ĐỒ ÁN MẠNG VÔ TUYẾN

LỜI CẢM ƠN.
Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là thời gian khó quên nhất đối với
chúng em. Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp chúng em trang bị kiến thức vững vàng
bước vào đời.
Đẻ được như ngày hôm nay, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Ths
Đỗ Huy Khôi, Giáo viên bộ môn Thực Hành, Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông,
đã tận tình hướng dẫn em về chuyên môn, phương pháp làm việc để em có thể xây dựng
và hoàn thành nội dung báo cáo đồ án tốt nghiệp theo đúng kế hoạch.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ đã động viên giúp đỡ cả về vật
chất lẫn tinh thần cho con bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn tới bạn bè đã luôn ở bên cạnh
mình.
Sau cùng, em xin chúc các Thầy, Cô trong Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
cùng các Thầy, Cô trong Trường luôn dồi dào sức khỏe và niềm tin để tiếp tục thực hiện
sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho các bạn trong các khóa học tiếp
theo.
Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 11 tháng 04 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Mỹ Quyên


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan những nội dung mà em tìm hiểu không cố tình sao chép bất hợp
pháp hay ăn cắp bản quyền của các bài viết hay công trình nghiên cứu của bất kì ai.
Những kết quả đạt được là do em tìm hiểu và tự hoàn thành.
Em xin cam đoan những lời trên là hoàn toàn đúng sự thật. Em xin chịu mọi trách
nhiệm về những lời cam đoan trên.
Người cam đoan
Nguyễn Thị Mỹ Quyên

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG VỀ MẠNG VÔ TUYẾN 4G...............................6
1.1. Lịch sử phát triển của mạng di động.......................................................................6
1.1.1. Công nghệ 1G thế hệ đầu tiên...............................................................................6
1.1.2. Công nghệ 2G thế hệ thứ hai.................................................................................6
1.1.3. Mạng thông tin di động 3G?..................................................................................7
1.1.4. Mạng thông tin di động 4G....................................................................................9
1.1.5. Mạng di động 5G..................................................................................................16
1.2. Cấu trúc mạng 4G...................................................................................................17
1.2.1. Mạng lõi................................................................................................................19
1.2.2. Mạng truy cập......................................................................................................21
1.2.3. Đường giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến..............................23
1.2.4. Đường giao tiếp với cơ sở dữ liệu người dùng....................................................24
1.7. Kết luận chương 1...................................................................................................24
CHƯƠNG II: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN..................25
2.1. Tổng quan về quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến.......................................25
2.1.1. Tại sao phải quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến.......................................25
2.1.2. Yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến.............................................................26
2.1.3. Mục đích của việc quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến.............................26
2.1.4. Các chức năng của quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến............................27
2.1.4.1. Điều khiển công suất.........................................................................................27
2.1.4.2. Điều khiển chuyển giao.....................................................................................27
2.1.4.3. Điều khiển thu nạp............................................................................................28
2.1.4.4. Điều khiển tải.....................................................................................................28
2.2. Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)........................................................................29
2.2.1. QoS là gì?..............................................................................................................29
2.2.2. Yêu cầu về QoS.....................................................................................................30
2.2.3. Các thuộc tính của QoS........................................................................................33

2.2.4. Kiến trúc QoS.......................................................................................................36
2.3. Kết luận chương 2...................................................................................................38


CHƯƠNG III: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG 4G................................39
3.1. Kỹ thuật truy nhập OFDMA trong mạng 4G.......................................................39
3.1.1. Khái niệm OFDMA..............................................................................................39
3.1.2. Đặc điểm................................................................................................................39
3.1.3. Sơ đồ hệ thống OFDMA......................................................................................41
3.1.4. Sơ đồ truyền dẫn tuyến xuống.............................................................................42
3.1.5. Sơ đồ truyền dẫn tuyến lên..................................................................................44
3.1.6.Tại sao phải sử dụng kỹ thuật OFDMA cho 4G ở đường xuống.......................45
3.2. Cơ chế quản lý tài nguyên trong mạng 4G............................................................45
3.2.1. Quản lý tài nguyên và đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng 4G................45
3.2.2. Tại sao phải quản lý tài nguyên trong mạng 4G................................................46
3.2.3. Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng 4G.....................................................50
3.2.4. Quản lý chất lượng dịch vụ trong mạng 4G.......................................................51
3.3. Cơ chế quản lý tài nguyên trong mạng 4G............................................................56


LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến nhiều phát triển ngoạn mục trong những
năm gần đây. Khi mà cả công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 3G chưa có đủ
thời gian để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu, người ta đã bắt đầu nói về công
nghệ 4G từ nhiều năm gần đây. Thực tế, vào giữa những năm 2002, 4G là một khung
nhận thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong
tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định.
Có rất nhiều thách thức và yêu cầu được đặt ra đối với thế hệ mạng thông tin di
động băng thông rộng nói chung và hệ thống OFDMA/4G nói riêng để có thể nâng cao
tốc độ dữ liệu và cung cấp chất lượng dịch vụ cao tới những người sử dụng. Để đạt được

điều này, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) và đa truy nhập phân chia
theo tần số trực giao (OFDMA) đã được chọn là công nghệ chính trong hệ thống
OFDMA/4G.
Để nghiên cứu đầy đủ sự linh hoạt của công nghệ OFDMA và sử dụng nguồ n
tài nguyên vô tuyến hữu hạn một cách hiệu quả nhất, việc nghiên cứu và đưa ra các kỹ
thuật quản lý tài nguyên vô tuyến thích ứng và thông minh (RRM) là rất quan trọng. Có
rất nhiều vấn đề RRM mở trong mạng không dây nói chung và OFDMA trên các hệ
thống di động nói riêng. Một trong những vấn đề đó là sự cân nhắc lựa chọn giữa hiệu
suất sử dụng tài nguyên và công bằng trong phân bổ nguồn tài nguyên giữa những người
sử dụng.
Các kỹ thuật RRM xem xét trong luận án này được đánh giá bằng các mô phỏng
hệ thống-cấp. Với hệ thống OFDMA\4G, các kỹ thuật RRM thích ứng được nghiên cứu
là các công cụ có giá trị cho các nhà khai thác di động bởi vì chúng là sự mở rộng của các
chiến lược RRM cổ điển đã được biết đến trong các tài liệu. Những kỹ thuật đó có thể
đảm bảo các mức công bằng khác nhau trong hệ thống và kiểm soát sự cân nhắc lựa
chọn giữa hiệu suất và công bằng người sử dụng khi phân bổ nguồn tài nguyên.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG VỀ MẠNG VÔ TUYẾN 4G
1.1.

Lịch sử phát triển của mạng di động

Vào cuối những năm 1940, lần đầu tiên dịch vụ điện thoại qua sóng radio được
giới thiệu và đã được thiết kế cho người dùng trong những chiếc xe ôtô tới các mạng điện
thoại viễn thông công cộng. Sau đó, vào thập niên 60, một hệ thống bởi Bell Systems
được ra mắt. Từ rất sớm các hệ thống tương tự đã được dựa trên IMTS (Improved Mobile
Telephone Service) và được tạo ra trong cuối thập niên 60 và 70. Hệ thống đó được gọi là
“tế bào” vì vùng phủ sóng lớn được chia thành các khu vực nhỏ hơn hoặc “cell”, mỗi tế
bào được phục vụ bởi một máy phát công suất thấp và máy thu.

1.1.1. Công nghệ 1G thế hệ đầu tiên
Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới. Nó là hệ thống
giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm
đầu thập niên 80s. Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu
analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn
trong máy di động.
Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng mạng 1G
cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế giới: NMT
(Nordic Mobile Telephone) là chuẩn dành cho các nước Bắc Âu và Nga; AMPS
(Advanced Mobile Phone System) tại Hoa Kỳ; TACS (Total Access Communications
System) tại Anh; JTAGS tại Nhật; C-Netz tại Tây Đức; Radiocom 2000 tại Pháp; RTMI
tại Ý.
 Điểm yếu của 1G là:
- Dung lượng thấp
- Xác suất dớt cuộc gọi cao
- Khả năng truyển cuộc gọi không tin cậy
- Chất lượng âm thanh kém
- Không có chế độ bảo mật…
1.1.2. Công nghệ 2G thế hệ thứ hai
Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn toàn so
với thế hệ đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog của thế
hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi Radiolinja (hiện là nhà cung cấp
mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm 1991. Mạng 2G mang tới cho người sử dụng
di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật
số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản
đơn giản – SMS. Theo đó, các tin hiệu thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín


hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu
chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí. Song song đó, tín hiệu

kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử
dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn.
Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access) và
nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như
hạ tầng từng phân vùng quốc gia:
 Một số ưu điểm của mạng 2G:
- Dữ liệu số của giọng nói được nén và ghép kênh hiệu quả hơn so với mã
hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi
cùng được nmax hóa trên một dải băng tần.
- Hệ thống kĩ thuật số được thiết kế giảm bớt năng lượng sóng radio phát từ
điện thoại. Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn, đồng thời
giảm chi phí đầu tư những tháp phát sóng.
- Mạng 2G trở lên phổ biến cũng do công nghệ này có thể triển khai một số
dịch vụ dữ liệu như Email, SMS. Đồng thời, mức độ bảo mật cá nhân cao
hơn so với 1G.
 Mặt hạn chế mạng 2G:
-

Tín hiệu kỹ thuật số yếu hơn, tại những nơi dân cư thưa thớt, sóng kỹ thuật
số yếu có thể không tới được các tháp phát sóng. Tại những điểm như vậy,
chất lượng truyền sóng cũng như chất lượng cuộc gọi sẽ bị giảm đáng kể
- Đường cong bị phân rã góc.
- Giảm phạm vi truyền âm thanh.
1.1.3. Mạng thông tin di động 3G?
Là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó. Nó
cho phép người dùng di động truyền tải cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ
liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips...
Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video thường được miêu tả như là lá cờ đầu. Giá
tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi mà các cuộc bán đầu giá tần số mang
lại hàng tỷ Euro cho các chính phủ. Bởi vì chi phí cho bản quyền về các tần số phải trang

trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên một khối lượng vốn
đầu tư khổng lồ là cần thiết để xây dựng mạng 3G. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn
thông đã rơi vào khó khăn về tài chính và điều này đã làm chậm trễ việc triển khai mạng
3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật Bản và Hàn Quốc, nơi yêu cầu về bản quyền tần số
được bỏ qua do phát triển hạ tâng cơ sở IT quốc gia được đặt lên làm vấn đề ưu tiên nhất.
Và cũng chính Nhật Bản là nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách
rộng rãi, tiên phong bởi nhà mạng NTT DoCoMo. Tính đến năm 2005, khoảng 40% các
thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, và mạng 2G đang dần dần đi vào lãng quên trong
tiềm thức công nghệ tại Nhật Bản.


Công nghệ 3G cũng được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn
thông Thế giới (ITU). Ban đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên thế giới,
nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần riêng biệt:
UMTS (W-CDMA)


UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công nghệ truy
cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di
động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần
châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ
chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE.



FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001,
được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên. Tuy là dựa trên công nghệ WCDMA, nhưng công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc dù có các bước
tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này).
CDMA 2000



Là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000
được đưa ra bàn thảo và áp dụng bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn
Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2 – một tổ chức độc lập với 3GPP. Và đã có
nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm
1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV.



CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này đã
được chấp nhận bởi ITU.



Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là tại KDDI
của Nhận Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G. Kể từ năm 2003,
KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA2000-1xEV-DO với tốc độ
dữ liệu tới 2.4 Mbit/s. Năm 2006, AU nâng cấp mạng lên tốc độ 3.6 Mbit/s. SK Telecom
của Hàn Quốc đã đưa ra dịch vụ CDMA2000-1x đầu tiên năm 2000, và sau đó là mạng
1xEV-DO vào tháng 2 năm 2002.
TD-SCDMA
Chuẩn được ít được biết đến hơn là TD-SCDMA, được phát triển riêng tại Trung Quốc
bởi công ty Datang và Siemens.
Wideband CDMA
Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Giao thức này được dùng trong một mạng diện
rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng trong một mạng cục bộ LAN, tốc độ
tối đa chỉ là 1,8 Mbit/s. Chuẩn này cũng được công nhận bởi ITU.
* 3.5G: là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao HSDPA (High Speed Downlink
Packet Access), phát triển từ 3G và hiện đang được 166 nhà mạng tại 75 nước đưa vào

cung cấp cho người dùng. Nó đuợc kết hợp từ 2 công nghệ kết nối không dây hiện đại
HSPA và HSUPA, cho phép tốc độ truyền dẫn lên đến 7.2Mbp/s.
 Ưu điểm:
- Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ so với thế hệ trước.
- Truy cập Internet tốc độ cao kể cả khi di đang chuyển.
- Cùng với sự bùng nổ smartphone, kết nối 3G cho phép người dùng truy cập vào thế
giới nội dung đa phương tiện phong phú bao gồm nhạc, phim, hình ảnh chất lượng cao.
- Kết hợp với các ứng dụng nhắn tin OTT như Viber, Skype, Zalo, Line…, 3G giúp
người dùng có thể online, trò chuyện mọi lúc mọi nơi với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với
dạng tin nhắn SMS truyền thống.
 Hạn chế mạng 3G:
-

Tầm phủ sóng bị giới hạn.
Giá cước, thiết bị đầu cuối cao.
Chất lượng chưa ổn định. Mặt khác khi nhiều người cùng truy cập đến sóng
của một trạm BTS ( Base Transceiver Station – Trạm thu phát sóng di
động) thì tốc độ truyền dẫn của 3G sẽ bị chia sẻ dẫn tới tốc độ truy cập
giảm, đó là những khó khăn mà các nhà mạng cần phải giải quyết.
1.1.4. Mạng thông tin di động 4G
Là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ 4, cho phép truyền tải dữ liệu với
tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 – 1,5 Gbit/s. Tên gọi 4G do IEEE (Institute
of Electrical and Electronics Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa "3G và hơn nữa). Công
nghệ 4G là một công nghệ di động tiên tiến cho phép người dùng xem được video hoặc
nghe được âm thanh chất lượng cao thông qua giao thức internet end –to – end (từ đầu
này sang đầu kia, từ nguồn tới đích). Chức năng của nó nhanh hơn mạng 3G hiện tại từ 4
đến 10 lần.
Yêu cầu kĩ thuật của 4G bao gồm cả mạng chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP

và một kênh với bang thông có khả năng mở rộng lên đến 40Mhz.
Hai công nghệ là xem như là tiền 4G là chuẩn Wimax2 và Long Tern Evolution (LTE) vì
chưa đáp ứng được chuẩn của 4G là cho phép truyền tải ở tốc độ 100Mbyte/s khi di
chuyển và 1Gb/s khi đứng yên. Về bản chất Wimax2 là một tiêu chuẩn được phát triển
bởi IEEE còn LTE là sản phẩm của 3GPP, một bộ phận của liên minh các nhà mạng cung
cấp dịch vụ GSM. Cả hai tiêu chuẩn Wimax2 và LTE đều sử dụng công nghệ anten tiên
tiến nhằm cải thiện khả năng tiếp nhận và thực hiện, tuy nhiên lại hoạt động trên các băng
tần khác nhau.
Wimax2 cung cấp khả năng kết nối Internet không dây nhanh hơn so với wifi, tốc
độ up và down cao hơn, sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, vùng phủ sóng rộng hơn,
không bị ảnh hưởng bởi địa hình. Wimax có thể thay đổi một cách tự động phương thức
điều khiển điều chế để có thể tăng vùng phủ bằng cách giảm tốc độ truyền và ngược lại,
có tốc độ bit net lý thuyết là 128 Mbit/s cho download và 64 Mbit/s cho upload.


LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn 4G, mục tiêu của nó là hướng đến đáp ứng được
yêu cầu của ITU. LTE Advanced có khả năng tương thích với thiết bị và chia sẻ bang tần
với LTE phiên bản đầu tiên. Nhưng đã có thể thấy trong tương lai không xa, một số xu
hướng sẽ làm tăng yêu cầu về bandwidth:
- Mức độ sử dụng mạng không dây ngày càng tăng: do giá thành ngày càng hạ,
ngày càng có nhiều người sử dụng các ứng dụng không dây cần truy cập mạng.
- Nội dung đa phương tiện: tuy những nỗ lực đầu tiên di động hóa Web chỉ đạt
được các trang Web chủ yếu là văn bản, nhưng nội dung đồ họa ngày càng trở nên phổ
biến hơn. Một hình ảnh có thể nói thay cho hàng nghìn từ ngữ, nhưng nó cũng làm tăng
lượng dữ liệu cần được truyền đi cho mỗi trang Web. Việc tải xuống âm nhạc và phim
ảnh cũng đang trở nên phổ biến hơn, làm tăng hơn nữa yêu cầu về băng thông.
- Các mạng xã hội di động: tương tự như trong Internet đường dây cố định, có một
dòng ứng dụng mới đang thay đổi cách thức con người sử dụng Internet. Trong quá khứ,
người dùng chủ yếu chỉ tiêu thụ nội dung. Ngày nay thì các blog, các site chia sẻ hình ảnh
và các cổng truyền tải phim đang định hình lại Internet, bởi vì người dùng không chỉ tiêu

thụ nội dung nữa mà nay đã dùng mạng để chia sẻ những ý tưởng, hình ảnh và phim ảnh
của họ với người khác.
- Voice over IP: thế giới thoại đường dây cố định đang nhanh chóng chuyển sang
hướng VoIP. Nhiều khả năng là chỉ khoảng năm năm nữa, nhiều mạng thoại chuyển kênh
đường dây cố định hiện nay sẽ chuyển hoàn toàn sang truyền thoại dựa trên IP. Tương tự
như vậy, về phương diện truy cập mạng, nhiều người dùng sẽ sử dụng VoIP như dịch vụ
thoại chính của họ, ví dụ như qua các mạng DSL hoặc TV cáp. Hiện nay có thể thấy những
động thái chuyển dịch này rồi, bởi vì thị trường thoại chuyển kênh đang chịu áp lực ngày
càng tăng do sự sụt giảm số lượng thuê bao. Kết quả là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ thoại
đường dây cố định không còn đầu tư vào công nghệ chuyển kênh nữa. Có thể quan sát thấy
một xu hướng tương tự trong các mạng không dây. Tuy nhiên, sự dịch chuyển ở đây chậm
hơn nhiều, đặc biệt là do yêu cầu về băng thông cao hơn để truyền các cuộc thoại qua một
đường truyền chuyển gói.


- Sự thay thế cho đường dây cố định: trong khi lượng thông thoại ngày càng tăng
thì doanh thu ngày càng giảm ở các mạng đường dây cố định lẫn không dây do cước thuê
bao ngày càng giảm. VÌ vậy, ở nhiều nước, các nhà cung cấp dịch vụ không dây đang cố
gắng kìm giữ hoặc tăng doanh thu bình quân trên mỗi thuê bao bằng cách chào mời khả
năng truy cập Internet cho máy PC, máy tính xách tay và các thiết bị di động trên các
mạng UMTS/HSDPA hoặc CDMA của họ. Như vậy là họ bắt đầu cạnh tranh trực tiếp với
các nhà cung cấp dịch vụ DSL và cáp. Muốn cạnh tranh thành công, họ cũng phải tăng
thêm băng thông trên mạng của mình.
- Sự cạnh tranh từ những nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây khác: ở một số
nước, các nhà cung cấp dịch vụ khác đã và đang chào mời khả năng truy cập Internet
không dây broadband bằng các mạng Wifi hoặc Wimax/802.16. Những nhà cung cấp như
thế cạnh tranh trực tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ UMTS và CDMA truyền thống vẫn
đang hoạt động trong thị trường này.
Một số công nghệ không dây hiện đang được xây dựng hoặc đang trong giai đoạn
triển khai ban đầu, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tương lai này: LTE của 3GPP,

HSPA+ và Wimax. Câu hỏi đặt ra là trong bối cảnh như vậy, những công nghệ nào là 3G
hiện nay, và công nghệ nào được xem là 4G trong tương lai?
Cơ quan chịu trách nhiệm phân loại các mạng không dây là ITU (International
Telecommunication Union). ITU phân loại các mạng viễn thông di động quốc tế
(international mobile telecommunication_IMT) như sau:
- Các hệ thống IMT-2000: tức những hệ thống mà ta gọi là 3G hiện nay, ví dụ
UMTS và CDMA2000.
- Các hệ thống Enhanced IMT-2000: sự phát triển của các hệ thống IMT-2000 (tức
sau 3G), ví dụ như HSPA, CDMA 1xEvDo và những thế hệ phát triển hơn nữa của chúng
trong tương lai.
- Các hệ thống IMT-Advance: các hệ thống thuộc loại này được xem là hệ thống
4G.
Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F (ITU-R WP 8F) đang
tiến hành nghiên cứu các hệ thống kế tiếp sau IMT-2000. ITU-R WP 8F tuyên bố rằng


cần có các công nghệ vô tuyến di động mới để đáp ứng các khả năng cao hơn IMT-2000,
tuy nhiên vẫn chưa chỉ rõ đó là công nghệ nào. Thuật ngữ IMT-Adv cũng sẽ có các bước
phát triển giống như IMT-2000 và sẽ có các khả năng của các hệ thống trước đó.
Trong giới nghiên cứu, một số đề án đang được tiến hành trong IMT-Advance và
thế hệ sau của truy nhập vô tuyến. Chẳng hạn như đề án Winner được hỗ trợ một phần
kinh tế từ liên minh châu Âu là đề án dành cho nghiên cứu vấn đề này. Khái niệm của
Winner có rất nhiều các phần tử gần giống với LTE. Tuy nhiên Winner đặt mục tiêu cho
tốc độ số liệu cao hơn và vì thế được thiết kế cho băng thông rộng hơn 20Mhz.
LTE là một trong các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu
của 4G, tiếp theo đó sẽ là IMT Adv. LTE cho phép chuyển đổi dần từ 3G UMTS sang giai
đoạn đầu của 4G sau đó sang IMT Adv. Chuyển đổi dần từ LTE sang IMT Adv là chìa
khóa của thành công trên thị trường. 3GPP đã bắt đầu hướng đến IMT- Advance cũng cho
vô tuyến vùng nội hạt dưới cái tên LTE-Advance. LTE-Advance là một phần của 3GPP
Release 10 và IMT-Advance sẽ được triển khai vào năm 2013 hoặc sau đó.

Hình 1.1: Tốc độ bit và sự phát triển di động đến IMT-Advance
Ngoài LTE của 3GPP còn có các hướng chuyển đổi khác sang 4G. 3GPP2 cũng đã
và đang thực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPP2 đề xuất là
UMB (Ultra Mobile Broadband). Ngoài ra Wimax cũng có kế hoạch tiến tới 4G.


Một lộ trình tiến tới mạng 4G của các công nghệ được thể hiện như hình 1.2:

Hình 1.2: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G
- UMB
Chuẩn UMB hiện nay được phát triển bởi 3GPP2 với kế hoạch là sẽ thương mại
hoá trước 2009.
* Một số đặc điểm kỹ thuật như sau:
- Các kỹ thuật Multiple radio và antenna tiên tiến:
Multiple Input Multiple Output (MIMO), đa truy nhập phân chia theo không gian
(Spatial Division Multiple Access (SDMA)) và kỹ thuật beamforming antenna
- Các kỹ thuật quản lý nhiễu tiên tiến (Improved interference management
techniques)
- Tốc độ dữ liệu cao nhất (peak data rates)
- Lên tới 288 Mbps đường lên, 75 Mbps đường xuống
- Lên tới 1000 người sử dụng VoIP đồng thời (với sự cấp phát 20 MHz FDD)
* IEEE 802.x
Chuẩn này bắt nguồn từ mạng WiFi, sau đó tiến lên 802.16e rồi 802.16m và bây
giờ là 802.20


Chuẩn IEEE 802.20 còn được gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA
(Mobile Broadband Wireless Access). Nó có thể hỗ trợ ngay cả khi đang di chuyển với
vận tốc lên tới 250 km/h.

Trong khi chuyển vùng (roaming) của WiMAX nhìn chung bị giới hạn trong một
phạm vi nhất định, thì chuẩn IEEE 802.20 giống như 3G có khả năng hỗ trợ chuyển vùng
toàn cầu. Ngoài ra, cũng giống như WiMAX, IEEE 802.20 cũng hỗ trợ các kỹ thuật QoS
nhằm cung cấp những dịch vụ có yêu cầu cao về độ trễ, jitter... Trong mạng EEE 802.20,
việc đồng bộ giữa đường lên và đường xuống đều được thực hiện hiệu quả. Dự kiến,
chuẩn IEEE 802.20 tương lai sẽ kết hợp một số tính năng của IEE 802.16e và các mạng
dữ liệu 3G, nhằm cung cấp và tạo ra một mạng truyền thông đa dạng (rich
communication).
* 3GPP LTE
Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không
dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm
năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa
truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho
di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ
cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả
chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ
dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng
GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA.
3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa
phương tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3km/h, và đạt 30Mb/s khi di
chuyển ở tốc độ cao 120km/h thì tốc độ truyền là trên 30 Mb/s. Tốc độ này nhanh hơn
gấp 7 lần so với tốc độ truyền dữ liệu của công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ liệu tốc
độ cao). Do công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao trong
khi di chuyển ở bất kỳ tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các dịch vụ nội dung có
dung lượng lớn với độ phân giải cao ở cả điện thoại di động, máy tính bỏ túi PDA, điện
thoại thông minh...


Ưu điểm nổi bật:
- Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mbps và trên kênh đường lên

có thể đạt 50 Mbps.
- Tăng tốc độ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng điều khiển.
- Sẽ không còn chuyển mạch kênh. Tất cả sẽ dựa trên IP. VoIP sẽ dùng cho dich vụ
thoại.
- Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng
3GPP LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này
hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3GPP LTE vì không cần thay đổi
toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
- OFDMA và MIMO được sử dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như trong 3G.
- LTE-Advance
Sự phát triển của LTE Advance/IMT Advance được chỉ ra ở bảng dưới và sự tiến triển
từ các dịch vụ của 3G được phát triển từ kĩ thuật UMTS/W-CDMA.
Bảng 1.1 So sánh thông số đặc diểm của các hệ thống

Một số đặc điểm của LTE Advance:
- Tốc độ dữ liệu đỉnh: 1 Gbps cho đường xuống và 500 Mbps cho đường lên.


- Băng thông sử dụng: 20Mhz_100Mhz.
- Hiệu quả phổ đỉnh: 30 bps / Hz cho đường xuống và 15 bps / Hz cho đường lên.
- Thời gian chờ: nhỏ hơn 50 ms khi chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối
và nhỏ hơn 5ms cho mỗi chuyển mạch gói riêng lẻ.
- Tính di động: giống LTE.
- Khả năng tương thích: LTE Advance có khả năng liên kết mạng với LTE và các
hệ thống của 3GPP.
1.1.5. Mạng di động 5G
Mạng di độngh 5G là bước đệm cho ngành công nghiệp IoT
Cụm từ 5G là viết tắt của từ 5th Generation, thế hệ thứ 5 của mạng di động. Mỗi thế hệ
tương ứng với một tập hơp các yêu cầu riêng, quyết định chất lượng thiết bị và hệ thống
mạng nào đủ chuẩn đáp ứng yêu cầu và tương thích với các hệ thống mạng khác, mô tả

những công nghệ mới, mang lại khả năng giao tiếp mới.

Mạng 5G chắc chắn sẽ vượt trội hơn 4G
Đầu tháng 01/2012, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU - International
Telecommunications Union) chứng nhận chỉ có 2 công nghệ là LTE-Advanced và
WirelessMAN-Advanced (WiMAX 2) mới đạt chuẩn mạng 4G. Theo tiêu chuẩn của ITU,
mạng 4G phải đạt được tốc độ 100Mbit/giây khi di chuyển tốc độ cao và tốc độ
1Gbit/giây đối với những thiết bị cố định.
Do chuẩn 5G xuất hiện sau 4G nên nó được mong đợi còn có tốc độ nhanh hơn
nhiều chuẩn kết nối 4G hiện tại. Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào quy định chính xác nhanh
hơn bao nhiêu.
 Hoạt động của mạng 5G
5G sẽ sử dụng sóng milimét (Millimetre wave). Sóng milimét đại diện cho phổ tín
hiệu RF giữa các tần số 20GHz và 300GHz với bước sóng từ 1~15mm, nhưng xét về khía


cạnh mạng vô tuyến và các thiết bị thông tin, tên gọi sóng milimét tương ứng với các dải
tần 24GHz, 38GHz, 60GHz và gần đây, các dải tần 70GHz, 80 GHz cũng đã được sử
dụng công cộng cho mục đích thiết lập mạng và truyền thông vô tuyến. Những dải tần
này được tận dụng thì có thể cải thiện rất nhiều tốc độ và băng thông không dây.
Hiện thời, gần như không có dữ liệu nào truyền trên mốc 24GHz, bởi những bước sóng
này có xu hướng sử dụng ở tầm gần, hoạt động với khoảng cách ngắn hơn. Ví dụ, mạng
4G LTE của AT&T hiện thời hoạt động ở dải tần 700MHz, 850MHz, 1,9GHz và 2,1GHz.
Thay vì những trạm cơ sở trên mặt đất đang được sử dụng bởi mạng 2G, 3G và 4G, có
thể 5G sẽ sử dụng các trạm HAPS (High Altitude Stratospheric Platform Stations). Về cơ
bản, các trạm HAPS là những chiếc máy bay treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong
khoảng cách từ 17km~22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh. Cách này sẽ
giúp đường tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những kiến trúc cao
tầng.
Ngoài ra, nhờ độ cao, trạm cơ sở có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn; do đó làm

giảm, nếu không nói là loại bỏ những vấn đề về diện tích vùng phủ sóng. Thậm chí trên
biển, nơi các trạm phát sóng trên đất liền không thể phủ sóng, người ta cũng có thể bắt
được tín hiệu 5G.
 Ưu điểm của mạng 5G:
-

Tốc độ nhanh hơn 4G khoảng 40 lần.

-

Mở rộng vùng phủ sóng.

-

Sử dụng tần số 73.000 MHz làm cho tốc dộ tải dữ liệu tăng lên đáng kể.

-

Cải thiện về phương pháp truyền dữ liệu

-

Tiết kiệm năng lượng

 Nhược điểm:

1.2.

-

Khoảng cách truyền dữ liệu bị thu hẹp nên cần xây dựng nhiều trạm phát
sóng.

-

Tốn kém cho việc xây dựng các trạm, lắp đặt hệ thống.

Cấu trúc mạng 4G
Như đã đề cập, LTE được thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, đối

lập với chuyển mạch kênh truyền thống. Nó hướng đến cung cấp các kết nối IP giữa các
UE (User Equipment) và PDN (Packet Data Network), mà không có bất kì sự ngắt quãng
nào đối với những ứng dụng của người dùng trong suốt quá trình di chuyển. Trong khi
thuật ngữ LTE đề cập quanh sự tiến triển việc truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN


(Evolved-UTRAN), nó còn được kết hợp cùng với các phương diện cải tiến “không vô
tuyến” dưới thuật ngữ SAE (System Architecture Evolution) bao gồm mạng lõi gói cải
tiến EPC (Evolved Packet Core). LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS
(Evolved Packet System).

Hình 1.6 Sự chuyển đổi trong cấu trúc mạng từ UTRAN sang E-UTRAN
Hình 1.6 cho thấy các thành phần chính của một mạng lõi và mạng truy nhập vô
tuyến LTE. So sánh với UMTS, mạng vô tuyến ít phức tạp hơn. Mục đích chính của LTE
là tối thiểu hóa số Node. Vì vậy, người ta đã quyết định rằng các RNC nên được gỡ bỏ, và
chức năng của chúng đã được chuyển một phần sang các trạm cơ sở và một phần sang nút
Gateway của mạng lõi. Để phân biệt với các trạm cơ sở UMTS, các trạm cơ sở của LTE
được gọi là Enhanced NodeB (eNodeB). Bởi vì không còn phần tử điều khiển ở trung
ương trong mạng vô tuyến nữa nên giờ đây các trạm cơ sở thực hiện chức năng quản lí
dữ liệu truyền tải một cách tự lập, và bảo đảm chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên các RNC

vẫn điều khiển các kênh truyền tải dành cho dịch vụ thoại chuyển kênh.


Hình 1.7 Cấu trúc EPS
EPS dùng khái niệm “EPS bearers” tạm dịch là thông báo EPS để định tuyến IP từ
Gateway trong PDN đến UE. Một thông báo là một gói IP được gọi là QoS (Quality of
Service) giữa Gateway và UE.

Hình 1.8 Các thành phần trong mạng EPS
EPS cung cấp cho người dùng một kết nối IP đến một PDN để truy cập Internet,
cũng như là thực thi các dịch vụ như VoIP. Một thông báo EPS điển hình được kết hợp
với một QoS. Nhiều thông báo có thể được thiết lập cho một người dùng để cung cấp
nhiều dòng QoS khác nhau hoặc để kết nối đến các PDN khác nhau. Ví dụ như, người
dùng vừa thực hiện cuộc gọi VoIP, vừa duyệt Web hoặc download FTP (File Transfer
Protocol). Một thông báo VoIP sẽ cung cấp QoS cần thiết cho cuộc gọi thoại, trong khi
một thông báo best-effort sẽ thích hợp cho duyệt Web hoặc phiên FTP.
Hình 1.8 chỉ ra một cấu trúc mạng EPS bao gồm nhiều thành phần mạng và các
giao diện chuẩn. Ở tầng cao, mạng gồm có Core Network CN (EPC) và mạng truy cập E-


UTRAN. Trong khi CN bao gồm những nút vật lí thì mạng truy cập chỉ có một nút duy
nhất, đó là eNodeB (evolved NodeB), phần tử kết nối đến các UE. Mỗi phần tử sẽ kết nối
với các phần tử khác thông qua những giao diện chuẩn cho phép tương kết.
1.2.1.

Mạng lõi
Mạng lõi CN (được gọi là EPC trong SAE) đáp ứng cho việc điều khiển UE và

thiết lập các thông báo. Các Node chính của EPC:
- PDN Gateway (P-GW)

- Serving Gateway (S-GW)
- Mobility Management Entity (MME)

Hình 1.9 Phân chia chức năng giữa E-UTRAN và EPC
Ngoài các Node này, EPC cũng gồm có những Node và chức năng vật lí khác như
HSS (Home Subscriber Server) và PCRF (Policy Control Charging Rules Function).
 Chức năng:
- PCRF: chịu trách nhiệm việc điều khiển chính sách ra quyết định cũng như điều
khiển các thực thể trong PCEF (Policy Control Enforcement Function) thường trú trong
P-GW. PCRF cấp phép cho QoS quyết định cách thức một dòng dữ liệu hoạt động trong
PCEF và đảm bảo phù hợp thuê bao người dùng.


- HLR (Home Location Register): HLR chứa dữ liệu thuê bao người dùng. Nó
cũng giữ thông tin về các PDN mà người dùng có thể kết nối. Ngoài ra, HLR còn nắm
giữ thông tin động như là việc nhận dạng người dùng đang đăng kí của MME. HLR còn
tích hợp AuC (Authentication Centre) phần tử phát mã bảo vệ và cấp phép.
- P-GW: chịu trách nhiệm định vị địa chỉ IP cho UE, cũng như thực thi QoS từ
PCRF. PCRF sẽ lọc các gói IP hướng xuống người sử dụng trong các thông báo QoS
khác nhau.
- S-GW: tất cả các gói IP người dùng được chuyển đi thông qua S-GW, S-GW như
một trạm di động địa phương cung cấp các thông báo dữ liệu khi UE di chuyển giữa các
eNodeB. Nó cũng giữ lại thông tin về các thông báo khi UE trong tình trạng rỗi và làm bộ
đệm tạm thời cho dữ liệu hướng xuống trong khi MME bắt đầu nhắn tin thông báo thiết
lập lại đến UE. Thêm vào đó, S-GW còn thực hiện các chức năng điều khiển trong mạng
khách như là thu thập thông tin để tính cước (ví dụ như lưu lượng dữ liệu gửi và nhận từ
người dùng). Nó cũng cung cấp các trạm di động để kết nối liên mạng với các kĩ thuật
khác của 3GPP như GPRS và UMTS.
- MME: điều khiển các Node xử lí tín hiệu giữa UE và CN. Giao thức giữa UE và
CN là Non-Access Stratum (NAS).

Chức năng chính của MME được phân loại như sau :
- Các chức năng liên quan đến quản lí thông báo : chức năng này bao gồm thiết
lập, duy trì và gởi đi các thông báo và được điều khiển bởi lớp quản lí phiên trong giao
thức NAS.
- Các chức năng liên quan đến quản lí kết nối : bao gồm việc kết nối và bảo mật
giữa mạng và UE được điều khiển bởi lớp quản lí tính di động hoặc kết nối trong giao
thức NAS. Các thủ tục lớp không truy cập NAS (Non-Acess Stratum).
Các thủ tục NAS là các thủ tục quản lí kết nối đặc biệt, về cơ bản giống với
UMTS. Sự khác biệt chính với UMTS là EPS cho phép ghép nối nhiều thủ tục để sự thiết
lập của các kết nối và thông báo nhanh hơn.


1.2.2. Mạng truy cập
E-UTRAN là một cấu trúc phẳng. Các eNodeB kết nối với nhau thông qua các
đường giao tiếp X2, và kết nối với EPC bằng đường giao tiếp S1. Mạng truy cập của
LTE, E-UTRAN, đơn giản bao gồm một mạng lưới các eNodeB như hình 1.6.
Các trạm cơ sở giờ đây còn chịu trách nhiệm thực hiện các cuộc chuyển giao cho
các UE tích cực. Vì mục đích này, giờ đây các eNodeB có thể liên lạc trực tiếp với nhau
thông qua các đường giao tiếp X2. Các đường giao tiếp này được dùng để chuẩn bị
những cuộc chuyển giao và cũng có thể được dùng để gửi chuyển tiếp dữ liệu người dùng
(các gói IP) từ mạng cơ sở hiện tại sang mạng cơ sở mới để giảm thiểu dữ liệu người
dùng thất thoát trong quá trình chuyển giao. Bởi lẽ các đường giao tiếp X2 không bắt
buộc phải có, nên các trạm cơ sở cũng có khả năng liên lạc với nhau thông qua Gateway
truy cập để chuẩn bị các cuộc chuyển giao. Tuy nhiên trong trường hợp này, dữ liệu
người dùng không được chuyển tiếp trong quá trình chuyển giao. Điều đó nghĩa là một số
dữ liệu đã được mạng gửi đi tới trạm cơ sở hiện tại có thể thất thoát, bởi vì sau khi một
quyết định chuyển giao được thực hiện, nó phải được thi hành càng nhanh càng tốt trước
khi đường truyền vô tuyến mất đi. Không giống trong UMTS, các mạng vô tuyến LTE
chỉ thực hiện các cuộc chuyển giao cứng, tức là vào mỗi thời điểm chỉ có một cell liên lạc
với UE.

Đường giao tiếp nối các eNodeB với các nút gateway giữa mạng vô tuyến và
mạng lõi là đường S1. Nó hoàn toàn dựa trên giao thức IP, nên không biết gì về công
nghệ vận chuyển tầng thấp cả. Đây là một khác biệt lớn với UMTS. Trong UMTS, các
đường giao tiếp giữa các NodeB, các RNC và SGSN nhất thiết dựa trên giao thức ATM
dành cho các tầng thấp. Giữa RNC và NodeB, IP không hề được dùng cho việc gửi
chuyển tiếp các gói. Tuy cho phép đồng bộ hóa dễ hơn giữa các nút, song việc cần phải
sử dụng ATM để vận chuyển dữ liệu trên các tầng thấp khiến kết cấu không linh hoạt và
phức tạp. Trong những năm gần đây, tình hình này càng tệ hơn do nhu cầu thông lượng
tăng cao không còn phù hợp với những đường truyền ATM trên các kênh E1 2 Mbit/s
nữa. Vì vậy, chuẩn UMTS sau này đã được cải tiến để cũng dùng IP làm một giao thức
vận chuyển giữa mạng lõi và trạm cơ sở. Nhưng LTE thì ngay lúc bắt đầu đã hoàn toàn


dựa trên vận chuyển IP trên mạng vô tuyến. Các trạm cơ sở được trang bị những cổng
Ethernet 100 Mbit/s hoặc 1Gbit/s quen thuộc trong thế giới PC, hoặc các cổng cáp quang
Gigabit Ethernet. Giao thức giữa các eNodeB và UE là giao thức lớp truy cập AS (Access
Stratum). E-UTRAN chịu trách nhiệm về các chức năng liên quan đến vô tuyến, gồm có :
Quản lí nguồn tài nguyên vô tuyến.
Nén Header.
Bảo mật.
Kết nối với EPC.
Về phương diện mạng, mỗi EnodeB sẽ quản lí một số lượng cell nhất định. Khác
với 2G hay 3G, LTE tích hợp chức năng bộ điều khiển vô tuyến trong eNodeB. Điều này
cho phép sự tương tác thích hợp giữa những lớp giao thức khác nhau của mạng truy cập
vô tuyến, vì vậy có thể giảm trễ và cải thiện hiệu suất. Việc điều khiển phân phối sẽ tránh
được tình trạng đòi hỏi một bộ điều khiển xử lí chuyên sâu, do đó, sẽ giảm giá thành.
Hơn nữa, khi LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm thì không cần chức năng liên kết dữ
liệu tập trung trong mạng.
1.2.3. Đường giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến
Như trong hình 1.8, nút Gateway giữa mạng truy nhâp vô tuyến và mạng lõi được

phân ra thành hai thực thể luận lí : Serving Gateway (Serving-GW) và Mobility Manager
Entity (MME). Kết hợp với nhau, chúng thực hiện những công việc tương tự như SGSN
(Serving GPRS Support Node) trong các mạng UMTS. Trong thực tế, cả hai thành phần
luận lí này có thể được thực hiện trên cùng một thiết bị phần cứng hoặc có thể được tách
ra để có thể tăng giảm kích cỡ độc lập với nhau. Bởi vì đường giao tiếp S1được dùng cho
cả dữ liệu người dùng (nối với Serving_GW) lẫn dữ liệu báo hiệu (nối với MME), nên
kiến trúc của các giao thức tầng cao hơn được phân ra thành hai bộ giao thức khác biệt :
S1-C và S1-U. Giao thức S1-C (điều khiển) được dùng để trao đổi các thông điệp điều
khiển giữa một UE và MME. Như được trình bày bên dưới, các thông điệp này được trao
đổi qua các kênh “non-IP” đặc biệt trên giao tiếp vô tuyến rồi sau đó được eNodeB đặt
vào trong các gói IP trước khi chúng được gửi chuyển tiếp đến MME. Tuy nhiên, dữ liệu


người dùng đã được truyền với tính cách các gói IP qua giao tiếp vô tuyến, và chúng
được gửi chuyển tiếp qua giao thức S1-U (người dùng) đến Serving-GW.
Nếu MME và Serving-GW được thực hiện riêng biệt, đường giao tiếp S11 sẽ được
dùng để liên lạc giữa hai thực thể đó. Cần có sự liên lạc giữa hai thực thể đó, ví dụ như để
tạo ra các kênh truyền khi người dùng nối vào mạng, hoặc để sửa đổi một đường hầm khi
một người dùng nào đó di chuyển từ cell này sang cell khác.
Không giống như các mạng vô tuyến không dây trước đó, khi một Gateway của
mạng truy nhập (SGSN) chịu trách nhiệm đối với một số RNC nhất định và mỗi RNC
đến lượt nó lại chịu trách nhiệm đối với một số trạm cơ sở nhất định, đường giao tiếp S1
hậu thuẫn một kiến trúc nối kết mắc lưới (mesh). Thế có nghĩa là không phải chỉ một mà
là vài MME và Serving-GW có thể liên lạc với từng eNodeB, và số lượng MME và
Serving-GW có thể khác biệt. Điều này làm giảm số lượng các cuộc chuyển giao liênMME khi người dùng di chuyển, và cho phép số lượng MME phát triển độc lập với số
lượng Serving-GW, bởi vì dung lượng của MME lệ thuộc vào tải trọng báo hiệu, còn
dung lượng của Serving-GW lệ thuộc vào tải trọng dữ liệu truyền của người dùng. Những
dung lượng này có thể phát triển khác nhau qua thời gian. Một kiến trúc mắt lưới của
giao tiếp S1 cũng bổ sung tính dự phòng cho mạng. Nếu một MME hỏng, thì một MME
thứ hai có thể tự động tiếp quản nếu nó được cấu hình để phục vụ những cell giống như

MME kia. Tác hại duy nhất của một cơ chế khôi phục tự động khi gặp hỏng hóc như vậy
là, những người dùng được phục vụ bởi MME hỏng phải đăng kí lại với mạng. Những
khả năng mắt lưới của giao tiếp S1 được dùng trong thực tế như thế nào là tùy thuộc vào
chính sách của các nhà cung cấp dịch vụ mạng và vào kiến trúc của mạng vận chuyển bên
dưới.
1.2.4. Đường giao tiếp với cơ sở dữ liệu người dùng
Một đường giao tiếp quan trọng nữa trong các mạng lõi LTE là đường giao tiếp S6
nối giữa các MME và cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin thuê bao. Trong UMTS/GPRS/GSM,
cơ sở dữ liệu này được gọi là HLR (Home Location Register). Trong LTE, HLR được sử
dụng lại và được đổi tên thành HSS (Home Subscriber Server). Về cơ bản, HSS là một
HLR cải tiến, và chứa thông tin thuê bao cho GSM, GPRS, UMTS, LTE. Đường giao tiếp


S6 dùng giao thức Diameter dựa trên IP. HSS là một cơ sở dữ liệu kết hợp, và nó được sử
dụng đồng thời bởi các mạng GSM, UMTS và LTE thuộc cùng một nhà cung cấp dịch vụ
mạng. Vì thế, ngoài đường giao tiếp S6 dành cho LTE ra, nó tiếp tục hậu thuẫn đường
giao tiếp MAP truyền thống.
1.7. Kết luận chương 1
Trong chương này em đã trình bày tổng quát về lịch sử phát triển của hệ thống
mạng di động từ 1G đến 5G. Chương này em tập chủ yếu trình bày về cấu trúc của
mạng 4G.

CHƯƠNG II: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN
2.1.

Tổng quan về tài nguyên trong mạng vô tuyến

2.1.1. Khái niệm về tài nguyên vô tuyến và quản lý tai nguyên vô tuyến
Tài nguyên vô tuyến ở đây có thể hiểu là bề rộng phổ cho phép để truyền
tin. Bề rộng phổ cho phép là giới hạn trong khi đó bất kì hệ thống truyền dẫn nào

người ta đều yêu cầu chất lượng tối thiểu, đồng thời nhu cầu về tốc độ truyền dẫn
ngày càng cao để đáp ứng các dịch vụ phức tạp.
Vấn đề đặt ra của quản lý tài nguyên vô tuyến là làm sao với một băng tần
cố định cho trước của kênh truyền, hệ thống có thể truyền dữ liệu với dung lượng
cao nhất và với chất lượng truyền dữ liệu tốt nhất. Người ta nói lên rằng hệ thống
có hiệu suất sử dụng phổ tín hiệu càng cao khi hệ thống và tốc độ truyền số liệu
càng lớn. Nhiệm vụ của quản lý tài nguyên vô tuyến còn là phân chia bề rộng phổ
sẵn có cho các hệ thống thông tin khác nhau sao cho các hệ thống có hiệu suất sử
dụng phổ cao nhất. Đối với các hệ thống có nhiều người sử dụng thì quản lý tài