a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trƣớc đó. Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợp với công nghệ ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể hỗ trợ ngƣời dùng các dịch vụ nhƣ: hội nghị truyền hình, truy cập internet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ,…
Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhƣợc điểm nhƣ: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu ngày càng cao của ngƣời dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực nhƣ hội nghị truyền hình là chƣa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…
Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chƣa đáp ứng đƣợc các yêu cầu nhƣ: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chƣa tốt, tính mở của mạng chƣa cao, khi đƣa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,…
b. Mạng thông tin di động thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA
37
tiến về cả dung lƣợng hệ thống lẫn tốc độ truyền dẫn dữ liệu. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA ra đời là một bƣớc phát triển mạnh mẽ về tốc độ và chất lƣợng dịch vụ. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu tối đa trong WCDMA chỉ đạt tới 2Mbps. Để tăng khả năng hỗ trợ cho các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, đặc biệt là nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, mà trƣớc hết là tốc độ đƣờng xuống, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa trong phiên bản Release 5 một công nghệ mới, đó là công nghệ truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao (HSDPA) với những tính năng mới đƣợc đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA –FDD và đƣợc xem nhƣ là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3,5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau để cải thiện dung lƣợng mạng, và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10 Mbps đối với lƣu lƣợng gói đƣờng xuống. Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có thể đƣa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện chất lƣợng dịch vụ (QoS) của các dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của HSDPA là chƣa từng có trong các phiên bản trƣớc đây của 3GPP.
Các khía cạnh kỹ thuật trong nội dung HSDPA bao gồm: • Phát kênh chia sẻ
• Điều chế và mã hóa thích ứng • Kỹ thuật phát đa mã
• Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ.
Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao bằng cách sử dụng một kênh chia sẻ đƣờng xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại đƣợc tích hợp trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng mang (tƣơng tự nhƣ DSCH trong Release 99).
Lợi ích của HSDPA nhƣ đã trình bày trong các phần trƣớc cho đƣờng xuống khi hầu hết lƣu thông dữ liệu 3G đƣợc trông đợi đầu tiên là đƣờng xuống. Release 6 sẽ nói về cải tiến, nâng cấp đƣờng lên, đƣợc gọi là nâng cấp đƣờng lên HSUPA (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access). HSUPA sử dụng tƣơng tự các đặc điểm chính nhƣ HSDPA, nhƣng thay vì áp dụng cho đƣờng xuống thì nó lại áp dụng cho đƣờng lên. Điều này sẽ làm tăng tốc độ truyền đƣờng xuống.
38
c. Nhận xét:
Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA ra đời đã phần nào đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngƣời tiên dùng nhƣ: tốc độ truyền dữ liệu lên tới 2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đƣờng xuống đối với công nghệ 3,5G), có thể truy nhập đƣợc nhiều dịch vụ nhƣ: truyền hình hội nghị, truy nhập Internet tốc độ cao,…
Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhƣợc điểm nhƣ: tốc độ truyền dữ liệu chƣa cao, do đó chất lƣợng của các dịch vụ thời gian thực chƣa cao, tốc độ truyền dữ liệu vẫn còn thấp, đặc biệt là tính di động kém. Khi ngƣời dùng đi vào vùng phủ của loại mạng khác ví dụ nhƣ mạng WLAN, WiMAX,… mà không nằm trong vùng phủ sóng của mình thì mạng không thể phục vụ ngƣời dùng đƣợc. Ngoài ra, việc sử dụng IPv4 cũng gây ra các hạn chế nhƣ không đủ địa chỉ để triển khai theo yêu cầu của mạng,… Khả năng triển khai các dịch vụ mới trên các mạng này rất khó do các hạn chế về tốc độ truyền thông và băng tần,…
Trong tƣơng lai, ngƣời sử dụng mong muốn đƣợc sử dụng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, có chất lƣợng tốt, có thể thâm nhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng,
2.2.2 Mô hình mạng thông tin di động 4G LTE
Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyền dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối. Với yêu cầu một kiến trúc phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thành phần chức năng trong mạng sẽ đƣợc chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năng chung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp. Với yêu cầu này, ngƣời thực hiện phân chia cấu trúc mạng trên cơ sở của 4 lớp chức năng, tƣơng ứng với 4 phạm vi chức năng của các thành phần trong hệ thống mạng.
39
Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G
Với mô hình trên, tính tích hợp hệ thống đã đƣợc giải quyết trên lớp truyền dẫn. Các hệ thống sử dụng môi trƣờng truyền vô tuyến đƣợc tích hợp chung vào mạng RAN. Với mô hình này, các mạng truy nhập vô tuyến đƣợc tích hợp vào một môi trƣờng chung, có nghĩa thuê bao di động đầu cuối khi ở bất cứ môi trƣờng truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo hoạt động trong mạng.
40
nghệ cũng nhƣ dịch vụ trong tƣơng lai. Việc xử lý các công nghệ điều chế, mã hoá và truy nhập trên các lớp tƣơng tác cũng tạo ra tính thích nghi với các yêu cầu về dịch vụ, đảm bảo đầy đủ các yêu cầu về tốc độ dịch vụ trong tƣơng lai.
Chức năng mạng truy nhập vô tuyến:
Có khả năng tích hợp giữa các thiết bị đầu cuối
Đảm bảo tốc độ dịch vụ
Chức năng của mạng lõi:
Kết nối các mạng khác nhau: mạng không dây và mạng có dây.
Truyền tải traffic trên các tuyến từ nơi gửi đến đích an toàn.
Định tuyến lƣu lƣợng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chuyển đổi dạng dữ liệu all IP
Chức năng điều khiển:
Cung cấp nền tảng hạ tầng kết nối mạng dịch vụ Điều khiển hệ thống: o Báo hiệu o Lƣu lƣợng o Bảo mật (Security) o Billing o Mobity và Roaming
Dịch vụ: Cung cấp dịch vụ sử dụng cho ngƣời dùng
2.3 CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH 2.3.1 Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến 2.3.1 Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến
Nhiệm vụ chính của mạng truy nhập vô tuyến (Radio Access Network) là tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN). Thiết bị ngƣời dùng ở đây có thể là các MS, các thiết bị xách tay,… Do đó, mạng truy nhập vô tuyến phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị đầu cuối, kể cả khi thiết bị đầu cuối là thiết bị di động không dây thuộc mạng khác.
2.3.1.1 Thiết bị đầu cuối:
Thiết bị đầu cuối di động trong mạng 4G phải có sự phát triển trong việc chạy nhiều dạng ứng dụng khác nhau. Điều này cũng đảm bảo cơ hội tăng lợi nhuận cho các nhà
41
cung cấp dịch vụ bằng việc cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng. Do vậy, các thiết bị này phải hoạt động có tính thích nghi và linh động cao. Hiện nay, các thiết bị đầu cuối di động đang trong quá trình chuyển dịch sang dạng tích hợp hội tụ. Các nhà sản xuất cũng cung cấp các hệ điều hành (OS) và phần mềm dịch vụ có tính mở, có kiến trúc dạng lớp và có khả năng chạy trên những phần mềm của các nhà cung cấp thứ 3. Tính phức tạp của thế hệ thiết bị đầu cuối di động này sẽ phải chƣa đựng đầy đủ các điều kiện về phần cứng và phần mềm nhƣ sau:
Các dạng ứng dụng khác nhau về di động ( nhƣ email, MMS …) -Thực hiện đƣợc nhiều phần mềm ghép ứng dụng ( nhƣ dự đoán kiểu gõ, soạn thảo văn bản, kiểm tra phát âm …)
Thực hiện trên nhiều dạng hệ điều hành (nhƣ Symbian, SmartPhone, Linux..)
Hoạt động trên nhiều môi trƣờng ứng dụng ( nhƣ J2ME, .NET) -Hoạt động trên nhiều phƣơng thức mã hoá vô tuyến ( nhƣ cdma2000, GPRS, GSM, W-CDMA, WiFi ….)
Hoạt động trên nhiều phƣơng thức mã hoá ( tiếng nói, hình ảnh…).
Hoạt động trên nhiều phạm vi giao thức mạng ( Ipv4, IPv6 …)
Bộ vi xử lý mạng với các ứng dụng của di động và tính năng chung của PC.
Có bộ nhớ lớn.
2.3.1.2 Điểm truy nhập vô tuyến RAP (Radio Access Point):
Chức năng chính của RAP là thực hiện xử lý lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…). Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến nhƣ điều khiển công suất vòng trong.
Điểm truy nhập vô tuyến cũng tƣơng tự nhƣ Node B trong 3G, tuy nhiên có một số kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đƣờng truyền, đó là:
Sử dụng Anten thông minh:
Anten thông minh là một thành phần không thể thiếu đƣợc trong mạng 4G. Một hệ thống anten thông minh là sự kết hợp của nhiều phần tử anten với một khả năng xử lý tín hiệu để tự động tối ƣu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trƣờng tính hiệu. Hệ thống 3.5G dùng Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao (HSDPA – High Speed Downlink Packet Access) dựa trên công nghệ giao diện vô tuyến W-CDMA dự định cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps bằng cách sử dụng
42
hiệu quả hơn phổ tần số 3G hiện hành. Hệ thống 4G sẽ dùng một phổ tần khác (có thể là 40 hoặc 60 GHz) và có thể cung cấp lên đến 100 Mbps cho tế bào WAN và đến 1 Gbps đối với truy suất không dây nội bộ.
Mục đích của hệ thống anten thông minh là để làm tăng chất lƣợng tín hiệu của hệ thống vô tuyến bằng cách truyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lƣợng bằng cách tăng việc dùng lại tần số. Bảng sau sẽ liệt kê các đặc tính và lợi ích của một hệ thống anten thông minh.
Đặc tính Lợi ích
Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu ngỏ vào từ
nhiều anten đƣợc kết hợp lại để tối ƣu công suất có sẵn nhằm thiết lập mức vùng phủ đã cho.
Vùng phủ tốt hơn: Việc tập trung năng
lƣợng gửi ra trong một tế bào sẽ làm tăng vùng phủ của trạm gốc. Các yêu cầu công suất tiêu thụ thấp hơn dẫn đến thời gian dùng pin lâu hơn và kích thƣớc handset sẽ nhỏ hỏn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự loại bỏ nhiễu: Antenna pattern có
thể đƣợc tạo ra do các nguồn nhiễu đồng kênh, việc cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu thu đƣợc.
Tăng dung lượng:Việc điều khiển chất
lƣợng các null tín hiệu chính xác và giảm nhiễu kết hợp với việc sử dụng lại tần số sẽ làm tăng dung lƣợng mạng. Kỹ thuật thích nghi (nhƣ là đa truy cập phân chia theo không gian) hổ trợ việc
sử dụng lại tần số trong cùng một tế bào.
Phân tập không gian: Thông tin đƣợc
tập hợp từ mảng anten đƣợc dùng để tối thiểu fading và các tác động của truyền đa đƣờng không mong muốn.
Loại bỏ đa đường: Có thể giảm tác
động trải trể của kênh, cho phép truyền tốc độ bit cao hơn mà không cần dùng bộ cân bằng.
Hiệu quả công suất: kết hợp các ngỏ
vào đến nhiều thiết bị để tối ƣu tăng ích xử lý có sẳn trên đƣờng xuống.
Chi phí giảm: Chi phí khuyếch đại công
suất, công suất tiêu thụ giảm và độ tin cậy cao hơn.
43
Một trong những kĩ thuật thích ứng liên kết sẽ đƣợc đề cập đến gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC – Adaptation and Modulation Coding). Với kĩ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hóa đƣợc thích ứng một cách liên tục và chất lƣợng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng đƣợc sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.
Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM: Tín hiệu gửi đi đƣợc chia thành
các sóng mang nhỏ, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu là “băng hẹp” và vì vậy tránh đƣợc hiệu ứng đa đƣờng, tạo nên một khoảng bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OMDF. OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng tƣơng thích với những công nghệ mở rộng nâng cao khác, nhƣ là các anten thông minh và MIMO. Điều này không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đƣa ra thêm một mức độ tự do.
Hình 2.7. Nguyên lý OFDM
MIMO: MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát và thời gian hay tần số. Nó kết hợp với OFDM xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM đƣợc thiết kế chính xác cho kênh. Sự kết hợp giữa OFDM và MIMO giúp cho việc xử lý đơn giản hơn, hiệu quả thu phát cao.
Ngoài ra lớp thâm nhập dịch vụ còn sử dụng thêm một số kỹ thuật khác nhƣ kỹ thuật SDR,… để tăng thêm tính thích nghi cho UE trong môi trƣờng mạng tích hợp chung.
44
Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến (RAC: Radio Access Controller):
Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến (RAC) là phần tử điều khiển của lớp truy nhập vô tuyến. Chức năng RNC dùng để điều khiển lƣu lƣợng và quản lý tài nguyên vô tuyến của lớp thâm nhập vô tuyến.
Đối với một UE thì RAC thực hiện kết cuối cả đƣờng nối Iu để truyền số liệu ngƣời sử dụng và cả báo hiệu tƣơng ứng từ/tới mạng lõi. RAC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến. Các thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến nhƣ sắp xếp các thông số vật mang thâm nhập vô tuyến với các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến.
Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến: RRM (Radio Resources Management) là một tập hợp các thuật toán đƣợc sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đƣờng truyền vô tuyến và QoS của kết nối vô tuyến bằng cách chia sẻ và quản lý tài nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả.
Trong 4G, thêm một số kỹ năng mới nhƣ yêu cầu phát lại tự động nhanh (HARQ: Hybrid Automatic Repeat Request), lập lịch nhanh, thời gian phát truyền dẫn ngắn (TTI: Transmission Time Interval). Hai tính năng quan trọng nhất của công nghệ WCDMA nhƣ điều khiển công suất vòng kín và hệ số trải phổ biến thiên không còn đƣợc sử dụng.
2.3.2 Các phần tử của mạng lõi
Mạng lõi phải tích hợp đƣợc tất cả các mạng viễn thông khác nhƣ các mạng di động, WLAN, WiMAX, các mạng không dây khác,… Để đạt đƣợc điều đó thì trong mạng lõi phải có:
Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của NGN trên toàn cầu, ngƣời ta xây dựng hệ thống
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});