Nghiên cứu công nghệ 4G và triển khai tại Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

TRẦN VĂN PHÚ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 4G VÀ TRIỂN KHAI
TẠI VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số : KTVT15A-NĐ-03

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS: PHẠM NGỌC NAM

Hà Nội - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghê ̣ 4G và triể n
khai ta ̣i Viê ̣t Nam. Tôi đã thực hiện đúng qui trình trong thời gian làm luận văn mà
nhà trường quy định.
Trong quá trình làm đề tài luận văn tốt nghiệp, tôi đã sưu tầm và sử dụng một
số tài liệu trong nước đã được xuất bản, và một số tài liệu cùng với một số bài báo
và các tạp chí trong và ngồi nước.Các tài liệu tơi tham khảo đều được trích trong
phần tài liệu tham khảo.
Tơi khơng sử dụng sao chép vi phạm qui định đề ra ví dụ như: Sao chép các
luận văn cũ, sao chép các thơng tin khơng có tính đích thực khơng được cơng bố,
tham khảo tài liệu nhưng khơng trích dẫn…

Đây lời cam đoan của tơi, nếu tơi vi phạm tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước
hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ và khoa, viện đào tạo sau đại học.
Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2017
Tác giả luận văn

TRẦN VĂN PHÚ

i


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Third Generation Partnership
3GPP

Project

Nhóm cộng tác 3GPP
A

ACK

Acknowledgement

Xác nhận
Hệ thống điện thoại di động tiên

AMPS

Advanced Mobile Phone System

tiến

Association of Radio Industries

Hiệp hội các doanh nghiệp và công

ARIB

and Businesses

nghiệp vô tuyến

ARQ

Automatic Repeat reQuest

Yêu cầu phát lại tự động

Alliiance for
Telecommunications Industry

Liên minh cho các giải pháp công

ATIS

Solutions

nghiệp viễn thông

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

B
BPSK

Binary Phase-Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân
C

China Communications Standards Hiệp hội chuẩn truyền thông Trung
CCSA

Association

Quốc

CDD

Cyclic Delay Diversity

Phân tập trễ vòng

ii

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

European Conference of Postal
and Telecommunications

Hội nghị Châu Âu về quản lý Bưu

CEPT

Administations

chính Viễn thơng

CPC

Continuous Packet Connectivity

Kết nối gói liên túc

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lượng kênh
D

Dedicated Physical Control
DPCCH

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DRX

Discontinuous Reception

Thu không liên tục

DTX

Discontinuous Transmission

Phát không liên tục

D-TxAA

Dual Transmit -Diversity Adaptive Array
E

E-AGCH

E-DCH Absolute Grant Channel

Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH

E-DCH

Enhanced Dedicated Channel

Kênh riêng nâng cao

Enhanced Data rates for GSM
Evolution and Enhanced Data

Tốc độ số liệu tăng cường để phát

EDGE

rates for Global Channel

triển GPRS

E-RGCH

E-DCH Relative Grant Channel

Kênh cấp phát tương đối E-DCH

iii

F
Ghép song công phân chia theo tần
FDD

Frequency Division Duplex

số

FDM

Frequency Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo tần số

Frequency Division Multiple
FDMA

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Access
G

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/
GERAN

GSM EDGE RAN

EDGE

GPRS

General Packet Radio Services

Dịch vụ vơ tuyến gói chuntg

Global System for Mobile

Hệ thống thơng tin di dộng tồn

communications

cầu

GSM

H
HARQ

Hybrid ARQ

ARQ lai ghép

HOM

High Order Modulation

Điều chế bậc cao

High Speed Downlink Packet

Truy nhập gói tốc độ cao đường

HSDPA

Access

xuống

HS-

High Speed Dedicated Physical

Kênh vật lý điều khiển riêng tốc độ

DPCCH

Control Channel

cao

HSPA

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HS-

High Speed Downlink Shared

Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ

iv


DSCH

Channel

cao

HS-

High Speed Physical Downlink

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PDSCH

Shared Channel

tốc độ cao

HS-

High Speed Shared Control

SCCH

Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

High Speed Uplink Packet
HSUPA

Truy nhập gói tốc độ cao đường lên

Access
I

IRC

Interference Rejection Combining Kết hợp triệt nhiễu

IMS

Internet Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện Internet

J

J-TACS

Japanese Total Access

Hệ thống truyền thơng truy nhập

Communication System

hồn tồn Nhật bản
L

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn
M

MAC

Điều khiển truy nhập môi trường

Medium Access Control
Multimedia Broadcast/Multicast

MBMS

Service

Dịch vụ quảng bá /đa phương

MIMO

Multi Input Multi Output

Đa đầu vào đa đầu ra

v


ML

Khả năng giống cực đại

Maximum Likelihood

Sai lỗi trung bình bình phương cực
MMSE

Minimum Mean Square Error

tiểu

MRC

Maximum Ratio Combining

Kết hợp tỷ lệ lớn nhất

Multi User MIMO

MIMO đa người dùng

MUMIMO

N
NACK

Negative Acknowledgement

Không xác nhận
O

OFDM

Orthogonal Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo tần số

Multiplex

trực giao
P

PARC

Per-Antenna Rate Control

PCI

Precoding Control Indicator

Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa

P-CPICH

Primary CPICH

Kênh CPICH sơ cấp

PDC

Personal Digital Cellular
R

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

vi


S
SAE

System Architecture Evolution

Phát triển kiến trúc hệ thống

SC

Selective Combining

Kết hợp lựa chọn

S-CPICH

Secondary CPICH

Kênh CPICH thứ cấp

SDMA

Spatial Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia không gian

Successive Interference
SIC

Combining

Kết hợp nhiễu thành công

SMS

Short Message Service

Dịch vụ nhắn tin

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

STBC

Space-Time Block Coding

Mã hóa khối khơng gian thời gian

STTD

Space-Time Transmit Diversity

Phân tập phát không gian thời gian

MIMO

Single User MIMO

MIMO đơn người dùng

SVD

Sigular Value Decomposition

Phân chia giá trị đơn

SU-

T

TACS

Total Access Communication

Hệ thống truyền thơng truy nhập

System

hồn tồn
Ghéo song công phân chia theo

TDD

Time Division Duplex

thời gian

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo thời gian

vii


Đa truy nhập phân chia theo thời
TDMA

Time Division Multiple Access

gian

Telecommunication Technology
TTA

Association

Liên hiệp công nghệ viễn thông

Telecommunication Technology
TTC

Committee

Ủy ban công nghệ viễn thông

TTI

Transmission Time Interval

Khoảng thời gian truyền dẫn
U

UE

UMTS

UTRAN

User Eqipment

Thiết bị người dùng

Universal Mobile

Hệ thống viễn thơng di dộng tồn

Telecommunications System

cầu

Universal Terrestrial Radio

Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất

Access Network

tồn cầu
V

VoIP

Voice over IP

Thoại qua IP
W
Đa truy nhập phân chia theo mã

Wideband Code Division
WCDMA Multiple Access

băng rộng

WLAN

Mạng cục bộ không dây

Wireless Local Area Network
Z

ZF

Cưỡng bức không

Zero Forcing

viii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... xii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... xiv
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG ................3
1.1.Giới thiệu...............................................................................................................3
1.2.Các thế hệ thông tin di động .................................................................................6
1.3.Đặc điểm của 4G .................................................................................................11
1.4.So sánh tốc độ 3G và 4G .....................................................................................11
1.4.1.Tốc độ tải về .................................................................................................12
1.4.2.Tốc độ tải lên ................................................................................................13
1.4.3.Độ trễ ............................................................................................................14
1.5.Kết luận chương ..................................................................................................15
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH CẤU TRÚC VÀ CÁC CƠNG NGHỆ SỬ DỤNG
TRONG MẠNG 4G ................................................................................................16
2.1.Cấu trúc và đặc điểm công nghệ 4G ...................................................................16
2.1.1.E-UTRAN.....................................................................................................18
2.1.1.1.Giới thiệu ...............................................................................................18
2.1.1.2.Cấu trúc ..................................................................................................20

ix


2.1.1.3.Kênh vật lý cho E-UTRAN ...................................................................23
2.1.2.Các thành phần và chức năng của EPC ........................................................30
2.2.Các công nghệ sử dụng trong 4G ........................................................................34
2.2.1.OFDM[12] ....................................................................................................34
2.2.1.1.Lịch sử phát triển ...................................................................................34
2.2.1.2.Tổng quan về OFDM .............................................................................36

2.2.1.3.Các nguyên lý cơ bản của OFDM .........................................................36
2.2.1.4.Ưu điểm và nhược điểm của OFDM .....................................................41
2.2.2.UWB .............................................................................................................42
2.2.2.1.Tổng quan ..............................................................................................42
2.2.2.2.Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống UWB ........................................43
2.2.2.3.Tiêu chuẩn của UWB.............................................................................43
2.2.2.4.Ứng dụng của kỹ thuật UWB ................................................................45
2.2.3.Millimeter Wireless ......................................................................................46
2.2.4.Ăng ten thông minh ......................................................................................46
2.2.5.Dự đốn cơng suất dài hạn ( Long term power prediction ) ........................48
2.2.6.Lập kế hoạch giữa người dùng .....................................................................49
2.2.7.Điều chế thích nghi và điều khiển cơng suất ................................................49
2.3.Kết luận chương ..................................................................................................50
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI 4G TRÊN THẾ GIỚI VÀ ỨNG DỤNG TRIỂN
KHAI TẠI VIỆT NAM ...........................................................................................51
3.1. Tình hình triển khai 4G trên thế giới .................................................................51
3.1.1.Các nước đầu tiên trên thế giới triển khai 4G LTE ......................................51

x


3.1.2.Tình hình phủ sóng LTE trên thế giới ..........................................................55
3.1.3.Tốc độ 4G của các nước trên thế giới ..........................................................58
3.2.Tình hình triển khai 4G tại Việt Nam .................................................................59
3.2.1.Triển khai Wimax tại Việt Nam ...................................................................59
3.2.2.Tình hình triển khai LTE tại Việt Nam ........................................................61
3.3.Thuận lợi và khó khăn triển khai 4G tại Việt Nam .............................................64
3.3.1.Thuận lợi.......................................................................................................64
3.3.2.Khó khăn ......................................................................................................65
3.4.Một số giải pháp triển khai 4G tại Việt Nam ......................................................66

3.5.Kết luận chương ..................................................................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1.Số lượng th bao di động và cố định [3] ....................................................3
Hình 1.2. Số thuê bao băng thông rộng tăng trưởng ở Việt Nam đến quý 4 2013 ....4
Hình 1.3.Thị phần ISP của Việt Nam trong quý 4 năm 2013[9] ................................5
Hình 1.4.Tổng quan về 3G IMT-2000 [4] ..................................................................7
Hình 1.5.Tốc độ tải về lý thuyết và thực tế mạng 3G và 4G (Mbps) [7] ..................12
Hình 1.6.Thời gian tải về của mạng 3G và 4G các loại file ( giây )[5] ....................13
Hình 1.7.Tốc độ tải lên lý thuyết và thực tế mạng 3G và 4G (Mbps) [7] .................14
Hình 1.8. Độ trễ của 4G LTE và 3G ( mili giây ) .....................................................15
Hình 2.1.Cấu trúc mạng 4G ......................................................................................18
Hình 2.2.Cấu trúc E-UTRAN....................................................................................20
Hình 2.3.Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng .......................................21
Hình 2.4.Cấu trúc khung loại 1 [6] ...........................................................................23
Hình 2.5.Cấu trúc khung loại 2 [6] ...........................................................................24
Hình 2.6.Nguồn tài nguyên vật lý trong LTE [6]......................................................25
Hình 2.7.Sơ đồ kênh vật lý, giao vận và logic [6] ....................................................25
Hình 2.8.Các phần tử và giao diện của EPC .............................................................31
Hình 2.9. So sánh kỹ thuật sóng mang khơng chồng xung (a) và kỹ thuật sóng mang
chồng xung (b)............................................................................................37
Hình 2.10. Sự khác nhau giữa FDM và OFDM ........................................................38
Hình 2.11.Sơ đồ khối kỹ thuật OFDM ......................................................................39
Hình 2.12. Hệ thống OFDM cơ bản ..........................................................................40

xii


Hình 2.13. Sắp xếp tần số trong hệ thống OFDM.....................................................40
Hình 2.14. Ký hiệu OFDM với 4 thuê bao ..............................................................41
Hình 2.15.Mặt nạ phổ UWB được xác định bởi FCC(a) và đề xuất CEPT(b) [8] ...42
Hình 2.16. Hệ thống Antena MIMO .........................................................................47
Hình 3.1.20 nước đầu tiên trên thế giới triển khai 4G LTE ......................................51
Hình 3.2.So sánh phủ sóng LTE tồn cầu .................................................................57
Hình 3.3.Tốc độ của LTE tồn cầu ...........................................................................58
Hình 3.4.Tốc độ tải xuống của các nhà mạng đã triển khai 4G ................................63
Hình 3.5.Tốc độ tải lên của các nhà mạng đã triển khai 4G .....................................63

xiii


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1.Số thuê bao băng thông rộng tăng trưởng ở Việt Nam đến quý 4 2013 [9]
....................................................................................................................4
Bảng 1.2.Công nghệ từ 1G đến 4G .............................................................................8
Bảng 1.3.So sánh công nghệ 4G và công nghệ 5G ...................................................10
Bảng 2.1.Đặc điểm giao diện vô tuyến E-UTRAN...................................................19
Bảng 2.2.Các giao diện EPC .....................................................................................31
Bảng 2.3. Giới hạn bức xạ ứng dụng truyền thông trong nhà và ngoài trời(Mỹ) .....44
Bảng 2.4. Giới hạn bức xạ ứng dụng truyền thơng trong nhà và ngồi trời (Châu
Âu) ............................................................................................................44
Bảng 3.1.Liệt lê các nước và nhà cung cấp 4G .........................................................52

xiv


LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, ở Việt Nam đang tồn tại đồng thời nhiều thế hệ của hệ thống thông
tin di động .Việc triển khai hệ thống di động 4G không phải là vấn đề của tương lai
xa nữa. Trước những xu thế phát triển chung về công nghệ viễn thông, đặc biệt là
công nghệ thông tin di động và việc các nước trên thế giới đã và đang triển khai 4G
thì việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống thơng tin di động 4G là cần thiết.
Với điều kiện ở Việt Nam và cơ sở hạ tầng viễn thông mà các nhà mạng đang
quản lý, việc nâng cấp và triển khai từng bước mạng thơng tin di động nhằm mục
đích tiến lên cơng nghệ 4G là hồn tồn phù hợp. Qua từng bước phát triển, ta có
thể tận dụng nguồn cơ sở vật chất sẵn có, đồng thời tiếp cận được công nghệ hiện
đại nhằm xây dựng một mạng lưới thông tin di động hiện đại, đáp ứng được nhu cầu
của người dùng.
Đã có 2 nhà mạng Vinaphone và Mobifone triển khai 4G sớm nhất và triển
khai khá thành công, do đó Viettel bắt đầu gấp rút chuẩn bị hồn tất cho việc triển
khai cung cấp dịch vụ 4G tại Việt Nam. Hiện tại thì Viettel đã hồn thành q trình
thử nghiệm 4G và đã có những kết quả tốt.
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ 4G và triển khai tại Việt nam” được đưa ra
khơng chỉ nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu các dịch vụ mà nó đáp ứng mà còn
cố gắng đưa vào áp dụng ở Việt Nam .Qua đó triển khai cơng nghệ 4G tại Việt
Nam.
Với mục đích đó đề tài nghiên cứu của tơi được chia làm 3 chương:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH CẤU TRÚC VÀ CÁC CƠNG NGHỆ SỬ DỤNG
TRONG MẠNG 4G
CHƯƠNG 3: XU HƯỚNG TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ 4G TRÊN THẾ
GIỚI VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

1


Cuối cùng, người thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn các thầy/cô Viện
Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa Nội đã giúp đỡ thực hiện luận văn
này . Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS.Phạm Ngọc Nam, thầy đã
trực tiếp chỉ dẫn, định hướng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Người thực hiện đề tài gửi lời cảm ơn đến người đồng nghiệp đã hết lòng giúp đỡ
thực hiện đề tài trong thời gian làm luận văn.
Trong q trình làm luận văn, do khả năng cịn hạn chế của người thực hiện
mà đề tài nghiên cứu công nghê ̣ 4G và triể n khai ta ̣i Viê ̣t Nam cịn có nhiều thiếu
sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy/cơ và bạn bè.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG
Chương này trình bày tổng quan về các thế hệ thơng tin di động trong đó trình
bày chủ yếu 2 công nghệ 3G đang được triển khai tại Việt Nam và công nghệ 4G đang
trong giai đoạn thử nghiệm của các nhà mạng và sẽ được triển khai tại Việt Nam.
1.1.Giới thiệu
Sự tăng trưởng của số lượng thuê bao di động dẫn đến sự bão hòa. Từ 214
triệu thuê bao trong năm 1997 đến 1,162 triệu thuê bao vào năm 2002 [1], năm
2010 sẽ có 1700 triệu thuê bao trên toàn thế giới [2]. Bây giờ là thời gian để khám
phá nhu cầu mới và tìm cách mới để mở rộng khái niệm điện thoại di động. Các
bước đầu tiên đã được thực hiện bởi 2.5G, đã mang đến cho người dùng truy cập
vào mạng dữ liệu ví dụ như truy cập Internet, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện. Tuy
nhiên, người sử dụng và các ứng dụng đòi hỏi nhiều hơn, với nhu cầu này một thế
hệ mới với các tiêu chuẩn mới đã được phát triển - 3G. Mạng lưới này đã được triển
khai tại Nhật Bản vào năm 2001 sử dụng tiêu chuẩn quốc tế IMT-2000 với thành

công lớn.

:Thuê bao di động

: Internet di động

: Thuê bao cố định

: Internet cố định

Hình 1.1.Số lượng thuê bao di động và cố định [3]

3


Có khoảng 5.12 triệu th bao băng thơng rộng cố định tại Việt Nam vào cuối
quý 4 năm 2013. Tốc độ tăng trưởng hàng năm ở mức 7,66% trong khi dân số
chiếm 5,63%.
Bảng 1.1.Số thuê bao băng thông rộng tăng trưởng ở Việt Nam đến quý 4 2013 [9]
Vùng

Thuê bao(triệu) (2013)

Tăng trưởng (%)

Việt Nam

5.12

7.66

Mỹ

162

5.86

Châu Á

307

6.64

Châu Âu

194

5.80

Trung đông và Châu Phi

23

11.09

Châu Đại dương

8

5.18

Hình 1.2 trình bày số th bao băng thơng rộng tăng trưởng ở Việt Nam đến quý 4
2013 trong đó số liệu lấy từ Bảng 1.1.
350
300

Việt Nam

250

Mỹ

200

Châu Á

150

Châu Âu

100

Trung đơng và Châu Phi
Châu Đại Dương

50
0
Th bao ( triệu)

Tăng trưởng(%)

Hình 1.2. Số thuê bao băng thông rộng tăng trưởng ở Việt Nam đến quý 4 2013
Khu vực băng thông rộng cố định của Việt Nam thống trị bởi VNPT có thị
phần 56,6% vào cuối năm 2013. Các đối thủ đáng kể khác bao gồm FPT Telecom

4


với 27% cổ phần và Viettel với 9,8% cổ phần. Hình 1.3 trình bày thị phần ISP của
Việt Nam trong quý 4 năm 2013

Hình 1.3.Thị phần ISP của Việt Nam trong quý 4 năm 2013[9]
4G viết tắt cho Fourth-Generation, là một thuật ngữ dùng để mơ tả sự phát
triển hồn chỉnh tiếp theo trong truyền thông không dây. Hệ thống 4G sẽ có thể
cung cấp một giải pháp IP tồn diện với thoại, dữ liệu và truyền trực tiếp đa phương
tiện và tốc độ dữ liệu cao hơn so với thế hệ trước.
Mạng thế hệ thứ hai là một thay thế hoàn toàn của các mạng thế hệ đầu tiên và
thiết bị di động và thế hệ thứ ba là một thay thế hoàn toàn của các mạng thế hệ thứ
hai và thiết bị di động; do đó, quá thế hệ thứ tư khơng thể là một q trình tiến hóa
của cơng nghệ 3G hiện tại, mà là sự thay thế hoàn toàn các mạng 3G hiện tại và
điện thiết bị di động.
Khơng có định nghĩa chính thức về 4G. Tuy nhiên, có những mục tiêu nhất
định, theo lộ trình triển khai cho 4G. Những mục tiêu này bao gồm: 4G sẽ là một hệ
thống tích hợp đầy đủ dựa trên nền tảng IP. 4G sẽ có khả năng cung cấp từ 100
Mbit / s đến tốc độ 1 Gbit / s cả trong nhà và ngoài trời, với chất lượng cao và bảo
mật cao.
Các nhà nghiên cứu và các nhà cung cấp đều thể hiện sự quan tâm ngày càng
tăng trong các mạng không dây 4G hỗ trợ chuyển vùng toàn cầu trên nhiều mạng

5

khơng dây và mạng di động, ví dụ từ một mạng di động đến một mạng vệ tinh. Với
tính năng này, người dùng sẽ có quyền truy cập vào các dịch vụ khác nhau, tăng độ
bao phủ, hóa đơn của người dùng sẽ giảm về tổng chi phí truy cập và truy cập mạng
không dây đáng tin cậy hơn.
1.2.Các thế hệ thông tin di động
a.1G - Thế hệ thứ nhất
Cuối năm 1940, các dịch vụ điện thoại vô tuyến đầu tiên được giới thiệu, được
thiết kế danh cho người sử dụng di động và mạng điện thoại công cộng. Sau đó,
những năm sáu mươi, một hệ thống được triển khai bởi bởi Bell Systems, gọi là
IMTS ( Improved Mobile Telephone Service) với nhiều cải tiến như quay số trực
tiếp và băng thông nhiều hơn. Các hệ thống tương tự đầu tiên dựa trên IMTS và
được tạo ra trong những năm cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70. Các hệ thống
được gọi là "tế bào" vì vùng phủ sóng lớn được chia thành các "cell", mỗi tế bào
phục vụ bởi một máy phát công suất thấp. Mạng thế hệ đầu tiên là một hệ thống
tương tự và được phát triển trong những năm 70, 1G có hai cải tiến lớn là phát minh
ra bộ vi xử lý và biến đổi kỹ thuật số. AMPS lần đầu tiên được triển khai tại Mỹ và
là hệ thống điện thoại di động 1G. Dựa trên FDMA, nó cho phép người dùng thực
hiện các cuộc gọi thoại trong lãnh thổ một nước.
b.2G - Thế hệ thứ hai
2G đầu tiên xuất hiện vào khoảng cuối những năm 1980, các hệ thống 2G số
hố tín hiệu thoại, cũng như đường điều khiển. Hệ thống kỹ thuật số mới này cho
chất lượng tốt hơn rất nhiều và dung lượng nhiều hơn ví dụ nhiều người có thể sử
dụng điện thoại cùng lúc, với chi phí thấp hơn cho người sử dụng. Dựa trên TDMA,
mạng di động thương mại đầu tiên sử dụng công cộng là hệ thống thơng tin di động
tồn cầu (GSM).

6

c.3G - Thế hệ thứ ba
Hệ thống 3G với các dịch vụ thông tin liên lạc nhanh hơn. Khả năng thoại, fax
và Internet mục đích của 3G để cung cấp các dịch vụ này bất cứ lúc nào, bất cứ nơi
nào trên thế giới, với chuyển vùng liền mạch giữa các tiêu chuẩn. IMT-2000 của
ITU là một tiêu chuẩn toàn cầu cho 3G và đã mở ra cánh cửa mới cho phép triển
khai các dịch vụ sáng tạo và ứng dụng ví dụ giải trí đa phương tiện, và các dịch vụ
dựa trên định vị của người dùng,.... Trong năm 2001 tại Nhật Bản, mạng 3G đầu
tiên ra mắt. Công nghệ 3G hỗ trợ 144 Kbps với tốc độ di chuyển cao ví dụ truy cập
3G trong xe hơi. 384Kbps cục bộ, và tối đa 2Mbps cho trạm cố định, tức là trong
một tịa nhà.
Hình 1.4 minh họa tổng quan về IMT-2000

Hình 1.4.Tổng quan về 3G IMT-2000 [4]
Các vấn đề của 3G
Mặc dù 3G được triển khai thành công cho người dùng trên toàn thế giới,
nhưng một số vấn đề được thảo luận bởi các nhà cung cấp 3G và người dùng:
- Phí đầu tư đắt cho các giấy phép của dịch vụ 3G
7


- Nhiều sự khác biệt trong các điều khoản cấp phép
- Số lượng lớn các khoản nợ hiện đang duy trì bởi nhiều cơng ty viễn thơng.
- Thiếu sự hỗ trợ từ các nước thành viên trong việc khai thác gặp khó khăn về
tài chính
- Chi phí cho điện thoại sử dụng 3G
- Giá của các dịch vụ di động 3G tại một số quốc gia khá cao, bao gồm cả truy
cập Internet
d.4G - Thế hệ thứ 4
Hệ thống thế hệ thứ 4 sử dụng hồn tồn cơng nghệ IP dung lượng 100Mbps

đến 1Gbps. Nó được sử dụng cho các ứng dụng cả trong nhà và ngoài trời. Các
chức năng chính của cơng nghệ 4G là cung cấp chất lượng cao, tốc độ cao, dung
lượng cao, dịch vụ chi phí thấp. Nó được sử dụng chủ yếu cho thoại, đa phương tiện
và Internet dựa trên IP. Các công nghệ thúc đẩy tăng trưởng 4G là LTE và WiMAX
Bảng 1.2.Công nghệ từ 1G đến 4G
Công

1G

2G

2.5G

3G

4G

1970

1980

1985

1990

2000

1984

1991

1999

2002

2010

nghệ
Năm thiết
kế
Năm triển
khai
Dịch vụ

- Thoại tương - Thoại số
tự
-

Dữ

đồng

-

- Tin nhắn lượng
hơn
liệu ngắn
bộ

Dung cao lượng

hơn

Dung cao lượng

Dung
cao

hơn

- Dữ liệu - Dữ liệu - Hoàn toàn

8


đóng gói

9,6kbps

băng thơng hướng IP
rộng

tới - Dữ liệu đa

2Mbps

phương tiện
tới

hàng

trăm
megabit
Tiêu

AMPS

TDMA

GPRS

WCDMA

Tiêu chuẩn

chuẩn

TACS

CDMA

EDGE

CDMA2000

đơn

NMT

GSM

1xRTT

...

PDC

Dữ liệu

1,9 kbps

14,4 kbps

384 kbps

2 Mbps

200 Mbps

Ghép

FDMA

TDMA

TDMA

CDMA

CDMA

CDMA

CDMA

PSTN

PSTN

Mạng gói

Internet

kênh
Mạng lõi

PSTN

Mạng gói
1xRTT: Dịch vụ dữ liệu CDMA 2,5G tốc độ tới 384 kbps
e.5G - Thế hệ thứ 5
Hệ thống thế hệ thứ 5 được điều khiển bởi OFDM, MC-CDMA, LAS-CDMA,
UWB, mạng LMDS và IPv6.
Bảng dưới đây so sánh 4G và công nghệ 5G và đề cập đến sự khác biệt giữa
các công nghệ không dây 4G và 5G.

9


Bảng 1.3.So sánh công nghệ 4G và công nghệ 5G
Đặc điểm

4G

5G

kỹ thuật
Tên gọi

Mạng thế hệ thứ 4

Mạng thế hệ thứ 5

Dữ liệu

2Mbps tới 1Gbps

1Gbps và cao hơn

Dải tần

2 - 8 GHz

3 - 300 GHz

Tiêu

Tất cả các truy cập hội tụ bao gồm CDMA và BDMA

chuẩn

OFDM, MC-CDMA, mạng LMPS

Cơng

Hồn tồn IP, tích hợp liền mạch băng Hồn tồn IP, tích hợp

nghệ

thơng rộng mạng LAN / WAN / PAN và liền mạch băng thông
rộng mạng LAN / WAN

WLAN

/ PAN / WLAN và công
nghệ tiên tiến dựa trên
điều chế OFDM sử dụng
trong 5G
Dịch vụ

Truy cập thông tin động, truyền HD, Truy cập thông tin động,
chuyển vùng toàn cầu

truyền HD, chuyển vùng
toàn cầu và nhiều lệnh
bởi người dùng

Đa truy

CDMA

CDMA,BDMA

nhập
f.6G - Thế hệ thứ 6
Hệ thống 6G sẽ có hội nhập của 5G cùng với mạng vệ tinh. Sau đây là các hệ
thống vệ tinh phát triển ở các nước khác nhau:
10