Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI
----------o0o----------





LUậN VĂN
THạC Sỹ KHOA HọC


Ngành: Xử lý Thông tin và Truyền thông

Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 4 (4G)







Đỗ Văn Hòa






Hà Nội 2007

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI
----------o0o----------





LUậN VĂN
THạC Sỹ KHOA HọC

Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 4 (4G)





Ngành: Xử lý Thông tin và Truyền thông
Mã số:

Đỗ Văn Hòa



Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Thúc Hải



Hà Nội 2007


Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
3

MụC LụC

Các hình vẽ, bảng biểu trong luận văn ..................................... 5

Thuật ngữ tiếng anh sử dụng trong luận văn....................... 7

Lời giới thiệu............................................................................................ 11

Chơng 1. mở đầu................................................................................... 12

1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn.......................................... 12

1.2 Tổ chức của luận văn ............................................................................. 13

Chơng 2. các thế hệ thông tin di động ................................... 14

2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động ............................... 14

2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động............................................. 14

2.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động......................................... 16

2.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động .................................................. 19

Chơng 3. hệ thống THÔNG TIN di động 4G ................................ 20

3.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G ........................................ 20

3.1.1 Giới thiệu chung.............................................................................. 20

3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp..................................... 22

3.2 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G............................................. 30

3.2.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu.................................................. 30

3.2.1.1 Miền dịch vụ và ứng dụng......................................................... 31

3.2.1.2 Miền nền tảng dịch vụ............................................................... 31

3.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói .............................................. 33

3.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới...................................................... 34

3.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tảng dịch vụ................................. 34

3.2.2.1 Sự thuận tiện cho ngời sử dụng............................................... 36

3.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến.................................................................. 36

3.2.2.3 Quản lý hệ thống....................................................................... 41

3.2.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống ................................... 41

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
4
3.2.3.1 Ví dụ điển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến mới 41

3.2.3.2 Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống
di động 4G............................................................................................. 43

3.3 Các công nghệ ứng dụng trong hệ thống di động 4G ............................ 44

3.3.1 Kỹ thuật truyền dẫn dung lợng lớn, tốc độ cao ............................. 44

3.3.1.1 Các kỹ thuật đa truy cập ........................................................... 44

3.3.1.2 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế hiệu suất cao .......................... 49

3.3.1.3 Kỹ thuật đa sóng mang ............................................................ 53

3.3.1.4 Kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến .................................. 57

3.3.1.5 Kỹ thuật ghép kênh tiên tiến .................................................... 62

3.3.2 Kỹ thuật không dây đa hệ thống .................................................... 64

3.3.2.1 Khả năng cấu hình lại End-to-End ........................................... 64

3.3.2.2 Kỹ thuật sóng vô tuyến đợc định nghĩa mềm ........................ 66

3.3.3 Điều khiển chuyển giao/tính di động ..............................................69

3.3.3.1 Kỹ thuật chuyển giao liên tục ................................................... 70

3.3.3.2 Kỹ thuật điều khiển tính di động .............................................. 71

3.3.3.3 Tính di động mạng NEMO ...................................................... 74

3.4 Mạng thế hệ sau NGN và hệ thống di động 4G..................................... 77

3.4.1 Mạng thế hệ sau NGN..................................................................... 77

3.4.1.1 Giới thiệu chung........................................................................ 77

3.4.1.2 Đặc điểm mạng NGN................................................................ 77

3.4.1.3 Cấu trúc mạng NGN ................................................................. 80

3.4.2 Hệ thống di động 4G trên hạ tầng mạng NGN................................86

Chơng 4. triển khai hệ thống di động 4G ở việt nam ...... 88

4.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam và trên thế giới.............. 88

4.2 Đề xuất giải pháp triển khai hệ thống 4G ở nớc ta .............................. 89

Kết luận ..................................................................................................... 93

Kết quả đạt đợc của luận văn..................................................................... 93

Hớng phát triển của đề tài.......................................................................... 94

Tài liệu tham khảo............................................................................... 95

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
5

Các hình vẽ, bảng biểu trong luận văn

Hình 2.1. Lộ trình phát triển của thông tin di động...................................... 17
Bảng 2.1. Tổng kết các thế hệ thông tin di động.......................................... 19
Hình 3.1. Dịch vụ thông tin y tế ................................................................... 22
Hình 3.2. Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến........................................... 24
Hình 3.3. Hệ thống định vị ........................................................................... 25
Hình 3.4. Hệ thống đặt hàng di động ........................................................... 26
Hình 3.5. Hệ thống quản lý thực phẩm.........................................................28
Hình 3.6. Hệ thống bảo hiểm rủi ro.............................................................. 29
Hình 3.7. Hệ thống quản lý di động ............................................................. 30
Hình 3.8. Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G.................................... 32
Hình 3.9. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ .......................................... 37
Hình 3.10. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: tiện nghi ngời dùng.....38

Hình 3.11. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao.......... 39
Hình 3.12. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: quản lý hệ thống........... 40
Hình 3.13. Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô
tuyến mới....................................................................................................... 42
Hình 3.14. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút /các thiết bị
đầu cuối trong hệ thống di động 4G.............................................................. 43
Hình 3.15. Cơ bản về SCS-MC-CDMA........................................................ 45
Hình 3.16. Cấu trúc tế bào tối u của SCS-MC-CDMA............................... 47
Hình 3.17. Phân bổ kênh con........................................................................ 48
Hình 3.18. Điều chế thích nghi sóng mang con ........................................... 50
Hình 3.19. Lợc đồ điều chế OFDM tốc độ lập mã có thể biến đổi ............ 51
Bảng 3.1.
Các tham số lập mã và điều chế ...................................................52
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
6
Bảng 3.2. Các tham số mô phỏng ................................................................. 53
Hình 3.20. Sơ đồ FH-OFDM ........................................................................ 54
Hình 3.21. Cấu hình hệ thống....................................................................... 55
Hình 3.22. Nguyên lý của AAA................................................................... 58
Hình 3.23. Độ tăng ích của AAA ................................................................ 59
Hình 3.24. Định hình búp sóng .................................................................... 60
Hình 3.25. Thuật toán theo dõi búp sóng ..................................................... 61
Hình 3.26. SVD based MIMO...................................................................... 63
Hình 3.27. Cấu hình cơ bản của thiết bị SDR............................................... 67
Hình 3.28. Mô hình tham chiếu IEEE 802.21.............................................. 70
Hình 3.29. IPv6 di động................................................................................ 72
Hình 3.30. Chuyển giao nhanh cho IPv6 di động......................................... 73
Hình 3.31. Điều khiển tính di động mạng NEMO ....................................... 75
Hình 3.32. Mạng cá nhân PAN (Personal Area Network) ........................... 76

Hình 3.33. Kiến trúc mạng NGN.................................................................. 79
Hình 3.34. Cấu trúc logic mạng NGN.......................................................... 80
Hình 3.35. Cấu trúc vật lý mạng NGN ......................................................... 84
Hình 4.1. Kiến trúc mạng 3G ....................................................................... 90
Hình 4.2. Cấu trúc mạng di động 3G-WCDMA........................................... 91
Hình 4.3. Mô hình hệ thống 4G.................................................................... 92







Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
7

Thuật ngữ tiếng anh sử dụng trong luận văn
2G 2nd Generation Thế hệ 2
3G 3rd Generation Thế hệ 3
4G 4th Generation Thế hệ 4
AAA Adaptive Array Antenna ăngten dãy thích nghi
AAA Aunthentication, Authorization
& Accounting
Chứng thực, ủy quyền và
thanh toán
AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động
tiên tiến
AR Access Router Bộ định tuyến truy cập
ARQ Automatic Repeat reQuest Kĩ thuật yêu cầu lặp tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc
CDMA Code Division Multiple Access Đa thâm nhập phân chia theo
mã
CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng d
CN Core Network Mạng lõi
CN Correspondent Node Nút trung gian
CNR Carrier-to-Noise-Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm
CoA Care-of Address Địa chỉ tạm thời
CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra d vòng
CTP Context Transfer Protocol Giao thức truyền ngữ cảnh
DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp
DS-
CDMA
Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp
DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số
E2R End-to-End Reconfigurability Khả năng cấu hình lại từ đầu
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
8
cuối đến đầu cuối
EIRP Effective Isotropically Radiated
Power
Công suất phát xạ đẳng hớng
hiệu dụng
EV-DO Evolution Data Optimized
FDD Frequency Division Duplex ghép song công phân chia theo

tần số
FEC Forward Error Correct Mã sửa lỗi trớc
FDMA Frequency Division MultiAccess Đa truy cập phân chia theo tần
số
FH-
OFDM
Frequency Hopping Orthogonal
Frequency
Division Multiple Access
OFDM nhảy tần
FMIPv6 Fast Mobile IPv6 IPv6 di động nhanh
FMIPv6 Fast Handovers for Mobile IPv6 Chuyển giao nhanh cho IPv6
di động
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung
HA
Home Agent Tác nhân nhà
HARQ
Hybrid Automatic Repeat
reQuest
ARQ (tự động yêu cầu lặp) lai
HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thờng trú
HMIPv6
Hierarchical Mobile Internet
Protocol Version 6
IPv6 di động có phân cấp
HoA Home Address Địa chỉ thờng trú
HSDPA High Speed Downlink Packet
Access
Hệ thống truy cập gói đờng

xuống tốc độ cao
HMI Human-Machine Interface Giao diện ngời máy
IMT-
2000
International Mobile
Telecommunication - 2000
Thông tin di động toàn cầu-
2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thức Internet phiên bản 6
ITU International Telecommunication
Union
Liên minh Viễn thông Quốc tế
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
9
MAC Medium Access Control Điều khiển thâm nhập môi
trờng
MAP Mobility Anchor Point Điểm treo di động
MIH Media Independent Handover Chuyển giao độc lập phơng
tiện
MN Mobile Node Nút di động
MNN Mobile Network Node Nút mạng di động
MNP Mobile Network Prefix Tiền tố mạng di động
MR Mobile Router Bộ định tuyến di động
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobitily Service Center Trung tâm dịch vụ di động
MIMO Multi Input Multi Output
ăngten nhiều kênh vào
nhiều kênh ra

MC-
CDMA
Multi Carrier CDMA Đa truy cập phân chia theo mã
đa sóng mang
NEMO Network Mobility Tính di động mạng
NGN Next Genaration Network Mạng thế hệ sau
OSI Open Systems Interconnection Mô hình tơng kết các hệ
thống mở
OFDM
Orthononal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh đa truy cập phân
chia theo tần số trực giao
OFCDM
Orthononal Frequency Code
Division Multiplexing
Ghép kênh đa truy cập phân
chia theo mã tần số trực giao
PAN Persional Access Network Mạng truy cập cá nhân
PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình
PHS Personal Handyphone System Hệ thống điện thoại cá nhân
PKI Public Key Infrastructure Cở sở hạ tầng khóa chung
QoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ
RANAP Radio Access Network
Application Part
Phần ứng dụng mạng thâm
nhập vô tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
10
RO Route Optimization Tối u hóa đờng đi
RR Return Routability Khả năng đinh tuyến đờng về
SDR Software Defined Radio Sóng vô tuyến định nghĩa
mềm
SINR Signal to Interference and Noise
Power Ratio
Tỷ số công suất tín hiệu trên
nhiễu và tạp âm
SMS-SC SMS Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn
SMS
SVD
based
MIMO
Singular Value Decomposition
based Multiple Input Multiple
Output

TCP Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TPC Transmission Power Control Điều khiển công suất truyền
dẫn
UE User Equypment Thiết bị ngời sử dụng
UMTS Universal Mobile
Telecommunication System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
UWB Ultra Wide band Băng tần cực rộng

W-
CDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa thâm nhập vô tuyến phân
chia theo mã băng rộng
W-LAN Wireless - LAN Mạng cục bộ không dây









Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
11

Lời giới thiệu

Trong những năm gần đây, thông tin di động đã đạt đợc những thành
tựu vợt bậc. Thông tin di động cho phép ngời sử dụng đàm thoại ở mọi lúc,
mọi nơi trong vùng phủ sóng, kể cả khi đang di chuyển. Ngoài ra, thông tin di
động còn đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích khác nh: nhắn tin, truyền số liệu,
truyền thông đa phơng tiện, xác định vị trí ngời sử dụng mà các dịch vụ
khác không thực hiện đợc. Do vậy, nhu cầu về thông tin di động ngày một
tăng lên và trong tơng lai không xa đây sẽ là hình thức thông tin vạn năng và
đợc ứng dụng sâu rộng vào cuộc sống, và sẽ có thể thay đổi lối sống của con

ngời.
Cho đến nay thông tin di động trên thế giới đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ
thứ nhất sử dụng công nghệ tơng tự từ những năm 70 và đến giữa những năm
80 hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai đã ra đời và phát triển rất mạnh
mẽ. Những năm đầu thế kỷ 21 (khoảng 2002) hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ 3 (3G) đã đợc triển khai và ứng dụng rộng rãi phục vụ đời sống của
con ngời. ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động 3G đã đợc triển khai bởi
các nhà cung cấp dịch vụ Saigon Postel, Hà Nội Telecom, EVN Telecom và
đợc đa vào khai thác vào năm 2006. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
t (4G) đã đợc các Hãng viễn thông lớn trên thế giới, Hiệp hội Viễn thông
quốc tế - ITU, diễn đàn Mobile IT (mITF Mobile IT Forum) nghiên cứu và
chuẩn hóa. Theo dự báo, vào khoảng năm 2012, hệ thống thông tin di động
4G sẽ đợc triển khai và đa vào khai thác. Sự xuất hiện của hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ t có thể tạo ra một sự bùng nổ trong ngành công nghiệp
thông tin di động nói riêng và ngành công nghiệp viễn thông nói chung.

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
12

Chơng 1. mở đầu

1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn
Nhu cầu trao đổi dữ liệu, sử dụng dịch vụ đa phơng tiện, nhu cầu giải trí
(nghe nhạc, xem phim, chơi game ...) trên thiết bị di động ngày càng tăng khi
điều kiện sống của chúng ta tăng. Trớc nhu cầu đó, các chuẩn các hệ thống
thông tin di động 3.5G, 4G đã đợc nghiên cứu và phát triển. Năm 2006, ở
Nhật Bản, Hãng viễn thông NTT DoCoMo đã triển khai thành công và đa vào
khai thác hệ thống di động 3.5G HSDPA (High Speed Downlink Packet
Access). Hệ thống HSDPA đợc mở rộng, phát triển từ hệ thống di động thế

hệ 3 (W-CDMA:
Wideband Code Division Multiple Access)
, cho tốc độ đờng
xuống là 14Mbps, đờng lên 5,7Mbps (trên lý thuyết). Còn với hệ thống 4G,
theo thử nghiệm mới nhất của hãng viễn thông NTT DoCoMo (Nhật Bản), cho
tốc độ 5Gbps ở môi trờng trong nhà (indoor), và tốc độ 100Mbps ở môi
trờng ngoài trời trên đối tợng chuyển động tốc độ 250km/h.
Với sự bùng nổ về tốc độ của hệ thống di động 4G, thì hệ thống 4G sẽ
đợc ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Hệ thống 4G sẽ
cung cấp rất nhiều dịch vụ nh: dịch vụ cung cấp nội dung tiến tiến, dịch vụ
chăm sóc sức khỏe, dịch vụ đặt hàng di động, thơng mại di động, phòng
chống thiên tai ...
Hiện nay, ở nớc ta đang tồn tại đồng thời nhiều thế hệ của hệ thống di
động (2G, 2.5G, 3G). Việc triển khai hệ thống di động 4G vẫn là vấn đề trong
tơng lai xa. Nhng trớc những xu thế phát triển chung về công nghệ viễn
thông, đặc biệt là công nghệ thông tin di động, thì việc nghiên cứu, tìm hiểu
hệ thống thông tin di động 4G là cần thiết.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
13
1.2 Tổ chức của luận văn
Luận văn đợc trình bày thành bốn chơng. Chơng 1 trình bày sơ lợc
về cơ sở nghiên cứu, mục đích cũng nh tổ chức của luận văn.
Chơng 2 trình bày về lịch sử, các thế hệ và xu thế phát triển hệ thống
thông tin di động.
Chơng 3 trình bày mô hình tham chiếu của hệ thống di động 4G. Mô
hình tham chiếu của hệ thống 4G chia làm bốn miền: miền ứng dụng và dịch
vụ, miền nền tảng dịch vụ, miền mạng lõi chuyển mạch gói, miền truy cập vô
tuyến mới. ở chơng này cũng trình bày một số kỹ thuật, công nghệ tiên tiến
nh: các kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến dung lợng lớn, tốc độ cao (OFDMA,

SCS-MC-CMDA), kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến, kỹ thuật ghép kênh
tiên tiến (MIMO) ... đợc triển khai ở hệ thống di động 4G.
Chơng 4 trình bày về hiện trạng các hệ thống thông tin di động tại Việt
Nam và trên thế giới. Sau đó là đề xuất giải pháp triển khai hệ thống di động
4G từ cở sở hạ tầng mạng hiện có của các nhà cung cấp.












Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
14

Chơng 2. các thế hệ thông tin di động

2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động
2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động
Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các
kỹ thuật tiên tiến và công nghệ cao. ý tởng về sự liên lạc tức thời mà không
quan tâm đến khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài
ngời và giấc mơ đó đang ngày càng trở thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của
kỹ thuật và công nghệ. Việc sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin diễn ra

lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 19. Kể từ đó nó trở thành một công nghệ đợc
ứng dụng rộng rãi trong thông tin quân đội và sau này là thông tin vô tuyến
công cộng.
Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải qua những giai đoạn
phát triển quan trọng. Từ hệ thống thông tin di động tơng tự thế hệ thứ nhất
đến hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động
băng rộng thế hệ thứ ba đang đợc triển khai trên phạm vi toàn cầu và hệ
thống thông tin di động đa phơng tiện thế hệ thứ t đang đợc nghiên cứu tại
một số nớc. Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ ba và thứ t phát triển về dịch vụ dữ liệu
và đa phơng tiện.
Các hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ
thứ hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba và thế hệ thứ ba cộng (3.5G). Để đáp ứng
các nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên ngay từ đầu
những năm 90 ngời ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba. Liên hiệp Viễn thông Quốc tế bộ phận vô tuyến (ITU-R) đã thực
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
15
hiện tiêu chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. ở
Châu Âu, Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) đã thực hiện tiêu
chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System: Hệ thống viễn thông di động toàn cầu). Hệ thống
mới này làm việc ở dải tần 2GHz và cung cấp nhiều loại dịch vụ bao gồm từ
các dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp hiện có đến các dịch vụ số liệu tốc độ
cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của ngời sử dụng có thể lên tới
2Mbps. Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ với
tốc độ 14,4Kbps sẽ đợc đảm bảo cho thông tin di động thông thờng ở các ô
macro. Ngời ta cũng đang nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ t có tốc độ cho ngời sử dụng khoảng 2Gbps. ở hệ thống di động băng

rộng (MBS) thì các sóng mang đợc sử dụng ở các bớc sóng mm, độ rộng
băng tần 64MHz và dự kiến sẽ nâng tốc độ của ngời sử dụng đến STM-1 [1].
Hiện nay, trên các quốc trên thế giới ở hầu hết các nớc đã triển khai hệ
thống di động 3G. Theo thống kê của hai hãng Informa Telecom & Media và
WCIS and 3G America, hiện nay có 181 hãng cung cấp dịch vụ trên 77 quốc
gia đã đa vào khai thác dịch vụ các mạng di động thế hệ 3 của mình. Với hệ
thống di động 3.5G (HSDPA) thì có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63
quốc gia đã cung cấp các dịch vụ của hệ thống di động 3.5G. Hệ thống tiền
4G (Pre-4G) là WiMax cũng đã đợc triển khai và đa vào khai thác dịch vụ ở
một số thành phố nh London, New York vào quý 2 năm 2007.
ở nớc ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói
chung trong những năm gần đây thông tin di động ra đời nh một tất yếu
khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới
của đất nớc. Vào thời kỳ ban đầu, xuất hiện một số mạng thông tin di động
nh mạng nhắn tin ABC, mạng nhắn tin toàn quốc... có tính chất thử nghiệm
cho công nghệ thông tin di động ở Việt Nam. Sau đó, vào tháng 3/1993, mạng
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
16
điện thoại di động MobiFone sử dụng kỹ thuật số GSM đã đợc triển khai và
chính thức đa vào hoạt động ở Việt Nam với các thiết bị của hãng
ALCATEL. Tháng 6/1996, mạng Vinaphone ra đời và cùng tồn tại song song
với mạng VMS. Năm 2003, mạng S-Phone sử dụng công nghệ CMDA của
Saigon Postel đa vào khai thác. Đến năm 2004, mạng GSM của Viettel cũng
chính thức đa vào hoạt động. Và gần đây, EVN Telecom, Hà Nội Telecom
cũng đa vào khai thác mạng di động thế hệ thứ ba. Trong hai năm gần đây,
số thuê bao của các mạng này đang tăng rất nhanh.
2.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động
Thời kỳ đầu, khi mới triển khai, hệ thống di động thế hệ thứ nhất mới chỉ
cung cấp cho ngời sử dụng dịch vụ thoại, nhng nhu cầu về truyền số liệu

tăng lên đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới
cho mạng và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng
hiện có. Từ đó các nhà khai thác đã phải triển khai các hệ thống di động 2G,
2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao hơn. Cùng với Internet,
Intranet đang trở thành một trong những hoạt động kinh doanh ngày càng
quan trọng, một trong các hoạt động này là xây dựng các công sở vô tuyến để
kết nối các cán bộ di động với xí nghiệp hoặc công sở của họ. Ngoài ra,
tiềm năng to lớn đối với các công nghệ mới là cung cấp trực tiếp tin tức và các
thông tin khác cho các thiết bị vô tuyến sẽ tạo ra các nguồn lợi nhuận mới cho
nhà khai thác. Do vậy, để đáp ứng đợc các dịch vụ mới về truyền thông máy
tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế thì hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ hai (GSM, PDC, IS-136 và cdmaOne) đã từng bớc chuyển đổi sang
hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. Khi mà nhu cầu về các dịch vụ đa
phơng tiện chất lợng cao tăng mạnh, mà tốc độ của hệ thống 3G hiện tại
không đáp ứng đợc thì các tổ chức viễn thông trên thế giới đã nghiên cứu và
chuẩn hóa hệ thống di động 4G.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
17
Lộ trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ thứ nhất đến thế hệ thứ
t đợc mô tả ở hình 2.1.
Hình 2.1: Lộ trình phát triển của thông tin di động [1]
Trong đó:
+ TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy
nhập tổng thể.
+ NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu băng tần 900MHz.
+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động
tiến.
+ SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng.

+ GSM(900) (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động
toàn cầu băng tần 900MHz.
+ GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần 1800MHz.
+ GSM(1900): Hệ thống GSM băng tần 1900MHz.
+ IS-136 (Interim Standard 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA
cải tiến do AT&T đề xuất.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
18
+ IS-95 (CDMA) (Interim Standard 95 CDMA): Tiêu chuẩn thông tin di
động CDMA cải tiến của Mỹ (do Qualcomm đề xuất).
+ GPRS (Genneral Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung.
+ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số
liệu tăng cờng để phát triển GSM.
+ cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 1.
+ WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.
+ cdma2000 Mx: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 2 [1].
+ HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống di động truy cập gói tốc
độ cao. Hệ thống HSPA đợc chia thành 3 công nghệ sau:
- HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy cập
gói đờng xuống tốc độ cao.
- HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói
đờng lên tốc độ cao.
- HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy cập
gói OFDM tốc độ cao.
+ Pre-4G: các hệ thống tiền 4G, gồm có WiMax và WiBro (Mobile
Wimax).
+ WiMax: Worldwide Interoperability for Microwave Access
+ WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
19
2.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động
Bảng 2.1 trình bày một số nét chính của các công nghệ thông tin di động từ
1G đến 4G [1].


Bảng 2.1. Tổng kết các thế hệ thông tin di động


Thế hệ thông
tin di động
Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích
Thế hệ 1 (1G)
AMPS,
TACS, NMT
Thoại FDMA, tơng tự
Thế hệ 2 (2G)
GSM, IS-136,
IS-95
Chủ yếu cho
thoại kết hợp với
dịch vụ bản tin
ngắn

TDMA hoặc CDMA, công
nghệ số, băng hẹp (8-13 kbps)
Thế hệ 2+
(2.5G)
GPRS,
EDGE,
cdma2000 1x
Chủ yếu vẫn là
thoại, dịch vụ số
liệu gói tốc độ
thấp và trung
bình
TDMA (kết hợp nhiều khe
thời gian hoặc tần số) hoặc
CDMA, sử dụng phổ chồng
lên phổ tần của hệ thống 2G,
tăng cờng truyền số liệu gói.
Tốc độ tối đa đạt 144kbps.
Thế hệ 3 (3G)
cdma2000 1x
EV DO/DV,
cdma2000,
WCDMA
Truyền dẫn
thoại và dịch vụ
số liệu đa
phơng tiện
CDMA, CDMA/ TDMA, băng
rộng, riêng cdma2000 1x EV
sử dụng phổ chồng lên phổ

của hệ thống 2G. Tốc độ tối đa
đờng xuống 2Mbps, đờng
lên 384kbps.
Thế hệ 3+
(3.5G)
HSDPA
HSUPA
HSOPA
Tích hợp thoại,
dịch vụ số liệu
và đa phơng
tiện tốc độ cao.
Phát triển từ 3G, CDMA/HS-
DSCH.
HSPDA cho tốc độ tối đa
đờng xuống 14.4Mbps,
HSUPA có tốc độ đờng lên
tối đa 5.7Mbps, HSOPA cho
tốc độ Downlink/Uplink tối đa
là 200Mbps/100Mbps.
Thế hệ 4 (4G) 4G
Truyền dẫn
thoại, số liệu, đa
phơng tiện tốc
độ cực cao.
OFMA, MC/DS-CDMA, tốc
độ tối đa ở môi trờng trong
nhà là 5Gbps, 100Mbps môi
trờng ngoài trời trên đối
tợng chuyển động nhanh

(250km/h).


Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
20

Chơng 3. hệ thống THÔNG TIN di động 4G

3.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G
3.1.1 Giới thiệu chung
Hệ thống di động thế hệ thứ t (4G) dự kiến sẽ đa vào sử dụng, khai
thác vào khoảng năm 2012. Với sự đột phá về tốc độ và dung lợng, hệ thống
di động 4G sẽ cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt
thờng nhật, công việc cũng nh có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta
trong tơng lai gần. Cụ thể hơn trong từng khía cạnh của cuộc sống đợc trình
bày dới đây.
Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học
Nhờ có sự u việt của hệ thống 4G, sự tiên tiến của thiết bị đầu cuối, học
sinh, sinh viên, các nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi thông tin hình
ảnh, thoại, và các thông tin cần thiết cho việc học tập, nghiên cứu mà không
có rào cản nào về khoảng cách cũng nh ngôn ngữ. Thiết bị đầu cuối di động
của hệ thống di động thế hệ 4G (điện thoại cầm tay, đồng hồ đeo tay ...) có
tích hợp camera, có chức năng thông dịch ngôn ngữ tự động giúp họ trao đổi
thông tin trực tiếp, học sinh, sinh viên có thể nhận những chỉ dẫn từ giáo viên
từ xa ....
Giải trí
Hệ thống di động 4G đợc sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi và
âm nhạc/video. Những trò chơi hình ảnh động có thể đợc truy cập ở bất cứ
nơi nào trên hệ thống. Những nội dung cực kì phong phú đa dạng về nhạc và

phim trong hệ thống có thể tải ngay lập tức ở bất cứ nơi đâu, vào bất cứ thời
gian nào.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
21
Truyền thông hình ảnh
Hệ thống di động 4G cũng đợc ứng dụng trong việc trao đổi thông tin
giữa các điểm cách xa nhau. Một đoạn phim của một sự kiện thể thao có thể
đợc gửi bởi máy quay gắn trên một máy thu phát cầm tay và đợc gửi đi tức
thời cho các thành viên trong gia đình ở nớc ngoài hoặc ở xa.
Thơng mại di động
Hệ thống di động 4G đợc ứng dụng trong trao đổi và thoả thuận mua
bán hàng hoá. Bằng cách đơn giản là giữ thiết bị di động cầm tay theo tấm
quảng cáo hoặc trên tạp chí, ngời sử dụng có thể thu đợc những thông tin
liên quan về sản phẩm, từ đó có thể đặt hàng và thanh toán bằng tài khoản
thông qua thiết bị di động.
Cuộc sống thờng nhật
Công nghệ xác thực cá nhân tiên tiến cho phép ngời sử dụng mua những
hàng hóa đắt tiền một cách an toàn và thanh toán bằng tài khoản thông qua
mạng di động. Dữ liệu đợc tải từ các thiết bị di động có thể đợc sử dụng nh
là các thẻ thanh toán, thẻ ra vào, thẻ thành viên ... thay cho các loại thẻ cá
nhân: thẻ ngân hàng (ATM, Visa Card ...), thẻ ra vào công ty, hộ chiếu
(PassPort) .v.v. Các dịch vụ di động cũng đợc sử dụng trong nhiều trờng
hợp của cuộc sống, ví dụ nh tải chơng trình tivi trên các máy chủ đặt tại gia
đình lên thiết bị di động và xem chúng khi đi ra ngoài, hoặc sử dụng thiết bị
cầm tay di động để điều khiển Robot từ xa.
Y tế và chăm sóc sức khoẻ
Công nghệ di động thế hệ thứ t đợc sử dụng trong y tế và chăm sóc sức
khoẻ. Những dữ liệu về sức khoẻ có thể tự động gửi đến bệnh viện theo thời
gian thực từ các thiết bị mang theo trên ngời của bệnh nhân, nhờ đó các bác

sĩ có thể thực hiện việc kiểm tra sức khoẻ hoặc xử lý tức thì các tình trạng
khẩn cấp.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
22
Điều trị trong các tình trạng khẩn cấp
Phơng tiện truyền thông di động đợc sử dụng cho cấp cứu khẩn cấp
ngay sau khi tai nạn giao thông xảy ra. Vị trí của vụ tai nạn sẽ đợc thông báo
tự động bằng cách sử dụng thông tin định vị, khi đó các bác sĩ tại trung tâm y
tế đa ra các chỉ dẫn sơ cứu cho bệnh nhân thông qua việc quan sát bệnh nhân
trên màn hình. Các dữ liệu y tế cũng đợc truyền ngay lập tức đến các xe cứu
thơng hoặc bệnh viện thông qua mạng di động.
ứng dụng trong thảm họa thiên tai
Hệ thống di động đóng vai trò là thiết bị thông tin quan trọng trong
trờng hợp xảy ra thảm họa thiên tai, cho phép truyền đi hình ảnh thực trạng
của các khu vực xảy ra thảm hoạ. Do đó tại những nơi thảm họa không diễn
ra, tất cả lãnh đạo chính phủ, các nhà quản lý, các phơng tiện truyền thông
đại chúng và ngời dân nói chung có thể chia sẻ thông tin [8].
3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp
Dịch vụ cung cấp thông tin y tế

Hình 3.1. Dịch vụ thông tin y tế [8]

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
23
Trong đó:
+ Service charge (paid from insurance): phí dịch vụ (thanh toán từ bảo
hiểm).
+ Access personal medical data: truy cập dữ liệu y tế cá nhân

+ Send personal medical data: gửi dữ liệu y tế cá nhân
+ Advice/Information/health analysis: Lời khuyên/Thông tin/phân tích
tình trạng sức khỏe
+ Introduction to doctors, provision of adequate medicine: hớng dẫn từ
bác sỹ, cung cấp thuốc thích hợp.
+ Medical data storage center: trung tâm lu trữ dữ liệu y tế
+ Personal medical data: dữ liệu y tế cá nhân
+ Hospital/drug store: bệnh viện/kho thuốc
Dịch vụ cung cấp thông tin y tế sẽ cung cấp cho khách hàng những thông
tin chính xác và đầy đủ về tình trạng sức khỏe. Khách hàng sẽ nhận đợc chỉ
dẫn, đơn thuốc của bác sỹ khi có sự thay đổi về tình trạng sức khỏe từ trung
tâm chăm sóc y tế trên thiết bị di động của mình. Đồng thời khách hàng có thể
truy cập thông tin về sức khỏe của mình trên thiết bị di động [8].
Thậm chí trong dịch vụ này với công nghệ điều trị gen tiên tiến, khách
hàng có thể tải những thông tin về gen của họ ngay lập tức để có những biện
pháp điều trị thích hợp.
Dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến
Đơn giản, ngời dùng cho biết tên của video (không nhất thiết phải chính
xác, có thể mơ hồ cũng đợc) mà họ lựa chọn (chơng trình ti vi đã phát, tin
tức, kịch, điện ảnh, hoặc hoà nhạc ) thông qua yêu cầu bằng lời thoại, ngời
sử dụng có thể xem chơng trình video mình thích trên thiết bị di động đầu
cuối ở bất cứ đâu, bất cứ thời gian nào.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
24
Nếu ngời dùng muốn xem phim ở rạp chiếu phim thì có thể đặt chỗ
trớc và cũng có thể mua vé điện tử. Những video cũng có thể đợc chiếu trên
tàu, trên một thiết bị kính đeo mắt có khả năng hiển thị hình ảnh.

Hình 3.2. Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến [8]

Trong đó:
+ Movie delivery: phân phát phim
+ Movie info. search: tìm kiếm thông tin phim
+ Ambigous search by voice: tìm kiếm thông tin phim bằng thoại
+ Ticket purchase: thẻ dịch vụ
+ Content streaming delivery: cung cấp luồng nội dung
+ Real media content distribution by compact high-density disc, memory
cards: phân phối nội dung bằng thẻ nhớ, đĩa nén mật độ cao
+ Movie distributor: nhà cung cấp phim
+ Content server: máy chủ nội dung
+ Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
+ Speech analysis: khối phân tích thoại
+ Seach server: máy chủ tìm kiếm
+ Member DB: cơ sở dữ liệu thành viên
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
25
Hệ thống định vị

Hình 3.3. Hệ thống định vị [8]
Trong đó: + Monthly charge: phí dịch vụ hàng tháng
+ Location info: thông tin vị trí
+ Vehicle info: thông tin xe cộ
+ Entertainment: giải trí
+ Control info: thông tin điều khiển
+ Emergency info: thông tin khẩn cấp
+ Logistics Info: thông tin hậu cần
+ Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
+ Content provider: nhà cung cấp nội dung
+ Right holder: ngời giữ bản quyền

+ Content charge: phí nội dung
Ngời sử dụng có thể truy cập các dịch vụ thông tin dới đây từ bên trong
một chiếc xe đang chuyển động. Những thông tin này sẽ đợc cung cấp một
cách hợp lý phụ thuộc thời gian, địa điểm và tính chất ngời sử dụng.
- Dịch vụ thông tin định vị (dịch vụ định vị, chỉ dẫn tuyến đờng, thông
tin giao thông)