Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 4g

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI o0o LUËN V¡N TH¹C Sü KHOA HọC Ngành: Xử lý Thông tin Truyền thông Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) Đỗ Văn Hòa Hà Nội 2007 Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hµ NéI o0o LUËN V¡N TH¹C Sü KHOA HäC Nghiên cứu hệ thống thông tin di động hệ thứ (4G) Ngành: Xử lý Thông tin Truyền thông Mà số: Đỗ Văn Hòa Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Thúc Hải Hà Nội 2007 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 MụC LụC Các hình vẽ, bảng biểu luận văn Tht ng÷ tiÕng anh sư dụng luận văn Lời giới thiÖu 11 Chơng mở đầu 12 1.1 Cơ sở nghiên cứu mục đích luận văn 12 1.2 Tỉ chøc cđa luận văn 13 Chơng hệ thông tin di động 14 2.1 Lịch sử xu phát triển thông tin di động 14 2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động 14 2.1.2 Lộ trình phát triển thông tin di ®éng 16 2.2 Tỉng kết hệ thông tin di động 19 Chơng hệ thống THÔNG TIN di ®éng 4G 20 3.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 4G 20 3.1.1 Giíi thiƯu chung 20 3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cÊp 22 3.2 M« hình tham chiếu hệ thống di động 4G 30 3.2.1 Bèn miỊn cđa m« h×nh tham chiÕu 30 3.2.1.1 Miền dịch vụ ứng dụng 31 3.2.1.2 Miền tảng dịch vô 31 3.2.1.3 MiỊn m¹ng lâi chun m¹ch gãi 33 3.2.1.4 MiỊn truy cËp v« tun míi 34 3.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ tảng dịch vụ 34 3.2.2.1 Sù thuËn tiÖn cho ng−êi sư dơng 36 3.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến 36 3.2.2.3 Qu¶n lý hƯ thèng 41 3.2.3 Mô hình tham chiếu sở hạ tầng hệ thèng 41 Nghiªn cøu vỊ hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiƯp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 3.2.3.1 VÝ dơ ®iĨn hình giao diện cho mạng truy cập vô tuyến 41 3.2.3.2 Cấu hình chức cho nút/thiết bị đầu cuối hệ thống di động 4G 43 3.3 Các công nghệ ứng dụng hệ thèng di ®éng 4G 44 3.3.1 Kü thuật truyền dẫn dung lợng lớn, tốc độ cao 44 3.3.1.1 Các kỹ thuật đa truy cËp 44 3.3.1.2 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế hiệu suất cao 49 3.3.1.3 Kü thuËt ®a sãng mang 53 3.3.1.4 Kü thuật ăngten dÃy thích nghi tiên tiến 57 3.3.1.5 Kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn 62 3.3.2 Kü thuËt kh«ng dây đa hệ thống 64 3.3.2.1 Khả cấu hình lại End-to-End 64 3.3.2.2 Kü thuËt sãng v« tuyến đợc định nghĩa mềm 66 3.3.3 §iỊu khiĨn chun giao/tÝnh di ®éng 69 3.3.3.1 Kü tht chun giao liªn tơc 70 3.3.3.2 Kü tht ®iỊu khiĨn tÝnh di ®éng 71 3.3.3.3 Tính di động mạng NEMO 74 3.4 M¹ng thÕ hệ sau NGN hệ thống di động 4G 77 3.4.1 M¹ng thÕ hƯ sau NGN 77 3.4.1.1 Giíi thiƯu chung 77 3.4.1.2 Đặc điểm mạng NGN 77 3.4.1.3 CÊu tróc m¹ng NGN 80 3.4.2 HƯ thèng di ®éng 4G hạ tầng mạng NGN 86 Chơng triển khai hệ thống di động 4G việt nam 88 4.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam giới 88 4.2 Đề xuất giải pháp triển khai hệ thống 4G ë n−íc ta 89 KÕt luËn 93 Kết đạt đợc luận văn 93 Hớng phát triển đề tài 94 Tµi liƯu tham kh¶o 95 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Các hình vẽ, bảng biểu luận văn Hình 2.1 Lộ trình phát triển thông tin di ®éng 17 B¶ng 2.1 Tỉng kÕt hệ thông tin di động 19 Hình 3.1 Dịch vụ thông tin y tÕ 22 Hình 3.2 Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiÕn 24 H×nh 3.3 Hệ thống định vị 25 Hình 3.4 Hệ thống đặt hàng di động 26 Hình 3.5 Hệ thống quản lý thực phẩm 28 H×nh 3.6 HƯ thèng b¶o hiĨm rđi ro 29 Hình 3.7 Hệ thống quản lý di ®éng 30 Hình 3.8 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G 32 Hình 3.9 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ 37 Hình 3.10 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ: tiện nghi ngời dùng 38 Hình 3.11 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao 39 Hình 3.12 Mô hình tham chiếu tảng dịch vụ: quản lý hệ thống 40 Hình 3.13 Giao diện vô tuyến ngữ cảnh thực tế truy cập vô tuyến 42 H×nh 3.14 VÝ dơ vỊ cÊu h×nh chức cho nút /các thiết bị đầu cuối hƯ thèng di ®éng 4G 43 Hình 3.15 Cơ SCS-MC-CDMA 45 H×nh 3.16 CÊu tróc tÕ bµo tèi −u cđa SCS-MC-CDMA 47 Hình 3.17 Phân bổ kênh 48 H×nh 3.18 §iỊu chÕ thÝch nghi sãng mang 50 Hình 3.19 Lợc đồ điều chÕ OFDM tèc ®é lËp m· cã thĨ biÕn ®ỉi 51 Bảng 3.1 Các tham số lập mà ®iÒu chÕ 52 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Bảng 3.2 Các tham số mô 53 Hình 3.20 Sơ đồ FH-OFDM 54 H×nh 3.21 CÊu h×nh hƯ thèng 55 Hình 3.22 Nguyên lý cña AAA 58 Hình 3.23 Độ tăng ích AAA 59 H×nh 3.24 Định hình búp sóng 60 Hình 3.25 Thuật toán theo dõi bóp sãng 61 H×nh 3.26 SVD based MIMO 63 Hình 3.27 Cấu hình thiết bị SDR 67 Hình 3.28 Mô hình tham chiếu IEEE 802.21 70 H×nh 3.29 IPv6 di ®éng 72 H×nh 3.30 Chun giao nhanh cho IPv6 di động 73 Hình 3.31 Điều khiển tính di động mạng NEMO 75 Hình 3.32 Mạng cá nhân PAN (Personal Area Network) 76 H×nh 3.33 KiÕn tróc m¹ng NGN 79 Hình 3.34 Cấu trúc logic mạng NGN 80 H×nh 3.35 CÊu tróc vËt lý m¹ng NGN 84 Hình 4.1 Kiến trúc mạng 3G 90 Hình 4.2 Cấu trúc mạng di động 3G-WCDMA 91 Hình 4.3 Mô hình hệ thèng 4G 92 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Thuật ngữ tiếng anh sử dụng luận văn 2G 3G 4G AAA AAA AMPS 2nd Generation 3rd Generation 4th Generation Adaptive Array Antenna Aunthentication, Authorization & Accounting Advanced Mobile Phone Service AR ARQ ATM BS BSC BSS BTS CDMA Access Router Automatic Repeat reQuest Asynchronous Transfer Mode Base Station Base Station Controller Base Station System Base Tranceiver Station Code Division Multiple Access CRC CN CN CNR CoA CRC CTP DS DSCDMA DSP E2R Cyclic Redundancy Code Core Network Correspondent Node Carrier-to-Noise-Ratio Care-of Address Cyclic Redundancy Check Context Transfer Protocol Direct Sequence Direct Sequence CDMA ThÕ hÖ ThÕ hÖ Thế hệ ăngten dÃy thích nghi Chứng thực, ủy quyền toán Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến Bộ định tuyến truy cập Kĩ thuật yêu cầu lặp tự động Chế độ truyền dị Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa thâm nhập phân chia theo mà Mà vòng d Mạng lõi Nút trung gian Tỷ số sóng mang tạp âm Địa tạm thời Mà kiểm tra d vòng Giao thức truyền ngữ cảnh Chuỗi trực tiếp CDMA chuỗi trực tiếp Digital Signal Processor End-to-End Reconfigurability Bé xư lý tÝn hiƯu sè Kh¶ cấu hình lại từ đầu Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp EIRP EV-DO FDD FEC FDMA FHOFDM FMIPv6 FMIPv6 GPS GPRS HA HARQ HLR HMIPv6 HoA HSDPA HMI IMT2000 IP IPv6 ITU Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Effective Isotropically Radiated Power Evolution Data Optimized Frequency Division Duplex cuối đến đầu cuối Công suất phát xạ đẳng hớng hiệu dụng ghép song công phân chia theo tần số Forward Error Correct Mà sửa lỗi trớc Frequency Division MultiAccess Đa truy cập phân chia theo tần số Frequency Hopping Orthogonal OFDM nhảy tần Frequency Division Multiple Access Fast Mobile IPv6 IPv6 di ®éng nhanh Fast Handovers for Mobile IPv6 ChuyÓn giao nhanh cho IPv6 di động Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung Home Agent Tác nhân nhà Hybrid Automatic Repeat ARQ (tự động yêu cầu lặp) lai reQuest Home Location Register Thanh ghi định vị thờng trú Hierarchical Mobile Internet IPv6 di động có phân cấp Protocol Version Home Address Địa thờng trú High Speed Downlink Packet Hệ thèng truy cËp gãi ®−êng Access xuèng tèc ®é cao Human-Machine Interface Giao diện ngời máy Thông tin di động toàn cầuInternational Mobile Telecommunication - 2000 2000 Internet Protocol Giao thøc Internet Internet Protocol Version Giao thøc Internet phiên International Telecommunication Liên minh Viễn thông Quốc tế Union Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 MAC Medium Access Control MAP MIH Mobility Anchor Point Media Independent Handover MN MNN MNP MR MS MSC MIMO Mobile Node Mobile Network Node Mobile Network Prefix Mobile Router Mobile Station Mobitily Service Center Multi Input – Multi Output Điều khiển thâm nhập môi trờng Điểm treo di động Chuyển giao độc lập phơng tiện Nút di động Nút mạng di động Tiền tố mạng di động Bộ định tuyến di động Trạm di động Trung tâm dịch vụ di động ăngten nhiều kênh vào nhiều kênh MCMulti Carrier CDMA Đa truy cập phân chia theo mà CDMA ®a sãng mang NEMO Network Mobility TÝnh di ®éng m¹ng NGN Next Genaration Network M¹ng thÕ hƯ sau OSI Open Systems Interconnection Mô hình tơng kết hệ thống mở Orthononal Frequency Division Ghép kênh đa truy cập phân OFDM Multiplexing chia theo tần số trực giao Ghép kênh ®a truy cËp ph©n OFCDM Orthononal Frequency Code Division Multiplexing chia theo m· tÇn sè trùc giao PAN Persional Access Network Mạng truy cập cá nhân PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PHS Personal Handyphone System Hệ thống điện thoại cá nhân PKI Public Key Infrastructure Cở sở hạ tầng khóa chung QoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ RANAP Radio Access Network Phần ứng dụng mạng thâm Application Part nhập vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng vô tuyến Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp RO RR SDR SINR SMS-SC SVD based MIMO TCP TPC UE UMTS UWB WCDMA W-LAN 10 Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Route Optimization Return Routability Software Defined Radio Tèi −u hãa ®−êng ®i Khả đinh tuyến đờng Sóng vô tuyến định nghÜa mỊm Signal to Interference and Noise Tû sè c«ng suất tín hiệu Power Ratio nhiễu tạp âm SMS Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn SMS Singular Value Decomposition based Multiple Input Multiple Output Transmision Control Protocol Giao thøc ®iỊu khiĨn trun dÉn Transmission Power Control Điều khiển công suất truyền dẫn User Equypment Thiết bị ng−êi sư dơng Universal Mobile HƯ thèng viƠn th«ng di động Telecommunication System toàn cầu Ultra Wide band Băng tần cực rộng Wideband Code Division Đa thâm nhập vô tuyến phân Multiple Access chia theo mà băng rộng Wireless - LAN Mạng cục không dây Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 82 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Lớp truyền thông Thiết bị lớp truyền thông cổng truyền thông (MG Media Gateway) bao gåm: + C¸c cỉng truy nhËp: AG (Access Gateway) kết nối mạng lõi với mạng truy nhËp, RG (Residental Gateway) kÕt nèi m¹ng lâi víi m¹ng thuê bao nhà + Các cổng giao tiếp: TG (Trunking Gateway) kÕt nèi giùa m¹ng lâi víi m¹ng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kÕt nèi m¹ng lâi víi m¹ng di động - Chức năng: Lớp truyền thông có khả tơng thích kỹ thuật truy nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM mạng đờng trục Lớp thực chuyển đổi loại môi tr−êng (nh− PSTN, FramRelay, LAN, v« tuyÕn, …) sang m«i trờng truyền dẫn gói đợc áp dụng mạng lõi ngợc lại Lớp điều khiển Lớp điều khiển bao gồm hệ thống điều khiển mà thành phần chuyển mạch mềm (Softswitch) gọi điều khiĨn cỉng trun th«ng (Media Gateway Controller) hay Call Agent đợc kết nối với thành phần khác để kết nối gọi hay quản lý địa IP nh: cổng báo hiệu SGW (Signaling Gateway), máy chủ truyền thông MS (Media Sever), máy chủ đặc tính FS (Feature Server), máy chủ ứng dụng AS (Application Server) - Chức năng: Líp ®iỊu khiĨn cã nhiƯm vơ kÕt nèi ®Ĩ cung cấp dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với loại giao thức báo hiệu Cụ thể , lớp điều khiển thực hiện: + Định tuyến lu lợng khối chuyển mạch Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 83 Cao học XLTT-TT 2005-2007 + Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh thay đổi kết nối luồng, điều khiển xếp nhÃn (Label Mapping) giao diện cổng + Phân bổ lu lợng tiêu chất lợng kết nối (hay luồng) thực giám sát điều khiển để đảm bảo QoS + Báo hiệu đầu cuối từ trung kế, cổng kết nối với lớp media Thống kê ghi lại thông số chi tiết gọi, đồng thời thực cảnh báo + Thu nhận thông tin báo hiệu từ cổng chuyển thông tin đến thành phần thích hợp lớp điều khiển + Quản lý bảo dỡng hoạt động tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển Thiết lập quản lý hoạt động luồng yêu cầu chức dịch vụ mạng Báo hiệu với thành phần ngang cấp Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng gồm nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất server dịch vụ cung cấp ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải - Chức năng: Lớp ứng dụng cung cấp dịch vụ có băng thông khác nhiều mức độ Một số loại dịch vụ thực làm chủ việc điều khiển logic chúng truy nhËp trùc tiÕp tíi líp øng dơng, cßn mét số dịch vụ khác đợc điều khiển từ lớp điều khiển nh dịch vụ thoại truyền thống Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API Nhờ mà nhà cung cấp dịch vụ phát triển ứng dụng triển khai nhanh chóng dịch vụ mạng Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G 84 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 3.4.1.3.2 CÊu tróc vËt lý CÊu tróc vËt lý cđa m¹ng NGN đợc mô tả hình 3.35 Trong mạng viễn thông hệ có nhiều thành phần cần quan tâm, nhng ta đề cập thành phần thể rõ nét tiên tiến NGN so với mạng viễn thông truyền thống Cụ thể gồm thành phần [2]: Media Gateway (MG) Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch) Signaling Gateway (SG) Media Server (MS) Application Server (Feature Server) Hình 3.35 Cấu trúc vật lý mạng NGN [2] Cỉng trun th«ng - Media Gateway (MG) Media Gateway cung cấp phơng tiện để truyền tải thông tin thoại, liệu, fax video mạng gói IP mạng PSTN Trong mạng PSTN, liệu Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 85 Cao học XLTT-TT 2005-2007 thoại đợc mang kênh DS0 Để truyền liệu vào mạng gói, mẫu thoại cần đợc nén lại đóng gói Đặc biệt ngời ta sử dụng xư lý tÝn hiƯu sè DSP (Digital Signal Processors) thùc chức năng: chuyển đổi AD (Analog to Digital), nén mà thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mà hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền tín hiệu DTMF, Bộ điều khiển cổng truyền thông - Media Gateway Controller (MGC) MGC đơn vị chức Softswitch Nó đa quy luật xử lý gọi, MG SG thực quy luật Nó điều khiển SG thiết lập kết thúc gọi Ngoài giao tiếp với hệ thống OSS BSS Cổng báo hiệu - Signalling Gateway (SG) Signaling Gateway có chức tơng tác mạng báo hiệu SS7 với mạng IP dới điều khiển Media Gateway Controller (MGC) SG làm cho Softswitch giống nh nút SS7 mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ SG xử lý thông tin báo hiệu Media Server Media Server thành phần lựa chọn Softswitch, đợc sử dụng để xử lý thông tin đặc biệt Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao Application Server/Feature Server Server đặc tính server mức ứng dụng chứa loạt dịch vụ doanh nghiệp Chính đợc gọi Server ứng dụng thơng mại Vì hầu hết Server tự quản lý dịch vụ truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswith việc phân chia hay nhóm thành phần ứng dụng Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 86 Cao học XLTT-TT 2005-2007 3.4.2 Hệ thống di động 4G hạ tầng mạng NGN Trong hệ thống thông tin di động từ hệ 2.5G đến hệ 4G, hệ thống mạng lõi đà triển khai công nghệ chuyển mạch gói Hệ thống mạng lõi hệ thống thông tin dựa trền tảng mạng NGN Dựa theo mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G (hình 3.8), mạng lõi hệ thống 4G sử dụng công nghệ chuyển mạch gói Mạng lõi đợc xây dựng dựa tảng mạng NGN tại, nhng cần nâng cấp tốc độ dung lợng hệ thống nh server ứng dụng để đáp ứng yêu cầu lớn tốc độ, dung lợng, dịch vụ hệ thống di động 4G Mạng lõi sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH, công nghệ ghép kênh theo bớc sóng WDM Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo đờng truyền dẫn tốc độc cao (n* 155 Mb/s) với khả bảo vệ mạch vòng Công nghệ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần lớn sợi quang cách kết hợp số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài bớc sóng khác ta sử dụng đợc cửa sổ không gian, thời gian độ dài bớc sóng Công nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gb/s, 10Gb/s 20Gb/s Trong hệ thống di động 4G, yêu cầu tốc độ đạt đợc cho thiết bị di động 100Mbps môi trờng di động Nh để đáp ứng tốc độ cho hành triệu thuê bao thực liên lạc đồng thời yêu cầu tốc độ truyền dẫn mạng lõi lên tới hàng trăm Tbps Mà tốc độ truyền dẫn mạng lõi sử dụng công nghệ WDM đạt đợc tốc độ cỡ vài chục Gbps (60Gbps tốc độ truyền dẫn mạng NGN VNPT) Nh để hệ thống mạng NGN đáp ứng đợc yêu cầu tốc độ dung lợng cho hệ thống di động 4G, cần nâng cấp tốc độ truyền dẫn mạng NGN cách đẩy mạnh triển khai công nghệ WDM, hạn chế sử dụng Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 87 Cao học XLTT-TT 2005-2007 công nghệ không đạt đợc tốc độ cao SDH, PDH Nếu cha có công nghệ truyền dẫn quang đạt đợc tốc độ cao công nghệ WDM cần triển khai nhiều đờng trục sử dụng WDM Nh mạng NGN sở hạ tầng hệ thống cho hệ thống thông tin di động Tuy nhiên, theo tốc độ hệ thống thông tin di động mà yêu cầu mạng NGN có tốc độ, dung lợng khác Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 88 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Chơng triển khai hệ thống di động 4G Việt Nam 4.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam giới Hiện nay, nớc ta có nhiều nhà khai thác thông tin di ®éng: MobiFone vµ VinaPhone, Viettel, S-Phone, HT Mobile, EVN Telecom Các hÃng triển khai công nghệ 2.5G (MobiFone, VinaPhone, Viettel) vµ 3G (SPhone, HT Mobile, EVN Telecom) HÖ thèng 2G cã sù tèi −u hãa cho dịch vụ thoại thời gian thực nhng chúng có khả hạn chế việc cung cấp dịch vụ đa phơng tiện băng rộng tốc độ hệ thống mạng cha cao, hình hiển thị nhỏ Các hệ thống 3G có tốc độ nhanh lên tới 384kb/s (2Mb/s môi trờng Indoor) có hình tốt hệ thống 2G Thông tin truyền qua Internet ngày phong phú Tuy nhiên khả hệ thống di động 3G đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng dịch vụ đa phơng tiện băng rộng nh dịch vụ công cộng (phòng chống thiên tai, chăm sóc sức khỏe y tế công cộng, dịch vụ yêu cầu tốc độ cao hệ thống lu trữ dung lợng lớn ) Điều đặt phải có hệ thống thông tin có khả đáp ứng đợc nhu cầu đa phơng tiện nh dịch vụ công cộng Hiện nay, giới, hầu hết nớc đà triển khai hệ thống di động 3G Theo thống kê hai h·ng Informa Telecom & Media vµ WCIS and 3G America, hiƯn cã 181 h·ng cung cÊp dÞch vơ 77 quốc gia đà đa vào khai thác dịch vụ mạng di động hệ Với hệ thống di động 3.5G (HSDPA) có đến 135 hÃng cung cấp dịch vụ 63 quốc gia đà cung cấp dịch vụ hệ thống di động 3.5G từ năm 2006 Hệ thống tiền 4G (Pre-4G) WiMax đà đợc triển khai đa vào khai thác dịch vụ số thành phố nh London, New York vào quý năm 2007 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 89 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Trong ®ã viƯc triĨn khai hƯ thèng 3.5G t¹i n−íc ta nằm kế hoạch lâu dài Nh vậy, tốc độ tăng trởng viễn thông, thông tin di động Việt Nam năm gần nhanh, nhng tảng công nghệ dịch vụ thấp so với giới cho dù nhu cầu sử dụng dịch vụ đa phơng tiện, dịch vụ công cộng ngày tăng 4.2 Đề xuất giải ph¸p triĨn khai hƯ thèng 4G ë n−íc ta Khi thực triển khai hệ thống thông tin di động mới, nhà cung cấp dịch vụ viễn thông có hai phơng án để triển khai Phơng án thứ triển khai hệ thống hoàn toàn Với phơng án chi phí đầu t lớn khả rủi ro cao Đặc biệt giai đoạn đầu, số lợng thuê bao sử dụng dịch vụ ít, dẫn tới lÃng phí tài nguyên hệ thống Do nhà cung cấp thờng triển khai hệ thống theo phơng án thứ hai Đó triển khai sở hạ tầng mạng sẵn có, tận dụng tối đa sở vật chất, thiết bị hệ thống mạng Hiện tại, hệ thống mạng nhà cung cấp MobiPhone, VinaPhone ®· triĨn khai ®Õn hƯ thèng 2.5G (GPRS), vµ ®−a vào khai thác dịch vụ GPRS Còn nhà cung cấp khác: S-Phone, HT Mobile, EVN Telecom khai thác dịch vụ 3G (sử dụng công nghệ CDMA2000 1xEV-DO) Hệ thống mạng lõi hệ thống đà đợc nâng cấp lên mạng hệ sau NGN (Next Genaration Network) mạng backhaul đà sử dụng công nghệ dựa IP Nh nâng cấp lên hệ thống 4G, nhà cung cÊp cã thĨ sư dơng l¹i hƯ thèng m¹ng lâi mạng backhaul, trung tâm dịch vụ di động (MSC: Mobile Service Center) Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 90 Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Sniffer Server monitoring/analysis Sniffer Server monitoring/analysis Sniffer Server monitoring/analysis Sniffer Server monitoring/analysis Hình 4.1 Cấu trúc mạng di động 3G [1] Hình 4.2 Cấu trúc mạng di động 3G-WCDMA [3] Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G 91 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nối với mạng khác (Internet, ) Mạng IP Mạng truy nhập khác Cell nhà Mạng truy nhập khác Cell trời Cell di động AR : định tuyến truy nhập 4G-AP : điểm truy nhập vô tuyến 4G MR : định tuyến di động H×nh 4.3 Mô hình hệ thống 4G Hình 4.1 hình 4.2 minh häa kiÕn tróc cđa hƯ thèng 3G, mµ nhà cung cấp dịch vụ nớc ta sử dơng ®Ĩ tham chiÕu cho viƯc triĨn khai hƯ thèng mạng di động Hình 4.3 minh họa mô hình hệ thống 4G Dựa theo tình hình mạng di động hÃng viễn thông, mô hình hƯ thèng 4G, h−íng triĨn khai cho tõng phÇn cđa hệ thống di động 4G đợc đề xuất nh sau: Phần mạng lõi: hầu hết mạng NGN nhà cung cấp dịch vụ cho tốc độ từ 5Gbps đến 10Gbps, với yêu cầu tốc độ hệ thống di động 4G cần phải nâng cấp dung lợng cho hệ thống mạng lõi Hệ thèng di ®éng 4G dù kiÕn cã tèc ®é 100Mbps môi trờng trời (outdoor), 2Gbps môi trờng nhà Gần vào tháng năm 2007, hÃng NTT DoCoMo Nhật đà thử nghiệm kết đạt đợc tốc độ 5Gbps môi trờng Indoor Do đó, yêu cầu tốc độ mạng truyền dẫn lớn, mạng lõi yêu cầu tốc độ lên tới Tbps tùy theo lợng thuê bao tham gia sử dụng dịch vụ Với tốc độ nh vậy, yêu cầu nhà sản xuất thiết bị (router), phơng thức điều chế tín hiệu truyền cáp sợi quang cho mạng NGN cần phải đợc cải tiến Ngoài vấn đề nâng cấp tốc độ Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 92 Cao học XLTT-TT 2005-2007 dung lợng, nhà cung cấp phải xây dựng dịch vụ: xây dựng phần mềm cho máy chủ dịch vụ, sở liệu, phần mềm máy đầu cuối Hệ thống truyền dẫn từ trung tâm dịch vụ di động (MSC) tới BSC (bộ điều khiển trạm gốc), từ BSC đến trạm thu phát gốc (BTS) sử dụng đờng E1 (1E1 3E1) cần nâng cấp lên đờng có tốc độ 1Tbps Các nhà cung cấp sử dụng lại thiết bị MSC (trung tâm dịch vụ di động), HLR (thanh ghi vị trí thờng trú), SMS-SC (trung tâm dịch vụ tin nhắn SMS), nhng cần nâng cấp phần mềm để hỗ trợ số lợng lớn thiết bị 4G Hệ thống 4G sử dụng địa IPv6 để quản lý, giám sát, liên lạc với thiết bị cần nâng cấp phần mềm để thích ứng với hệ thống IPv6 Phần mạng truy cập vô tuyến: hệ thống di động 4G sử dụng công nghệ giao diện vô tuyến OFDMA, kỹ thuật điều chế tín hiệu 64QAM, sử dụng ăngten MIMO hệ thống di động 3G sử dơng kü tht truy cËp CDMA, kü tht ®iỊu chÕ 8-PSK nên sử dụng lại trạm thu phát gốc Còn với hệ thống 2G/2.5G sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số FDMA Do đó, BTS cần đặt thiết bị thu phát riêng cho hệ thống 4G, sử dụng ăngten MIMO độc lập không dùng chung với ăngten mạng CDMA2000 Về vấn đề quy hoạch mạng vô tuyến, quy hoạch vị trí đặt đài trạm BTS, nhà cung cấp sử dụng lại vị trí đặt đài trạm, đặt tủ máy 4G với tủ máy hệ thống tiết kiệm đợc đài trạm Tuy nhiên, hệ thống 3G CDMA20001xEV-DO sử dụng băng tần 450MHz thấp nhiều so với băng tần 2,5GHz hệ thống 4G Do đó, vùng phủ đài trạm mạng 4G nhỏ so với vùng phủ đài trạm hệ thống 3G khu vực thành phố, mật độ đài trạm cao nên số lợng BTS bổ sung không lớn, nhng khu vực nông thôn, khu vực đờng cao tốc cần bổ sung nhiều đài trạm để đảm bảo phạm vi phủ sóng rộng khắp Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 93 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Kết luận Kết đạt đợc luận văn Luận văn đà trình bày toàn cảnh dịch vụ nh lợi ích mà hệ thống thông tin di động 4G đạt đợc để phục vụ sống ngời Đồng thời luận văn trình bày dịch vụ mà hệ thống di động 4G cung cấp: thơng mại di động, định vị/ dẫn, đặt hàng di động, chăm sóc sức khỏe, y tế cộng đồng , chúng phục vụ, thay đổi lối sống ngời nh Những vấn đề kỹ thuật xây dựng tảng dịch vụ sở hạ tầng hệ thống đợc tác giả nghiên cứu trình bày luận văn Những công nghệ then chốt để hệ thống 4G đạt đợc dung lợng lớn, tốc độ cao, bảo mật: kỹ thuật ăngten MIMO, OFCDM, chứng thực dựa sinh trắc học Trong luận văn, tác giả trình bày bốn miền mô hình tham chiếu hệ thống 4G: miền ứng dụng dịch vụ, miền tảng dịch vơ, miỊn m¹ng lâi chun m¹ch gãi, miỊn truy cËp vô tuyến Ngoài ra, đặc điểm cấu trúc mạng NGN đợc trình bày mạng NGN sở hạ tầng cho hệ thống thông tin viễn thông nói chung hệ thống di động nói riêng Từ tác giả trình bày hệ thống di động sở hạ tầng mạng NGN Cuối tác giả trình bày trạng hệ thống mạng di động Việt Nam có ®Ị xt h−íng triĨn khai hƯ thèng 4G dùa trªn tảng sở hạ tầng có nhà cung cấp dịch vụ Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 94 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Hớng phát triển đề tài Tác giả đề xuất số hớng nghiên cứu luận văn: ắ Nghiên cứu kỹ thuật đa sóng mang CDMA (MC-CDMA, hay OFCMD) vµ øng dơng kü tht MC-CDMA mạng truy cập vô tuyến hệ thống di động 4G ắ Nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh tiên tiến (MIMO) ắ Nghiên cứu hệ thống quản lý ID thông tin ngời dùng hệ thống di động 4G Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G 95 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Tài liệu tham khảo [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động hệ ba, Học Viện Công NghƯ B−u ChÝnh ViƠn Th«ng, 2002 [2] TS Ngun Q Minh Hiền, Mạng viễn thông hệ sau (NGN), Viện Khoa Học Kỹ Thuật Bu Điện, 2001 [3] Đề tài: Xây dựng cấu trúc tổ chức mạng hệ sau (NGN) cđa Tỉng c«ng ty B−u chÝnh ViƠn th«ng ViƯt Nam, Mà số: 001-2001-TCT-R-VT-01 Chủ đề tài: TS Nguyền Quý Minh HiỊn, ViƯn Khoa Häc Kü Tht B−u §iƯn [4] Harri Holma and Anti Toskala, “W-CDMA for UMTS”, John Wiley & Sons, 2000 [5] Dr William C.Y.Lee, “Mobile Communication Design Fundamental”, John Wiley & Sons, 1996 [6] Luis Correia, “Mobile Broadband Multimedia Networks”, Elsevier, 2006 [7] Shinsuke Hara and Ramjee Prasad, “Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications”, Artech House, 2003 [8] “Towards the 4G Mobile Communications Systems”, 4G Mobile Communications Committee, 2005 [9] “4G Technical Survey Report – System Infrastructure”, 4G Mobile Communications Committee, 2006 [10] “4G Technical Survey Report – Service Platform”, 4G Mobile Communications Committee, 2006 Nghiªn cøu hệ thống thông tin di động 4G 96 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Tóm tắt luận văn Luận văn trình bày sơ lợc lịch sử nh xu phát triển thông tin di động Và sau tổng kết trình phát triển thông tin di động từ hệ thứ đến hệ thứ t Phần tiếp theo, luận văn trình bày toàn cảnh dịch vụ nh lợi ích mà hệ thống thông tin di động 4G đạt đợc để phục vụ sống ngời Đồng thời luận văn trình bày dịch vụ mà hệ thống di động 4G cung cấp: thơng mại di động, định vị/ dẫn, đặt hàng di động, chăm sóc sức khỏe, y tế cộng đồng , chúng phục vụ, thay đổi lối sống ngời nh Những vấn đề kỹ thuật xây dựng tảng dịch vụ sở hạ tầng hệ thống đợc tác giả nghiên cứu trình bày luận văn Những công nghệ then chốt để hệ thống 4G đạt đợc dung lợng lớn, tốc độ cao, bảo mật: kỹ thuật ăngten MIMO, OFCDM, chứng thực dựa sinh trắc học Trong luận văn, tác giả trình bày bốn miền mô hình tham chiếu hệ thống 4G: miền ứng dụng dịch vụ, miền tảng dịch vụ, miền mạng lõi chuyển mạch gói, miền truy cập vô tuyến Ngoài ra, đặc điểm cấu trúc mạng NGN đợc trình bày mạng NGN sở hạ tầng cho hệ thống thông tin viễn thông nói chung hệ thống di động nói riêng Từ tác giả trình bày hệ thống di động sở hạ tầng mạng NGN Cuối tác giả trình bày trạng hệ thống mạng di động Việt Nam có đề xuất hớng triển khai hệ thống 4G dựa tảng sở hạ tầng có nhà cung cấp dịch vụ Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G ... triển chung công nghệ viễn thông, đặc biệt công nghệ thông tin di động, việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G cần thiết Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiƯp... thông tin di động đà trải qua giai đoạn phát triển quan trọng Từ hệ thống thông tin di động tơng tự hệ thứ đến hệ thống thông tin di động số hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng hệ. .. vụ mạng Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 32 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Hình 3.8 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G Luận