Nghiên cứu công nghệ lte luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
_____________________________

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LTE

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THỊ YẾN
Lớp 48K ĐTVT
Niên khóa:
2007 - 2012
Giảng viên hướng dẫn: ThS. LÊ THỊ KIỀU NGA

Nghệ An, 01 - 2012
1


Lời cảm ơn
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô
giáo trong tổ Viễn thông cũng như các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông đã luôn tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức trong suốt
thời gian em học tập tại trường và đó cũng chính là nền tảng cơ sở đê
giúp em có thê thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo Lê Thị Kiều Nga đã hết
lòng hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án đê đạt được

kết quả tốt trong quá trình thực hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Yến
.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
------------------------------------------------

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------------------------2


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: .…………….……… Mã sinh viên:
………………………..
Khóa:……………………………Khoa:
………………………………………….
Ngành:
…………………………………………………………………………….
1. Đầu đề đồ án:
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....
………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....

3


………………………………………………..
………………………………………………………………………………….
.……………………………………....
………………………………………………..
……………………………………
5. Họ
tên
giảng
viên

hướng
dẫn:
…………..
……………………………………
6. Ngày
giao
nhiệm
vụ
đồ
án:
…………..
………………………………………..
7. Ngày
hoàn
thành
đồ
án:
…………..
…………………………………………...
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
--------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ
và
tên
sinh
viên:
.....................................Mã
số
sinh

viên: ................................
Ngành:
...........................................................Khoá: ...............................................
Giảng
viên
hướng
dẫn:.............................................................................................
Cán
bộ
phản
biện: ....................................................................................................
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
..............................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
4


.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
..............................

.............................................................................................................................
.....
Ngày
tháng
năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )

MỤC LỤC
LỜI

CẢM

ƠN

............................................................................................................................
i
NHIỆM
VỤ
ĐỒ
ÁN
TỐT
NGHIỆP
...........................................................................................................................
ii
BẢN
NHẬN
XÉT
ĐỒ
ÁN

TỐT
NGHIỆP
...........................................................................................................................
iii
MỤC
LỤC
...........................................................................................................................
iv

5


LỜI

NÓI

ĐẦU

.........................................................................................................................vi
i
TÓM
TẮT
ĐỒ
ÁN
...........................................................................................................................
ix
DANH
SÁCH
CÁC
HÌNH

VE
...........................................................................................................................
xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU.................................................................xiii
BẢNG
ĐỐI
CHIẾU
THUẬT
NGỮ
VIỆT
ANH
........................................................................................................................
xiv
Chương 1. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G
1.1.

Lộ

trình

phát

triên

thông

tin

di

động

lên

4G…………………………...1
1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G...........................................2
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2G...........................................3
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G........................................5
1.1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G...........................................5
1.1.5. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3,5G........................................7
1.1.6. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3,75G......................................8
1.1.7. Hệ thống thông tin di động thế hệ 4G...........................................8

6


1.2. Kết luận chương...................................................................................12
Chương 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE
2.1. Tổng quan về LTE...............................................................................13
2.1.1. Giới thiệu về LTE........................................................................13
2.1.2. Động lực và mực tiêu cho LTE...................................................14
2.1.3. Các thông số lớp vật lý của LTE.................................................15
2.1.4. So sánh công nghệ LTE với công nghệ HSPA và WIMAX........17
2.1.5. Các dịch vụ của LTE...................................................................21
2.1.6. Tình hình triên khai mạng LTE ở Việt Nam và Thế giới............23
2.2. Kiến trúc mạng LTE............................................................................26
2.2.1. Thiết bị người sử dụng (UE)........................................................28
2.2.2. Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất (E-UTRAN)...........................29
2.2.3. Mạng lõi gói cải tiến (EPC).........................................................31
2.2.4. Miền dịch vụ ...............................................................................35

2.2.5. Các giao diện vô tuyến................................................................35
2.3. Giao thức trong LTE............................................................................38
2.4. Chức năng các kênh trong LTE...........................................................40
2.4.1. Kênh chuyên tải...........................................................................40
2.4.2. Kênh logic....................................................................................41

7


2.4.3. Kênh vật lý...................................................................................42
2.5. Công nghệ đa truy nhập trong LTE.....................................................42
2.5.1. Công nghệ OFDMA....................................................................43
2.5.2. Công nghệ SC-FDMA.................................................................57
2.6. Công nghệ MIMO................................................................................67
2.7. Kết luận chương...................................................................................70
Chương 3. MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UTRAN-LTE
3.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng MALAP...........................................71
3.2. Mô phỏng.............................................................................................72
3.2.1. Giao diện chính của chương trình................................................72
3.2.2. Mô phỏng hệ thống thu phát OFDM...........................................73
3.2.3. Mô phỏng hệ thống thu phát SC-FDMA.....................................75
3.2.4. So sánh SC-FDMA theo trạng thái khác nhau của thuê bao.......77
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...............................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO

8


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triên không ngừng của khoa học kỹ thuật thì xã hội

loài người ngày càng phát triên vượt bậc không ngừng, kéo theo đó là nhu cầu
tìm hiêu thông tin kinh tế xã hội, giao lưu, giải trí,…với đòi hỏi ngày càng gắt
gao, thay đổi theo từng phút từng giây đê đáp ứng nhu cầu của con người. Và
do đó mà các công nghệ mới liên tiếp ra đời đê thay thế, khắc phục cho công
nghệ đã cũ nhằm bắt kịp xu hướng phát triên của xã hội loài người. Hệ thống
thông tin di động cũng không là một ngoại lệ. Từ hệ thống thông tin di động
không dây đầu tiên, 1G là hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu
tương tự, sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối tới các trạm
thu phát sóng và xử lý tín hiệu thoại thông qua các module gắn trong máy di
động, do đó mà điện thoại di dộng 1G có kích thước khá to và cồng kềnh. Bởi
vậy đê đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, cho đến nay hệ thống
thông tin di động đã trải qua các thế hệ 2G; 2,5G; 3G; 3,5G; 3,75G và hiện
nay đã đạt đến thế hệ 4G.
Với công nghệ 4G có những tính năng vượt trội như cho phép hoạt thoại
dựa trên nền IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều

9


so với các mạng di động hiện nay. Theo tính toán, tốc độ truyền dữ liệu có thê
lên đến 100Mbps, thậm chí lên đến 1Gbps trong các điều kiện tĩnh.
Nhu cầu của khách hàng luôn tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát
triên của một công nghệ mới. Có thê nói, hiện nay có hai yếu tố chính từ nhu
cầu của người dùng: thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu của các ứng dụng
của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập Internet; thứ
hai, đó là người dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ cung
cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu tuyến và mạng
không dây hiện có mà họ đang dùng, có nghĩa là đơn giản hóa trong việc
dùng điện thoại di động cả về chất lượng và dịch vụ. Vậy nên, điều đó cho
thấy nhu cầu của người dùng về chất lượng dịch vụ cung cấp được tốt hơn,

tốc độ truy nhập web, tải lên, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn. Và
đó cũng chính là đích hướng tới của công nghệ di động 4G.
Ở Việt Nam ta, hiện nay 3G đang phát triên rầm rộ và đê tiến lên 4G sẽ là
một tương lai không còn xa. Đơn cử cho tình hình triên khai mạng 4G là vào
ngày 10/10/2010, Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) đã hoàn
thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rông công
nghệ LTE đầu tiên ở Việt Nam với tốc độ truy cập Internet lên đến 60Mbps.
Dịch vụ truy cập Internet vô tuyến LTE sẽ đưa đến cho khách hàng cả ứng
dụng đòi hỏi băng thông lớn như video, HDTV, giải trí trực tuyến,…
Đê thấy rõ lợi ích mà công nghệ này mang lại và có thê hòa nhập với xu
thế công nghệ này nên em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ LTE”
nhằm mục đích tìm hiêu, nghiên cứu kỹ hơn về loại công nghệ tiền 4G này.
Nội dung của đồ án bao gồm 3 phần:
Phần A. Giới thiệu
Phần B. Nội dung
10


Chương 1. Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G
Chương 2. Hệ thống thông tin di động 3GPP-LTE
Chương 3. Mô phỏng
Phần C. Tổng kết
Trong quá trình thực hiện đề tài không thê tránh khỏi những thiếu sót do
kiến thức và thời gian có hạn nên rất mong nhận được sự đóng góp của quý
thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
1. Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ LTE
2. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Yến

Khoa: Điện tử – Viễn thông
Lớp: 48K-ĐTVT
Khóa 48
3. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Kiều Nga
4. Thời gian thực hiện: Tháng 10/2011
5. Nơi thực hiện: Tại trường Đại Học Vinh
6. Tóm tắt nội dung đồ án:
Đồ án nhằm mục đích phân tích những lợi ích mà công nghệ 3GPP LTE sẽ
mang lại cho người dùng; giúp cho người thực hiện có cơ hội tìm hiêu, nghiên
cứu sâu hơn về mạng LTE, cụ thê là kiến trúc mạng LTE, các vấn đề liên
quan đến kiến trúc mạng; các công nghệ đa truy nhập mà mạng LTE sử dụng:

11


đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) cho đường xuống và
đa truy nhập phân chia theo tần số sóng mang đơn (SC-FDMA) cho đường
lên.
Các vấn đề trên được nghiên cứu và trình bày một cách chi tiết trong đồ án.
Và đê có thê hình dung rõ hơn về những gì mà người thực hiện đã trình bày ở
trên, một vài ví dụ về mô phỏng được nêu ra, cụ thê là mô phỏng hệ thống thu
phát tín hiệu SC-FDMA và hiệu suất của thuê bao trong các trạng thái khác
nhau. Tất cả kết quả mô phỏng được thực hiện bằng phần mềm Matlap.

ABSTRACT
1. Thesis name: Research LTE technology
2. Perfomance student: Nguyen Thi Yen
Faculty: Electronics - Telecommunication
Class: 48K-ĐTVT
Course: 48

3. Guide faculty: Msc Le Thi Kieu Nga
4. Performance time: 10/2011
5. Performance place: Vinh University
6. Thesis content abstract:
Thesis aims to analyze the benefits of 3GPP LTE technology gives
users; help myself realize the opportunity to learn, more research on LTE
network, namely LTE network architecture, the issues related to network
12


architecture; the multiple access technology that LTE network used:
Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) with downlink
and single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) with
uplink.
The above problems are studied and present detail in the thesis. And, to
be able to better visualize things that is presented above, some examples of
simulation, namely simulated transceiver system SC-FDMA signal and
performance of subcribers in diffirent states. All simulation results is done
by Matlap software.

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Lộ trình phát triên công nghệ thông tin di động lên 4G.....................1
Hình 1.2. Lộ trình tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP............2
Hình 1.3. Sự phát triên lên IMT-Advanced.....................................................11
Hình 2.1. Các mục tiêu chính cho LTE..........................................................14
Hình 2.2. Kiến trúc mạng LTE........................................................................26
Hình 2.3. Cấu trúc EPS....................................................................................27
Hình 2.4. Các thành phần trong mạng EPS.....................................................28
Hình 2.5. Kiến trúc mạng E-UTRAN..............................................................29
Hình 2.6. Kiến trúc mạng EPC........................................................................32

Hình 2.7. Cấu hình EPS hỗ trợ truy nhập UMTS/HSPA.................................32
13


Hình 2.8. Giao thức trong LTE........................................................................38
Hình 2.9. Mối liên hệ giữa các kênh theo đường xuống..................................39
Hình 2.10. Mối liên hệ giữa các kênh theo đường lên.....................................39
Hình 2.11. Cấu trúc truyền dẫn hệ thống đa sóng mang..................................44
Hình 2.12. Tín hiệu OFDM..............................................................................45
Hình 2.13. So sánh kỹ thuật sóng mang...........................................................47
Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống OFDM...................................................................49
Hình 2.15. Tín hiệu OFDMA...........................................................................50
Hình 2.16. Cấu trúc sóng mang con OFDMA.................................................51
Hình 2.17. Kênh con hóa trong OFDMA........................................................52
Hình 2.18. Sóng mang con liền kề với OFDMA.............................................53
Hình 2.19. Nguyên lý OFDMA đối với truyền hướng xuống.........................54
Hình 2.20. Nguyên lý IFFT/FFT......................................................................55
Hình 2.21. Mô tả tiền tố lặp.............................................................................56
Hình 2.22. Cấu trúc máy thu và máy phát của hệ thống DFTS-OFDM..........59
Hình 2.23. Phân bố PAPR đối với OFDM và DFTS-OFDM..........................62
Hình 2.24. SC-FDMA trên cơ sở DFTS-OFDM.............................................64
Hình 2.25. Sự khác nhau trong truyền ký hiệu đối với OFDMA và SCFDMA.............................................................................................................65
Hình 2.26. Các phương pháp ấn định sóng mang con cho nhiều người sử
dụng.................................................................................................................66
Hình 2.27. Sơ đồ sắp xếp sóng mang con........................................................66

14


Hình 2.28. Nguyên lý truyền MIMO...............................................................67

Hình 3.1. Giao diện chính của chương trình....................................................72
Hình 3.2. Giao diện tùy chọn mô phỏng..........................................................73
Hình 3.3. Hệ thống thu phát tín hiệu OFDM...................................................73
Hình 3.4. Tín hiệu OFDM phía phát................................................................74
Hình 3.5. Tín hiệu OFDM phía thu..................................................................74
Hình 3.6. Mô phỏng tín hiệu thu phátSC-FDMA............................................75
Hình 3.7. So sánh theo trạng thái di chuyên giữa các thuê bao......................77

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các thông số lớp vật lý của LTE.....................................................15
Bảng 2.2. Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp.........................................................16
Bảng 2.3. Những dải tần quy định cho LTE....................................................17
Bảng 2.4. So sánh đặc điêm nổi bật của WiMAX và LTE..............................20
Bảng 2.5. So sánh các dịch vụ của mạng hiện tại so với mạng LTE..............21

15


BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT - ANH
Ký hiệu
1G
2G
3G
3GPP

AMPS
AuC
B
BCCH

Từ viết tắt
First Generation
Second Generation
Third Generation
Fourth Generation

Nghĩa Tiếng Việt
Thế hệ thứ nhất
Thế hệ thứ hai
Thế hệ thứ ba
Tổ chức chuẩn hóa
các công nghệ
mạng thế hệ thứ ba

A
Advanced Mobile Phone Hệ thống điện thoại
System
di động tiên tiến
Authentication Center
Trung tâm nhận
thực
Broadcast Control Channel

Kênh điều khiên
quảng bá

C

16

CM

Cubic Metric

CP
CDS

Cyclic Prefix
Channel
Scheduler

DCCH
DHCP

Thành phần lập
phương
Tiền tố lặp
Dependent Khối hoạch định
phụ thuộc kênh
truyền

D
Dedicated Control Channel

DFT

Dynamic Host
Configuration Protolcol
Discrete Fourier Transform

DTCH

Dedicated Traffic Channel

DRX

Discontinous reception

E3G

E
Enhanced Third Generation

EDGE

Enhanced Data rates for
GSM Evolution

E-DCH
EV-DO

Enhanced – Dedicated
Channel
Evolution - Data Optimized

eNode B
EPC
EPS

Enhanced Node Basic
Evolved Packet Core
Evolved Packet System

E-UTRAN

FFT

E-UTRAN
Evolved
Universal Terrestrial Radio
Access Network
F
Frequency Division
Multiple Access
Fast Fourier Transformation

FM
FTP

Frequency Modulation
File Transfer Protocol

GMSK

G
Gaussian Minimum Shift
Keying

FDMA

Kênh điều khiên
dành riêng
Giao thức cấu hình
máy chủ động
Biến đổi Fourier rời
rạc
Kênh lưu lượng
dành riêng
Thu nhận không
liên tục
Thế hệ thứ 3 cải
tiến
Cải tiến tốc độ dữ
liệu cho tiến hóa
GSM
Kênh chuyên dụng
cải tiến
Tối ưu hóa dữ liệu
tiến hóa
Trạm gốc cải tiến
Lõi gói phát triên
Hệ thống gói cải
tiến
Mạng truy nhập vô
tuyến mặt đất toàn
cầu cải tiến
Đa truy nhập phân
chia theo tần số
Biến đổi Fourier

nhanh
Điều chế tần số
Giao thức chuyên
giao file
Khóa dịch cực tiêu
Gaussian

17


GPRS
HSDPA
HS-DSCH
HSPA

General Packet Radio
Service
H
High Speed Downlink
Packet Access
High Speed Downlink
Shared Channel
High Speed Packet Access

HSUPA

High Speed Uplink Packet
Access

HSS

Home Subcriber Service

PAPR

P
Peak to Average Power
Ratio

PCC

Policy Charging Control

PCCH

Paging Control Channel

PCH
PCFICH

Paging Channel
Physical Control Format
Indicator Channel

PCRF

Policy and Charging
Resource Function

PDC

Personal Digital Cellular

PDN

Public Data Network

PDU
PDCP
PoC

Packet Data Unit
Packet Data Convergence
Protocol
Push to Talk over Cellular

PHY
P-GW

Physical layer
PDN Gateway

PUCCH

Physical Uplink Control
Channel
Physical Uplink Shared
Channel

PUSCH

Dịch vụ vô tuyến
gói chung
Kênh gói đường
xuống tốc độ cao
Kênh chia sẻ đường
xuống tốc độ cao
Truy nhập gói tốc
độ cao
Truy nhập gói
đường xuống tốc độ
cao
Dịch vụ thuê bao
thường trú
Tỷ số công suất
đỉnh trên công suất
trung bình
Chính sách điều
khiên chi phí
Kênh điều khiên
tìm gọi
Kênh tìm gọi
Kênh chỉ số định
dạng điều khiên vật
lý
Chính sách và chức
năng tài nguyên chi
phí
Di động tế bào số
cá nhân

Mạng dữ liệu công
cộng
Đơn vị số liệu gói
Giao thức hội tụ số
liệu gói
Thúc đẩy nói
chuyện di động tế
bào
Lớp vật lý
Cổng mạng dữ liệu
công cộng
kênh điều khiên
đường lên vật lý
kênh chia sẻ đường
lên vật lý

18


PRACH
IDI
IEEE
IFDMA
IFFT
IMS
IMT

Physical Random Access
Channel
I

Inter Block Interference
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Interleaved FDMA
Inverse Fast Fourier
Transform
IP Multimedia Subssystem

RLC

International Mobile
Telecommunications
R
Radio Link Control

RRC

Radio Resource Control

RTT

Radio Transmission
Technology
M
Medium Access Control

MAC
MAI
MBWA

Multi Access Interfearence
Mobile Broadband Wireless
Access

MCCH

Kênh điều khiên multicast

MC-CDMA

Multi Carrier-Code Division
Multiple Access

IMO
MU-MIMO

Multi In Multi Out
Multi User-MIMO

MTCH

Multicast Traffic Channel

N
NAS

Non-Access Stratum

NMT

Nordic Mobile Telephone

OFDM

O
Orthogonal Frequency

kênh truy cập ngẫu
nhiên vật lý
Nhiễu xuyên khối
Viện kỹ sư điện và
điện tử
FDMA đan xen
Biến đổi Fourier
ngược nhanh
Hệ thống con đa
phương tiện giao
thức Internet
Viễn thông di động
quốc tế
Điều khiên đường
dẫn vô tuyến
Điều khiên tài
nguyên vô tuyến

Điều khiên truy
nhập môi trường
Truy nhập di động
không dây băng
thông rộng

Multicast Control
Channel
Đa truy nhập phân
chia theo mã nhiều
người sử dụng
Đa nhập đa xuất
MIMO đa người sử
dụng
Kênh lưu lượng
Multicast
Không truy nhập
tầng
Điện thoại di động
Bắc Âu
Ghép kênh phân

19


Division Multiplexing
OFDMA

LAN
LFDMA
LTE
G
GSM

Orthogonal Frequency
Division Multiple Access

L
Local Area Network
Localized FDMA
Long Term Evolution
Global System for Mobile
Telecommunication

SDU

S
System Architecture
Evolution
Service Data Unit

SIP

Session Intiation Protocol

SU-MIMO

Single User-MIMO

SGSN

Serving GPRS Support
Node
Serial/Parrallel
T
Total Access
Communication System

Transparent Mode
U
Unacknowledged Mode

SAE

S/P
TACS
TM
UM
UMB
UMTS
UICC
USIM
WAN
WCDMA

chia theo tần số trực
giao
Đa truy nhập phân
chia theo tần số
sóng mang đơn
Mạng nội hạt
FDMA cục bộ
Tiến hóa lâu dài
Hệ thống viễn
thông di động toàn
cầu
Hệ thống kiến trúc
tiến hóa

đơn vị số liệu dịch
vụ
giao thức khởi tạo
phiên
MIMO đơn người
sử dụng
Node báo cáo dịch
vụ GPRS
Nối tiếp/Song song
Hệ thống thông tin
truy nhập tổng hợp
Chế độ trong suốt

Chế độ không trong
suốt
Ultra Mobile Broadband
Siêu di động băng
thông rộng
Universal Mobile
Hệ thống viễn
Telecommunication Systems thông di động quốc
tế
Universal Intergrated Circuit Thẻ mạch tích hợp
Card
quốc tế
Universal Subscriber
Khối nhận thức
Indentity Module
thuê bao quốc tế
W

Wide Area Network
Mạng diện rộng
Wideband Code Division
Đa truy nhập phân
Multiple Access
chia theo mã

20


WiMAX

Worldwide Interoperability
for Microwave Access

Wifi

Wireless Fidelity

Khả năng tương tác
toàn cầu với truy
nhập viba
Mạng không dây tin
cậy

CHƯƠNG 1: LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI
ĐỘNG LÊN 4G
Ở chương này sẽ hệ thống lại toàn bộ lộ trình phát triên các thế hệ di động
lên thế hệ 4G. Cụ thê là trình bày chi tiết về các đặc điêm chính, ưu nhược
điêm và các hệ thống điên hình của mỗi thế hệ di động. Cũng qua chương này

sẽ cho ta hiêu được phần nào lý do hệ thống thông tin di động hiện nay đã đạt
tới 4G.
1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G
Đê có thê có cái nhìn khái quát hơn về lộ trình phát triên các công nghệ
thông tin di động lên 4G ta xem ở hình 1.1 dưới đây.

Hình 1.1. Lộ trình phát triên công nghệ thông tin di động lên 4G
21


Tổ chức chuẩn hóa các mạng thế hệ thứ 3 (3GPP) đã đưa ra một lộ trình
tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành, hình 1.2 và bảng 1.1 dưới đây
trình bày cho ta thấy cụ thê hơn về sự phát triên này.

Hình 1.2. Lộ trình tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP [1]
Bảng 1.1. Tiến trình phát triên các chuẩn của 3GPP [7]
Phiên

Thời điểm hoàn tất

Tính năng chính / Thông tin

bản
R99

Quý 1/2000

Giới thiệu UMTS và WCDMA

R4

Quý 2/2000

Bổ sung một số tính năng như mạng lõi
dựa trên IP và có những cải tiến cho UMTS

R5

Quý 1/2002

Giới thiệu IMS và HSDPA

R6

Quý 4/2004

Kết hợp với WLAN, thêm HSUPA và các
tính năng cho IMS như PoC

R7

Quý 4/2007

Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng
dịch vụ và các ứng dụng thời gian thực như
VoIP. Phiên bản này cũng tập trung vào
HSPA+ và EDEG Evolution

R8

Quý 4/2007

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như
là mạng IP thế hệ thứ tư hoàn toàn dựa trên
IP

1.1.1 Thế hệ thông tin di động 1G

22


1G là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới.
Đây là hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu
lần đầu tiên vào những năm đầu thập niên 80. Công nghệ 1G sử dụng các
ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu
phát sóng và nhận xử lý tín hiệu thoại thông qua các module gắn trong máy di
động. Do đó mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước
khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 module thu và phát tín hiệu [8].
Công nghệ 1G có những đặc điêm chính sau đây:
- Dùng phương thức đa truy nhâp phân chia theo tần số (FDMA);
- Kỹ thuật chuyên mạch tương tự, dịch vụ đơn thuần là thoại;
- Khả năng chuyên cuộc gọi giữa các tế bào không tin cậy;
- Bảo mật kém, chất lượng thấp;
Mặc dù là thế hệ mạng thông tin di động đầu tiên với tần số chỉ từ
150MHz nhưng mạng 1G cũng có một số hệ thống điên hình sau đây:
- Điện thoại di động Bắc Âu (NMT): Sử dụng băng tần 450Mhz, được
triên khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981;
- TACS: Triên khai ở Anh vào năm 1985;
- AMPS: Triên khai tại Bắc Mỹ năm 1978, sử dụng băng tần 800Mhz.
1.1.2 Hệ thống thông tin di động 2G

2G là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách và khác hoàn
toàn so với thế hệ đầu tiên. 2G sử dụng các tín hiệu digital thay cho tín hiệu
analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên vào năm 1991 tại Phần
Lan [8].
So với 1G, mạng 2G mang đến cho người sử dụng di động những ưu điêm
vượt trội như sau:
23


- Mã hóa dữ liệu theo dạng kỹ thuật số;
- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị;
- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di
động, khởi đầu là tin nhắn dạng văn bản đơn giản SMS;
- Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn.
Với công nghệ này, các tín hiệu thoại khi được thu nhận sẽ được mã hóa
thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu, cho phép nhiều gói thoại
được lưu chuyên trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí.
Bên cạnh đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn
năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện
tích bên trong thiết bị hơn.
Mạng 2G chia làm 2 nhánh công nghệ chính, đó là: đa truy nhập phân chia
theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Từ đó,
mạng 2G có những hệ thống điên hình sau đây:
- Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM): Khởi nguồn tại Phần Lan
và sau đó trở thành chuẩn phổ biến trên toàn 6 châu lục. Và hiện nay
vẫn đang được sử dụng bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động.
- CDMA2000: Sử dụng tần số 450Mhz, dựa trên công nghệ CDMA và
hiện cũng đang cung cấp bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới;
- IS-95 (hay CDMAone): Sử dụng công nghệ CDMA, được dùng rộng
rãi tại Mỹ và một số nước Châu Á. Ngày nay, những thuê bao sử dụng

chuẩn này chiếm khoảng 17% trên toàn thế giới.
- Mạng tư nhân (PDC): Sử dụng phương pháp truy nhập TDMA, được
triên khai tại Mỹ, Nhật và Canada;

24


- IS-136 (hay còn gọi là D-AMPS): sử dụng phương thức truy nhập
TDMA, và đã từng là mạng lớn nhất trên thị trường Mỹ, nay đã chuyên
sang GSM.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G
Đây là thế hệ thống kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G. Khái
niệm 2,5G được dùng đê miêu tả hệ thống di động 2G có trang thiết bị hệ
thống chuyên mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyên mạch kênh truyền thống.
Trong khi các mạng 2G và 3G được chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G
lại không được như vậy. Nó chỉ dùng cho mục đích tiếp thị. 2,5G cung cấp
một số lợi ích của mạng 3G như chuyên mạch gói, và có thê dùng cơ sở hạ
tầng đang tồn tại của mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA. GPRS là
công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyên dữ liệu được dùng bởi các nhà cung
cấp dịch vụ viễn thông GSM. Bên cạnh đó, một vài giao thức như EDGE cho
GSM, CDMA2000 1xRTT cho CDMA có thê đạt chất lượng như các dịch vụ
3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu chung là 144Kbps) nhưng vẫn được xem là
dịch vụ 2,5G (hoặc đúng hơn là mạng 2,75G) bởi nó vẫn chậm hơn vài lần so
với dịch vụ 3G thực sự.
1.1.4 Hệ thống thông tin di động 3G
3G là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ
trước đó. Nó cho phép người dùng truyền cả dữ liệu thoại và phi thoại (tải dữ
liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clip,…), cung cấp
cả hai hệ thống là chuyên mạch kênh và chuyên mạch gói. Trong các dịch vụ
của 3G, cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch vụ trọng tâm của sự

phát triên.
Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn khác so với
hệ thống 2G hiện nay. Điêm mạnh của công nghệ này so với 2G là cho phép

25