Xử lý tín hiệu đa chiều trong thông tin di động băng rộng đa người dùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA CHIỀU
TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG
BĂNG RỘNG ĐA NGƯỜI DÙNG

Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH
Mã số
: 62.48.01.01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA CHIỀU
TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG
BĂNG RỘNG ĐA NGƯỜI DÙNG

Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH
Mã số
: 62.48.01.01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Tăng Tấn Chiến,
2. PGS. TS. Nguyễn Lê Hùng

Đà Nẵng, 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa
từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được
cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Đà Nẵng, ngày 3 tháng 3 năm 2016
Tác giả của luận án


Lời cảm ơn
Trước khi trình bày nội dung chính, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
tới PGS. TS. Tăng Tấn Chiến và PGS. TS. Nguyễn Lê Hùng đã tận tình hướng
dẫn để tôi có thể hoàn thành luận án này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô
giáo trong Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà
Nẵng đã cung cấp kiến thức và điều kiện trong suốt quá trình học tập tại khoa.
Nhân dịp này tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới Khoa Điện
tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, gia đình, bạn
bè đã luôn bên tôi, cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên
cứu.

Đà Nẵng, ngày 3 tháng 3 năm 2016
Tác giả


Mục lục
Mục lục

iv

Danh mục hình vẽ

vi

Danh mục từ viết tắt

viii

Danh mục các ký hiệu

xii

Giới thiệu

1

Chương 1 Hệ thống thông tin di động, môi trường truyền sóng
và các yếu tố ảnh hưởng
1.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động . . . . . . . . . .
1.2.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất First Generation

(1G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Second Generation
(2G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Third Generation
(3G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.1 UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.2 CDMA2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư Fourth Generation
(4G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.1 WiMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.2 LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.5 Định hướng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm 5G
1.3 Hệ thống thông tin di động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Kênh truyền vô tuyến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1 Suy hao đường truyền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i

5
5
6
6
6
7
7
8
8
8
9
9
10

11
11


1.4.2 Hiện tượng pha đinh đa đường (Multipath fading)
1.4.3 Nhiễu Gaussian trắng cộng . . . . . . . . . . . . .
1.4.4 Hiệu ứng Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5 Tổng quan về tình hình nghiên cứu . . . . . . . . . . . .
1.5.1 Các nghiên cứu nâng cao khả năng di chuyển . . .
1.5.2 Các nghiên cứu nâng cao dung lượng hệ thống . .
1.6 Động cơ và đề xuất nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . .
1.7 Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.

11
12
12
12
13
14
16
16

Chương 2 Xử lý tín hiệu đa chiều trong thông tin di động
2.1 Giới thiệu chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Một số kỹ thuật xử lý tín hiệu trong truyền thông vô tuyến thế hệ
mới . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
2.2.1.1 Kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang . . . . . . . . . .
2.2.1.2 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1.2.1 Máy phát OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1.2.2 Máy thu OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1.3 Đồng bộ trong OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Kỹ thuật đa anten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Kỹ thuật ước lượng kênh truyền . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4 Kỹ thuật truyền dẫn song công . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Thiết lập biểu thức tính SIR cho hệ thống OFDM dưới ảnh hưởng
kết hợp của CFO, PHN và dịch Doppler . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Xây dựng công thức tính SIR . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.1 Mô phỏng kênh fading Rayleigh và nhiễu pha . . . .
2.3.3.2 Kiểm chứng công thức (2.24) . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Giải thuật ước lượng kênh truyền biến đổi theo thời gian cho hệ
thống truyền dẫn MIMO-OFDM song công . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Ước lượng ML cho kênh truyền biến đổi theo thời gian . . .
2.4.3 Xây dựng giới hạn thấp nhất Cramér Rao . . . . . . . . . . .
2.4.4 Kết quả mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17
17

Chương 3 Nâng cao dung lượng hệ thống thông tin di động đa
người dùng đa chặng
ii

18
18
18
19
19
20
21
23

24
26
28
28
29
31
31
33
35
36
39
40
40
43

45


3.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 Các kỹ thuật truyền dẫn đa người dùng, đa chặng . . . . . . . . . 45
3.2.1 Kênh truyền đa người dùng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2 Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA . . . . . . . . 46
3.2.3 Kỹ thuật truyền thông đa chặng . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.3.1 Các kỹ thuật truyền dẫn chuyển tiếp . . . . . . . . . 49
3.2.3.2 Các kỹ thuật chuyển tiếp . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.4 Kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.4.1 Kỹ thuật tiền mã hóa Zero-forcing . . . . . . . . . . . 51
3.2.4.2 Kỹ thuật tiền mã hóa MMSE . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3 Đề xuất kỹ thuật tiền/hậu mã hóa trong hệ thống chuyển tiếp hai
chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.3.1 Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.2 Thiết kế hai giai đoạn riêng biệt . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.2.1 Giai đoạn đa truy cập . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.2.2 Giai đoạn quảng bá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3.2.3 Tiền mã hóa tại relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3.2.4 Xử lý tín hiệu tại BS và MSs . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3.2.5 Kết quả mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . 57
3.3.3 Thiết kế tổng thể . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3.3.1 Giai đoạn đa truy cập . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3.3.2 Giai đoạn quảng bá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3.3.3 Phân bố công suất đa người dùng . . . . . . . . . . . 61
3.3.3.4 Giải bài toán tối ưu hóa sử dụng J0 (ak,i , bk,i ) và J1 (ak,i ) 62
3.3.3.5 Giải bài toán tối ưu hóa sử dụng J0 (ak,i , bk,i ) và J2 (ak,i , bk,i ) 62
3.3.3.6 Kết quả mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . 63
3.4 Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Chương 4 Quản lý giao thoa trong mạng thông tin di động đa
tế bào
4.1 Giới thiệu chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Quản lý giao thoa trong hệ thống đa tế bào - đa người dùng trong
điều kiện Channel State Information (CSI) hoàn hảo . . . . . . .
4.2.1 Quản lý giao thoa đường lên . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1.1 Thiết kế ma trận hậu mã hóa . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1.2 Thiết kế ma trận tiền mã hóa tại các MS . . . . . . .
4.2.1.3 Kết quả mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Quản lý giao thoa đường xuống trong hệ thống thông tin di
động đa tế bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii

67
67

68
68
68
70
72
73


4.2.2.1 Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2.2 Thiết kế ma trận tiền mã hóa . . . . . . . . . . . . .
4.2.2.3 Kết quả mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Quản lý giao thoa trong hệ thống đa tế bào - đa người dùng với
điều kiện CSI không hoàn hảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Thiết kế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2.1 Thiết kế các ma trận tiền/hậu mã hóa . . . . . . . .
4.3.2.2 Phân tích tính hội tụ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2.3 Phân tích độ phức tạp . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74
76
78
79
81
82
82
87
88

89
94

Kết luận và hướng phát triển

95

Danh mục các công trình đã công bố

97

Tài liệu tham khảo

99

iv


Danh mục hình vẽ
Hình 1.1 Xử lý tín hiệu trong thông tin di động thế hệ mới . . . . . .

10

Hình 2.1 Sơ đồ khối máy phát OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.2 Sơ đồ khối máy thu OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.3 Hệ thống SISO, SIMO, MISO và MIMO . . . . . . . . . . .
Hình 2.4 Tốc độ dữ liệu trung bình theo SNR với các cấu hình anten
khác nhau khi băng thông là 100KHz. . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.5 Mô hình hệ thống OFDM dựa vào pilot . . . . . . . . . . . .
Hình 2.6 Sơ đồ khối của node truyền dẫn vô tuyến song công MIMOOFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hình 2.7 Các mặt đồng mức SIR theo PHN βTs , CFO ε và Normalized
Doppler Frequency (NDF) fd Ts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.8 SIR là hàm của CFO, PHN với NDF khác nhau . . . . . . .
Hình 2.9 Đáp ứng của kênh truyền biến đổi theo thời gian trong các
trường hợp tốc độ di chuyển của người dùng lần lượt là 5, 100 và
300km/h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.10 Mô tả tiến trình nhiễu pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.11 SIR theo PHN βTs khi fd Ts = 0.03 (v = 100 km/h). . . . . . .
Hình 2.12 SIR theo NDF khi ε = 0.05 và βTs = 0.005. . . . . . . . . . .
Hình 2.13 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM song công đơn giản. . . .
Hình 2.14 MSE của các hệ số BEM theo SNR. . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.15 MSE của đáp ứng xung kênh truyền theo SNR. . . . . . . .
Hình 2.16 MSE của các hệ số BEM theo tốc độ di chuyển tương đối
giữa 2 node (km/h). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 2.17 MSE của đáp ứng xung kênh truyền theo tốc độ di chuyển
tương đối giữa 2 node (km/h). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20
20
23

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

3.1
3.2
3.3

3.4
3.5

Kênh đường xuống và đường lên đa người dùng
Mô hình hệ thống SDMA . . . . . . . . . . . . .
Truyền thông đa chặng . . . . . . . . . . . . . .
Chuyển tiếp 1 chiều . . . . . . . . . . . . . . . .
Chuyển tiếp 2 chiều . . . . . . . . . . . . . . . .

v

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.

.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

24
25
27
31
32

32

33
34
34
37
41
41
42
42
46
47
48
50
50


Hình 3.6 Hệ thống SDMA sử dụng tiền mã hóa . . . . . . . . . . . . .
Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hai chiều đa người
dùng đa anten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 3.8 Dung lượng kênh truy cập MAC trong mạng chuyển tiếp . .
Hình 3.9 Dung lượng kênh quảng bá BC cho các hệ thống với Nk = 2
anten (đường a, b, c, d e, và g) và Nk = 1 anten (đường f) . . . .
Hình 3.10 Tốc độ tổng theo SNR tại các node của thuật toán đề xuất
Hình 3.11 So sánh tốc độ tổng của các phương pháp khi cấu hình anten
là (4:4:8:1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.1 Mô hình mạng đa tế bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.2 BER theo SNR đường lên với điều chế 16-QAM . . . . . . .
Hình 4.3 Tốc độ tổng theo SNR trên kênh truyền đường lên . . . . .
Hình 4.4 Mạng đa tế bào đa người dùng . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.5 BER theo SNR khi số anten phát lớn hơn và nhỏ hơn tổng
số anten thu, Kl = 4, nRl,k = 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hình 4.6 Tốc độ tổng theo SNR khi số anten phát lớn hơn và nhỏ hơn
tổng số anten thu, Kl = 4, nRl,k = 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.7 So sánh độ phức tạp trong hệ thống đa tế bào đơn người dùng
theo số anten phát tại BS-l (Ml = M, Nl = N, dl = d với l = 1, 2, 3).
Hình 4.8 So sánh độ phức tạp trong hệ thống đa tế bào đa người dùng
theo số anten phát tại BSl (Ml = M, Kl = K, Nl = N, dl = d với
l = 1, 2, 3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.9 Độ phức tạp của thuật toán đề xuất so với [50] theo số anten
phát tại BSl (Ml = M, Kl = K, Nl = N, dl = d với l = 1, 2, 3). . . . .
Hình 4.10 Hệ thống 3 tế bào đa người dùng . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.11 Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đơn người dùng với
CSI hoàn hảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.12 Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đơn người dùng khi
CSI không hoàn hảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.13 Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đa người dùng khi CSI
không hoàn hảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hình 4.14 Tốc độ tổng của hệ thống đa tế bào - đa người dùng, CSI
không hoàn hảo của thuật toán đề xuất theo số vòng lặp thực hiện
khi σh2 = 0.05. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vi

51
55
58
58
65
65
69
73

73
75
80
80
90

90
91
92
92
93
93

94


Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Các thông số thiết lập hệ thống để kiểm chứng công thức (2.24) 33
Bảng 3.1 Các tham số hệ thống thiết lập thiết kế tiền mã hóa và phân
bổ công suất cho hai giai đoạn riêng biệt . . . . . . . . . . . . . . .

57

Bảng 4.1 Các thông số thiết lập mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng 4.2 So sánh độ phức tạp của các thuật toán . . . . . . . . . . . .

78
89

vii

Danh mục từ viết tắt
First Generation
Second Generation
Third Generation
Third Generation Partnership
Project
3GPP2 Third Generation Partnership
Project 2
4G
Fourth Generation
5G
Fifth Generation
AF
Amplify and Forward
AMPS Advanced Mobile Phone Sytem
1G
2G
3G
3GPP

Thế hệ thứ nhất
Thế hệ thứ hai
Thế hệ thứ ba
Dự án đối tác 3G
Dự án đối tác 3G 2

Thế hệ thứ tư
Thế hệ thứ năm

Khuếch đại và chuyển tiếp
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
AWGN Additive White Gausian Noise
Nhiễu Gaussian trắng cộng
BC
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BD
Block Diagonalization
Đường chéo hoá khối
BER
Bit Error Rate
Tỉ số lỗi bit
BS
Base Station
Trạm gốc
CDMA Code Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo mã
CEPT European Conference of Postal Hiệp hội Quản lý Bưu chính
and Telecommunications admin- Viễn thông Châu Âu
strations
CFO
Carrier Frequency Offset
Độ lệch tần số sóng mang
CI
Channel Inversion
Nghịch đảo kênh
CoMP Coordinated Multi-point
Đa điểm phối hợp

CP
Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
CRB
Cramér Rao Bound
Biên Cramér Rao
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra độ dư vòng
CRLB Cramér Rao Lower Bound
Biên dưới Cramér Rao

viii


CSCG
CSI
D-AMPS
DF
DMF
DPC
EDGE
ETSI

Circularly Symmetric Complex Gaussian phức xoay vòng đối
Gaussian
xứng
Channel State Information
Thông tin trạng thái kênh
truyền

Digital-Advanced Mobile Phone Hệ thống điện thoại vô tuyến số
System
tiên tiến
Decode and Forward
Mã hóa và chuyển tiếp
Demodulation and Forward
Điều chế và chuyển tiếp
Dirty Paper Precoding
Tiền mã hóa giấy bẩn
Enhanced Data rates for GSM Tăng cường tốc độ dữ liệu cho
Evolution
tiến triển GSM
European Telecommunication Viện Tiêu chuẩn Viễn thông
Standards Institute
Châu Âu

Liên minh Châu Âu
Băng lọc đa sóng mang
Đa truy cập phân chia theo tần
số
FFT
Biến đổi Fourier nhanh
FIM
Ma trận thông tin Fisher
GFDM
Ghép kênh phân chia theo tần
số suy rộng
GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp
GSM

Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
HSCSD
Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc
độ cao
ICI
Inter-Carrier Interference
Giao thoa liên sóng mang
iDEN
Integrated Digital Enhanced Mạng số tích hợp nâng cao
Network
IFFT
Invert Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh ngược
IMT-2000 International Mobile Telecom- Chuẩn IMT-2000
munications - 2000
IS-95
Interim Standard 1995
Chuẩn IS-95
ISI
Inter-Symbol Interference
Giao thoa liên ký tự
EU
FBMC
FDMA

European Union
Filter Bank Multi-Carrier
Frequency Division Multiple Access
Fast Fourier Transform

Fisher Information Matrix
Generalised Frequency Division
Multiplexing
General Packet Radio Service
Global System for Mobile Communications
High-speed circuit-switched data

ix


International Telecommunication Union
IUI
Inter-User Interference
KKT
Karush-Kuhn-Tucker
LOS
Line of sight
LTE
Long Term Evolution
MAC
Multiple Access Channel
MAI
Multiple Access Interference
MAP
Maximum Probability
MIMO Multi-Input Multi-Output
MISO Multi-Input Single-Output
MMSE Minimum Mean Square Error

ITU

Hiệp hội Viễn thông Quốc tế

Giao thoa liên người dùng
Karush-Kuhn-Tucker
Tầm nhìn thẳng
Tiến triển dài hạn
Kênh đa truy cập
Giao thoa đa truy cập
Xác suất hậu nghiệm tối đa
Nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra
Nhiều ngõ vào một ngõ ra
Sai số trung bình bình phương
tối thiểu
MS
Mobile Station
Trạm di động
MSE
Mean-Square-Error
Sai số trung bình bình phương
MUI
Multi-User Interference
Giao thoa đa người dùng
NDF
Normalized Doppler Frequency Tần só Doppler chuẩn hóa
NLOS Non Line of sight
Tầm nhìn không thẳng
NMT
Nordic Mobile Telephone
Điện thoại di động Nordic

OCI
Other-Cell Interference
Giao thoa từ tế bào khác
OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần
Multiplexing
số trực giao
PDC
Personal Digital Cellular
Di động số cá nhân
PDP
Power-Delay Profile
Hình thái công suất-trễ
PHN
Phase Noise
Nhiễu pha
PHS
Personal Handy-phone System
Hệ thống điện thoại cầm tay cá
nhân
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RN
Relay Node
Node chuyển tiếp
RS
Relay Station
Trạm chuyển tiếp
RTMI Radio Telefono Mobile Integrat Điện thoại vô tuyến tích hợp
SDMA Space Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

không gian
SIMO Single-Input Multi-Output
Một ngõ vào nhiều ngõ ra
SINR
Signal to Interference plus Noise Tỉ số tín hiệu trên giao thoa
Ratio
cộng nhiễu

x


Tỉ số tín hiệu trên giao thoa
Một ngõ vào một ngõ ra
Dịch vụ tin nhắn ngắn
Phân tích giá trị riêng
Đa truy cập phân chia theo thời
gian
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UFMC
Universal Filtered MultiCarrier Lọc phổ rộng đa sóng mang
UMTS
Universal Mobile Telecommuni- Hệ thống viễn thông di động
cations Systems
toàn cầu
W-CDMA Wideband Code Division Multi- Đa truy cập phân mã băng rộng
ple Access
WF
Water-filling

Water-filling
WiDEN
Wideband Integrated Digital Mạng tích hợp số nâng cao băng
Enhanced Network
rộng
WiMAX
Worldwide Interoperability for Khả năng tương tác toàn cầu
Microwave Access
cho truy cập vi ba
ZF
Zero-forcing
Zero-forcing

SIR
SISO
SMS
SVD
TDMA

Signal to Interference Ratio
Single-Input Single-Output
Short Message Service
Singular Value Decomposition
Time Division Multiple Access

xi


Danh mục các ký hiệu toán học
a∗b

Tích vô hướng hai số a và b
∈
Thuộc về
∈
/
Không thuộc
∅
Tập rỗng
Giao
Hợp
C
Tập số phức
N
Tập số nguyên
R
Tập số thực
Re{c}
Lấy phần thực của số phức c
Im{c}
Lấy phần ảo của số phức c
M
×N
C
Ma trận phức có M hàng và N cột
diag{X}
Ma trận đường chéo của ma trận X
blkdiag{X1 , . . . , XN } Ma trận đường chéo khối lập thành từ các ma trận
X1 , . . . , XN
x

X
XT
X∗
XH
X−1
X†
Tr (X)
det (X)
||X||
||X||F
CN (µ, σ 2 )
argmax (f (x))
argmin (f (x))
I

Vector x
Ma trận X
Chuyển vị của ma trận X
Liên hiệp phức của ma trận X
Liên hiệp thức chuyển vị (Hermitian)của ma trận X
Nghịch đảo của ma trận X
Giả đảo của ma trận X
Tính trace ma trận X
Tính định thức của ma trận X
Norm của ma trận X
Frobenius norm của ma trận X
Phân bố Gaussian phức với kỳ vọng µ, phương sai σ 2
Tìm x để hàm f (x) có giá trị lớn nhất
Tìm x để hàm f (x) có giá trị nhỏ nhất
Ma trận đơn vị

xii


max (f (x))

Tính kỳ vọng
Phương sai của vector x
Tối đa hóa hàm f (x) theo biến x

min (f (x))

Tối thiểu hóa hàm f (x) theo biến x

A⊗B

Đạo hàm riêng phần theo x
Tích Kronecker của hai ma trận A và B

E (.)
E xxH
x

x
∂
∂x

xiii


Giới thiệu

Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ viễn thông di động đã có những sự thay đổi đáng kể với những
bước tiến nhanh và dài trong những năm gần đây. Các hệ thống di động số được
thiết kế để có khả năng cung cấp các dịch vụ có tốc độ dữ liệu cao tại tốc độ
di chuyển lớn của thuê bao. Lượng thuê bao và dữ liệu tăng một cách bùng nổ
làm cạn kiệt các tài nguyên mạng hiện có. Để đạt được những yêu cầu về thông
lượng, phạm vi phủ sóng rộng lớn, cũng như việc cung cấp chất lượng dịch vụ
tốt hơn, đòi hỏi các nhà cung cấp phải liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng mạng,
áp dụng công nghệ mới, đồng thời, các nhà nghiên cứu phải không ngừng đề
xuất các kỹ thuật nhằm tối ưu hệ thống.
Ta biết rằng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất - 1G trên cơ sở
của kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số - Frequency Division Multiple
Access (FDMA). Mỗi thuê bao được cấp phát một dải tần số nhất định để truy
cập. Đây có thể được xem như là hệ thống thông tin 1 chiều (tần số). Trong
khi đó, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai - 2G sử dụng kỹ thuật đa
truy cập phân chia theo thời gian - Time Division Multiple Access (TDMA).
Mỗi thuê bao được cấp phát một khe thời gian để truy cập (thêm chiều thứ 2).
Dung lượng được cải thiện đáng kể. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
3G áp dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã băng rộng - Wideband
Code Division Multiple Access (W-CDMA), mỗi thuê bao được ấn định một
mã trong quá trình hoạt động, với tốc độ bit được nâng cao. Hệ thống này
thêm chiều thứ ba là mã. Đến hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư - 4G,
kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM được sử dụng, cho
phép truyền thông tin ở tốc độ cao, chất lượng tín hiệu được tăng cường, hiệu
quả tái sử dụng tần số cao. Không gian là chiều thứ tư được sử dụng để phân
biệt giữa các thuê bao với nhau. Như vậy, gần như cứ mỗi thế hệ là một chiều
tín hiệu được thêm vào. Việc thêm chiều tín hiệu vào làm tăng hiệu năng, cũng
như cải thiện tốc độ và băng thông giảm nhiễu của hệ thống.
Để đáp ứng được cho các dịch vụ tốc độ dữ liệu cao, băng thông rộng,
yêu cầu các sóng mang phải được dịch lên băng tần cao hơn UHF (ví dụ, chuẩn

1


IEEE 802.11 có các tần số phân bố trong các băng tần trong khoảng từ 5 đến
17 GHz). Tuy nhiên, tần số lại là một tài nguyên vô cùng hạn hẹp và việc hoạt
động ở tần số cao gặp khá nhiều khó khăn về mặt kỹ thuật.
Trong mạng thông tin di động: tốc độ dữ liệu và tốc độ di chuyển của
người sử dụng là hai thông số được mong muốn cải thiện một cách liên tục. Tuy
nhiên, tốc độ dữ liệu và tốc độ di chuyển là hai yếu tố có tính chất đánh đổi
nhau trong hệ thống, nghĩa là tốc độ dữ liệu tăng sẽ yêu cầu tốc độ di chuyển
thấp và ngược lại. Trong mạng thông tin di động thế hệ thứ 5 - Fifth Generation
(5G), tốc độ dữ liệu mong muốn của người dùng là hàng Gbps với tốc độ di
chuyển hơn 300km/h. Khi tốc độ di chuyển lớn, kênh truyền biến đổi nhanh
khiến ước lượng kênh gặp khó khăn hơn tốc độ di chuyển thấp. Khi tốc độ dữ
liệu lớn, băng thông yêu cầu lớn, tuy nhiên, băng thông là nguồn tài nguyên
hữu hạn; do vậy, việc sử dụng các kỹ thuật tái sử dụng tần số là rất cần thiết.
Chính vì vậy, với nội dung luận án: "XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA CHIỀU
TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG BĂNG RỘNG ĐA NGƯỜI DÙNG", người
thực hiện mong muốn đề xuất các kỹ thuật xử lý tín hiệu trong thông tin di
động đa người dùng với mục đích khảo sát ảnh hưởng của kênh truyền khi tốc
độ di chuyển của người dùng lớn và nghiên cứu cải thiện hiệu năng hệ thống.

Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận án
Các kỹ thuật xử lý tín hiệu như: tiền/hậu mã hóa, điều chế/giải điều
chế, cân bằng, ước lượng kênh, ghép kênh, đa truy cập, phân tập, ... là những
kỹ thuật chính được áp dụng trong các hệ thống truyền thông. Trong những
năm gần đây, với sự phát triển bùng nổ của thông tin di động, kỹ thuật xử lý
tín hiệu trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Xử lý tín hiệu không chỉ làm tăng
dung lượng mà còn nâng cao chất lượng truyền dẫn của hệ thống.
Do vậy, để có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về sử dụng các

hệ thống thông tin vô tuyến di động, về chất lượng dịch vụ cũng như các dịch
vụ bổ sung trong tương lai, xử lý tín hiệu trong thông tin di động là vấn đề
nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Mục đích nghiên cứu:
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu thu nhận
được trong hệ thống thông tin di động khi người dùng di chuyển với tốc độ cao,
xây dựng giải thuật ước lượng kênh phù hợp với sự biến đổi nhanh của kênh
truyền.
- Nghiên cứu các hệ thống truyền thông vô tuyến di động khác nhau như
đa người dùng, đa anten, đa chặng và đa tế bào, từ đó đề xuất các giải pháp
phù hợp để cải thiện hiệu năng.
Đối tượng nghiên cứu:
2


Luận án tập trung nghiên cứu:
- Ảnh hưởng kết hợp của độ lệch tần số sóng mang và nhiễu pha lên kênh
truyền biến đổi theo thời gian.
- Kỹ thuật ước lượng kênh trong hệ thống truyền dẫn song công.
- Kỹ thuật tiền mã hoá để khử giao thoa và kỹ thuật phân bổ công suất
để cải thiện dung lượng cho các hệ thống thông tin di động đa anten đa chặng,
đa tế bào và đa người dùng.
Phạm vi nghiên cứu:
- Các mô hình đáp ứng kênh truyền, các ảnh hưởng của nhiễu pha, độ
lệch tần số sóng mang và kênh truyền biến đổi theo thời gian trong hệ thống
truyền dẫn Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
- Kỹ thuật ước lượng kênh
- Các kỹ thuật tiền - hậu mã hoá trong thông tin di động.
- Kỹ thuật phân bổ công suất.
- Kỹ thuật truyền dẫn đa người dùng.

- Kỹ thuật truyền dẫn đa chặng.
- Kỹ thuật truyền dẫn đa tế bào.
Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp giải tích và mô phỏng Monte-Carlo
trên máy tính. Phương pháp giải tích được ứng dụng để xây dựng mô hình hệ
thống, các chỉ tiêu chất lượng kênh truyền, các tiêu chí kết hợp tín hiệu, giải
các bài toán tối ưu lồi để tìm nghiệm dưới các ràng buộc của các thông số
trong thực tế... Mô phỏng Monte-Carlo được sử dụng để đánh giá các tiêu chí
chất lượng như dung lượng, Bit Error Rate (BER), Signal to Interference Ratio
(SIR), Mean-Square-Error (MSE)... Với cách thức cụ thể như sau:
- Xem xét, so sánh và đánh giá các ưu điểm và khuyết điểm của các
phương pháp trước.
- Sử dụng các công cụ toán học phù hợp để mô hình hóa kênh truyền.
- Sử dụng phần mềm Mathematica, Matlab để tính toán, mô phỏng.
- Kiểm tra độ chính xác và tính hiệu quả của các phương pháp đề xuất
dựa trên việc phân tích và đánh giá các dữ liệu kết quả so với các phương pháp
trước.
Kết quả đạt được và đóng góp chính của luận án:
• Đề xuất công thức SIR cho hệ thống truyền dẫn OFDM trên kênh truyền

biến đổi theo thời gian có mặt độ lệch lần số sóng mang và nhiễu pha.
• Đề xuất giải thuật ước lượng kênh truyền cho hệ thống truyền dẫn MIMO-

OFDM song công.
• Đề xuất phương pháp thiết kế các ma trận tiền/hậu mã hóa nhằm nâng

cao dung lượng cho các hệ thống thông tin di động đa người dùng - đa
3


chặng.

• Đề xuất giải thuật quản lý giao thoa cho hệ thống đa tế bào - đa người

dùng với thông tin trạng thái kênh truyền hoàn hảo lẫn không hoàn hảo.

Bố cục luận án
Cấu trúc của luận án như sau:
Chương 1: Hệ thống thông tin di đông, môi trường truyền sóng và
các yếu tố ảnh hưởng. Trình bày khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin
di động, môi trường truyền sóng và các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường
truyền sóng.
Chương 2: Xử lý tín hiệu đa chiều trong thông tin di động. Trình
bày kỹ thuật xử lý tín hiệu đa chiều trong thông tin di động như OFDM,
MIMO, ước lượng kênh, truyền dẫn song công... từ đó, đề xuất công thức
tính SIR cho kênh truyền biến đổi theo thời gian với sự hiện diện của nhiễu
pha và độ lệch tần số sóng mang và xây dựng giải thuật ước lượng kênh
biến đổi theo thời gian cho hệ thống truyền dẫn song công.
Chương 3: Nâng cao dung lượng hệ thống thông tin di động đa người
dùng đa chặng. Chương này tập trung thiết kế các bộ tiền - hậu mã hoá
cùng với kỹ thuật phân bổ công suất và lập lịch đa người dùng trong hệ
thống thông tin di động đa chặng đa người dùng. Với các giải thuật đề
xuất, dung lượng hệ thống trong thông tin đa chặng - đa người dùng được
cải thiện so với các giải thuật trước đây.
Chương 4: Quản lý giao thoa trong mạng thông tin di động đa tế
bào. Giao thoa trong mạng đa tế bào được kiểm soát thông qua việc đề
xuất các bộ tiền - hậu mã hoá dựa trên các kỹ thuật lần lượt là Zero-forcing
(ZF), MSE và MSE tổng theo tín hiệu rò, đặc biệt có xét đến trường hợp
thông tin trạng thái kênh không hoàn hảo.
Kết luận và hướng phát triển. Đánh giá những điều đã thực hiện được
cũng như những điều chưa làm được của luận án.
Do thời gian thực hiện luận án có hạn nên không tránh khỏi những hạn

chế và sai sót. Người thực hiện mong nhận được sự góp ý và những ý kiến phản
biện của quý thầy cô và các bạn.

4


Chương 1

Hệ thống thông tin di động, môi trường
truyền sóng và các yếu tố ảnh hưởng
1.1

Giới thiệu

Vào năm 1995, Bob Metcalfe, một kỹ sư mạng hiện là nhà đầu tư mạo
hiểm, đã dự báo rằng: năm 2009, hàng loạt các nhà mạng di động sẽ phá sản do
lưu lượng dữ liệu tăng đột biến. Mặc dù dự báo này không trở thành hiện thực,
tuy nhiên, trong những năm gần đây, dự báo này đang trở thành một sự cảnh
báo. Lưu lượng dữ liệu di động hiện đang phát triển một cách bùng nổ. Ở một
số thành phố lớn, dung lượng của các mạng di động đang vận hành một cách
quá tải. Tốc độ tăng trưởng thuê bao và kết nối ở các nước đang phát triển lại
tăng rất nhanh trong những năm gần đây. Trong khi đó, tại các thị trường di
động ở các nước phát triển lại có một sự thay đổi lớn về công nghệ theo hướng
cung cấp các mạng truy cập tốc độ cao, băng thông rộng ngoài dịch vụ truyền
thống [1].
Các nhà mạng di động đã phải nỗ lực rất nhiều mới có thể đáp ứng được
một phần của nhu cầu người dùng. Song song với giải pháp truyền thống như:
bố sung tần số, tăng trạm, thêm tuyến, tăng dung lượng kết nối đường trục là
sự nâng cấp về mặt công nghệ và kỹ thuật truyền dẫn không dây thế hệ mới.
Nhu cầu về dữ liệu di động đang trở thành yêu cầu chung của khách hàng,

nhưng lại là một gánh nặng đối với tài nguyên mạng di động. Các nhà cung cấp
dịch vụ phải dự đoán liên tục, không ngừng đổi mới và cần xây dựng chiến lược
đầu tư quan trọng trong cơ sở hạ tầng mạng của họ, nếu không, các dịch vụ dữ
liệu di động sẽ không đáp ứng được những tiềm năng và mong đợi về thông tin
băng rộng của người sử dụng. Đồng thời, nhà mạng cũng phải liên tục nâng cao
chất lượng các ứng dụng. Ví dụ, một số dịch vụ như video call, truyền hình di
động... cần được cung cấp với chất lượng dịch vụ cao hơn so với đường truyền
cố định. Đây chính là thách thức lớn cho những nhà nghiên cứu.

5


1.2
1.2.1

Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G

Hệ thống này hoạt động trên kỹ thuật tương tự được xây dựng đầu tiên ở
Nhật vào năm 1979. Các mạng thông tin di động thuộc thế hệ này có thể kể đến
là: FDMA, Nordic Mobile Telephone (NMT) được sử dụng ở các nước Bắc Âu,
Tây Âu và Nga; Advanced Mobile Phone Sytem (AMPS) được sử dụng ở Mỹ
và Úc; TACS được sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi;
Radiocom 2000 ở Pháp và Radio Telefono Mobile Integrat (RTMI) ở Italia.
Dịch vụ chủ yếu được cung cấp trên hệ thống thông tin thế hệ 1 là thoại.
Dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi có độ tin
cậy thấp, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật . . . [2]

1.2.2

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 2G

Năm 1982, Hiệp hội Quản lý Bưu chính Viễn thông Châu Âu European
Conference of Postal and Telecommunications adminstrations (CEPT) thành
lập nhóm chuyên trách mang tên Groupe Spécial Mobile với mục đích phát
triển chuẩn mới về thông tin di động ở Châu Âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký
vào biên bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng Global System for Mobile
Communications (GSM) vào năm 1991.
Năm 1988, Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu European Telecommunication Standards Institute (ETSI) được thành lập và có trách nhiệm chuẩn
hóa GSM thành chuẩn của Châu Âu.
Tất cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được
định hướng thương mại, bao gồm các chuẩn: GSM, Integrated Digital Enhanced Network (iDEN), Digital-Advanced Mobile Phone System (D-AMPS),
Interim Standard 1995 (IS-95), Personal Digital Cellular (PDC), Personal
Handy-phone System (PHS), General Packet Radio Service (GPRS), Highspeed circuit-switched data (HSCSD), Wideband Integrated Digital Enhanced
Network (WiDEN) và CDMA-2000.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai làm việc trong băng tần gồm
124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz, khoảng cách giữa
2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2
đường lên và xuống. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi là 45MHz [2].
• Dải tần đường lên từ 890 – 915 MHz
• Dải tần đường xuống từ 935 – 960 MHz

Kỹ thuật đa truy cập được áp dụng trong hệ thống thông tin di động thê hệ
thứ hai bao gồm TDMA và Code Division Multiple Access (CDMA). Trong
6


thế hệ này, các cuộc gọi di động được mã hóa thành tín hiệu số rồi chuyển đi.
Điều này cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị và bắt đầu có khả năng
thực hiện các dịch vụ dữ liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn

Short Message Service (SMS) (tốc độ khoảng 10kbps), kế đến là các dịch vụ
dữ liệu có thể hoạt động được trên kỹ thuật GPRS và Enhanced Data rates
for GSM Evolution (EDGE) với tốc độ dữ liệu khoảng 64-144kbps trong thế
hệ thứ 2.5 (2.5G).

1.2.3

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G

Các mạng 3G khắc phục những nhược điểm của các mạng 2G và 2.5G
đặc biệt ở tốc độ thấp và sự không tương thích giữa các công nghệ như TDMA
và CDMA giữa các mạng khác nhau. Vào năm 1992, International Telecommunication Union (ITU) công bố chuẩn International Mobile Telecommunications
- 2000 (IMT-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem
lại bởi hệ thống 3G là [2]:
• Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao
• Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...)
• Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, truyền hình, nghe nhạc,...)
• Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...)
• Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn

cầu giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng
truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông
2Mbps. Tuy nhiên, trên thực tế cho thấy rằng băng thông này chỉ cung cấp được
cho người dùng không di chuyển, còn khi đi bộ (5km/h) băng thông sẽ chỉ còn
384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô (40km/h) sẽ là 144Kbps. Theo đặc tả của
ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ thống IMT-2000,
điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên toàn thế giới.
Hai công nghệ chủ đạo trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba bao gồm:
1.2.3.1 UMTS

Dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các
nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. Universal Mobile
Telecommunications Systems (UMTS) được hỗ trợ bởi European Union (EU)
và được quản lý bởi Third Generation Partnership Project (3GPP), tổ chức
chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng
thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa
các hệ thống UMTS và GSM đã có.
7


1.2.3.2 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối
đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lý bởi Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2), một
tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA-2000 có tốc độ truyền
dữ liệu từ 144Kbps đến 2Mbps. Hệ thống CDMA-2000 không có khả năng tương
thích với các hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.
Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ nhiều người dùng
thoại lẫn dữ liệu đặc biệt ở các vùng đô thị - với tốc độ cao hơn và chi phí thấp
hơn so với mạng 2G. 3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu.
Cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps
trong hệ thống tĩnh. Cấu trúc phân tầng đem lại các ưu điểm như dễ triển khai
dịch vụ mới, thuận tiện trong nâng cấp cơ sở hạ tầng mạng cũng như áp dụng
các kỹ thuật mới vào mạng.

1.2.4

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư 4G

Hệ thống 4G ngoài dịch vụ thoại truyền thống và các dịch vụ khác của
3G con cung cấp thêm dịch vụ truy cập Internet băng thông rộng di động. Ứng

dụng tiềm năng và hiện tại bao gồm truy cập di động web, điện thoại IP, các
dịch vụ game, truyền hình độ nét cao trên điện thoại di động, truyền hình hội
nghị, truyền hình 3D, điện toán đám mây...
Hai ứng viên của hệ thống 4G được triển khai thương mại là: tiêu chuẩn
Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) di động (sử dụng
đầu tiên tại Hàn Quốc vào năm 2007) và tiêu chuẩn Long Term Evolution
(LTE) (ở Oslo, Na Uy và Stockholm, Thụy Điển từ năm 2009).
1.2.4.1 WiMAX
WiMAX là chuẩn truyền thông, cung cấp việc truyền dẫn không dây ở
khoảng cách lớn bằng nhiều cách khác nhau, từ kiểu kết nối điểm - điểm cho
tới kiểu truy nhập tế bào. Dựa trên các tiêu chuẩn IEEE 802.16, WiMAX cho
phép người dùng có thể truy cập Internet trên máy tính xách tay hoặc trên điện
thoại di động mà không cần kết nối vật lý bằng cổng Ethernet tới router hoặc
switch.
Trong truyền thông Line of sight (LOS), IEEE 820.16-2001 có dải tần
hoạt động là 10–66 GHz. Đối với Non Line of sight (NLOS), IEEE 802.16-2004
[3] hoạt động ở dải tần số 2–11GHz. Trong họ IEEE 802.16, nổi bật nhất là
chuẩn 802.16e-2005 [4] với khả năng đáp ứng cả các dịch vụ cố định cũng như
các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động. Áp dụng kỹ thuật
Multi-Input Multi-Output (MIMO) với 2 anten phát và 2 anten thu đã cho tốc
độ dữ liệu tối đa khoảng 75Mbps. Bên cạnh đó, nhóm làm việc IEEE 802.16
8