Nghiên cứu kỹ thuật mimo quy mô lớn cho mạng thông tin di động 5G

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC DƯƠNG

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MIMO QUY MÔ LỚN
CHO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU TRUNG

HÀ NỘI - 2018


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Ngọc Dương
Sinh ngày 28 tháng 7 năm 1989
Học viên lớp cao học Kỹ thuật Viễn thông 2017A - Trường đại học Bách Khoa
Hà Nội.
Xin cam đoan nội dung đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật mimo quy mô lớn cho
mạng thông tin di động 5G” là do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Trung. Mọi trích dẫn và tài liệu tham
khảo mà tôi sử dụng đều có ghi rõ nguồn gốc.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan trên.
Hà Nội, tháng 10 năm 2018
Học viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Dương

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 2


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................... 2
MỤC LỤC ..................................................................................................................... 3
CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................ 6
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................... 7
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 9
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .................... 10
1.1. Giới thiệu chương .............................................................................................. 10
1.2. Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động ............................................... 10
1.2.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) .......................................... 11
1.2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) ............................................ 12
1.2.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G .................................................................. 14
1.2.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) ............................................. 15
1.2.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) ............................................... 17
1.2.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) ............................................. 19
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm – 5G ............................................... 20
1.3.1 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động 5G ..................................... 20
1.3.2 Kiến trúc mạng di động 5G .......................................................................... 22
1.3.3 Mạng lõi Nano .............................................................................................. 28
1.3.4 Các lớp mạng ............................................................................................... 40

1.3.5 Kỹ thuật truyền dẫn ..................................................................................... 42
1.4 Tổng kết chương ................................................................................................. 57
Chương 2 CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT MIMO QUY MÔ LỚN ............................... 58
2.1 Giới thiệu chương ............................................................................................... 58
2.2 Hệ thống Multiuser–MIMO (MU-MIMO) ......................................................... 58
2.2.1 Mơ hình hệ thống và các giả thiết ................................................................. 59
2.2.2 Truyền dẫn đường lên ................................................................................... 60
2.2.3 Truyền dẫn đường xuống .............................................................................. 61
2.2.4 Xử lý tuyến tính ............................................................................................ 61
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 3


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
2.2.5 Ước lượng kênh ............................................................................................ 64
2.3 MIMO quy mô lớn .............................................................................................. 66
2.3.1 MIMO quy mơ lớn là gì? .............................................................................. 66
2.3.2 MIMO quy mơ lớn hoạt động như thế nào? ................................................. 68
2.3.3 Những thách thức đối với kĩ thuật MIMO quy mô lớn ................................ 69
2.4 Tổng kết chương ................................................................................................. 70
Chương 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐƯỜNG LÊN MIMO
QUY MÔ LỚN ............................................................................................................ 71
3.1 Giới thiệu chương ............................................................................................... 71
3.2 Mơ hình hệ thống ................................................................................................ 71
3.2.1 Mơ hình hệ thống đường lên ......................................................................... 71
3.2.2 Kênh fading Rician ....................................................................................... 72
3.2.3 Tách sóng tuyến tính ..................................................................................... 73
3.3 Kết quả mô phỏng ............................................................................................... 75
3.4 Tổng kết chương ................................................................................................. 77

KẾT LUẬN ................................................................................................................. 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 79

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 4


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông

CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
G
GSM

Tiếng anh
Generation
Global System for Mobile
communication

Tiếng việt
Thế hệ
Hệ thống thơng tin di động tồn
cầu
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Đa truy nhập phân chia theo mã
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
Đa truy nhập phân chia theo tần số

trực giao

TDMA

Time Division Multiple Access

CDMA

D2D

Code Division Multiple Access
Wideband Code Division
Multiple Access
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
General Packet Radio Service
Universal Mobile
Telecommunications System
Mobile and wireless
communications Enablers for
Twenty-twenty Information
Society.
Device to Device

MIMO

Multi Input – Multi Output

Đa đầu vào, đa đầu ra

BS

Base Station

Trạm cơ sở

CSI

Channel State Information

Thông tin trạng thái kênh

FDD

Frequency Division Duplex

TDD

Time Division Duplex

Song công phân chia theo tần số
Song công phân chia theo thời
gian.

ML

Maximum Likelihood

MRC

Maximum-Ratio Combining

ZF

Zero – Forcing

MMSE

Minimum Mean-Square Error

WCDMA
OFDMA
EDGE
GPRS
UMTS

METIS

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp
Hệ thống viễn thơng di động tồn
cầu.

Thiết bị tới thiết bị

Page 5

Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 – Tổng quan hệ thống thông tin di động ....................................................... 21

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 6


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1- Lộ trình phá triển của hệ thống thơng tin di động. ....................................... 10
Hình 1.2- Khối khả năng của hệ thống 5G trong tương lai. ......................................... 20
Hình 1.3 - Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS). ................................................... 23
Hình 1.4 - Sự thay đổi từ RAN sang C-RAN ............................................................... 24
Hình 1.5 - Mạng di chuyển MN. .................................................................................. 25
Hình 1.6 - Mạng cực kỳ dày đặc UDN. ........................................................................ 26
Hình 1.7 - Các trường hợp can thiệp lẫn nhau trong truyền thơng D2D. ..................... 28
Hình 1.8 - Mạng lõi Nano trong hệ thống 5G. ............................................................. 29
Hình 1.9 - Điện thoại Nano “trong suốt”. ..................................................................... 31
Hình 1.10 - Morph – Khái niệm cơng nghệ cho tương lai. .......................................... 31
Hình 1.11 - Cảm biến Nano. ......................................................................................... 32
Hình 1.12 - Qubit. ......................................................................................................... 34
Hình 1.13 - Nanodot. .................................................................................................... 35
Hình 1.14 - Mật mã lượng tử. ....................................................................................... 36
Hình 1.15 - Điện tốn đám mây. .................................................................................. 38
Hình 1.16 - Các lớp mạng trong hệ thống 5G. ............................................................. 40

Hình 1.17 - Lớp mạng (Network Layer). ..................................................................... 41
Hình 1.18 - Lịch sử quá trình kết nối (Nguồn: Cisco).................................................. 43
Hình 1.19 - So sánh giữa cơng nghệ milimeter-wave và cơng nghệ hiện tại. .............. 44
Hình 1.20 - So sánh các phương thức điều chế. ........................................................... 48
Hình 1.21 - Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BDMA. ........................................ 49
Hình 1.22 - Nguyên lý hoạt động của BDMA.............................................................. 50
Hình 1.23 - Cấu trúc khung của TDD-BDMA. ............................................................ 50
Hình 1.24 - Cấu trúc khung của FDD-BDMA. ............................................................ 51
Hình 1.25 - Đa truy nhập khơng trực giao NOMA. ..................................................... 52
Hình 1.26 - So sánh giữa OFDMA và NOMA. ............................................................ 53
Hình 1.27 - Mơ hình kênh MIMO cơ bản với

Anten phát và

Anten thu. .......... 54

Hình 1.28 - Anten Massive MIMO. ............................................................................. 55
Hình 1.29 - Mơ hình Cell sử dụng Anten Massive MIMO. ......................................... 56
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 7


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng
Hình 2.1 – Mơ hình MIMO 2x2. .................................................................................. 59
Hình 2.2 – Hệ thống MIMO đa người dùng. ................................................................ 60
Hình 2.3 – Sơ đồ khối của q trình tách sóng tuyến tính tại trạm BS. ....................... 62
Hình 2.4 – Sơ đồ khối của bộ tiền mã hóa tuyến tính tại trạm BS. .............................. 63
Hình 2.5 – Cấu trúc khe và ước lượng kênh trong hệ thống TDD. .............................. 65
Hình 2.6 – Cấu trúc khe và ước lượng kênh trong hệ thống FDD. .............................. 65

Hình 2.7 – Miền khả thi của (M,K) trong hệ thống TDD và FDD, với khoảng kết hợp
là 200 symbol................................................................................................................ 67
Hình 2.8 – Giao thức truyền thông của MIMO quy mô lớn sử dụng TDD.................. 68
Hình 3.1 – Mơ hình hệ thống đường lên MIMO quy mơ lớn....................................... 71
Hình 3.2 – Giao thức truyền thơng đường lên. ............................................................. 72
Hình 3.3 – Hiệu suất phổ so với số lượng anten trạm BS khi sử dụng MRC, ZF,
MMSE với

 = 0dB . .................................................................................................. 76

Hình 3.4 - Hiệu suất phổ so với số lượng anten trạm BS khi sử dụng MRC, ZF,
MMSE với

 = −40dB . ............................................................................................ 76

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 8


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khoa học kỹ thuật góp phần then chốt vào sự phát triển của xã hội.
Các kỹ thuật và công nghệ mới không ngừng được nghiên cứu và phát triển nhằm đáp
ứng nhu cầu của con người. Đối với lĩnh vực thông tin di động sự phát triển diễn ra
nhanh chóng và mạnh mẽ mang lại cho con người những lợi ích vơ cùng to lớn. Sau
hơn 30 năm hình thành và phát triển, nếu như khởi đầu các hệ thống thông tin di động
như 1G, 2G chủ yếu cung cấp các dịch vụ thoại, tin nhắn thì đến thế hệ 3G, 4G các
dịch vụ đa phương tiện đã được tích hợp. Nhu cầu về các dịch vụ đa phương tiện với
lưu lượng dữ liệu lớn, yêu cầu tốc độ cao luôn tạo ra thách thức lớn đỏi hỏi hệ thống

thông tin di động cần không ngừng được cải tiến và phát triển. Để đáp ứng nhu cầu
đó, hiện nay thế hệ thông tin di động thứ năm – 5G đang được nghiên cứu, phát triển.
Cùng với đó thì các giải pháp kỹ thuật, đặc biệt là là các kỹ thuật tập trung giải quyết
vấn đề dung lượng của đường truyền không ngừng được cải tiến.
Một trong những kỹ thuật cốt lõi sử dụng trong hệ thống thông tin di động 5G
đó là kỹ thuật nhiều đầu vào, nhiều đầu ra quy mô lớn – Massive MIMO, để nghiên
cứu sâu hơn về kĩ thuật này em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật MIMO
quy mô lớn cho mạng thông tin di động 5G” cho luận văn tốt nghiệp của mình.
Nội dung luận văn gồm 3 phần:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động.
Chương 2: Cơ bản về kỹ thuật MIMO quy mô lớn.
Chương 3: Đánh giá hiệu năng hệ thống đường lên MIMO quy mô lớn.
Trong q trình thực hiện luận văn khơng tránh khỏi mắc phải những thiếu sót,
em mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cơ để luận văn được hoàn
thiện hơn.
Qua đây, em xin được gửi lời cảm ơn tới tất cả các cán bộ, giảng viên của Viện
Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt
kiến thức cho chúng em trong suốt khóa học. Đặc biệt, em xin được gửi lời cảm ơn
sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Hữu Trung đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều
kiện cho em hoàn thành tốt luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 9


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1. Giới thiệu chương
Nội dung chương 1 sẽ trình bày khái quát quá trình phát triển của hệ thống
thông tin di động, các tiêu chuẩn, ưu nhược điểm của các thế hệ thông tin di động đã
được ứng dụng trên thế giới cho đến nay. Đồng thời chương này cũng trình bày tổng
quan về mơ hình hệ thống, các kỹ thuật và dịch vụ trong hệ thống thông tin di động
5G.
1.2. Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện từ, tại đó
người dùng có thể vừa liên lạc, vừa di chuyển được. Các dịch vụ điện thoại di động
xuất hiện vào đầu những năm 1960 và phát triển không ngừng cho đến thời điểm hiện
tại. Cứ trung bình một thập kỷ, chúng ta sẽ chứng kiến sự xuất hiện của một thế hệ
thông tin di động mới. Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm cuối của thập kỷ
70 và đầu thập kỷ 80, đây là thệ thống thông tin di động tương tự cung cấp các dịch vụ
thoại. Thế hệ thứ 2 (2G) bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90, thế hệ thứ
2 là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ thoại và cả dữ liệu. Thế hệ thứ 3
(3G) bắt đầu xuất hiện từ năm 2001 tại Nhật Bản, đặc trưng bởi việc cung cấp dịch vụ
thoại, dữ liệu và đa phương tiện với tốc độ cao. Thế hệ 4G được thương mại hóa vào
những năm 2012 trở đi, cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn thế hệ
3G rất nhiều.

Hình 1.1-Lộ trình phá triển của hệ thống thơng tin di động.
Trên thế giới, ở những khu vực khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau cho
từng thế hệ thơng tin di động, được thể hiện qua hình 1.1.
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 10


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động được phát triển theo hướng:

1G

GSM (2G)

GPRS (2.5G)

EDGE (2.75G)

UMTS (3G)

LTE (4G).

1.2.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Hệ thống thông tin di động 1G là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân
loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Hệ thống thông tin di động 1G ứng dụng
các cơng nghệ truyền dẫn tương tự để truyền tín hiệu thoại, sử dụng phương thức đa
truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và điều chế tần số (FM).
❖ Đặc điểm:
- Băng tần khoảng 150 MHz.
- Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch tương tự.
- Dịch vụ đơn thuần là thoại.
- Mỗi máy di động được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận là đáng kể.
- Trạm thu phát gốc phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi máy di động.
❖ Một số hệ thống thơng tin di động 1G điển hình:
• NMT (Nordic Mobile Telephone): được phát triển ở một số nước Bắc Âu
vào năm 1982. Có hai tiêu chuẩn khác nhau là NMT-450 và NMT-900. NMT-450 là
hệ thống được phát triển trước, sử dụng dải tần 450MHz và NMT-900 được phát triển
sau với dải tần 900MHz.
• TACS (Total Access Communications System): được triển khai đầu tiên tại

Anh vào năm 1985 và được phát triển ở một số nước Trung Âu và Nam Âu, TACS sử
dụng dải tần 900MHz.
• AMPS (Advanced Mobile Phone System): được triển khai đầu tiên ở Bắc
Mỹ vào năm 1978 và phát triển ở một số quốc gia Nam Mỹ, Úc và New Zealand,
AMPS sử dụng dải tần 800MHz.
❖ Những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G:
- Phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
- Gây tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động dịch chuyển.
- Khơng đảm bảo tính bí mật cuộc gọi.
-

Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 11


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau.
- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
- Kích thước thiết bị di động lớn.
1.2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
Hệ thống thông tin di động 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ
thuật số. Thông tin di động 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời
gian TDMA và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Các kỹ thuật này cho phép sử
dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn nhiều so với 1G. Hầu hết thuê bao di động
hiện nay vẫn cịn sử dụng cơng nghệ 2G này.
❖ Đặc điểm:
- Phương thức đa truy nhập: Sử dụng đa truy nhập TDMA và CDMA băng hẹp.

- Sử dụng chuyển mạch kênh.
- Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn, hỗ trợ các dịch vụ truyền dữ liệu.
❖ Một số hệ thống thơng tin di động 2G điển hình:
• GSM (Global System for Mobile Communication): được triển khai đầu tiên
tại Châu Âu vào năm 1991. GSM sử dụng kỹ thuật đa truy nhập TDMA có tốc độ từ
6,5 – 13 kb/s.
▪ Các hệ thống GSM phổ biến:
- GSM 900: có dải tần cơ bản (890 – 960)MHz. Trong đó:
+ Đường lên: (890 – 915)MHz.
+ Đường xuống: (935 – 960)MHz.
Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á.
- GSM 1800: có dải tần cơ bản (1.710 – 1.880)MHz. Trong đó:
+ Đường lên: (1.710 – 1.785)MHz.
+ Đường xuống: (1.805 – 1.880)MHz.
Hệ thống này cũng được sử dụng ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á, tuy nhiên
phổ biến nhất là ở Châu Mỹ và Canada.
- GSM 1900: có dải tần cơ bản (1.850 – 1.990)MHz. Trong đó:
+ Đường lên: (1.850 – 1.910)MHz.
+ Đường xuống: (1.930 – 1.990)MHz.
Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ.
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 12


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng
• IS-136 (Interim Standard – 136): Do AT&T (American Telephone and
Telegraph Corporation) đề xuất vào năm 1990. Chuẩn IS-136, được biết đến với cái
tên khác là D-AMPS (Digital – Advanced Mobile Phone System), sử dụng kỹ thuật đa
truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), có tốc độ dữ liệu lên đến 30 kb/s.

IS-136 được nâng cấp từ hạ tầng mạng AMPS hoạt động ở băng tần 1900MHz,
trong đó:
+ Đường lên: (1.850 – 1.910)MHz.
+ Đường xuống: (1.930 – 1.990)MHz.
• CdmaOne hay IS-95 (Interim Standard – 95A): là tiêu chuẩn thông tin di
động CDMA băng hẹp của Mỹ do Qualcomm đề xuất và được chuẩn hóa vào năm
1993.
IS-95 sử dụng dải tần (869 – 894)MHz và độ rộng kênh là 1,25MHz cho mỗi
hướng lên và xuống. Tốc độ dữ liệu tối đa của IS-95A là 14,4 kb/s.
Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Mỹ, Hàn Quốc, Hồng Kông, Nhật Bản,
Singapore và một số nước Đông Á.
❖ Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2G:
Hệ thống thông tin di động 2G ra đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ
thống thông tin di động 1G. Hệ thống thông tin di động 2G co những ưu điểm sau:
- Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.
- Hệ thống số chống nhiễu kênh cùng tần số (CCI: Co-Channel Interference)
và chống nhiễu kênh kề (ACI: Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn, làm tăng
dung lượng hệ thống, đảm bảo chất lượng thông tin.
- Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục giúp cho việc sử dụng
tần số hiệu quả hơn.
- Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo
hiệu dễ dàng xử lý bằng phương pháp số.
- Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN).
❖ Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 2G:
- Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống còn nhỏ nên các dịch vụ ứng dụng
cũng bị hạn chế (không đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin
di động đa phương tiện cho tương lai).
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 13

Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
- Tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 2G là không thống nhất, do đó
việc chuyển giao tồn cầu khó thực hiện được.
1.2.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G
Hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ hệ thống thông tin di động
2G. Sự nâng cấp này đôi khi được coi là sự chuẩn bị để tiến tới hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ 3 (3G).
❖ Đặc điểm của hệ thống thông tin 2,5G:
- Các dịch vụ số liệu được cải tiến:
+ Tốc độ bit cao hơn.
+ Hỗ trợ kết nối Internet.
- Hỗ trợ thêm phương thức chuyển mạch gói.
❖ Một số hệ thống thơng tin di động 2,5G điển hình:
• GPRS (General Packet Radio Service)
GPRS là bước phát triển tiếp theo của GSM và IS-136 để cung cấp dịch vụ dữ
liệu tốc độ cao cho người dùng do Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI
(European Telecommunications Standards Institute) đưa ra vào năm 1999. GPRS có
tốc độ dữ liệu từ 14,4 kb/s đến 115 kb/s nhưng theo lý thuyết thì GPRS có thể cung
ứng tốc độ dữ liệu lên đến 171,2 kb/s. GPRS là một giải pháp chuyển mạch gói. Đây
cũng là một bước đệm trong quá trình chuyển từ thế hệ 2G lên 3G của nhà cung cấp
dịch vụ GSM/IS-136.
• EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)
Được triển khai tại Mỹ vào năm 2003, EDGE là một công nghệ di động được
nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kb/s cho
người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144 kb/s cho người dùng di chuyển tốc
độ cao. Trên quá trình tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một cơng nghệ 2.75G.
• IS-95B
IS-95B là hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ IS-95A và triển

khai rộng rãi vào năm 1999. IS-95B là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cung
cấp dịch vụ số liệu tốc độ cao lên đến 115 kb/s.

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 14


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng
• CDMA2000 1xRTT
CDMA2000 1xRTT là giai đoạn đầu của CDMA2000, được nâng cấp từ IS95B và được triển khai từ năm 2000 nhằm cải thiện dung lượng thoại của IS-95B và
hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2 kb/s. Tuy nhiên, các thiết bị
đầu cuối thương mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ đỉnh lên tới 153,6 kb/s. Cũng
giống như EDGE, CDMA2000 1xRTT được xem như hệ thống 2,75G.
❖ Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2,5G:
- Cung cấp các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến
truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng.
- Cung cấp các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ
gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.
- Cải thiện các dich vụ liên quan đến SMS (Short Message Service) như: mở
rộng bản chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.
- Tăng cường công nghệ SIM (Subcriber Indentification Module).
- Hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh.
- Cải thiện các dịch vụ chung như: dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống
thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.
1.2.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thông tin di động ngày càng tăng cả về số lượng,
tốc độ lẫn chất lượng của người sử dụng, Liên minh viễn thông quốc tế ITU
(International Telecommunication Union) đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thơng tin di

động thế hệ thứ ba (3G) với tên gọi IMT-2000 (International Mobile
Telecommunications for the Year 2000) nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng
nhiều loại hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thơng tin di động hiện
có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động.
Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống
WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và được đưa vào hoạt động vào
những năm đầu của thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ Đa truy
nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Điều này cho phép
thực hiện tiêu chuẩn tồn cầu cho giao diện vơ tuyến của hệ thống thông tin di
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

động 3G.
Page 15


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
❖ Một số hệ thống thơng tin di động 3G điển hình:
• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
UMTS (đơi khi cịn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân
chia theo mã băng rộng WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). UMTS
được chuẩn hóa bởi 3GPP (3rd Generation Partnership Project). WCDMA UMTS là
công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi
lên 3G. Tốc độ dữ liệu tối đa UMTS cung cấp là 1920 kb/s, tuy nhiên thông thực tế
tốc độ này chỉ khoảng 384 kb/s. Để cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật
HSDPA và HSUPA đã được đề xuất. Khi cả hai kỹ thuật này được triển khai, người ta
gọi chung là HSDPA. HSDPA thường được biết đến như là hệ thống thông tin di động
3,5G.
- HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Tăng tốc độ đường xuống
(Downlink) lên tốc độ tối đa trên lý thuyết là 14,4 Mb/s, nhưng trong thực tế nó chỉ
đạt tầm 1,8 Mb/s đến 3,6 Mb/s.

- HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Tăng tốc độ đường lên
(Uplink) đồng thời cải tiến QoS (Quality of Service). Kỹ thuật này cho phép người
dùng Upload thông tin với tốc độ lên tới 5,8 Mb/s về mặt lý thuyết.
• CDMA2000
CDMA2000 được triển khai trên cơ sở CDMA2000 1xRTT, đại diện cho họ
công nghệ cao gồm các chuẩn: CDMA2000 EV-DO (Evolution – Data Optimized) và
CDMA2000 EV-DV (Evolution – Data and Voice). CDMA2000 được chuẩn hóa bởi
3GPP2. CDMA2000 là cơng nghệ 3G được lữa chọn bởi các nhà cung cấp mạng sử
dụng CdmaOne.
- CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên biệt và có
thể cho tốc độ dữ liệu lên đến 2,4 Mb/s cho đường xuống và 153 Kb/s cho đường lên.
1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thơng gói IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1 Mb/s
và đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến 1,2 Mb/s. Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev B
cho phép ghép 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 73,5 Mb/s.
- CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh
1,25MHz. CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ đỉnh lên đến 4,8 Mb/s cho đường
xuống và 307 Kb/s cho đường lên. Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng vô
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 16


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như
Verizon Wireless hay Sprint đều đã chọn EV-DO.
• TD-SCDMA (Time Division – Synchronous Code Division Multiple
Access)
TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi CCSA (China
Communications Standards Accociation) và được ITU duyệt vào năm 1999. Đây là
chuẩn 3G của Trung Quốc, dùng kỹ thuật song công TDD (Time Division Duplex).

TD-SCDMA có thể hoạt động trên một dải tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2 Mb/s) hay
5MHz (cho tốc độ 6 Mb/s).
1.2.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G)
Công nghệ tiền 4G là bước chuẩn bị để nâng cấp từ công nghệ 3G lên 4G, ở
một số nơi, người ta còn gọi đây là mạng 3,9G. Một số cơng nghệ tiền 4G có thể kể
đến là: LTE (Long Term Evolution), WiMax (Worldwide Interoperability for
Microwave Access), UMB (Ultra Mobile Broadband).
• 3GPP LTE:
3GPP LTE là hệ thống tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây
3G dựa trên công nghẹ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm
năng nhất cho truyền thông di động thế hệ thứ tư (4G).
3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa
phương tiện với tốc độ trên 100 Mb/s khi di chuyển với tốc độ 3km/h, và đạt 30 Mb/s
khi di chuyển với tốc độ cao khoảng 120km/h, tốc độ này nhanh hơn gấp 7 lần so với
tốc độ truyền dữ liệu của cơng nghệ HDSPA. Do đó cơng nghệ này cho phép sử dụng
các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao trong khi di chuyển.
3GPP LTE sử dụng công nghệ Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) và kỹ thuật MIMO
(Multi-input Multi-output).
- Ưu điểm nổi bật:
+ Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mb/s và trên kênh
đường lên có thể đạt 50 Mb/s.
+ Tăng tốc độ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng điều khiển.

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 17


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng

+

Sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh. Tất cả sẽ dựa trên IP. VoIP sẽ được sử

dụng cho dịch vụ thoại.
+ Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện tại. Tuy nhiên, mạng
LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G sẵn có. Điều này hết
sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3GPP LTE vì khơng cần thay đổi
tồn bộ cơ sở hạ tầng mạng.
• WiMax
WiMax là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích tồn cầu dựa trên cơ sở
tiêu chuẩn IEEE 802.16 do Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử IEEE (Institute of Electrical
and Electronics Engineers) đề xuất. Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đưa ra những yêu cầu,
chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng rộng
điểm – đa điểm PMP (Point – MultiPoint) về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều
khiển truy cập môi trường MAC (Medium Access Control) và lớp vật lý PHY
(Physical Layer).
WiMax là một chuẩn không dây tạo ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ
cao cho cả mạng cố định lẫn mạng khơng dây di động.
• UMB
Chuẩn UMB được phát triển bởi 3GPP2 nhằm hỗ trợ cho mạng CDMA2000.
- Một số đặc điểm kỹ thuật:
+ Có các kỹ thuật Multiple Radio và Anten tiên tiến.
+ Sử dụng kỹ thuật MIMO, Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA
(Space Division Multiple Access).
+ Sử dụng các kỹ thuật quản lý nhiễu tiên tiến.
+

Tốc độ dữ liệu cao nhất có thể lên tới 288 Mb/s đối với đường lên và 75

Mb/s đối với đường xuống.
❖ Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 3G:
- Việc đạt được tốc độ truyền số liệu cao là rất khó đối với cơng nghệ CDMA
do can nhiễu giữa các dịch vụ.
- Khó có thể tạo ra một dải đầy đủ các dịch vụ đa tốc độ với yêu cầu về hiệu
năng và QoS khác nhau do những hạn chế đối với mạng lõi gây ra bởi tiêu chuẩn giao
diện vô tuyến.
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 18


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
- Yêu cầu băng thơng lớn.
- Phí dịch vụ tương đối cao.
1.2.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G)
Vào tháng 3 năm 2008, tổ chức ITU-R đã đưa ra các yêu cầu tiêu chuẩn cho hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) với tên gọi IMT – Advanced. Theo IMT –
Advanced, hệ thống thông tin di động 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Xây dựng dựa hệ thống mạng IP chuyển mạch gói.
- Đáp ứng được tốc độ dữ liệu đỉnh lên đến 100 Mb/s khi di chuyển với tốc độ
nhanh, và 1 Gb/s khi di chuyển với tốc độ chậm (hoặc đứng yên).
- Có thể linh hoạt trong việc sử dụng và chia sẽ tài nguyên mạng để hỗ trợ số
lượng lớn người sử dụng đồng thời trong một Cell.
- Độ rộng băng thơng có thể thay đổi được một cách linh hoạt, phạm vi thay
đổi có thể lên đến 40 MHz.
- Có hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh lên đến 15 b/s/Hz đối với đường xuống và
6,75 b/s/Hz đối với đường lên (tức nếu đường xuống đạt tốc độ 1Gb/s thì chỉ chiếm
dụng khoảng 67 MHz băng thơng).
- Hiệu suất sử dụng phổ tần của hệ thống, trường hợp trong nhà, là 3

b/s/Hz/cell cho đường xuống và 2,25 b/s/Hz/cell cho đường lên.
- Dễ dàng thực hiện chuyển giao giữa những mạng phức tạp.
- Khả năng cung cấp các dịch vụ chất lượng cao cho thế hệ đa phương tiện
tiếp theo.
Hiện nay, chỉ có hai hệ thống đáp ứng được các yêu cầu trên và được ITU công
nhận là hệ thống thơng tin di động 4G, đó là: LTE-Advanced (được phát triển bởi
3GPP) và WirelessMAN-Advanced (được phát triển bởi IEEE).
4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không
chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di
động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch
vụ khác. Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vơ tuyến trong khu vực cục bộ và
có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số.
❖ Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 4G:
- Yêu cầu thiết bị tương thích để có thể kết nối với mạng 4G.
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 19


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
- Thiết bị di động tiêu hao năng lượng hơn.
- Yêu cầu thành phần hệ thống phức tạp.
- Chi phí dịch vụ và giá thành thiết bị tương đối cao.
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm – 5G
1.3.1 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động 5G
Để đảm bảo cho sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động, vào tháng
2 năm 2013, ba tổ chức của Trung Quốc là: Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin
MIIT, Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia NDRC và Bộ Khoa học và Cơng nghệ
MOST đã cùng nhau hợp tác thành lập nhóm “IMT-2020 (5G) Promotion” dựa trên
nền tảng của nhóm “IMT-Advanced Promotion” nhằm hướng đến việc xây dựng và

phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5 (5G).
Theo IMT 2020, hệ thống 5G phải đáp ứng được những tiêu chí sau:
- Tốc độ dữ liệu cao hơn hệ thống hiện tại từ 10 đến 100 lần.
- Độ trễ gần như bằng 0.

Hình 1.2-Khối khả năng của hệ thống 5G trong tương lai.
- Đáp ứng phục vụ được số lượng lớn thiết bị (hàng triệu thiết bị trên 1 km2).
- Đáp ứng được Thông lượng cao hơn, khoảng vài chục Tbps/km2 .

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 20


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
- Đảm bảo kết nối liên tục với các thiết bị di chuyển với tốc độ cực nhanh, lên
tới hơn 500 km/h.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ lên từ 5 đến 15 lần.
- Giảm chi phí tiêu hao trên mỗi bit dữ liệu khoảng 100 lần.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng lên hơn 100 lần.
Để làm được điều này, cần phải có những nền tảng kỹ thuật mới để nâng cấp
quá trình xử lý và truyền dữ liệu của hệ thống di động hiện nay. Đã có nhiều kỹ thuật
được đề xuất, ví dụ như:
- Cơng nghệ truyền dẫn không dây:
o Massive MIMO.
o Đa truy nhập: NOMA, BDMA…
o Nâng cao kỹ thuật đa sóng mang: FBMC, UBMC…
o Các kỹ thuật điều chế và mã hóa tiên tiến: WAN, tiền mã hóa…
- Cơng nghệ mạng khơng dây:
o Mạng truy cập vô tuyến đám mây C-RAN.

o Mạng di động MN.
o Truyền thông D2D.
Bảng 1.1 – Tổng quan hệ thống thông tin di động
Công nghệ
Thời điểm
ra đời

Dải tần số

Tốc độ

Chuẩn công

1G

2G

3G

4G

5G

1979

1993

2001

2009

Dự kiến
2020

824-894Mhz

2.4Kbps

8401900Mhz

64Kbps

AMPS,
TACS

nghệ

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

GSM,
CDMA,
EDGE,
GPRS

1.8-2.5Ghz

2-8Ghz

144kbps-

100Mbps-

2Mbps

1Gbps

UMTS,
CDMA2000,
HSPDA,
EVDO

LTE
Advanced,
WiMax

30-300Ghz
Tốc độ
mong muốn
10Gbps
Unified IP
and seamless
combination
of broadband
(WWWW)
Page 21


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
Chuyển

Circuit,
Packet

Circuit

mạch
Mạng lõi

PSTN

PSTN
Thoại kĩ
thuật số, tin

Dịch vụ

Gọi thoại

nhắn kí tự,
sức chứa dữ
liệu gói tin
cao hơn

Packet

Mạng gói

Tích hợp với
dịch vụ thoại,
video và dữ

liệu chất
lượng cao

All packet

Internet
Khả năng
kết nối dữ
liệu năng
động, các
thiết bị có
thể đeo được

All packet

Internet
Khả năng
kết nối
thơng tin
cao, các thiết
bị đeo được
và trí tuệ
nhân tạo.

1.3.2 Kiến trúc mạng di động 5G
Năm 2012, Ủy ban Châu Âu (European Commission) đã chi ra 50.000.000
triệu Euro để đầu tư vào nghiên cứu việc triển khai hệ thống thơng tin di động 5G vào
năm 2020. Đã có nhiều dự án được đề xuất, nhưng trong đó, nổi bật nhất là dự án
METIS (Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty (2020)
Information Society). Mục tiêu của dự án là xây dựng nền tảng cho một hệ thống

thông tin di động và không dây trong tương lai. METIS đã cung cấp kiến trúc cùng
với những cơng nghệ cần thiết để có thể triển khai hệ thống 5G.
Theo dự án METIS, hệ thống 5G sẽ được xây dựng dựa trên kiến trúc Mạng
truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN (Cloud Radio Access Network). Kiến trúc hệ
thống 5G vẫn sử dụng phủ sóng phân chia theo các Cell, bao gồm các trạm gốc (BS)
được trang bị Anten Massive MIMO để quản lý các MacroCell, trong các MacroCell
sẽ được phân chia ra nhiều Cell nhỏ được quản lý thông qua các Node mạng. Bên
cạnh đó, hệ thống 5G cịn phát triển một số cơng nghệ mới như Mạng di chuyển MN
(Moving Network), Truyền thông D2D (Device to Device Communication),…
Các trạm BS với Anten Massive MIMO đóng vai trị như các điểm truy nhập
hỗ trợ cho mạng C-RAN giao tiếp với các mạng truy nhập cơ bản (2G/3G/4G). Hơn
nữa, trong hệ thống 5G, các User cịn có thể phối hợp với nhau tạo thành các mảng
của Anten Massive MIMO ảo, các mảng Anten Massive MIMO ảo này kết hợp với
Anten tại các Node truy nhập ở các Cell nhỏ tạo ra những liên kết Massive MIMO,
làm tăng hiệu quả truyền dữ liệu của hệ thống.
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 22


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng

Hình 1.3 - Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS).
a. Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN
C-RAN là một kiến trúc được đề xuất cho các mạng di động trong tương lai.
Nó lần đầu tiên được giới thiệu bởi Viện nghiên cứu di động Trung Quốc (China
Mobile Research Institute) vào tháng 4 năm 2010 tại Bắc Kinh, Trung Quốc. Một cách
dễ hiểu, C-RAN là một kiến trúc mạng truy cập vô tuyến được xây dựng dựa trên điện
toán đám mây để hỗ trợ cho 2G, 3G, 4G và các chuẩn truyền thông không dây khác
trong tương lai.

Kiến trúc mạng truy cập vô tuyến thông thường được xây dựng dựa trên các
trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station). Mỗi trạm BTS sẽ quản lý một khu
vực nhỏ, và một nhóm BTS sẽ đảm bảo phủ sóng liên tục trong một khu vực. Do hạn
chế về tài nguyên phổ, các nhà cung cấp mạng đã “tái sử dụng” các tần số giữa các
BTS khác nhau, vì vậy gây ra hiện tượng can nhiễu giữa các Cell lân cận. Bên cạnh
đó, kiến trúc này cịn có nhiều nhược điểm khác như:
- Việc xây dựng và vận hành các trạm BTS khá tốn kém.
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 23


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng
- Khó nâng cao dung lượng hệ thống: khi đưa thêm nhiều BTS vào hệ thống
để gia tăng dung lượng, sự can nhiễu giữa các BTS còn nghiêm trọng hơn trường hợp
“tái sử dụng” tần số.
- Khả năng xử lý của mỗi BTS khơng thể chia sẽ cho các BTS khác, vì vậy mà
BTS chỉ đáp ứng được khả năng xử lý lưu lượng tối đa chứ không đáp ứng được khả
năng xử lý lưu lượng trung bình của hệ thống, dẫn đến việc lãng phí tài nguyên xử lý
và năng lượng trong thời gian rỗi của các BTS.
Tuy nhiên, hệ thống BTS trong C-RAN lại khác. Các BTS trong C-RAN là sự
áp dụng những kỹ thuật tiên tiến trong hệ thống thông tin không dây, thông tin quang
và công nghệ thông tin như: sử dụng loại Anten thông minh mới, các công nghệ điều
chế, ghép kênh đạt hiệu quả cao, sử dụng sóng milimet trong q trình truyền dẫn…
BTS trong C-RAN cịn tận dụng được nền tảng mở và công nghệ ảo hóa thời gian
thực của điện tốn đám mây để đạt được khả năng phân bổ tài nguyên một cách linh
động hỗ trợ không nhỏ cho các nhà cung cấp, các mơi trường đa cơng nghệ.

Hình 1.4 - Sự thay đổi từ RAN sang C-RAN
b. Mạng di chuyển MN

Trong các mạng thông tin không dây tương lai, một số lượng lớn truy cập của
người sử dụng sẽ đến từ các phương tiện đi lại (như ô tô, xe bus, tàu lửa,…). Vì vậy,
một giải pháp đã được đề ra, đó là triển khai một hoặc một vài Điểm chuyển tiếp di
động MRN (Moving Relay Node) trên các phương tiện đi lại để hình thành một Cell
di động riêng của phương tiện đó, đây gọi là mạng di chuyển MN.

Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 24


Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông
Bằng việc sử dụng Anten thích hợp, một MRN có thể giảm hoặc thậm chí là
loại bỏ được suy hao xuyên qua (penetration loss) xe cộ, loại suy hao mà ảnh hưởng
tương đối lớn đến quá trình giao tiếp của hệ thống. Hơn nữa, các điểm MRN có thể
khai thác tốt các cơng nghệ Anten thông minh cũng như phương thức xử lý tín hiệu
tiên tiến khác nhau, vì chúng ít bị hạn chế về kích thước và năng lượng so với các thiết
bị người sử dụng thường xuyên kết nối với các trạm gốc vĩ mơ.

Hình 1.5 - Mạng di chuyển MN.
Các MRN cũng có khả năng được sử dụng để phục vụ người dùng bên ngồi
phương tiện di chuyển, do đó nó cũng có thể trở thành một trạm gốc nhỏ có khả năng
di chuyển trong mạng. Vì vậy, phương tiện di chuyển và hệ thống giao thơng sẽ đóng
một vai trị quan trọng trong mạng di động khơng dây trong tương lai. Những phương
tiện này sẽ cung cấp thêm dung lượng thông tin và mở rộng vùng phủ của hệ thống
truyền thông di động.
Tuy nhiên, việc triển khai các MRN cũng gặp khơng ít những khó khăn như
phải có hệ thống đường trục hiệu quả, yêu cầu công nghệ phân bố tài nguyên và quản
lý can thiệp phức tạp, phải có phương thức quản lý di động thích hợp…
c. Truyền thơng D2D

Mạng cực kì dày đặc UDN (Ultra-Dense Network) khơng chỉ xuất hiện khi mà
số lượng người sử dụng mạng thông tin tăng lên, các liên kết ngắn lại mà cịn xuất
hiện khi có q nhiều cấu trúc liên kết được phát triển (chẳng hạn như tín hiệu đến từ
Nguyễn Ngọc Dương – CA170267

Page 25