Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hµ NéI o0o LUËN V¡N TH¹C Sü KHOA HäC Ngành: Xử lý Thông tin Truyền thông Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) Đỗ Văn Hòa Hà Nội 2007 Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hµ NéI o0o LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) Ngành: Xử lý Thông tin Truyền thông Mà 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 MụC LụC Các hình vẽ, bảng biểu luận văn Tht ng÷ tiÕng anh sư dơng luận văn Lời giới thiệu 11 Chơng mở đầu 12 1.1 C¬ sở nghiên cứu mục đích luận văn 12 1.2 Tỉ chøc cđa ln văn 13 Chơng hệ thông tin di ®éng 14 2.1 LÞch sư xu phát triển thông tin di động 14 2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động 14 2.1.2 Lộ trình phát triển thông tin di ®éng 16 2.2 Tæng kÕt hệ thông tin di động 19 Chơng hệ thống THÔNG TIN di ®éng 4G 20 3.1 Tỉng quan hệ thống thông tin di động 4G 20 3.1.1 Giíi thiƯu chung 20 3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp 22 3.2 Mô hình tham chiÕu hƯ thèng di ®éng 4G 30 3.2.1 Bốn miền mô hình tham chiÕu 30 3.2.1.1 Miền dịch vụ ứng dụng 31 3.2.1.2 Miền tảng dịch vụ 31 3.2.1.3 MiỊn m¹ng lâi chun m¹ch gãi 33 3.2.1.4 MiỊn truy cËp v« tun míi 34 3.2.2 M« hình tham chiếu nhìn từ tảng dịch vụ 34 3.2.2.1 Sù thuËn tiÖn cho ng−êi sư dơng 36 3.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến 36 3.2.2.3 Qu¶n lý hƯ thèng 41 3.2.3 Mô hình tham chiếu sở hạ tầng hệ thống 41 Nghiªn cøu vỊ hƯ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 3.2.3.1 Ví dụ điển hình giao diện cho mạng truy cập vô tuyến 41 3.2.3.2 Cấu hình chức cho nút/thiết bị ®Çu ci hƯ thèng di ®éng 4G 43 3.3 Các công nghệ ứng dụng hệ thống di ®éng 4G 44 3.3.1 Kü thuËt 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 Kü thuËt ®a sãng mang 53 3.3.1.4 Kü thuËt ¨ngten d·y thÝch nghi tiªn tiÕn 57 3.3.1.5 Kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn 62 3.3.2 Kỹ thuật không dây ®a hÖ thèng 64 3.3.2.1 Khả cấu hình lại End-to-End 64 3.3.2.2 Kü thuËt sãng v« tuyÕn đợc định nghĩa mềm 66 3.3.3 Điều khiĨn chun giao/tÝnh di ®éng 69 3.3.3.1 Kü tht chun giao liªn tơc 70 3.3.3.2 Kü thuËt ®iỊu khiĨn tÝnh di ®éng 71 3.3.3.3 Tính di động mạng NEMO 74 3.4 M¹ng thÕ hƯ sau NGN hệ thống di động 4G 77 3.4.1 M¹ng thÕ hƯ sau NGN 77 3.4.1.1 Giíi thiƯu chung 77 3.4.1.2 Đặc điểm mạng NGN 77 3.4.1.3 CÊu tróc m¹ng NGN 80 3.4.2 Hệ thống di động 4G hạ tầng mạng NGN 86 Chơng triĨn khai hƯ thèng di ®éng 4G ë viƯt nam 88 4.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam giới 88 4.2 Đề xuất giải pháp triển khai hệ thống 4G ë n−íc ta 89 KÕt luËn 93 Kết đạt đợc luận văn 93 Hớng phát triển đề tài 94 Tµi liƯu tham kh¶o 95 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Các hình vẽ, bảng biểu luận văn Hình 2.1 Lộ trình phát triển thông tin di động 17 Bảng 2.1 Tổng kết 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 H×nh 3.3 HƯ thống định vị 25 Hình 3.4 Hệ thống đặt hàng di ®éng 26 Hình 3.5 Hệ thống quản lý thực phẩm 28 H×nh 3.6 HƯ thèng b¶o hiĨm rđi ro 29 Hình 3.7 Hệ thống quản lý di ®éng 30 Hình 3.8 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G 32 Hình 3.9 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ 37 Hình 3.10 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ: tiện nghi ngời dùng 38 Hình 3.11 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao 39 Hình 3.12 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ: quản lý hệ thống 40 Hình 3.13 Giao diện vô tuyến ngữ cảnh thùc tÕ cđa truy cËp v« tun míi 42 H×nh 3.14 VÝ dơ vỊ cÊu h×nh chøc cho nút /các thiết bị đầu cuối hƯ thèng di ®éng 4G 43 Hình 3.15 Cơ SCS-MC-CDMA 45 H×nh 3.16 CÊu tróc tÕ bµo tèi −u cđa SCS-MC-CDMA 47 Hình 3.17 Phân bổ kênh 48 H×nh 3.18 §iÒu chÕ thÝch nghi sãng mang 50 Hình 3.19 Lợc đồ điều chế OFDM tèc ®é lËp m· cã thĨ biÕn ®ỉi 51 Bảng 3.1 Các tham số lập mà điều chÕ 52 Nghiªn cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Bảng 3.2 Các tham số mô 53 Hình 3.20 Sơ đồ FH-OFDM 54 H×nh 3.21 CÊu h×nh hƯ thèng 55 Hình 3.22 Nguyên lý cña AAA 58 Hình 3.23 Độ tăng ích AAA 59 H×nh 3.24 Định hình búp sóng 60 Hình 3.25 Thuật toán theo dõi búp sãng 61 H×nh 3.26 SVD based MIMO 63 Hình 3.27 Cấu hình cđa thiÕt bÞ SDR 67 Hình 3.28 Mô hình tham chiếu IEEE 802.21 70 H×nh 3.29 IPv6 di ®éng 72 H×nh 3.30 Chun 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 H×nh 3.33 KiÕn tróc m¹ng NGN 79 Hình 3.34 Cấu trúc logic mạng NGN 80 H×nh 3.35 CÊu tróc vËt lý m¹ng NGN 84 Hình 4.1 Kiến trúc mạng 3G 90 H×nh 4.2 Cấu trúc mạng di động 3G-WCDMA 91 Hình 4.3 Mô hình hệ thống 4G 92 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Thuật ngữ tiếng anh sử dụng luận văn 2G 3G 4G AAA AAA AMPS 2nd Generation 3rd Generation 4th Generation Adaptive Array Antenna Aunthentication, Authorization & Accounting Advanced Mobile Phone Service AR ARQ ATM BS BSC BSS BTS CDMA Access Router Automatic Repeat reQuest Asynchronous Transfer Mode Base Station Base Station Controller Base Station System Base Tranceiver Station Code Division Multiple Access CRC CN CN CNR CoA CRC CTP DS DSCDMA DSP E2R Cyclic Redundancy Code Core Network Correspondent Node Carrier-to-Noise-Ratio Care-of Address Cyclic Redundancy Check Context Transfer Protocol Direct Sequence Direct Sequence CDMA ThÕ hÖ ThÕ hÖ Thế hệ ăngten dÃy thích nghi Chứng thực, ủy quyền toán Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến Bộ định tuyến truy cập Kĩ thuật yêu cầu lặp tự động Chế độ truyền dị Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa thâm nhập phân chia theo mà Mà vòng d Mạng lõi Nút trung gian Tỷ số sóng mang tạp âm Địa tạm thời Mà kiểm tra d vòng Giao thức truyền ngữ cảnh Chuỗi trực tiếp CDMA chuỗi trực tiếp Digital Signal Processor End-to-End Reconfigurability Bộ xử lý tín hiệu số Khả cấu hình lại từ đầu Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp EIRP EV-DO FDD FEC FDMA FHOFDM FMIPv6 FMIPv6 GPS GPRS HA HARQ HLR HMIPv6 HoA HSDPA HMI IMT2000 IP IPv6 ITU Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Effective Isotropically Radiated Power Evolution Data Optimized Frequency Division Duplex cuối đến đầu cuối Công suất phát xạ đẳng hớng hiệu dụng ghép song công phân chia theo tần số Forward Error Correct Mà sửa lỗi trớc Frequency Division MultiAccess Đa truy cập phân chia theo tần số Frequency Hopping Orthogonal OFDM nhảy tần Frequency Division Multiple Access Fast Mobile IPv6 IPv6 di ®éng nhanh Fast Handovers for Mobile IPv6 ChuyÓn giao nhanh cho IPv6 di động Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung Home Agent Tác nhân nhà Hybrid Automatic Repeat ARQ (tự động yêu cầu lặp) lai reQuest Home Location Register Thanh ghi định vị thờng trú Hierarchical Mobile Internet IPv6 di động có phân cấp Protocol Version Home Address §Þa chØ th−êng tró High Speed Downlink Packet HƯ thèng truy cËp gãi ®−êng Access xuèng tèc ®é cao Human-Machine Interface Giao diện ngời máy Thông tin di động toàn cầuInternational Mobile Telecommunication - 2000 2000 Internet Protocol Giao thøc Internet Internet Protocol Version Giao thøc Internet phiªn International Telecommunication Liên minh Viễn thông Quốc tế Union Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 MAC Medium Access Control MAP MIH Mobility Anchor Point Media Independent Handover MN MNN MNP MR MS MSC MIMO Mobile Node Mobile Network Node Mobile Network Prefix Mobile Router Mobile Station Mobitily Service Center Multi Input – Multi Output §iỊu khiển thâm nhập môi trờng Điểm treo di động Chuyển giao độc lập phơng tiện Nút di động Nút mạng di động Tiền tố mạng di động Bộ định tuyến di động Trạm di động Trung tâm dịch vụ di động ăngten nhiều kênh vào nhiều kênh MCMulti Carrier CDMA Đa truy cập phân chia theo mà CDMA ®a sãng mang NEMO Network Mobility TÝnh di ®éng m¹ng NGN Next Genaration Network M¹ng thÕ hƯ sau OSI Open Systems Interconnection Mô hình tơng kết hệ thống mở Orthononal Frequency Division Ghép kênh đa truy cập phân OFDM Multiplexing chia theo tần số trực giao Ghép kênh đa truy cËp ph©n OFCDM Orthononal Frequency Code Division Multiplexing chia theo m· tÇn sè trùc giao PAN Persional Access Network Mạng truy cập cá nhân PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh 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 Phần ứng dụng mạng thâm Application Part nhập vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng vô tuyến Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp RO RR SDR SINR SMS-SC SVD based MIMO TCP TPC UE UMTS UWB WCDMA W-LAN 10 Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Route Optimization Return Routability Software Defined Radio Tối u hóa đờng Khả đinh tuyến đờng Sóng vô tuyến định nghĩa mỊm Signal to Interference and Noise Tû sè c«ng st tín hiệu Power Ratio nhiễu tạp âm SMS Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn SMS Singular Value Decomposition based Multiple Input Multiple Output Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn Transmission Power Control Điều khiển công suất truyền dẫn User Equypment Thiết bị ngời sử dụng Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động Telecommunication System toàn cầu Ultra Wide band Băng tần cực rộng Wideband Code Division Đa thâm nhập vô tuyến phân Multiple Access chia theo mà băng rộng Wireless - LAN Mạng cục không dây Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G ... thông tin di động 14 2.1.2 Lộ trình phát triển thông tin di ®éng 16 2.2 Tỉng kết hệ thông tin di động 19 Chơng hệ thống THÔNG TIN di ®éng 4G 20 3.1 Tổng quan hệ thống thông tin. .. sở nghiên cứu mục đích luận văn 12 1.2 Tỉ chøc cđa luận văn 13 Chơng hệ thông tin di động 14 2.1 Lịch sử xu phát triển thông tin di động 14 2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông. .. BáCH KHOA Hµ NéI o0o LUËN V¡N TH¹C Sü KHOA HäC Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) Ngành: Xử lý Thông tin Truyền thông Mà số: Đỗ Văn Hòa Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn