Báo cáo thực tập: Tìm hiểu về thông tin di động thế hệ 4G – HSPA 14

Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Bộ công thương

Trường đại học công nghiệp hà nội
--------o0o--------

Thực tập tốt nghiệp đại học
Tìm hiểu về thông tin di động thế hệ 4G – HSPA 14
Họ và tên : CẤN CÔNG CƯỜNG
Khoa: ĐIỆN TỬ
Giáo viên hướng dẫn: ĐINH THỊ KIM PHƯỢNG
Hà nội – 2015

1


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Lời giới thiệu
Trong những năm gần đây, thông tin di động đã đạt được những thành tựu vượt bậc.
Thông tin di động cho phép người sử dụng đàm thoại ở mọi lúc, mọi nơi trong vùng
phủ sóng kể cả khi đang di chuyển. Ngoài ra, thông tin di động còn đáp ứng nhiều
dịch vụ tiện ích khác như: nhắn tin, truyền số liệu, truyền thông đa phương tiện, xác
định vị trí người sử dụng… mà các dịch vụ khác không thực hiện được. Do vậy nhu
cầu về thông tin di động ngày một tăng lên và trong tương lai không xa đây sẽ là hình
thức thông tin vạn năng và được ứng dụng sâu rộng vào cuộc sống và có thể thay đổi
lối sống của con người.

Cho đến nay thông tin di động trên thế giới đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ thứ nhất sử
dụng công nghệ tương tự từ những năm 70 và đến giữa những năm 80 hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ hai đã ra đời và phát triển rất mạnh mẽ. Những năm đầu thế kỉ
21 hệ thống di động thế hệ thứ 3(3G) đã được triển khai và ứng dụng rộng rãi phục vụ
đời sống của con người. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động 3G đã được triển
khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ Saigon Postel, Hà Nội Telecom, EVN Telecom và
được đưa vào khai thácvào năm 2006. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư(4G) đã
được các hãng viễn thông lớn trên thế giới, hiệp hội viễn thông quốc tế - ITU, diễn
đàn Mobile IT nghiên cứu và chuẩn hóa. Theo dự báo vào khoảng năm 2012, hệ thống
thông tin di động 4G sẽ được triển khai và đưa vào khai thác. Sự xuất hiện của hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ tư có thể tạo ra sự bùng nổ trong ngành công
nghiệp thông tin di động nói riêng và ngành công nghiệp viễn thông nói chung.

2


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN THÔNG TIN DI ĐỘNG HIỆN NAY..............................9
1.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động..........................................................9
1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động ...................................................10
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của thông tin di động...................................................11
2.2 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống 4G..............................................15
2.2.1 Thông tin băng rộng................................................................................15
2.3.1 Dung lượng lớn và tốc độ truyền dẫn cao...................................................17
2.3.2 Chi phí thấp hơn...........................................................................................18

2.3.3 Kết nối liên mạng dựa trên công nghệ IP....................................................19
2.5 Sự ảnh hưởng của 4G đến đời sống của con người............................................21
2.6. Một số dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp..................................................23
2.6.1. Dịch vụ cung cấp thông tin y tế...................................................................23
Hình 2.4: Dịch vụ thông tin y tế................................................................................23
2.6.2 Hệ thống định vị............................................................................................24
Hình 2.5: Hệ thống định vị.........................................................................................24
2.6.3.Dịch vụ đặt hàng di động..............................................................................25
Hình 2.6: Hệ thống đặt hàng di động.........................................................................26
2.7.1 Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP :............................26
Hình 2.7 :Các kỹ thuật được xem xét cho HSUPA...................................................28
Hình 2.8: Các kỹ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA.............28
Hình 2.9: Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP........................................29
2.7.2 Phát triển tăng cường HSPA (HSDPA và HSUPA):....................................29
Hình 2.9.1: Nguyên lý MIMO với hai anten phát anten thu và hai.........................30
3.2.1 HSDPA..........................................................................................................32
Hình 3.1 : Lộ trình của công nghệ HSPA và HSPA+...............................................32
Hình 3.2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA..................33
Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA...............................................35
Hình 3.4: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH...................37
Hình 3.5: Cấu trúc lớp MAC – hs..............................................................................38
3


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

3.2.2 HSUPA.........................................................................................................39
Hình 3.6 - Chương trình khung lập biểu của HSUPA...............................................41

Hình 4.2: HSPA+ có khả năng phục vụ tất cả các dịch vụ IP *: Multicasting là cách
truyền dữ liệu từ một điểm tới nhiều điểm. Đây là cách hữu hiệu để truyền văn bản,
âm thanh, video đến một nhóm người trên mạng......................................................45

4


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của thông tin di động Error: Reference source not
found
Hình 2.1. Mục tiêu thiết kế hệ thống 4G

Error: Reference source not found

Hình 2.2: Những vấn đề kĩ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyếnError: Reference
source not found
Hình 2.3: Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào
Error: Reference source not found
Hình 2.4: Dịch vụ thông tin y tế Error: Reference source not found
Hình 2.5: Hệ thống định vị

Error: Reference source not found

Hình 2.6: Hệ thống đặt hàng di động Error: Reference source not found
Hình 2.7 :Các kỹ thuật được xem xét cho HSUPA
found

Error: Reference source not

Hình 2.8: Các kỹ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPAError:
Reference source not found
Hình 2.9: Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP Error: Reference source
not found
Hình 2.9.1: Nguyên lý MIMO với hai anten phát anten thu và hai Error: Reference
source not found
Hình 3.1 : Lộ trình của công nghệ HSPA và HSPA+ Error: Reference source not
found
Hình 3.2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA
Reference source not found

Error:

Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA Error: Reference source not
found
Hình 3.4: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH
Reference source not found
Hình 3.5: Cấu trúc lớp MAC – hs

Error:

Error: Reference source not found

Hình 3.6 - Chương trình khung lập biểu của HSUPAError: Reference source not
found
Hình 3.7: Kiến trúc của HSPA Error: Reference source not found
Hình 3.8: Mô hình hoạt động của HSPA

Error: Reference source not found

Hình 3.9: Chuyển giao mềm giữa hai vùng phục vụ trong HSPA
source not found
5

Error: Reference


Báo cáo thực tập
Hình 4.1: Mô hình Uplink

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Error: Reference source not found

Hình 4.2: HSPA+ có khả năng phục vụ tất cả các dịch vụ IP *: Multicasting là
cách truyền dữ liệu từ một điểm tới nhiều điểm. Đây là cách hữu hiệu để truyền văn
bản, âm thanh, video đến một nhóm người trên mạng.
Error: Reference source
not found
Hình 4.3: Truyền, nhận gián đoạn.

Error: Reference source not found

Hình 4.4: Circuit Switched voice over HSPA Error: Reference source not found
Hình 4.5: I-HSPA: ít nodes hơn trong đường data tăng độ trễ.
source not found

Error: Reference

Hình 4.6: Thời gian thiết lập kênh nhanh hơn Error: Reference source not found

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
1G

: First Generation

2G

: Second Generation

3G

: Third Generation

3GPP

: 3rd Generation Partnership Project

16QAM

: 16 Quadrature Amplitude Modulation

64QAM

: 64 Quadrature Amplitude Modulation

AMC

: Adaptive Modulation and Coding

ARQ

: Automatic Repeat request

BCCH

: BroadCast Control CHannel (logic channel)

BCH

: BroadCast CHannel (transport channel)

BER

: Bit Error Rate

CCTRCH

: Coded Composite Transport Channel

DCCH

: Dedicated Control CHannel (logical channel)

DPCCH

: Dedicated Physical Control CHannel
6

Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

DPCH

: Dedicated Physical Channel

DPDCH

: Dedicated Physical Data Channel

DTCH

: Dedicated Traffic CHannel

EDGE

: Enhanced Data Rates for GSM Evolution

FDD

: Frequency Division Multiple Access

GSM

: Global System for Mobile Communications

H-ARQ

: Hybrid Automatic Repeat request

HS-DPCCH

: Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel

HS-DSCH

: High-Speed Downlink Shared Channel

HS-PDSCH

: High-Speed Physical Downlink Shared Channel

HS-SCCH

: High-speed Shared Control Channel

HSDPA

: High-speed Downlink Packet Access

ITU

: Internation Telecommunication Union

MAC

: Medium Access Control

MAC-hs

: Hight-speed MAC

Node B

: Base Station

SAW

: Stop And Wait

TTI

: Transmission Time Interval

UMTS

: Universal Mobile Telecommunication System

WCDMA

: Wideband CDMA

7


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

8


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN THÔNG TIN DI ĐỘNG HIỆN NAY
1.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động
1.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động
Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các kĩ thuật tiên
tiến và công nghệ cao. Ý tưởng về sự liên lạc tức thời mà không quan tâm đến khoảng
cách là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài người và giấc mơ đó đang ngày
càng trở thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của kĩ thuật và công nghệ. Việc sử dụng sóng
vô tuyến để truyền thông tin diễn ra lần đầu tiên vào cuối thế kỉ 19. Kể từ đó nó trở
thành công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin quân đội và sau này là thông
tin vô tuyến công cộng.
Sau nhiều năm phát triển thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển quan
trọng. Từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất đến hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin băng rộng thế hệ thứ ba đang được triển
khai trên phạm vi toàn cầu và hệ thống thông tin đi động đa phương tiện thế hệ thứ tư
đang được nghiên cứu tại một số nước. Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ nhất và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ thứ ba và thứ tư phát triển
về dịch vụ dữ liệu và đa phương tiện.
Các hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ 2,5G và
3G,3,5G. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên
ngay từ đầu những năm 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di

động thế hệ thứ 3. Liên hiệp viễn thông quốc tế bộ phận vô tuyến (ITU-R) đã thực
hiện tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu ITM-2000. Ở Châu Âu,
viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) đã 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 động toàn cầu ). Hệ thống mới này làm việc ở dải tần 2GHz và
cung cấp nhiều loại dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp hiện có
đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử
dụng có thể lên tới 2Mpbs. Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong nhà, còn các
9


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

dịch vụ với tốc độ 14,4Kbps sẽ được đảm bảo cho thông tin di động thông thường ở
các ô macro. Người ta cũng đang nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
tư có tốc độ cho người sử dụng khoảng 2Gpbs. Ở hệ thống di động băng rộng (MBS)
thì các sóng mang được sử dụng ở các bước sóng mm, độ rộng băng tần 64MHz và dự
kiến sẽ nâng tốc độ của người sử dụng đến STM-1.
Hiện nay, trên các quốc gia trên thế giới ở hầu hết các nước đã triển khai hệ thống di
động 3G. Theo thống kê của hai hãng Informa Telecom & Media và WCIS and 3G
America, hiện nay có 181 hãng cung cấp dịch vụ trên 77 quốc gia đã đưa vào khai
thác dịch vụ các mạng di động thế hệ 3 của mình. Với hệ thống di động 3.5G
(HSDPA) thì có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63 quốc gia đã cung cấp các dịch
vụ của hệ thống di động 3.5G. Hệ thống tiền 4G (Pre-4G) là WiMax cũng đã được
triển khai và đưa vào khai thác dịch vụ ở một số thành phố như London, New York
vào quý 2 năm 2007.
Ở nước ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói chung trong
những năm gần đây thông tin di động ra đời như một tất yếu khách quan nhằm đáp

ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kì đổi mới của đất nước. Vào thời kì ban
đầu, xuất hiện một số mạng thông tin di động như mạng nhắn tin ABC, mạng nhắn tin
toàn quốc… có tính chất thử nghiệm cho công nghệ thông tin di động ở Việt Nam.
Sau đó vào tháng 3 năm 1993, mạng điện thoại di động Mobiphone sử dụng kĩ thuật
số GSM đã được triển khai và chính thức đưa vào hoạt động ở Việt Nam với các thiết
bị của hãng ALCATEL. Tháng 6 năm 1996, mạng Vinaphone ra đời và cùng tồn tại
song song với mạng VMS . Năm 2003, mạng Sphone sử dụng công nghệ CDMA của
hãng Sai Gon Postel đưa vào khai thác. Đến năm 2004, mạng GSM của Viettel cũng
chính thức đi vào hoạt động. Và gần đây, EVN Telecom cũng đưa vào khai thác mạng
di động thế hệ thứ ba. Trong hai năm gần đây, số thuê bao của các mạng này đang
tăng rất nhanh.

1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động
Thời kì đầu, khi mới triển khai, hệ thống di động thế hệ thứ nhất mới chỉ cung cấp cho
người sử dụng dịch vụ thoại, nhưng nhu cầu về truyền số liệu tăng lên đòi hỏi các nhà
10


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

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 đó các nhà khai thác đã phải
triển khai các hệ thống di động 2G,2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu cao hơn.
Cùng với Internet đang trở thành một trong những hoạt động kinh doanh ngày càng
quan trọng, một trong các hoạt động này là xây dựng các công sở vô tuyến để kết nối
các cán bộ “di động” với xí nghiệp hoặc công sở của họ. Ngoài ra tiềm năng to lớn đối
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 nhà khai thác. Do vậy, để đáp ứng

được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính
kinh tế thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (GSM,PDC,IS-136) đã từng bước
chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. Khi mà nhu cầu về dịch vụ
đa phương tiện chất lượng cao tăng mạnh, mà tốc độ của hệ thống 3G hiện tại không
đáp ứng được thì các tổ chức viễn thông trên thế giới đã nghiên cứu và chuẩn hóa hệ
thống di động 4G.
Lộ trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ thứ nhất đến thế hệ thứ tư được mô
tả ở hình 1.1.

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của thông tin di động
Trong đó :
11


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

+TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập
tổng thế.
+NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại di động Bắc
Âu băng tần 900MHz.
+AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên
tiến.
+SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng.
+GSM900 (Global System for Mobile): hệ thống thông tin di động toàn cầu
băng tần 900MHz.
+GSM1800: Hệ thống GSM băng tần 1800MHz
+GSM1900: Hệ thống GSM băng tần 1900MHz.
+IS-136 (Interim Standard-136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến

do AT&T đề xuất.
+IS-95 (CDMA): Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA cải tiến của Mỹ .
+GPRS (General Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến nói chung.
+EDGE (Enhance Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu tăng
cường để phát triển GSM.
+cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 1.
+WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.
+cdma 2000 Mx: Hệ thống cdma giai đoạn 2.
+HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống di động truy cập gói tốc độ cao.
Hệ thống HSPA được chia thành 3 công nghệ sau:
-

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy cập gói

-

đường xuống tốc độ cao.
HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói đường

-

lên tốc độ cao.
HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy cập gói
OFDM tốc độ cao.

+Pre-4G: Các hệ thống tiền 4G: gồm có WiMax WiBro (Mobile WiMax).
+WiMax: Wordwide Interoperability for Microwave Access.
+WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây
1.2 Tổng kết các thế hệ thông tin di động :
12

Báo cáo thực tập

Thế hệ

Hệ thống

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Dịch vụ chung

Chú thích

động
Thế hệ 1 AMPS,TACS,

Thoại

FDMA, tương tự

(1G)
NMT
Thế hệ 2 GSM, IS-

Chủ yếu cho

TDMA hoặc CDMA,công nghệ

(2G)

thoại kết hợp với

số, băng hẹp (8-13kps)

thông
tin di

136,IS-95

dịch vụ bản tin
Thế hệ

GPRS,EDGE,c

ngắn
Chủ yếu vẫn là

2+

dma2000 1x

thoại, dịch vụ số

gian hoặc tần số) hoặc CDMA, sử

liệu gói tốc độ

dụng phổ chồng lên phổ tần của hệ

thấp và trung

thống 2G, tăng cường truyền số

Thế hệ 3 Cdma 2000 1x

bình
Truyền dẫn thoại

liệu gói. Tốc độ tối đa đạt 144kbps
CDMA,CDMA/TDMA, băng

(3G)

EV DO/DV,

và dịch vụ số liệu rộng, riêng cdma2000 1x EV sử

cdma2000,WC

đa phương tiện

(2,5G)

DMA
Thế hệ
3+

HSDPA
HSUPA

HSOPA

(3,5G)

TDMA (kết hợp nhiều khe thơi

dụng phổ chồng lên phổ của hệ
thống 2G. Tốc độ tối đa đường

Tích hợp thoại,

xuống 2Mbps, đường lên 384kbps
Phát triển từ 3G,CDMA/HS-

dịch vụ số liệu và DSCH.
HSDPA cho tốc độ tối đa đường
đa phương tiện
xuống 14,4Mbps
tốc độ cao
HSUPA có tốc độ đường lên tối đa
5.7Mbps
HSOPA cho tốc độ
Downlink/Uplink tối đa là

Thế hệ
4(4G)

4G

200/100Mbps

Truyền dẫn thoại, OFMA tốc độ tối đa trong nhà la
số liệu đa

5Gbps, 100Mbps trên đối tượng

phương tiện tốc

ngoài trời

13


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

độ cao
Bảng 1.1: Tổng kết các thế hệ thông tin di động

CHƯƠNG 2: THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 4G
2.1 Tìm hiểu sơ lược về hệ thống 4G
Việc tiến đến hệ thống thông tin di động 4G được đặt ra để giải quyết các vấn đề
vẫn còn tồn tại ở hệ thống 3G và cũng để cung cấp khả năng đáp ứng rộng cho các
dịch vụ mới, từ thoại chất lượng cao đến truyền hình độ phân giải cao cho đến các
kênh vô tuyến tốc độ dữ liệu cao. Thuật ngữ 4G được sử dụng với một ý nghĩa
rộng bao gồm các loại khác nhau của hệ thống truyên thông truy nhập vô tuyến
băng rộng, không chỉ riêng hệ thống điện thoại tế bào. Một trong các thuật ngữ
cũng được dùng để miêu tả 4G đó là MAGIC – đa truyền thông di động (Mobile
multimedia), mọi lúc mọi nơi (Anytime anywhere), hỗ trợ lưu động toàn cầu
(Global mobility support), giải pháp vô tuyến tích hợp (Integrated

wireless

solution), và dịch vụ thuê bao cá nhân (Customized personal service). Hệ thống
14


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

4G không chỉ sẽ hỗ trợ các dịch vụ di động thế hệ sau mà còn hỗ trợ cho các mạng
vô tuyến cố định.

2.2 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống 4G
2.2.1 Thông tin băng rộng
Từ trước đến nay, lưu lượng trên mạng thông tin di động vẫn chủ yếu là lưu
lượng thoại. Hệ thống thế hệ 2G, hệ thống tế bào số cá nhân PDC (Personal Digital
Cellular) đã giới thiệu các dịch vụ I-mode. Những dịch vụ đang được phổ biến hiện
nay như: truy cập Internet, thương mại điện tử, e-mail. Những dịch vụ này chủ yếu là
thông tin dữ liệu dựa trên văn bản qua mạng tế bào. Hệ thống IMT-2000 đề xuất
những dịch vụ tốc độ cao từ 64 đến 384 kbit/s, và tỷ lệ lưu lượng số liệu trên thoại
tăng lên. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh của các dịch vụ băng rộng như ADSL
(Asymmetric Digital Subscriber Line), các hệ thống truy nhập cáp quang, các mạng
LAN cơ quan, gia đình đã làm tăng nhu cầu sử dụng các dịch vụ tương đồng của
mạng thông tin di động.

2.2.2 Chi phí thấp
Khi các dịch vụ băng rộng phát triển, các thuê bao có thể trao đổi rất nhiều loại
thông tin với nhau, tuy nhiên họ lại không sẵn sảng trả một chi phí quá cao cho lượng

thông tin trao đổi quá nhiều như vậy. Vì vậy cần phải giảm giá cước của các dịch vụ
xuống bằng hoặc thấp hơn giá cước của các dịch vụ hiện tại. Hệ thống IMT-2000 đã
giảm mức cước tính theo bít và đưa ra các mức giá tương đối thấp, nhưng hệ thống 4G
đòi hỏi một kênh băng thông rộng với mức giá thậm chí thấp hơn mức giá theo bit mà
IMT-2000 đưa ra.
2.2.3 Vùng phủ sóng rộng
Một trong những đặc tính của thông tin di động là có mặt khắp mọi nơi mọi lúc.
Những khả năng này cũng là một tiêu chí quan trọng cho sự phát triển của thông tin di
động trong tương lai. Khi một hệ thống mới đầu tiên được giới thiệu thì nói chung rất
khó khăn trong việc cung cấp một vùng phủ sóng rộng như mạng hiện có, và khách
15


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

hàng sẽ không mua các thiết bị đầu cuối mới nếu họ bị giới hạn vùng phủ sóng.
Những thiết bị có màn hình hiển thị lớn, như PDAs (Personal Digital Assistans) và
máy tính cá nhân với khả năng kết nối không dây ngày càng được sử dụng phổ biến.
Gắn liền với những thiết bị này là các dịch vụ cao cấp và thường được sử dụng trong
nhà, vì vậy chúng ta cần đưa ra các dịch vụ với vùng phủ sóng trong nhà tốt.
2.2.4 Dịch vụ đa dạng và dễ sử dụng
Đối tượng sử dụng thông tin di động rất đa dạng và rất khác nhau. Trong tương
lai, chúng ta hy vọng có thể nâng cao phẩm chất và chức năng hệ thống để có thể cung
cấp nhiều loại hình dịch vụ, không chỉ là các dịch vụ thoại truyền thống mà còn truyền
các thông tin liên quan đến tất cả năm giác quan của con người. Và thuê bao phải dễ
dàng sử dụng các dịch vụ này (dễ dàng cài đặt, dễ dàng kết nối, …).
2.2.5 Mục tiêu thiết kế
Mục tiêu thiết kế hệ thống để đáp những yêu cầu trên đây được minh hoạ trên

Hình 2.1. Coi thông tin dữ liệu và video là dịch vụ chính, hệ thống 4G phải cung cấp
tốc độ truyền dẫn cao hơn với dung lượng lớn hơn (cả về số lượng thuê bao là lưu
lượng) IMT-2000.

Hạ tầng dịch vụ mới:

Bắt đầu các dịch vụ
mới dựa trên khả
năng mới

- Triển khai nhanh các dịch vụ
mới

Các dịch vụ cao cấp nhờ
nâng cao phẩm chất, tính
năng mạng

- Dễ dàng triển các dịch vụ mới
kết nối và chuyển giao linh hoạt
giữa nhiều hệ thống truy nhập
 100 Mbit/s (tốc độ cao
nhất của môi trường di
động); 1Gbit/s ( tốc độ tối
đa của môi trường trong
nhà)

Tốc độ truyền dẫn: 384
kbit/s Dung lượng hệ thống

Chi phí

 Gấp 10 lần hệ thống 3G

Hệ thống trạm gốc
 1/10 đến 1/100 trên bit
Hình 2.1. Mục tiêu thiết kế hệ thống 4G
Thời gian trễ
 AII IP
16

 50 ms hoặc nhỏ hơn


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Hiện nay, coi tốc độ chính là chất lượng truyền dẫn, mạng LAN đạt được tốc độ
từ 10 đến 100 Mbit/s, và tốc độ của mạng ADSL cũng đạt được 2-3 Mbit/s. Mục tiêu
thiết kế hệ thống thông tin di động là đạt tốc độ xấp xỉ 100 Mbit/s đối với môi trường
ngoài trời và cỡ Gbit/s với môi trường trong nhà. Sẽ không có chỗ cho mạng thông tin
di động thế hệ mới nếu không có tốc độ lớn hơn ít nhất 10 lần tốc độ hiện tại của
IMT-2000. Để đảm thông tin thời gian thực giữa các thiết bị đầu cuối với nhau thì hệ
thống mới cần phải giảm thời gian trễ truyền dẫn xuống dưới 50 ms. Giả sử rằng các
dịch vụ trong tương lai sẽ dựa trên truyền dẫn IP (Internet Protocol), hiệu quả truyền
dẫn gói IP qua mạng vô tuyến cũng cần phải tính đến. Hệ thống mới bên cạnh việc
nâng cao dung lượng truyễn dẫn phải đảm bảo được việc giảm chi phí. Chi phí tính
trên 1 bít truyền dẫn phải giảm xuống bằng 1/10 hoặc 1/100 mức chi phí hiện tại bằng
cách giảm chi phí thiết bị hạ tầng, chi phí hoạt động và chi phí xây dựng. Mục tiêu
thiết kế được đề cập trên đây tập trung vào những dịch vụ có phẩm chất tốt hơn các

dịch vụ hiện tại, và dễ dàng sử dụng. Điều mà những nhà đi tiên phong trong thị
trường dịch vụ 4G cần phải lưu ý là khả năng tích hợp hệ thống LAN không dây trong
nhà với hệ thống hữu tuyến và thực hiện triển khai các dịch vụ mới trong thời gian
ngắn.
2.3 Những vấn đề cơ bản trong cấu hình hệ thống 4G
Vấn đề kỹ thuật cần thiết đối với mạng thông tin di động thế hệ 4G để đáp ứng
những yêu cầu được nêu ra ở phần trên được trình bày trên hình 1.7.

2.3.1 Dung lượng lớn và tốc độ truyền dẫn cao
IMT-2000 đã triển khai đa truy nhập theo mã băng rộng WCDMA (Wideband
Code Division Multiple Access) và đạt được tốc độ 2Mbit/s với băng tần có độ rộng 5
MHz. Ngày nay, việc phát triển kỹ thuật điều chế và giải điều chế thích nghi đa lớp
cho phép tốc độ truyền dẫn đạt xấp xỉ 10 Mbit/s với cùng một băng tần sử dụng. Để
đạt được tốc độ truyền dẫn từ 100 Mbit/s đến 1 Gbit/s, chúng ta cần phải sử dụng băng
tần lớn hơn và các hệ thống truyền dẫn mới phù hợp với truyền dẫn tốc độ cao.
Đối với thông tin dữ liệu, chúng ta sẽ cần hệ thống truy nhập vô tuyến có thể
truyền dẫn gói tin hiệu quả. Tầm quan trọng của việc phủ sóng trong nhà đã thúc đẩy
các công nghệ phải phát triển theo hướng có thể sử dụng cho cả môi trường truyền
17


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

sóng trong nhà và ngoài trời. Để có được những băng tần rộng cho truyền dẫn tốc độ
cao và đáp ứng nhu cầu lưu lượng thoại đang tăng cao, chúng ta phải quan tâm đến
các băng tần mới, và phát triển các phần tử mạng cần thiết như các bộ khuếch đại, các
bộ lọc và tính toán suy hao truyền sóng cho những băng tần này. Cùng với đó việc
nghiên cứu phát triển các giải pháp sử dụng hiệu quả tài nguyên phổ tần hạn chế cũng

rất cần thiết.

2.3.2 Chi phí thấp hơn
Với các công nghệ cấu hình hệ thống thông thường, nếu sử dụng một băng tần
cao hơn để đạt được tốc độ truyền dẫn cao hơn sẽ làm giảm kích thước cell, hay giảm
vùng phủ sóng của một trạm gốc. Để vẫn giữ được vùng phủ sóng rộng như trước đây
yêu cầu phải có nhiều trạm gốc hơn và do đó làm tăng chi phí mạng. Để tránh được
vấn đề này chúng ta cần phải mở rộng bán kính cell bằng cách sử dụng những phương
pháp truyền dẫn vô tuyến phẩm chất cao hơn, các kỹ thuật điều chế và giải điều chế
cải tiến, dàn anten thích nghi, các bộ thu tạp âm thấp. Xa hơn nữa, để giảm chi phí xây
dựng và hoạt động mạng, chúng ta phải nghiên cứu thực hiện kết nối các trạm gốc với
mạng đường trục, công nghệ trạm gốc điều khiển độc lập và các công nghệ kết nối vô
tuyến phân lớp.

18


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.2: Những vấn đề kĩ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến

2.3.3 Kết nối liên mạng dựa trên công nghệ IP
Một biện pháp để cho những thuê bao sử dụng hệ thống mới không gặp phải vấn
đề về vùng phủ sóng là phải đảm bảo các thiết bị đầu cuối mới phải hỗ trợ để hoạt
động trên cả hệ thống cũ và hệ thống mới. Mặt khác, chúng ta phải tính đến khả năng
roaming quốc tế, một thiết bị đầu cuối phải được hỗ trợ để hoạt động trên nhiều hệ
thống nhờ sử dụng công nghệ SDR (Softwave Defined Radio). Với công nghệ này,
thiết bị đầu cuối có thể hoạt động trên nhiều băng tần khác nhau của các quốc gia và

khu vực khác nhau. Hơn nữa, mạng thông tin di động trong tương lai phải tích hợp với
nhiều phương thức truy nhập khác nhau, với rất nhiều loại cell có các khả năng kết nối
liên mạng dựa trên công nghệ IP. Chính vì vậy, kết nối liên mạng và chuyển giao giữa
các hệ thống truy nhập là một yêu cầu cần thiết ngoài yêu cầu về khả năng chuyển
giao và roaming nội bộ và giữa hai mạng thông tin di động với nhau.
2.4 Công nghệ cho 4G
Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) thế hệ thứ 3 (3G - 3rd
Generation), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đang hướng tới một chuẩn cho
mạng di động tế bào mới thế hệ thứ 4 (4G - 4th Generation). 4G có những tính
năng vượt trội như: Cho phép thoại dựa trên nền IP, truyền số liệu và đa phương
tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng di động hiện nay… Theo tính
toán, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 100 Mb/s, thậm chí lên tới 1 Gb/s trong
các điều kiện tĩnh.

19


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.3: Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào
3 công nghệ dưới đây được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là các công nghệ
làm sở cứ để xây dựng nên chuẩn 4G trong tương lai.
• LTE (Long-Term Evolution)
Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng TTDĐ tế bào thế hệ thứ ba 3G UMTS 3GPP
(3rd Generation Partnership Project) bao gồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu
á, châu âu và Bắc Mỹ đã bắt đầu chuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là
LTE.
LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM (Global System for Mobile

Communications), vì thế nó dễ dàng thay thế và triển khai cho nhiều nhà cung cấp
dịch vụ. Nhưng khác với GSM, LTE sử dụng phương thức ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao (OFDM) - truyền dữ liệu tốc độ cao bằng cách phân chia thành các
sóng mang con trực giao. LTE sử dụng phổ tần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có
thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz cho tới 20 MHz. Tốc độ truyền dữ
liệu lớn nhất (về lý thuyết) của LTE có thể đạt tới 250 Mb/s khi độ rộng băng tần là 20
MHz. LTE khác với các công nghệ tiền 4G khác như WiMAX II ở chỗ, nó chỉ sử
dụng OFDM ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy nhập phân chia theo
tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất và nâng
cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng.
• UMB (Ultra Mobile Broadband)
20


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng TTDĐ thế hệ thứ ba CDMA2000 3GPP2
(3rd Generation Partnership Project 2) được thành lập và phát triển bởi các tổ chức
viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như
Alcatel-Lucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless. Thành viên của 3GPP2,
Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng chú
tâm cả vào việc phát triển LTE.
UMB dựa trên CDMA (Code Division Multiple Access) có thể hoạt động ở
băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần số. UMB
được đề xuất với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mb/s cho luồng xuống và 75 Mb/s
cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Công nghệ này sẽ cung cấp
kết nối thông qua các sóng mang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.
• IEEE 802.16m (WiMAX II)

IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúng hỗ trợ cả cố định
(IEEE 802.16-2004) và di động (IEEE 802.16e-2005). IEEE 802.16m (hay còn gọi là
WiMAX II) được phát triển từ chuẩn IEEE 802.16e, là công nghệ duy nhất trong các
công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân
chia theo tần số trực giao OFDMA (kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM).
Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Mb/s cho các
ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh. Khoảng cách
truyền của WiMAX II là khoảng 2 km ở môi trường thành thị và khoảng 10 km cho
các khu vực nông thôn.Hãng Intel đang dẫn đầu về đề xuất sử dụng và phát triển
WiMAX II cho hệ thống 4G, một chiến lược mà các Hãng Alcatel-Lucent, AT&T,
Motorola, Nokia, Samsung, Sprint Nextel và các thành viên khác của WiMAX Forum
cũng hỗ trợ tích cực.

2.5 Sự ảnh hưởng của 4G đến đời sống của con người
 Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học
Nhờ có sự ưu việt của hệ thống 4G, sự tiên tiến của thiết bị đầu cuối, học sinh, sinh
viên, các nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi 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
21


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

cách cũng như ngôn ngữ. Thiết bị đầu cuối di động của hệ thống di động thế hệ 4G
(điện thoại cầm tay, đồng hồ đeo tay…) có tích hợp camera, có chức năng thông dịch
ngôn ngữ tự động giúp họ trao đổi thông tin trực tiếp, học sinh sinh viên có thể nhận
những chỉ dẫn của giáo viên từ xa…
 Giải trí

Hệ thống di động 4G được sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi và âm nhạc.
Những trò chơi hình ảnh động có thể được truy cập ở bất cứ nơi nào trên hệ thống.
Những nội dung cực kì phong phú đa dạng về nhạc và phim có thể tải ngay lập tức ở
bất cứ nơi đâu, vào bất kì thời gian nào.
 Thương mại di động
Hệ thống di động 4G được ứng dụng trong trao đổi và thỏa thuận mua bán hàng hóa.
Bằng cách đơn giản là giữ thiết bị di động cầm tay theo tấm quảng cáo hoặc trên tạp
chí, người dùng có thể thu được những thông tin liên quan về sản phẩm, từ đó có thể
đặt hàng và thanh toán bằng tài khoản thông qua thiết bị di động.
 Y tế và chăm sóc sức khỏe
Những dữ liệu về sức khỏe có thể tự động gửi đến bệnh viện theo thời gian thực từ các
thiết bị mang theo trên người của bệnh nhân, nhờ đó các bác sĩ có thể thực hiện việc
kiểm tra sức khỏe hoặc xử lí tức thì các tình trạng khẩn cấp.
 Ứng dụng trong thảm họa thiên tai
Hệ thống di động đóng vai trò là thiết bị thông tin quan trọng trong trường hợp xảy ra
thảm họa thiên tai, cho phép truyền đi hình ảnh thực trạng của các khu vực xảy ra
thảm họa. Do đó tại những nơi thảm họa không diễn ra, tất cả lãnh đạo chính phủ, các
nhà quản lí, các phương tiện truyền thông đại chúng và người dân nói chung có thể
chia sẻ thông tin.

22


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

2.6. Một số dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp
2.6.1. Dịch vụ cung cấp thông tin y tế

Hình 2.4: Dịch vụ thông tin y tế
Trong đó:
+ Service charge: phí dịch vụ
+ Access personal medical data: truy cập dữ liệu y tế cá nhân
+ Send personal medical data: gửi dữ liệu y tế cá nhân
+ Advice/information/health analysis: lời khuyên/thông tin/phân tích tình trạng sức
khỏe
+ Introduction to doctors, provision of adequate medicine: hướng dẫn từ bác sỹ, cung
cấp thuốc thích hợp
+ Medical data storage centre: trung tâm lưu trữ dữ liệu y tế
+ Personal medical data: dữ liệu y tế cá nhân
+ Hospital/drug store: bệnh viện/ kho thuốc
Dịch vụ cung cấp thông tin y tế sẽ cung cấp cho khách hàng những thông tin chính
xác và đầy đủ về tình trạng sức khỏe. Khách hàng sẽ nhận được chỉ dẫn, đơn thuốc
23


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

của bác sĩ khi có sự thay đổi về tình trạng sức khỏe từ trung tâm chăm sóc y tế trên
thiết bị di động của mình. Đồng thời khách hàng có thể truy cập thông tin về sức khỏe
của mình trên thiết bị di động.

2.6.2 Hệ thống định vị

Hình 2.5: Hệ thống định vị

Trong đó:

+Monthly charge: phí dịch vụ hàng tháng
+Location info: thông tin vị trí
+Vehicle info: thông tin xe cộ
+Entertainment: giải trí
+Control info: thông tin điều khiển
24


Báo cáo thực tập

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

+Emergency info: thông tin khẩn cấp
+Logistics info: thông tin hậu cần
+Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
+Content provider: nhà cung cấp nội dung
+Right holder: người giữ bản quyền
+Content charge: phí nội dung
Người sử dụng có thể truy cập các dịch vụ thông tin dưới đây từ bên trong một chiếc
xe đang chuyển động. Những thông tin này sẽ được cung cấp một cách hợp lí phụ
thuộc thời gian, địa điểm và tính chất người sử dụng.

2.6.3.Dịch vụ đặt hàng di động

25