Mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo 4g

Dịch vụ thoại đã dẫn đường và được chứng minh là thành công cho di động 2G; ngày nay dịch vụ TV và video là động lực của mạng 3G và trong tương lai, mạng 4G là đích hướng tới nhằm cung c

TỔNG QUAN VỀ M Ạ NG DI Đ Ộ N G

Lịch sử mạng di động

Điện thoại di động đầu tiên xuất hiện ở Mỹ vào năm 1946, với hệ thống toàn thành phố sử dụng cấu trúc ô rộng 150MHz Hệ thống này bao gồm sáu kênh, chuyển mạch nhân công và có phân cách kênh 60MHz, đồng thời hoạt động theo cơ chế ấn nút.

Ngay sau khi hệ thống này được triển khai tại các thành phố lớn của Mỹ, nhu cầu sử dụng đã nhanh chóng vượt quá khả năng cung cấp do số kênh hạn chế Để đáp ứng nhu cầu này, việc phân kênh đã được điều chỉnh xuống 30kHz vào năm 1955, tăng số kênh lên 11 Đến năm 1964, kênh thứ 12 được bổ sung ở tần số 450MHz, và hệ thống này đã được khai thác hết công suất, dẫn đến việc bắt đầu triển khai một hệ thống mới ở tần số 450MHz.

Vào năm 1969, hệ thống điện thoại di động cải tiến IMTS (Improved Mobile Telephone Service) đã được ra mắt, sử dụng công nghệ tiên tiến như kết nối tự động quay số, hệ thống truy nhập song công và đa kênh Tuy nhiên, đến năm 1970, hệ thống này đã nhanh chóng trở nên lạc hậu.

Các hệ thống di động và xách tay được phát triển với cấu trúc ô nhỏ để đáp ứng nhu cầu tăng cao vào những năm 1980 Việc áp dụng ô nhỏ đã mang lại nhiều lợi ích cho người dùng.

Vào cuối những năm 1960, Mỹ đã nghiên cứu và phát triển một hệ thống mới theo đề nghị của Ủy ban Thông tin Liên bang (FCC) nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin di động Hệ thống này đã điều chỉnh lại băng tần 800-900MHz, trước đây dành cho truyền hình quảng bá, để phục vụ cho thông tin di động mặt đất.

Sau gần 10 năm nghiên cứu và phát triển, AT&T đã thử nghiệm dịch vụ mới tại Chicago vào năm 1977, tiếp theo là Motorola thử nghiệm tại khu vực Washington/Baltimore vào năm 1978 Hai hãng này đã hợp tác để tạo ra hệ thống tiêu chuẩn mới.

AMPS (Dịch vụ Điện thoại Di động Tiên tiến) đã được triển khai rộng rãi tại tất cả các thành phố ở Mỹ Tại châu Âu, các quốc gia như Thụy Điển, Phần Lan và Đan Mạch đã phát triển hệ thống 450MHz với cấu trúc ô nhỏ, được gọi là NMT-450 (Điện thoại Di động Bắc Âu), và chính thức khai thác thương mại vào năm.

Vào tháng 10 năm 1986, Stockholm và các thành phố lớn trong khu vực đã triển khai hệ thống NMT-900 sử dụng băng tần 900MHz nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ di động Đến tháng 11 năm 1988, hệ thống NMT đã thu hút hơn 54 triệu thuê bao sử dụng.

Theo mô hình Bắc Âu, Anh và Đức đã phát triển các hệ thống viễn thông riêng Anh giới thiệu hệ thống 900MHz dựa trên AMPS của Mỹ với các điều chỉnh trong phân kênh, gọi là TACS (Total Access Communication System), chính thức hoạt động thương mại từ năm 1985 và đạt hơn 40 triệu thuê bao vào tháng 11 năm 1988 Tây Đức cũng triển khai một hệ thống nguyên g c sử dụng tần số 450MHz.

Hệ thống viễn thông đã được triển khai tại các thành phố lớn của Tây Đức từ tháng 11 năm 1985 đến tháng 11 năm 1988, với hơn 8 triệu thuê bao Tại Nhật Bản, nghiên cứu và phát triển hệ thống 800MHz bắt đầu từ khoảng năm 1970, nhằm cung cấp nhiều dịch vụ trên toàn quốc Các đặc tính truyền sóng và kỹ thuật như truyền dẫn thoại/số liệu qua điều tần tương tự băng hẹp đã được nghiên cứu, cùng với việc phát triển chuyển mạch di động cho hàng trăm kênh sử dụng bộ tổng hợp tần số và vi xử lý Hệ thống thông tin di động dựa trên điều khiển bằng chương trình lưu giữ và hệ thống báo hiệu số No7 đã được cải tiến và đưa vào hoạt động tại 23 vùng của Tokyo vào tháng 12 năm 1979, và đến năm 1984, dịch vụ đã được mở rộng ra toàn quốc.

Thế hệ thứ 2 (2G) đã trở thành xu hướng nổi bật trong thập niên 90, đánh dấu sự bùng nổ thuê bao di động toàn cầu Sự phát triển của công nghệ thông tin di động 2G không chỉ mang lại tiện ích vượt trội mà còn thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ công nghệ analog sang digital.

The current phase features digital mobile information systems such as GSM-900MHz (Global System for Mobile), DCS-1800MHz (Digital Cordless System), PDC-1900MHz (Personal Digital Cellular), and IS-54 and IS-95 (Interior Standard) Notably, GSM serves as the foundation for both DCS and PDC systems, which utilize TDMA (Time Division Multiple Access) technology, except for IS systems.

95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code Division Multiple Access)

Thế hệ 2G mang đến nhiều dịch vụ đa dạng và tiện ích hỗ trợ công nghệ thông tin, cho phép người dùng thực hiện chuyển vùng quốc tế, giúp duy trì liên lạc rộng rãi khi di chuyển giữa các quốc gia.

Thế hệ thứ ba (3G) được khởi xướng từ năm 1992 khi Hội nghị thế giới truyền thông phân bổ một số dải tần cho hệ thống di động 3G, bao gồm 230MHz trong dải tần 2GHz, trong đó có 60MHz dành cho liên lạc vệ tinh Liên Hiệp Quốc Tế Truyền Thông (ITU) đã đề xuất một hệ thống di động quốc tế toàn cầu thông qua dự án IMT 2000, sử dụng các dải tần 1885-2025MHz và 2110-2200MHz.

Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W CDMA (Wide band CDMA) kiểu - FDD và TD-CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD Mục tiêu của IMT-

Năm 2000, dịch vụ này đã giúp các thuê bao kết nối và sử dụng các dịch vụ đa truyền thông toàn cầu, với tốc độ lưu lượng bit đạt 144Kbit/s ở vùng rộng và lên đến 2Mbps ở khu vực địa phương Dịch vụ chính thức bắt đầu hoạt động từ năm 2001-2002.

Mạng di động 3G

1.2.1 Tình hình thực tiễn mạng 3G trên thế giới và ở Việt Nam

Tính đến tháng 8/2005, 45 quốc gia và vùng lãnh thổ đã cấp 151 giấy phép kinh doanh dịch vụ di động 3G, trong đó 9 giấy phép bị thu hồi Các nước phát triển như Nhật Bản và một số nước châu Âu đã cấp phép sớm, trong khi các nước đang phát triển mới bắt đầu Từ năm 2000-2001, lượng giấy phép 3G cấp ra cao nhất, nhưng gần đây chỉ có khoảng 10 giấy phép mới được cấp Dịch vụ 3G phát triển mạnh nhất tại Nhật Bản và Hàn Quốc nhờ sự hỗ trợ của chính phủ và thị trường sôi động, trong khi Mỹ và châu Âu phát triển chậm hơn Đến tháng 8/2005, toàn cầu có 211 mạng 3G thương mại, với WCDMA là công nghệ phát triển nhanh nhất Mặc dù số lượng thiết bị đầu cuối 3G tăng lên, nhận thức của người tiêu dùng về 3G vẫn thấp Dịch vụ 3G chủ yếu mang lại doanh thu từ điện thoại, nhưng dịch vụ phi thoại đang tăng trưởng Các nhà khai thác vẫn thận trọng trong đầu tư 3G do chi phí giấy phép cao và nhu cầu thị trường chưa đủ lớn Tại Việt Nam, hiện chưa có nhà mạng nào được cấp phép 3G, nhưng 7 nhà mạng đang thi tuyển để có cơ hội cung cấp dịch vụ này.

+ Cải tiến chất lượng thoại bằng việc sử dụng công nghệ số

+ Băng thông lớn hơn và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, có thể lên đến 2Mbp/s

+ Cung cấp được nhiều thuê bao hơn GSM

+ Cho phép truyền dữ liệu bất đối xứng

+ Có thể cung cấp các dịch vụ như e mail, bản tin ngắn và truy cập - internet băng rộng…và các dịch vụ khác

+ Hỗ trợ cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

+ Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế

+ Thực hiện các cuộc gọi video trên các thiết bị cầm tay và di động

+ Băng tần: Băng tần sử dụng hạn chế

Mặc dù tốc độ truyền thoại và dữ liệu hiện nay đã cao, nhưng vẫn chưa đủ để đáp ứng các dịch vụ yêu cầu truyền hình ảnh và video liên tục với chất lượng cao, chẳng hạn như truyền hình hội nghị, dịch vụ truyền hình theo yêu cầu và game trực tuyến.

Hiện nay, sự đa dạng về tiêu chuẩn 3G gây khó khăn cho việc roaming và trao đổi giữa các mạng Do đó, việc thiết lập một tiêu chuẩn toàn cầu về di động là điều cần thiết.

Hiện nay, nhiều mạng không dây như Wireless LAN đang tồn tại độc lập với 3G, dẫn đến nhu cầu hội tụ các mạng này trong một hệ thống duy nhất, đó chính là 4G.

Nhu cầu về một mạng có băng thông lớn hơn ngày càng gia tăng, đồng thời cần có sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu trên một mạng chuyển mạch gói Điều này đòi hỏi một nền tảng mạng lõi toàn diện để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của người dùng.

Hệ thống 3G gặp nhiều hạn chế về kiến trúc, đặc biệt trong mạng UMTS, nơi có chức năng dự phòng cho các kiểu lưu lượng khác nhau Hơn nữa, kiến trúc này sở hữu một ngăn xếp giao thức phức tạp và sử dụng giao thức SIP tương đối nặng nề.

Cả UMTS và CDMA 2000 đều gặp phải một số hạn chế trong khả năng lập trình dịch vụ, mặc dù đã có nhiều giải pháp được đề xuất, nhưng vẫn chưa đạt được một giải pháp lập trình gắn kết hiệu quả.

Kiến trúc mạng: Đặc tính cơ bản đầu tiên của kiến trúc UMTS đó là sự tách biệt riêng rẽ

Ba miền CS, PS và IMS tương ứng với dịch vụ thoại, dữ liệu và dịch vụ đa phương tiện, giúp dễ dàng chuyển đổi từ 2G lên 3G mà vẫn duy trì đầu tư ban đầu Tuy nhiên, việc dự phòng chức năng mạng là một thách thức, khi các phần tử mạng mới như SGSN và GGSN được phát triển để đảm bảo cung cấp chức năng cho lưu lượng người dùng với chất lượng dịch vụ khác nhau Mặc dù có thể loại bỏ CS và PS để chỉ giữ lại kiến trúc IMS, nhưng chi phí vốn, chi phí vận hành và độ phức tạp trong quá trình chuyển đổi cần được xem xét kỹ lưỡng.

Một hạn chế quan trọng trong ngăn xếp giao thức truyền tải là dữ liệu gói trong miền PS của mạng UMTS điển hình, như được thể hiện trong hình 1.1.

GTP-U UDP IP AAL5 ATM Phy

MS Uu BTS lub Drifting-RNC lur Serving-RNC lu-PS SGSN Gn GGSN

Path of User Data 3GPP Interface chính ở việc sử dụng mạng ATM để kết nối các thực thể mạng lõi và mạng truy nhập

Một gói dữ liệu của người sử dụng phải di chuyển qua nhiều ngăn xếp trước khi đến mạng IP, dẫn đến việc phân chia, kết hợp và truyền lại gói, gây ra độ trễ bổ sung và làm phức tạp mạng một cách không cần thiết.

Ngăn xếp giao thức truyền tải của mạng UMTS sử dụng ATM và GTP để truyền dữ liệu trong mạng lõi (CN) Trong ngăn xếp này, có hai đường hầm GTP: một giữa GGSN và SGSN, và một giữa SGSN và RNC phục vụ Cả hai đường hầm này đều có mặt trong kiến trúc MWIF cũng như các kiến trúc toàn IP khác Tuy nhiên, việc thiết lập hai đường hầm liên tiếp là không mong muốn vì nó làm tăng thêm phần mào đầu trong gói tin.

Ngăn xếp giao thức của UMTS sử dụng hoàn toàn truyền tải ATM để truyền thông từ BTS đến GGSN thông qua IP qua ATM AAL2 từ RNC Tuy nhiên, việc sử dụng IP qua ATM gặp một số vấn đề, bao gồm kích cỡ gói tế bào ATM cố định dẫn đến hiện tượng phân chia gói và độ trễ trong việc thiết lập kênh ảo Điều này yêu cầu sự thỏa thuận giữa các cơ chế điều khiển tốc độ ATM và điều khiển xung đột ở mức cao hơn.

GTP được thiết kế độc lập với các giao thức mạng lớp dưới, cho phép truyền tải qua nhiều giao thức dữ liệu gói khác như X.25, Frame Relay và IP Thiết kế này mang lại lợi ích lớn khi nhiều giao thức có thể phối hợp dễ dàng Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng và phổ biến của IP cho thấy GTP chủ yếu chỉ phục vụ cho một giao thức duy nhất.

Vì vậy, không cần thiết phải bổ sung các giao thức khác vào ngăn xếp giao thức của UMTS

IMS trong UMTS hỗ trợ dịch vụ thời gian thực thông qua phiên bản hiệu chỉnh của giao thức SIP, cho phép đàm phán chi tiết truyền thông và đảm bảo kết nối có QoS trước khi phiên bắt đầu Giao thức này cung cấp báo hiệu để ngăn chặn gian lận dịch vụ Để thiết lập một phiên SIP cơ bản, chỉ cần 3 bản tin và 1,5 RTT, nhưng trong UMTS, giao thức SIP hiệu chỉnh có thể yêu cầu đến 30 bản tin giữa các thực thể mạng Mục tiêu của mạng thế hệ kế tiếp là tối thiểu hóa các thông số này trong khi vẫn đảm bảo QoS và bảo mật.

CHƯƠNG 2 CHUẨN HÓA MẠNG DI ĐỘNG 4G DỰA TRÊN 3G

Tình hình chuẩn hóa

Mạng 4G được định nghĩa đơn giản là thế hệ tiếp theo của mạng không dây, thay thế mạng 3G trong tương lai, đồng thời khắc phục những hạn chế mà 3G gặp phải Từ cuối năm 2002, ý tưởng về một mạng thông tin không dây tiêu chuẩn toàn cầu đã được hình thành, cho phép kết nối với các mạng không dây khác trên một mạng IP backbone duy nhất 4G không chỉ là một công nghệ mới mà còn là ước vọng của các nhóm nghiên cứu và các nhà sản xuất thiết bị như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều nhà cung cấp cơ sở hạ tầng khác, những người không hài lòng với dịch vụ mà 3G đã cung cấp.

Hiện nay, quá trình chuẩn hóa 4G vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu, với sự tham gia của nhiều quốc gia, tổ chức và công ty Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn diễn ra độc lập, dẫn đến việc chưa có tiêu chuẩn cụ thể nào cho 4G Bảng 2.1 liệt kê một số diễn đàn chuẩn hóa 4G.

Bảng 2.1 Một số diễn đàn chuẩn hóa 4G

Khu vực Tổ chức Ghi chú

Châu âu WWRF Là diễn đàn 4G có ảnh hưởng nhất với sự tham gia Nokia, Ericsson, Siemens Châu Á Thái Bình

Hàn Quốc NGMC Việc chuẩn hóa 4G được chính phủ quan tâm với bảo trợ là Bộ viễn thông- thông tin và hãng dẫn đầu là Samsung

Nhật Bản đang chú trọng vào việc chuẩn hóa công nghệ 4G với sự dẫn dắt của hãng DOCOMO, trong khi Trung Quốc cũng bày tỏ mong muốn phát triển một tiêu chuẩn 4G riêng cho quốc gia này.

Các công ty Nhật Bản và Hàn Quốc, đặc biệt là Samsung và DoCoMo, đang dẫn đầu trong việc chuẩn hóa công nghệ 4G Hai quốc gia này đã hợp tác để trao đổi thông tin nhằm thống nhất một tiêu chuẩn 4G chung.

Hiện nay, 3GPP, đại diện cho các công ty GSM/UMTS, đang chuẩn hóa công nghệ 3G với các phiên bản R6 và R7 Trong quá trình này, có một nỗ lực đáng kể nhằm phát triển công nghệ 4G, cụ thể là LTE (Long Term Evolution), với khả năng hỗ trợ tốc độ tải xuống lên đến 100 Mbps và tải lên 50 Mbps, sử dụng băng thông từ 1.25 MHz đến 20 MHz Công nghệ OFDM sẽ được áp dụng cho giao diện vô tuyến Theo kế hoạch, 3GPP dự kiến triển khai 4G vào khoảng năm 2012.

3GPP2, đại diện cho các công ty CDMA2000, đã công bố các lộ trình phát triển mạng sau 3G, bao gồm dự án 3GPP2 Evolution và EV-DO Revision B Các công nghệ này cho phép gộp 15 sóng mang, mỗi sóng mang có băng thông 1.25 MHz, mang lại tốc độ tải xuống lên đến 46,5 Mbps.

Tuy chưa có hệ thống tiêu chuẩn thống nhất cho 4G tuy nhiên có một số công nghệ mà gần như chắc chắn được sử dụng trong mạng 4G đó là

+ Xu hướng tích hợp và hội tụ trong một mạng lõi toàn IP V6

Các công nghệ và kỹ thuật như OFDM, SDR, và MIMO được áp dụng trong mạng truy cập nhằm nâng cao tốc độ và khả năng di chuyển không giới hạn Những giải pháp này giúp cải thiện hiệu suất mạng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng trong môi trường di động.

Một số Tham số quan trọng của 4G

Bảng 2.2 Một số tham số của 4G

Cấu trúc theo nhu cầu sử dụng dịch vụ

Voice là chính data chỉ là cộng thêm Hội tụ data và voice qua IP

Cấu trúc mạng Wide area cell-based

Tích hợp Wireless LAN (WiFi, Bluetooth) và wide area cell-based

Tốc độ 384 Kbps tới 2 Mbps 20 - 100 Mbps ( trong mobile mode)

Dải tần Tùy từng mạng, nước

Dải băng tần cao hơn (2-8 GHz) Độ rộng dải tần 5-20 MHz 100 MHz (hoặc nhiều hơn)

Cả chuyển mạch kênh và gói

Chuyển mạch được gói hóa hoàn toàn

Công nghệ truy cập W-CDMA, 1xRTT, Edge OFDM và MC-CDMA

(Multi Carrier CDMA) Sửa lỗi hướng đi Sử dụng mã xoắn với rate Mã hóa nhiều tầng

Thiết kế các cấu thành mạng

Antenna tối ưu , multiband bằng adapter

Antenna thông minh, multiband bằng phần mềm và sóng vô tuyến dải rộng

IP Chưa được toàn IP, bao gồm cả IP 5.0 Toàn IP (IP6.0)

Mạng 4G

Mạng 4G, như hình 1, là sự kết hợp của nhiều mạng truy cập khác nhau như Wimax và 3G Dù người dùng sử dụng dịch vụ từ mạng nào, tất cả đều được cung cấp bởi cùng một nhà cung cấp dịch vụ, chẳng hạn như IMS (IP Multimedia Subsystem) Mạng lõi là mạng toàn IP (IPv6) với nhiều gateway kết nối tới các mạng truy cập và khối dịch vụ khác nhau Việc lựa chọn một RAN phù hợp là rất quan trọng do một khu vực có thể được bao phủ bởi nhiều mạng truy cập khác nhau.

Packet-based Core network IMT-2000

New radio interface Digital broadcast

Hình 2.1 IMT – hệ thống mạng 4G của ITU 2.3.1 3GPP (LTE: Long Term Evolution)

Kiến trúc 3GPP LTE bao gồm hai mạng lõi chính: mạng lõi GPRS, chịu trách nhiệm kết nối các mạng truy nhập vô tuyến hiện tại như GERAN và UTRAN, và mạng lõi gói nâng cao, phục vụ cho các mạng RAN cải tiến cùng với các mạng truy nhập không phải 3GPP IP.

Hình 2.2 Kiến trúc mạng của 3GPP LTE 2.3.2 WiMAX

Mô hình tham chiếu mạng NRM (Network Reference Model) cho kiến trúc WiMAX được thể hiện trong hình 2.3 Mô hình này bao gồm một mạng phục vụ truy cập, nhằm cung cấp kết nối giữa các trạm dịch vụ hoặc trạm di động với khối cung cấp dịch vụ mạng NSP.

Hình 2.3 Mô hình tham chiếu mạng (NRM) của WiMAX

NAP=Network Access Provider ÁNcess Serving Network

NSP=Network Service Provider CSN=Connectivity Serving Network

ASP=Application Service Provider SS/MS=Subscriber Station/Mobile Subscriber Station

2.3.3 Kiến trúc ITU cho vùng phủ của mạng truy nhập

Một vùng có thể có nhiều mạng truy cập, và ITU đã mô tả kiến trúc mạng để phân bổ dải tần số và vùng phủ cho các mạng này ITU chia các RAN thành bốn nhóm: Nhóm 1 bao gồm các hệ thống trước IMT, IMT-2000 và các phiên bản nâng cấp, với tốc độ dữ liệu từ 1-2.5 Mb/s cho các cell macro, micro, pico Nhóm 2 bao gồm các hệ thống dựa trên IMT-2000, hỗ trợ tốc độ dữ liệu từ 50-100 Mb/s cho tất cả các cell Nhóm 3 bao gồm các mạng LAN vô tuyến hiện tại và các phiên bản nâng cấp, cung cấp tốc độ dữ liệu 50-100 Mb/s cho các cell pico và điểm truy cập Nhóm 4 bao gồm hệ thống phát sóng di động số và các phiên bản nâng cấp.

Kích thước của các cell trong mạng di động có sự biến đổi tùy thuộc vào lưu lượng của từng khu vực Cụ thể, bán kính của cell cỡ macro tại khu vực nội thành thường vượt quá 1km, trong khi ở khu vực nông thôn, bán kính này còn lớn hơn nữa.

40 km Bán kính cell cỡ micro từ 50 m-100 km trong khi với cell cỡ pico thì nhỏ hơn 50 m.

Hoạt động chuẩn hóa

3GPP (Dự án Đối tác Thế hệ Thứ Ba) là một tổ chức phát triển tiêu chuẩn cho hệ thống GSM và 3G UTRAN, được thành lập từ sự hợp tác của các nhóm ETSI, ARIB, TTC, TTA, CCSA và ATIS Tổ chức này bao gồm nhiều nhóm định nghĩa kỹ thuật khác nhau (TSG: Nhóm Đặc tả Kỹ thuật) Ngoài ra, vào năm 1999, một dự án song song mang tên 3GPP2 cũng được thành lập, tập trung vào phát triển 3G cho cdma2000, một công nghệ phát triển từ 2G CDMA theo chuẩn IS 95, với sự tham gia của các thành viên toàn cầu như ARIB, CCSA, TIA và TTC.

TSG RAN (Radio Access Network )

WG 3 Interworking with External Networks

WG5 OSA Open Service Acces

WG5 Mobile Terminal Cormfomance Test

WG6 Smart Card Application Aspects

3GPP TSG RAN là nhóm kỹ thuật chuyên phát triển công nghệ WCDMA, bao gồm cả các cải tiến như HSPA và LTE Nhóm này được chia thành 5 tiểu nhóm làm việc (WG) để thực hiện các nhiệm vụ và nghiên cứu liên quan đến công nghệ mạng di động.

1) RAN WG1: nghiên cứu định nghĩa lớp vật lý

2) RAN WG2 : nghiên cứu định nghĩa giao diện vô tuyến lớp 2 và 3

3) RAN WG3: nghiên cứu định nghĩa giao diện RAN cố định, ví dụ như giao diện giữa các node trong RAN nhưng có bao gồm giao diện giữa RAN và mạng lõi

4) RAN WG4: giải quyết về vấn đề yêu cầu sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến (RF: radio frequency) và quản trị tài nguyên vô tuyến (RRM: radio resource management)

5) RAN WG5: giải quyết vấn đề thử sự tương thích của máy đầu cuối Mục tiêu ban đầu của 3GPP khi mới thành lập năm 1998 là định nghĩa cho hệ thống di động 3G WCDMA với chế độ truy cập UTRA FDD và TD- CDMA với chế độ truy cập UTRA TDD phát triển từ mạng lõi GSM Những đặc điểm duy trì và phát phát triển hệ thống GSM/EDGE được bổ sung vào 3GPP ở giai đoạn sau này và các định nghĩa của UTRA và GSM/EDGE đã đươc phát triển và thông qua trong tổ chức 3GPP Sau khi được thông qua, các thành viên của tổ chức đã áp dụng chúng phù hợp với chuẩn ở mỗi vùng. Đồng thời với 3GPP, Trung quốc đã phát triển một hệ thống 3G dựa trên TD-SCDMA nhưng dần dần hệ thống này đã sát nhập với phiên bản thứ

Công việc của 3GPP được thực hiện dưới sự giám sát của ITU, và kết quả được gửi đến tổ chức này Các thành viên của ITU có trách nhiệm xác định yêu cầu khu vực, ảnh hưởng đến tiêu chuẩn như dải tần số và yêu cầu bảo vệ đặc thù Mỗi ấn bản sẽ được cập nhật sau mỗi phiên họp TSG diễn ra bốn lần mỗi năm Tài liệu của 3GPP được chia thành các ấn bản, với mỗi ấn bản bổ sung các đặc tính mới Đến nay, 3GPP đã phát hành tới 7 ấn bản, với một số đặc trưng được mô tả trong hình 2.5.

Các phiên bản của 3GPP cho UTRA đã được phát triển để đáp ứng yêu cầu của IMT2000 do ITU định nghĩa, bao gồm dịch vụ thoại và video trên cả kênh chuyển mạch và kênh chuyển mạch gói Bản cập nhật đầu tiên cho WCDMA là phiên bản 5 với HSDPA (truy cập gói đường xuống tốc độ cao) và phiên bản 6 với uplink được cải tiến Hai phiên bản này được gọi là HSPA và tập trung vào việc xử lý dữ liệu di động băng rộng Tiếp theo, 3GPP nghiên cứu khả năng và dung lượng băng rộng với LTE (Evolved UTRAN) và SAE (System architecture evolution).

Hiện nay, nhóm WP8F của ITU đang nghiên cứu cải tiến công nghệ 3G IMT-2000 Nhóm này không đưa ra các mô tả kỹ thuật cụ thể mà tiếp tục định nghĩa IMT-2000, hợp tác với các tổ chức chuẩn hóa khu vực nhằm duy trì một bộ khuyến nghị cho IMT-2000.

Khuyến nghị IMT-2000, theo ITU-R.1457, cung cấp quy định về các giao diện vô tuyến, bao gồm một loạt các giao diện vô tuyến mặt đất được mô tả trong hình 2.6 Hình này thể hiện sự phát triển của các tiêu chuẩn bởi các tổ chức SDO (Standards Developing Organization) và các dự án hợp tác Bên cạnh đó, nhiều giao diện vô tuyến vệ tinh IMT-2000 cũng đã được xác định, mặc dù không được hiển thị trong hình 2.6.

M.1457 cung cấp cái nhìn tổng quan về từng giao diện vô tuyến, kèm theo danh sách tài liệu tham khảo cho mô tả chi tiết Các quy định cụ thể được quản lý bởi các Tổ chức Phát triển Tiêu chuẩn (SDO) riêng biệt.

Cùng với sự phát triển của giao diện vô tuyến IMT-2000, ITU đã tiến hành nâng cấp UTRA thành UTRA tăng cường và cập nhật các khuyến nghị cần thiết Nhóm làm việc ITU R WP8F tiếp tục điều chỉnh khuyến nghị M.1457 dựa trên kết quả hoạt động của các tổ chức phát triển tiêu chuẩn (SDO) và các dự án hợp tác.

IMT-2000 FDMA/TDMA ( DECT ) ETSI

IMT-2000 CDMA TDD ( UTRA FDD ) 3GPP

IMT-2000 CDMA Multi-Carrier ( CDMA2000 ) 3GPP2

ITU-R-Family of IMT-2000 Terrestrial Radio Interfaces

Hình 2.6 Định nghĩa IMT-2000 trong ITU-R Để đảm bảo những quy định của IMT 2000, hoạt động chính của ITU- -

R WP8F là một phần của hệ thống IMT 2000, được gọi là IMT cải tiến, tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật và dịch vụ, dự báo thị trường, nguyên tắc chuẩn hóa, tính toán nhu cầu phổ và xác định dải tần cho IMT cải tiến Tại phiên họp đầu tiên vào tháng 3 năm 2000, WP8F đã thành lập 6 nhóm làm việc (WG) với các nhiệm vụ cụ thể cho mỗi nhóm.

- Đưa ra lộ trình cho IMT 2000 và những hệ thống IMT dựa trên IMT

- Phối hợp và thực hiện những kế hoạch ngắn hạn của nhóm làm việc kỹ thuật vô tuyến và cộng tác cùng nhóm khác trong WP 8F

Để đạt được mục tiêu dài hạn từ 5 đến 10 năm, cần xây dựng một kế hoạch chi tiết và phân chia thành các giai đoạn từ 3 đến 7 năm Mỗi giai đoạn sẽ được liên kết chặt chẽ với kế hoạch ngắn hạn dành cho từng nhóm làm việc khác nhau, đảm bảo sự đồng bộ và hiệu quả trong quá trình thực hiện.

- Duy trì và cập nhật các khuyến nghị khác của IMT-2000 chẳng hạn ( như những yêu cầu cấu trúc, nguyên lý và khái niệm…)

- Đưa ra các ấn phẩm tạo thuận lợi cho IMT 2000 đạt được sự triển - khai trên toàn cầu

- Xem xét các vấn đề liên quan nhu cầu của những quốc gia đang phát triển

Đảm bảo rằng các hoạt động của IMT 2000 đáp ứng đầy đủ nhu cầu, đồng thời giám sát hoạt động nghiên cứu trong mối quan hệ tương tác với ITU-R và tăng cường hợp tác với ITU-D.

- Duy trì và cập nhật các khuyến nghị IMT-2000 riêng của nhóm làm việc này

- Duy trì và cập nhật thành phần mặt đất IMT-2000 RSPC liên quan ới t những tổ chức bên ngoài

- Duy trì và cập nhật thành phần vệ tinh IMT-2000 RSPC liên quan tới WP8D

- Duy trì và cập nhật các khuyến nghị IMT-2000 khác riêng trong nhóm làm việc này; cung cấp những đặc điểm của anten thích ứng cho IMT-

2000 bao gồm những đặc tính kỹ thuật, ưu điểm, hiệu năng và các ứng dụng

- Xem xét các khía cạnh kỹ thuật kháccủa IMT-2000, tiếp nhận những sản phẩm trung hạn của WS-Vision.

- Phối hợp với những tổ chức bên ngoài

Here is a rewritten paragraph that summarizes the content of your article, complying with SEO rules:"IMT-2000 và các hệ thống dựa trên đó đang phải đối mặt với nhiều vấn đề phổ biến, bao gồm cả vấn đề thực hiện phổ và chia sẻ phổ nếu cần thiết Ngoài ra, dung lượng và nhiễu giữa IMT-2000 và các dịch vụ khác cũng là những vấn đề cần được xem xét kỹ lưỡng Để đảm bảo hiệu suất và chất lượng của hệ thống, cần phải giải quyết các vấn đề này một cách hiệu quả."

- Duy trì và cập nhật phổ IMT 2000 hiện thời liên quan tới - các khuyến nghị và báo cáo

- Hoạt động với chức năng phối hợp WP 8F nội bộ và trọng tâm là vệ tinh

- Duy trì và cập nhật các khuyến nghị ITU-R liên quan tới IMT 2000 - và những hệ thống dựa trên IMT-2000 và làm việc phối hợp mật thiết với WP 8D

- Xác định những tài liệu văn bản liên quan tới WP 8D

WWRF (Wireless World Research Forum)

Mục đích của WWRF là xây dựng một định hướng toàn cầu cho tương lai của vô tuyến, đồng thời thúc đẩy nghiên cứu và chuẩn hóa Các vấn đề quan trọng trong lộ trình này bao gồm việc xác định các xu hướng công nghệ, cải thiện hiệu suất mạng và đảm bảo tính bền vững trong phát triển vô tuyến.

- Đưa ra quan điểm đối với những quyết định ảnh hưởng thế giới vô tuyến

- Cho phép cộng tác R&D mạnh mẽ

- Tăng cường lĩnh vực vô tuyến để phục vụ khách hàng

Mục tiêu cơ bản của WWRF:

- Phát triển và duy trì định hướng phù hợp cho thế giới vô tuyến

Nghiên cứu các xu hướng kỹ thuật và xã hội trong hệ thống di động và vô tuyến là rất quan trọng, nhằm thúc đẩy sự phát triển của thế giới vô tuyến Việc định nghĩa rõ ràng các khía cạnh này sẽ giúp cải thiện hiệu quả và khả năng kết nối trong lĩnh vực di động.

- Định nghĩa và đánh giá tiềm năng kỹ thuật mới và xu hướng của thế giới vô tuyến

- Đóng ghóp vào sự hình thành các chương trình nghiên cứu quốc gia và quốc tế

- Đơn giản hóa các quá trình chuẩn hóa bởi kết hợp hài hòa các quan điểm

- Thông báo rộng rãi về hoạt động nghiên cứu đang tập trung vào thế giới vô tuyến

Các mục tiêu khác bao gồm:

Đóng góp vào sự phát triển chung của thế giới vô tuyến, bài viết này tập trung vào việc xác định các nghiên cứu liên quan đến tương lai của truyền thông di động và vô tuyến.

- Kêu gọi các thành viên tham gia trên toàn cầu

- Phối hợp và liên kết những khái niệm thế giới vô tuyến

- Cung cấp một địa điểm cho việc giới thiệu những kết quả nghiên cứu

The Wireless World Research Forum (WWRF) supports organizations such as 3GPP, 3GPP2, ETSI, IETF, ITU, and the UMTS Forum in standardization and commercialization efforts stemming from research activities However, WWRF is not a standard-setting organization Collaborative agreements have been established between WWRF and various forums, including UMTS in January 2003, Mobile IT Forum in May 2003, IEEE in October 2003, SDR Forum in December 2004, and Next-Generation Mobile Communications Forum in May 2005 Additionally, WWRF maintains informal collaborations with members like 3GPP, 3GPP2, CDG, and DARPA.

MẠNG DI ĐỘNG 4G

Dựa trên 3G

- Hiệu năng: Hệ thống 4G sẽ hỗ trợ các dịch vụ video chất lượng cao với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Mbps

Kỹ thuật 4G cung cấp dải thông với tốc độ truyền dẫn vượt quá 20 Mbps, cho phép cung cấp dịch vụ giải trí và thông tin hiệu quả tại các điểm truy cập mạng LAN, bao gồm sân bay, nhà riêng và công sở.

Khả năng hoạt động xuyên mạng hiện nay gặp khó khăn do sự tồn tại của nhiều chuẩn 3G, gây trở ngại cho việc chuyển vùng và vận hành Do đó, cần thiết phải có một chuẩn thống nhất toàn cầu để tạo điều kiện cho việc luân chuyển dịch vụ và di động toàn cầu, giúp khách hàng không bị ràng buộc bởi bất kỳ nhà cung cấp thiết bị nào.

- Kỹ thuật Không phải toàn bộ là chuẩn mới, cơ sở của 4G là tập hợp : những kỹ thuật hiện thời và là một hội tụ của nhiều kỹ thuật.

Kiến trúc mạng 4G

Kiến trúc mạng 4G hiện tại chưa được định nghĩa rõ ràng, nhưng một số chuyên gia đã đề xuất phân lớp mạng Mạng thế hệ mới sẽ kết hợp các kỹ thuật hiện có và cải tiến, cho phép chuyển giao không giới hạn giữa các kỹ thuật bất kể vị trí địa lý, với tốc độ dữ liệu cao, dung lượng lớn, chất lượng dịch vụ tốt và chi phí thấp Dự kiến, mạng 4G sẽ bao gồm bốn cấp: mạng cá nhân, mạng nội hạt, mạng tế bào và mạng vệ tinh Mạng nội hạt, như các mạng LAN sử dụng công nghệ LAN vô tuyến, có vùng phủ lớn hơn mạng cá nhân và thường được áp dụng tại các điểm truy cập như quán cà phê, khách sạn và sân bay Mạng tế bào bao gồm các mạng 2G và 3G, cũng như các mạng tế bào cải tiến, trong khi mạng di động vệ tinh có vùng phủ lớn nhất trong tất cả các cấp mạng.

Mobile Layer GSM/ EGPRS/ UMTS

Fixed Layer e.g wired telephony Personal Network e.g Bluetooth

Hình 3.1 Kiến trúc phân lớp mạng thế hệ kế tiếp (DAB: Digital audio broadcasting; DVB: digital vidieo: broadcasting )

Trong mạng 4G, thiết bị người dùng cần thực hiện chuyển giao theo cả chiều dọc và chiều ngang Chuyển giao theo chiều ngang diễn ra trong cùng một mức mạng, bao gồm cả chuyển giao cứng và mềm, trong khi chuyển giao theo chiều dọc xảy ra giữa các mức mạng khác nhau Ví dụ, khi một laptop kết nối WLAN tại văn phòng và sau đó rời đi, nó sẽ chuyển sang mạng di động như CDMA hoặc EDGE Do đó, thiết bị 4G phải là thiết bị thông minh, có khả năng tương tác với nhiều kỹ thuật vô tuyến khác nhau và lựa chọn kỹ thuật phù hợp cho từng dịch vụ thông qua quá trình chuyển giao.

Khung đặc tính của mạng 4G

Khung đặc tính của mạng 4G có thể được tóm gọn trong khái niệm tích hợp, thể hiện sự kết nối không biên giới giữa đầu cuối, mạng và ứng dụng, cùng với người sử dụng.

- Tách khỏi người sử dụng, các mục tiêu bao gồm đầu cuối, mạng và ứng dụng

- Hội tụ các mục tiêu đã đề cập ở trên

- Khả năng thích ứng các đặc tính giữa những mục tiêu khác nhau tạo nên sự tích hợp không biên giới

* Tính đa dạng trong mạng 4G

Có hai kiểu đa dạng trong mạng 4G

Đa dạng trong mang lại giải pháp cho khả năng thích ứng, với việc phân chia thành các mục tiêu cụ thể Đối với người sử dụng, đa dạng trong thể hiện qua các hình thức giao tiếp như nghe và thoại Đối với thiết bị đầu cuối, điều này có nghĩa là một thiết bị có thể tích hợp nhiều chức năng, chế độ và giao diện khác nhau Về mạng, đa dạng trong đề cập đến sự kết nối liên tục giữa nhiều mạng và khả năng chia tải giữa chúng Cuối cùng, trong lĩnh vực ứng dụng, đa dạng trong cho phép một ứng dụng đáp ứng nhiều mức chất lượng, kiểu thay đổi và các khuôn dạng khác nhau.

Tổng quan quy hoạch cho mạng 4G

Quy hoạch mạng 4G phức tạp hơn nhiều so với các thế hệ mạng trước, bao gồm GSM, GPRS, EDGE và UMTS, mỗi mạng được quy hoạch theo các miền như vô tuyến, truyền dẫn và lõi Hệ thống 4G tích hợp cho phép chuyển vùng không biên giới giữa nhiều công nghệ, cho phép người dùng chuyển đổi linh hoạt giữa mạng tế bào, mạng vệ tinh và mạng vô tuyến cố định, tùy thuộc vào vùng phủ sóng và sở thích cá nhân.

Quy hoạch mạng là quá trình thiết lập cấu trúc hệ thống, bao gồm việc xác định phổ, bán kính tế bào và khu vực dịch vụ theo cấp bậc.

Hệ thống 4G cung cấp băng thông trên 20 Mbps, thúc đẩy tăng lưu lượng và yêu cầu sử dụng tài nguyên tần số hiệu quả hơn Với dải tần thấp đã được khai thác triệt để cho truyền thông di động, dải tần 4G được đề xuất nằm trong khoảng từ 3G đến 5G.

Theo quy hoạch, dải tần cho 4G lớn gấp 3 lần so với 2G, dẫn đến bán kính tế bào của trạm phát sóng sẽ giảm nếu các điều kiện khác không thay đổi Tín hiệu vô tuyến được phát với tốc độ bít cao hơn nhưng tốc độ truyền dẫn thấp hơn để giảm thiểu nhiễu Hệ thống 4G hoạt động ở dải tần cao hơn, do đó, xác suất mất tín hiệu vô tuyến cũng cao hơn so với hệ thống 2G và 3G.

Sự gia tăng tỷ lệ mất thông tin trong hệ thống 4G do dải tần hoạt động và tốc độ kênh yêu cầu giảm bán kính tế bào, với độ cao anten là 23 m Điều này đồng nghĩa rằng, để phủ một vùng diện tích tương tự như hệ thống 3G, hệ thống 4G cần phải tăng số lượng tế bào.

Để tăng dung lượng mạng, bán kính tế bào cần được giảm xuống, đặc biệt là khi kích thước tế bào nhỏ hơn Điều này dẫn đến việc độ cao anten của BS trong khu vực nội thị phải thấp hơn gấp 4 lần.

Vùng phục vụ phân cấp

Mặc dù tất cả các thiết bị kết nối mạng 4G qua sóng vô tuyến, nhưng việc kết nối trực tiếp với hệ thống gặp khó khăn do kích thước anten và nguồn tiêu thụ Các thiết bị nhỏ có thể truy cập mạng 4G thông qua trạm nhỏ, hoạt động như đầu cuối di động (MT), giúp tạo ra các vùng phục vụ với nhiều tế bào chồng lấn.

Một số kỹ thuật sau đây là một phần của mạng 4G

MC-CDMA là sự kết hợp giữa OFDM và CDMA, trong đó tín hiệu của từng người sử dụng được nhân với mã trực giao để phân biệt Mỗi người dùng có thể được cấp phát nhiều mã, cho phép dữ liệu được trải rộng trong miền thời gian và tần số Kỹ thuật này chủ yếu được áp dụng cho đường xuống (dowlink).

SC-FDMA (single cerrier frequency division multiple access)

Kỹ thuật này được áp dụng cho đường lên (uplink)

Kỹ thuật anten thông minh

Hệ thống MIMO là công nghệ tiên tiến giúp nâng cao hiệu suất của mạng 3G và 4G, mang đến cho người dùng trải nghiệm di động với tốc độ dữ liệu cao Kỹ thuật này tận dụng nhiều anten tại cả trạm thu và trạm phát để cải thiện khả năng truyền tải của kênh vô tuyến.

Kỹ thuật OFDM-MIMO kết hợp hiệu quả cao và tăng thông lượng bằng cách phát đồng thời dữ liệu đã điều chế OFDM từ nhiều anten Tại phía thu, sau khi giải điều chế OFDM, MIMO sẽ thực hiện giải mã từng kênh con để tách dữ liệu từ tất cả anten phát.

TCP/IP là phương tiện truyền dẫn đáng tin cậy trong mạng hữu tuyến, nhưng mạng vô tuyến thường gặp vấn đề về kênh thay đổi theo thời gian và mất gói dữ liệu do hiện tượng pha đinh Những vấn đề này dẫn đến nghẽn mạng do cơ chế TCP, gây lãng phí tài nguyên kênh vô tuyến và làm giảm hiệu năng hệ thống.

Để thiết lập một cơ chế truyền phát gói dữ liệu qua TCP trong mạng 4G, cần áp dụng nguyên lý ARQ kết hợp với hệ thống AMC và lập lịch khe thời gian nhằm phỏng đoán kênh Chương 4 sẽ trình bày chi tiết về các kỹ thuật này.

Vô tuyến xác định mềm -SDR

SDR (Software Defined Radio) là một hệ thống truyền thông vô tuyến sử dụng phần mềm để điều chế và giải điều chế tín hiệu Thiết kế này nhằm mục đích phát triển một hệ thống phát và thu mới cho giao thức vô tuyến, chỉ cần cài đặt phần mềm tương ứng.

Vô tuyến hội tụ -CR

Mô hình CR cho phép chia sẻ phổ một cách linh hoạt giữa nhiều nhà khai thác và người dùng, mang lại lợi ích cho các kiểu người sử dụng Kỹ thuật này không chỉ tạo ra mô hình mạng và truyền thông mới cho thế giới vô tuyến, mà còn mở ra cơ hội kinh doanh hấp dẫn cho các nhà khai thác hiện tại và những nhà khai thác nhỏ mới tham gia thị trường, đáp ứng nhu cầu sử dụng phổ trong tương lai.

CR là sự phát triển của SDR, tập trung vào việc ứng dụng phần mềm để hỗ trợ các thuật toán điều khiển Mục tiêu của CR là xác định tần số rỗi và phân bổ tần số đó một cách hiệu quả nhất.

Ba kiến trúc có thể có thể sử dụng trong tương lai như sau

- Thiết bị đa chế độ

Quy hoạch kiến trúc mô hình toàn IP

Mạng 4G được thiết kế với cấu trúc lõi hoàn toàn dựa trên IP, bao gồm mạng lõi chịu trách nhiệm điều khiển dịch vụ và mạng truy cập vô tuyến đảm nhiệm việc truyền dẫn và quản lý tài nguyên vô tuyến Sự điều khiển di động giữa CN và RAN được thực hiện thông qua giao tiếp sử dụng gói IP Mỗi thiết bị di động trong mạng 4G sở hữu một địa chỉ IP riêng, cho phép kết nối trực tiếp với internet và gián tiếp với PSTN và ISDN thông qua gateway Mô hình này hỗ trợ tích hợp nhiều loại RAN dựa trên IP và cung cấp dịch vụ thông qua một mạng lõi chung.

Để sử dụng RAN hiệu quả, cấu hình mới cần có tính năng điều khiển trạm gốc phân bố và kết nối vô tuyến đa bước nhảy RAN 3G có kiến trúc cây theo chiều dọc, trong đó nhiều trạm phát sóng (BS) được kết nối tới bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) Để nâng cao chất lượng tín hiệu trên đường truyền vô tuyến, nguyên lý chuyển giao phân tập được áp dụng, cho phép một đầu cuối di động kết nối với nhiều BS cùng lúc Khi một thiết bị di động chuyển giao giữa hai BS gần nhau, tất cả tín hiệu lớp 1 từ thiết bị đến các BS sẽ được truyền tới RNC, nơi tín hiệu được kết hợp để tạo thành luồng dữ liệu cho người sử dụng, từ đó cải thiện lưu lượng trên các kết nối.

BS sẽ tăng cường so với thông tin ban đầu của người dùng Nếu áp dụng cấu hình tương tự cho 4G RAN, việc chuyển giao sẽ diễn ra thường xuyên hơn, dẫn đến tải trọng lớn trên cả kết nối vô tuyến và thiết bị xử lý tín hiệu RNC, từ đó làm gia tăng đáng kể chi phí trong RAN.

Kiến trúc RAN cho 4G là mạng RAN tế bào phân bố theo cluster, trong đó các trạm phát sóng (BS) được nhóm thành một cluster với một BS đứng đầu kết nối tới mạng lõi (CN) Các BS trong cluster được kết nối theo kiểu mạng LAN, và chức năng của RNC được phân bổ cho từng BS.

Để giảm tải trên kết nối vô tuyến và bộ xử lý tín hiệu, điều khiển xử lý tín hiệu lớp 1 được phân bố giữa các trạm phát sóng (BS) Tín hiệu đường lên từ nhiều trạm BS (BS slave) được thu và chuyển thẳng tới trạm gốc.

Khi môi trường di chuyển, vai trò của BS master sẽ được chuyển giao cho một BS lân cận, cùng với sự gia nhập của một số BS mới và sự rời bỏ của một số khác BS kết nối với môi trường tạo ra một kiểu “BS ảo” đại diện cho BS master Nếu tín hiệu lớp 1 chỉ truyền trong cluster, việc điều khiển chuyển giao phân tập chỉ diễn ra trong cluster đó Tuy nhiên, khi tín hiệu được truyền qua gói IP với BS hoạt động như router, chuyển giao có thể thực hiện độc lập với cluster Tín hiệu gói đường xuống sẽ được phát quảng bá từ BS đứng đầu cluster tới các BS khác trong cluster.

Kết nối vô tuyến đa bước nhảy

Kết nối vô tuyến đa bước nhảy tận dụng ưu điểm của kiến trúc RAN kiểu cluster để giải quyết các vấn đề truyền dẫn tín hiệu So với kết nối đơn bước nhảy, khoảng cách truyền dẫn trong kết nối đa bước nhảy được rút ngắn, nhưng yêu cầu dung lượng truyền dẫn lớn hơn do lưu lượng chuyển tiếp Mặc dù có lưu lượng chuyển tiếp, kết nối vô tuyến đa bước nhảy vẫn ưu việt hơn về tổng công suất đầu ra Hơn nữa, trong cấu hình đa bước nhảy, không cần tìm kiếm một đường vô tuyến trực tiếp, mà chỉ cần kết nối trực tiếp một BS với BS đứng đầu cluster.

Kiến trúc 4G tích hợp các công nghệ như Ethernet (802.3) cho truy cập có dây, Wi-Fi (802.11b) cho truy cập LAN không dây và WCDMA cho truy cập di động, tất cả đều dựa trên IPv6 Trong môi trường này, việc chuyển giao giữa các công nghệ là điều cần thiết, vì vậy, di động không chỉ đơn thuần là xử lý ở lớp vật lý mà còn yêu cầu thực hiện ở cả lớp mạng.

Yêu cầu của mạng là đảm bảo chuyển giao đầu cuối không gián đoạn và duy trì chất lượng QoS theo thỏa thuận QoS và hệ thống AAAC (xác thực, ủy quyền, kế toán và tính phí) phục vụ người dùng dựa trên SLA đã thỏa thuận, hoạt động tương ứng với mức mạng và dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ cần theo dõi liên tục dịch vụ của khách hàng cả khi ở mạng nhà và khi chuyển vùng Các chức năng của mạng có thể được liệt kê như sau:

+ Hỗ trợ vật lý sự di chuyển của đầu cuối và đa lỹ thuật;

+ Đảm bảo mức QoS theo thỏa thuận theo từng luồng lưu lượng;

+ Hỗ trợ trao đổi thông tin vận hành cho phía cung cấp dịch vụ đa nhà khai thác;

+ Có chức năng giám sát thích hợp về thông tin cung cấp tới nhà khai thác dịch vụ về việc sử dụng mạng và dịch vụ;

+ Thực hiện bảo mật trên cả thông tin điều khiển mạng và lưu lượng người sử dụng;

+ Các thực thể trong kiến trúc

Hai thực thể chính được xem xét trong kiến trúc bao gồm:

+ Người sử dụng: là người có một thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) cho một tập dịch vụ;

+ Nhà khai thác: người chủ quản lý mạng, cung cấp việc truyền tải thông tin giữa các điểm kết cuối.

Những thách thức và hạn chế của mạng 4G

Không có kỹ thuật nào là hoàn hảo và trường hợp 4G cũng vậy, nó phải đối mặt với những thách thức và hạn chế nhất định

3.6.1 Thuê bao di động Đầu cuối di động đa chế độ là cần thiết để có thể tương thích với nhiều mạng vô tuyến khác nhau có nhiều dịch vụ đa dạng, do đó không còn cần thiết phải có nhiều đầu cuối riêng rẽ nữa Kỹ thuật hứa hẹn nhất là vô tuyến mềm nhưng kỹ thuật này hiện nay không hoàn toàn khả thi không hoàn toàn khả thi đối với tất cả mạng vô tuyến vì những lý do sau:

Để phục vụ dải tần rộng bao phủ tất cả các mạng 4G, không thể chỉ sử dụng một anten và một LNA Giải pháp khả thi là sử dụng nhiều tín hiệu tương tự hoạt động ở các dải tần khác nhau, tuy nhiên điều này làm tăng độ phức tạp trong thiết kế và kích thước vật lý của đầu cuối di động.

Bộ chuyển đổi ADC hiện tại cho đầu cuối di động có tốc độ chưa đáp ứng yêu cầu, đặc biệt là trong hệ thống GSM, nơi cần ít nhất 17 bít và tốc độ lấy mẫu rất cao Tốc độ của các bộ chuyển đổi ADC nhanh nhất hiện nay vẫn chậm hơn 2 đến 3 lần so với yêu cầu cần thiết.

Để các chức năng giao tiếp vô tuyến xác định mềm hoạt động trong thời gian thực, việc sử dụng bộ chuyển đổi tần số, bộ lọc số, trải phổ và DSP song song là cần thiết Tuy nhiên, điều này làm tăng độ phức tạp của mạch và dẫn đến tiêu thụ nguồn lớn cũng như hao phí năng lượng.

3.6.2 Mạng vô tuyến Để sử dụng 4G, đầu cuối người dùng đa chế độ cần có khả năng lựa chọn hệ thống vô tuyến Quá trình phát tin quảng bá chu kỳ của mạng tới thuê bao di động trở nên phức tạp trong mạng 4G bởi vì sự khác nhau trong các kỹ thuật vô tuyến và giao thức truy cập Một trong những giải pháp có thể đó là sử dụng thiết bị vô tuyến mềm để có thể quét những mạng sẵn sàng và sau khi quét, thiết bị sẽ tải phần mềm yêu cầu và cấu hình theo mạng lựa chọn Phần mềm có thể dược tải về từ phương tiện như một PC server hoặc qua vô tuyến OTA

Lựa chọn mạng vô tuyến

Với đầu cuối 4G, khách hàng có thể chọn mạng vô tuyến phù hợp cho mỗi phiên kết nối truyền thông Việc lựa chọn mạng chính xác là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho từng phiên Tuy nhiên, việc tìm kiếm mạng phù hợp trở nên phức tạp do độ sẵn sàng của các mạng thay đổi theo thời gian.

Trong di động đầu cuối, hai vấn đề chính là quản lý vị trí và quản lý chuyển vùng Quản lý vị trí liên quan đến việc theo dõi và định vị đầu cuối di động để đảm bảo kết nối, trong khi quản lý chuyển vùng xử lý thông tin về vị trí ban đầu và hiện tại của các cell, cũng như thông tin nhận thực và khả năng QoS Đồng thời, quản lý chuyển vùng còn đảm bảo duy trì kết nối khi đầu cuối thực hiện chuyển vùng IPv6 di động là chuẩn IP hỗ trợ giao thức di động cho hệ thống vô tuyến, với mỗi đầu cuối được cấp một địa chỉ IPv6 Khi đầu cuối di chuyển ra khỏi mạng địa phương, địa chỉ mạng cũ không còn hiệu lực và một địa chỉ mới trong mạng khách sẽ được cấp phát Quá trình chuyển vùng này có thể làm tăng tải trong hệ thống.

Kiến trúc hạ tầng mạng

Các hệ thống vô tuyến hiện nay được chia thành hai loại chính: hệ thống sử dụng kỹ thuật IP và hệ thống không IP Hệ thống không IP chủ yếu phục vụ cho truyền thoại như GSM và CDMA, trong khi hệ thống IP hỗ trợ dịch vụ dữ liệu như 802.11 và HIPERLAN Trong mạng 4G vô tuyến, việc tích hợp giữa hai loại mạng này là điều tất yếu và cần chú trọng đến chất lượng dịch vụ QoS điểm tới điểm.

Bảo mật và riêng tư

Mối quan tâm chính trong thiết kế bảo mật cho hệ thống 4G là tính mềm dẻo, do hệ thống bảo mật hiện tại chủ yếu được thiết kế cho dịch vụ thoại, gây khó khăn trong việc triển khai ở môi trường tích hợp Hơn nữa, các thuật toán mã hóa và giải mã cùng kích thước khóa hiện tại là cố định, dẫn đến việc chúng không linh hoạt khi áp dụng cho các kỹ thuật và thiết bị khác nhau.

Hệ thống tính cước và đa nhà khai thác

Hiện nay, các nhà khai thác thường áp dụng phương pháp tính cước đơn giản dựa trên dịch vụ, thời gian gọi và dung lượng dữ liệu Tuy nhiên, với sự phát triển của hệ thống 4G và sự đa dạng dịch vụ, cần thiết phải có các hệ thống thanh toán và tính cước phức tạp hơn Khách hàng hiện tại không chỉ gắn bó với một nhà khai thác mà sử dụng nhiều dịch vụ từ nhiều nhà cung cấp khác nhau cùng một lúc.

Để xây dựng một hệ thống tính cước hiệu quả cho mạng 4G, cần cân nhắc các nguyên lý tính cước khác nhau như dựa vào dữ liệu, thời gian và thông tin Thách thức lớn là phát triển một phương thức tính cước toàn diện, bao quát tất cả các nguyên lý liên quan Mạng 4G hỗ trợ truyền thông đa phương tiện với nhiều thành phần và đơn vị tính cước khác nhau Hiện nay, các chuyên gia hàng đầu vẫn đang nghiên cứu nhiều mô hình để đáp ứng yêu cầu về tính linh hoạt, ổn định, chính xác và dễ sử dụng cho hệ thống tính cước này.

Di động cá nhân tập trung vào việc di chuyển của người sử dụng, liên quan đến truyền thông cá nhân và môi trường hoạt động cá nhân Bản tin video được gửi đến người dùng di động sẽ chính xác, bất kể vị trí hay loại thiết bị đang sử dụng Môi trường hoạt động cá nhân cung cấp dịch vụ tương thích, cho phép người sử dụng chuyển từ mạng nhà sang mạng khách mà không gặp trở ngại.

Hỗ trợ QoS trong mạng 4G gặp nhiều thách thức do sự biến đổi tốc độ bít, đặc tính kênh và phân bổ băng thông Các yếu tố như mức độ lỗi và chuyển vùng giữa các mạng vô tuyến hội tụ cũng ảnh hưởng đến QoS QoS có thể được thực hiện ở nhiều cấp độ khác nhau, bao gồm gói tin, phiên kết nối, mạch, người sử dụng và toàn bộ mạng.

QoS mức độ -gói tin

Các tham số quan trọng trong mạng như jitter, thông lượng và tỷ lệ lỗi có thể ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dữ liệu Ngoài ra, tài nguyên mạng như không gian bộ đệm và giao thức truy cập cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa kết nối mạng.

Chất lượng này mô tả cả về thời gian để hoàn thành một kết nối và tỷ lệ mất gói

Chất lượng cuộc gọi phụ thuộc vào khả năng thiết lập và duy trì kết nối của mạng, bao gồm cả các cuộc gọi mới và cuộc gọi đang diễn ra.

QoS mức độ - người sử dụng

Giới thiệu mạng di động UMTS - LTE

3GPP đã bắt đầu nghiên cứu chuẩn hóa cho UTRAN LTE từ năm 2005, với trọng tâm thảo luận là phương thức đa truy cập và kiến trúc mạng, đặc biệt là về sự phân chia giữa mạng lõi và mạng truy cập Các yêu cầu cho chuẩn hóa này đã được xác định rõ ràng.

+ Tối ưu miền chuyển mạch gói: UMTS cải tiến hướng tới một hệ thống chỉ có chuyển mạch gói;

+ Thời gian phục vụ UE dưới 30 ms và trễ truy nhập dưới 300ms;

+ Tốc độ tối đa đường lên/đường xuống tương ứng 50/100 Mbps;

+ Đảm bảo tính di động và bảo mật tốt;

+ Cải thiện hiệu quả sử dụng công suất máy đầu cuối;

+ Kiến trúc đơn giản, giảm số lượng phần tử mạng;

+ Cấp phát dải thông mềm dẻo với các khả năng 1,25; 2,5; 5; 10; 15 và

+ Cải thiện tốc độ biên tế bào và hiệu quả sử dụng phổ;

+ Dung lượng cao hơn so với HSDPA/HSUPA phiên bản 6: thông lượng đường xuống gấp 3 4 lần và đường lên gấp 2 lần;- -3

3GPP đã đánh giá nhiều phương thức đa truy cập khác nhau và nhanh chóng quyết định chọn OFDMA cho kênh xuống và SC-FDMA cho kênh lên Hiện tại, một số nội dung quan trọng đang được phát triển liên quan đến các phương thức này.

+ Dải thông mềm dẻo và lớn hơn:

Cấp phát phổ trong UMTS thường giới hạn băng thông tối đa 5 MHz, trong khi WCDMA/HSPA hoạt động hiệu quả ở dải băng này với độ phức tạp thấp LTE được thiết kế để cung cấp tốc độ bit cao hơn, sử dụng băng thông lên tới 20 MHz Kỹ thuật OFDM kết hợp với CDMA có thể mang lại hiệu suất cao hơn khi băng thông tăng, với các tín hiệu OFDM trực giao và giảm thiểu nhiễu đa đường từ CDMA Hơn nữa, OFDM cho phép linh hoạt hơn trong việc xử lý các dải băng khác nhau trong cùng một hệ thống.

Trong quá trình phát triển kiến trúc, tương tự xu hướng HSUPA và HSDPA, ngày càng nhiều phần tử thông minh được bổ sung vào trạm gốc

Kiến trúc ban đầu của UMTS được thiết kế theo cấu trúc phân cấp, với các chức năng vô tuyến tập trung tại bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC Trong kiến trúc mặt phẳng, chức năng vô tuyến được tích hợp tại trạm gốc, cho phép áp dụng thủ tục gói nhanh và cấp phát miền tần số Điều này giúp cải thiện dung lượng tế bào lên tới 50% trong điều kiện tương tự Sắp xếp miền tần số có thể thực hiện với OFDMA, trong khi CDMA không hỗ trợ do nhiễu trải rộng toàn bộ giải thông.

+ Giải pháp đường lên có bộ khuyếch đại thuận tiện với SC-FDMA

Một trong những thách thức chính của OFDMA là tỷ số đỉnh-trung bình cao, yêu cầu tính tuyến tính ở máy phát, dẫn đến hiệu suất thấp của bộ khuyếch đại tuyến tính Do đó, OFDMA không phải là giải pháp tối ưu cho đường lên di động, nơi cần giảm thiểu tiêu thụ năng lượng của thiết bị đầu cuối Ngược lại, đường lên LTE sử dụng SC-FDMA, cho phép cải thiện hiệu suất bộ khuyếch đại công suất.

+ Hoạt động đa anten đơn giản hơn

Để đạt được tốc độ bít cao hơn, việc sử dụng dải thông rộng và nhiều anten là rất quan trọng LTE áp dụng công nghệ MIMO, và kỹ thuật này được thực hiện dễ dàng hơn với OFDMA so với CDMA.

3 GPP quyết định đưa tất cả các chức năng vô tuyến vào trạm gốc (hình 3.3, theo [5])

Hình 3.3 Phân chia chức năng giữa mạng truy nhập và mạng lõi

Các chức năng mới của BTS hiện nay bao gồm PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RRC (Radio Resource Control) và RLC (Radio Link Control) PDCP ban đầu được triển khai trong mạng lõi nhưng vào đầu năm 2007, nó đã được tích hợp vào EUTRAN (eNode B) Hình 3.3 minh họa sự phân chia chức năng giữa mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến, trong đó mạng truy nhập chỉ còn lại phần tử eNode B, trong khi mạng lõi có nhiều phần tử hơn như thể hiện trong hình 3.4 Cải tiến kiến trúc hệ thống SAE cũng được đề cập trong bối cảnh này.

Hình 3.4 Kiến trúc logic LTE/SAE

Những đặc tính của S AE:

+ Kiến trúc mạng mới đơn giản hơn, hỗ trợ cho hệ thống truy nhập có độ trễ thấp và thông lượng cao

+ Hỗ trợ di động giữa những hệ thống truy nhập phức tạp khác nhau:

- Hệ thống truy nhập không phải 3GPP (như WLAN, WiMAX), 2G/3G, LTE

- Chuyển giao giữa 3GPP,ví dụ như GPRS, UTRAN

- Di động giữa 3GPP và hệ thống không phải 3GPP

Chức năng các phần tử:

- Quản lý và lưu giữ ngữ cảnh mặt phẳng điều khiển UE

- Nhận thực, cho phép UE, quản lý di động à xử lý chế độ idle v

- Quản lý và lưu giữ ngữ cảnh UE, mật mã, định tuyến và chuyển tiếp gói tin, khởi tạo tìm gọi,…

- Xử lý di động giữa 2G/3G và LTE, đóng vai trò gateway

- X ử lý di động giữa 3GPP và non 3GPP, đóng vai trò gateway

+ HSS: thực hiện chức năng giống HLR

+ PCRF: thực hiện các chức năng về chính sách dịch vụ cũng như thủ tục tính cước

Hình 3.5 Kiến trúc mạng truy nhập LTE Mạng truy cập gồm hai phần tử:

+ Node B cải tiến (eNodeB: Enhanced NodeB)

 Thực hiện tất cả chức năng về vô tuyến

 Quản lý di động phân bố

 Bao gồm chức năng RRM và MAC

 Thực hiện chức năng RRC đơn giản hơn

+ Gateway truy nhập (AGW: Access Gateway )

 Quản lý chế độ LTE_IDLE

 Mật mã hóa mặt phẳng người dùng

 Giao diện giữa các eNodeB là giao diện X2, giữa mạng truy nhập và mạng lõi là S1

3.7.4 Truyền dẫn đường xuống ( downlink)

OFDMA/SC-FDMA cho phép hoạch định phổ trong hệ thống LTE Hệ thống có thể hoạt động ở tất cả giải thông tần tế bào: 2100 MHz, 1900 MHz,

Các băng tần như 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800 MHz và 450 MHz cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả hơn bằng cách cấp phát phổ với kích cỡ đa dạng, từ 20 MHz cho dịch vụ dữ liệu cao đến dưới 5 MHz cho các hệ thống nâng cấp Hệ thống LTE cải thiện chất lượng tín hiệu bằng cách loại bỏ nhiễu ISI thông qua việc sử dụng tiền tố chu kỳ CP Trong OFDM truyền thống với CP, khoảng cách sóng mang là ∆f = 15 kHz và TCP = 4,8 µs, trong khi nếu gặp phải tình trạng quảng bá bỏ hoặc môi trường có độ trễ lớn, CP có thể được mở rộng lên 16,7 µs.

Hình 3.6 Sơ đồ khối máy phát LTE OFDM

3.7.5 Truyền dẫn đườn g lên (uplink)

Hình 3.7 Kiến trúc máy phát SC-FDMA

Phương thức ghép kênh TDMA dẫn đến việc sử dụng băng thông không hiệu quả, làm giảm thông lượng và tốc độ dịch vụ, gây lãng phí tài nguyên Kỹ thuật FDMA hỗ trợ cấp phát giải thông mềm dẻo hơn, cải thiện hiệu suất sử dụng băng thông.

+ Toàn bộ giải thông được phân chia thành một số lượng các khối tần số để cấp phát cho UE

+ Thông số PAPR (Peak to Average Power Ratio) thấp hơn so với OFDM chuẩn

+ Chèn thêm CP, tạo thuận lợi cho việc thực hiện bộ cân bằng miền tần số ở phía thu.

CÁC CÔNG NGHỆ QUAN TRỌNG ÁP DỤNG CHO 4G

IP di động và mạng lõi toàn IP

Tổng quan IP di động

IP di động cho phép thiết bị duy trì cùng một địa chỉ IP (địa chỉ nhà) khi hoạt động trên mạng, trong khi vẫn có địa chỉ “care of” để kết nối với mạng con tại vị trí hiện tại Địa chỉ “care of” được quản lý bởi một thiết bị trong mạng con nhà, gọi là “home agent” Gói tin gửi đến địa chỉ IP của thiết bị di động sẽ được chuyển tới home agent trước khi được chuyển tiếp qua một đường hầm đến thiết bị di động Thiết bị di động sử dụng địa chỉ nhà như địa chỉ nguồn cho tất cả gói tin gửi đi IP di động giúp giải quyết vấn đề thiếu địa chỉ và giảm tải, vì mỗi thiết bị chỉ cần một địa chỉ IP để giao tiếp với mạng tại nhiều vị trí khác nhau Các thuật ngữ trong cấu hình mạng IP di động bao gồm Địa chỉ nhà (Home address), là địa chỉ IP tĩnh cấp cho node di động, không thay đổi dù ở bất kỳ vị trí nào trong mạng.

Mạng nhà (Home network) là một mạng con với tiền tố mạng tương ứng với địa chỉ của node di động, đảm bảo rằng các gói tin gửi đến địa chỉ này sẽ luôn được định tuyến chính xác Đường hầm (tunnel) là một phương thức chuyển tiếp gói tin, nơi gói tin được bao bọc để gửi qua mạng khác với giao thức của mạng nguồn và đích Tunnel hoạt động như một đường dẫn ảo, mở rộng đến mạng trung gian, tương tự như một chiếc phà chở xe qua sông Quá trình này bao gồm việc bao bọc gói dữ liệu từ mạng nguồn thành một gói của mạng trung gian; khi đến mạng đích, gói dữ liệu sẽ được lấy ra và chuyển tiếp trên mạng.

Mạng khách là mạng mà node di động kết nối, khác với mạng nhà của node Đại lý nhà là bộ định tuyến trong mạng nhà, lưu giữ thông tin vị trí hiện tại của node và hỗ trợ chuyển gói tin tới node Đại lý khách là bộ định tuyến trong mạng khách, nơi node di động đăng ký, detunnel và chuyển tiếp gói tin sau khi được tunnel bởi đại lý nhà.

Hoạt động IP di động

Các đại lý di động thông báo sự hiện diện của mình trên mạng thông qua các bản tin thông báo đại lý, được mở rộng từ bản tin thông báo router ICMP Node di động có thể yêu cầu nhận một bản tin thông báo đại lý thông qua bản tin yêu cầu đại lý Khi kết nối đến mạng, node di động nhận bản tin này để xác định xem nó đang ở mạng khách hay mạng nhà Nếu ở mạng nhà, nó hoạt động bình thường mà không cần sử dụng dịch vụ di động Trong trường hợp node di động trở về mạng nhà sau thời gian ở mạng khác, nó chỉ cần tự đăng ký lại bằng cách gửi yêu cầu đăng ký và nhận thông báo phản hồi.

Nếu node di động nhận thông báo từ đại lý rằng nó đã chuyển đến mạng khách, nó sẽ nhận được một địa chỉ khách từ mạng đó Địa chỉ này có thể được cấp phát bởi đại lý khách hoặc thông qua các cơ chế như DHCP.

Truyền thông giữa một node di động và đại lý khách diễn ra ở lớp kết nối Việc sử dụng cơ chế định tuyến IP thông thường không khả thi vì địa chỉ IP của node di động không thuộc về mạng con khi nó đăng ký.

IP chuẩn hóa Hình 4.1 mô tả hoạt động IP di động

Kết cuối đường hầm đại lý nhà trong di động IPv4

Hình 4.1 Di động IP cơ bản

Trong IPv4 di động, router bước nhảy cuối cùng giám sát việc cấp phát địa chỉ khách cho node di động và quản lý kết nối từ đại lý nhà Gói dữ liệu được chuyển qua đường hầm từ đại lý nhà đến router bước nhảy cuối cùng, với địa chỉ nhà của node di động là địa chỉ nguồn và địa chỉ khách là địa chỉ đích trong header của tunnel Router này sẽ gỡ bỏ phần mào đầu của tunnel và chuyển gói đến node di động, hỗ trợ chức năng di động thông qua đại lý khách Đáng chú ý, địa chỉ trong phần mào đầu của gói IP bên trong tunnel không phải là địa chỉ chính xác của node di động; địa chỉ nguồn là địa chỉ của node gửi đi, còn địa chỉ đích là địa chỉ của node di động tại mạng nhà Đại lý khách duy trì mối liên hệ giữa địa chỉ nhà và địa chỉ khách của node di động, cũng như giữa địa chỉ nhà và địa chỉ lớp kết nối, cho phép chuyển tiếp gói tin mà không cần định tuyến trực tiếp đến node di động.

Kết cuối đường hầm đại lý nhà trong di động IPv6

Trong di động IPv6, router cuối cùng là một router IPv6 chuẩn hóa, hoạt động mà không cần thay đổi Một node di động có thể nhận địa chỉ khách thông qua hai phương pháp khác nhau.

IPv6 định nghĩa giao thức tự động cấu hình địa chỉ không trạng thái (stateless address autoconfiguration), cho phép một node tự tạo địa chỉ từ nhận dạng giao diện và thông tin mạng con từ router bước nhảy cuối cùng Giao thức này giúp host tự động cấu hình địa chỉ hiệu lực trên mạng nội hạt mà không cần hỗ trợ thêm Đặc biệt, host di động sử dụng giao thức này để tạo địa chỉ khách mới khi phát hiện router bước nhảy cuối cùng và nhận dạng mạng con từ router đó.

Host có thể sử dụng DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) phiên bản IPv6 để nhận địa chỉ từ một server Đối với IPv6, địa chỉ khách được cấp phát đồng thời với địa chỉ nhà cho một host di động, được gọi là địa chỉ khách đồng cấp phát (colocated care of address) Trong khi đó, IPv4 không có giao thức nào cho phép host tự động cấu hình địa chỉ IP cho chính nó; do đó, một host di động muốn sử dụng địa chỉ khách đồng cấp phát cần áp dụng DHCP để thực hiện cấu hình.

Trong IPv6, đại lý khách đã bị loại bỏ khỏi cấu hình do yêu cầu bổ sung nhiều thiết bị phụ trợ cho mạng vô tuyến Điểm kết cuối của tunnel giờ đây là host di động thay vì đại lý khách Với IPv6, mọi router đều hoạt động như router bước nhảy cuối cùng trên mạng vô tuyến, giúp giảm chi phí và độ phức tạp trong triển khai mạng Hình 4.1 minh họa thiết kế di động IPv6 thông thường.

Mạng toàn IP là công nghệ tiên tiến nhất, hỗ trợ cho mạng thế hệ thứ tư Sự khác biệt lớn nhất giữa mạng toàn IP và các mạng 2G/3G hiện tại nằm ở chức năng của RNC và BSC, khi mà những chức năng này giờ đây được phân bổ cho BTS cùng với một hệ thống máy chủ và gateway Những thay đổi này sẽ được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo.

IP-BTS là một loại BTS tiên tiến với nhiều chức năng hơn so với BTS hiện tại Nó hoạt động như một RNC/BSC loại nhỏ, thực hiện các chức năng ở lớp 1, 2 và 3 IP-BTS bao gồm hai loại chính: BTS phục vụ và BTS trôi, tương ứng với RNC phục vụ và RNC trôi trong mạng WCDMA.

Máy chủ IP-BTS không thể thực hiện toàn bộ chức năng của RNC/BTS ở cấp độ mạng, nhưng chúng xử lý tín hiệu giữa các thành phần mạng và tự động điều chỉnh thông số mạng vô tuyến Nhờ vào khả năng này, máy chủ tận dụng tài nguyên vô tuyến hiệu quả hơn Nhiều kỹ thuật được áp dụng để sử dụng một máy chủ chung nhằm cải thiện hiệu suất và hiệu quả của mạng so với việc sử dụng các máy chủ riêng biệt cho từng giao diện vô tuyến.

+ Gateway (GW): Những thiết bị này chịu trách nhiệm cho tương tác giữa mạng IP RAN và mạng lõi IP Gateway thường có hai loại bao gồm CS- -

GW và PS-GW dựa vào hình thức cuộc gọi là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Kỹ thuật đa sóng mang OFCDM

OFCDM là ghép k nh theo t n sê ầ ố ự tr c giao k t hế ợp với CDMA

Ghép phân chia tần số trực giao OFDM không chỉ cải thiện hoạt động của lớp vật lý mà còn nâng cao hiệu suất của lớp 2 Việc sử dụng OFDM cho phép tối ưu hóa tài nguyên vô tuyến thông qua khai thác miền tần số, miền không gian, miền thời gian và miền mã Kỹ thuật điều chế OFDM cũng hỗ trợ đa truy nhập (OFDMA), cho phép truyền thông tin đến nhiều người dùng thông qua một tập hợp sóng mang con, mang lại sự linh hoạt trong phân bổ tài nguyên và tối ưu hóa việc sử dụng kênh vô tuyến.

Hiện tượng méo tín hiệu do đa đường là thách thức lớn trong truyền dẫn vô tuyến, xảy ra khi tín hiệu từ máy phát đến máy thu bị ảnh hưởng bởi các vật cản, dẫn đến thay đổi năng lượng và tạo ra các tín hiệu phản xạ với độ trễ, biên độ và pha khác nhau Sự tương tác giữa các tín hiệu phản xạ này có thể làm tăng hoặc giảm cường độ tín hiệu ở từng tần số, gây ra hiện tượng fading lựa chọn tần số, khiến máy thu không nhận diện được tín hiệu ở một số tần số do suy giảm quá mức Trong miền thời gian, máy thu nhận được nhiều phiên bản tín hiệu khác nhau, dẫn đến hiện tượng giao thoa bên trong ký hiệu (ISI) do sự chồng lấn giữa các ký tự Để chống lại nhiễu đa đường, các hệ thống vô tuyến di động hiện đại áp dụng nhiều kỹ thuật như phân tập kết hợp, mã hóa, ghép xen, cân bằng, trải phổ và phép phân chia tần số trực giao.

Cân bằng là kỹ thuật khắc phục hiện tượng ISI thông qua bộ phép phân chia thời gian TDM, giúp khôi phục méo pha và biên độ do kênh truyền gây ra Để tối ưu hóa việc loại bỏ ISI, bộ cân bằng cần giám sát đáp ứng kênh biến đổi bằng cách sử dụng chuỗi tập dượt cố định Các hệ thống TDMA như IS-136 và GSM yêu cầu bộ cân bằng do độ giãn thời gian của tín hiệu đa đường lớn hơn chu kỳ ký hiệu Mặc dù bộ cân bằng giúp cải thiện chất lượng tín hiệu, nhưng nó cũng làm tăng chi phí và độ phức tạp cho hệ thống TDMA Hơn nữa, việc phát chuỗi bít tập dượt cố định làm giảm hiệu quả sử dụng phổ Một nhược điểm khác của hệ thống TDMA là hiện tượng giao thoa đồng kênh, khiến việc quy hoạch tần số trở nên nghiêm ngặt và giảm hiệu quả sử dụng lại tần số trong môi trường vô tuyến tế bào.

Hệ thống trải phổ sử dụng kỹ thuật phân tập tần số để mở rộng tín hiệu ra với băng thông lớn hơn nhiều so với băng thông ban đầu Tín hiệu băng rộng có khả năng chống lại hiện tượng pha đinh lựa chọn tần số tốt hơn so với tín hiệu băng hẹp, vì tại mỗi thời điểm, chỉ một phần trong toàn bộ giải thông của tín hiệu băng rộng bị méo do pha đinh.

Có hai kiểu hệ thống trải phổ chính là trải phổ nhảy tần (FHSS) và trải phổ trực tiếp đa truy nhập phân chia theo mã (DS-CDMA) Trong hệ thống FHSS, tín hiệu được mang bởi một tập sóng mang thay đổi theo thời gian, giúp giảm hiện tượng pha đinh lựa chọn tần số Ngược lại, hệ thống DS-CDMA trải phổ tín hiệu bằng cách nhân luồng dữ liệu với chuỗi mã tốc độ cao, cho phép sử dụng máy thu Rack để kết hợp các thành phần đa đường của tín hiệu, tận dụng phân tập thời gian Ưu điểm của DS-CDMA như WCDMA và CDMA2000 1x là khả năng sử dụng lại dải thông cho tất cả người dùng trong các cell khác nhau mà không cần quy hoạch tần số, nhờ vào việc sử dụng các chuỗi trải phổ khác nhau.

Hệ thống DS-CDMA gặp phải một số vấn đề như giao thoa đa truy cập (MAI), khi các chuỗi mã trải phổ không hoàn toàn trực giao do xuất hiện trễ đa đường, gây ra giao thoa giữa các tín hiệu trong cùng một cell và hạn chế dung lượng của cell Thực tế cho thấy, hơn hai phần ba giao thoa trong một sector chủ yếu là do người dùng trong cùng sector đó gây ra Một vấn đề khác là độ phức tạp của máy thu Rack tăng theo độ trễ tới hạn đa đường; máy thu có độ phức tạp và công suất tiêu thụ hạn chế sẽ hoạt động hiệu quả khi độ trễ giữa các thành phần mang năng lượng tín hiệu nhỏ hơn nhiều chu kỳ ký hiệu Tuy nhiên, khi cần truyền dữ liệu với tốc độ cao, độ trễ tương quan tăng lên, dẫn đến tốc độ lỗi bít tại máy thu gia tăng và gây ra lỗi truyền thông.

Nguyên lý OFDM có ưu điểm nổi bật trong việc chống lại vấn đề đa đường trong truyền thông dữ liệu tốc độ cao bằng cách truyền song song nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp, giúp giảm thiểu độ trễ tương quan Mỗi sóng mang trong OFDM chỉ mang một phần thông tin của người sử dụng và có tính chất trực giao, cho phép các sóng mang chồng lấn lên nhau mà không gây nhiễu Điều này giúp giảm băng thông cần thiết để đạt được thông lượng yêu cầu Khi áp dụng trong các ứng dụng truy cập, OFDM cho phép nhiều người dùng chia sẻ một dải tần số thông qua OFDMA, trong đó mỗi người dùng có thể được cấp một số sóng mang phù hợp với tốc độ dữ liệu và tình trạng tải trong tế bào.

OFDM truyền tải dữ liệu thông qua các sóng mang con băng hẹp, nhưng trong môi trường đa đường, hiện tượng pha đinh có thể làm giảm công suất tín hiệu tại máy thu, dẫn đến tăng tốc độ lỗi bít Tuy nhiên, trong thực tế, pha đinh tần số chỉ ảnh hưởng đến một số sóng mang con, do đó chỉ làm tăng lỗi ở một phần dữ liệu Những bít lỗi này có thể được khôi phục bằng phương pháp ghép xen hoặc mã hóa sửa lỗi Để nâng cao khả năng chống lại pha đinh tần số, OFDMA có thể kết hợp với nhảy tần, giúp tận dụng phân tập tần số và trung bình nhiễu trong CDMA.

4.2.2 Giao thoa liên ký hiệu và OFDM

Trước khi đến máy thu, tín hiệu bị phản xạ và suy giảm trong môi trường pha đinh, dẫn đến sự phát tán tín hiệu với các phiên bản trễ khác nhau khi khoảng cách giữa máy thu và phát tăng lên Để tránh tác động xấu lên phần đầu ký hiệu, cần di chuyển ký hiệu ra xa khỏi vùng này Nếu không có khoảng bảo vệ giữa các trễ ký hiệu OFDM, giao thoa liên ký hiệu sẽ gây méo cho ký hiệu thứ i Do đó, cần sử dụng một khoảng bảo vệ có độ dài ∆g > τmax, với τmax là trễ thời gian lớn nhất do pha đinh đa đường, giúp loại bỏ giao thoa liên ký hiệu Tuy nhiên, điều này có thể làm thay đổi đột ngột dạng sóng chứa các thành phần phổ bậc cao, gây ra giao thoa giữa các sóng mang Để khắc phục, tiền tố chu kỳ CP được áp dụng, mở rộng thời gian bảo vệ của tín hiệu ban đầu khoảng 1,25 lần, bằng cách sao chép phần cuối của ký hiệu và nối với phần đầu, giúp ký hiệu phát trở nên liên tục và chu kỳ ký hiệu dài hơn.

4.2.3 Nguyên lý cơ bản OFDM

Here is the rewritten paragraph:Nguyên lý cơ bản của OFCDM là sử dụng các sóng mang con băng hẹp và trực giao lẫn nhau để chứa thông tin, mỗi sóng mang chỉ mang một phần thông tin của người dùng Các bít thông tin được truyền song song trên một tập các tần số khác nhau, được gọi là đa sóng mang để phân biệt với phương thức điều chế đơn sóng mang truyền thống Mỗi sóng mang con được điều chế pha hay biên độ trong một khoảng thời gian ký hiệu để mang thông tin hữu ích, và nguyên lý điều chế áp dụng cho mỗi sóng mang riêng biệt giống như sóng mang đơn truyền thống Do dữ liệu người sử dụng được tách ra và truyền qua giao diện vô tuyến trong những luồng dữ liệu con nhờ sóng mang băng hẹp, tốc độ dữ liệu ở mỗi sóng mang con giảm đáng kể Khoảng cách tần số của các sóng mang con được lựa chọn sao cho những sóng mang trực giao với nhau, trong hệ thống LTE khoảng cách này là 15kHz.

Sampling point for sub -carrier

Zero value for other sub-carrier

Hình 4.4 Các sóng mang con với OFDMA

Hệ thống OFDM với điều chế QAM bắt đầu bằng việc mã hóa luồng dữ liệu qua bộ điều chế QAM, sau đó chuyển đổi thành M luồng dữ liệu con thông qua bộ chuyển đổi nối tiếp/song song Mỗi luồng dữ liệu con được điều chế bởi các sóng mang riêng biệt, tiếp theo được nâng tần RF và phát ra qua anten Quá trình thu nhận diễn ra ngược lại, cho thấy sự phức tạp trong việc điều chế và giải điều chế các sóng mang một cách độc lập Tuy nhiên, hệ thống OFDM thực tế sử dụng chip FFT để thực hiện điều chế và giải điều chế cho một tập sóng mang, giúp giảm chi phí thực hiện Khối FFT này chuyển đổi đặc trưng của tín hiệu giữa hai miền thời gian và tần số.

Hình 4.5 Sơ đồ khối của máy phát OFDM đơn giản

Hình 4.7 mô tả chi tiết máy phát OFDM thực tế dựa vào chuyển đổi ngược FFT (IFFT) Sau khi điều chế QAM, luồng dữ liệu tuần tự được chuyển thành M luồng dữ liệu song song qua bộ chuyển đổi nối tiếp/song song Những luồng dữ liệu này được điều chế vào M sóng mang con bằng khối IFFT kích thước N, với N đầu ra từ IFFT được chuyển thành luồng dữ liệu nối tiếp và điều chế bởi một sóng mang đơn ở tần số trung tâm Khối IFFT N điểm có khả năng điều chế tối đa N sóng mang con; nếu M nhỏ hơn N, các sóng mang con còn lại sẽ có biên độ bằng 0 và bị loại bỏ ở đầu thu Trong chuẩn LAN vô tuyến IEEE802.11a, giá trị MR và Nd cho phép điều chế 64 sóng mang tại máy phát Tại máy thu, dữ liệu đầu vào được chia thành N luồng dữ liệu song song và đi qua khối FFT kích thước N, hoạt động như một bank lọc kết hợp N sóng mang con, với đầu ra của FFT là luồng ký hiệu nối tiếp phục vụ cho việc giải mã Nếu M nhỏ hơn N, máy thu chỉ cần chuyển nối tiếp M sóng mang con có dữ liệu.

Hình 4.6 Sơ đồ khối của máy phát OFDM dựa vào chuyển đổi IFFT

Sơ đồ khối hệ thống OFCDM cho đường xuống của hệ thống 4G, như được thể hiện trong Hình 4.9, bao gồm các thành phần chính: khối chuyển đổi S/P, khối trải phổ mã ngắn, khối chuyển đổi P/S, tiếp theo là IFFT, và cuối cùng là khối thêm chu kỳ bảo vệ (CP).

Phổ công suất của tín hiệu OFCDM có P khối phân biệt, mỗi khối có

Hệ thống OFCDM, một phiên bản cải tiến của MC CDMA truyền thống, sử dụng sóng mang để truyền thông tin cho từng dữ liệu riêng lẻ Hình 4.10 và Hình 4.11 minh họa và so sánh khái niệm của hai hệ thống này.

Hình 4.8 Khái niệm hệ thống MC-CDMA truyền thống

Hệ thống OFCDMA hỗ trợ tốc độ truyền dẫn thông tin từ thấp đến cao nhờ áp dụng các phương thức ghép phân chia mã, thời gian và tần số Ghép phân chia thời gian và mã trong OFCDM cho phép cấp phát linh hoạt số lượng mã và khe thời gian cho người sử dụng Đồng thời, ghép phân chia tần số trong OFCDM phân bổ các sóng mang con khác nhau cho từng người dùng.

Kỹ thuật MIMO (Multi input multi output)

MIMO (Multiple Input Multiple Output) là công nghệ sử dụng nhiều ăng-ten để truyền và nhận tín hiệu, giúp cải thiện hiệu suất truyền thông qua nhiều kênh Việc áp dụng đa ăng-ten tại trạm gốc và thiết bị đầu cuối di động đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về cuộc gọi di động và băng thông rộng hiệu quả.

Kỹ thuật đa anten với dung lượng cao đang trở thành giải pháp tối ưu cho các dịch vụ đa phương tiện và internet, đặc biệt tại những khu vực có tốc độ tăng trưởng nhanh Nhu cầu ngày càng cao về truy cập internet vô tuyến băng rộng thúc đẩy sự phát triển của mô hình này Thách thức lớn nhất là cung cấp chất lượng dịch vụ tương đương với kỹ thuật hữu tuyến nhưng với chi phí hợp lý Hệ thống hoạt động trong dải tần từ 2-5 GHz, nhờ vào các đặc tính sẵn có và chi phí thiết bị tần số vô tuyến (RF) thấp Việc sử dụng đa anten tại cả trạm thu và trạm phát giúp cải thiện khả năng phân tập trong môi trường pha đinh.

Kỹ thuật anten thông minh như MIMO đã giúp mở rộng dung lượng hệ thống 3G và 4G, cung cấp thông lượng cao hơn cho các ứng dụng dữ liệu di động tốc độ cao Hệ thống MIMO sử dụng nhiều anten ở cả trạm cơ sở và thiết bị di động, từ đó tăng cường dung lượng kênh vô tuyến Xu hướng phát triển kỹ thuật vô tuyến hiện nay cho thấy rõ nhu cầu ngày càng cao về tốc độ của người dùng, với yêu cầu có thể lên tới 10 Mbps.

100 Mbps Dựa vào kỹ thuật ghép không gian, hệ thống MIMO hứa hẹn sẽ đáp ứng được những tốc độ này

LO ln 1 ln 2 ln 3 ln 4

• Perform timing recovery and symbol synchronization

• Evalute capacity and channel correlation

Kỹ thuật MIMO cho phép phát tín hiệu qua nhiều anten đồng thời trong cùng một giải thông, giúp tách biệt tín hiệu ở đầu thu Với bốn anten phát và bốn anten thu, hệ thống có thể tăng tốc độ dữ liệu gấp bốn lần so với hệ thống sử dụng một anten mà không cần tăng công suất phát Nguyên lý của MIMO là khai thác lợi ích của đa đường trong môi trường vô tuyến để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phổ, được tính bằng bps/Hz Để đạt được hiệu quả tốt nhất, các phần tử anten của MIMO cần được bố trí ở những vị trí thích hợp, đảm bảo tương quan giữa các tín hiệu đến anten là đủ nhỏ.

So sánh với kỹ thuật anten thông minh và anten phân tập phát, hệ thống MIMO có đặc điểm nổi bật là tại máy phát, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành n luồng dữ liệu song song và phát đi qua nhiều anten khác nhau, dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu tăng n lần Nếu anten phát và thu cách nhau đủ xa, sử dụng m anten thu để tách n luồng dữ liệu nhờ khai thác tính không tương quan của các kênh truyền dẫn, tốc độ dữ liệu thu cũng tăng n lần Ngược lại, trong kỹ thuật anten thông minh, cùng một luồng dữ liệu được phát và thu trên tất cả các phần tử anten của một mảng, trong khi kỹ thuật anten phân tập phát truyền cùng một luồng dữ liệu trên các phần tử anten khác nhau sau khi mã hóa không gian và thời gian.

Trong hệ thống MIMO, số anten thu m không được nhỏ hơn số anten phát n, và tốc độ dữ liệu phụ thuộc chủ yếu vào số anten phát Chất lượng kênh vô tuyến n x m trong MIMO có thể không đồng nhất, dẫn đến một số luồng dữ liệu có thể bị suy giảm chất lượng so với các luồng khác Để khắc phục vấn đề này, mã hóa sửa lỗi được áp dụng cho luồng dữ liệu trước khi phát, cùng với việc thay đổi luồng bít dữ liệu kết hợp với anten phát theo chu kỳ.

Hình 4 14Hệ thống MIMO của Bell Lab : BLAST

Một trong những nguyên lý MIMO nổi bật là BLAST từ Bell Labs, trong đó luồng dữ liệu của người dùng được phân tách thành nhiều luồng con và phát song song qua một mảng anten Tất cả các luồng này được truyền trong cùng một dải thông và khe thời gian mà không trải phổ, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phổ Kết quả là tốc độ truyền dẫn tăng gần tỷ lệ với số anten phát Ở phía thu, một mảng anten khác thu nhận các luồng dữ liệu con và nhiễu đa đường, miễn là tín hiệu phát trên mỗi kênh đủ lớn, tất cả các luồng dữ liệu sẽ được tách biệt thành công từ tín hiệu thu.

Mặc dù nhiều thuật toán mới đã được áp dụng để tách tín hiệu thu, vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật cần nghiên cứu thêm Cụ thể, việc xác định độ lớn của kênh phát và đặc tính đa đường là rất quan trọng để tách các luồng con tại bộ thu với tỷ số SNR nhất định Ngoài ra, cần xem xét các thông số ảnh hưởng đến điều kiện kênh truyền thực tế và khả năng áp dụng mô hình dung lượng hệ thống Rayleigh lý tưởng Dung lượng kết nối lý thuyết phụ thuộc vào sự tương quan giữa anten phát và anten thu Trong những năm gần đây, nhiều hệ thống MIMO đã được phát triển và thử nghiệm trên toàn cầu.

- Hệ thống BLAST (Bell Labs Layered Space Time)

BLAST là một hệ thống MIMO sử dụng kỹ thuật phân chia không gian (SDM), mang lại hiệu suất tối ưu giữa dung lượng hệ thống và độ phức tạp thực hiện Hiệu quả sử dụng phổ của BLAST đạt từ 20 đến 40 bps/Hz, nhờ vào thuật toán dò phi tuyến ZF (zero forcing) kết hợp với quy trình xử lý không gian có xóa ký hiệu, giúp nâng cao hiệu năng hệ thống.

Luồng dữ liệu người sử dụng được chia thành các luồng con, với một mảng M anten phát đồng thời phát các luồng con song song này Mỗi luồng con được mã hóa thành một ký hiệu và gửi tới anten phát tương ứng Tất cả các luồng con được truyền trong cùng một dải tần mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau Tốc độ truyền dẫn tăng theo số lượng anten phát, trong khi công suất phát được chia theo tỷ lệ 1/M, đảm bảo công suất tổng không đổi và không phụ thuộc vào số anten phát.

Một mảng gồm N anten (N≥M) được sử dụng để thu nhận các luồng con đã được truyền đi cùng với các phiên bản sao đa đường Những luồng con này xuất phát từ các anten phát khác nhau, được bố trí ở các vị trí khác nhau trong không gian Nhờ vào các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến, các luồng con này có thể được nhận diện và khôi phục một cách hiệu quả.

Một chuỗi tín hiệu phát tại một thời điểm sj(t), với j = 1, 2, …, M, được coi là một lớp tín hiệu Tại máy thu, tín hiệu nhận được ri(t) là tổng hợp của tín hiệu phát và nhiễu tương ứng.

Trong đó, hij(t) là tăng ích kênh (hàm truyền tải phức) từ anten phát thứ j đến anten thu thứ i ở thời điểm t

Với những giả thiết sau:

+ Kênh pha đinh phẳng, do vậy tăng ích kênh hij(t) là hằng số trong một khoảng thời gian

Để đạt được kênh phát tán mạnh mẽ, cần thiết phải có khoảng cách giữa các anten hợp lý, thường là vài lần bước sóng Điều này giúp đảm bảo rằng kênh tăng ích thỏa mãn phân bố Gaussian và độc lập với nhau.

Công thức 4.1 có thể viết :

Trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, các bộ xử lý tín hiệu tốc độ cao trong mảng anten thu đồng thời xem xét tín hiệu từ tất cả các anten, bắt đầu bằng việc tách luồng tín con mạnh nhất từ hỗn hợp tín hiệu Sau khi khôi phục luồng tín hiệu mạnh, các tín hiệu con yếu hơn sẽ được xử lý dễ dàng hơn khi nguồn nhiễu đã được loại bỏ Thuật toán phát hiện Maximum-Likelihood (ML) là tối ưu cho phương pháp BLAST, nhưng việc thực hiện nó lại phức tạp Ví dụ, với 6 anten phát sử dụng điều chế QPSK, cần thực hiện 4096 phép so sánh cho mỗi ký hiệu phát Do đó, thuật toán dò điểm cực Zero-Forcing (ZF) với độ phức tạp thấp được áp dụng, trong đó lớp tín hiệu mạnh nhất được phát hiện và tách ra khỏi tín hiệu thu, và quy trình này tiếp tục cho các lớp tín hiệu mạnh còn lại.

Kỹ thuật SDR

Vô tuyến xác định phần mềm, liên quan tới đầu cuối di động

Tốc độ truyền dẫn của hệ thống vô tuyến thế hệ kế tiếp có thể dao động từ các bản tin tốc độ thấp đến dịch vụ dữ liệu rất cao, đạt tới 100Mbit/s Kênh truyền thông có thể thay đổi tùy thuộc vào mức độ di động, cơ sở hạ tầng của tế bào, dung lượng truyền dẫn yêu cầu và hiện trạng môi trường, cả trong nhà lẫn bên ngoài Do đó, giao diện vô tuyến cần có độ linh hoạt cao để tối đa hóa hiệu quả sử dụng vùng phổ trong các môi trường truyền thông đa dạng.

Những cải tiến trong kỹ thuật số đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các chuẩn mới cho lớp vật lý (PHY) và lớp điều khiển đường dữ liệu (DLC) Xu hướng này không ngừng gia tăng, với các chuẩn mới và các cải tiến liên tục được thêm vào cơ sở hạ tầng mạng hiện tại Mục tiêu chính của mạng vô tuyến thế hệ tiếp theo (4G) là tích hợp các chuẩn hiện tại và tương lai vào một nền tảng chung Để đạt được điều này, hệ thống 4G cần một kiến trúc chung cho phép cấu hình lại các thông số thu và phát thông qua phần mềm.

- Cấu hình chức năng vô tuyến bằng phần mềm

- Các chuẩn khác nhau có thể chạy trên cùng một phần cứng tùy thuộc theo danh sách các thông số kỹ thuật

Vô tuyến có thể sử dụng ở mọi nơi nếu tất cả các chuẩn truyền thông chính được hỗ trợ Phần mềm ứng dụng chuẩn hóa có thể dễ dàng tải xuống từ mạng hiện

SDR đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự tương thích giữa các mạng vô tuyến Nếu UMTS không hỗ trợ một tính năng cụ thể nào đó, trạm đầu cuối vẫn có khả năng tìm kiếm và sử dụng tính năng đó từ các mạng khác như GSM hoặc IS-95.

- SDR có tính năng mở để tiếp nhận các chuẩn và kỹ thuật mới tùy vào phần cứng sử dụng

Do vậy, SDR đóng một vai trò rất quan trọng mang tới sự tiếp cận và thành công của hệ thống 4G

Trạm gốc sử dụng kỹ thuật SDR mang lại khả năng tương thích với các chuẩn vô tuyến khác nhau, giúp đơn giản hóa quy hoạch, quản trị và bảo trì mạng, điều này rất quan trọng cho các nhà khai thác SDR giảm thiểu số lượng thiết bị hạ tầng nhờ hỗ trợ đa vô tuyến, đồng thời giảm đáng kể chi phí lắp đặt và bảo trì thông qua việc sử dụng một bộ thiết bị nền chung cho nhiều thị trường Ngoài ra, trạm gốc có khả năng điều chỉnh quy mô các node mạng từ pico đến macro tùy thuộc vào nhu cầu.

SDR cung cấp cho nhà khai thác sự linh hoạt trong việc phát triển dịch vụ và ứng dụng mới nhờ khả năng nâng cấp phần mềm Thêm vào đó, thời gian ra mắt các giao diện vô tuyến mới sẽ được rút ngắn, vì sự phát triển phần mềm không còn phụ thuộc vào phần cứng Việc tái sử dụng phần mềm cũng cho phép thay đổi nhanh chóng các ứng dụng.

Bảng 4.1 tổng hợp các chuẩn của mạng tế bào hiện nay, dựa trên nguyên lý đa truy nhập Những chuẩn này được mô tả một cách chi tiết để cung cấp cái nhìn rõ ràng về cấu trúc và chức năng của mạng tế bào.

Hầu hết hệ thống di động 2G đều sử dụng TDMA còn hệ thống 3G lại áp dụng kỹ thuật CDMA

Các chuẩn WLAN và WLL kết hợp TDMA với truyền dẫn đa sóng mang OFDM

Trong tương lai, các chuẩn phát triển dựa trên công nghệ 3G sẽ tích hợp CDMA và OFDM, dẫn đến việc hình thành một giao diện vô tuyến chung Giao diện này, dựa trên đa sóng mang CDMA và sử dụng công nghệ SDR, sẽ hỗ trợ hiệu quả cho nhiều chuẩn hiện tại và tương lai.

CDMA-based systems Other systems

Hình 4 15Giao diện vô tuyến cấu hình mềm Bảng 4.1 Các chuẩn truyền thông vô tuyến hiện nay

Hệ thống truyền thông di động Hệ thống vô tuyến LAN/WLL

CDMA TDMA Đa sóng mang hoặc CDMA

Non MC hoặc non CDMA

IS-95/ B: chuẩn - tế bào số ở Mỹ

GSM: hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động

- Khái niệm cơ bản, kiến trúc phần cứng

SDR bao gồm bốn thành phần cơ bản: giao tiếp tương tự/RF và bộ chuyển đổi lên/xuống tần số hạ tần, bộ chuyển đổi tương tự/số và số/tương tự, bộ xử lý tín hiệu số, và giao tiếp mạng băng cơ sở Trong một hệ thống SDR lý tưởng, tất cả các chức năng của bốn thành phần này đều có khả năng tái cấu hình và điều khiển thông qua phần mềm.

Hình 4 16Khái niệm cơ bản của SDR

Khái niệm cơ bản của SDR cho thấy tín hiệu thu có thể được số hóa trực tiếp ở giai đoạn RF hoặc IF Khác với vô tuyến cứng thông thường, việc lọc chọn kênh diễn ra trong miền số Tuy nhiên, nếu bộ chuyển đổi A/D quá gần anten, sẽ thu nhiều tín hiệu không mong muốn, đòi hỏi bộ phân giải cao, dẫn đến tốc độ lấy mẫu cao và tăng chi phí Các thiết bị phần cứng lập trình số như DSPs và FPGAs không chỉ xử lý tín hiệu trong băng mà còn thực hiện chức năng của khối IF, bao gồm lựa chọn kênh Việc sử dụng DSP và FPGA cho phép tạo ra bộ thu đa chuẩn thời gian thực hiệu quả.

Vô tuyến đa băng sử dụng dải tần rộng từ VHF (30-300 MHz) đến SHF (30 GHz), cho phép bao phủ toàn bộ các dịch vụ truyền thông, từ truyền hình quảng bá đến sóng vi mô FWA.

- Vô tuyến đa vai trò: bộ thu hỗ trợ các giao thức mạng, kết nối, truyền dẫn khác nhau

- Vô tuyến đa chức năng: Các bộ thu hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện khác nhau như thoại, dữ liệu và video

Digital channel selection filter Analog filter

Hình 4 17Bộ lọc lựa chọn kênh trong miền số

MC-CDMA trên cơ sở SDR

Bộ thu SDR dựa trên MC CDMA được mô tả trong Hình 4.20, với lớp giao thức hỗ trợ nhiều kết nối cho thoại, dữ liệu và video Tại trạm gốc, có thể có nhiều kết nối mạng như IP, PSTN, ISDN Lớp DLC/MAC giám sát chia sẻ tài nguyên giữa người dùng, đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) Lớp DLC còn thực hiện các chức năng như mã hóa thích ứng, điều chế và định mức công suất, lựa chọn các thông số như tốc độ mã FEC và mật độ điều chế Gói dữ liệu PDU từ lớp DLC được chuyển tới khối xử lý băng cơ sở, bao gồm bộ điều chế đa sóng mang và các thành phần khác Sau khi qua bộ tạo số I/Q, tín hiệu được điều chế lên tần số RF hoặc chuyển sang tín hiệu IF Cuối cùng, tín hiệu tương tự được khuếch đại và đưa ra anten Tx qua bộ giao động nội LO, với một bộ tách để phân tách tín hiệu Tx và Rx.

Tx/Rx filter/ decoup antenn

LO x Baseband PHY layer Digital IF unit IF unit

Hình 4 18Thực hiện SDR kết hợp MC-CDMA

Ở phía thu, các chức năng được thực hiện ngược lại so với bên phát, nhưng có độ phức tạp cao hơn Tại khối IF, tốc độ lấy mẫu và kích cỡ bộ lọc hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn khác nhau Tốc độ lấy mẫu phụ thuộc vào tín hiệu tương tự băng rộng đã chọn, như trong trường hợp chuyển đổi hạ tần trực tiếp Bộ chuyển đổi A/D chịu ảnh hưởng của nhiều thông số, bao gồm tỷ số giữa giải thông kênh rộng nhất và hẹp nhất, điều chế, dải động cần thiết cho các mức công suất khác nhau, và dung sai làm giảm phẩm chất của bộ thu Bộ điều khiển có khả năng cấu hình tập hợp các thông số của hệ thống này.

 Thông số kết nối lớp cao (port, dịch vụ)

 DLC, MAC, các thông số đa truy nhập (QoS, khung, khuôn dạng cụm, thông số kết nối vô tuyến)

 ARQ/FEC (CRC, xoắn, khối, Turbo, STC, SFC)

 Điều chế (M-QAM, M PSK, MSK) và mapping (Gray)-

 Mã trải phổ (trải phổ một hay hai chiều, hệ số trải phổ)

 Truyền dẫn đa sóng mang, ví dụ OFDM (kích cỡ FFT, dải bảo vệ)

 A/D, tốc độ lấy mẫu và chuyển đổi

 Nguyên lý dò (dò đơn hay đa người dùng)

 Nguyên tắc song công (FDD, TDD)

Kỹ thuật ARQ (Adaptive Hybrid)

Hệ thống vô tuyến băng rộng cần lớp điều khiển phương tiện (MAC) để đảm bảo kết nối tin cậy qua các kênh vô tuyến không ổn định Lớp MAC được thiết kế để cung cấp kết nối chất lượng cao cho lớp TCP/IP thông qua cơ chế phân nhỏ và phát lại tự động (ARQ) ARQ cho phép bên phát chia nhỏ gói tin từ lớp cao hơn thành các gói tin nhỏ hơn và gửi chúng theo thứ tự Nếu một gói tin bị lỗi, bên thu sẽ yêu cầu bên phát gửi lại gói đó ARQ hoạt động như một cơ chế phân tập thời gian, giúp khôi phục thông tin bị lỗi do nhiễu, xuyên âm và pha đinh Nó tối ưu hóa và điều chỉnh tự động theo điều kiện kênh truyền mà không cần đo lường C/I chính xác với tần suất cao, chỉ bổ sung dư thừa khi cần thiết, lưu giữ các lần phát lỗi để giải mã sau này và tăng tỷ lệ thành công của gói mỗi lần phát.

Nhiệm vụ chính trong truyền thông dữ liệu là kiểm soát lỗi truyền dẫn do nhiễu để đảm bảo dữ liệu chính xác tới người sử dụng Có hai phương pháp kiểm soát lỗi cơ bản: sửa lỗi hướng đi (FEC) và yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) FEC sử dụng bít dự phòng đã mã hóa để bảo vệ thông tin, giúp khôi phục lỗi do kênh suy giảm mà không cần kênh phản hồi, chỉ tạo ra độ trễ từ quá trình giải mã Tuy nhiên, nhược điểm của FEC là dữ liệu sau khi giải mã có thể chứa lỗi, vì không có kiểm tra tính chính xác Để đạt độ tin cậy cao, mã sửa lỗi cần mạnh và dài, nhưng điều này làm giảm tốc độ mã hóa, gây lãng phí phổ trong điều kiện kênh tốt.

ARQ sử dụng mã dò lỗi tốc độ cao và chỉ phát lại gói tin khi phát hiện lỗi, giúp đảm bảo dữ liệu được chuyển tới người dùng với độ chính xác cao Việc áp dụng mã sửa lỗi hợp lý làm giảm xác suất lỗi không phát hiện được Nguyên lý ARQ được ưa chuộng trong các hệ thống truyền thông dữ liệu nhờ vào sự đơn giản và độ tin cậy cao Tuy nhiên, ARQ cũng có nhược điểm là thông lượng không ổn định và có thể tăng đột biến khi tỷ lệ lỗi bít tăng.

Trong một hệ thống, chức năng của ARQ bao gồm:

+ Dò lỗi: Bộ thu dò các lỗi trong gói PDU (Protocol Data Unit)

+ Công nhận khẳng định: Bên thu đáp trả ACK để khẳng định thu thành công, gói PDU không lỗi

+ Phát lại sau thời gian timeout: Bên phát phát lại gói PDU không được bên thu phúc đáp sau một khoảng thời gian định trước

+ Công nhận phủ định: Bên thu trả lời NAK để thông báo gói PDU bị lỗi và yêu cầu bên phát truyền lại gói đó

Không phải tất cả thủ tục nêu trên đều áp dụng cho mỗi nguyên lý ARQ

Nguyên lý ARQ cơ bản bao gồm ba kiểu: SAW (Stop and Wait), Go Back N và SR (Selective-Repeat) Trong hệ thống SAW, sau khi gửi một gói tin, phía phát sẽ chờ nhận phúc đáp từ phía thu; nếu nhận được ACK, nó sẽ gửi gói tiếp theo Ngược lại, nếu nhận NAK, gói tin sẽ được phát lại Mặc dù SAW là nguyên lý đơn giản nhất, nhưng nó không hiệu quả do thời gian chờ đợi khi gửi gói tin, dẫn đến lãng phí tài nguyên hệ thống Trong các hệ thống phân khe thời gian, việc truyền dữ liệu bị ảnh hưởng bởi độ trễ phản hồi, làm giảm hiệu suất Tuy nhiên, SAW có ưu điểm là yêu cầu phần mào đầu rất nhỏ, chỉ cần một bít để chỉ thị cho gói hiện tại hoặc kế tiếp, cùng với ACK hoặc NAK cũng chỉ cần một bít để mã hóa, giúp tối ưu hóa phần đầu gói.

Hơn nữa, do mỗi thời điểm truyền, chỉ có 1 khối tin được truyền đi nên không đòi hỏi bộ nhớ lớn ở bên thu

Hình 4 19Ví dụ stop and wait ARQ

Thông lượng của hệ thống SAW đuợc tính bằng công thức (4.3) sau: i

Trong bài viết này, p đại diện cho xác suất mất gói, R là tốc độ truyền dẫn dữ liệu, Ti là thời gian rỗi của bộ phát giữa hai lần phát thành công, k là số bít thông tin trong khối dữ liệu, và n là tổng số bít trong toàn khối dữ liệu Công thức cho thấy rằng RTi, dung lượng hao tổn do thời gian rỗi của bộ phát, sẽ lớn hơn khi tốc độ truyền dẫn và thời gian rỗi tăng, dẫn đến thông lượng giảm Hơn nữa, để duy trì thông lượng ổn định khi tốc độ truyền dẫn tăng, thời gian rỗi Ti cần phải giảm, nhưng điều này gặp khó khăn do bị ảnh hưởng bởi độ trễ truyền dẫn và độ trễ xử lý.

Hình 4 20Ví dụ lặp lựa chọn ARQ

Giao thức SR, ngược lại với giao thức SAW, được coi là giao thức hiệu quả nhất của nguyên lý ARQ và được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống, bao gồm cả lớp RLC của UTRAN release 99 Nguyên lý cơ bản của SR là truyền lại các PDU khi phía thu phản hồi bằng chỉ thị NAK Trong một SR lý tưởng, bộ thu có kích thước bộ đệm không hạn chế, và thông lượng được tính theo công thức n p k l.

So với thông lượng của SAW, thông lượng của SR không bị ảnh hưởng bởi tốc độ truyền dẫn và độ trễ phản hồi, vì SR không yêu cầu thời gian chờ hao phí.

Theo lý thuyết, SR (Selective Repeat) không nhạy cảm với độ trễ và có ưu điểm là chỉ truyền lại những khối tin bị lỗi Tuy nhiên, để đạt được điều này, bộ phát SR-ARQ cần sử dụng một số tuần tự để nhận diện từng khối tin đã gửi đi.

Phương pháp SR (Selective Repeat) tận dụng tối đa dung lượng kênh truyền dẫn bằng cách đảm bảo số tuần tự khối tối đa MBSN (Maximum Block Sequence Number) tương ứng với số lượng khối được truyền trong thời gian trễ phản hồi vòng Khi trễ phản hồi lớn, MBSN cũng cần phải lớn hơn Tuy nhiên, một thách thức khi áp dụng SR-ARQ cho hệ thống HSDPA là yêu cầu bộ nhớ lớn ở đầu cuối di động, vì đầu cuối này phải lưu trữ các mẫu mềm cho mỗi lần truyền khối tin Sự cần thiết của MBSN lớn dẫn đến việc tăng chi phí đầu cuối do yêu cầu bộ nhớ cao Vì vậy, chỉ có phương thức SR đa kênh được áp dụng trong hệ thống HSDPA.

4.5.2 Kết hợp ARQ và FEC

ARQ là sự kết hợp giữa hai phương thức ARQ và FEC, nhằm cải thiện hiệu năng giao diện vô tuyến FEC giúp giảm tần suất phát lại bằng cách sửa các lỗi thường xuyên, từ đó nâng cao thông lượng hệ thống Khi lỗi xảy ra không thường xuyên và FEC không khôi phục được, phía thu sẽ yêu cầu phát lại khối tin thay vì gửi khối tin bị lỗi Hầu hết các nguyên lý HARQ hiện nay sử dụng mã CRC để dò lỗi và mã Turbo hoặc mã Convolutional để sửa lỗi, nhưng nguyên tắc áp dụng có thể mở rộng cho bất kỳ mã dò và sửa lỗi nào Nguyên lý ARQ lai (HARQ: Hybrid ARQ) mang lại hiệu năng cao hơn và chi phí thấp hơn khi kết hợp hợp lý giữa ARQ và FEC Có ba kiểu HARQ: HARQ kiểu I, HARQ kiểu II và HARQ kiểu III.

HARQ kiểu III là một phương pháp trong phân lớp nguyên lý HARQ dự phòng tăng dần, cho phép bộ thu tự giải mã khối tin nhận được thông qua kỹ thuật “Chase combining” Mỗi lần phát lại, khối tin chứa các bít đã được mã hóa giống như lần phát đầu tiên Sau mỗi lần phát, bộ thu sẽ kết hợp các khối tin đã thu được dựa trên tỷ số SNR, từ đó giải mã tín hiệu Nguyên lý này mang lại lợi ích của phân tập trong miền thời gian mà không cần thêm bít dự phòng, chỉ tăng cường tính toán tỷ số Eb/N0 cho mỗi lần phát lại.

Chase combining có nhiều biến thể, trong đó có việc chỉ truyền lại một phần các bít giống như lần truyền đầu tiên, được gọi là Chase combining từng phần Mặc dù việc kết hợp tín hiệu thường diễn ra sau giải điều chế và trước mã hóa kênh, nhưng nó cũng có thể được thực hiện ngay tại giai đoạn điều chế ký tự, miễn là nguyên lý điều chế không thay đổi giữa các lần truyền.

Trong UTRAN HSDPA, có ba nguyên lý chính: Chase Combining, dự phòng tăng dần hoàn toàn và dự phòng tăng dần một phần Đối với dự phòng tăng dần hoàn toàn, lần phát đầu tiên chứa các bít thông tin cùng với bít dự phòng, và nếu xảy ra lỗi, các lần phát tiếp theo sẽ cung cấp nhiều bít dự phòng hơn để sửa lỗi cho đến khi khối tin được giải mã chính xác Điều này cho thấy bộ nhớ của đầu cuối phụ thuộc nhiều vào số lần phát lại, dẫn đến sự biến đổi lớn Trong dự phòng tăng dần từng phần, thông tin ban đầu và một số bít dự phòng được gửi trong mỗi lần truyền, với nội dung bít dự phòng thay đổi nhưng vẫn có thể tự giải mã Nếu xảy ra lỗi mã hóa ở bất kỳ lần phát lại nào, khối tin có thể kết hợp với khối phát trước đó để tăng cường khả năng mã hóa Hiệu quả của các loại HARQ phụ thuộc vào điều kiện kênh vô tuyến, và xét trên các thông số như hiệu quả sử dụng phổ và độ phức tạp thực hiện, phương thức Chase Combining trở thành ứng cử viên hấp dẫn nhất.

Kỹ thuật AMC (Adaptive Modulation and Coding)

Kỹ thuật điều khiển công suất là một yếu tố quan trọng trong hệ thống tế bào CDMA, nhằm cải thiện chất lượng tín hiệu Phương pháp này hoạt động bằng cách tăng công suất phát khi tín hiệu thu kém và giảm công suất phát khi tín hiệu đạt ngưỡng nhất định Nhờ đó, việc truyền thông tin giữa máy phát và máy thu trở nên đáng tin cậy hơn Hơn nữa, kỹ thuật này còn giúp tăng tổng dung lượng hệ thống bằng cách giảm nhiễu trong các cell và giữa các cell do công suất phát quá mức.

Kỹ thuật AMC (Adaptive Modulation and Coding) là một giải pháp thay thế cho điều khiển công suất, giúp xử lý các kênh vô tuyến bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của môi trường theo thời gian và pha đinh kênh Thay vì duy trì chất lượng tín hiệu ổn định tại máy thu, AMC cho phép điều chỉnh nguyên lý mã hóa và điều chế tín hiệu phát Cụ thể, khi điều kiện kênh tốt, máy phát sẽ truyền nhiều bít thông tin, ngược lại, khi kênh xấu, số bít thông tin sẽ giảm Trong môi trường tế bào, anten trạm cơ sở cố định trong khi điều kiện kênh của đầu cuối di động thay đổi liên tục Thống kê cho thấy luôn có một số đầu cuối có điều kiện kênh tốt, trong khi một số khác gặp khó khăn Do đó, mạng có thể gửi dữ liệu với tốc độ cao cho các đầu cuối có kênh tốt mà không cần tăng công suất phát So với phương pháp điều khiển công suất truyền thống, AMC mang lại dung lượng cao hơn cho hệ thống gói vô tuyến.

Kỹ thuật AMC (Adaptive Modulation and Coding) nhằm tối ưu hóa mã hóa và điều chế dựa trên điều kiện kênh thay đổi Điều kiện này có thể được xác định qua thông tin phản hồi từ máy thu hoặc công suất phát của các kênh điều khiển Trong hệ thống AMC, thuê bao ở vị trí thuận lợi, như trung tâm tế bào với pha đinh thấp, sẽ được gán tốc độ mã hóa và điều chế cao hơn, chẳng hạn như 64QAM hoặc 16QAM Ngược lại, thuê bao ở vị trí không thuận lợi sẽ nhận tốc độ mã hóa thấp hơn và điều chế như QPSK Khi có nhiều thuê bao trong một tế bào với điều kiện kênh thay đổi, trạm cơ sở có thể ưu tiên phục vụ những thuê bao có điều kiện tốt, từ đó cải thiện đáng kể dung lượng hệ thống Một lợi ích khác của AMC là giảm thiểu nhiễu từ người dùng khác nhờ vào công suất phát cố định, không cần điều khiển công suất nhanh.

Tổng kết lại, lơi ích chính của kỹ thuật AMC như sau:

+ Đạt được tốc độ dữ liệu cao cho những thuê bao có điều kiện tốt và tăng thông lượng trung bình của cell

+ Giảm nhiễu nhờ sử dụng phương thức AMC thay vì điều khiển công suất

Trong hệ thống HSPDA, 3GPP release 5 đưa ra chuẩn khung có độ dài

HSDPA yêu cầu thời gian xử lý đủ cho mạng để thực hiện các pha tăng cường và phát lại khi di chuyển đầu cuối di động Để đạt tỷ lệ lỗi bít tương tự và khoảng cách nhất định, điều chế bậc cao hơn cần công suất phát lớn hơn, điều này là không thể tránh khỏi Tuy nhiên, trong môi trường tế bào, công suất phát bị giới hạn và chia sẻ giữa nhiều kênh đường xuống, dẫn đến việc không khai thác được lợi thế của 64QAM so với 16QAM Hơn nữa, 64QAM phức tạp hơn và có chi phí đầu cuối cao hơn, vì vậy HSDPA chọn QPSK và 16QAM làm nguyên lý điều chế chính.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Hầu hết các nhà khai thác viễn thông tại Việt Nam, như Mobifone, ViNaphone và Vietel, đã thành công với mạng 2G (chuẩn GSM) và hiện đang nâng cấp lên 2,5/3G để cung cấp dịch vụ dữ liệu hấp dẫn bên cạnh dịch vụ thoại truyền thống Theo các chuyên gia, doanh thu trong tương lai sẽ chủ yếu đến từ các dịch vụ và tiện ích số, không chỉ từ thoại Chính phủ Việt Nam khuyến khích việc áp dụng công nghệ mới, do đó, việc nghiên cứu và triển khai các kỹ thuật tiên tiến trên thế giới là rất cần thiết, đặc biệt trong ngành truyền thông, lĩnh vực mũi nhọn của đất nước.

Đề tài này tập trung vào quá trình chuẩn hóa của tổ chức 3GPP, đặc biệt là những cải tiến mới trong mạng 3G-WCDMA và hệ thống LTE, nhằm nâng cấp dễ dàng các mạng dựa trên chuẩn GSM, phù hợp với hạ tầng di động hiện có tại Việt Nam Phân tích và đánh giá mạng 3G, cũng như so sánh kỹ thuật giữa hai thế hệ 3G hiện tại và 4G tương lai, là nội dung chính xuyên suốt bốn chương của đề tài, giúp làm nổi bật ưu điểm của mạng thế hệ tiếp theo.

Mạng 4G vẫn đang trong quá trình phát triển và chưa thể xác định rõ ràng các kỹ thuật, tham số và chuẩn hóa cho hệ thống Để xây dựng một mạng 4G hiệu quả, cần sự hợp tác từ các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vô tuyến toàn cầu Do đó, đề tài này chỉ mang tính chất khởi đầu cho việc theo dõi sự tiến triển hướng tới công nghệ 4G.

Tiêu đề	Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Tiếp Theo 4G
Tác giả	Đinh Thị Thanh Hải
Người hướng dẫn	PGS.TS. Phạm Minh Hà
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Tử
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	118
Dung lượng	3,22 MB