng một số nhận dạng duy nhất. Như vậy, cách ñể ánh xạ từ số
nhận dạng này thành một ñịa chỉ mà các gói tin ñược ñịnh tuyến ñến. Việc ánh xạ
ñịa chỉ này chắc chắn phải do người dùng ñiều khiển vì chỉ người dùng mới có thể
thay ñổi ñịa chỉ ñích và ñiều chỉnh truy nhập của người gọi. Trong trường hợp
ñường truyền từ nguồn tới ñích ñi qua nhiều vùng mạng khác nhau thì sẽ không tiện
lợi nếu ánh xạ này chỉ liên hệ với một nhà ñiều hành mạng duy nhất. Mạng 4G phải
có một phương tiện phù hợp ñể nhận dạng người dùng và cho phép người dùng ñiều
khiển số nhận dạng và thực hiện ánh xạ một cách hiệu quả tới một ñiểm ñích chung.
2.2.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau

12
Các thế hệ di ñộng 1G, 2G và 3G sử dụng phổ tần dành riêng co mạng di
ñộng mặt ñất và ñược cấp phép bởi một số ít các nhà ñiều hành mạng ở mỗi nước.
Sự không thống nhất về thời gian cũng như cách thức cấp phát phổ tần ñã dẫn ñến

nhu cầu cần ñiện thoại ña mode có khả năng hoạt ñộng ở nhiều dải tần khác nhau.
Trong các hệ thống 4G ñã sử dụng nhiều truy nhập vô tuyến khác nhau. Xu
hướng hiện nay là sử dụng phổ tần trong băng tần không cần cấp phép ISM. Công
nghệ Bluetooth (mới ñược IEEE chuẩn hóa thành tiêu chuẩn 802.15.1) ñược dùng
như là công nghệ cho mạng cá nhân vô tuyến WPAN. Tiêu chuẩn IEEE 802.11b
ñược dùng cho mạng nội hạt vô tuyến WLAN cũng ở dải tần này. Các công nghệ
này ñược sử dụng ngày càng rộng dãi ñể cung cấp các dịch vụ băng rộng cho người
dùng trong khuôn viên tòa nhà văn phòng, trường ñại học hoặc ở các khu trung tâm.
Ngoài ra còn các phiên bản khác của tiêu chuẩn này như 802.11a hoạt ñộng trong
dải tần 5GHz và 802.11g hoạt ñộng cùng dải tần với tiêu chuẩn 802.11b, cho phép
truyền với tốc ñộ lớn hơn. Nút mạng 4G có thể thích ứng các khả năng ñể khai thác
một cách hiệu quả các dải tần còn trống.
2.2.4 Không cần liên kết ñiều khiển
Trong mo hình mạng GSM, người dùng phải ñăng kí thuê bao với mạng và
mạng sẽ dò theo thuê bao di ñộng từ vùng này sang vùng khác, nhằm tối ña hóa
dịch vụ của mạng. Việc sử dụng dịch vụ của mạng GSM ñược ño và tính cước
thông qua mạng thường trú. Mọi hoạt ñộng của trạm di ñộng cũng cần phải thông
qua mạng thường trú. Thậm trí khi người dùng ñã chuyển sang một vùng mới,
người dùng vẫn có sự liên lạc với mạng thường trú ñể thiết lập ñường truyền tới
thực thể tính cước trước khi thực hiện cuộc gọi.
Hai máy ñầu cuối GSM không thể liên lạc trực tiếp với nhau mà trước tiên
chúng phải nhận thực với mạng, liên kết với các thông tin tính cước và sau ñó mạng
sẽ làm trung gian thực hiện kết nối giữa hai máy ñầu cuối. Chế ñộ này khiến cho
nhà ñiều hành phải sử dụng phổ tần, cấp băng tần cho từng cá nhân, thực hiên ño
khi mỗi người dùng truy cập.

13
Trong trường hợp của băng tần ISM thì việc hạn chế sử dụng băng tần hoàn
toàn không ần thiết. Có thể lập mạng Ad-hoc từ một nhóm nút, cho phép các nút
giao tiếp trực tiếp với nhau, thậm chí các nút có thể cộng tác với nhau, chuyển tiếp

lưu lượng của nhau.
Khi không có ñiều hành mạng, sẽ xảy ra vấn ñề là khi một nút di ñộng muốn
giao tiếp với một nút ở ngoài dải hoạt ñộng của nó, thì nó không thể thực hiện ñược
trừ khi có một nút trung gian chuyển tiếp các gói tin tới nút ñó hoặc tới mạng cố
ñịnh. Như vậy, nếu có một phương tiện tính cước thời gian thực hiện một liên kết
thì sẽ không cần quan tâm tới việc liên kết với thực thể tính cước và khi ñó có thể
chuyển tiếp lưu lượng.
Phương thức này có thể ñược sử dụng trong khu vực dân cư thưa, cho phép
các nút di ñộng cá nhân hoạt ñộng như một nút chuyển tiếp gói giữa các nút hoạt
ñộng ở ngoài dải tần hoạt ñộng. Trong vùng có mật ñộ dân cư cao hơn cũng có thể
sử dụng phương thức này ñể khuyến khích các tổ chức thiết lập các ñiểm truy cập
tại các khu vực như khuôn viên trường ñại học hoặc các trung tâm buôn bán. Các tổ
chức thực hiện công việc này sẽ trở thành các nhà ñiều hành của mạng 4G.
2.2.5 Hỗ trợ bảo mật ñầu cuối – ñầu cuối
Tính bảo mật trong các hệ thống thông tin di ñộng 2G và 3G ñược tập trung
chủ yếu vào hai dịch vụ chính.
Thứ nhất, người dùng di ñộng phải ñược mạng nhận thực. Việc nhận thực
này thường ñược dừng lại ở việc liên kết người dùng với bộ phận tính cước. Khi các
tài khoản là tài khoản trả trước thì bộ phận tính cước thường không lưu trữ thông tin
về người dùng. Trong trường hợp này sẽ không có sự trao ñổi thông tin nhận thực
ñầu cuối – ñầu cuối giữa người dùng và thực thể ngang cấp ở ñầu kia.
Thứ hai, dịch vụ bảo mật ñược mạng 2G và 3G cung cấp là mã hóa thông tin.
Vì dịch vụ này không ngăn chặn ñược sự tấn công khi dùng các thiết bị quét nên nó
không thay thế ñược mật mã hóa ñầu cuối – ñầu cuối.