Tìm hiểu đa sóng mang trong mạng 4G

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ ĐA SÓNG MANG 4G 1.1:Lịch sử phát triển thông tin di động Thông tin di động ln khơng ngừng phát triển ngày đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến công nghệ cao Ý tưởng liên lạc tức thời mà không quan tâm đến khoảng cách giấc mơ lâu đời loài người giấc mơ ngày trở thành thực nhờ trợ giúp kỹ thuật công nghệ Việc sử dụng sóng vơ tuyến để truyền thơng tin diễn lần vào cuối kỷ 19 Kể từ trở thành cơng nghệ ứng dụng rộng rãi thông tin quân đội sau thông tin vô tuyến công cộng Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động trải qua giai đoạn 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,hệ thống thông tin di động băng rộng hệ thứ ba triển khai phạm vi toàn cầu hệ thống thông tin di động đa phương tiện hệ thứ tư nghiên cứu số nước.Dịch vụ chủ yếu hệ thống thông tin di động hệ thứ thứ hai thoại dịch vụ hệ thứ ba thứ tư phát triển dịch vụ liệu đa phương tiện Các hệ thống thông tin di động tế bào số giai đoạn hệ thứ hai cộng (2.5G), hệ thứ ba 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 hiệp viễn thông quốc tế phận vô tuyến (ITU-R) 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 ô pico nhà,còn 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 Hiện này, giới hầu triển khai hệ thống di động 3G 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,New York vào quý năm 2007 Ở nước ta,cùng với phát triển mạnh mẽ thơng tin liên lạc nói chung năm gần thông 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 Việt Nam.Sau đó, vào tháng 3/1993, mạng điện thoại di động MobiFone sử dụng kỹ thuật số GSM triển khai thức đưa vào hoạt động Việt Nam với thiết bị hãng ALCATEL Tháng 6/1996,mạng Vinaphone đời tồn song song với mạng VMS Năm 2003, mạng S-Phone sử dụng công nghệ CMDA Saigon Postel đưa vào khai thác.Đến năm 2004, mạng GSM Viettel thức đưa vào hoạt động Và gần đây, EVN Telecom, Hà Nội Telecom đưa vào khai thác mạng di động hệ thứ ba, hai năm gần đây, số thuê bao mạng nhanh 1.2:Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G đến 5G Thời kỳ đầu, triển khai, hệ thống thông tin di động hệ thứ 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 phải triển khai hệ thống di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Cùng với Internet, Internet trở thành họat động kinh doanh ngày quan trọng,một hoạt động xây dựng công 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 bảo đảm tính kinh tế hệ thống thơng tin di động hệ thứ hai (GSM, PDC, IS-136 cdmaOne) 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 thơng giới nghiên cứu chuẩn hóa hệ thống di động 4G 5G Mạng thông tin di động 1G? Là mạng thông tin di động không dây giới Nó hệ thống giao tiếp thơng tin qua kết nối tín hiệu analog giới thiệu lần vào năm đầu thập niên 80s Nó sử dụng ăng-ten thu phát sóng gắn ngồi, kết nối theo tín hiệu analog tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua module gắn máy di động Chính mà hệ máy di động giới có kích thước to cồng kềnh tích hợp lúc module thu tín phát tín hiệu.Tiêu biểu cho hệ mạng di động 1G thiết bị thu phát tin hiệu analog to kềnh càng.Mặc dù hệ mạng di động với tần số từ 150MHz mạng 1G phân nhiều chuẩn kết nối theo phân vùng riêng giới Mạng thông tin di động 2G? Là hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách khác hồn tồn so với hệ Nó sử dụng tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog hệ 1G áp dụng lần Phần Lan Radiolinja (hiện nhà cung cấp mạng tập đoàn Elisa Oyj) năm 1991 Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động lợi ích tiến suốt thời gian dài: mã hoá liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng 1G đặc biệt xuất tin nhắn dạng văn đơn giản – SMS Theo đó, tin hiệu thoại thu nhận đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại lưu chuyển băng thông, tiết kiệm thời gian chi phí Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận hệ 2G tạo nguồn lượng sóng nhẹ sử dụng chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên thiết bị hơn…Mạng 2G chia làm nhánh chính: TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị hạ tầng phân vùng quốc gia Mạng thông tin di động 2.5G? Là hệ kết nối thông tin di động lề 2G 3G Chữ số 2.5G biểu tượng cho việc mạng 2G trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống Nó khơng định nghĩa thức nhà mạng hay tổ chức mang mục đích tiếp thị cơng nghệ theo mạng 2G Mạng 2.5G cung cấp số lợi ích tương tự mạng 3G dùng sở hạ tầng có sẵn nhà mạng 2G mạng GSM CDMA Và tiến GPRS - cơng nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển liệu dùng nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng GSM Bên cạnh đó, vài giao thức, chẳng hạn EDGE cho GSM CDMA2000 1x-RTT cho CDMA, đạt chất lượng gần dịch vụ 3G (bởi chúng dùng tốc độ truyền liệu chung 144 kbit/s), xem dịch vụ 2.5G (hoặc nghe phức tạp 2.75G) chậm vài lần so với dịch vụ 3G thực Mạng thông tin di động 3G? Là hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hẳn hệ trước Nó cho phép người dùng di động truyền tải liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips Trong số dịch vụ 3G, điện thoại video thường miêu tả cờ đầu Giá tần số cho công nghệ 3G đắt nhiều nước, nơi mà bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ Euro cho phủ Bởi chi phí cho quyền tần số phải trang trải nhiều năm trước thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên khối lượng vốn đầu tư khổng lồ cần thiết để xây dựng mạng 3G Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng rơi vào khó khăn tài điều làm chậm trễ việc triển khai mạng 3G nhiều nước ngoại trừ Nhật Bản Hàn Quốc, nơi yêu cầu quyền tần số bỏ qua phát triển hạ tâng sở IT quốc gia đặt lên làm vấn đề ưu tiên Và Nhật Bản nước đưa 3G vào khai thác thương mại cách rộng rãi, tiên phong nhà mạng NTT DoCoMo.Mạng 2G vào lãng quên tiềm thức công nghệ Nhật Bản Công nghệ 3G nhắc đến chuẩn IMT-2000 Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Mạng thông tin di động 4G? Hay viết 4-G, công nghệ truyền thông không dây hệ thứ tư, cho phép truyền tải liệu với tốc độ tối đa điều kiện lý tưởng lên tới - 1,5 Gbit/s Công nghệ 4G hiểu chuẩn tương lai thiết bị không dây Các nghiên cứu NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G nhận liệu với tốc độ 100 Mbit/s di chuyển tới Gbit/s đứng yên, cho phép người sử dụng tải truyền lên hình ảnh, video clips chất lượng cao Mạng điện thoại 3G DoCoMo có tốc độ tải 384 Kbit/s truyền liệu lên với tốc độ 129 Kbit/s NTT DoCoMo hy vọng vòng 2010 - 2012 đưa mạng 4G vào kinh doanh mạng di động LTE Advance, WiMax (nhánh khác 4G)… hệ tiến nữa, cho phép người dùng truyền tải liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghệm web tiên tiến mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi từ di động Mạng thơng tin di động 5G? 5G viết tắt từ 5th Generation, hệ thứ mạng di động Mỗi hệ tương ứng với tập hợp yêu cầu riêng, định chất lượng thiết bị hệ thống mạng đủ chuẩn đáp ứng yêu cầu tương thích với hệ thống mạng khác Mỗi hệ mô tả công nghệ mới, mang lại khả giao tiếp Hiện 5G giai đoạn phát triển hứa hẹn ứng dụng rộng rãi tương lai gần sản phẩm nhất, 5G khắc phục khuyết điểm 4G-LTE, đặc biệt tốc độ truyền tải liệu nhanh gấp 20 lần, đạt 20 GPs cell đơn tải Người dùng xem trực tuyến video “8K” định dạng 3D, kết nối thiết bị VR chơi game mà gần khơng có độ trễ Trong tốc độ rõ ràng ưu điểm vượt trội so với mạng 4G có ưu điểm khác khiến 5G hệ mạng không dây tương lai: mạng sử dụng trạm vệ tinh khơng gặp vấn đề phủ sóng Bên cạnh 5G hứa hẹn có khả tiết kiệm lượng hiệu hỗ trợ, giao tiếp tốt với thiết bị cơng nghệ có kết nối mạng Hình 1.1:Lộ trình phát triển thơng tin di động TACS NMT (900) GSM (900) WCDMA GSM (1800) GPRS GSM (1900) IS-136(1900) GPRS HSP A IS-95 (1900) WI MAX WIBRO EDGE IS-136 TDMA(800) AMPS IS-95 CDMA (800) SMR IDEN (800) 1g 2g CDMA2000 MX CDMA2000 1X 2.5 3g 3.5g 4g 4G 5G Trong đó: +TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập tổng thể + NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900MHz + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiến + SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng + GSM(900) (Global System for Mobile: Hệ thống thông tin di động toàn cầu băng tần 900MHz + GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần 1800MHz + GSM(1900): Hệ thống GSM băng tần 1900MHz + IS-136 (Interim Standard – 136):Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến AT&T đề xuất + IS-95 (CDMA) (Interim Standard -95 CDMA): Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA cải tiến Mỹ (do Qualcomm đề xuất) + GPRS (Genneral Packet Radio System): Hệ thống vơ tuyến gói chung + EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM + cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn + WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng + HSPA (Hing Speed Packet Access): Hệ thống di động truy cập gói tốc độ cao.Hệ thống HSPA chia thành công nghệ sau: _ HSDPA (High Speed Downlink Packet Acces): Hệ thống truy cập gói đường xuống tốc độ cao _ HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói đường lên tốc độ cao _ HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy cập gói OFDM tốc độ cao + Pre-4G: hệ thống tiền 4G,gồm có WiMax WiBro (Mobile Wimax) + WiMax: Worldwide Interoperability for Microwwave Access + WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây Bảng 1.1:Tổng kết hệ thống di động Thế hệ Hệ thống Dịch vụ chung Chú Thích thơng tin di động Thế hệ AMPS,TACS,NMT Thoại (1G) Sóng radio,phân bố tần số hạn chế,dung lương thấp,nhiễu xảy máy di động di chuyển môi trường fading nhiều tin,không đảm bảo tính bí mật gọi,khơng tương thích hệ Thế hệ GSM,IS-136,IS-95 Chủ yếu cho thoại thống với TDMA CDMA kết hợp (2G) kết hợp với dịch vụ FDMA,có thể truyền liệu tin ngắn Chủ yếu tốc độ 19,2kbs TDMA (kết hợp nhiều khe thoại,dịch vụ số liệu thời gian tần số) gói tốc độ thấp CDMA,sử dụng phổ chồng trung bình lên phổ tần hệ thống Thế hệ 2+ GPRS,EDGE,CDMA20 (2.5G) 00 1x 2G,tăng cường truyền số lieụe gói.Tốc độ tối đa đạt 144kbps Thế hệ CDMA2000 (3G) 1x EV DO/DV,CDMA2000, Truyền dẫn thoại Ra đời năm 2000 dịch vụ số liệu đa gọi IMT-2000.Sử dụng kĩ WCDMA phương tiện thuật TDMA,CDMA Kết hợp FDMA với yêu cầu Tốc độ 144kbps cho thuê bao di động chuyển động tốc độ cao,384kbps cho thuê bao chuyển động tốc độ thấp 2Mbps cho thuê bao không chuyển động.Mạng phải có khả sử dụng tồn cầu,bao gồm thơng Thế hệ 3+ HSDPA Tích hợp thoại,dịch tin vệ tinh Phát triển từ 3G,CDMA/HS- (3.5G) HSUPA vụ số liệu đa DSCH HSOPA phương tiện tốc độ HSPDA cho tốc độ tối đa cao đường xuống 14.4Mbps,HSUPA có tốc độ đường lên tối đa 5.7Mbps,HSOPA cho tốc độ Downlink/Uplink tối đa Thế hệ 4G Truyền dẫn thoại,số 200Mbps/100Mbps OFMA, MC/DS-CDMA,tốc độ (4G) liệu,đa phương tiện tối đa môi trường tố độ cực cao nhà 5Gbps,100Mbps mơi trường ngồi trời đối tượng chuyển động nhanh Thế hệ (5G) 5G (250km/h) Mạng di động 5G sử dụng sóng milimét (Millimetre wave) Sóng milimét đại diện cho phổ tín hiệu RF Hình 2.17: Mơ hình kênh MIMO với Nt anten phát Nr anten thu Ma trận kênh H cho mơ hình MIMO biểu diễn sau: (2.1) Trong : hnm độ lợi kênh anten phát thứ n anten thu thứ m Giả sử: x = [x1, x2, …, xNt ]T số liệu phát y = [y1, y2, …, yNt]T số liệu thu η = [η1, η2, …, ηNt]T tạp âm Gaus trắng phức Nr máy thu T ký hiệu ph p toán chuyển vị Khi đó, quan hệ tín hiệu đầu vào x với tín hiệu đầu y xác định biểu thức sau: (2.2) ó thể viết lại quan hệ vào kênh ma trận Nr x Nt phương trình (2.2) sau: y = Hx+η (2.3) 2.3.4:Đa anten thu Kỹ thuật đa anten sử dụng phổ biến lịch sử phức tạp kỹ thuật đa anten thu Nó thường gọi phân tập thu phân tập Rx khơng phải lúc mục đích kỹ thuật phân tập để chống lại fading kênh vô tuyến 2.3.5:Đa anten phát Như thay bổ sung cho kỹ thuật đa anten thu, phân tập tạo búp sóng đạt với việc áp dụng kỹ thuật đa anten phát Việc sử dụng nhiều anten phát phù hợp với đường xuống, nhiều anten phát trạm gốc Trong trường hợp này, việc sử dụng nhiều anten phát đưa hội phân tập tạo búp mà không cần thêm anten thu Mặt khác, lý độ phức tạp nên việc sử dụng nhiều anten phát cho đường lên tức máy đầu cuối không khả thi Trường hợp tốt sử dụng đa anten thu trạm gốc 2.3.6:Ứng dụng MIMO LTE Như thay bổ sung cho kỹ thuật đa anten thu, phân tập tạo búp sóng đạt với việc áp dụng kỹ thuật đa anten phát Việc sử dụng nhiều anten phát phù hợp với đường xuống, nhiều anten phát trạm gốc Trong trường hợp này, việc sử dụng nhiều anten phát đưa hội phân tập tạo búp mà không cần thêm anten thu Mặt khác, lý độ phức tạp nên việc sử dụng nhiều anten phát cho đường lên tức máy đầu cuối không khả thi Trường hợp tốt sử dụng đa anten thu trạm gốc -Nghiên cứu thực tế: LTE- dvanced tiến hóa tương lai cơng nghệ LTE, cơng nghệ dựa OFDM chuẩn hóa 3GPP phiên (Release) LTEAdvanced, dự án nghiên cứu chuẩn hóa 3GPP vào năm 2009 với đặc tả mong đợi hoàn thành vào quý năm 2010 phần Release 10 nhằm đáp ứng vượt so với yêu cầu hệ công nghệ vô tuyến di động hệ thứ (4G) IMT- dvanced thiết lập ITU Trong LTE-Advanced Release 10, 3GPP cho thấy thiết bị người dùng với công nghệ MIMO sử dụng tới ăng ten để truyền liệu đường lên tới mạng vô tuyến di động.Tại đường xuống, tối đa có tới luồng liệu song song cung cấp MIMO cho ph p công suất mạng LTE mở rộng Hiện tại, 3GPP LTE sử dụng MIMO đường xuống với luồng liệu song song ho đến nay, truyền luồng liệu đường lên LTE-Advanced tương thích ngược thuận với LTE, nghĩa thiết bị LTE hoạt động mạng LTE Advanced thiết bị LTE-Advanced hoạt động mạng LTE cũ Gần đây, ITU đưa yêu cầu cho IMT- dvanced nhằm tạo định nghĩa thức 4G Thuật ngữ 4G áp dụng mạng tuân theo yêu cầu IMTdvanced xoay quanh báo cáo ITU-R M.2134 Một số yêu cầu then chốt bao gồm: +Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến bao gồm 40 MHz +Khuyến khích hỗ trợ độ rộng băng tần rộng (chẳng hạn 100 MHz) +Hiệu sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu 15 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4) +Hiệu sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu 6,75 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4) +Tốc độ thông lượng lý thuyết 1,5 Gb/s (trong phiên trước đây, 1Gb/s thường coi mục tiêu hệ thống 4G) Hiện chưa có cơng nghệ đáp ứng u cầu Nó đòi h i cơng nghệ LTE- dvanced IEEE 802.16m Một số người cố gắng dán nhãn phiên WiM X LTE 4G điều xác phiên tiến hóa cơng nghệ trên, chẳng hạn LTE- dvanced, LTE gọi với tên khơng thức 3,9G LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDM đường xuống Trong đó, đường lên, LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - đơn sóng mang S FDMA 2.3.7:Kết luận Kỹ thuật MIMO phương pháp dùng để hạn chế ảnh hưởng fading Trong hệ thống thông tin di động, kỹ thuật MIMO sử dụng để hạn chế ảnh hưởng củafading đa tia, tăng độ tin cậy việc truyền tin mà gia tăng công suất phát hay băng thông.Các phương pháp phân tập MIMO thường gặp phân tập tần số, phân tập thời gian, phân tập khơng gian (phân tập anten) Trong đó, kỹ thuật phân tập anten quan tâm ứng dụng vào hệ thống MIMO nhờ khả khai thác hiệu thành phần không gian nângcao chất lượng dung lượng hệ thống, giảm ảnh hưởng fading, đồng thời tránh hao phí băng thơng tần số – yếu tố quan tâm hoàn cảnh tài nguyên tần số ngày khan Kỹ thuật phân tập cho phép thu (receiver) thu nhiều tín hiệu truyền 2.4: Mã hóa Turbo Để sửa bit bị lỗi thay đổi kênh nhiễu, mã hóa kênh sử dụng Với kênh chia sẻ hướng xuống LTE (DL-SCH), sử dụng mã hóa Turbo với tốc độ 1/3, theo sau so khớp tốc độ để thích ứng với tốc độ mã Trong khung chiều dài 1ms, hai từ mã mã hóa truyền 2.5 Thích ứng đường truyền Thích ứng đường truyền giải vấn đề liên quan đến cách thiết lập thông số truyền dẫn đường truyền vô tuyến để xử lý thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến Nó sử dụng điều chế thích nghi (Adaptive Modulation) Phương pháp cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) đường truyền vô tuyến Khi đường truyền vơ tuyến có chất lượng cao, ngun lý điều chế cao sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống Trong q trình suy giảm tín hiệu, hệ thống LTE chuyển sang nguyên lý điều chế thấp để trì chất lượng ổn định đường truyền Đặc điểm cho phép hệ thống khắc phục hiệu ứng fading lựa chọn thời gian Đặc điểm quan trọng điều chế thích nghi khả tăng dải sử dụng nguyên lý điều chế mức độ cao hơn, hệ thống có tính mềm dẻo tình trạng fading thực tế Hình 2.18: Điều chế thích nghi Kỹ thuật điều chế mã hố thích nghi ưu việt OFDM cho phép tối ưu hoá mức điều chế kênh dựa chất lượng tín hiệu (tỷ lệ SNR) chất lượng kênh truyền dẫn 2.6 Lập biểu phụ thuộc kênh Lập biểu phụ thuộc kênh giải vấn đề cách thức chia sẻ tài nguyên vô tuyến người sử dụng (các đầu cuối di động) khác hệ thống để đạt hiệu suất sử dụng tài nguyên tốt Lập biểu phụ thuộc kênh cho phép giảm thiểu lượng tài nguyên cần thiết cho người sử dụng, cho phép nhiều người sử dụng đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ Nguyên lý lập biểu việc chia sẻ tài nguyên người sử dụng, mặt lý thuyết, phụ thuộc vào đặc tính giao diện vơ tuyến, vào việc đường truyền đường truyền lên hay truyền xuống vào việc truyền dẫn người sử dụng với có trực giao hay khơng Thích ứng đường truyền lập biểu phụ thuộc kênh liên quan mật thiết với thường chúng coi chức liên kết 2.7 HARQ với kết hợp mềm Do tính chất ngẫu nhiên thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến, không đạt thích ứng chất lượng kênh vơ tuyến tức thời cách hồn hảo HARQ hữu ích HARQ với kết nối mềm sử dụng LTE, cho phép đầu cuối di động yêu cầu truyền lại nhanh chóng khối vận chuyển bị lỗi, cung cấp cơng cụ cho thích ứng tốc đồ ngầm định Giao thức bên nhiều xử lý hybrid ARQ dừng chờ (stop-and-wait) song song Trong ARQ, đầu thu sử dụng mã phát lỗi để kiểm tra gói liệu có bị lỗi hay không Đầu phát thông báo NAK ACK Nếu gói liệu bị lỗi có thơng báo NAK, gói truyền lại Một kết hợp FEC (Forward Error Correction) ARQ biết HARQ HARQ thực tế phần lớn xây dựng xung quanh mã CRC để phát lỗi mã Turbo để sửa lỗi, trường hợp LTE Trong HARQ với kết nối mềm, gói nhận bị sai, lưu đệm sau kết hợp với truyền lại để đạt gói đáng tin cậy Trong LTE, Incremental Redundancy (IR) áp dụng, nghĩa gói truyền lại khơng giống gói truyền đầu tiên, mà mang thơng tin bổ sung CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐA SÓNG MANG TRONG MẠNG 4G Để đánh giá phát triển sóng mang mạng 4G ta nên danh giá phát triển công nghệ LTE mạng 4G 3.1 phát triển công nghệ LTE Sự phát triển 4G LTE đóng vai trò quan trọng kỷ nguyên Internet kết nối vạn vật giới nói chung Việt Nam nói riêng Theo báo cáo Hiệp hội nhà cung cấp dịch vụ di động tồn cầu (GSA), tính đến tháng 7/2016, số lượng thuê bao 4G LTE đạt 1,29 tỷ với tốc độ ngày có thêm với bình qn triệu thuê bao Hiện tại, giới có 521 mạng 4G LTE thương mại hóa 170 quốc gia tính đến tháng 5/2016 Tại Việt Nam, theo nhận định từ Bộ Thông tin Truyền thông 2016 thời điểm chín muồi cho Việt Nam triển khai thành công 4G Người sử dụng mong muốn dùng nhiều dịch vụ với tốc độ cao điện thoại di động Khộng dừng chụp ảnh đẹp hay tải tốc độ cao, người dùng muốn ghi, chia sẻ xem video 4K Điện thoại cần có pin dung lượng lớn hơn, chạy games ứng dụng nhanh hơn, kết nối trực tuyến, với khả thu thập xử lý liệu cảm biến, v.v Tại thời điểm triển khai 3G, tốc độ download cao thuê bao khoảng 0,5 Mbps Với LTE, tốc độ lên tới 10 Mbps (gấp 20 lần) với thiết bị LTE hệ thứ đạt tới 1Gpbs với modem LTE lớp Gigabit Qualcomm Nhiều giải pháp phát triển công nghệ vô tuyến để đáp ứng cầu liệu ngày tăng Có thể kể đến mạng 3G/4G kết hợp thêm với Wi-Fi Blutooth; hội tụ công nghệ LTE Wi-Fi; LTE băng tần không cấp phép; hay cell nhỏ cho khu vực mật độ cao Kỷ nguyên Internet kết nối vạn vật (IoT) cho phép kết nối thiết bị, từ ô-tô đến thiết bị đeo người, thiết bị chăm sóc sức khỏe, giúp thực hóa ngơi nhà thông minh, thành phố thông minh Chia sẻ Hội thảo quốc tế 2016 4G LTE tổ chức vào ngày 18-08-2016 Hà Nội, Bà Julie Welch, Giám đốc phụ trách quan hệ phủ Qualcomm nhấn mạnh công nghệ 4G tiếp tục phát triển hồn thiện Có điều rõ ràng cần thêm nhiều băng tần cho 4G, băng tần không cấp phép cần nghiên cứu sử dụng Mạng 4G LTE tiếp tục có bước phát triển LTE Advance triển khai 50 quốc gia giới Tiếp đến, LTE Advace Pro với khả tích hợp tới 32 sóng mang cho phép băng thơng rộng hơn, Ơng Patrick Tsie, Giám đốc tiếp thị công nghệ Qualcomm khu vực Đơng Nam Á Thái Bình Dương, trình bày Hội thảo quốc tế 2016 Xu hướng phát triển mạng 5G với khả sử dụng băng tần bước sóng mm nghiên cứu 3.2 Mạng 4G khác LTE? Chuẩn kết nối 4G Liên minh viễn thơng quốc tế (ITU) thức thơng qua vào 3-2008 Chữ “G” 4G tức “generation” (thế hệ), vậy, chuẩn kết nối hệ thứ nhất, theo lý thuyết, giúp thiết bị di động điện thoại thông minh, máy tính bảng… đạt tốc độ kết nối 100 Mbps lên tới Gbps khơng di chuyển Hiện có hai hệ thống 4G triển khai chuẩn Mobile WiMAX (lần Hàn Quốc năm 2007) chuẩn LTE, triển khai Na Uy năm 2009 LTE viết tắt Long Term Evolution (Tiến hóa dài hạn), chưa phải công nghệ chuẩn 4G, thay vào chuẩn tiệm cận cơng nghệ mạng thứ tư Trên thực thế, điện thoại bạn hiển thị biểu tượng “4G” góc phải phía hình, thực chất lại khơng phải kết nối 4G theo chuẩn Hinh 3.1: LTE tiệm cận cách gọi tên chuẩn công nghệ 4G mà Khi Liên minh Viễn thông Quốc tế định chuẩn mức tốc độ 4G tối thiểu, thử nghiệm thực tế chưa đạt Kết là, nhà làm luật định dùng LTE để gọi tên chuẩn công nghệ 4G, miễn tốc độ mạng LTE triển khai phải vượt trội đáng kể so với 3G Ngay lập tức, nhà cung cấp dịch vụ mạng nhanh tay sử dụng “4G LTE” vào chiến dịch quảng cáo cho chuẩn kết nối hệ mới, cho dù thực tế chưa tốc độ ngang mức ITU đặt 3.3 Sự khác biệt 4G LTE tốc độ LTE quảng cáo công nghệ mạng nhanh nay, thực LTE chuẩn lên 4G mà 3GPP thiết kế (nhóm phụ trách dự án chuẩn hóa cải tiến công nghệ UMTS, chuẩn 3G dành cho mạng GSM tồn cầu) Hình 3.2: Cơng nghệ mạng không dây ngày phát triển Sự khác biệt 4G LTE tiếc lại tốc độ Trong khác biệt mạng 3G 4G LTE đáng kể, điều đặc biệt tốc độ tải lên tải xuống mạng mang danh 4G mạng 4G “xịn” lại giống Ở thời điểm tại, LTE xem chuẩn kết nối nhanh dành cho mạng không dây chưa phải mạng 4G thực thụ 3.4 Tương lai mạng LTE Hiện nay, hầu hết thiết bị di động bán thị trường hỗ trợ công nghệ LTE để kết nối dịch vụ 4G, số máy chí không trang bị chuẩn kết nối cũ 2G 3G Thế hệ máy trang bị LTE cho phép sử dụng vòng vài giờ, tương lai, nhiều mẫu sản phẩm cải tiến giúp người dùng trải nghiệm LTE hai ngày trọn vẹn sau lần sạc LTE bước tiến đáng kể trình phát triển công nghệ hỗ trợ kết nối không dây, với ưu điểm vượt trội tốc độ tối ưu mạng Tuy nhiên, liệu LTE có trở thành câu chuyện thành công hay không ngành công nghiệp di động cần thời gian kiểm chứng Các nhà cung cấp dịch vụ mạng khắp giới triển khai bước đầu, số quốc gia phát triển gần phủ sóng LTE thị thành 3GPP chấp thuận gần 45 băng tần LTE Riêng Việt Nam, trước mắt, nhà cung cấp dịch vụ nhiều việc phải làm triển khai hệ thống mạng mới, thiết bị truyền dẫn… Tuy nhiên, tiến lên 4G LTE rõ ràng lộ trình hợp lý, phù hợp với xu công nghệ nhu cầu người dùng Với thông tin hữu ích trên, hẳn bạn phần hiểu 4G khác LTE khơng? Trong thời gian tới, 4G – LTE công nghệ tạo bước đột phá dịch vụ viễn thơng Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Lộ trình phát triển thơng tin di động Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống OFDM Hình 2.2:Cấu trúc hệ thống đa sóng mang Hình 2.3: Ghép kênh phân chia theo tần số Hình 2.4: Tín hiệu OFDM có sóng mang Hình 2.5: Phổ tín hiệu OFDM với sóng mang Hình 2.6: Chèn khoảng thời gian bảo vệ vào tín hiệu Hình 2.7: Khoảng thời gian bảo vệ giảm ảnh hưởng ISI Hình 2.8:Biểu đồ khơng gian tín hiệu QPSK Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống OFDM Hình 2.10:Quá trình đồng OFDM Hình 2.11: Cấu trúc phát thu hệ thống SC-FDMA/OFDMA Hình 2.12:Quá trình tạo symbol SC-FDMA Hình 2.13: Bộ lọc Raised-cosin Hình 2.14: SC-FDMA – tách sóng cân Hình 2.15: Xử lý kênh vật lý đường lên Hình 2.16: Bộ phát SC-FDMA chung Hình 2.17: Mơ hình kênh MIMO với Nt anten phát Nr anten thu Hình 2.18: Điều chế thích nghi Hinh 3.1: LTE tiệm cận cách gọi tên chuẩn cơng nghệ 4G mà thơi Hình 3.2: Công nghệ mạng không dây ngày phát triển DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 2G 3G 4G AAA AMPS 2nd Generation 3rd Gneration 4th Generation Adaptive Array Antenna Advanced Mobile Phone Thế hệ Thế hệ Thế hệ Ăngten dãy thích nghi Dịch vụ điện thoại di AR ARQ Service Access Router Automatic Repeat động tiên tiến Bộ định tuyến truy cập Kĩ thuật yêu cầu lặp tự ATM reQuest Asynchronous Transfer động Chế độ truyền dị BS BSC BSS BTS CDMA Mode Base Station Base Station Controller Base Station Controller Base Tranceiver Station Code Division Multiple Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa thâm nhập phân CRC CTP Access Cyclic Redundancy Code Context Transfer chia theo mã Mã vòng dư Giao thức truyền ngữ DS DS-CDMA DSP E2R Protocol Direct Sequence Direct Sequence CDMA Digital Singnal Processor End-to-End cảnh Chuỗi trực tiếp CDMA chuỗi trực tiếp Bộ xử lý tín hiệu số Khả cấu hình lại Reconfigurability từ đầu cuối đến đầu EIRP Effective Isotropically cuối Công suất phát xạ đẳng FEC FDMA Radiated Forward Error Correct Frequency Division hướng hiệu dụng Mã sửa lỗi trước Đa truy cập phân chia FH-OFDM MultiAccess Frequency Hopping theo tần số OFDM nhảy tần GPS Orthogonal Global Positioning Hệ thống định vị toàn GPRS System General Packet Radio cầu Hệ thống vơ tuyến gói HARQ System Hybrid Automatic Repeat chung ARQ (tự động yêu cầu IMT-2000 reQuest International Mobile lặp) Thơng tin di động tồn IP IPv6 Telecommunication-2000 Internet Protocol Internet Protocol Version cầu-2000 Giao thức Internet Giao thức Internet ITU International phiên bản6 Liên minh Viễn thông MIMO Telecommunication Quốc tế Multi Input-Multi Output Ăngten nhiều kênh vàoMulti Carrier CDMA nhiều kênh Đa truy cập phân chia NEMO NGN Network Mobility Next Genaration theo mã đa sóng mang Tính di động mạng Mạng hệ sau OFDM Network Orthononal Frenquency Ghép kênh đa truy cập Division phân chia theo tần số Orthononal Frequency trực giao Ghép kênh đa truy cập Code Division phân chia theo mã tần PAN Multiplexing Persional Access số trực giao Mạng truy cập cá nhân PAPR Network Peak Average Power Tỷ số công suất đỉnh Ratio công suất trung QoS RNC Quality of Service Radio Network bình Chất lượng dịch vụ Bộ điều khiển mạng vô RNS Controller Radio Network tuyến Hệ thống mang vô MC-CDMA OFCDM SDR SINR SMS-SC UMTS W-CDMA W-LAN Subsystem Software Defined Radio tuyến Sóng vơ tuyến định nghĩa mềm Signal to Interference and Tỷ số cơng suất tín hiệu Noise Power Ratio SMS Service Center Universal Mobile nhiễu tạp âm Trung tâm d/v tin nhắn Hệ thống viễn thông di Telecommunication động toàn cầu System Wideband Code Division Đa thâm nhập vô tuyến Multiple Access phân chia theo mã băng Wireless-LAN rộng Mạng cục không dây