Kiến trúc và định hướng ứng dụng lte tại việt nam trong tương lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử Mã ngành: 60520203 KIẾN TRÚC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LTE TẠI VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI HỌC VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN HỮU BẰNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN THÚY ANH Hà Nội, 10/2013 i LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm gần ñây, thông tin di ñộng ñã ñạt ñược những thành tựu to lớn. Nhờ sự phát triển vượt bậc ñó, giúp người sử dụng ñàm thoại mọi lúc, mọi nơi trong vùng phủ sóng, ngay cả những khi di chuyển. Thông tin di ñộng ñã ñáp ứng ñược nhiều nhu cầu tiện ích cũng như cần thiết của con người như: dịch vụ tin nhắn, dịch vụ truyền dữ liệu tốc ñộ cao… do vậy hệ thống thông tin di ñộng phải càng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn ñể ñáp ứng ñược với những nhu cầu ñó. Cho ñến ngày nay, hệ thống thông tin di ñộng ñã trải qua nhiều thế hệ. mỗi một thế hệ là một bước ñột phá lớn trong thông tin di ñộng. Đầu những thập kỉ 70, hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ nhất ra ñời, dự trên công nghệ tương tự. ñến những năm 80 trở ñi, ñó là sự ra ñời của thế hệ di ñộng và sự phát triển ñó ña thúc ñẩy sự ra ñời của thế hệ thứ 3, thứ 4. Và ñến ñầu thế kỉ 21 (vào khoảng năm 2002) hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba (3G) ñã ñược triển khai và ñưa vào sử dụng phục vụ nhu cầu của của người.Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di ñộng 3G ñã ñược cấp phép vào năm 2009 cho các nhà mạng lớn như Vinaphone, Mobifone, Viettel, … Hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ tư (4G) ñã ñược các hang viễn thông lớn trên thế giới, Hiệp hội viễn thông quốc tế - ITU, diễn ñàn Mobile IT (mITF – mobile IT forum) nghiên cứu và chuẩn hóa. Cho ñến nay ñã có hơn 40 quốc gia triển khai và ñưa vào sử dụng. “Năm 2015 là thời ñiểm hợp lý ñể Việt Nam bắt ñầu cấp phép ñể triển khai 4G, cả về mặt công nghệ cũng như thị trường. Vì thế, theo ông Thiều Phương Nam – TGĐ Qualcomm Việt Nam, Lào, Campuchia, cho rằng: Việt Nam nên nhanh chóng quy hoạch băng tần 2.300-2.500 MHz ñể mở ñường triển khai mạng 4G”(báo ñiện tử Dantri.com.vn). Sự xuất hiện của hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ tư, ñã tạo ra sự bùng nổ trong ngành công nghệ thông tin di ñộng nói riêng hay trong Viễn thông nói chung. ii MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC HÌNH vi CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG viii MỞ ĐẦU 1 1. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 1 2. TỔ CHỨC CỦA LUẬN VĂN 1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3 1.1 TOÀN CẢNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3 1.2 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di ñộng 5 1.3 Các thế hệ thông tin di ñộng. 7 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 9 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 9 2.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ 4G 11 2.2.1 Hỗ trợ lưu lượng IP 11 2.2.2 Hỗ trợ tính di ñộng tốt 11 2.2.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau 11 2.2.4 Không cần liên kết ñiều khiển 12 2.2.5 Hỗ trợ bảo mật ñầu cuối – ñầu cuối 13 2.3 MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G 14 2.3.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu 14 2.3.1.1 Miền tham chiếu dịch vụ và ứng dụng 14 2.3.1.2 Miền nền tảng dịch vụ 15 2.3.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói 15 2.3.1.4 Miền truy cập vô tuyến 15 2.3.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tảng dịch vụ 17 iii 2.3.2.1 Sự thuận tiện cho người sử dụng 19 2.3.2.2 Các dịch vụ tiên tiến 21 2.3.2.3 Quản lý hệ thống 23 2.3.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng của hệ thống 24 2.3.3.2 Ví dụ ñiển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến 24 2.4 CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG 4G 27 2.4.1 Kỹ thuật truyền dẫn dung lượng lớn, tốc ñộ cao 27 2.4.1.1 Các kỹ thuật ña truy nhập (Multiple Access Techniques) 27 2.4.1.2 Các kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều hiệu suất cao 32 2.4.1.3 Kỹ thuật ña sóng mang 36 2.4.1.4 Kỹ thuật antenna dẫy thích nghi tiên tiến 39 2.4.1.5 Kỹ thuật ghép kênh tiên tiến 45 2.4.2 Kỹ thuật không dây ña hệ thống (Multi-System Wiretess Techniques) 47 2.4.2.1 Khả năng cấu hình tại End – to – End (E2R: End – to – End Reconfigurability) 48 2.4.2.2 Kỹ thuật sóng vô tuyến ñược ñịnh nghĩa mềm (SDR – Software Difined Radio) 49 2.4.3 Điều khiển chuyển giao/Tính di ñộng 52 2.4.3.1 Kỹ thuật chuyển giao liên tục 53 2.4.3.2 Kỹ thuật ñiều khiển tính di ñộng 54 2.4.3.3 Tính di ñộng mạng NEMO (Network Mobility 57 CHƯƠNG III: KIẾN TRÚC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LTE TẠI VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI. 60 3.1 HIỆN TRẠNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CỦA VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 60 3.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE 63 3.3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE 65 3.3.1 RLC: radio link control – ñiều khiển liên kết vô tuyến 67 3.3.2 MAC: ñiều khiển truy nhập môi trường (medium access control) 69 3.3.2.1 Kênh logic và kênh truyền tải (logical channels and transport channels) 69 iv 3.3.2.2 Hoạch ñịnh ñường xuống 73 3.3.2.3 Hoạch ñịnh ñường lên 76 3.3.2.4 Hybrid ARQ 79 3.3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý 83 3.3.4 Các trạng thái LTE 86 3.3.5 Luồng dữ liệu 88 3.4 ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G Ở VIỆT NAM 89 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các thế hệ thông tin di ñộng và ñặc ñiểm công nghệ 8 Bảng 2.1: Các tham số lập mã và ñiều chế 35 Bảng 2.2: Tham số mô phỏng 36 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống di ñộng 6 Hình 2.2: Mô hình tham chiếu của hệ thống thông tin di ñộng 4G 16 Hình 2.3 Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ 19 Hình 2.4: Mô hình tham chiếu nền tăng dịch vụ: tiện nghi người dùng 21 Hình 2.5: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Các dịch vụ tiên tiến 22 Hình 2.6: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Quản lý hệ thống 23 Hình 2.7 Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô tuyến mới 25 Hình 2.8: Ví dụ về cấu hình chức năng các nút/các thiết bị ñầu cuối 26 Hình 2.9: Cơ bản về SCS-MC-CDMA 28 Hình 2.10: Cấu trúc tế bào tối ưu của SCS-MC-CMDA 30 Hình 2.11: Phân bổ kênh con 31 Hình 2.12: Điều chế thích nghi sóng mang con 33 Hình 2.13: Lươc ñồ ñiều chế OFDM tốc ñộ lập mã có thể biến ñổi 34 Hình 2.14 Sơ ñồ FH-OFDM 37 Hình 2.15 Cấu hình hệ thống 38 Hình 2.16: Nguyên lý của AAA 41 Hình 2.17: Độ tăng ích của AAA 42 Hình 2.18: Định hình búp sóng 43 Hình 2.19: Thuật toán theo dõi búp sóng 44 Hình 2.20: SVD based MIMO 46 Hình 2.21 Cấu hình cơ bản của thiết bị SDR 50 Hình 2.22 Mô hình tham chiếu IEEE 802.21 53 Hình 2.23: IPv6 di dộng 55 Hình 2.24: Chuyển giao nhanh cho IPv6 di ñộng 56 Hình 2. 25. Điều khiển tính di ñộng mạng NEMO 58 Hình 2.26. Mạng cá nhân PAN (Personal Area Network) 59 Hình 3.27 Thị phần thuê bao dịch vụ di ñộng 62 Hình 3.28 Doanh thu dịch vụ di ñộng 62 vii Hình 3.29 Tổng doanh thu của hệ thống thông tin di ñộng 62 Hình 3.30 Kiến trúc của mạng LTE 64 Hình 3.31 Kiến trúc giao thức LTE (ñường xuống) 66 Hình 3.32 Phân ñoạn và hợp ñoạn RLC 68 Hình 3.33 Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn 72 Hình 3.34 Hoạch ñịnh phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số 74 Hình 3.35 Việc lựa chọn ñịnh dạng truyền dẫn trong ñường xuống (bên trái) và ñường lên (bên phải) 77 Hình 3.36 Giao thức hybrid-ARQ ñồng bộ và không ñồng bộ. 80 Hình 3.37 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song. 81 Hình 3.38 Mô hình xử lý lớp vật lý ñơn giản cho DL-SCH 84 Hình 3.39 Mô hình xử lý lớp vật lý ñơn giản cho UL-SCH 85 Hình 3.40 Các trạng thái LTE 87 Hình 3.41 Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE 89 Hình 3.42 Kết nối mạng lõi cho tổng ñài MSS/TSS mạng Vinaphone 90 Hình 3.43 Mô hình hệ thống 4G 90 viii CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG 2G 2nd Generation Thế hệ 2 3G 3rd Generation Thế hệ 3 4G 4th Generation Thế hệ 4 AAA Adaptive Array Antenna ăngten dẫy thích nghi AAA Authentication, Authorization Chứng thực, ủy quyền và &Accounting thanh toán AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ ñiện thoại di ñộng tiên tiến AR Access Router Bộ ñịnh tuyến truy cập ARQ Automatic Repeat reQuest Kỹ thuật yêu cầu lặp tự ñộng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế ñộ truyền dị bộ BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ ñiều khiển trạm gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng dư CN Core Network Mạng lõi CN Correspondent Node Nút trung gian CNR Carrier-to-Noise-Ratio Tỉ số sóng mang trên tạp âm CoA Care-of Address Địa chỉ tạm thời CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư vòng CTP Context Transfer Protocol Giao thức truyền ngữ cảnh DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp DSCDMA Direct Sequence CDMA CDMA Chuỗi trực tiếp DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số E2R End-to-End Reconfigurability Khả năng cấu hình lại từ ñầu ix Cuối ñến dầu cuối EIRP Effective Isotropically Công suất phát xạ dẳng hướng Radiated Power hiệu dụng EV-DO Evolution Data Optimized Ghép song công phân chia theo FDD Frequency Division Duplex Tần số FEC Forward Error Correct Mã sửa lỗi trước FDMA Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần MultiAccess Số FHOFDM Frequency Hopping Orthogonal Nhẩy tần Frequency Division Multiple Access FMIPv6 Fast Mobile IPv6 IPv6 di ñộng nhanh FMIPv6 Fast Handovers for Mobile IPv6 Chuyển giao nhanh cho IPv6 di ñộng GPS Global Positioning System Hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung HA Home Agent Tác nhân nhà HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest HLR Home Location Register Thanh ghi ñịnh vị thường trú HMIPv6 Hierarchical Mobile Internet IPv6 di ñộng có phân cấp Protocol Version 6 HoA Home Address Địa chỉ thường trứ HSDPA High Speed Downlink Packet Hệ thống truy nhập gói tốc ñộ cao Access ñường xuống HMI Human-Machine Interface Giao diện người– máy IMT- 2000 International Mobile Thông tin di ñộng toàn cầu - Telecommunication – 2000 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 ITU International Telecommunication Liên minh Viễn thông Quốc tế [...]... 4G, và mô hình tham chi u c a h th ng Ngoài ra, trong chương này còn trình bày m t s công ngh ng d ng trong h th ng 4G Ví d như: K thu t truy n d n dung lư ng l n, t c cao, k thu t không dây a h th ng, hay i u khi n chuy n giao/tính h th ng … Chương III, trình bày v ki n trúc và nh hư ng ng d ng LTE t i Vi t Nam trong tương lai Trong chương này, trình b y v hi n tr ng m ng thông tin di ng c a Vi t Nam. .. và th gi i, và gi i thi u công ngh LTE cũng như ki n trúc giao di n vô tuy n LTE Sau ó xu t tri n khai h th ng di 2 ng 4G Vi t Nam CHƯƠNG I: GI I THI U SƠ LƯ C V H TH NG THÔNG TIN DI NG 1.1 TOÀN C NH C A H TH NG THÔNG TIN DI Thông tin di NG ng không ng ng phát tri n và ngày càng òi h i các k thu t tiên ti n và công ngh cao Ý tư ng vè s liên l c t c th i mà không c n quan tâm n kho ng cách là m t trong. .. I THI U CHUNG H th ng di ng th h th tư (4G) d ki n s vào kho ng năm 2012 V i s t phá v t c 4G s cung c p nh ng d ch v sâu hơn vào vi c, cũng như có s tác ng l n ưa vào s d ng, khai thác và dung lư ng, h th ng di ng i s ng sinh ho t thư ng nh t, công i v i cu c s ng c a chúng ta trong tương lai g n C th hơn trong t ng khía c nh c a cu c s ng như: - Trong giáo d c, ngh thu t, văn hóa, khoa h c Nh có s... m ng 3G hi n hành hay trên các h th ng WLAN và các phiên b n nâng c p c a chúng 14 Thêm vào ó, các d ch v và ng d ng này nên ư c t o ra c truy c p sóng vô tuy n m i c a c a các h th ng di c p hi n hành Hơn n a m t v c d ch v và ng d ng s d ng trong ng 4G và các h th ng truy c tính tác nhân ư c mong i t p trung vào lĩnh h tr s cung c p trơn tru các d ch v và ng d ng 2.3.1.2 Mi n n n t ng d ch v Mi n... cũng ã ư c tri n khai và ưa vào khai thác d ch v New York vào năm 2007 th i gian t 7/2006 m t s thành ph như London, Vi t Nam cũng ã th nghi m WiMax trong kho ng n tháng 12/2006 t i t nh Lào Cai nư c ta, cùng v i s phát tri n m nh m c a thông tin liên l c nói chung, trong nh ng năm g n ây, thông tin di nh m áp ng nhu c u trao th i kỳ ban ng ra i như m t t t y u khách quan i thông tin trong th i kỳ u, xu... b o m t ư c m ng 2G và 3G cung c p là mã hóa thông tin Vì d ch v này không ngăn ch n ư c s t n công khi dùng các thi t b quét nên nó không thay th ư c m t mã hóa u cu i – 13 u cu i Trong m ng 4G, các nút di ng và c nh s tương tác v i nhau không c n liên h v i i u hành m ng Các giao th c và th t c ph i có kh năng cho phép ngư i dùng trong các nút m ng này nh n th c thông tin dùng và có th k t n i ây... ic a t nư c Vào ng như m ng nh n tin ABC, m ng nh n tin toàn qu c… có tính ch t th nghi m cho công ngh thông tin di ng Sau ó vào tháng 3/1993, m ng i n tho i di ng MobiFone s d ng k thu t GSM ư c tri n khai và chính th c ưa vào s d ng và ho t thi t b c a hang ALCATEL Tháng 6/1996, m ng Vinaphone ra c p d ch v như Mobifone n năm 2003, m ng S-Phone s CDMA c a Saigon Postel ưa vào khai thác vào ho t ng... trên h th ng Nhưng n i dung phong phú và a d ng v nh c và phim trong h th ng có th t i m i lúc m i nơi - Truy n thông hình nh H th ng di ng 4G cũng ư c ng d ng trong vi c trao i thông tin gi a các i m cách xa nhau M t o n phim c a m t s ki n th thao, gi i trí có th g i b i máy quay g n trên m t máy thu phát c m tay và ư c g i i t c th i cho các thành viên khác trong gia ình xa, ho c - Thương m i i... khai các d ch v và ng d ng ư c ưa ra b i mi n d ch v và ng d ng C u trúc cơ b n c a cơ s d ch v này ư c h tr b i ba b tính m ng t c c tính: Các cao/dung lư ng l n, và các c tính a phương ti n, các c c tính ch t lư ng d ch v m ng 2.3.1.3 Mi n m ng lõi chuy n m ch gói Mi n m ng lõi chuy n m ch gói óng vai trò k t n i các h th ng truy c p khác nhau v i mi n n n t ng d ch v , và không ph thu c vào các h th... p d i t n r ng th m trí trong các môi trư ng d ch chuy n t c cao, và ưa ra kh năng s d ng tương t như các d ch v t bào hi n nay 15 Kh năng truy c p không dây t do m i th c thì trư c h t truy c p băng t n siêu r ng khi di chuy n t c th p, và ưa ra kh năng s d ng tương t như các d ch v m ng LAN không dây hi n nay Kh năng m ng d ch chuy n là m t kh năng ưa ra truy c p không dây trong các môi trư ng có . III: KIẾN TRÚC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LTE TẠI VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI. 60 3.1 HIỆN TRẠNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CỦA VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 60 3.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE 63 3.3 KIẾN TRÚC. về kiến trúc và ñịnh hướng ứng dụng LTE tại Việt Nam trong tương lai. Trong chương này, trình bầy về hiện trạng mạng thông tin di ñộng của Việt Nam và thế giới, và giới thiệu công nghệ LTE. DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử Mã ngành: 60520203 KIẾN TRÚC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LTE TẠI VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI