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 (2.1 MB, 72 trang )
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Khoa Điện-Điện tử tàu biển trường Đại Học Hàng
Hải,và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn TS.Phạm Việt Hưng 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 hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn
luỵện ở trường Đại Học Hàng Hải.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Phạm Việt Hưng đã tận
tình, chu đáo hướng 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 như còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh
khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được. Em rất mong được
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 được sự
hướng dẫn của thầy giáo TS. Pham Việt Hưng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả
trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước
đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét,
đánh giá đước 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 như
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.Trường 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
NGUYỄN TRUNG THÀNH.....................................................................................I
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................II
HẢI PHÒNG, NGÀY 21 THÁNG 5 NĂM 2016.........................................................II
MỤC LỤC.............................................................................................................III
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT......................................................................III
DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................VII
MỞ ĐẦU................................................................................................................1
1. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỒ ÁN
1
2. TỔ CHỨC CỦA ĐỒ ÁN
2
CHƯƠNG 1: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.............................................3
1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động...............................................................................................4
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G................................................9
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G
9
2.1.1 Giới thiệu chung.....................................................................................................................................9
2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G
16
2.2.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu.......................................................................................................16
CHƯƠNG 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
_ Phân bổ theo kênh dẫn tới hạn chế tốc độ dữ liệu của người dùng..........................................................25
3.2.2 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế hiệu suất cao.....................................................................................25
3.2.2.1 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế thích nghi sóng mang con (Subcarrier Adaptive Modulation/Demodulation
Techniques)............................................................................................................................................................... 26
3.2.2.2 Kỹ thuật điều chế PSK...................................................................................................................................27
+ Xử lý đường lên cơ bản...............................................................................................................................35
KẾT LUẬN...........................................................................................................57
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
iii
2G
3G
4G
AAA
AMPS
2nd Generation
3rd Gneration
4th Generation
Adaptive Array Antenna
Advanced Mobile Phone
Thế hệ 2
Thế hệ 3
Thế hệ 4
Ăngten dãy thích nghi
Dịch vụ điện thoại di
AR
ARQ
Service
Access Router
Automatic Repeat
động tiên tiến
Bộ định tuyến truy cập
Kĩ thuật yêu cầu lặp tự
ATM
reQuest
Asynchronous Transfer
động
Chế độ truyền dị bộ
BS
BSC
BSS
BTS
CDMA
Mode
Base Station
Base Station Controller
Base Station Controller
Base Tranceiver Station
Code Division Multiple
Trạm gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
Hệ thống trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Đa thâm nhập phân chia
CRC
CTP
Access
Cyclic Redundancy Code
Context Transfer Protocol
theo mã
Mã vòng dư
Giao thức truyền ngữ
DS
DS-CDMA
DSP
E2R
Direct Sequence
Direct Sequence CDMA
Digital Singnal Processor
End-to-End
cảnh
Chuỗi trực tiếp
CDMA chuỗi trực tiếp
Bộ xử lý tín hiệu số
Khả năng cấu hình lại từ
EIRP
Reconfigurability
Effective Isotropically
đầu cuối đến đầu cuối
Công suất phát xạ đẳng
FEC
FDMA
Radiated
Forward Error Correct
Frequency Division
hướng hiệu dụng
Mã sửa lỗi trước
Đa truy cập phân chia
FH-OFDM
MultiAccess
Frequency Hopping
theo tần số
OFDM nhảy tần
GPS
Orthogonal
Global Positioning
Hệ thống định vị toàn
GPRS
System
General Packet Radio
cầu
Hệ thống vô tuyến gói
System
chung
iv
HARQ
Hybrid Automatic Repeat
ARQ (tự động yêu cầu
IMT-2000
reQuest
International Mobile
lặp)
Thông tin di động toàn
IP
IPv6
Telecommunication-2000
Internet Protocol
Internet Protocol Version
cầu-2000
Giao thức Internet
Giao thức Internet phiên
ITU
6
International
bản6
Liên minh Viễn thông
MIMO
Telecommunication
Multi Input-Multi Output
Quốc tế
Ăngten nhiều kênh vào-
Multi Carrier CDMA
nhiều kênh ra
Đa truy cập phân chia
Network Mobility
Next Genaration Network
Orthononal Frenquency
theo mã đa sóng mang
Tính di động mạng
Mạng thế hệ sau
Ghép kênh đa truy cập
Division
phân chia theo tần số
Orthononal Frequency
trực giao
Ghép kênh đa truy cập
Code Division
phân chia theo mã tần số
MC-CDMA
NEMO
NGN
OFDM
OFCDM
PAN
PAPR
Multiplexing
trực giao
Persional Access Network Mạng truy cập cá nhân
Peak Average Power
Tỷ số công suất đỉnh trên
QoS
RNC
Ratio
Quality of Service
Radio Network Controller
công suất trung bình
Chất lượng dịch vụ
Bộ điều khiển mạng vô
RNS
Radio Network
tuyến
Hệ thống con mang vô
SDR
Subsystem
Software Defined Radio
tuyến
Sóng vô tuyến định
SINR
Signal to Interference and
nghĩa mềm
Tỷ số công suất tín hiệu
SMS-SC
UMTS
Noise Power Ratio
SMS Service Center
Universal Mobile
trên nhiễu và tạp âm
Trung tâm d/v tin nhắn
Hệ thống viễn thông di
v
W-CDMA
W-LAN
Telecommunication
động toàn cầu
System
Wideband Code Division
Đa thâm nhập vô tuyến
Multiple Access
phân chia theo mã băng
Wireless-LAN
rộng
Mạng cục bộ không dây
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
Bảng 1.1
Tên bảng
Tổng kết các hệ thống di động
Trang
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
14
Hình 2.5
Hệ thống bảo hiểm rủi ro
Hệ thống quản lý di động
Hình 2.6
Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G
Hình 3.1
Cơ bản về SCS-MC-CDMA
17
22
Hình 3.2
Hình 3.3
Cấu trúc tế bào tối ưu của SCS-MC-CDMA
Phân bổ kênh con
23
24
Hình 3.4
Điều chế thích nghi sóng mang con
Cấu trúc bộ phát và thu của hệ thống
25
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
SC-FDMA/OFDMA
Cấu trúc bộ thu SC-FDMA với Q thiết bị đầu cuối
Biên độ của các mẫu SC-FDMA và OFDMA có đầu vào
điều chế QPSK
Xử lý kênh vật lý đường lên cơ bản
Điều chế SC-FDMA sử dụng DFT và IDFT
Lưu lượng của các kỹ thuật điều chế truyền B bit/symbol
Hiệu suất đối với clipping: (a) không mã hóa;(b) được mã
hóa
13
15
31
32
33
33
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
viii
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
Hình 3.18
Hình 3.19
Biểu diễn tín hiệu OFDM trong miền tần số
Biểu diễn tín hiệu OFDM trong miền thời gian
Tín hiệu OFDM
42
42
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
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
Phương pháp giải điều chế PSK
41
46
46
47
47
Tín hiệu BPSK với tín hiệu điều chế dạng nhị phân :
Hình 3.26
[0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 ]
49
Dạng tín hiệu BPSK với tín hiệu dạng nhị phân vào
Hình 3.27
Hình 2.28
[1 0 1 1 0101 1 1 0 ]
59
Hiệu suất Phân tích kỹ thuật điều chế 16QAM của
WCDMA trong AWGN
ix
54
GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây,thông tin di động đã đạt đước những thành tựu
vượt bậc. Thông tin di động cho phép người 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 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 đước áp
dụng nhiều vào cuộc sống vs sẽ 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 kỷ 21 (khoảng 2002) hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
x
(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 thác vào năm 2006. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) đã được
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
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 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 phương tiện, nhu cầu giải trí
trên thiết bị ngày càng tăng khi điều kiện sống của chúng ta tăng. Trước nhu cầu
đó, các chuẩn các hệ thống thông tin di động 3.5G, 4G đã được nghiên cứu và
phát triển. Năm2006, ở Nhật Bản, Hãng viễn thông NTT DoCoMo đã triển khai
thành công và đưa vào khai thác hệ thống di động 3.5G HSDPA.Hệ thống HSDPA
được mở rộng, phát triển từ hệ thống di động thế hệ 3 (W-CDMA: wideband Code
Division Multiple Access). cho tốc độ đường xuống là 14Mbps, đường lên
5,7Mbps. Còn với hệ thống 4G, theo thử nghiệm mới nhất hãng viễn thông NTT
DoCoMo, cho tốc độ 5Gbps ở môi trường trong nhà, và tốc độ 100Mbps ở môi
trường ngoài trời trên đối tượng chuyển động tốc độ 250km/h.
Với sự bùng nổ về tốc độ của hệ thống di động 4G, thì hệ thống 4G sẽ được
ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Hệ thống 4Gsẽ cung
cấp rất nhiều dịch vụ như: dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến,dịch vụ chăm sóc
sức khỏe,dịch vụ đặt hàng di động, thương 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 đường truyền không dây đến ngày hôm nay là kỹ thuật số
với quang phổ có sẵn hạn chế, do đó các loại điều chế được sử dụng là rất quan
trọng. Việc chuyển đổi các tín hiệu tương tự để điều chế kỹ thuật số an ninh
cung cấp cải thiện dữ liệu,tăng cường truyền thông chất lượng,thêm thông tin
mang năng lực,khả năng tương thích với kỹ thuật số dịch vụ dữ liệu nhanh
chóng hệ thống sẵn có cũng như RF chỉa sẻ phổ tần để đưa thêm các dịch vụ.
Tuy nhiên, các yếu tố như 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 hưởng đến hiệu quả quang phổ, như vậy làm
chậm lại tốc độ thông tin có thể được truyền trong một băng thông được 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
người sử dụng. Kỹ thuật điều chế cung cấp nhiều lợi ích chẳng hạn như công
suất lớn hơn để truyền lượng dữ liệu lớn với khả năng chống ồn ào, một ưu điểm
khác silient là dễ dàng phát hiện của nhà nước truyền riêng biệt của nó ở người
nhận trong một ồn ào vừa. Sự lựa chọn của kỹ thuật số kỹ thuật điều chế được
sử dụng là rất quan trọng, đặc biệt trong truyền dẫn đường lên-dowlink nơi tài
nguyên như khe cắm băng thông và thời gian có giới hạn. Ở nước 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 tương lai xa. Nhưng trước 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 được trình bày thành ba chương.
• Chương 1: Các hệ thống thông tin di động
• Chương 2: Hệ thống thông tin di động 4G.
• Chương 3: Các kỹ thuật điều chế hệ thống thông tin di động 4G. Ở chương
này trình bày về một số kỹ thuật điều chế, kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến dung lượng
lớn, tốc độ cao (PSK,PBSK,QPSK,QAM,OFDMA,SCS-MC-CMDA),… được triển
khai ở hệ thống di động 4G.
• Kết Luận
2
CHƯƠNG 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 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 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 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 những 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 số thế hệ thứ hai,hệ thống thông tin di động băng
rộng thế hệ thứ ba đang được triển khai trên phạm vi toàn cầu và hệ thống thông
tin di 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 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 người 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 người sử dụng có thể lên tới 2Mbps.
Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong nhà,còn các dịch vụ với tốc độ
3
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 2Gbps. Hiện này, trên thế giới ở hầu hết các
nước 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 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 kỳ đổi mới của đất nước.
Vào thời kỳ 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 3/1993, mạng điện thoại di động
MobiFone sử dụng kỹ 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 6/1996,mạng
Vinaphone ra đời và cùng tồn tại song song với mạng VMS. Năm 2003, mạng SPhone sử dụng công nghệ CMDA của Saigon Postel đưa vào khai thác.Đến năm
2004, mạng GSM của Viettel cũng chính thức đưa vào hoạt động. Và gần đây,
EVN Telecom, Hà Nội 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 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 người sử dụng dịch vụ thoại, nhưng 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,
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
4
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 bảo đảm tính kinh tế thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
(GSM, PDC, IS-136 và cdmaOne) đã từng bước chuyển đổi sang hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ ba. Khi mà nhu cầu về các 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:
+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.
+ 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.
5
+ 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 cường 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 được chia thành 3 công nghệ sau:
_ HSDPA (High Speed Downlink Packet Acces): 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 và WiBro (Mobile
Wimax).
+ WiMax: Worldwide Interoperability for Microwwave Access
+ WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không
dây.
Bảng 1. 1 Tổng kết các hệ thống di động
Thế hệ
Hệ thống
Dịch vụ chung
thông tin
di động
6
Chú Thích
Thế hệ 1 AMPS,TACS,NMT
Thoại
FDMA,tương 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)
Thế hệ 2+ GPRS,EDGE,cdma200
tin ngắn
Chủ yếu vẫn là
TDMA (kết hợp nhiều khe
(2.5G)
thoại,dịch vụ số
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
cường
truyền số lieụe gói.Tốc độ
tối đa đạt 144kbps.
Truyền dẫn thoại CDMA,CDMA/TDMA,bă
Thế hệ 3
Cdma2000 1x EV
(3G)
DO/DV,cdma2000,
và dịch vụ số
ng rộng,riêng cdma2000
WCDMA
liệu đa phương
1x EV sử dụng phổ chồng
tiện
lên phổ của hệ thống
2G.Tốc độ tối đa đường
xuống 2Mbps,đường lên
Thế hệ 3+ HSDPA
(3.5G)
Tích hợp
384kbps.
Phát triển từ
HSUPA
thoại,dịch vụ số
3G,CDMA/HS-DSCH.
HSOPA
liệu và đa
HSPDA cho tốc độ tối đa
phương tiện tốc
đường xuống
độ cao.
14.4Mbps,HSUPA có tốc
độ đường lên tối đa
5.7Mbps,HSOPA cho tốc
độ Downlink/Uplink tối
Thế hệ 4 4G
Truyền dẫn
7
đa là 200Mbps/100Mbps.
OFMA, MC/DS-
(4G)
thoại,số liệu,đa
CDMA,tốc độ tối đa ở
phương tiện tố
môi trường trong nhà là
độ cực cao.
5Gbps,100Mbps môi
trường ngoài trời trên đối
tượng chuyển động nhanh
(250km/h).
8
CHƯƠNG 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 tư (4G) dự kiến sẽ đưa vào sử dụng,khai thác vào
khoảng năm 2012.Với sự đột phá về tốc độ và dung lượng,hệ thống di động 4G sẽ
cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thường nhật, công
việc cũng như có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta trong trương lai gần. Cụ
thể hơn trong từng khía cạnh của cuộc sống được trình bày dưới đây.
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
cách cũng như 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 được sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi và âm
nhạc/video. 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 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 được 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 được gửi bởi
máy quay gắn trên một máy thu phát cầm tay và được gửi đi tức thời cho các thành
viên trong gia đình ở nước ngòai hoặc ở xa.
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 giữa thiết bị di động cầm tay theo tấm quảng cáo hoặc trên tạp
9
chí, người sử dụng 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. Dữ liệu được
tải từ các thiết bị di động có thể được sử dụng như 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 được sử dụng trong nhiều
trường hợp của cuộc sống, ví dụ như tải chương 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 tư được 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 người 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
Phương tiện truyền thông di động được sử dụng cho cấp cứu khẩn cấp ngay sau khi
tai nạn giao thông xảy ra. Vị trí của vụ tai nạn sẽ được thông báo tự động bằng cách
sử dụng thông tin định vị, khi đó các bác sĩ tại trung tâm y tế đưa 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 được truyền ngay lập tức đến các xe cứu thương 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 trường 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 phương tiện truyền thông đại chúng và người dân nói chung
có thể chia sẽ thông tin.
2.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp
Dịch vụ cung cấp thông tin ý tế
10
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: hướng dẫn từ bác sĩ , cung
cấp thuốc thích hợp.
+ Medical data storage center: trung tâm lưu trữ dữ liệu y tế
+ Personal medical data: dữ liệu y tế cá nhân
+ Hospital/drug store: bệnh viện/kho thuốc
11
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 được 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.
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, người dùng cho biết tên của video ( không nhất thiết phải chính xác,
có thể mơ hồ cũng được) mà họ lựa chọn ( chương trình ti vi đã phát, tin tức,
kịch, điện ảnh, hoặc hòa nhạc …) thông qua yêu cầu bằng lời thoại, người sử
dụng có thể xem chương trình video mình thích trên thiết bị di động đầu cuối ở
bất cứ đâu,bất cứ thời gian nào.
Nếu người dùng muốn xem phim ở rạp chiếu phim thì có thể đặt chỗ trước và
cũng có thể mua vé điện tử. Những video cũng có thể được 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
12
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
+ 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
13
