Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4g)

Thông tin di động thế giới đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ thứ 3(3G) đã được triển khai vào những năm đầu thế kỉ 21 và ứng dụng rộng rãi phục vụ đời sống của con người. Và hiện tại chúng ta đang trong thời kì phát triển hệ thống thông tin di động 4G. Sự xuất hiện của 4G có thể tạo ra sự bùng nổ trong ngành công nghiệp thông tin di động nói riêng và ngành viễn thông nói chung. Bố cục bài tiểu luận gồm 2 chương: Chương I : Tổng quan về thông tin di động số Chương II : Tìm hiểu về thông tin di động thứ tư (4G)

Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Thông tin di động cho phép người sử dụng đàm thoại ở mọi lúc, mọi nơi trong vùng phủ sóng, kể cả khi đang di chuyển. Ngoài ra, thông tin di động còn đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích khác như: nhắn tin, truyền số liệu, truyền thông đa phương tiện, xác định vị trí người sử dụng… mà các dịch vụ khác không thực hiện được. Do vậy, nhu cầu về thông tin di động ngày một tăng lên và trong tương lai không xa đây sẽ là hình thức thông tin vạn năng, được ứng dụng sâu rộng vào cuộc sống và sẽ có thể thay đổi lối sống của con người. Thông tin di động thế giới đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ thứ 3(3G) đã được triển khai vào những năm đầu thế kỉ 21 và ứng dụng rộng rãi phục vụ đời sống của con người. Và hiện tại chúng ta đang trong thời kì phát triển hệ thống thông tin di động 4G. Sự xuất hiện của 4G có thể tạo ra sự bùng nổ trong ngành công nghiệp thông tin di động nói riêng và ngành viễn thông nói chung. Bố cục bài tiểu luận gồm 2 chương: Chương I : Tổng quan về thông tin di động số Chương II : Tìm hiểu về thông tin di động thứ tư (4G) Trong quá trình làm tiểu luận khó tránh khỏi sai sót, rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn . Đà Nẵng, tháng 12 năm 2013 SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 1 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC HÌNH VẼ .6 DANH MỤC BẢNG .6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ .7 1.1. GIỚI THIỆU .7 1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI DỘNG THẾ HỆ 1 7 1.3. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI DỘNG THẾ HỆ 2 .8 1.3.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA .9 1.3.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 10 1.4. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA .10 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ TƯ (4G) .12 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 12 2.2. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 12 2.3. CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG CHO HỆ THỐNG 4G .13 2.4. CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 4G 14 2.5. MÔ HÌNH THAM CHIẾU HỆ THỐNG DI ĐỘNG 4G 15 2.5.1. Miền dịch vụ và ứng dụng .17 2.5.2. Miền nền tảng dịch vụ 17 2.5.3. Miền mạng lõi chuyển mạch gói 18 2.6. DỊCH VỤ CỦA 4G 19 2.6.1. Dịch vụ cung cấp thông tin y tế 19 2.6.2. Dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến 20 2.6.3. Hệ thống định vị .21 2.6.4. Dịch vu đặt hàng di động .22 2.6.5. Quản lí thực phẩm .24 2.6.6. Dịch vụ bảo hiểm rủi ro .25 2.6.7. Dịch vụ quản lí di động 27 2.7. SỰ KHÁC BIỆT CỦA 3G VÀ 4G .27 SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 2 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G 2.8. ỨNG DỤNG 28 KẾT LUẬN .30 TÀI LIỆU THAM KHẢO .31 SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 3 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 2G 2nd Generation Thế hệ 2 3G 3nd Generation Thế hệ 3 4G 4nd Generation Thế hệ 4 W-LAN Wireless – LAN Mạng cục bộ không dây ITU International Telemcomunication Liên minh Viễn thông quốc tế Union FDMA Frequency Division Multiple Đa truy cập phân chia theo thời Access gian TDMA Time Division Multiple Đa truy cập phân chia theo thời Access gian CDMA Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã Access CMTS Cellular Mobile Telephone Hệ thống điện thoại tổ ong System PS Paging System Nhắn tin AMPS Advanced Mobile phone System Hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn Communications cầu PN Pseudo Noise Mã trải phổ giả ngẫu nhiên VHE Vitual Home Environment Môi trường thông tin nhà ảo HSPA High Speed Packet Data Truy cập gói tốc độ cao HSUPA High Speed Up Packet Data Truy cập gói đường lên tốc độ cao SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 4 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G HSDPA High Speed Down Packet Data Truy cập gói đường xuống tốc độ cao OFDM Orthogonal Frequency Division Công nghệ ghép kênh phân Multiplexing chia theo tần số trực giao VHE Vitual Home Environment Môi trường thông tin nhà ảo TD-SCDMA Time Division-Synchronous Công nghệ đa truy nhập phân Code Division Multiple Access chia theo mã đồng bộ- phân chia theo thời gian SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 5 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G DANH MỤC HÌNH VẼ HÌNH 1.1. HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 7 HÌNH 2.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 4G .12 HÌNH 2.2. CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG 4G 13 HÌNH 2.3. TỐC ĐỘ TRUYỀN SỐ LIỆU Ở CÁC CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG .14 HÌNH 2.4. MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA HỆ THỐNG 4G .16 HÌNH 2.5.1. DỊCH VỤ THÔNG TIN Y TẾ .19 HÌNH 2.5.2. HỆ THỐNG CUNG CẤP NỘI DUNG TIÊN TIẾN 20 HÌNH 2.5.3. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ 21 HÌNH 2.5.4. HỆ THỐNG ĐẶT HÀNG DI ĐỘNG 23 HÌNH 2.5.5. HỆ THỐNG QUẢN LÍ THỰC PHẨM .25 HÌNH 2.5.6. HỆ THỐNG BẢO HIỂM RỦI RO 26 HÌNH 2.5.7. HỆ THỐNG QUẢN LÍ DI ĐỘNG 27 DANH MỤC BẢNG BẢNG 1. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA 4G .15 SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 6 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ 1.1. Giới thiệu Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới. Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tương lai. Hình 1.1. Hệ thống điện thoại di động 1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần số . Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 7 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng .Với FDMA , khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng . Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập. Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn. Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống . Đặc điểm : -Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến . -Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể . -BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS . Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. 1.3. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất lượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số . Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập : SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 8 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G • Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -TDMA). • Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -CDMA). 1.3.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung . Đặc điểm : -Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. -Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau. -Giảm số máy thu phát ở BTS. -Giảm nhiễu giao thoa. Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications - GSM). Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây. SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 9 Thông tin di động Tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G 1.3.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN). Đặc điểm của CDMA: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. - Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA - Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt. 1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba. Công nghệ này liên quan đến những cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Khi số lượng thiết bị cầm tay được thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation). Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile SVTH: Văn Khoa-Ngọc Quyền Trang 10