Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế thông tin di động 4g
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.5 MB, 72 trang )
LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự phân công của Khoa Điện-Điện tử tàu biển trƣờng Đại Học Hàng
Hải,và sự đồng ý của thầy giáo hƣớng dẫn TS.Phạm Việt Hƣng em đã thực hiện
đề tài “Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế thông tin di động 4G”.
Để hoàn thành bài đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo
đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn
luỵện ở trƣờng Đại Học Hàng Hải.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn TS. Phạm Việt Hƣng đã
tận tình, chu đáo hƣớng dẫn em thực hiện bài đồ án tốt nghiệp này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất.
Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với
thực tế cũng nhƣ còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh
khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chƣa thấy đƣợc. Em rất mong đƣợc
sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các bạn trong ngành để bài đồ án tốt nghiệp
hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng , Ngày 21 tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Trung Thành
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc sự
hƣớng dẫn của thầy giáo TS. Pham Việt Hƣng. Các nội dung nghiên cứu, kết
quả trong đề tài này là trung thực và chƣa công bố dƣới bất kỳ hình thức nào
trƣớc đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận
xét, đánh giá đƣớc chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong
phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong bài đồ án còn sử dụng một số nhận xét,đánh giá cũng nhƣ
số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú
thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kì gian lần nào tôi xin hòan toàn chịu trách nhiệm về
nội dung đồ án của mình.Trƣờng đại học Hàng Hải Việt Nam không liên quan
đến những vi phạm tác quyền,bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện
(nếu có).
Hải Phòng, Ngày 21 tháng 5 năm 2016
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................................................I
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................................... II
MỤC LỤC........................................................................................................................................................III
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT................................................................................................IV
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................................................VII
DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................................................VIII
GIỚI THIỆU ...................................................................................................................................................IX
MỞ ĐẦU……………………………………………………………….….…...1
1. Cơ sở nghiên cứu và mục đích của đồ án…………………………………..…1
2. Tổ chức của đồ án………………………………………….……………..…...2
CHƢƠNG 1: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG……………....................................3
1.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động…………………………….3
1.1.1Toàn cảnh hệ thống thông tin di động…………………………………….,.,,3
1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động…..………………………,,,…,……4
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G..............................................................…9
2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động…………………………………….....9
2.1.1 Giới thiệu chung………………………………………………………….......9
2.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp……………………………...…..11
2.2Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G……………...………………………17
CHƢƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G………..20
3.1 Tổng quan về các kỹ thuật điều chế thông tin di động 4G……………………20
3.2 Kỹ thuật truyền dẫn dung lƣợng lớn,tốc độ cao………………………………20
3.2.1 Các kỹ thuật đa truy nhập (Multiple Access Techniques)..………………...20
3.2.2 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế hiệu suất cao……………………………….24
KẾT LUẬN…………………………………………………………………………...58
THAM KHẢO………………………………………………………………………...59
iii
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
2G
2nd Generation
Thế hệ 2
3G
3rd Gneration
Thế hệ 3
4G
4th Generation
Thế hệ 4
AAA
Adaptive Array Antenna
Ăngten dãy thích nghi
AMPS
Advanced Mobile Phone
Dịch vụ điện thoại di
Service
động tiên tiến
AR
Access Router
Bộ định tuyến truy cập
ARQ
Automatic Repeat
Kĩ thuật yêu cầu lặp tự
reQuest
động
Asynchronous Transfer
Chế độ truyền dị bộ
ATM
Mode
BS
Base Station
Trạm gốc
BSC
Base Station Controller
Bộ điều khiển trạm gốc
BSS
Base Station Controller
Hệ thống trạm gốc
BTS
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Division Multiple
Đa thâm nhập phân chia
Access
theo mã
CRC
Cyclic Redundancy Code
Mã vòng dƣ
CTP
Context Transfer Protocol
Giao thức truyền ngữ
cảnh
DS
Direct Sequence
Chuỗi trực tiếp
DS-CDMA
Direct Sequence CDMA
CDMA chuỗi trực tiếp
DSP
Digital Singnal Processor
Bộ xử lý tín hiệu số
E2R
End-to-End
Khả năng cấu hình lại từ
Reconfigurability
đầu cuối đến đầu cuối
iv
Effective Isotropically
Công suất phát xạ đẳng
Radiated
hƣớng hiệu dụng
FEC
Forward Error Correct
Mã sửa lỗi trƣớc
FDMA
Frequency Division
Đa truy cập phân chia
MultiAccess
theo tần số
Frequency Hopping
OFDM nhảy tần
EIRP
FH-OFDM
Orthogonal
Global Positioning
Hệ thống định vị toàn
System
cầu
General Packet Radio
Hệ thống vô tuyến gói
System
chung
Hybrid Automatic Repeat
ARQ (tự động yêu cầu
reQuest
lặp)
International Mobile
Thông tin di động toàn
Telecommunication-2000
cầu-2000
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
IPv6
Internet Protocol Version
Giao thức Internet phiên
6
bản6
International
Liên minh Viễn thông
Telecommunication
Quốc tế
Multi Input-Multi Output
Ăngten nhiều kênh vào-
GPS
GPRS
HARQ
IMT-2000
ITU
MIMO
nhiều kênh ra
MC-CDMA
Multi Carrier CDMA
Đa truy cập phân chia
theo mã đa sóng mang
NEMO
Network Mobility
Tính di động mạng
NGN
Next Genaration Network
Mạng thế hệ sau
OFDM
Orthononal Frenquency
Ghép kênh đa truy cập
v
Division
phân chia theo tần số
trực giao
OFCDM
PAN
Orthononal Frequency
Ghép kênh đa truy cập
Code Division
phân chia theo mã tần số
Multiplexing
trực giao
Persional Access
Mạng truy cập cá nhân
Network
Peak Average Power
Tỷ số công suất đỉnh trên
Ratio
công suất trung bình
QoS
Quality of Service
Chất lƣợng dịch vụ
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô
PAPR
tuyến
RNS
SDR
Radio Network
Hệ thống con mang vô
Subsystem
tuyến
Software Defined Radio
Sóng vô tuyến định
nghĩa mềm
SINR
Signal to Interference and
Tỷ số công suất tín hiệu
Noise Power Ratio
trên nhiễu và tạp âm
SMS-SC
SMS Service Center
Trung tâm d/v tin nhắn
UMTS
Universal Mobile
Hệ thống viễn thông di
Telecommunication
động toàn cầu
System
W-CDMA
Wideband Code Division
Đa thâm nhập vô tuyến
Multiple Access
phân chia theo mã băng
rộng
W-LAN
Wireless-LAN
vi
Mạng cục bộ không dây
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Tổng kết các hệ thống di động
7
Bảng 3.1
Khoảng tỷ lệ SNR với mỗi kỹ thuật điều chế
36
Bảng 3.2
PAPR 99,9% cho IFDMA, DFDMA, LFDMA, và OFDMA
41
Bảng 3.3
chân lý của tín hiệu điều chế BPSK:
46
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số Hình
Tên Hình
Trang
Hình 1.1
Lộ trình phát triển của thông tin di động
5
Hình 2.1
Dịch vụ thông tin y tế
11
Hình 2.2
Hệ thông cung cấp nội dung tiên tiến
12
Hình 2.3
Hệ thống định vị
Hình 2.4
Hệ thống bảo hiểm rủi ro
14
Hình 2.5
Hệ thống quản lý di động
15
Hình 2.6
Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G
17
Hình 3.1
Cơ bản về SCS-MC-CDMA
Hình 3.2
Cấu trúc tế bào tối ƣu của SCS-MC-CDMA
Hình 3.3
Phân bổ kênh con
Điều chế thích nghi sóng mang con
Hình 3.4
Cấu trúc bộ phát và thu của hệ thống
Hình 3.5
SC-FDMA/OFDMA
13
22
23
24
25
31
Hình 3.6
Cấu trúc bộ thu SC-FDMA với Q thiết bị đầu cuối
32
Hình 3.7
Biên độ của các mẫu SC-FDMA và OFDMA có đầu vào
điều chế QPSK
33
Hình 3.8
Xử lý kênh vật lý đƣờng lên cơ bản
33
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Điều chế SC-FDMA sử dụng DFT và IDFT
Lƣu lƣợng của các kỹ thuật điều chế truyền B bit/symbol
Hiệu suất đối với clipping: (a) không mã hóa;(b) đƣợc mã
hóa
viii
34
35
37
:
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Sơ đồ khối của mô phỏng SC-FDMA
Hiệu suất SER của SC-FDMA với các kỹ thuật
mapping sóng mang con khác nhau
Sơ đồ khối OFDM
38
39
40
Hình 3.15
biểu diễn việc xử lý tín hiệu của một bộ phát OFDM.
40
Hình 3.16
Biểu diễn phổ tín hiệu trong miền thời gian
41
Hình 3.17
Biểu diễn tín hiệu OFDM trong miền tần số
42
Hình 3.18
Biểu diễn tín hiệu OFDM trong miền thời gian
42
Hình 3.19
Tín hiệu OFDM
43
BER so với SNR cho hệ thống OFDM trong một
băng thông kênh 1,25 MHz
Hình 3.20
0510152025300.450.50.550.60.650.70.750.80.850.9
Eb / NoBERError Xác suất kênh băng thông của
40
1.25MHz
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24
Hình 3.25
Hình 3.26
BER so với SNR cho hệ thống OFDM trong một băng
thông kênh 6MHz.
Đồ thị thời gian và trạng thái
Sơ đồ khối thực hiện điều chế PSK
Quan hệ pha /thời gian ở đầu ra bộ điều chế BPSK
theo tín hiệu vào
Phƣơng pháp giải điều chế PSK
Tín hiệu BPSK với tín hiệu điều chế dạng nhị phân :
[0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 ]
ix
41
46
46
47
47
49
Dạng tín hiệu BPSK với tín hiệu dạng nhị phân vào
Hình 3.27
Hình 2.28
59
[1 0 1 1 0101 1 1 0 ]
Hiệu suất Phân tích kỹ thuật điều chế 16QAM của
WCDMA trong AWGN
x
54
GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây,thông tin di động đã đạt đƣớc những thành tựu
vƣợt bậc. Thông tin di động cho phép ngƣời dùng sử dụng 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 nhau nhƣ: nhắn tin, truyền số liệu, truyền
thông đa phƣơng tiện,xác định vị trí ngƣời sử dụng… mà các dịch vụ khác
không thực hiện đƣợc. Do vậy nhu cầu về thông tin di động ngày một tăng lên
và trong tƣơng lai không xa đây sẽ là hình thức thông tin vạn năng và đƣớc áp
dụng nhiều vào cuộc sống vs sẽ thay đổi lối sống của con ngƣời.
Cho đến nay thông tin di động trên thế giới đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ thứ
nhất sử dụng công nghệ tƣơng 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 kỷ 21 (khoảng 2002) hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
(3G) đã đƣợc triển khai và ứng dụng rộng rãi phục vụ đời sống của con ngƣời. Ở
Việt Nam, hệ thống thông tin di động 3G đã đƣợc triển khai bởi các nhà cung
cấp dịch vụ Saigon Postel, Hà Nội Telecom, EVN Telecom và đƣợc đƣa vào
khai thác vào năm 2006. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) đã đƣợc
hãng viễn thông lớn trên thế giới, Hiệp hội Viễn thông quốc tế -ITU, diễn đàn
Mobile IT nghiên cứu và chuẩn hóa. Năm 2012 hệ thống thông tin di động 4G sẽ
đƣợc triển khai và đƣa vào khai thác. Sự xuất hiện của hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ tƣ có thể tạo ra một sự bùng nổ trong ngành công nghiệp thông
tin di động nói riêng và ngành công nghiệp viễn thông nói chung.
Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của
mình là “Nghiên cứu các kĩ thuật điều chế trong thông tin di động 4G” làm
chủ đề nghiên cứu
xi
xi
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở nghiên cứu và mục đích của đồ án
Nhu cầu trao đổi dữ liệu, sử dụng dịch vụ đa phƣơng tiện, nhu cầu giải trí
trên thiết bị ngày càng tăng khi điều kiện sống của chúng ta tăng. Trƣớc nhu cầu
đó, các chuẩn các hệ thống thông tin di động 3.5G, 4G đã đƣợc nghiên cứu và
phát triển. Năm2006, ở Nhật Bản, Hãng viễn thông NTT DoCoMo đã triển khai
thành công và đƣa vào khai thác hệ thống di động 3.5G HSDPA.Hệ thống HSDPA
đƣợc mở rộng, phát triển từ hệ thống di động thế hệ 3 (W-CDMA: wideband Code
Division Multiple Access). cho tốc độ đƣờng xuống là 14Mbps, đƣờng lên
5,7Mbps. Còn với hệ thống 4G, theo thử nghiệm mới nhất hãng viễn thông NTT
DoCoMo, cho tốc độ 5Gbps ở môi trƣờng trong nhà, và tốc độ 100Mbps ở môi
trƣờng ngoài trời trên đối tƣợng chuyển động tốc độ 250km/h.
Với sự bùng nổ về tốc độ của hệ thống di động 4G, thì hệ thống 4G sẽ đƣợc
ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Hệ thống 4Gsẽ cung
cấp rất nhiều dịch vụ nhƣ: dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến,dịch vụ chăm sóc
sức khỏe,dịch vụ đặt hàng di động, thƣơng mại di động, phòng chống thiên tai…
Hiện nay, điều chế là vô cùng quan trọng cho tất cả không dây thông tin
liên lạc. Hầu hết các đƣờng truyền không dây đến ngày hôm nay là kỹ thuật số
với quang phổ có sẵn hạn chế, do đó các loại điều chế đƣợc sử dụng là rất quan
trọng. Việc chuyển đổi các tín hiệu tƣơng tự để điều chế kỹ thuật số an ninh
cung cấp cải thiện dữ liệu,tăng cƣờng truyền thông chất lƣợng,thêm thông tin
mang năng lực,khả năng tƣơng thích với kỹ thuật số dịch vụ dữ liệu nhanh
chóng hệ thống sẵn có cũng nhƣ RF chỉa sẻ phổ tần để đƣa thêm các dịch vụ.
Tuy nhiên, các yếu tố nhƣ băng thông có sẵn, điện cho phép và mức độ tiếng ồn
vốn có của hệ thống là hạn chế phát triển chủ yếu của hệ thống thông tin liên lạc
trong ngành công nghiệp làm ảnh hƣởng đến hiệu quả quang phổ, nhƣ vậy làm
chậm lại tốc độ thông tin có thể đƣợc truyền trong một băng thông đƣợc phân
bổ. Các yếu tố khác bao gồm tăng tốc độ dữ liệu, tính di động cao hơn, tần số
sóng mang lớn hơn và độ tin cậy hệ thống do tăng các dịch vụ theo yêu cầu của
1
ngƣời sử dụng. Kỹ thuật điều chế cung cấp nhiều lợi ích chẳng hạn nhƣ công
suất lớn hơn để truyền lƣợng dữ liệu lớn với khả năng chống ồn ào, một ƣu điểm
khác silient là dễ dàng phát hiện của nhà nƣớc truyền riêng biệt của nó ở ngƣời
nhận trong một ồn ào vừa. Sự lựa chọn của kỹ thuật số kỹ thuật điều chế đƣợc
sử dụng là rất quan trọng, đặc biệt trong truyền dẫn đƣờng lên-dowlink nơi tài
nguyên nhƣ khe cắm băng thông và thời gian có giới hạn. Ở nƣớc ta đang tồn tại
đồng thời nhiều thế hệ của hệ thống di động (2G,2.5G,3G). Việc triển khai hệ
thống di động 4G vẫn là vấn đề trong tƣơng lai xa. Nhƣng trƣớc những xu thế
phát triển chung về công nghệ viễn thông, đặc biết là công nghệ thông tin di
động, thì việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G là cần thiết.
2. Tổ chức của đồ án
Đồ án đƣợc trình bày thành ba chƣơng.
Chƣơng 1: Các hệ thống thông tin di động
Chƣơng 2: Hệ thống thông tin di động 4G.
Chƣơng 3: Các kỹ thuật điều chế hệ thống thông tin di động 4G. Ở chƣơng
này trình bày về một số kỹ thuật điều chế, kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến dung lƣợng
lớn, tốc độ cao (PSK,PBSK,QPSK,QAM,OFDMA,SCS-MC-CMDA),… đƣợc triển
khai ở hệ thống di động 4G.
Kết Luận
2
CHƢƠNG 1: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
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 kỹ
thuật tiên tiến và công nghệ cao. Ý tƣởng về sự liên lạc tức thời mà không quan
tâm đến khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài ngƣời và
giấc mơ đó đang ngày càng trở thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của kỹ thuật và
công nghệ. Việc sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin diễn ra lần đầu tiên
vào cuối thế kỷ 19.Kể từ đó nó trở thành một công nghệ đƣợc 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 những giai đoạn
phát triển quan trọng. Từ hệ thống thông tin di động tƣơng tự thế hệ thứ nhất
đến hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ hai,hệ thống thông tin di động băng
rộng thế hệ thứ ba đang đƣợc triển khai trên phạm vi toàn cầu và hệ thống thông
tin di động đa phƣơng tiện thế hệ thứ tƣ đang đƣợc nghiên cứu tại một số
nƣớc.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 tƣ phát triển về dịch vụ dữ liệu và đa
phƣơng tiện.
Các thế hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở giai đoạn thế
hệ thứ hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba và thế hệ thứ ba cộng(3.5G).Để đáp ứng
các nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên ngay từ đầu
những năm 90 ngƣời ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba.Liên hiệp viễn thông quốc tế bộ phận vô tuyến (ITU-R) 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 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 ngƣời sử dụng có thể lên tới 2Mbps.
3
Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong nhà,còn các dịch vụ với tốc độ
14,4Kbps sẽ đƣợc đảm bảo cho thông tin di động thông thƣờng ở các ô macro.
Ngƣời ta cũng đang nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ có
tốc độ cho ngƣời sử dụng khoảng 2Gbps. Hiện này, trên thế giới ở hầu hết các
nƣớc đã triển khai hệ thống di động 3G. 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 đƣợc triển
khai và đƣa vào khai thác dịch vụ ở một số thành phố nhƣ London,New York
vào quý 2 năm 2007.
Ở nƣớc 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 nhƣ một tất yếu khách quan
nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới của đất nƣớc.
Vào thời kỳ ban đầu,xuất hiện một số mạng thông tin di động nhƣ 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 3/1993, mạng điện thoại di động
MobiFone sử dụng kỹ thuật số GSM đã đƣợc triển khai và chính thức đƣa vào
hoạt động ở Việt Nam với các thiết bị của hãng ALCATEL. Tháng 6/1996,mạng
Vinaphone ra đời và cùng tồn tại song song với mạng VMS. Năm 2003, mạng
S-Phone sử dụng công nghệ CMDA của Saigon Postel đƣa vào khai thác.Đến
năm 2004, mạng GSM của Viettel cũng chính thức đƣa vào hoạt động. Và gần
đây, EVN Telecom, Hà Nội Telecom cũng đƣa vào khai thác mạng di động thế
hệ thứ ba, trong hai năm gần đây, số thuê bao của các mạng này đang rất nhanh.
1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động
Thời kỳ đầu, khi mới triển khai, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
mới chỉ cung cấp cho ngƣời sử dụng dịch vụ thoại, nhƣng nhu cầu về truyền số
liệu tăng lên đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng
mới cho mạng và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng
hiện có. Từ đó các nhà khai thác đã phải triển khai các hệ thống di động 2G,
4
2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao hơn. 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 đƣợc các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh,
đồng thời bảo đảm tính kinh tế thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
(GSM, PDC, IS-136 và cdmaOne) đã từng bƣớc chuyển đổi sang hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ ba. Khi mà nhu cầu về các dịch vụ đa phƣơng tiện chất
lƣợng cao tăng mạnh, mà tốc độ của hệ thống 3G hiện tại không đáp ứng đƣợc
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 tƣ
đƣợc mô tả ở hình 1.1
Hình 1. 1 Lộ trình phát triển của thông tin di động
Trong đó:
+TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin
truy nhập tổng thể.
+ 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 tiến.
+ SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng.
5
+ GSM(900) (Global System for Mobile: Hệ thống thông tin di động
toàn cầu băng tần 900MHz.
+ GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần 1800MHz.
+ GSM(1900): 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) (Interim Standard -95 CDMA): Tiêu chuẩn thông
tin di động CDMA cải tiến của Mỹ (do Qualcomm đề xuất).
+ GPRS (Genneral Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói
chung.
+ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số
liệu tăng cƣờng để phát triển GSM.
+ cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 1.
+ WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.
+ HSPA (Hing Speed Packet Access): Hệ thống di động truy cập gói
tốc độ cao.Hệ thống HSPA đƣợc chia thành 3 công nghệ sau:
_ HSDPA (High Speed Downlink Packet Acces): Hệ thống truy cập
gói đƣờng xuống tốc độ cao.
_ HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói
đƣờng 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 và WiBro (Mobile
Wimax).
+ WiMax: Worldwide Interoperability for Microwwave Access
+ WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không
dây.
6
Bảng 1. 1 Tổng kết các hệ thống di động
Thế hệ
Hệ thống
Dịch vụ chung
Chú Thích
thông tin
di động
Thế hệ 1 AMPS,TACS,NMT
Thoại
FDMA,tƣơng tự
(1G)
Thế hệ 2 GSM,IS-136,IS-95
Chủ yếu cho
TDMA hoặc
(2G)
thoại kết hợp
CDMA,côngnghệ số,băng
với dịch vụ bản
hẹp (8-13 kbps)
tin ngắn
Thế hệ 2+ GPRS,EDGE,cdma200
Chủ yếu vẫn là
TDMA (kết hợp nhiều
(2.5G)
thoại,dịch vụ số
khe thời gian hoặc tần số)
liệu gói tốc độ
hoặc CDMA,sử dụng phổ
thấp và trung
chồng lên phổ tần của hệ
bình
thống
0 1x
2G,tăng
cƣờng
truyền số lieụe gói.Tốc độ
tối đa đạt 144kbps.
Thế hệ 3
Cdma2000 1x EV
(3G)
DO/DV,cdma2000,
Truyền dẫn
CDMA,CDMA/TDMA,b
thoại và dịch vụ ăng rộng,riêng cdma2000
số liệu đa
1x EV sử dụng phổ chồng
phƣơng tiện
lên phổ của hệ thống
WCDMA
2G.Tốc độ tối đa đƣờng
xuống 2Mbps,đƣờng lên
384kbps.
Thế hệ 3+ HSDPA
(3.5G)
Tích hợp
Phát triển từ
HSUPA
thoại,dịch vụ số
3G,CDMA/HS-DSCH.
HSOPA
liệu và đa
HSPDA cho tốc độ tối đa
phƣơng tiện tốc
đƣờng xuống
7
độ cao.
14.4Mbps,HSUPA có tốc
độ đƣờng lên tối đa
5.7Mbps,HSOPA cho tốc
độ Downlink/Uplink tối
đa là 200Mbps/100Mbps.
Thế hệ 4 4G
(4G)
Truyền dẫn
OFMA, MC/DS-
thoại,số liệu,đa
CDMA,tốc độ tối đa ở
phƣơng tiện tố
môi trƣờng trong nhà là
độ cực cao.
5Gbps,100Mbps môi
trƣờng ngoài trời trên đối
tƣợng chuyển động nhanh
(250km/h).
8
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G
2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G
2.1.1 Giới thiệu chung
Hệ thống di động thế hệ thứ tƣ (4G) dự kiến sẽ đƣa vào sử dụng,khai thác vào
khoảng năm 2012.Với sự đột phá về tốc độ và dung lƣợng,hệ thống di động 4G sẽ
cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thƣờng nhật, công
việc cũng nhƣ có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta trong trƣơng lai gần. Cụ
thể hơn trong từng khía cạnh của cuộc sống đƣợc trình bày dƣới đây.
Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học
Nhờ có sự ƣu 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
cách cũng nhƣ ngôn ngữ. Thiết bị đầu cuối di động của hệ thống di động thế hệ 4G
(điện thọai cầm tay, đồng hộ đeo tay …) co 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 từ giáo viên từ xa …
Giải trí
Hệ thống di động 4G đƣợc sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi và âm
nhạc/video. Những trò chơi hình ảnh động có thể đƣợc truy cập ở bất cứ nơi nào trên
hệ thống. Những nội dung cực kì phong phú đa dạng về nhạc và phim trong hệ thống
có thể tài ngay lập tức bất cứ nơi đâu, vào bất cứ thời gian nào.
Truyền thông hình ảnh
Hệ thống di động 4G cũng đƣợc ứng dụng trong việc trao đổi thông tin giữa các
điểm cách xa nhau. Một đoạn phim của một sự kiện thể thao có thể đƣợc gửi bởi
máy quay gắn trên một máy thu phát cầm tay và đƣợc gửi đi tức thời cho các thành
viên trong gia đình ở nƣớc ngòai hoặc ở xa.
Thương mại di động
Hệ thống di động 4G đƣợc ứng dụng trong trao đổi và thỏa thuận mua bán hàng hóa.
9
Bằng cách đơn giản là giữa thiết bị di động cầm tay theo tấm quảng cáo hoặc trên tạp
chí, ngƣời sử dụng có thể thu đƣợc 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. Dữ liệu đƣợc
tải từ các thiết bị di động có thể đƣợc sử dụng nhƣ các thẻ thanh toán, thẻ ra vào, thẻ
thành viên … thay cho các loại thẻ cá nhân: thẻ ngân hàng (ATM, Visa Card …), thẻ
ra vào công ty, hộ chiếu v.v. Các dịch vụ di động cũng đƣợc sử dụng trong nhiều
trƣờng hợp của cuộc sống, ví dụ nhƣ tải chƣơng trình tivi trên các máy chủ đặt tại gia
đình lên thiết bị di động và xem chúng khi đi ra ngòai, hoặc sử dụng thiết bị cầm tay
di động để điều khiển Robot từ xa.
Y tế và chăm sóc sức khỏe
Công nghệ di động thế hệ thứ tƣ đƣợc sử dụng trong 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 ngƣời của bệnh nhân, nhờ đó các bác sĩ có thể thực hiện
việc kiểm tra sức khỏe hoặc xử lý tức thì các tình trạng khẩn cấp.
Điều trị trong tình trạng khẩn cấp
Phƣơng tiện truyền thông di động đƣợc sử dụng cho cấp cứu khẩn cấp ngay sau khi
tai nạn giao thông xảy ra. Vị trí của vụ tai nạn sẽ đƣợc thông báo tự động bằng cách
sử dụng thông tin định vị, khi đó các bác sĩ tại trung tâm y tế đƣa ra các chỉ dẫn sơ
cứu cho bệnh nhân thông qua việc quan sát bệnh nhận trên màn hình. Các dữ liệu y
tế cũng đƣợc truyền ngay lập tức đến các xe cứu thƣơng hoặc bệnh viện thông qua
mạng di động.
Ứng dụng trong thảm họa thiên tai
Hệ thống di động đóng vai trò là thiết bị thông tin quan trọng trong trƣờng hợp xảy
ra thảm họa thiên tai, cho phép truyền đi hình ảnh thực trạng của các khu vực xả ra
thảm họa. Do đó tại những nơi thảm họa không diễn ra, tất cả lãnh đạo chính phủ,
các nhà quản lý, các phƣơng tiện truyền thông đại chúng và ngƣời dân nói chung
có thể chia sẽ thông tin.
2.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp
10
Dịch vụ cung cấp thông tin ý tế
Hình 2.1 Dịch vụ thông tin y tế
Trong đó:
+ Service charge (paid from insurance): phí dịch vụ (thanh toán tử bảo hiểm).
+ Access personal medical data: truy cập dữ liệu y tế cá nhân
+ Sed personal medical data: gửi dữ liệu y tế cá nhân
+ Advice/Infformation/heathe analysis: Lời khuyên/Thông tin/phân tích tình trạng
sức khỏe
+ Introduction to doctors, provision of adequate medicine: hƣớng dẫn từ bác sĩ , cung
cấp thuốc thích hợp.
+ Medical data storage center: trung tâm lƣu trữ dữ liệu y tế
+ Personal medical data: dữ liệu y tế cá nhân
+ Hospital/drug store: bệnh viện/kho thuốc
Dịch vũ 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 đƣợc chỉ dẫn, đơn
thuốc 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 ình trên thiết bị di động.
11
Thậm chí trong dịch vụ này với công nghệ điều trị gen tiên tiến, khách hàng có
thể tải những thông tin về gen của họ ngay lập tức để có những biện pháp điều
trị thích hợp.
Dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến
Đơn giản, ngƣời dùng cho biết tên của video ( không nhất thiết phải chính xác,
có thể mơ hồ cũng đƣợc) mà họ lựa chọn ( chƣơng trình ti vi đã phát, tin tức,
kịch, điện ảnh, hoặc hòa nhạc …) thông qua yêu cầu bằng lời thoại, ngƣời sử
dụng có thể xem chƣơng trình video mình thích trên thiết bị di động đầu cuối ở
bất cứ đâu,bất cứ thời gian nào.
Nếu ngƣời dùng muốn xem phim ở rạp chiếu phim thì có thể đặt chỗ trƣớc và
cũng có thể mua vé điện tử. Những video cũng có thể đƣợc chiếu trên tàu, trên
một thiết bị kính đeo mắt có khả năng hiển thị hình ảnh.
Hình 2.2 Hệ thông cung cấp nội dung tiên tiến
Trong đó:
+ Movie delivery: phân phát phim
+ Movie info.search: tìm kiếm thông tin phim
+Ambigous search by voice: tìm kiếm thông tin phim bằng thoại
+ Ticket purchase: thẻ dịch vụ
12
+ Content streaming delivery: cung cấp luồng nội dung
+ Real media content distribution by compact high-density disc, memory card:
phân phối nội dung bằng thẻ nhớ, đĩa nén mật độ cao
+Movie distributor: nhà cung cấp phim
+ Content server: máy chủ nội dung
+ Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
+ Speech analysis: khối phân tích thoại
+ Seach server: máy chủ tìm kiếm
+ Member DB: cơ sở dữ liệu thành viên
Hệ thống định vị
Hình 2.3 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
+ Emergency info: thông tin khẩn cấp
+ Logistics Info: thông tin hậu cần
+ Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
13
