báo cáo thưc tập mạng 4G LTE và 5G

Tìm hiểu về hệ thống mạng 4G LTE và 5G trong tương lai. báo cáo thực tập tốt nghiệp trường học viện công nghệ bưu chính viễn thông. Thực tập công ty TNHH TMDV Viễn Thông Thiên Tú. Các công nghệ trong mạng 4G LTE và 5G

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

HỆ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2013-2018

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VIỄN THÔNG II _

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

HỆ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2013-2018

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt đợt thực tập cũng như báo cáo này, trước tiên em chân thành biết ơnsâu sắc tất cả quý Thầy Cô Trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông vànhất là các Thầy Cô Khoa Viễn Thông II đã tận tâm truyền đạt những kiến thức quýbáu cho em trong suốt quá trình học tập tại trường Hơn thế nữa, em xin chân thànhcảm ơn Thầy TS Trần Trung Duy là giảng viên hướng dẫn trực tiếp cho em trong suốtthời gian thưc tập này

Về phía Công Ty TNHH Thương Mại Dịch Vụ Viễn Thông Thiên Tú, em xin chânthành cảm ơn Ban Lãnh Đạo công ty đã tạo điều kiện giúp cho em có cơ hội thực tậptại Công ty, đồng thời em cũng xin cảm ơn các Anh Chị ở phòng Dự Án- Thi Công,đặc biệt là anh Nguyễn Tấn Lợi đã hướng dẫn tạo mọi điều kiện cho em hoàn thànhđợt thực tập và làm báo cáo này một cách hoàn chỉnh hơn, giúp em vận dụng đượcnhững kiến thức đã được học tập ở trường vào thực tế một cách sâu sắc hơn

Cuối cùng em xin gửi lời chúc tốt đẹp nhất đến toàn thể quý Thầy Cô Trường HọcViện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, mong quý Thầy Cô có thật nhiều sức khỏe

và ngày càng thành công trong sự nghiệp giảng dạy của mình

Chúc Ban Lãnh Đạo cùng các Anh Chị phòng Dự Án- Thi Công và toàn thể Công tyTNHH Thương Mại Dịch Vụ Viễn Thông Thiên Tú dồi dào sức khỏe và hoàn thànhcông việc thật xuất sắc Chúc Công ty liên tục phát triển vững mạnh và trở thành mộttrong những doanh nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông

TP.HCM, tháng 8 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Hoàng Xuân Tấn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……….1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP……… 2

1.1.Sơ lược về công ty TNHH Thương Mại Dịch Vụ Viễn Thông Thiên Tú……… 2

1.2.Quá trình hình thành và phát triển của công ty……….2

1.3.Sơ đồ tổ chức của công ty……….4

1.4 Dịch vụ……… 4

1.5 Định hướng phát triển……… 5

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G……….6

2.1Giới thiệu chung 6

2.2Mô hình cấu trúc mạng 4G 7

2.2.1.Yêu cầu cấu trúc mạng mới của mạng 4G……….7

2.2.2.Một số kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đường truyền……….9

2.2.3.Mô hình cấu trúc mạng 4G……… 12

2.3.Công nghệ mạng 4G………13

2.3.1.Công nghệ tiền 4G 13

2.3.2.Công nghệ LTE Advanced của thế hệ 4G 17

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 26

3.1.Giới thiệu chung 26

3.2.Cấu trúc mạng 5G 29

3.2.1.Flatter IP network 30

3.2.2.Hệ thống Aggregator 30

3.2.3.Công nghệ 5G 31

3.2.4.Cấu trúc mạng 5G giả định 33

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức công ty Thiên Tú 4Hình 2.1 Sự tích hợp của các mạng khác nhau dẫn đến 4G 7Hình 2.2 Sự kết hợp của các mạng khác nhau 7Hình 2.3 Các mạng khác nhau co thể truy nhập vào hệ thống 8Hình 2.4 Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G 8Hình 2.5 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 10Hình 2.6 Phổ tín hiệu OFDM với 5 sóng mang 10Hình 2.7 Tiết kiệm băng thông khi sử dụng OFDM 11Hình 2.8 Mô hình cấu trúc mạng 4G 12Hình 2.9 Tốc độ của 2 công nghệ Wimax và LTE 14

Hình 2.16 Tổng số di động được kết nối của các thế hệ theo từng

năm ( theo GSMA Intelligence)

Advanced

23Hình 2.25 Hình 2.18 Cấu hình MIMO 8x8 24Hình 2.26 Hệ thống phối hợp với 2 nút chuyển tiếp 24

Hình 2.27 Kỹ thuật chuyển tiếp 25Hình 2.28 Chuyển tiếp 1 chiều 25Hình 2.29 Chuyển tiếp 2 chiều 26Hình 3.1 Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 2020 27

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Đặc điểm của anten thông minh 9Bảng 2.2 So sánh các tham số của LTE và LTE-Advanced 18Bảng 2.3 So sánh các tham số của LTE-Advanced với công nghệ

khác

19

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, khi các ngành công nghiệp đang trên đà phát triển thì trong lĩnh vựccông nghiệp viễn thông cũng đã và đang phát triển theo từng ngày với nhiều côngnghệ mới và dịch vụ ưu đãi Sự phát triển công nghệ theo xu hướng IP hóa và tích hợpcác công nghệ mới Trong những năm vừa qua mạng thông tin thế hệ thứ ba ra đờimang lại cho người sử dụng nhiều tiện ích như dịch vụ mới,… nhưng nó cũng có một

số nhược điểm như tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 2Mbps cho nên rất khó cho việcdownload các loại file dữ liệu có dung lương lớn, khả năng đáp ứng thời gian thực nhưhội nghị truyền hình là chưa cao, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao củangười dùng, tính mở của mạng chưa cao và khả năng tích hợp các mạng khác chưa tốt,

… Do vậy phải có mạng di động mới để khắc phục những những nhược điểm này

Từ đó, người ta đã bắt đầu nghiên cứu mạng di động mới có tên gọi là hệ thốngmạng di động 4G.Việc nghiên cứu công nghệ mới giúp ta nắm bắt được xu hướng củacác công nghệ hiện nay để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương lai

Do vậy em chọn đề tài "NGHIÊN CỨU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI SANG THẾ HỆ 5G".

CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO:

o Chương I : Giới thiệu về cơ quan thực tập

o Chương II : Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G

o ChươngIII: Hệ thống thông tin di động 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP

1.1 Sơ lược về công ty TNHH Thương Mại Dịch Vụ Viễn Thông Thiên Tú

Tên đối ngoại: THIENTU CO.,LTD

Loại hình doanh nghiệp: Công ty trách nhiệm hữu hạn

Địa chỉ: 145B Nguyễn Đình Chính, Phường 11, Quận Phú Nhuận, Tp.HCM

Điện thoại: (08) 39975966 Fax: (08) 38479909

Website: http://www.thientu.com.vn

Mã số doanh nghiệp: 0302171851

Ngày cấp GPKD: Ngày 01 tháng 12 năm 2000

1.2 Quá trình hình thành và phát triển của công ty

Khi mới thành lập, công ty Thiên Tú chỉ cung cấp những dịch vụ đơn giản cho cácnhà mạng viễn thông di động trong nước như Mobifone, Vinaphone …với các côngviệc như thiết kế xây dựng nhà trạm anten, lắp đặt thiết bị outdoor, dựng trụ

Không dừng lại ở mức độ này, ban lãnh đạo công ty Thiên Tú luôn chú trọng đầu

tư mạnh để phát triển nguồn nhân lực, cử người đi học nước ngoài và tăng cường trangthiết bị kỹ thuật Đến nay Thiên Tú đã trở thành một trong những nhà thầu chính tronglĩnh vực dịch vụ viễn thông cho các công ty nước ngoài

Từ chỗ chỉ là nhà thầu của các công ty viễn thông trong nước, hiện tại Thiên Tú là đối tác thường xuyên và uy tín, ký kết hợp đồng trực tiếp với các công ty nước ngoài như Ericsson, Alcatel Lucent, Huawei, Nokia Siemens Networks, ZTE, Nortel

Network…

Thiên Tú có thể cung cấp trọn gói dịch vụ từ sản xuất, lắp đặt, bảo dưỡng các trụcột anten, nhà trạm BTS, tổng đài MSC/BSC, thiết bị indoor và outdoor, sửa chữa, bảotrì, bảo dưỡng thiết bị viễn thông, hệ thống điện công nghiệp… đến cho thuê hạ tầngviễn thông như nhà trạm, cột anten, cung cấp dịch vụ ứng cứu, bảo trì bảo dưỡng chotrạm BTS Trong quá trình hình thành và phát triển của mạng di động 3G tại VN từnăm 2009, cũng có không ít đóng góp thầm lặng của các chuyên viên kỹ thuật Thiên

Tú, những người lặng lẽ ngày đêm thi công lắp đặt hệ thống 3G cho các nhà mạngMobifone và Vinaphone ở khu vực phía Nam

Trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ Contact Center cho các nhà mạng viễn thông,thương hiệu Thiên Tú cũng đã được khẳng định với khả năng cung ứng dịch vụ trọngói, không chỉ chăm sóc khách hàng của đối tác qua điện thoại mà còn qua website,chat, email, SMS Để vươn lên vị thế một nhà cung cấp dịch vụ Contact Center chuyênnghiệp, Thiên Tú đã đầu tư đồng bộ cho hạ tầng kỹ thuật lẫn hệ thống đào tạo nhân sựchuyên nghiệp

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP

Ban đầu, Thiên Tú chỉ cung cấp nhân lực làm việc tại trụ sở của đối tác, đến naycông ty đã có 3 Contact Center trang bị hạ tầng kỹ thuật đúng chuẩn quốc tế, thiết bịhiện đại với hơn 500 nhân viên, cung cấp dịch vụ cho các nhà mạng di độngVinaphone, Mobifone và Vietnamobile Với sự hỗ trợ chuyên môn của Học ViệnCông Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, công ty đã xây dựng hệ thống tự đào tạo nghiệp

vụ cho nhân viên làm việc trong Contact Center của mình Đây là một thế mạnh màkhông phải nhà cung cấp dịch vụ nào cũng có được

Những cột mốc phát triển của công ty

Năm 2000:Thành lập công ty Thiên Tú với dịch vụ chính là thi công lắp đặt trạm

thu phát sóng (BTS) với số lượng 60 nhân viên

Năm 2004: Cung cấp dịch vụ Call Center cho các trung tâm thông tin di động

Mobifone và Vinaphone với 150 điện thoại viên (khai thác viên)

Năm 2007: Triển khai lắp đặt các trạm thu phát sóng cho các Trung tâm viễn

thông Mobifone, Vinaphone, EVN, Vietnamobile

Năm 2008: Cung cấp dịch vụ Contact Center cho Trung tâm thông tin di động

Vinaphone

Năm 2009: Mở rộng quy mô Contact Center cho 2 Trung tâm thông tin di động

Mobifone và Vinaphone với số lượng 500 điện thoại viên (khai thác viên)

Tháng 9 năm 2009: Triển khai khảo sát thi công lắp đặt hệ thống 3G cho các đối

tác Mobifone và Vinaphone ở khu vực phía Nam

Tháng 5 năm 2010: Mở rộng quy mô cung cấp dịch vụ Contact Center Trung tâm

thông tin di động Vietnamobile

Tháng 9-2016: Triển khai khảo sát lắp đặt dự án 3G cho mạng Vietnammobile Tháng 10-2016: DỰ ÁN: Phát triển mạng vô tuyến 6 tỉnh phía Nam mạng

Vinaphone giai đoạn 2016-2017, cho 4G Bình Dương

Tháng 11-2016: DỰ ÁN: "Phát triển mạng vô tuyến các tỉnh trọng điểm phía Nam

mạng Vinaphone giai đoạn 2016-2017” cho 3G-4G tỉnh HUG

Hiện nay, công ty vẫn tiếp tục mở rộng, phát triển và khẳng định vai trò của mìnhtrong công cuộc phát triển mạng thông tin di động nói riêng, cũng như mạng viễnthông nói chung trong thời kì đổi mới công nghệ và nâng cao khoa học kỹ thuật, màmũi nhọn là công nghệ thông tin và thông tin truyền thông

Qua hơn 10 hình thành và phát triển, công ty đã đạt được những thành tựu đáng

kể, từ những dịch vụ cung cấp hạ tầng viễn thông cho đến cung ứng dịch vụ Contact Center Thiên Tú đã không còn xa lạ với những nhà mạng Việt Nam hiện nay Đặc biệt, Thiên Tú đã trở thành một trong những đối tác lớn của các hãng công nghệ hàng đầu thế giới như ZTE, Erisson, Siements…

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP

1.3 Sơ đồ tổ chức của công ty

Hệ thống cho phép đồng thời nhiều nhà cung cấp dịch vụ như : Vinaphone,Mobiphone, Viettel,…hoặc các nhà cung cấp dịch vụ (CDMA) đấu nối vào hệ thống,tích hợp các hệ thống vào một trạm duy nhất Giải pháp cho trường hợp đa nhà cungcấp đã được tính toán, phân tích rất chi tiết

Tới nay công ty đã thực hiện thành công nhiều dự án bao gồm cung cấp, thiết kế,lắp đặt hệ thống phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng : VinaPhone số 224 đường Thànhthái, Phường 4, Quận 10, Tp.HCM; Tòa nhà SaiGon Tower đường Lê Duẩn, Quận 1,Tp.HCM; Khách sạn Sheraton đường Đồng Khởi, Quận 1, Tp.HCM; Tòa nhà VP Đạidiện khu vực Miền Trung – Ngân hàng Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, chung

PhòngTàiChính

Bộ phậnThi Công

Bộ

phận

Dự Án

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP

Thiên Tú là công ty đi tiên phong trong lĩnh vực đầu tư cơ sở hạ tầng viễn thôngcho thuê hệ thống IBS ở nhiều tỉnh thành trong cả nước cho mạng Vinaphone,Mobiphone, Viettel…

1.4.2 Dịch vụ phát triển hạ tầng viễn thông

Năm 2000, Thiên Tú tham gia vào thị trường dịch vụ xây dựng hạ tầng viễn thông,bắt đầu cung cấp những dịch vụ đơn giản như xây dựng nhà trạm anten, lắp đặt thiết bịoutdoor, trạm điện, dựng trụ … cho các nhà mạng viễn thông di động Mobifone,Vinaphone …Với sự đầu tư không ngừng vào con người, kỹ thuật và thiết bị, đến nayThiên Tú đã trở thành một trong những nhà thầu chính trong lĩnh vực cung cấp dịch vụphát triển hạ tầng viễn thông

Hiện Thiên Tú là đối tác thường xuyên và uy tín, ký kết hợp đồng trực tiếp với cáctập đoàn viễn thông nước ngoài như Ericcsson, Alcatel Lucent, Huawei, Nokia

Siemens Networks, ZTE,Nortel Networks … để phát triển các dự án mà những tập

đoàn này cung cấp cho các công ty viễn thông trong nước như Mobifone, Vinafone, Vietnamobile Thiên Tú có thể cung cấp trọn gói dịch vụ từ sản xuất, lắp đặt, bảo

dưỡng các trụ cột anten, nhà trạm BTS, tổng đài MSC/BSC, thiết bị indoor&outdoor, sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng thiết bị viễn thông, hệ thống điện công nghiệp… đến cho thuê hạ tầng viễn thông như nhà trạm, cột anten, cung cấp dịch vụ ứng cứu, bảo trì bảodưỡng cho trạm BTS

1.5 Định hướng phát triển

Ban lãnh đạo công ty xác định phương châm: “Thành công về con người là chìakhóa cho mọi thành công” Để có được thành công ngày hôm nay, chặng đường 10năm phát triển của Thiên Tú gắn liền với những nỗ lực không ngừng để xây dựng bộmáy nhân sự ngày càng lớn mạnh và chuyên nghiệp, đủ sức đáp ứng những yêu cầukhắt khe nhất khi cung cấp dịch vụ kỹ thuật viễn thông cho các đối tác nước ngoài.Ban lãnh đạo Thiên Tú xem mọi người từ vị trí thấp nhất đến cao nhất trong công ty lànhững cộng sự của mình chứ không chỉ là nhân viên làm công ăn lương Khi xảy ra

“lấn cấn” giữa quyền lợi công ty và người lao động thì ban lãnh đạo công ty chấp nhậndành phần tốt hơn cho người lao động

Ngay từ khi công ty mới được thành lập, công ty đã định hướng phát triển lựclượng nhân sự chuyên nghiệp và tiến hành đưa người đi đào tạo nâng cao ở nước ngoài

về nghiệp vụ Tại Thiên Tú, việc đào tạo và tái đào tạo được tổ chức thường xuyên chođội ngũ nhân viên ở mọi vị trí Sau mùa cao điểm tập trung nhân lực phục vụ các dự

án, đến giai đoạn ít dự án, công ty liên tục tổ chức các lớp đào tạo nâng cao về kỹnăng, kiến thức chuyên môn như một hình thức “dưỡng quân”, giữ nguyên đội ngũnhân sự trong thời gian rỗi việc

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

2.1.Giới thiệu chung

Do ở thế hệ 3G tuy có nhiều cải tiến mới nhưng nó vẫn còn nhiều nhược điểmnhư:

Khó khăn trong việc tăng băng thông liên tục cùng với sự tồn tại của các dịch vụkhác nhau cần có băng thông và chất lương dịch vụ QoS khác nhau, rất khó tăng tốc

độ dữ liệu cao để có thể đáp ứng được yêu cầu của các dịch vụ đa phương tiện

Mạng di động thế hệ 4G là công nghệ truyền thông tin không dây thế hệ thứ tư, đãđược đưa vào sử dụng và khai thác tại một số quốc gia trên thế giới từ năm 2012 Nócho phép người dùng truyền tải dữ liệu với tốc độ truyền dẫn tối đa trong điều kiện lýtưởng đạt tới 1 - 1,5 Gbit/s Công nghệ 4G với sự đột phá về dung lượng nên có thểnói nó là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Các dịch vụ trong di động 4Gkhông những có khả năng cung cấp băng thông rộngvợi sự hỗ trợ của chức năng quản

lý chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) mà các ứng dụng truy cập mạng khôngbăng tần rộng (Wireless roadband access) với dung lượng lớn, chất lương tốt , truyềndẫn tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng caovới các trò chơi đồ họa 3D linh hoạt với các dịch vụ âm thanh số, tin nhắn đa phươngtiện MMS Mà nó còn hỗ trợ các dịch vụ hệ thống tương tác đa phương tiện nhưtruyền hội nghị, Internet không dây, có tính di động toàn cầu cao và tính di chuyểndịch vụ, giá thành hạ, truyền hình trực tuyến với độ phân giải cao (HDTV), truyềnhình kỹ thuật số mặt đất DVB (Digital Video Broadcasting) và các loại hình dịch vụ

mà cần đến băng thông rộng khác Trong tương lai mạng 4G có thể thay thế được mộtcách hoàn hảo các đường truyền Internet cố định trong đó có cả cáp quang với tốc độkhông thua kém,tính di động cao và vùng phủ sóng rộng hơn Hệ thống này nó sẽ tácđộng mạnh mẽ tới nhiều lĩnh vực cụ thể như:

Trong lĩnh vực khoa học giáo dục: với sự tiên tiến của các thiết bị đầu cuối Cácsinh viên, học sinh, nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi thông tin, hình ảnh cầnthiết cho việc học tập cũng như nghiên cứu

Trong lĩnh vực giải trí: có thể truy cập trò chơi, hình ảnh, âm nhạc online , … ở bất

cứ nơi nào trong hay ngoài nước có hệ thống 4G với nội dung phong phú đa dạng

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Trong lĩnh vực thương mại: ứng dụng trao đổi hàng hóa như thông tin về sảnphẩm, đặt hàng thông qua thiết bị di động

Trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe: các dữ liệu về sức khỏe con người đượcgửi tự động đến bệnh viện hay bác sỹ theo thời gian thực từ các thiết bị được mangtrên người để cho các bác sỹ tư vấn và điều trị

2.2.Mô hình cấu trúc mạng 4G

2.2.1.Yêu cầu cấu trúc mạng mới của mạng 4G

Để đảm bảo mục đích cho phép người sử dụng có thể truy nhập và khai thác cáctính năng mới trong mạng với chất lương tốt, tính di động, tốc độ cao, an toàn và bảomật Do vậy mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết như sau:

2.2.1.1.Hệ thống mạng có tính năng tích hợp

Hình 2.1.Sự tích hợp của các mạng khác nhau dẫn đến 4G

Mạng 4G kết hợp các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP, đảm bảo với tốc

tộ cao, cung cấp các dịch vụ đa dạng, ứng dụng chất lượng cao, … Sự kết hợp nàygiúp người sử dụng có thể kết nối tới nhiều loại mạng, sử dụng được nhiều dịch vụkhác nhau như ISDN, PSTN, internet, WLAN, WiMax, …

Hình 2.2 Sự kết hợp của các mạng khác nhau 2.2.1.2.Hệ thống mạng có tính mở

Cấu trúc mở trong mạng 4G cho phép cài đặt các thành phần mới cùng với cácgiao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp.Nó giúp cho tối ưu các dịch vụtrong mạng di động với liên kết không dây và đặc tính di động chính vì vậy mô hìnhxây dựng ra phải có tính mở

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Hình 2.3 Các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống 2.2.1.3.Hệ thống mạng phải đảm bảo chất lượng dich vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP

Cần phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụinternet để đảm bảo chất lương dịch vụ Do mạng 4G yêu cầu độ trễ nhỏ, tốc độ dữliệu cao, dịch vụ thời gian thực cho nên phải tránh các trường hợp về vấn đề trễ mạng,băng thông dịch vụ

2.2.1.4.Hệ thống mạng phải đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin

Khi hệ thống thông tin ngày càng phát triển, có nhiều người dùng của các mạngkhác nhau truy nhập vào thì những dữ liệu thông tin cần được phải đảm bảo an toàn.Tính an toàn được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn,riêng tư dữ liệu người dùng cũng như khả năng giám sát và quản lý hệ thống

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

2.2.2.Một số kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đường truyền

2.2.2.1.Sử dụng anten thông minh

Anten thông minh là là sự kết hợp của nhiều phần tử anten với một khả năng xử lýtín hiệu để tự động tối ưu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trườngtín hiệu Mục đích sử dụng anten thông minh là để làm tăng dung lương bằng cáchtruyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lương tức là tăng việc dùnglại tần số Nó là một thành phần quan trọng trong mạng 4G Một hệ thống anten thôngminh có những đặc tính và lợi ích cơ bản như:

Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu được đưa vào

từ nhiều anten sau đo được kết hợp lại để

tối ưu công suất có sẵn nhằm thiết lập

mức vùng phủ đã cho

Vùng phủ tốt hơn: Việc tập trung năng

lượng gửi ra trong một tế bào sẽ làm tăngvùng phủ của trạm gốc Thời gian dùngpin lâu hơn do các yêu cầu công suất tiêuthụ thấp hơn

Phân tập không gian: Thông tin được

tập hợp từ mảng anten được dùng để tối

thiểu fading và các tác động của truyền

đa đường không mong muốn

Loại bỏ các thành phần đa đường: Cho

phép truyền với tốc độ bit cao hơn màkhông cần dùng bộ cân bằng và làmgiảm tác động trả trễ của kênh

Hiệu quả công suất: Kết hợp các ngõ

vào đến nhiều thiết bị để tối ưu tăng ích

xử lý có sẵn trên đường xuống

Chi phí giảm: Chi phí giảm cho các bộ

khuếch đại công suất, độ tin cây cao hơn

Sự loại bỏ nhiễu: Anten pattern có thể

loại bỏ các nguồn nhiễu đồng kênh, cải

thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu của tín

hiệu thu được

Tăng dung lượng: Việc điều khiển chất

lương các null tín hiệu chính xác và giảmnhiễu kết hợp với việc sử dụng lại tần số

sẽ làm tăng dung lượng mạng Kỹ thuậtthích nghi (như là đa truy cập phân chiatheo không gian) hỗ trợ việc sử dụng lạitần số trong cùng một tế bào

Bảng 2.1 Đặc điểm của anten thông minh 2.2.2.2.Sử dụng các điều chế và mã hóa thích ứng (AMC - Adaptation and Modulation Coding)

Với kỹ thuật này, tỉ lệ mã hóa và quá trình điều chế được thích ứng theomột cách liên tục và chất lượng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất Trong việc truyền dẫn,

sử dụng nhiều mã Walsh trong quá trình thích ứng liên kết.Việc kết hợp kỹ thuật thích ứng liên kết đã góp phần thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên của

truyền dẫn vô tuyến không dây tốc độ cao

2.2.2.3.Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM

OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế FDM

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

 Mỗi một sóng mang con là một dạng sóng hình since mang biên độ và phathay đổi tại khoảng độ dài của mỗi symbol T, 66.7ms (trong miền tần số làmột hàm sinx/x)

 Khoảng cách giữa các sóng mang con lân cận gọi là khoảng sóng mang con

Df nếu Df = 1/T thì các sóng mang con sẽ chồng lấn trong miền tần sốnhưng đáp ứng đỉnh của mỗi sóng mang con sẽ trùng với thời điểm 0 của

các sóng mang con khác.

Hình 2.5.Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

Vì vậy máy đầu cuối có thể lấy mẫu một sóng mang con và đo kiểm biên độ, phacủa sóng mang con này để khôi phục dữ liệu mà không sợ bị ảnh hưởng bởi các sóngmang con khác mặc dù thực tế các sóng mang con này gần như được phát một cácđồng thời Các sóng mang con này do đó được gọi là trực giao với nhau

Tín hiệu gửi đi được chia ra thành các sóng mang nhỏ, ở trên mỗi sóng mang đótín hiệu là băng hẹp cho nên tránh được hiệu ứng đa đường Vì vậy tạo nên mộtkhoảng bảo vệ đểchen giữa mỗi tín hiệu OFDM

Hình 2.6.Phổ tín hiệu OFDM với 5 sóng mang.

Trong đó các sóng mang phụ nó được trực giao với nhau Do vậy phổ tính hiệu ởcác sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lạiđược tín hiệu ban đầu Nhờ có sự chồng lấn phổ này tín hiệu giúp cho hệ thống OFDM

có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

thường.OFDMcũng tạo nên độ lợi về sự phân tập tần số, cải thiện được hiệu năng củalớp vật lý.Nó đã được sử dụng trong nhiều hệ thống cả có dây cũng như không dâynhư ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), DVB (Digital Video Broadcasting)

và WLAN (Wireless Local Area Network) OFDM tiết kiệm băng thông, phù hợp choviệc thiết kế băng rộng, loại bỏ hoàn toàn hiên tượng giao thoa giữa các kí hiệu, giúpcho sự phức tạp thấp hơn của bộ cân bằng trong trường hợp chậm trễ lây lan so với các

hệ thống đơn sóng mang Tuy nhiên đường bao biên độ của tín hiệu phát nó lại khôngbằng phẳng, nó đã làm cho gây méo phi tuyến cho các bộ khuếch đại công suất ở máythu và máy phát

Hình 2.7 Tiết kiệm băng thông khi sử dụng OFDM

Ngoài ra, công nghệ LTE sử dụng kỹ thuật OFDM trong việc truy cập đườngxuống vì có ưu điểm sau:

 Kỹ thuật OFDM giúp loại bỏ hiện tượng xuyên nhiễu ký hiệu ISI nếu độ dàichuỗi bảo vệ lớn hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền

 Tối ưu được hiệu quả phổ tần vì cho phép sự chồng phổ ở các sóng mangcon

 Cấu trúc máy thu đơn giản

 OFDM thích hợp cho việc thiết kế hệ thống thông tin truyền dẫn băng rộng (

hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao)

 Tương thích với các anten tiên tiến và các bộ thu

Kỹ thuật OFDMA là kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Kỹthuật này chia băng tần thành các băng con, mỗi băng con là một sóng mangcon.OFDMA là kỹ thuật đa truy nhập vào kênh truyền OFDM và là một cải tiến củaOFDM Nhưng nó khác với OFDM ở chỗ trong OFDMA mỗi trạm thuê bao không sửdụng toàn bộ không gian sóng mang con không gian sóng mang con được chia chonhiều thuê bao cùng sử dụng một lúc Khi mà các trạm thuê bao không sử dụng hếtkhông gian sóng mang thì tất cả công suất phát của trạm gốc sẽ chỉ tập trung vào sốsóng mang con được sử dụng.Kỹ thuật này sử dụng cho đường lên của công nghệLTE

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

2.2.3.Mô hình cấu trúc mạng 4G

Hình 2.8.Mô hình cấu trúc mạng 4G

Hệ thống mạng 4G sử dụng chung môi trường truyền vô tuyến được tích hợpchung vào mạng RAN (Radio Access Network) giúp cho thuê bao di động đầu cuối ởbất cứ môi trường truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo hoạt động trong mạng

Phần tử lớp truy nhập vô tuyến : có nhiệm vụ là tạo và duy trì các kênh mạng truynhập vô tuyến (RAB: Radio Access Bearer) để thực hiện trao đổi thông tin giữa cácthiết bị đầu cuối như máy tính hay điện thoại di động với mạng lõi Do đó mạng truynhập vô tuyến phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị đầu cuối cho dù là thiết bị diđộng không dây thuộc mạng khác

 Điểm truy nhập vô tuyến RAP (Radio Access Point): có chức năng là:

 Thực hiện xử lý lớp 1 của giao diện vô tuyến như đan xen, mã hóa kênh,thích ứng tốc độ, trải phổ,…

 Thực hiện một phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiểncông suất vòng trong

Thiết bị đầu cuối: trong mạng 4G các thiết bị đầu cuối di động phải có sự pháttriển mạnh như là chạy nhiều ứng dụng khác nhau và phải hoạt động có tính thích nghi

và có tính linh động cao Do vậy độ phức tạp của nó cũng không nhỏ Tính phức tạpcủa thiết bị đầu cuối sẽ phải chứa đựng đầy đủ các điều kiện về phần mềm và phầncứng như sau:

 Thực hiện trên nhiều dạng hệ điều hành ( như Symbian, SmartPhone, Linux,

…)

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

 Các ứng dụng khác nhau về di động như email,MMS,…

 Hoạt động trên nhiều môi trường ứng dụng như J2ME, NET

 Có bộ nhớ lớn

 Hoạt động trên nhiều phương thức mã hóa (tiếng nói, âm thanh)

 Thực hiện được nhiều phần mềm ghép ứng dụng như dự đoán kiểu gõ, soạnthảo văn bản,

 Hoạt động trên nhiều phương thức mã hóa vô tuyến như CDMA2000, GPRS,GSM, W-CDMA, WiFi, …

Lớp mạng lõi (Core Network) : mạng lõi phải tích hợp được tất cả các mạng viễnthông khác như các mạng di động, WiMAX, WLAN và các mạng không dây khác.Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của NGN trên toàn cầu người ta xây dựng hệ thống truyềndẫn trong mạng lõi sử dụng giao thức IPv6.Đặc biệt sử dụng IP di động một cách linhhoạt giúp cho việc kết hợp giữa các mạng Các cổng đa phương tiện MGW(Multimedia Gateway) có nhiệm vụ: một là thực hiện chuyển đổi dữ liệu sang gói IP

và ngược lại, hai là thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến dữ liệu từ/tới mộtvùng dịch vụ của mạng tùy thuộc vào vị trí thuê bao

Lớp chức năng : dùng để điều khiển hệ thống như hệ thống báo hiệu, điều khiểnlưu lương, bảo mật thông tin,…Đồng thời cung cấp cơ sở hạ tầng cho lớp dịch vụ cungcấp các loại hình dịch vụ Các chức năng điều khiển như:

 Chức năng báo hiệu: báo hiệu trong mạng lõi là báo hiệu tập trung

 Chức năng bảo mật: là một chức năng quan trọng trong hệ thống tương lai

Nó đảm bảo cho việc thông tin, bí mật, tính riêng tư của người dùng mộtcách an toàn

 Chức năng về Billing: chức năng này có nhiệm vụ cung cấp cho mạng khảnăng về nhận thực, tính cước đối với các dịch vụ sử dụng trong mạng

 Chức năng về tính di động trong mạng (Mobility): chức năng này được kếthừa từ các mạng di động thế hệ trước

 Chức năng IP Multimedia: nhiệm vụ là thực hiện các chức năng điều khiển,quản lý các phiên làm việc IP trong mạng 4G

Lớp dịch vụ: có chức năng cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của người dung, cóchất lương cao như : dịch vụ đa phương tiện chất lương cao, dịch vụ thông tin định vị,dịch vụ điều khiển từ xa, …

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP trong đó 3GPP là một bộ phận của liên minhcác nhà mạng sử dụng công nghệ GSM, có tốc độ bit net lý thuyết là 100 Mbit/s chodownload và 50 Mbit/s cho upload Công nghệ Wimax2 được phát triển bởi IEEE(IEEE 802.16m : Institute of Electrical and Electronics Engineers) cung cấp khả năngkết nối Internet không dây nhanh hơn so với WiFi, cho phép sử dụng nhiều ứng dụnghơn, vùng phủ sóng rộng hơn và không chịu ảnh hưởng bởi địa hình Cả Wimax vàLTE đều sử dụng các công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả năng bắt sóng vàhoạt động của thiết bị, mạng lưới Tuy nhiên mỗi công nghệ đều sử dụng một băng tầnkhác nhau

Hình 2.9 Tốc độ của 2 công nghệ Wimax và LTE

2.3.1.2 Cấu trúc mạng LTE

Công nghệ LTE được dùng với mục đích cung cấp một tốc độ dữ liệu cao, độ trễthấp, công nghệ truy cập vô tuyến gói tin, tối ưu hóa băng thông Hệ thống LTE hỗ trợtính di động cho tốc độ lên đến 350 km/h, hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống là

326 Mb/s đối với hệ thống 4x4 MIMO, băng thông 20 MHz

Hình 2.10 Cấu trúc mạng LTE

Cấu trúc này rất đơn giản với 2 nút:

 Evolved Node-B (eNB) :

 Mobility Management Entity/Gateway (MME/GW)

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC:radio network controller) được loại bỏ khỏimạng truy cập và chức năng của nó được thực hiện trong nhiều eNB

Tất cả các giao diện dựa trên giao thức IP, các eNBs được kết nối với MME/GWbằng các cách thức của giao diện S1 và X2 Cấu trúc LTE bao gồm 2 cổng logic làcổng phục vụ (S-GW:serving gateway) và cổng mạng dữ liệu gói (P-GW: packetdatanetwork gateway) S-GW chuyển tiếp và nhận gói dữ liệu từ eNB để đưa đến UE P-

GW với mạng dữ liệu gói bên ngoài (external packet data networks :PDNs )còn thựchiện một số chức năng IP như phân bố địa chỉ, thực thi chính sách, lọc gói và địnhtuyến MME là một sự tồn tại duy nhất mà tín hiệu nơi người dùng gói tin IP không điqua.Lưu lượng mạng của truyền tín hiệu và lưu lượng truy cập có thể phát triển mộtcách độc lập như là một lợi thế của sự tồn tại mạng riêng biệt

Sự phát triển của hệ thống chuyển mạch gói Evolved Packet Switched System(EPS) bao gồm một Evolved Packet Core (EPC) và Evolved UTRAN (E-UTRAN),cung cấp các liên kết IP giữa một UE và mạng dữ liệu gói bên ngoài.external packetdata networks (PDNs)

Hình 2.11 Liên kết IP giữa một UE với PDNs

Trong đó:

 UE: máy đầu cuối (user equipment)

 E-UTRAN: mạng truy nhập radio

 EPC: Evolved Packet Core Mạng Core cũng là thành phần giao tiếp với cácmạng packet khác như internet, mạng riêng của các công ty, hoặc hệ thốngtruyền thông đa phương tiện IP IMS (Ip multimedia system)

 Giao diện giữa các thành phần khác nhau của hệ thống LTE là các giao diện

Uu, S1, và Sgi

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

2.3.1.3 Mạng truy nhập vô tuyến

Hình 2.12 Mạng truy nhập vô tuyến

Trạm gốc evolved node B (eNB): điều khiển giao tiếp với máy đầu cuối trên 1 haynhiều cell, điều khiển chuyển giao (no soft HO)

Giao tiếp với mạng lõi EPC qua giao diện S1

Tích hợp tính năng RNC trong WCDMA

2.3.1.4 Mạng Core

Hình 2.13 Mạng Core

HSS (home subcriber server) DATABASE

P-GW hay PDN (packet data network) gateway là điểm giao tiếp của mạng CoreEPC với các mạng ngoài khác

Serving – Gateway (S-GW) hoạt động như một router để chuyển tiếp data từ eNBđến PDN gateway

MME (mobility management entity) điều khiển các hoạt động mức cao của thuêbao thông qua các bản tin báo hiệu: Authen, ciphering, signalling…