Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác, giao tiếp giữa các mạng khác nhau. Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền IP. Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt, an toàn, bảo mật. Vì vậy, để đáp ứng được các nhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
a. Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp : được các mạng khác như các
mạng di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không dây khác.
Hình 2.1Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G
Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP, với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượng cao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thành công. Với sự kết hợp này, người sử dụng có khả năng kết nối tới nhiều mạng, có thể sử dụng nhiều dạng dịch vụ khác nhau như PSTN, ISDN, internet, WLAN, WiMAX,… mà không cần quan tâm tới dạng thiết bị đang sử dụng cũng như việc họ đang ở đâu.
Hình 2.2 Sự kết hợp các mạng khác nhau
b. Mạng có tính mở
Xem xét các ứng dụng, dịch vụ mạng hiện nay, chúng ta thấy rằng các hệ thống mạng hiện nay vẫn đang phát triển như là các hệ thống đóng. Trong mạng thế hệ hai, dịch vụ cung cấp chỉ là những dịch vụ đơn giản như tin nhắn SMS, MMS,… Các mạng di động thế hệ ba đã bắt đầu cung cấp một số ứng dụng, dịch vụ nhưng còn rất ít, chất lượng chưa cao. Các nhà cung cấp dịch vụ cũng chỉ trong phạm vi là “third-party” trong mạng. Điều này có thể được khắc phục trong mạng 4G. Cấu trúc mở của mạng 4G cho phép cài đặt các thành phần mới với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp. Đây là điều rất quan trọng, đặc biệt cho các dịch vụ tối ưu trong mạng di động với liên kết không dây và các đặc tính di động. Mô hình được xây dựng ra phải có tính mở. Điều này giúp cho hệ thống trở nên linh hoạt trong quá trình phát triển. Yêu cầu về mở rộng, nâng cấp hệ thống hay thêm vào các ứng dụng, dịch vụ mới luôn là một đòi hỏi đối với các mạng viễn thông hiện nay. Do đó mạng phải đảm bảo cho khả năng đáp ứng các nhu cầu này ngay từ thời điểm hiện tại cho đến tương lai.
Hình 2.3 Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống
c. Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP
Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụ Internet. Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ mạng, băng thông dịch vụ,… Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực, chất lượng cao.
d. Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin
Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống. Hệ thống thông tin càng phát triển, càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cùng truy nhập vào hệ thống thì thông tin bí mật của người dùng càng không đảm bảo an toàn. Tính an toàn của hệ thống được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn và riêng tư của các dữ liệu người sử dụng cũng như khả năng quản lý, giám sát hệ thống. Bảo mật là yêu cầu chung đối với tất cả các hệ thống viễn thông.
e. Mạng đảm bảo tính di động
Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di động và không dây khác nhau. Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế độ, vùng phủ đa dịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung.
Các thiết bị đa chế độ:
Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, ví dụ như đa truy nhập phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do
đó, khi thiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào hệ thống thông qua các mạng khác. Đối với loại thiết bị này thì vấn đề chất lượng dịch vụ yêu cầu phải được xử lý tốt. Xem hình 2.4 - a
Vùng phủ đa dịch vụ:
Trong kiến trúc này, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểm truy nhập chung (UAP: Universal Access Point). Những UAP này kích hoạt để chọn mạng dựa trên những cái có sẵn, đặc điểm chất lượng, và sự lựa chọn thông thường của người dùng. Người dùng, thiết bị có thể chuyển dịch vụ khi di chuyển từ UAP này sang UAP khác. Xem hình 2.4 – b.
Giao thức truy nhập chung:
Trong trường hợp này các mạng không dây có thể hỗ trợ một hoặc hai giao thức truy nhập chuẩn. Khi đó thiết bị có thể chuyển mạng có cùng giao thức truy nhập khi không truy nhập được vào mạng của mình. Xem hình 2.4 - c
f. Mạng phải đảm bảo về tốc độ
Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps và 160Mbps khi sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào - Nhiều đầu ra)
Hình 2.5 Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G