CHƯƠNG i hệ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG và CÔNG NGHỆ LTE ADVANCED

CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ LTE-ADVANCED 1.1 Cơ sở nghiên cứu Xã hội ngày phát triển, điều kiện sống người nâng cao dẫn đến nhu cầu việc trao đổi liệu, sử dụng loại dịch vụ nhu cầu giải trí thiết bị di động ngày tăng Trước nhu cầu đó, hệ thống thông tin di động hệ đầu không đáp ứng đủ yêu cầu cần phục vụ, chuẩn hệ thống thông tin di động 3.5G, 3.9G, 4G nghiên cứu, phát triển ứng dụng Năm 2006, Nhật Bản, hãng viễn thông NTT DoCoMo triển khai thành công đưa vào khai thác hệ thống thông tin di động 3.5G HSDPA Ngày 14 tháng 12 năm 2009 dịch vụ LTE (3.9G) hãng TeliaSonera khai trương Oslo Stockholm [7] Với thử nghiệm hệ thống di động 4G, cho tốc độ 5Gbps mơi trường nhà tốc độ 100Mbps môi trường trời đối tượng chuyển động với tốc độ cao (250km/h) Với bùng nổ tốc độ, hệ thống 4G ứng dụng rộng trãi nhiều lĩnh vực sống như: dịch vụ chăm sóc sức khỏe, dịch vụ đặt hàng di động, thương mại di động… Hiện nay, nước ta tồn đồng thời nhiều hệ hệ thống thông tin di động (2G, 2.5G, 3G) Tuy việc triển khai hệ thống di động 4G vấn đề tương lai, trước xu phát triển chung công nghệ viễn thông đặc biệt công nghệ thông tin di động, việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống di động 4G cấp thiết 1.2 Hệ thống thông tin di động Cho đến nay, hệ thống thông tin di động trải qua nhiều bước phát triển quan trọng Từ hệ thống thông tin di động tương tự hệ thứ đến hệ thống thông tin di động số hệ thứ hai Những năm đầu kỷ 21 hệ thống thông tin di động băng rộng hệ thứ ba triển khai ứng dụng rộng rãi phục vụ đời sống người Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư hãng viễn thông lớn như: liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) nghiên cứu chuẩn hóa Hiện nay, hệ thống thơng tin di động hệ thứ đưa vào khai thác thương mại số nơi giới Dịch vụ chủ yếu hệ thống thông tin di động hệ thứ thứ hai thoại dịch vụ hệ thứ ba sau phát triển theo hướng dịch vụ liệu đa phương tiện Các hệ thống thông tin di động tế bào số giai đoạn thệ thứ hai cộng (2.5G), hệ thứ ba (3G) hệ thứ ba cộng (3.5G) Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng dịch vụ thông tin di động nên từ đầu năm 90 người ta tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Liên minh viễn thông quốc tế phận vô tuyến (ITU-R) thực tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thơng tin di động toàn cầu IMT-2000 Ở châu Âu, Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu (ETSI) thực tiêu chuẩn hóa phiên hệ thống với tên gọi UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu) Hệ thống làm việc dải tần 2GHz cung cấp nhiều loại dịch vụ bao gồm từ dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp có đến dịch vụ số liệu tốc độ cao, video truyền Tốc độ cực đại người sử dụng lên tới 2Mbps Tốc độ cực đại có pico nhà, dịch vụ với tốc độ 14,4Kbps đảm bảo cho thông tin di động thông thường ô macro Người ta nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng khoảng 2Gbps Ở hệ thống di động băng rộng (MBS ) sóng mang sử dụng bước sóng mm, độ rộng băng tần 64MHz dự kiến tăng tốc độ người sử dụng đến STM-1 [1] Hiện nay, hầu hết quốc gia giới triển khai hệ thống thông tin di động 3G Theo thống kê hai hãng Informa Telecom & Media WCIS and 3G America, có 181 hãng cấp dịch vụ 77 quốc gia đưa vào khai thác dịch vụ mạng di động hệ thứ ba Với hệ thống di động 3.5G (HSDPA) có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ 63 quốc gia cung cấp dịch vụ hệ thống di động 3.5G Hệ thống tiền 4G (Pre-4G) WiMax triển khai đưa vào khai thác dịch vụ số thành phố London, NewYork vào quý năm 2007 Ở nước ta, với phát triển mạnh mẽ thông tin liên lạc nói chung, năm gần thơng tin di động đời tất yếu khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin thời kỳ đổi đất nước Vào thời kỳ ban đầu, xuất số mạng thông tin di động mạng nhắn tin ABC, mạng nhắn tin tồn quốc…có tính chất thử nghiệm cho công nghệ thông tin di động Sau năm 1993, mạng điện thoại di động MobiFone sử dụng kỹ thuật số GSM triển khai thức đưa vào hoạt động với thiết bị hãng ALCATEL Năm 1996 mạng Vinaphone đời, đến năm 2003 mạng S-Fone sử dụng công nghệ CDMA Saigon Postel vào khai thác Năm 2004 mạng GSM Viettel thức vào hoạt động Ngoài ra, EVN Telecom, Hà Nội Telecom vào khai thác mạng di động hệ thứ ba 1.3 Q trình phát triển hệ thống thơng tin di động Khi triển khai, hệ thống di động 1G cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thoại, nhu cầu truyền số liệu tăng lên đòi hỏi nhà khai thác mạng phải nâng cấp nhiều tính cho mạng cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng sở khai thác mạng có Từ nhà khai thác triển khai hệ thống di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Cùng với Internet, Intranet trở thành hoạt động kinh doanh ngày quan trọng, số xây dựng cơng sở vô tuyến để kết nối cán “di động” với xí nghiệp cơng sở họ Ngồi ra, tiềm to lớn công nghệ cung cấp trực tiếp tin tức thông tin khác cho thiết bị vô tuyến tạo nguồn lợi nhuận cho nhà khai thác Do vậy, để đáp ứng dịch vụ truyền thơng máy tính hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế hệ thống di động hệ thứ hai bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Khi mà nhu cầu dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao tăng mạnh, mà tốc độ hệ thống 3G khơng đáp ứng tổ chức viễn thông giới nghiên cứu chuẩn hóa hệ thống di động 4G Hình 1.1 Q trình phát triển thơng tin di động [1] Q trình phát triển hệ thống thơng tin di động mơ tả hình 1.1, đó: + TASC (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập tổng thể + NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại Bắc Âu băng tần 900MHz + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến + SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng + GSM 900 (Global System for Mobile): Hệ thống thơng tin di động tồn cầu băng tần 900MHz + GSM 1800: Hệ thống GSM băng tần 1800 MHz + GSM 1900: Hệ thống GSM băng tần 1900 MHz + IS-136 TDMA (Interim Standard- 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến AT&T đề xuất + IS-95 CDMA: Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA cải tiến Mỹ + GPRS (General Packet Radio System): Hệ thống vơ tuyến gói chung + EDGE (Enhaned Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM + CDMA 2000 1x: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn + WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng + CDMA 2000 Mx: Hệ thống CDMA 2000 giai đoạn [2] + HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống truy nhập gói tốc độ cao Hệ thống HSPA chia thành công nghệ sau: - HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường xuống tốc độ cao - HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói đường lên tốc độ cao - HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy nhập gói OFDM tốc độ cao +Pre-4G: Các hệ thống tiền 4G gồm WiMax WiBro (Mobile Wimax) + WiMax: Wordwide Interoperabilily for Microwave Access + WiBro: Wiless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây Từ q trình phát triển hệ thống thơng tin di động từ đời đến tao tổng kết hệ thơng tin di động qua bảng sau: Bảng 1.1 Tổng kết hệ thông tin di động 1.4 Hệ thống thông tin di động 4G công nghệ LTE-Advanced 1.4.1 Hệ thống thông tin di động 4G Hệ thống thông tin di động 4G đưa vào khai thác sử dụng số quốc gia phát triển giới từ năm 2012 Với đột phá dung lượng, hệ thống di động 4G cung cấp dịch vụ phục vụ sâu vào đời sống sinh hoạt thường nhật, cơng việc có tác động lớn đến lối sống tương lai gần Cụ thể khía cạnh sống trình bày : - Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học Nhờ có ưu việt hệ thống 4G, tiên tiến thiết bị đầu cuối, học sinh, sinh viên, nhà nghiên cứu khoa học trao đổi thơng tin, hình ảnh cần thiết cho việc học tập nghiên cứu mà khơng có rào cản mặt khoảng cách ngôn ngữ Thiết bị đầu cuối di động hệ thống 4G (điện thoại , đồng hồ đeo tay…) có tích hợp camera có chức thơng dịch ngơn ngữ tự động giúp trao đổi thông tin trực tiếp - Giải trí Hệ thống di động 4G cho phép sử dụng hệ thống trò chơi, âm nhạc, video nội dung liên quan Những trò chơi hình ảnh truy nhập nơi với nội dung phong phú đa dạng - Truyền thơng hình ảnh Hệ thống di động 4G ứng dụng việc trao đổi thông tin điểm cách xa Một đoạn phim kiện thể thao gửi máy quay gắn máy thu phát cầm tay gửi tức thời đến đâu dù hay nước - Thương mại di động Hệ thống di động 4G ứng dụng trao đổi thỏa thuận mua bán hàng hóa Chỉ thiết bị di động cầm tay người sử dụng thu các thông tin sản phẩm, đặt hàng, tốn tài khoản thơng qua thiết bị di động - Cuộc sống thường nhật Công nghệ xác thực cá nhân tiên tiến cho phép người sử dụng mua hàng hóa đắt tiền cách an tồn tốn tài khoản thơng qua mạng di động Dữ liệu tải từ thiết bị di động sử dụng thẻ toán, thẻ vào, thẻ thành viên Các dịch vụ di động sử dụng sống như: tải chương trình tivi máy chủ đặt gia đình lên thiết bị di động xem chúng sử dụng thiết bị cầm tay di động để điều khiển robot từ xa - Y tế chăm sóc sức khỏe Những liệu sức khỏe tự động gửi đến bệnh viện theo thời gian thực từ thiết bị mang người bệnh nhân, nhờ bác sĩ thực việc kiểm tra sức khỏe xử lý tức tình trạng khẩn cấp - Điều trị tình trạng khẩn cấp Phương tiện truyền thông di động sử dụng cho cấp cứu khẩn cấp sau tai nạn giao thông xảy Vị trí vụ tai nạn thông báo tự động cách sử dụng thông tin định vị, bác sĩ trung tâm y tế đưa dẫn sơ cứu cho bệnh nhân thông qua việc quan sát bệnh nhân hình Các liệu y tế truyền tới xe cứu thương bệnh viện thông qua mạng di động - Ứng dụng thảm họa thiên tai Hệ thống thơng tin di động đóng vai trò thiết bị thơng tin quan trọng trường hợp xảy thảm họa thiên tai, cho phép truyền hình ảnh thực trạng khu vực xảy thảm họa Do nơi thảm họa khơng xảy tất lãnh đạo phủ, phương tiện truyền thông đại chúng người dân nói chung chia sẻ thơng tin [3] 1.4.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp - Dịch vụ cung cấp thơng tin y tế Hình 1.2 Dịch vụ thông tin y tế [4] Dịch vụ cung cấp thông tin y tế cung cấp cho khách hàng thơng tin xác đầy đủ tình trạng sức khỏe Khách hàng nhận dẫn, đơn thuốc bác sĩ có thay đổi tình trạng sức khỏe từ trung tâm chăm sóc y tế thiết bị di động Đồng thời khách hàng truy nhập thơng tin sức khỏe thiết bị di động [4] Thậm chí dịch vụ với cơng nghệ điều trị gen tiên tiến, khách hàng tải thông tin gen họ để có biện pháp điều trị thích hợp - Dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến Người dùng dùng lời thoại để tìm kiếm (từ khóa khơng thiết phải xác) lựa chọn video yêu thích thiết bị di động đầu cuối đâu, nơi Nếu người dùng muốn xem phim rạp chiếu phim đặt trước mua vé điện tử Những video trình chiếu tàu chí thiết bị kính đeo mắt có khả hiển thị hình ảnh Hình 1.3 Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến [4] Trong : + Movie dilivery: phân phát phim + Movie info seach: tìm kiếm thơng tin phim + Ambigous seach by voice: tìm kiếm thơng tin phim lời nói + Ticket Purchase: thẻ dịch vụ + Content streaming delivery: cung cấp luồng nội dung + Movie distributor: nhà cung cấp phim + Real media content distribution by compact high-density dise memory card : phân phối nội dung thẻ nhớ đĩa nén mật độ cao + Content server: máy chủ nội dung + Service provicer: nhà cung cấp dịch vụ + Speed analysis: khối phân tích thoại + Search server: máy chủ tìm kiếm + Member DB: sở liệu thành viên - Hệ thống định vị Hình 1.4 Hệ thống định vị Trong : + Monthly: phí dịch vụ hàng tháng + Location info: thơng tin vị trí + Vehicle info: thơng tin xe cộ + Entertainment: giải trí + Emergency info: thông tin khẩn cấp + Logistics info: thông tin hậu cần + Right hold: người giữ quyền + Content charge: phí nội dung Người dùng truy nhập dịch vụ thông tin từ bên xe chuyển động Những thông tin cung cấp cách hợp lý phụ thuộc vào thời gian địa điểm tính chất người sử dụng Bao gồm: + Dịch vụ thông tin định vị: định vị, dẫn tuyến đường, thông tin giao thông… + Dịch vụ thông tin xe cộ: thông tin xe, thông tin điều chỉnh động cơ… + Dịch vụ giải trí: radio, chương trình truyền hình… + Dịch vụ điều khiển: điều khiển xe trường hợp thiên tai + Dịch vụ khẩn cấp: nạn, ốm đau bất ngờ… - Dịch vụ đặt hàng di động Hình 1.5 Hệ thống đặt hàng di động [4] Trong đó: + Inquiry purchase application: yêu cầu mua ứng dụng + Product info/Ads: thơng tin sản phẩm/quảng cáo + Product/delivery charge: phí sản xuất/phân phối + Commission: hoa hồng + Application info: thông tin ứng dụng + Product info: thông tin sản phẩm + Platform provider: nhà cung cấp tảng + Ad cost: chi phí quảng cáo + Server utilization fee: phí sử dụng server + Manufacturer: nhà sản xuất Dịch vụ đặt hàng di động cho phép đặt mua sản phẩm hay thu thập thông tin sản phẩm cách dễ dàng nhờ thiết bị đầu cuối thông qua tạp chí, sách báo… hay hình ảnh Thơng tin liên quan tới sản phẩm (video, đặc tính kỹ thuật) tự động gửi tới thiết bị đầu cuối di động từ trung tâm sản phẩm, hiển thị dạng hình ảnh ba chiều (3D) Người sử dụng đặt hàng sản phẩm lập tức, việc toán tài khoản thực qua thiết bị đầu cuối di động họ Việc sử dụng chứng thực võng mạc giúp cho việc đặt mua sản phẩm có giá trị trở nên đơn giản an toàn - Quản lý thực phẩm Hình 1.6 Hệ thống quản lý thực phẩm [4] Trong : + Service register/enry fee: phí đăng ký dịch vụ + Food purchase charge: phí mua thực phẩm + Billing for purchase: hóa đơn bán hàng + Payment: toán + User membership DS: sở liệu thành viên + Order placement: xếp đặt hàng Dịch vụ hỗ trợ cho người sử dụng truy nhập tới tủ lạnh gia đình thiết bị đầu cuối di động từ bên ngoài, để thấy thực phẩm hết thực phẩm Nhờ hình ảnh hiển thị người dùng biết hạn sử dụng thực phẩm Người sử dụng tìm cơng thức thực đơn họ nấu sử dụng thực phẩm có sẵn tủ lạnh, thực phẩm thiếu hình đặt hàng chúng gửi nhà - Dịch vụ bảo hiểm rủi ro Khi bị kẹt đống đổ nát trận động đất quy mô lớn, khả mạng điện thoại di động cung cấp xác thơng tin vị trí người - thiết bị đầu cuối kết nối internet trừ bị hỏng ln sẵn sàng hoạt động giải cứu cách nhanh chóng Hình 1.7 Hệ thống bảo hiểm rủi ro [4] Trong : + Rescue, pramedics: cứu hộ, cứu hộ y tế + Disaster site (user): khu vực xảy thiên tai + Displays curent location and destination: hiển thị vị trí + Designate wanted area thru pen input: định vùng cần kiểm soát bút cảm ứng + Terminal location is indicated in blinks: vị trí thiết bị đầu cuối tức thời + Contact family using personal info: liên lạc với gia đình nhờ thơng tin cá nhân + Obtain medical record from home doctor using personal info: có báo cáo y tế từ bác sĩ nhờ thơng tin cá nhân + Disaster insurance premium: phí bảo hiểm thiên tai + Notifies location by ring tone : thơng báo vị trí nhạc chng Dịch vụ hành quản lý di động Hình 1.8 Hệ thống quản lý di động [4] Khách hàng truy nhập thông tin nhận nhiều dịch vụ hành khác từ quyền quốc gia/địa phương thiết bị đầu cuối di động nhà cơng sở • Ứng dụng cho tài liệu/văn khác • Trả thuế, đưa thuế thu nhập • Phát hành sách chăm sóc sức khỏe cho sản phụ, đưa báo cáo sinh sản, ứng dụng cho kiểm tra sức khỏe trẻ, dịch vụ sức khỏe khác Bỏ phiếu bầu cử 1.4.3 Công nghệ LTE – Advanced LTE–Advanced (Long Term Evolution–Advanced) chuẩn truyền thơng di động, thức trở thành ứng cử viên cho hệ thống thông tin di động 4G vào cuối năm 2009, phê duyệt ITU hoàn thành 3GPP (dự án đối tác hệ thứ ba) tháng năm 2011 Thực công nghệ truyền thông di động 4G, LTE-Advenced có đầy đủ đặc điểm tính ứng dụng hệ thống di động 4G nêu LTE – Advanced, tên gọi nó, thực chất nâng cấp LTE nhằm hướng đến thỏa mãn yêu cầu IMT – Advanced Việc nâng cấp thể chỗ công nghệ sử dụng LTE sử dụng LTE sử dụng LTE – Advaned (OFDMA, SC – FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ…) Tuy nhiên có số cải tiến để phát huy tối đa hiệu chúng như: MIMO tăng cường, với cấu hình cao (8x8 MIMO)… Đồng thời LTE – Advanced ứng dụng thêm nhiều kỹ thuật để nâng cao đặc tính hệ thống : Carrier Aggregation (tổng hợp sóng mang) Multi – antenna Enhancements (đa ăng – ten cải tiến) Relays (trạm chuyển tiếp) Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất) Coordinated Multipoint – CoMp (phối hợp đa điểm) Bằng việc áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật công nghệ trên, LTE – Advaned có đặc tính cao hẳn so với LTE nhiều mặt (tốc độ, băng thông, hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý…) [0] Bảng so sánh cho ta thấy điều này: Bảng 1.2 Bảng so sánh LTE với LTE – Advanced [6] 1.5 Kết luận chương Cho đến hệ thống thông tin di động trở thành phần thiếu người khắp giới, ứng dụng mặt sống Tuy nhiên hệ thống thông tin di động chưa đáp ứng cách toàn diện nhu cầu người Để tiến tới ứng dụng dịch vụ tương đối đầy đủ nêu trên, hệ thống thông tin di động hệ thứ tư phải chuẩn bị gì, tìm hiểu nghệ LTE, công nghệ tiền công 4G  ... đ i đến tao tổng kết hệ thông tin di động qua bảng sau: Bảng 1.1 Tổng kết hệ thông tin di động 1.4 Hệ thống thông tin di động 4G công nghệ LTE- Advanced 1.4.1 Hệ thống thông tin di động 4G Hệ thống. ..1.2 Hệ thống thông tin di động Cho đến nay, hệ thống thông tin di động tr i qua nhiều bước phát triển quan trọng Từ hệ thống thông tin di động tương tự hệ thứ đến hệ thống thông tin di động số hệ. .. hai Những năm đầu kỷ 21 hệ thống thông tin di động băng rộng hệ thứ ba triển khai ứng dụng rộng r i phục vụ đ i sống ngư i Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư hãng viễn thông lớn như: liên minh