Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel Mobile

LỜI MỞ ĐẦU
Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích
hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động. Mạng
thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông
tin di động thế hệ trước đó. Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điể
m như:
Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao
của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là
chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng được các yêu
cầu như: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính
mở của mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc
độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,…
Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di
động mới có tên gọi là 4G. Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất cả các
dịch vụ, cung cấp b
ăng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp
cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh
hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng
lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng
mang đến các chương trình ứng dụng download, công nghệ
truy nhập vô tuyến đa mode, và
công nghệ mã hoá media chất lượng cao trên nền các mạng di động.
Hiện nay thị trường di động Việt Nam được đánh giá là tăng trưởng đứng thứ 2 trên
thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu về việc sử dụng các dịch
vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao và càng đòi hỏi cao hơn trong tương lai.
Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mớ
i để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương

lai là rất cần thiết.
Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ
dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ chủ yếu của GPRS như: WAP, truy
nhập Internet có hai phương thức là truy nhập gián tiếp và truy nhập trực tiếp, dịch vụ nhắn
tin đa phương tiện, video, xem các đoạ
n phim tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra còn có
dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di
động…do giá cước còn cao nên các loại bao có thuê nhập trung bình và cao. Dựa trên nhu
cầu thị trường Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhu cầu chính trong thông tin di động
vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắt đầu tăng trưởng, theo dự
đoán

tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2010. Với đời
sống thu nhập ngày càng cao của người dân, nhu cầu các dịch vụ chất lượng tốt ngày càng
lớn, thì mạng di động Viettel ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng được các nhu cầu này.
Mặt khác, xu hướng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thông lại với nhau.
Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di
động lên thế hệ 4G có tốc độ cao, sử dụng “all
IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di động Viettel.

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel
Mobile” được đưa ra không 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 cụ thể là trên mạng di động của
Viettel.Với mục đích đó đề tài nghiên cứu của chúng tôi dược chia làm 4 chương:
Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động
Chương 2: Mô hình cấu trúc mạng 4G
Chương 3: Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong mạng 4G
Chương 4: Lộ trình tiến lên mạng thông tin di động 4G cho Viettel Mobile
Với việc triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di
động Viettel Mobile” , Viettel đã mở ra mộ

t cơ hội mới, động lực mới cho sự phát triển
công nghệ mạng cũng như thương mại điện tử trong thời đại kinh tế số hiện nay, không chỉ
cho công ty mà còn mong muốn sẽ đóng góp một phần vào sự phát triển trong lĩnh vực
viễn thông – công nghệ thông tin của nước nhà. Đó cũng là mong muốn lớn nhất của những
người thực hiện đề tài này.



CHƯƠNG 1

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC MẠNG

DI ĐỘNG
1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G
Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) để
giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 (3G). Đó là việc cung cấp các
loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hi
ệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu
video độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao. Khái niệm 4G được sử
dụng rộng rãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao gồm các kiểu hệ
thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng. Một trong số các thuật ngữ dùng để
mô tả 4G là MAGIC: Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere
(Bất cứ khi nào, bất cứ nơi
đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu),
Integrated wireless solution (Giải pháp vô tuyến tích hợp) và Customized personal service
(Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân). Như là một lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G là hệ thống
truy nhập vô tuyến tế bào băng thông rộng, đã và đang là mối quan tâm lớn của lĩnh vực
thông tin di động. 4G không chỉ hỗ trợ cho các dịch vụ thông tin di động thế hệ tiếp theo
mà còn hỗ trợ cho cả các mạng vô tuyến cố
định.

Chúng ta xem xét trên cơ sở cái nhìn tổng quan về các đặc trưng của 4G, cách tổ
chức và tích hợp hệ thống di động. Đặc trưng của 4G có thể cô đọng lại bằng từ “tích hợp”.
Các hệ thống 4G là một sự tích hợp gắn kết không tách rời của các thành phần thiết bị đầu
cuối, mạng lưới và các ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng và ngày càng cao
của người s
ử dụng.
1.2. LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ
4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của
công nghệ thông tin di động thoại.
Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết đến như là 1G trong những năm
70 c
ủa thế kỷ trước! Các hệ thống ra đời sớm nhất được thực hiện dựa trên công nghệ tương
tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động. Nhiều vấn đề có tính nguyên tắc cơ bản
đã được giải quyết trong những hệ thống này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích
đã được đưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80.



Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được xây dựng trong những năm 80 vẫn được sử
dụng chủ yếu cho thoại nhưng đã được thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ
thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển
mạch kênh ở tốc độ thấp. Tính cạnh tranh lại một lần n
ữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện
các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ
thống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian)
IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy
nhập phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt động rộng
khắp trên lãnh thổ quốc gia ho
ặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ

thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều.
Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với
dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ
3G cho các mạng 2G. Về cơ bả
n nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung lượng
trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao
hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps. Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ
liệu được tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện
thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, th
ế hệ 2.5G đã đưa
internet vào thế giới thông tin di động cá nhân. Đây thực sự đã là một khái niệm mang tính
cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.
Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế
tiếp, thế hệ thứ 3, đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây
và thực sự trở thành h
ệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng
như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps.
Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao
gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng
roaming toàn cầu không gián đoạn. Chuẩ
n 3G toàn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng
dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị
trí,…). Mạng 3G đầu tiên được thiết lập tại Nhật bản năm 2001. Các mạng 2.5G, như là
GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu. Công nghệ 3G hỗ trợ băng
thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu v
ực), và 2
Mbps (đối với trường hợp trong nhà).

Hình 1.1 – Các thế hệ di động

Bảng 1.1 – Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản
Tuy nhiên đòi hỏi của viễn thông đa phương tiện truy nhập tốc độ cao đối với xã hội
ngày nay, phụ thuộc rất lớn vào công nghệ thông tin số. Theo các con số lịch sử của cuộc
cách mạng về công nghệ diễn ra trong 1 thập kỷ thì thời điểm hiện tại chính là thời điểm

thích hợp để nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G.
Hiện nay tốc độ download ở chế độ dữ liệu đang bị giới hạn ở 9.6 Kbps, thấp hơn
khoảng 6 lần so với 1 đường kết nối cố định ISDN (Mạng số tích hợp dịch vụ). Gần đây,
với các thiết bị cầm tay 504i tốc độ download dữ liệu đã được tăng lên 3 lần đạ
t 28.8 Kbps.
Tuy nhiên trong thực tế sử dụng tốc độ dữ liệu thường thấp hơn, đặc biệt là ở những khu
vực đông đúc, hoặc là khi mạng bị “nghẽn”. Tốc độ dữ liệu di động thế hệ 3 là tối đa 384
Kbps download, điển hình là xấp xỉ 200 kbps, và upload đạt 64 kbps từ năm 2001. Thông
tin di động thế hệ 4 sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, d
ự kiến có thể đạt tới 20 Mbps.
3G được các nhà sản xuất đề xuất đầu tiên mà không phải là từ các nhà khai thác.
Năm 1996 nó được triển khai nhờ NTT (Hãng điện thoại và điện báo Nhật bản) cùng
Ericsson, năm 1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA ở Mỹ chọn CDMA như là 1
công nghệ cho 3G, năm 1998 CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000 được thông
qua cho Hệ thống thông tin di động chung UMTS. Trong đó W-CDMA và CDMA2000 là 2
đề xuất chính của 3G. Tuy nhiên 3G vẫn tồn tại m
ột số vấn đề khiếm khuyết ở những điểm
sau:
 Rất khó cho việc tăng băng thông liên tục và tốc độ dữ liệu cao để đáp ứng được yêu
cầu của các dịch vụ đa phương tiện, cùng với sự tồn tại song song của các dịch vụ
khác nhau cần có băng thông và QoS khác nhau.
 Giới hạn phổ và phân bố phổ

 Khó roaming qua các môi trường dịch v
ụ khác nhau ở các băng tần khác nhau.
 Thiếu cơ chế vận chuyển liên tục từ đầu cuối đến đầu cuối để liên kết mở rộng một
mạng di động nhỏ với một mạng cố định nhỏ khác. Trong các lĩnh vực thông tin di động,
dịch vụ di động 4G là sự phát triển của các dịch vụ thông tin di động 3G. Các dịch vụ di
động 4G được chào đón bởi khả
năng cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền
dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng
cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ
giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên
nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình
ứng dụng download, công nghệ
truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lượng cao trên
nền các mạng di động.
Với sự xuất hiện của mạng 4G, nó sẽ giải quyết được:

1. 1. Hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện: truyền hình hội nghị, Internet không
dây,…
2. 2. Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn hơn
3. 3. Tinh di động toàn cầu và tính di chuyển dị
ch vụ
4. 4. Giá thành hạ

5. 5. Tăng độ khả dụng của hệ thống thông tin di động

Các nhà nghiên cứu và nhà cung cấp đã phát triển các mối quan tâm vào mạng vô tuyến 4G
để hỗ trợ đa roaming các mạng di động và vô tuyến toàn cầu, ví dụ từ một mạng di động tế
bào sang một mạng công nghệ vệ tinh cũng như sang tới mạng LAN không dây băng rộng.
Với đặc trưng này, người dùng sẽ có thể truy nhập vào các dịch v
ụ khác nhau, tăng

vùng phủ, thuận tiện cho các thiết bị đơn lẻ, một hoá đơn cho việc giảm tối đa tổng cộng
các chi phí và rất nhiều truy nhập không dây đáng tin cậy khác, thậm chí ngay cả khi có sự
hư hỏng hay lỗi của 1 hay nhiều mạng đồng thời. Các mạng 4G cũng có đặc trưng liên hệ
IP cho truy nhập Internet di động không ngắt quãng và tốc độ bit có thể đạt 50 Mbps hay
cao hơn.
Do việc triể
n khai 4G trên thực tế chỉ có thể thực hiện được từ sau năm 2006 hoặc thậm
chí còn lâu hơn nữa nên các nhà phát triển hy vọng có thời gian để giải quyết nhiều
vấn đề liên quan tới các mạng hỗn hợp, cụ thể là:
 Truy nhập
 Chuyển giao
 Định vị đồng thời
 Định nguồn tài nguyên mạng đồng thời để cung cấp cho người sử dụng mới
 H
ỗ trợ multicasting
 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS
 Xác thực và bảo mật vô tuyến
 Lỗi mạng và backup
 Tính cước Cấu trúc mạng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng được tất
cả những đòi hỏi trên. Hỗ trợ QoS trong mạng 4G là một thử thách chính vì tốc độ
bit, đặc trưng kênh, gán băng thông, mức lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạ
ng vô
tuyến hỗn hợp. Hỗ trợ QoS có thể thực hiện đối với gói, chuyển dịch tác vụ, kênh,
người dùng và các cấp mạng.
 Mức QoS gói ứng dụng cho jitter, thông lượng, và tỉ lệ lỗi. Các nguồn tài nguyên
mạng như khoảng đệm và giao thức truy nhập là những ảnh hưởng có khả năng.
 Mức QoS chuyển giao tác vụ mô tả cả 2 yếu tố: thời gian cần thiết để hoàn thành
transaction và t
ỉ lệ mất gói. Các chuyển giao chắc chắn có thể rất nhạy về thời gian,
trong khi một số chuyển giao khác thì không được phép để mất gói.

 Mức QoS kênh bao gồm block cuộc gọi mới cũng như các cuộc gọi đang thực hiện.
Nó phụ thuộc ngay vào khả năng của mạng thiết lập và duy trì kênh thông tin từ thiết
bị đầu cuối đến thiết bị đầu cuối. Định tuy
ến cuộc gọi và quản lý định vị là 2 thuộc
tính quan trọng của mức kênh.

 Mức QoS người sử dụng phụ thuộc vào tính di động và loại ứng dụng của người
dùng. Vị trí mới có thể hỗ trợ nhu cầu QoS cực tiểu, thậm chí với các ứng dụng thích
nghi.
Trong một giải pháp vô tuyến hoàn thiện, thông tin từ điểm cuối đến điểm cuối giữa hai
người sử dụng cũng có khả năng liên quan tới nhiều mạng vô tuyến. Vì QoS sẽ
thay đổi qua
các mạng khác nhau, nên QoS cho những thuê bao này có khả năng là mức tối thiểu mà
những mạng này hỗ trợ.
* Xu hướng về công nghệ
Có ba xu hướng có thể tiếp cận. Thứ nhất là hướng tập trung quanh 3G, trong đó đa
truy cập phân chia theo mã (CDMA) sẽ được đẩy dần tới điểm tại đó các nhà sản xuất thiết
bị đầu cuối sẽ từ bỏ. Khi đạt tới thờ
i điểm đó, cần có công nghệ khác để đáp ứng được đòi
hỏi tăng lên về dung lượng và tốc độ dữ liệu.
Xu hướng thứ hai là xu hướng về mạng LAN vô tuyến. Sự phát triển rộng khắp của
WiFi được bắt đầu từ năm 2005 cho các PC, máy tính xách tay, và PDA. Trong các doanh
nghiệp, tín hiệu thoại được truyền đi bởi công nghệ Voice qua mạng LAN vô tuyến
(VoWLAN). Tuy nhiên chưa ai thấy rõ được công nghệ
thành công tiếp theo là công nghệ
nào. Để đạt tới sự thống nhất về công nghệ 200 Mbps (và cao hơn nữa) vẫn còn là một
chặng đường lâu dài và có quá nhiều giải pháp cần đề xuất.
Xu hướng thứ 3 là IEEE 802.16e và 802.20 thực hiện đơn giản hơn 3G. Sự phát
triển của mạng lõi hướng tới thế hệ NGN băng rộng sẽ hỗ trợ cho việc áp dụng các công
nghệ mạng truy nhập mới thông qua các gateway truy nhậ

p tiêu chuẩn, dựa trên các chuẩn
ETSI-TISPAN, ITU-T,3GPP, hiệp hội tiêu chuẩn viễn
thông Trung Quốc (CCSA) và các chuẩn khác.
Một số công nghệ quan trọng của 4G được mô tả như sau:

OFDMA
Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi
lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đưa ra thêm một mức độ
tự do. Nhờ việc sử dụng OFDM có thể
khai thác miền thời gian, miền không gian, miền tần
số và thậm chí cả miền mã để tối ưu hoá việc sử dụng kênh vô tuyến. Chắc chắn rằng nó có
ưu thế lớn với truyền dẫn trong môi trường đa đường với việc làm giảm thiểu sự phức tạp
của bộ thu.
Tín hiệu được chia thành các sóng mang nhỏ trực giao, trên mỗi sóng mang đó tín
hiệu là “băng hẹp” (vài KHz) và vì vậy tránh được hi
ệu ứng đa đường, tạo nên một khoảng
bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OFDM. OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần
số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng tương thích với những công nghệ mở rộng

nâng cao khác, như là các anten thông minh và MIMO.
Điều chế OFDM cũng có thể tận dụng như là một công nghệ đa truy nhập (đa truy
nhập phân chia tần số trực giao, OFDMA). Trong trường hợp này mỗi tín hiệu OFDM có
thể truyền thông tin từ/tới một vài thuê bao sử dụng một bộ các sóng mang nhỏ khác nhau
(subcarrier, subchannel). Điều này không chỉ cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc cấp
nguồn tài nguyên (tăng dung lượng), mà còn có thể tối ưu hoá các lớp chéo của vi
ệc sử
dụng link vô tuyến. Vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm - SDR
Lợi ích của vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm SDR mang lại hiệu suất xử lý
cao để phát triển các trạm gốc và thiết bị đầu cuối đa băng, đa chuẩn. Mặc dù trong tương
lai các đầu cuối sẽ thích ứng với giao diện vô tuyến để sẵn sàng cho công nghệ

truy nhập vô
tuyến, ở thời điểm hiện nay điều này đã được thực hiện nhờ có cơ sở hạ tầng. SDR mang lại
nhiều lợi ích cho một số cơ sở hạ tầng. Ví dụ để tăng dung lượng mạng tại thời điểm nhất
định (ví dụ như 1 sự kiện thể thao), nhà khai thác sẽ cấu hình lại mạng của họ nh
ờ việc lắp
thêm vào trạm gốc vài thiết bị modem. SDR khiến cho việc cấu hình lại này rất dễ dàng.
Trong bối cảnh các hệ thống 4G, SDR sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho một tập hợp rất
nhiều các picocell và microcell đa chuẩn. Đối với nhà sản xuất, việc này có thể là một sự hỗ
trợ lớn trong việc cung cấp các thiết bị đa chuẩn, đa bă
ng và giảm đi những nỗ lực phát
triển và hạ giá thành thông qua việc xử lý đa kênh một cách đồng thời.

MIMO – Multiple Input Multiple Output
MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát (đa thành phần
không gian) trên miền thời gian hoặc miền tần số. Điều này rất phù hợp với OFDM, bởi vì
có thể xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM được thiết lập chính
xác cho kênh. Đặc điể
m này của OFDM giúp cho công đoạn xử lý được đơn giản hoá đi rất
nhiều. Tín hiệu phát đi bởi m anten được n anten thu lại. Việc xử lý các tín hiệu thu được
có thể mang lại một vài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất lượng của tín hiệu thu và hiệu
suất phổ. Triển khai hiệu năng trong mạng tế bào vẫn đang còn là đối tượng cho nhiều
nghiên cứu và mô phỏng
(hình 1.2). Tuy nhiên, nói chung có thể thừa nhận rằng những gì
nhận được từ việc sử dụng hiệu quả phổ liên quan trực tiếp tới số lượng anten cực tiểu trong
tuyến kết nối.


Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm
Tối ưu giữa các lớp
Hiển nhiên có sự ảnh hưởng qua lại giữa MIMO và lớp MAC. Các mối ảnh hưởng qua lại

khác được thể hiện trên hình 1.3.


Hình1.3: Ảnh hưởng qua lại giữa các lớp và tối ưu liên quan

Chuyển giao và tính di động
Các công nghệ chuyển giao dựa trên công nghệ IP di động cần có sự xem xét cả về dữ liệu
và thoại. Các kỹ thuật IP di động thường chậm nhưng có thể được tăng tốc với các phương
pháp cổ điển (IP di động nhanh, phân cấp). Các phương pháp này có thể áp dụng được cho
dữ liệu và cũng có thể cho c
ả thoại. Trong những mạng đơn tần, có thể xem xét các phương

pháp chuyển giao. Một số kỹ thuật có thể sử dụng khi tỉ số sóng mang/nhiễu có giá trị âm
(ví dụ VSFOFDM), nhưng điều trở ngại của những kỹ thuật này chính là dung lượng.
Trong OFDM, cùng một lựa chọn có thể thay thế có trong CDMA, có thể sử dụng phân tập
macro. Trong trường hợp OFDM, MIMO cho phép xử lý phân tập macro với các độ lợi về
hiệu năng. Tuy nhiên, thực hiện phân tập macro dẫn đến việc x
ử lý MIMO được tập trung
và truyền dẫn được đồng bộ. Điều này không phức tạp như trong CDMA, nhưng những kỹ
thuật này chỉ sử dụng trong các tình huống mà phổ rất khan hiếm.

1.3. CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG 4G
Phần này sẽ đánh giá và chỉ ra được các dịch vụ vô tuyến đang nổi lên, các công nghệ
tiềm năng cho tính an toàn chung được sử dụng trong tương lai gần và xa hơn. Nó s
ẽ đưa ra
một chuỗi các nghiên cứu tiếp theo cho các công nghệ vô tuyến không dây đang xuất hiện.
Sự nghiên cứu này tập chung chính vào các ứng dụng (các dịch vụ và các thách thức) đang
hoạch định cho sự phát triển của mạng vô tuyến không dây thế hệ thứ tư 4G.
Phần này sẽ trình bày nhiều hơn và cung cấp chi tiết hơn các dịch vụ thấy được trong
mạng 4G. Trên thực tế sự thúc đẩy mạnh m

ẽ chủ yếu cho các công nghệ 4G là cung cấp
thông tin dữ liệu gói hóa, độ rộng băng lớn, tốc độ cao. Thậm chí người ta mong muốn rằng
lưu lượng thoại được truyền đi tới các thiết bị cầm tay ở trong các gói (trái ngược với việc
phân phát thông qua kênh chuyển mạch dành riêng). Chuyển mạch kênh liên quan tới kỹ
thuật trong đó các kênh dành riêng được sử dụng để phát và nhận tín hiệu thoại hay dữ liệu.
S
ự thông tin dữ liệu gói hóa liên quan tới kỹ thuật báo hiệu số trong đó thông tin (thoại hay
dữ liệu) được chuyển thành mã nhị phân và được chia cắt thành các đoạn ngắn (segments).
Các đoạn này sau đó sẽ được giải đóng gói theo thứ tự sắp xếp chính xác và được chuyển
đổi ngược lại thành các thông tin ban đầu ở phía thu. Trong chuyển mạch gói chỉ có tín hiệu
thọai có nội dung thực sự được đóng gói và gửi t
ới hệ thống. Điều này là có thể nhờ sự tiến
bộ trong các kỹ thuật đa truy cập và công nghệ. Thật đáng tiếc là các kỹ thuật truy nhập vô
tuyến không dây ngày nay không hỗ trợ việc truyền băng rộng và truyền tốc độ cao. Sự hạn
chế này chính là sự thúc đẩy cho quá trình phát triển thông tin vô tuyến không dây. Trong
thị trường vô tuyến không dây ngày nay, những người sử dụng yêu cầu các dịch vụ giá trị

gia tăng. Cùng với sự giới thiệu rầm rộ các dịch vụ thế hệ 3, những người sử dụng mong
muốn công nghệ vô tuyến ở thế hệ kế tiếp sẽ không chỉ là phương tiện thông tin thoại mà
còn sẽ có chức năng hóa giống như Internet. Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triền
ứng dụng đang trên con đường nhận ra các nhu cầu của người sử dụng nhưng đ
ó vẫn là con
đưòng dài ở phía trước. Thực tế, trong triển khai 3G, việc mong muốn việc chức năng hóa

đặc điểm Internet theo đường thông tin vô tuyến không dây chúng ta có thể không nhận
thức đầy đủ được. Các kỹ thuật đa truy nhập hoạch định cho 3G sẽ không hỗ trợ các tốc độ
truyền dữ liệu và băng thông được yêu cầu cho các ứng dụng cải tiến mà người sử dụng
mong muốn. Các công nghệ 3G sẽ thực sự có các chức năng mạnh hơn các hệ thống vô
tuyến không dây ngày nay, tuy nhiên không mạnh bằ
ng khi chúng ta triển khai 4G.

Những người sử dụng vô tuyến không không dây hôm nay mong đợi nhiều thứ lớn
từ các mạng vô tuyến không dây ngày mai. Họ chờ đợi rằng các mạng vô tuyến không dây
thế hệ tiếp theo nhất là 4G sẽ mang lại gì. Các nhà cung cấp dịch và các phát triển ứng dụng
đang chú ý hơn nữa tới sự mong đợi của người sử dụng để quyết định hướng phát triển và
đưa ra các loại hình dịch vụ
. Từ đó các nhà cung cấp phân chia những người sử dụng vô
tuyến ra thành các mảng chung. Các nghành kinh doanh vô tuyến phải hiểu được các mảng
này, sự mong chờ và các nhu cầu của mảng (segment) sẽ đi theo hướng nào trong công
nghệ vô tuyến không dây thế hệ tiếp theo lên 4G. Những người sử dụng được phân mảng
theo nhiều cách. Theo như cách trình bày ở hội thảo gần đây của Lucent Technologies tại
Supercomm, Lucent đang xem xét phân chia các người sử dụng thành 5 mảng như
sau:

.-Mảng Gender.

.-Mảng theo độ tuổi (Age).

. -Mảng theo cách sử dụng Internet (Internet Usage).

.-Mảng theo mức thu nhập (Income Brackets).

.-Mảng những người chuyên sử dụng Mobile (Mobile Profesional).

. Mảng Gender: Tìm đến các người sử dụng là phụ nữ. Những người sử dụng này điển
hình là những cá nhân thu nhập trung bình. Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng
này là các ứng dụng giải trí và xã hội như dịch vụ chat và nhắn tin nhanh.

. Mảng Age: Được bao gồm thị trường giới trẻ các đối tượng 18 tuổi hoặc trẻ hơn. Họ
không phải trả tiền cho dịch vụ do chính họ dùng mà việc trả tiền đó là do bố mẹ hay người
có liên quan thực hiện. Các kiểu ứng dụng đang được phát triển cho đoàn này là các ứng

dụng giải trí và xã hội như các dịch vụ âm nhạc.

. Mảng Internet Usage : Bao gồm điển hình là các cá nhân sử dụng nhiều hơn so với
mức trung bình (nhiều hơn 30 phút trên một phiên) để trình duyệt Internet. Những người sử
dụng trong mảng này được hội tụ công nghệ. Các kiểu ứng dụng đang phát triển là các ứng
dụng thông tin như các dịch vụ tin tức cá nhân và các dòng tin tức chính (được truyền đi với
âm thanh, hình ảnh, văn bản, hoặc bất kỳ sự kế
t hợp nào ở thế hệ thứ 3). Các nhà cung cấp
dịch đặc biệt khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu của các khách hàng này bởi họ đã quen
vơi việc tính tiền kiểu Internet.

. Mảng người sử dụng Income Bracket: Bao gồm những cá nhân ở độ tuổi trung lưu
những cá nhân biết hiểu rõ giá trị dịch vụ. Các loại ứng dụng đang phát triển trong mảng
này là các dịch vụ thông tin như dịch vụ thời gian ngắn (up-to-the-minute), personalized
stock tickers. Những người sử dụng này cũng được định hướng tính an toàn chung; vì thế
các thông tin dữ liệu và thoại có độ tin cậy được nâng cao.

. Mảng Mobile Profesional: Hướng tới những người sử dụng tin tưởng vào các thiết bị
vô tuyến không dây để quản lý công việc kinh doanh hàng ngày. Mảng này bao gồm những
người sử dụng chuyên nghiệp. Những người sử dụng này hầu hết rất quan trọng đối với các

nhà cung cấp dịch vụ bởi họ thường xuyên sử dụng nhiều hơn các dịch vụ mà họ yêu cầu.
Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này là fax di động, thư điện tử, nhắn tin
nhanh. Để tăng sự tin cậy các ứng dụng, các nhà cung cấp cũng đang phát triển thiết bị thuê
bao để có thể chuyển vùng vào các mạng vô tuyến không dây khác nhau trên toàn thê giới
sử dụng một thiết b
ị thông tin đơn. Giống như mảng Income Brackets, Mobile Professional
yêu cầu các phương tiện thông tin dữ liệu và thoại phải tin cậy và liên tục. Tính an toàn
chung sẽ được quan tâm và hiệu chỉnh hợp lý trong mảng này. Toàn bộ chức năng sẽ được
thêm vào để đảm bảo tính bảo mật thông tin cho người sử dụng.


.

Hình 1.4. Các dịch vụ và ứng dụng trong 4G

- Các trình ứng dụng và các dịch chung:
Mục đích của phần này là định nghĩa các dịch vụ cũng như chức năng mà nhà cung cấp đưa
ra cho khách hàng. Các trình ứng dụng được định nghĩa như các phần mềm, chương trình
hoặc các tính năng mang lại lợi thế cho các dịch vụ cung cấp bởi nhà khai thác. Nhìn chung
có bốn loại dịch vụ hoặc trình ứng dụng
được phát triển và đưa vào sử dụng ở thông tin vô
tuyến thế hệ tiếp theo. Đó là dịch vụ thông tin cá nhân/khoanh vùng, các phương tiện liên
lạc, tổ chức, giải trí. Các ứng dụng và các dịch vụ thông tin cá nhân/ khoanh vùng hướng
tới phục vụ hầu hết người sử dụng ở các mảng để cập trước đây nó nói đến nhiều hơn ở các
mảng Inernet Usage, Income Brackets, và Mobile Professional. Các ứng dụng và các dịch
vụ thông tin này sẽ cung c
ấp cho người sử dụng các bản tin chung, các bản tin tài chính,
hướng dẫn vị trí, thương mại di động, và các dịch vụ du lịch. Các dịch vụ này cho phép
người sử dụng xác minh các thông tin đơn lẻ liên quan tới người sử dụng dù họ ở trong
vùng phục vụ hay chuyển vùng sang các hệ thống khác. Các quốc gia Châu đã có các ứng
dụng theo dõi phương tiện giao thông công cộng. Từ các thông tin giám sát này người sử
dụng có thể xác định thời gian xe buýt hay tầu
điện dừng lại ở bến. Kiểu dịch vụ thông tin
cá nhân/khoanh vùng này đã được triển khai giới hạn trong các quốc gia. Dịch vụ này có
thể là push-based hoặc pull-based, phụ thuộc vào vị trí thuê bao muốn thông tin phát tập
trung tự động gửi tới thiết bị vô tuyến không giây hoặc nếu muốn thông tin phát tập trung
trên một điểm có nhu cầu. Các dịch vụ push và pull sẽ đựơc thảo luận chi tiết sau ở phần

này. Các dịch vụ và các ứng dụng có một tầm quan trọng đối với tất cả các mảng người sử
dụng đặc biệt là mảng Mobile Professional.


.-Các dịch vụ thông tin (Communication) bao gồm có dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS), thư
điện tử, hội thảo truyền hình, fax, và các bulletin board. Mặc dù một số các dịch vụ đã được
sẵn sàng trong các hệ thống không dây ngày nay, nhưng các dịch vụ này sẽ tiếp tục được
nâng cao hơn trong thế hệ tương lai. Trong các dịch vụ này: thoại và độ tin cậy được chú ý
nhất trong kế hoạch phát triển.

.-Các dịch vụ Organizational bao gồm các khả năng hỗ trợ số cá nhân (PDA Personal
digital assistant), trao đổi tiền tệ dựa trên cơ sở xác định người sử dụng, và các trình ứng
dụng quản lý cá nhân khác (ví dụ: lịch công tác, quản lý cuộc gọi, sổ lưu địa chỉ). Các dịch
vụ và cách trình ứng dụng Organizational có liên quan tới tất cả các mảng người sử dụng
nhưng nó được hướng tới phục vụ cho các mảng ng
ười sử dụng là Income Brackets và
Mobile Professional.

- Các dịch vụ giải trí (Entertainment) được đưa vào tầm ngắm của các nhà cung cấp
dịch vụ và các nhà cung cấp quay trở lại đầu tư vào nó khi nhận thấy nó có một tiềm năng
lớn. Các dịch vụ giải trí có thể gồm có đoạn âm thanh, đoạn video, chat, trao đổi hình ảnh,
và chơi game. Trong thị trường vô tuyến không giây Châu Á 3G đang được phát triển, các
dịch vụ giả trí đang t
ạo ra lợi nhuận đáng kể. Mảng mà các dịch vụ giải trí hướng tới đó là
mảng Age. Một dịch vụ khác đang tạo ra rất nhiều sự sôi động trong nghành kinh doanh đó
là thương mại di động (M-Commerce). Thương mại di động đưa ra khả năng cho thuê bao
đăng ký mua các món hàng ( ví dụ: mua gas, thức ăn từ các máy bán hàng tự động.v.v) sử
dung một thiết bị vô tuyến không dây. Ví dụ để đăng ký mua một món hàng từ máy bán
hàng tự động, mọi người sử dụng sẽ quay số điện thoại hoặc mã truy nhập liên quan tới
món hàng đó và món hàng đó sẽ được phân phối tới người mua. Trong sự phối hợp này,
máy bán hàng tự động sẽ được kết nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN)
thông qua một modem hoặc một thiết bị kiểu gateway. Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến

không dây s
ẽ gửi thông tin tới công ty bán hàng và công ty này sẽ gửi thông tin tới máy bán
hàng tự động để chỉ thị cho máy bán hàng phân phối món hàng. Tài khoản của người sử
dụng dịch vụ không dây sẽ được tính vào các món hàng mà họ đăng ký, giống như một thẻ
tín dụng. Kiểu dịch vụ thương mại di động này hiện thời đang được thử nghiệm và đã được
thực hiện (trên cơ sở còn nhiều hạn chế
) trong các quốc gia ở Châu Âu và Châu á và thực
sự đang tiến xa. Thương mại di động có thể được xem như là một kiểu dịch vụ Information
hoặc Organzation.
- Các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí Push, Pull.
Các dịch vụ Push và Pull đưa ra độ tin cậy cho mạng về khả năng xác định vị trí các thuê
bao. Trong mạng 4G, điều đó có thể nhận thấy, mạng có khả năng xác định vị trí chính xác

của các thuê bao ở cả trong nhà và ngoài nhà. Khả năng này được thực hiện từ các chức
năng được thêm vào từ các nhà cung cấp dịch vụ. Các thông tin cá nhân người dùng được
thiết lập và cập nhật bởi các thuê bao, đảm bảo thông tin tới mỗi người sử dụng đúng yêu
cầu. Thông tin cá nhân chứa đựng các sở thích của thuê bao (ví dụ., thích/không thích, kế
hoạch làm việc, khuôn khổ) và sự cho phép các thuê bao ( ví dụ: người nào được phép biết
hiện tạ
i họ đang ở đâu). Nhà cung cấp dịch vụ sẽ duy trì và lưu dữ thông tin cá nhân người
sử dụng trong cơ sở dữ liệu. Mạng phục vụ sẽ sử dụng các thông tin này để đẩy các dịch vụ
cho các thuê bao. Ví dụ: nếu một thuê bao thích một kiểu thức ăn riêng, mạng sẽ xem trong
thông tin cá nhân của thuê bao đó và sẽ đẩy (push) các thông tin có liên quan tới nhiều nhà
hàng mà phục vụ kiêủ món ăn đó ở v
ị trí của thuê bao. Tương tự, người sử dụng có thể yêu
cầu các thông tin giống như vậy xuất phát từ mạng (pull) nếu cô ta hay anh ta không lựa
chọn để có thông tin này và thông tin này được đẩy tới (push) thiết bị không dây. Sự thách
thức với các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí là nó không có trong các trình ứng dụng
nhưng có trong sự bổ sung. Để cho các dịch vụ định vị tồn tại ở bất kỳ
giá trị thực nào,

mạng phải có khả năng chỉ ta vị trí của các thuê bao với độ chính xác cao có thể trong
khoảng vài Feet. Các mạng không dây hiện thời không có khả năng này. Các mạng ngày
nay nhìn vào các cell đang phục vụ và đang thông tin với thiết bị cầm tay để xác định vị trí
của thuê bao. Kỹ thuật này có thể chính xác cao nhất ở một vài khối nhà trong thành phố
nhưng đối với các trình ứng dụng của 4G sự chính xác này gần như
là không cần thiết. Các
kế hoạch hiện thời cho mạng 4G bao gồm sử dụng giao thức Internet phiên bản 6 (IPv6) để
định tuyến các gói dữ liệu tới máy điện thoại cầm tay. IPv6 đã gắn liền với việc theo dõi
định vị và điều này sẽ làm tăng khả năng xác định một cách chính xác vị trí của thuê bao
trong mạng. Một số đã được đề xuất áp dụng các khả năng c
ủa hệ thống định vị toàn cầu
(GPS) vào các máy cầm tay giúp cho việc xác định vị trí của các thuê bao. Tuy nhiên GPS
sẽ chỉ hữu ích đối với phạm vi nhỏ. GPS tin vào khả năng máy thu bắt được tín hiệu từ các
vệ tinh quay quanh trái đất. Nếu máy thu không truy cập ở bên ngoài (ở trong nhà), các
thông tin về vị trí không được cung cấp. Ngoài vị trí ra, mạng phải có khả năng xác định
các số liệu thống kê khác.


-Kết luận:
Các dị
ch vụ và các trình ứng dụng cho 4G vẫn đang được định nghĩa, nó phát triển và
dịch chuyển theo nhu cầu người sử dụng. Các ứng dụng 4G hướng tới phục vụ cho thị
trường khách hàng có nhu cầu lớn về chất lượng dịch vụ cũng như sự đa dạng của dịch vụ.
Với khả năng của mình, 4G thực sự đáp ứng được các nhu cầu về
đa dịch vụ của khách
hàng hiện tại và trong tương lai. Chương này mới chỉ giới thiệu và đưa ra một số loại hình

dịch vụ điển hình và một số ví dụ về các ứng dụng trong 4G theo một khía quan điểm
chung. Phần dịch vụ và mô hình cụ thể của nó sẽ được giới thiệu kỹ hơn trong chương 3.
Định hướng phát triển các dịch vụ cho 4G dựa trên nền tảng của 3G nhưng với độ tin cậy

và tính an toàn cao hơn, mô hình dưới đây có thể là các dịch vụ cụ thể cho 4G :

Hình 1.5. Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G






CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G
2.1. CÁC YÊU CẦU VỀ CẤU TRÚC MẠNG MỚI
Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác,
giao tiếp giữa các mạng khác nhau. Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền
IP. Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch
vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng t
ốt, an toàn, bảo mật. Vì vậy, để đáp ứng được
các nhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
a. Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các mạng khác như các mạng
di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không dây
khác.

Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G
Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP,
với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượng
cao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thành
công. Với sự kết hợp này, người sử d
ụng có khả năng kết nối tới nhiều mạng, có thể sử

dụng nhiều dạng dịch vụ khác nhau như PSTN, ISDN, internet, WLAN, WiMAX,…vv, mà

không cần quan tâm tới dạng thiết bị đang sử dụng cũng như việc họ đang ở đâu.

Hình 2.2: Sự kết hợp các mạng khác nhau
b. Mạng có tính mở
Xem xét các ứng dụng, dịch vụ mạng hiện nay, chúng ta thấy rằng các hệ thống
mạng hiện nay vẫn đang phát triển như là các hệ thống đóng. Trong mạng thế hệ hai, dịch
vụ cung cấp chỉ là những dịch vụ đơn giản như tin nhắn SMS, MMS,… Các mạng di động
thế hệ ba đã bắt đầu cung c
ấp một số ứng dụng, dịch vụ nhưng còn rất ít, chất lượng chưa
cao. Các nhà cung cấp dịch vụ cũng chỉ trong phạm vi là “third-party” trong mạng. Điều
này có thể được khắc phục trong mạng 4G. Cấu trúc mở của mạng 4G cho phép cài đặt các
thành phần mới với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp. Đây là điều
rất quan trọng, đặc biệt cho các dịch vụ tố
i ưu trong mạng di động với liên kết không dây và
các đặc tính di động. Mô hình được xây dựng ra phải có tính mở. Điều này giúp cho hệ
thống trở nên linh hoạt trong quá trình phát triển. Yêu cầu về mở rộng, nâng cấp hệ thống
hay thêm vào các ứng dụng, dịch vụ mới luôn là một đòi hỏi đối với các mạng viễn thông
hiện nay. Do đó mạng phải đảm bảo cho khả năng đáp ứng các nhu cầu này ngay t
ừ thời
điểm hiện tại cho đến tương lai.


Hình 2.3: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống
c. Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP:
Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập,
truyền tải và các dịch vụ Internet. Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ
mạng, băng thông
dịch vụ…vv. Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian
thực, chất lượng cao.

d. Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin
Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống. Hệ thống thông tin càng phát
triển, càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cung truy nhập vào hệ thống thì
thông tin bí mật của người dùng càng không đảm bảo an toàn. Tính an toàn củ
a hệ thống
được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn và riêng tư của các
dữ liệu người sử dụng cũng như khả năng quản lý, giám sát hệ thống. Bảo mật là yêu cầu
chung đối với tất cả các hệ thống viễn thông.



e. Mạng đảm bảo tính di động:
Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di
động và không dây khác nhau. Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế độ, vùng phủ đa
dịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung.
Các thiết bị đa chế độ:
Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ
hoạt động khác nhau, ví dụ như đa truy nhập
phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do đó, khi
thiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào thống
thông qua các mạng khác. Đối với loại thiết bị này thì vấn đề chất lượng dịch vụ yêu cầu
phải được xử lý tốt. Xem hình 2.4 - a
Vùng phủ đa dịch vụ:
Trong kiến trúc này, ngườ
i dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểm
truy chung (UAP: Universal Access Point). Những UAP này kích hoạt để chọn mạng dựa
trên những cái có sẵn, đặc điểm chất lượng, và sự lựa chọn thông thường của người dùng.
Người dùng, thiết bị có thể chuyển dịch vụ khi di chuyển từ UAP này sang UAP khác. Xem
hình 2.4 - b

Giao thức truy nhập chung: Trong trường hợp này các mạng không dây có thể hỗ trợ
một hoặ
c hai giao thức truy nhập chuẩn. Khi đó thiết bị có thể chuyển mạng có cùng giao
thức truy nhập khi không truy nhập được vào mạng của mình. Xem hình 2.4 - c


Hình 2.4: Tính di động của mạng


f) Mạng phải đảm bảo về tốc độ:
Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người
sử dụng. Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps, và 160Mbps khi
sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào - Nhiều đầu ra)

Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G

2.2. MÔ HÌNH MẠNG 4G
2.2.1. Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G a)
Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các
mạng thông tin di động thế hệ trước đó. Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợp
với công ngh
ệ ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế
hệ ba WCDMA có thể hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: hội nghị truyền hình, truy cập
internet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ,…
Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ
liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng đượ
c yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả
năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong
việc download các file dữ liệu lớn,…

Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chưa đáp ứng được các yêu cầu như:
khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của

mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng
thấp, tài nguyên băng tần ít,…


b) Mạng thông tin di động thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA
Cuộc cách mạng của thị trường thông tin di động đưa ra các yêu cầu nâng cấp cải
tiến về cả dung lượng hệ thống lẫn tốc độ truyền dẫn dữ liệu. Mạng thông tin di động thế hệ
ba WCDMA ra đời là một bước phát triển mạnh mẽ về tốc độ và chất lượng dịch vụ. Tuy
nhiên, tốc độ dữ li
ệu tối đa trong WCDMA chỉ đạt tới 2Mbps. Để tăng khả năng hỗ trợ cho
các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, đặc biệt là nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, mà trước
hết là tốc độ đường xuống, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa trong phiên bản Release 5 một
công nghệ mới, đó là công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) với những
tính năng mớ
i được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô
tuyến WCDMA/UTRA –FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến
cho hệ thống thông tin di động 3,5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp
chặt chẽ với nhau để cải thiện dung lượng mạng, và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10 Mbps
đối với lưu lượng gói đường xuống. Những cải tiến về
mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai
thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) của các
dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của
HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP.
Các khía cạnh kỹ thuật trong nội dung HSDPA bao gồm:
. • Phát kênh chia sẻ
. •
Điều chế và mã hóa thích ứng

. • Kỹ thuật phát đa mã
. • Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ.

Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng cách sử
dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại được tích hợp
trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng mang (tương
tự như DSCH trong Release 99).
Lợ
i ích của HSDPA như đã trình bày trong các phần trước cho đường xuống khi hầu
hết lưu thông dữ liệu 3G được trông đợi đầu tiên là đường xuống. Release 6 sẽ nói về cải
tiến, nâng cấp đường lên, được gọi là nâng cấp đường lên HSUPA (HSUPA: High Speed
Uplink Packet Access). HSUPA sử dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA, nhưng

thay vì áp dụng cho đường xuống thì nó lại áp dụng cho đường lên. Điều này sẽ làm tăng
tốc độ truyền đường xuống.

c) Nhận xét:
Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA
ra đời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người tiên dùng như: tốc độ truyền dữ liệu
lên tới 2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đường xuống đối với công nghệ 3,5G), có
th
ể truy nhập được nhiều dịch vụ như: truyền hình hội nghị, truy nhập Internet tốc độ
cao,…
Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền dữ liệu
chưa cao, do đó chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tốc độ truyền dữ liệu
vẫn còn thấp, đặc biệt là tính di động kém. Khi người dùng đi vào vùng phủ củ
a loại mạng
khác ví dụ như mạng WLAN, WiMAX,… mà không nằm trong vùng phủ sóng của mình
thì mạng không thể phục vụ người dùng được. Ngoài ra, việc sử dụng IPv4 cũng gây ra các
hạn chế như không đủ địa chỉ để triển khai theo yêu cầu của mạng,… Khả năng triển khai

các dịch vụ mới trên các mạng này rất khó do các hạn chế về tốc độ truyền thông và băng
tần,…
Trong tương lai, người s
ử dụng mong muốn được sử dụng nhiều loại hình dịch vụ
khác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, có chất lượng tốt, có thể thâm
nhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng,…

2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G:
Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyề
n
dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối. Với yêu cầu một kiến trúc
phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thành
phần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năng
chung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp. Với yêu cầu này, chúng tôi phân chia cấu
trúc mạng trên cơ sở
của 4 lớp chức năng, tương ứng với 4 phạm vi chức năng của các
thành phần trong hệ thống mạng.