Đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4g cho mạng di động di động viettel mobile

  LỜI MỞ ĐẦU Trước phát triển vô mạnh mẽ dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp IP hố đặt yêu cầu công nghiệp Viễn Thông di động Mạng thông tin di động hệ ba đời khắc phục nhược điểm mạng thơng tin di động hệ trước Tuy nhiên, mạng di động có số nhược điểm như: Tốc độ truyền liệu lớn 2Mbps, chưa đáp ứng yêu cầu ngày cao người dùng, khả đáp ứng dịch vụ thời gian thực hội nghị truyền hình chưa cao, khó việc download file liệu lớn,…chưa đáp ứng yêu cầu như: khả tích hợp với mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở mạng chưa cao, đưa dịch vụ vào mạng gặp nhiều vấn đề tốc độ mạng thấp, tài ngun băng tần ít,… Trong bối cảnh người ta chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di động có tên gọi 4G Sự đời hệ thống mở khả tích hợp tất dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng hình ảnh video màu chất lượng cao, trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, dich vụ âm số Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, dich vụ gói liệu tốc độ cao, công nghệ dựa tảng phần mềm công cộng mang đến chương trình ứng dụng download, cơng nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, công nghệ mã hoá media chất lượng cao mạng di động Hiện thị trường di động Việt Nam đánh giá tăng trưởng đứng thứ giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu việc sử dụng dịch vụ dịch vụ đa phương tiện ngày cao địi hỏi cao tương lai Do việc nghiên cứu công nghệ để đáp ứng nhu cầu thị trường tương lai cần thiết Hiện Viettel đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ liệu ngày cao thuê bao Các dịch vụ chủ yếu GPRS như: WAP, truy nhập Internet có hai phương thức truy nhập gián tiếp truy nhập trực tiếp, dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, video, xem đoạn phim tải về, xem video trực tuyến Ngồi cịn có dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo điện thoại di động… giá cước cịn cao nên loại bao có th nhập trung bình cao Dựa nhu cầu thị trường Việt Nam, thấy nhu cầu thông tin di động dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ liệu bắt đầu tăng trưởng, theo dự đốn tổng số th bao có nhu cầu dịch vụ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2010 Với đời sống thu nhập ngày cao người dân, nhu cầu dịch vụ chất lượng tốt ngày lớn, mạng di động Viettel ngày phải nâng cấp để đáp ứng nhu cầu Mặt khác, xu hướng chung giới hội tụ tất mạng viễn thông lại với Do đó, u   cầu phát triển mạng thơng tin di động lên hệ 4G có tốc độ cao, sử dụng “all IP” có khả tích hợp với mạng khác yêu cầu tất yếu mạng di động Viettel Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel Mobile” đưa khơng nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu dịch vụ mà đáp ứng mà cố gắng đưa vào áp dụng Việt Nam cụ thể mạng di động Viettel.Với mục đích đề tài nghiên cứu chúng tơi dược chia làm chương: Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ dịch vụ mạng di động Chương 2: Mơ hình cấu trúc mạng 4G Chương 3: Dịch vụ chất lượng dịch vụ mạng 4G Chương 4: Lộ trình tiến lên mạng thơng 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 mở hội mới, động lực cho phát triển công nghệ mạng thương mại điện tử thời đại kinh tế số nay, khơng cho cơng ty mà cịn mong muốn đóng góp phần vào phát triển lĩnh vực viễn thông – công nghệ thông tin nước nhà Đó mong muốn lớn người thực đề tài CHƯƠNG 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 hệ thống thông tin di động hệ (4G) để giải vấn đề tồn hệ thống di động hệ (3G) Đó việc cung cấp loại hình dịch vụ ngày đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu video độ phân giải cao, kênh vơ tuyến có tốc độ liệu cao Khái niệm 4G sử dụng rộng rãi khơng có hệ thống điện thoại tế bào mà bao gồm kiểu hệ thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng Một số thuật ngữ dùng để mô tả 4G MAGIC: Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere (Bất nào, nơi đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu), Integrated wireless solution (Giải pháp vơ tuyến tích hợp) Customized personal service (Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân) Như lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G hệ thống truy nhập vô tuyến tế bào băng thông rộng, mối quan tâm lớn lĩnh vực thông tin di động 4G không hỗ trợ cho dịch vụ thông tin di động hệ mà hỗ trợ cho mạng vô tuyến cố định Chúng ta xem xét sở nhìn tổng quan đặc trưng 4G, cách tổ chức tích hợp hệ thống di động Đặc trưng 4G đọng lại từ “tích hợp” Các hệ thống 4G tích hợp gắn kết khơng tách rời thành phần thiết bị đầu cuối, mạng lưới ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng ngày cao người sử dụng 1.2 LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Lịch sử đời phát triển dịch vụ di động từ hệ 1G tới hệ 4G trải qua nhiều giai đoạn khác Bảng 1.1 cho thấy tóm lược q trình tiến triển cơng nghệ thơng tin di động thoại Q trình bắt đầu với thiết kế biết đến 1G năm 70 kỷ trước! Các hệ thống đời sớm thực dựa công nghệ tương tự cấu trúc tế bào thông tin di động Nhiều vấn đề có tính ngun tắc giải hệ thống Và có nhiều hệ thống khơng tương thích đưa cung cấp dịch vụ năm 80 Các hệ thống hệ thứ (2G) xây dựng năm 80 sử dụng chủ yếu cho thoại thực sở công nghệ số, bao gồm kỹ thuật xử lý tín hiệu số Các hệ thống 2G cung cấp dịch vụ thông tin liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp Tính cạnh tranh lại lần dẫn tới việc thiết kế thực hệ thống bị phân hố thành chuẩn khác khơng tương thích như: GSM (hệ thống di động tồn cầu) chủ yếu châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) Nhật CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) IS95, hệ thống khác Mỹ Các hệ thống hoạt động rộng khắp lãnh thổ quốc gia quốc tế chúng chiếm vai trò hệ thống chủ đạo, tốc độ liệu thuê bao hệ thống bị giới hạn nhiều   Bước chuyển tiếp 2G 3G 2.5G Thế hệ 2,5G phát triển từ 2G với dịch vụ liệu phương thức chuyển mạch gói, trọng tới dịch vụ 3G cho mạng 2G Về phát triển cơng nghệ 2G để tăng dung lượng kênh tần số vô tuyến 2G bước đầu đưa dịch vụ liệu dung lượng cao vào, nâng tới 384 Kbps Một khía cạnh quan trọng 2.5G kênh liệu tối ưu hoá cho liệu gói truy nhập vào Internet từ thiết bị di động điện thoại, PDA máy tính xách tay Trên mạng lưới với 2G, hệ 2.5G đưa internet vào giới thông tin di động cá nhân Đây thực khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid Trong thập kỷ 90, nhà nghiên cứu định nghĩa hệ thống di động hệ kế tiếp, hệ thứ 3, loại trừ khơng tương thích hệ thống trước thực trở thành hệ thống tồn cầu Hệ thống 3G có kênh thoại chất lượng cao khả liệu băng rộng, đạt tới 2Mbps Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao gồm thoại, fax internet thời gian nào, nơi đâu với chuyển vùng roaming tồn cầu khơng gián đoạn Chuẩn 3G toàn cầu ITU mở đường cho ứng dụng dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phương tiện, dịch vụ dựa vị trí, …) Mạng 3G thiết lập Nhật năm 2001 Các mạng 2.5G, GPRS (dịch vụ vơ tuyến gói chung) sẵn sàng Châu Âu Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong khu vực), Mbps (đối với trường hợp nhà)    Hình 1.1 – Các hệ di động   Bảng 1.1 – Bảng so sánh tham số công nghệ Tuy nhiên địi hỏi viễn thơng đa phương tiện truy nhập tốc độ cao xã hội ngày nay, phụ thuộc lớn vào công nghệ thông tin số Theo số lịch sử cách mạng công nghệ diễn thập kỷ thời điểm thời điểm thích hợp để nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Hiện tốc độ download chế độ liệu bị giới hạn 9.6 Kbps, thấp khoảng lần so với đường kết nối cố định ISDN (Mạng số tích hợp dịch vụ) Gần đây, với thiết bị cầm tay 504i tốc độ download liệu tăng lên lần đạt 28.8 Kbps Tuy nhiên thực tế sử dụng tốc độ liệu thường thấp hơn, đặc biệt khu vực đông đúc, mạng bị “nghẽn” Tốc độ liệu di động hệ tối đa 384 Kbps download, điển hình xấp xỉ 200 kbps, upload đạt 64 kbps từ năm 2001 Thơng tin di động hệ có tốc độ truyền liệu cao hơn, dự kiến đạt tới 20 Mbps 3G nhà sản xuất đề xuất mà từ nhà khai thác  Năm 1996 triển khai nhờ NTT (Hãng điện thoại điện báo Nhật bản) Ericsson, năm 1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA Mỹ chọn CDMA công nghệ cho 3G, năm 1998 CDMA băng rộng (W-CDMA) CDMA2000 thông qua cho Hệ thống thông tin di động chung UMTS Trong W-CDMA CDMA2000 đề xuất 3G Tuy nhiên 3G tồn số vấn đề khiếm khuyết điểm sau: Rất khó cho việc tăng băng thơng liên tục tốc độ liệu cao để đáp ứng yêu    cầu dịch vụ đa phương tiện, với tồn song song dịch vụ khác cần có băng thơng QoS khác Giới hạn phổ phân bố phổ Khó roaming qua môi trường dịch vụ khác băng tần khác Thiếu chế vận chuyển liên tục từ đầu cuối đến đầu cuối để liên kết mở  rộng mạng di động nhỏ với mạng cố định nhỏ khác Trong lĩnh vực thông tin di động, dịch vụ di động 4G phát triển dịch vụ thông tin di động 3G Các dịch vụ di động 4G chào đón khả cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng hình ảnh video màu chất lượng cao, trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, dich vụ âm số Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, dich vụ gói liệu tốc độ cao, công nghệ dựa tảng phần mềm cơng cộng mang đến chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, cơng nghệ mã hố media chất lượng cao mạng di động Với xuất mạng 4G, giải được:    1 Hỗ trợ dịch vụ tương tác đa phương tiện: truyền hình hội nghị, Internet khơng dây,… 2 Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn 3 Tinh di động tồn cầu tính di chuyển dịch vụ 4 Giá thành hạ 5 Tăng độ khả dụng hệ thống thông tin di động Các nhà nghiên cứu nhà cung cấp phát triển mối quan tâm vào mạng vô tuyến 4G để hỗ trợ đa roaming mạng di động vơ tuyến tồn cầu, ví dụ từ mạng di động tế  bào sang mạng công nghệ vệ tinh sang tới mạng LAN không dây băng rộng Với đặc trưng này, người dùng truy nhập vào dịch vụ khác nhau, tăng vùng phủ, thuận tiện cho thiết bị đơn lẻ, hoá đơn cho việc giảm tối đa tổng cộng chi phí nhiều truy nhập khơng dây đáng tin cậy khác, chí có hư hỏng hay lỗi hay nhiều mạng đồng thời Các mạng 4G có đặc trưng liên hệ IP cho truy nhập Internet di động không ngắt quãng tốc độ bit đạt 50 Mbps hay cao Do việc triển khai 4G thực tế thực từ sau năm 2006 chí cịn lâu nên nhà phát triển hy vọng có thời gian để giải nhiều vấn đề liên quan tới 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 Hỗ trợ multicasting Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS Xác thực bảo mật vô tuyến Lỗi mạng backup Tính cước Cấu trúc mạng đóng vai trị quan trọng việc đáp ứng tất đòi hỏi Hỗ trợ QoS mạng 4G thử thách tốc độ bit, đặc trưng kênh, gán băng thông, mức lỗi hỗ trợ chuyển giao mạng vô tuyến hỗn hợp Hỗ trợ QoS thực gói, chuyển dịch tác vụ, kênh, người dùng cấp mạng Mức QoS gói ứng dụng cho jitter, thơng lượng, tỉ lệ lỗi Các nguồn tài nguyên mạng khoảng đệm giao thức truy nhập ảnh hưởng có khả Mức QoS chuyển giao tác vụ mô tả yếu tố: thời gian cần thiết để hoàn thành transaction tỉ lệ gói Các chuyển giao chắn nhạy thời gian, số chuyển giao khác khơng phép để gói Mức QoS kênh bao gồm block gọi gọi thực  Nó phụ thuộc vào khả mạng thiết lập trì kênh thơng tin từ thiết  bị đầu cuối đến thiết bị đầu cuối Định tuyến gọi quản lý định vị thuộc tính quan trọng mức kênh Mức QoS người sử dụng phụ thuộc vào tính di động loại ứng dụng người dùng Vị trí hỗ trợ nhu cầu QoS cực tiểu, chí với ứng dụng thích nghi Trong giải pháp vơ tuyến hồn thiện, thông tin từ điểm cuối đến điểm cuối hai người sử dụng có khả liên quan tới nhiều mạng vơ tuyến Vì QoS thay đổi qua mạng khác nhau, nên QoS cho thuê bao có khả mức tối thiểu mà mạng hỗ trợ * Xu hướng công nghệ  Có ba xu hướng tiếp cận Thứ hướng tập trung quanh 3G, đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) đẩy dần tới điểm nhà sản xuất thiết  bị đầu cuối từ bỏ Khi đạt tới thời điểm đó, cần có cơng nghệ khác để đáp ứng đòi hỏi tăng lên dung lượng tốc độ liệu Xu hướng thứ hai xu hướng mạng LAN vô tuyến Sự phát triển rộng khắp WiFi năm 2005 cho PC, máy tính xách tay, PDA Trong doanh nghiệp, tín hiệu thoại truyền cơng nghệ Voice qua mạng LAN vô tuyến (VoWLAN) Tuy nhiên chưa thấy rõ công nghệ thành công công nghệ Để đạt tới thống công nghệ 200 Mbps (và cao nữa) cịn chặng đường lâu dài có q nhiều giải pháp cần đề xuất Xu hướng thứ IEEE 802.16e 802.20 thực đơn giản 3G Sự phát triển mạng lõi hướng tới hệ NGN băng rộng hỗ trợ cho việc áp dụng công               nghệ mạng truy nhập thông qua gateway truy nhập tiêu chuẩn, dựa chuẩn ETSI-TISPAN, ITU-T,3GPP, hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông Trung Quốc (CCSA) chuẩn khác Một số công nghệ quan trọng 4G mô tả sau: OFDMA Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM khơng tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi lớp vật lý, mà hợp việc cải thiện hiệu lớp nhờ việc đưa thêm mức độ tự Nhờ việc sử dụng OFDM khai thác miền thời gian, miền khơng gian, miền tần số chí miền mã để tối ưu hố việc sử dụng kênh vơ tuyến Chắc chắn có ưu lớn với truyền dẫn môi trường đa đường với việc làm giảm thiểu phức tạp thu Tín hiệu chia thành sóng mang nhỏ trực giao, sóng mang tín hiệu “băng hẹp” (vài KHz) tránh hiệu ứng đa đường, tạo nên khoảng  bảo vệ chèn vào tín hiệu OFDM OFDM tạo nên độ lợi phân tập tần số, cải thiện hiệu lớp vật lý Nó tương thích với cơng nghệ mở rộng nâng cao khác, anten thông minh MIMO Điều chế OFDM tận dụng công nghệ đa truy nhập (đa truy nhập phân chia tần số trực giao, OFDMA) Trong trường hợp tín hiệu OFDM truyền thông tin từ/tới vài thuê bao sử dụng sóng mang nhỏ khác (subcarrier, subchannel) Điều không cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc cấp nguồn tài nguyên (tăng dung lượng), mà tối ưu hố lớp chéo việc sử dụng link vô tuyến Vô tuyến định nghĩa phần mềm - SDR  Lợi ích vơ tuyến định nghĩa phần mềm SDR mang lại hiệu suất xử lý cao để phát triển trạm gốc thiết bị đầu cuối đa băng, đa chuẩn Mặc dù tương lai đầu cuối thích ứng với giao diện vô tuyến để sẵn sàng cho công nghệ truy nhập vô tuyến, thời điểm điều thực nhờ có sở hạ tầng SDR mang lại nhiều lợi ích cho số sở hạ tầng Ví dụ để tăng dung lượng mạng thời điểm định (ví dụ kiện thể thao), nhà khai thác cấu hình lại mạng họ nhờ việc lắp thêm vào trạm gốc vài thiết bị modem SDR khiến cho việc cấu hình lại dễ dàng Trong bối cảnh hệ thống 4G, SDR tạo điều kiện dễ dàng cho tập hợp nhiều picocell microcell đa chuẩn Đối với nhà sản xuất, việc hỗ trợ lớn việc cung cấp thiết bị đa chuẩn, đa băng giảm nỗ lực phát triển hạ giá thành thông qua việc xử lý đa kênh cách đồng thời MIMO – Multiple Input Multiple Output MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu nhiều anten phát (đa thành phần không gian) miền thời gian miền tần số Điều phù hợp với OFDM, xử lý tín hiệu thời gian độc lập dạng sóng OFDM thiết lập   xác cho kênh Đặc điểm OFDM giúp cho công đoạn xử lý đơn giản hố nhiều Tín hiệu phát m anten n anten thu lại Việc xử lý tín hiệu thu mang lại vài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất lượng tín hiệu thu hiệu suất phổ Triển khai hiệu mạng tế bào đối tượng cho nhiều nghiên cứu mơ (hình 1.2) Tuy nhiên, nói chung thừa nhận nhận từ việc sử dụng hiệu phổ liên quan trực tiếp tới số lượng anten cực tiểu tuyến kết nối  Hình 1.2: Lộ trình hiệu Alcatel thử nghiệm Tối ưu lớp Hiển nhiên có ảnh hưởng qua lại MIMO lớp MAC Các mối ảnh hưởng qua lại khác thể hình 1.3  Hình1.3: Ảnh hưởng qua lại lớp tối ưu liên quan   Bằng việc sử dụng lại cấu trúc GPRS, EDGE cung cấp dịch vụ truyền liệu gói với tốc độ từ 11,2 kbit/s đến 69,2 kbit/s cho khe thời gian Ngồi ra, EDGE cịn hỗ trợ phương thức sử dụng nhiều khe thời gian để tăng tốc độ truyền gói lên 554 kbit/s Việc triển khai EDGE hệ thống GSM đòi hỏi phải nâng cấp hạ tầng vơ tuyến, cịn phần core network khơng có nhiều thay đổi node GPRS, SGSN, GGSN nhiều độc lập với tốc độ truyền liệu Đối với giao thức truyền suốt, EDGE thực hịên chế tương tích kết nối (lin adaptation) để thay đổi phương thức mã hoá điều chế nhằm cung cấp khe thời gian có chất lượng đáp ứng yêu cầu tốc độ bit BER Giai đoạn hai: Triển khai mạng UMTS Trong giai đoạn này, bên cạnh việc sử dụng BTS GSM sẵn có, trạm triển khai Node B (Node B Universal BTS), kết nối với mạng di động qua RNC (Radio Network Controler) Các RNC nối trực tiếp với SGSN nối với MSC Lúc MSC SGSN thay đổi cho mục đích thích ứng với mạng UMTS nên gọi MSCu SGSNu Những thay đổi cần thiết để bước xoá bỏ mạng GSM hệ hai, phát triển lên mạng 3G Các Node B trạm thu phát gốc chung (Node B Universal BTS) tích hợp đầu tư từ site GSM tồn (tầng vĩ mô, M-Cell, InCell) Chúng linh hoạt để sử dụng lại/ triển khai site tồn Trong giai đoạn tiến hành triển khai thử nghiệm mạng 3G Hà Nội, Đà  Nẵng Thành phố Hồ Chí Minh Dự kiến thời gian tiến hành thử nghiệm từ tháng 10/2006 đến 12/2006    Hình 4.3: Mơ hình triển khai mạng UMTS  Giai đoạn 3: mạng lõi sở IP Trong giai đoạn này, Viettel Mobile tập trung cho việc phát triển mạng lõi thông qua việc xây dựng mạng lõi IP có tốc độ cao, sử dụng công nghệ tiên tiến Song song với trình này, Viettel Mobile nâng cấp MSC Server, MGW MGW nâng cấp lên để đảm bảo có tính năng: -Giao diện Gigabit Ethernet cho kết nối với mạng lõi IP -Chức nén tín hiệu thoại GSM, có khả chuyển đổi mã tín hiệu PCM sang IP ngược lại Để đáp ứng việc phát triển thoại liệu, Viettel Mobile tiến hành đồng thời việc nâng cấp MSC Server MGW với việc mở rộng dung lượng chúng Giai đoạn dự kiến thực từ tháng năm 2007 với khả đáp ứng triệu thuê bao GSM triệu thuê bao 3G    Hình 4.4: Mạng lõi sở IP  Giai đoạn 4: Mạng sở IP triển khai mạng 3,5G Trên sở mạng lõi IP mạng 3G xây dựng, Viettel Mobile tập trung  phát triển dịch vụ 3G cung cấp cho khách hàng Điều thực thông qua việc  phát triển lên IMS 3,5G cho toàn mạng Cấu trúc mạng IMS tảng IP core đảm bảo việc cung cấp dịch vụ đa phương tiện tương lai cho khách hàng Đây trình chuyển dịch mạng di động sang hướng IP sở tảng dịch vụ IP linh động IMS Đồng thời với công nghệ tiên tiến 3,5G giải vấn đề mạng truy nhập vô tuyến Với công nghệ HSDPA HSUPA cho phép cải thiện đáng kể tốc độ liệu tới người sử dụng Đây tảng bước chuẩn bị cho việc phát triển lên mạng 4G Viettel Mobile Mơ hình cấu trúc mạng thể hình 4.5    Hình 4.5: Mơ hình mạng 3,5G Viettel Mobile Các khía cạnh kỹ thuật thực nội dung HSDPA bao gồm: ← ← ← ← • Phát kênh chia sẻ • Điều chế mã hóa thích ứng • Kỹ thuật phát đa mã • Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ Để nâng cấp từ cơng nghệ WCDMA lên HSDPA, cần phải thay đổi phần cứng  phần mềm RNC, Node B (BS), UE Sự thay đổi lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC: Medium Access Control), Node B có thêm MAC-hs để điều khiển tài nguyên kênh HS-DSCH Node B cải tiến để liên tục giám sát chất lượng tín hiệu nhờ nhận tin chất lượng kênh thời, cho phép kích hoạt giao thức HARQ từ lớp vật lý, giúp cho trình phát lại nhanh Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC-Medium Access Control) đặt Node B, cho phép truy nhập nhanh tới giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu nhanh hơn, điều khiển chất lượng chặt chẽ Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hóa Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16QAM, hoạt động đa mã mở rộng, kênh HSDSCH hỗ trợ tốc độ liệu đỉnh từ 120Kbps tới 10 Mbps    Hình 4.6: Thay đổi RNC Node B HSUPA sử dụng kỹ thuật, công nghệ HSDPA áp dụng cho kênh đường lên Giai đoạn 5: Triển khai mạng 4G  Hình 4.7: Mơ hình cấu trúc mạng 4G Viettel Mobile Sau giai đoạn 4, mạng có dựa IP, có tốc độ cao Trong   giai đoạn cần nâng cấp giao diện vô tuyến, nâng cấp mạng thâm nhập vô tuyến, thiết bị đầu cuối, để có tính linh hoạt q trình giao tiếp với Ngồi ra, thay dần IPv4 thành IPv6 Đưa số giao thức chuẩn cho mạng để dễ dàng việc tích hợp mạng với Với cấu trúc này, Viettel Mobile cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, có tốc độ cao, chất lượng tốt Lúc này, mạng tích hợp với nhiều mạng khác WiMAX, WLAN,… 4.4 KẾT LUẬN Với điều kiện Việt nam sở hạ tầng viễn thông mà Viettel quản lý, việc nâng cấp bước mạng lưới thông tin di động nhằm tiến tới 4G, trước mắt đáp ứng nhu cầu dịch vụ GPRS đề cập hợp lý cần thiết Qua bước phat triển trên, ta tận dụng nguồn sở vật chất sẵn có, đồng thời tiếp cận cơng nghệ đại nhằm xây dựng mạng lưới thông tin di động đại, đáp ứng nhu cầu người sử dụng Việc phát triển thông tin di động hệ thứ tư xu hướng tất yếu mà tất quốc gia giới phải thực Tuy nhiên, phạm vi, mức độ thời gian triển khai khác điều kiện cụ thể quốc gia, khu vực   KẾT LUẬN Cùng với phát triển nhanh chóng mặt đời sống xã hội, nhu cầu người ngày tăng tất lĩnh vực Đặc biệt lĩnh vực thông tin, người mong muốn thông tin cập nhập nhanh nhất, liệu lấy với tốc độ cao Trong thông tin di động, công nghệ WCDMA đời bước phát triển lớn, làm tăng tốc độ truy cập mạng lên đến 2Mbps, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ Internet di động đa  phương tiện với chất lượng cải thiện so với 2,5G Trong giai đoạn tiếp theo, người ta  phát triển cơng nghệ cơng nghệ HSDPA Với nhiều kỹ thuật mới, cơng nghệ đạt tốc độ truyền liệu lên đến 10Mbps Tuy nhiên, công nghệ HSDPA chưa đáp ứng hết nhu cầu phát triển dịch vụ người Người sử dụng mong muốn mạng có tốc độ truyền liệu cao nữa, chất lượng dịch vụ tốt, đặc biệt có khả tích hợp với mạng khơng dây khác Với u cầu đó, mạng thơng tin di động hệ đời Khả truyền liệu tốc độ cao lên đến 160Mbps, chất lượng dịch vụ tốt, khả tích hợp dễ dàng với mạng khác, phần đáp ứng nhu cầu người Viettel nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, di động hàng đầu Việt Nam Với mong muốn phục vụ người dùng dịch vụ chất lượng cao, Viettel không ngừng vận động, nâng cấp, phát triển mạng điện thoại di động Việc nghiên cứu xu hướng phát triển công nghệ dịch vụ khơng nằm ngồi mục tiêu Cơng nghệ 4G với tính ưu việt lợi ích việc cung cấp sử dụng dịch vụ xu hướng tất yếu cho nhà cung cấp dịch vụ di động Chúng mong muốn đề tài tài liệu có ích cho Viettel Mobile góp phần việc định hướng phát triển công nghệ cho mạng di động Viettel Mobile Chúng xin chân thành cám ơn! Các từ viết tắt 3G Third Generation 3GPP Third Generation Partnership Project 4G AAL Fourth Generation ATM Adaptation Layer    AMC Adaptive Modulation and Coding ATM Asynchronous Transfer Mode BCCH Broadcast Control Channel BER  BSC BSS BTS CCCH CDMA CN CPCH CPCH CPCH Bit Error Rate Base Station Controller  Base Station System Base Transceiver Station Common Control Channel Code Division Multiple Access Core Network  Common Packet Channel Common Pilot Channel Common Packet Channel Power Control Part PCP Channel Quality Indicator  CQI CRC Cyclic Redundance Check  Circuit Switching CS CSCF Call Session Control Function DCH Dedicated Channel DPCCH Dedicated Physical Control Channel DPCH Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel DPDCH DTX Discontinuos Transmission EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution ETSI European Telecommunications Standards Institute FACH Forward Access Channel FDD Frequency Correction Channel Hệ thống thông tin di động hệ Dự án hợp tác thông tin di động hệ Hệ thống thông tin di động hệ Lớp thích ứng ATM Điều chế mã hóa thích ứng Chế độ phát khơng đồng Kênh điều khiển quảng bá Tốc độ lỗi bít Bộ điều khiển tạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Kênh điều khiển chung Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Phần điều khiển cơng suất kênh gói chung Chỉ thị chất lượng kênh Kiểm tra vòng dư Chuyển mạch kênh Chức điều khiển phiên gọi Kênh riêng Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý riêng Kênh liệu vật lý riêng Phát không liên tục Tốc độ số liệu tăng cường phát triển GSM Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Kênh truy nhập đường xuống Ghép song công phân chia theo tần số GGSN Gi GMSC Gn Gp Gr Gs   GSM GTP-U Gx HARQ HLR HSCSD HSDPA HS-DSCH HSPDSCH HSS HS-SCCH HS-SICH IMS IP M3UA MAC MCS MEHO MGCF MGW MIMO MRFC Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng Interface Between GGSN and External Network Giao diện GGSN mạng bên Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch di động cổng Interface Between Two GSNs Giao diện hai GSN Interface Between Two GGSNs Giao diện hai GGSN Interface Between SGSN and HLR/AuC Giao diện SGSN với HLR/AuC Interface Between SGSN and Serving Giao diện SGSN với MSC/VLR  MSC/VLR phục vụ Global System for Mobile communication Hệ thống thơng tin di động tồn cầu User Plane Part of the GPRS Tunelling Protocol Phía người sử dụng giao thức Any G Interface Hybrid Automatic Repeat Request Home Location Register High Speed Circuit Switched Data High Speed Downlink Packet Access High Speed Downlink Shared Channel High Speed Physical Downlink Shared Channel Tunel GPRS Giao diện G Yêu cầu phát lại tự động nhanh Bộ ghi định vị thường trú Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao Home Subscriber Server  Shared Control Channel for HS-DSCH Kênh điều khiển chia sẻ cho HS DSCH Shared Information Channel for HS-DSCH Internet Protocol Multimedia Subsystem Kênh thông tin chia sẻ cho HS-DSCH Internet Protocol MTP3-User Adaptation Layer Medium Access Control Modulation and Coding scheme Giao thức Internet Lớp thích ứng người sử dụng-MTP3 Điều khiển truy nhập môi trường Lược đồ điều chế mã hóa   Mobile Evaluated Handover Media Gateway Control Function Chuyển giao định thuê bao Chức điều khiển cổng phương Media Gateway Multi Input Multi Output tiện Cổng đa phương tiện Đa đầu vào đa đầu Multimedia Resource Function Controller Điều khiển chức tài nguyên đa MRFP Multimedia Resource Function Processor  phương tiện Xử lý chức tài nguyên đa phương tiện Trung tâm chuyển mạch di động Mức phần truyền tin Chuyển giao định mạng Mobile Switching Centre Message Transfer Part Level  NEHO   Network Evaluated Handover  NW   Network PDN Packet Data Network Mạng liệu gói PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PS Packet Switching Chuyển mạch gói QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK  Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RLB Radio Link Budget Quỹ đường truyền RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vơ tuyến RR  Round Robin Phương pháp vịng RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển nối thông báo hiệu SCTP Simple Control Transmission Protocol Giao thức truyền dẫn điều khiển đơn giản MSC MTP3b Mạng   SDU SEG SGSN SGW SMS SSCF NNI Service Data Unit Security Gateway Serving GPRS Support Node Signalling Gateway Short Message Service Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Service Specific Co-ordination Function  Network Node Interface Chức điều phối đặc thù dịch vụgiao diện nút mạng SSCOP Service Specific Connection Oriented Protocol TCH TCP Traffic Channel Transmission Control Protocol Time Division Duplex TDD TDMA TE TFCI TFRC TFRI TPC TSN UDP UE UMTS USIM UTRA UTRAN Uu VLR  WCDM A Đơn vị số liệu phục vụ Dịch vụ tin ngắn Transmit Power Control Transmission Sequence Number User Datagram Protocol User Equipment Universal Mobile Telecommunications System Universal Subcriber Identity Module Universal Terrestrial Radio Access Universal Terrestrial Radio Access Network Giao thức định hướng theo nối thông đặc thù dịch vụ Kênh lưu lượng Giao thức điều khiển phát Ghép song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Thiết bị đầu cuối Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng phát Tổ hợp tài nguyên khuôn dạng phát Điều khiển khuôn dạng tài nguyên  phát Điều khiển công suất phát Số chuỗi phát Giao thức datagram người sử dụng Thiết bị người dùng Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Mơđun thị th bao tồn cầu Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất toàn Radio Interface for UTRA Visitor Location Register Wideband Code Division Multiple Access cầu Giao diện vô tuyến dùng cho UTRA Thanh ghi định vị tạm trú Đa truy nhập phân chia theo mã băng Time Division Multiple Access Terminal Equipment Transport Format Combination Indicator Transport Format Resource Combination Transport Format and Resource Indicator rộng   Tài liệu tham khảo 1 Thông tin di động hệ Tác giả: TS Nguyễn Phạm Anh Dũng – Nhà xuất bưu điện – 2001 2 Hệ thống thông tin di động 3G xu hướng phát triển Tác giả: TS Đặng Đình Lâm, TS Chu Ngọc Anh, ThS Nguyễn Phi Hùng, ThS Hoàng Anh – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2004 3 “The IMSIP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain” Các tác giả: Miikka Poikselka, Georg Mayer, Hisham Khartabil, Aki Niemi 4 “WCDMA mobile communications system” Tác giả: Keiji Tachikawa, Tài liệu NTT DoCoMo, Nhật Bản 5 “4G Mobile” Các tác giả: D.Rouffet, S Kerboeuf, L Cai, V Capdevielle, Tài liệu Alcatel 6 “An Architecture Supporting Adaptation and Evolution in Fourth Generation Mobile Communication Systems” Các tác giả: Christian Prehofer, Wolfgang Kellerer, Robert Hirschfeld, Hendrik Berndt, Katsuya Kawamura 7 “Mobility Aspects in 4G Networks” Các tác giả: Frederic Paint, Paal Engelstad, Erik  Vanem, Thomas Haslestad, Anne Mari Nordvik, Kjell Myksvoll, Stein Svaet   8 Packet Scheduling and Quality of Service in HSDPA Tác giả: Pablo José, Ameigeiras Gutiérrez 9 Tính tốn mạng thông tin di động số cellular Tác giả: Vũ Đức Thọ - Nhà xuất Giáo Dục – 2003 10 10 “High Speed Downlink Packet Access (HSDPA): Higher Data Rates for UMTS”,  Naveen Shankpal 11 11 “HSDPA for Improved Downlink Data Transfer”, QUALCOMM 12 12 http://www.3GPP.org 13 13 http://www.3GPP2.org 14 http://www.4g.co.uk/ 14 15 15 http://www.3g.co.uk/ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ dịch vụ mạng di động 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động 4G 1.2 Lịch sử xu hướng phát triển Chương 2.2 2.2.1 Ưu 2.2.2 2.3.Chức 1.3 Các ứng dụng dịch vụ 4G Mơ hình cấu trúc mạng 4G 16 2.1 Cácyêu cầu cấu trúc mạng 16 Mô hình mạng 4G 21 nhược điểm cấu trúc mạng 3G 3,5G 21 Mơ hình mạng thơng tin di động 4G 23 phàn tử mơ hình 25   2.3.1.Các phần tử mạng truy nhập vô tuyến 25 2.3.2 Các phần tử mạng lõi 29 2.3.3 Chức điều khiển 31 2.3.4 Dịch vụ: 34 2.4 Công nghệ IP IP di động 35 Chương Dịch vụ chất lượng dịch vụ mạng 4G 37 3.1 Dịch vụ mạng 4G 37 3.1.1 Giới thiệu 37 3.1.2 Các loại dịch vụ cung cấp 37 3.2 Chất lượng dịch vụ mạng di động 4G 44 3.2.1 Khái niệm QoS 44 3.2.2 Kiến trúc QoS 48 3.2.3 Các tham số QoS mạng di động 4G 51 3.2.4 Thách thức chất lượng dịch vụ mạng di động 4G 53 3.2.5 Bảo mật dịch vụ 54 Chương Lộ trình tiến lên mạng di động hệ cho mạng Viettel 57 4.1 Đặc điểm mạng thông tin di động Viettel 57 4.2 Tiến trình triển khai lên 4G từ 2.5G mạng Viettel 58 4.3 Kết luận 65 KẾT LUẬN 66 PHỤ TÀI LỤC: CÁC THUẬT THAM LIỆU NGỮ VIẾT KHẢO TẮT 71 67 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình Hình 1.1: 1.2: Các Lộ trình hệ hiệu di động Alcatel thử nghiệm Hình 1.3: Ảnh hưởng qua lại lớp tối ưu liên quan Hình 1.4: Các dịch vụ Hình 1.5: Mơ hình dịch ứng dụng 4G 12 vụ mạng 4G 15 Hình 2.1: Sự phát triển mạng khác dẫn đến 4G Hình 2.2: Sự kết hợp mạng khác 16 17   Hình 2.3: Người dùng mạng khác truy nhập vào hệ thống 18 Hình 2.4: Tính di động mạng 20 Hình 2.5: Tốc độ truyền liệu mạng 4G 21 Hình 2.6: Mơ hình cấu trúc mạng 4G 24 Hình 2.7: Nguyên lý OFDM 28 Hình 2.8: Cấu trúc chức khối IP multimedia 33 Hình 4.1: Mơ hình phát triển lên 4G từ hệ thống GSM 58 Hình 4.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS 60 Hình 4.3: Mơ hình triển khai mạng UMTS 61 Hình 4.4: Mạng lõi sở IP 62 Hình 4.5: Mơ hình mạng 3.5G Viettel Mobile 63 Hình 4.6: Thay đổi RNC Node B 64 Hình 4.7: Mơ hình cấu trúc mạng 4G Viettel Mobile 64