Bài tập lớn các công nghệ truyền thông 1g đến 5g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG 1G ĐẾN 5G BÀI TẬP LỚN Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G HƯNG YÊN - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN TRẦN VĂN CƯỜNG NGUYỄN THỊ THU TRANG LÊ ANH TÙNG CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG 1G ĐẾN 5G NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG BÀI TẬP LỚN NGƯỜI HƯỚNG DẪN VŨ KHÁNH QUÝ Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G HƯNG YÊN - 2023 NHẬN XÉT Nhận xét giảng viên hướng dẫn: Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tập lớn “CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG 1G ĐẾN 5G” cơng trình nghiên cứu thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo đồ án nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết trình bày đồ án hoàn toàn trung thực, sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu kỷ luật môn nhà trường đề Hưng Yên, ngày … tháng … năm… Sinh viên ……………………… … ……………………… … ……………………… … Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH HÌNH VẼ 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 12 1.1 Lý chọn đồ án 12 1.2 Mục tiêu đồ án 12 1.2.1 Mục tiêu tổng quát .12 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 13 1.3 Giới hạn phạm vi đồ án .13 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 13 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 13 1.4 Nội dung thực 14 1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết 14 1.4.2 Xây dựng giải pháp triển khai / mô hệ thống: 14 1.5 Phương pháp tiếp cận .14 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1G ĐẾN 3G 16 2.1 Hệ thống thông tin di động hệ 1G 16 2.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 17 2.3 Hệ thống thông tin di dộng 2.5G 20 2.4 Hệ thống thông tin di dộng hệ 3G 21 2.5 Kết luận 25 Các công nghệ truyền thơng 1G đến 5G CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 26 3.1 Giới thiệu chung .26 3.2 Mơ hình cấu trúc mạng 4G .27 3.2.1 Yêu cầu cấu trúc mạng mạng 4G 27 3.2.2 Một số kỹ thuật nhằm làm tăng tốc độ đường truyền 30 3.2.3 Mơ hình cấu trúc mạng 4G 34 3.3 Công nghệ mạng 4G .37 3.3.1 Công nghệ tiền 4G .37 3.3.2 Công nghệ LTE Advanced hệ 4G 41 3.3.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 51 3.3.4 Các lặp nút chuyển tiếp 52 3.4 Kết luận 55 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 56 4.1 Giới thiệu chung .56 4.2 Cấu trúc mạng 5G 62 4.3 Cấu trúc mạng 5G giải định 69 4.3.1 Thiết bị đầu cuối đa cấu hình lại 69 4.3.2 Cơng nghệ đa lõi cấu hình lại (Reconfigurable Multi-Technology Core: RMTC) 70 4.4 Kết luận 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ Từ viết tắt Từ đầy đủ Giải thích 1G First Generation 2G Second Generation Thế hệ thứ 3G Third Generation Thế hệ thứ 4G Fourth Generation Thế hệ thứ 5G Fifth Generation BS Base Station MS Mobile Station BTS Base Transceiver Stations DCMCS Digital Cellular Mobile Communication Systems CT Cordless Telecome Thế hệ thứ Thế hệ thứ Trạm gốc Trạm di động Trạm thu phát gốc Hệ thống thông tin di động tế bào số Vô tuyến viễn thông không dây WLL Wireless Local Loop Vành vô tuyến địa phương FDMA Frequency Divition Đa truy nhập phân chia theo TDMA Time Divition Multiple CDMA Code Divition Multiple Multiple Access Access Access FDD Frequecy Divition Duplex tần số Đa truy nhập phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo mã Song công phân chia theo tần số TDD Time Divition Duplex Song công phân chia theo thời gian TACS AMPS Total Access Hệ thống tổng truy nhập Communications System thông tin Advanced Mobile Phone Hệ thống điện thoại di động Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G System GSM Global System for Mobile HSDPA High-Speed Downlink HSUPA High-Speed Uplink Packet Communication Packet Access Access QoS AMC Quality of Service nâng cao Hệ thống toàn cầu cho truyền thơng di động Truy cập gói đường xuống tốc độ cao Truy cập gói đường lên tốc độ cao Chất lượng dịch vụ Adaptation and Modulation Điều chế mã hóa thích ứng Coding OFDM Orthogonal frequency- Ghép kênh phân chia tần số division multiplexing trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Kỹ thuật đa truy nhập phân Division Multiple Access chia theo tần số trực giao MMS Multimedia Messaging Tin nhắn đa phương tiện FDM Frequency Division Service Ghép kênh theo tần số Multiplexing LTE Long Term Evolution ITU International Telecommunication Union UAP Universal Access Point Công nghệ LTE Tổ chức Liên minh Viễn thông Quốc tế Nhiều điểm truy nhập chung RAP Radio Access Point Điểm truy nhập vô tuyến ADSL Asymmetric Digital Đường dây thuê bao không DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình kỹ thuật số WLAN Wireless Local Area Mạng nội không dây Subscriber Line đối xứng Network 10 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G - Xác định thuê bao phải thực hệ thống môi trường tinh khiết Sự tích hợp khớp nối: Tùy thuộc vào mức độ tích hợp u cầu cơng nghệ truy cập vơ tuyến có sẵn Một loạt phương pháp tiếp cận thực cho khả tương tác hiệu quả.Nếu tích hợp công nghệ khác chặt chẽ, cung cấp dịch vụ thêm hiệu lựa chọn mạng trình chuyển giao nhanh hơn.Tuy nhiên, với mức độ tích hợp cao địi hỏi phải nỗ lực đáng kể chế hỗ trợ việc trao đổi liệu cần thiết báo hiệu đài truy cập mạng khác Hiệu lượng mạng: Tiêu thụ lượng thấp cho thiết bị đầu cuối điện thoại di động yêu cầu quan trọng, phải cho giảm kích thước pin cải thiện thời gian pin 4.2 Cấu trúc mạng 5G Hình 4.34: Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore 64 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G a) Flatter IP network Mạng Flat IP chắn giải pháp quan trọng để làm cho 5G áp dụng tất loại công nghệ Để đáp ứng nhu cầu khách hàng cho ứng dụng thời gian thực liệu gửi qua mạng điện thoại di động băng thông rộng, nhà khai thác không dây chuyển sang cấu trúc mạng flat IP Mạng cung cấp phương thức để nhận biết thiết bị sử dụng tên ký hiệu, khác với cấu trúc có phân cấp sử dụng “ normal” địa IP Với việc chuyển sang kiến trúc flat IP, nhà khai thác di động có thể: - Giảm số lượng phần tử mạng liệu đường dẫn đến giảm chi phí hoạt động - Giảm độ trễ hệ thống cho phép ứng dụng hoạt động với độ sai lệch thấp trễ - Phát triển truy cập vơ tuyến gói mạng lõi độc lập với đến mức độ lớn so với trước tạo linh hoạt kế hoạch lập mạng triển khai - Phát triển mạng lõi linh hoạt phục vụ sở cho đổi dịch vụ thông qua điện thoại di động mạng truy nhập IP chung - Tạo tảng cho phép nhà khai thác dịch vụ di động băng thông rộng để cạnh tranh với mạng dây Mạng 5G sử dụng Flat IP làm cho dễ dàng cho RAN (Radio Access Network) khác để nâng cấp mạng NanoCore b) Hệ thống Aggregator Mạng lưới viễn thơng theo hình thức phân cấp, lưu lượng truy cập thuê bao gộp chung lại tập hợp điểm (BSC/RNC) sau chuyển đến cổng Hệ thống Flat IP làm giảm công suất tập hợp điểm lưu 65 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G lượng chuyển trực tiếp từ trạm gốc đến cổng phương tiện truyền thông.Tất mạng sử dụng (GSM, CDMA, Wimax Wireline) kết nối với Super Core với công suất lớn.Điều thực sở hạ tầng mạng nhất.Giải pháp Super Core loại bỏ tất chi phí liên kết phức tạp cho nhà điều hành mạng.Nó làm giảm số lượng tồn mạng kết thúc kết nối, làm giảm đáng kể độ trễ Tuy nhiên hệ thống có yêu cầu : - Yêu cầu dự phòng cao: theo giải pháp Super Core, tất nhà khai thác mạng dịch chuyển đến sở hạ tầng Do u cầu dự phịng cao an tồn lõi mạng - Tính minh bạch nhà khai thác mạng: liên quan đến liệu thuê bao khâu quản lý, vv… Kết cấu Super Core quan điều hành phủ quản lý c) Cơng nghệ 5G  Cloud Computing ( điện tốn đám mây) Cloud Computing công nghệ sử dụng internet máy chủ từ xa trung tâm để trì liệu ứng dụng điện tốn đám mây.Trong 5G mạng máy chủ từ xa trung tâm lưu trữ nội dung mà cung cấp Điện toán đám mây cho phép người dùng doanh nghiệp sử dụng ứng dụng mà không cần cài đặt truy nhập tập tin cá nhân máy có truy cập internet.Điều sử dụng Nanocore, nơi mà người dùng truy cập vào tài khoản riêng nhà cung cấp nội dung tồn cầu thơng qua Nanocore hình thức đám mây 66 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G Hình 4.35: Điện tốn đám mây Điện toán đám mây kỹ thuật để truy cập liệu văn bản, ứng dụng, file video, file nhạc,…từ nơi mà không cần mang theo thiết bị lưu trữ liệu Bởi tất thông tin người sử dụng điện tốn đám mây truy cập tất liệu từ nơi giới vào lúc nào.Ví dụ Gmail, tất tài liệu lưu trữ máy chủ Gmail quy trình thực đám mây.Người sử dụng cung cấp cho lệnh sau trình xảy máy chủ Gmail kết hiển thị hình Sự phát triển điện toán đám mây cung cấp cho nhà khai thác hội to lớn.Kể từ điện tốn đám mây liên kết mạng, cho thấy tầm quan trọng mạng lưới thúc đẩy phát triển mạng lưới Nó địi hỏi nhà cung cấp dịch vụ an toàn đáng tin cậy, Người sử dụng điện tốn đám mây tránh chi phí vốn cho Nanocore, làm giảm chi phí mua sở hạ tầng vật lý cách cho thuê sử dụng từ nhà cung cấp bên thứ ba Các phân đoạn điện toán đám mây, chia làm phân đoạn sau: - Ứng dụng (Applications) - Nền tảng (Platform) - Cơ sở hạ tầng (Infrastructure) 67 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G Mỗi phân đoạn phục vụ cho sản phẩm khác phục vụ cho doanh nghiệp cá nhân với mục đích ứng dụng khác  Ứng dụng Về dựa yêu cầu dịch vụ phần mềm.Các dịch vụ phần mềm phải đa dạng, khác làm để phần mềm phân phối cho người dùng cuối  Nền tảng Phân đoạn tảng điện toán đám mây đề cập đến sản phẩm sử dụng để triển khai internet Net Suite, Amazon, Google Microsoft phát triển tảng cho phép người dùng truy cập ứng dụng từ máy chủ tập trung Google, Net Suite, Rackspace cloud, amazon.com tảng hoạt động  Cơ sở hạ tầng Phân đoạn thứ điện toán đám mây gọi sở hạ tầng phần quan trọng.Cơ sở hạ tầng cho phép người sử dụng xây dựng ứng dụng  All IP Network 68 Các công nghệ truyền thơng 1G đến 5G Hình 4.36: All-IP Network All-IP Network (AIPN) tiến hóa hệ thống 3GPP để đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày tăng thị trường viễn thơng di động Nó chủ yếu tập trung vào cải tiến công nghệ chuyển mạch gói, mạng AIPN cung cấp phát triển liên tục tối ưu hóa giải pháp hệ thống nhằm tạo lợi cạnh tranh hiệu suất chi phí All-IP dựa ứng dụng điện thoại di động dịch vụ cổng thông tin điện thoại di động, thương mại di động, chăm sóc sức khỏe, phủ, ngân hàng số lĩnh vực khác Những lợi ích cấu trúc Flat IP là: - Chi phí truy cập thấp - Truy cập liền mạch - Kinh nghiệm người dùng cải thiện - Giảm độ trễ hệ thống - Truy cập vô tuyến tách riêng phát triển mạng lõi Các vấn đề quan trọng All IP: - Hỗ trợ cho loạt hệ thống truy cập khác 69 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G - Khả thích ứng di chuyển từ thiết bị đầu cuối khác - Khả lựa chọn hệ thống truy cập thích hợp - Cung cấp dịch vụ ứng dụng tiên tiến - Khả xử lý hiệu tối ưu - Mức độ bảo mật cao  Nano technology Công nghệ Nano việc áp dụng cơng nghệ nano để kiểm sốt q trình quy mơ nanomet, tức 0.1 100 nm Cơng nghệ cịn gọi công nghệ Nano phân tử ( MNT : Molecular Nanotechnology).Công nghệ nano coi cách mạng công nghiệp ngành công nghệ viễn thông thay đổi hồn tồn tương lai Vì ứng dụng tương lai yêu cầu nhớ tính tốn điện nhiều để cung cấp tốc độ liệu cao hơn, mà công nghệ giải thách thức Do cơng nghệ nano cung cấp giải pháp hiệu cho khả tính toán hiệu quả, cảm biến, mở rộng nhớ tương tác với người máy Cơng nghệ nano có tác động đáng kể thiết bị điện thoại di động mạng lõi sau: - Điện thoại di động trở thành thiết bị thông tin liên lạc thiếu giới công nghệ đại.Công nghệ nano thiết bị điện thoại di động giúp cho cảm biến thông minh ứng dụng nhiều ngành công nghiệp, giao thông vận tải, thông tin liên lạc, y tế, thơng tin an tồn - Các mạng lõi địi hỏi tốc độ, cơng suất cao, đáng tin cậy để tương tác ngày nhiều công nghệ truy cập không đồng Hiện công nghệ nano sử dụng xử lý tín hiệu kỹ thuật số ( DSP: Digital Signal Processing) 70 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G 4.3 Cấu trúc mạng 5G giải định 4.3.1 Thiết bị đầu cuối đa cấu hình lại Hình 4.37: Cấu trúc máy thu phát UE Trong đó: - Analog-to-digital conversion (ADC): Bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số - Digital-to-analog conversion (DAC): Bộ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự - Digital down converter (DDC) : Bộ biến đổi xuống tín hiệu số - Digital up-converter (DUC) : Bộ biến đổi lên tín hiệu số Tín hiệu nhận từ anten qua thu Rx RF sau đưa đến ADC để chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, tiếp đến đưa vào DDC để biến đổi xuống tín hiệu số tín hiệu đưa vào xử lý băng gốc ( Base-band Processing) xử lý liệu để đưa tới người sử dụng Nếu từ người sử dụng tín hiệu qua xử lý liệu sau đến xử lý băng gốc cho qua DUC để biến đổi lên tín hiệu số cho qua DAC để biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự, sau đưa đến phát Tx phát 71 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G 4.3.2 Cơng nghệ đa lõi cấu hình lại (Reconfigurable Multi-Technology Core: RMTC) Thách thức cơng nghệ đa lõi cấu hình lại để giải việc gia tăng số thuê bao Các công nghệ truy cập vô tuyến khác dựa khả tương tác chế.Cốt lõi hội tụ công nghệ Nano nói trên, điện tốn đám mây, nhận thức vơ tuyến dựa tất tảng IP.Lõi cấu hình lại thay đổi chức truyền thơng tùy thuộc mạng trạng thái người dùng yêu cầu.Việc cấu hình lại hai phần cứng phần mềm Cấu hình lại phần cứng chủ yếu thực nhà điều hành, thêm thiết bị bổ sung để tăng lực mạng lưới cụ thể thời gian Tuy nhiên, việc cấu hình lại phần mềm với sức mạnh SDR tự động cấu hình lại Có nghĩa chương trình (chạy việc xử lý cấu hình lại yếu tố) liên kết truyền thông yếu tố chế biến cấu hình lại thời gian chạy.Các yếu tố xử lý khác sử dụng cho mục đích khác Mục đích chung vi xử lý hồn tồn lập trình để thực nhiệm vụ tính tốn khác 72 Các cơng nghệ truyền thơng 1G đến 5G Hình 4.38: Cấu trúc cơng nghệ đa lõi cấu hình lại Trong đó: - Local Reconfiguration Database (LRD): Cơ sở liệu thiết lập lại cấu hình địa phương - Reconfiguration Data models (RDM):Mơ hình liệu cấu hình lại - Reconfiguration Control and Management unit (RCM): Điều khiển tái cấu hình lại đơn vị quản lý - Cloud Computing Resources (CCR): Nguồn tài nguyên điện toán đám mây - Reconfigurable Serving Gateway (RS-GW): Cổng phục vụ cấu hình lại - Reconfigurable Packet data network Gateway (RP-GW):Cổng mạng liệu gói cấu hình lại - Reconfigurable-Interoperability Control (RIC): Điều khiển tương tác cấu hình lại 73 Các cơng nghệ truyền thơng 1G đến 5G - Mobility Management Entity (MME) : Tổ chức quản lý tính di động - Home Subscriber Database (HSD): Cơ sở liệu nhà thuê bao Hình vẽ cho thấy cấu trúc cấp cao mạng lõi cấu hình lại, tiến hóa Evolved Packet Core (EPC) mạng 4G Cơ sở liệu cấu hình lại địa phương (LRD) gắn liền với mơ hình liệu cấu hình lại (RDM) kết nối với cổng thơng qua kiểm sốt quản lý đơn vị (RCM) RCM kết nối với nguồn tài nguyên điện toán đám mây (CCR) để liên kết mạng lõi với sở liệu cấu hình lại từ xa (RRD) Các đơn vị EPC tăng cường với khả cấu hình lại cổng phục vụ cấu hình lại (RS-GW) cổng mạng liệu gói cấu hình lại (RP-GW) RS-GW liên kết với công nghệ truy cập khác thông qua đơn vị điều khiển tương tác cấu hình lại (RIC) RIC kiểm sốt q trình liên kết khả hoạt động công nghệ truy cập không đồng cho phép RS-GW để chuyển tiếp nhận gói tin đến từ trạm sở lựa chọn eNB để phục vụ cho UE Để phục vụ người sử dụng với tất IP dựa ứng dụng di động dịch vụ, giao diện RP-GW, qua CCR với Internet mạng liệu gói khác ( PDNs) Các tổ chức quản lý di động MME có đối tượng để truyền tín hiệu, liên kết RS-GW cho chủ thuê bao sở liệu (HSD) 74 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G Hình 4.39: Cấu trúc mạng 5G giả định Hình 4.9 Cho thấy đề xuất cấu trúc mạng 5G Tất IP dựa ứng dụng di động dịch vụ cổng thông tin di động, thương mại di động, chăm sóc sức khỏe di động, … cung cấp thông qua đám nguồn tài ngun điện tốn đám mây (CCR) CCR nối cơng nghệ đa lõi cấu hình lại (RMTC) với liệu cấu hình lại từ xa (RRD) gắn liền với mơ hình liệu cấu hình lại ( RDM) RMTC kết nối với công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, từ 2G/GERAN đến 3G/UTRAN 4G/EUTRAN 802.11 x WLAN 802.16 x WMAN Tiêu chuẩn khác kích hoạt IS/95, EV-DO, CDMA2000,… Khả tương tác trình tiêu chuẩn chế cho phép hai thiết bị đầu cuối RMTC để lựa chọn từ hệ thống truy cập không đồng 75 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G 4.4 Kết luận Sau tìm hiểu chương 4: “Hệ thống thơng tin di động 5G” mạng hệ di động 5G mạng mới, phải đến năm 2020 thức đưa vào sử dụng nên nghiên cứu giả định, nghiên cứu kỹ mặt công nghệ Nhưng trình nghiên cứu mạng so với mạng di động hệ trước sử dụng trạm HAPS treo lơ lửng giống vệ tinh tầm thấp Giúp cho diện tích phủ sóng rộng hơn.Đổi việc truyền dẫn góp phần mang lại nhiều ứng dụng 76 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G KẾT LUẬN Sau nghiên cứu qua đề tài:"Nghiên cứu công nghệ hệ thống thông tin di động 4G sâu khả triển khai sang hệ 5G"nhờ giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo Ts Phạm văn Phước em hiểu thêm nhiều cấu trúc công nghệ áp dụng mạng di động từ mạng 1G, 2G, 3G, 4G 5G Nhờ phát triển cơng nghệ qua thời kỳ mà giúp cho người gắn kết với nhau, sống văn minh hiểu biết thêm lịch sử Cũng nhờ mạng di động làm cho người khơng cịn khoảng cách Ví dụ người khoảng cách xa nhờ vào công nghệ mạng thiết bị đầu cuối khác giúp ta trao đổi tài liệu, thông tin cách đơn giản nhất, thuận tiện 77 Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Khách Q, Giáo trình Nhập mơn IoT Hưng n, Việt Nam: Khoa công nghệ thông tin – UTEHY [2] Phạm Quốc Hùng, Giáo trình Bảo trì Thiết kế hệ thống LAN Hưng Yên, Việt Nam: Khoa công nghệ thơng tin – UTEHY [3] Vũ Khách Q, Giáo trình Thiết kế mạng doanh nghiệp Hưng Yên, Việt Nam: Khoa công nghệ thông tin – UTEHY 78