2. TỔ CHỨC CỦA LUẬN VĂN
2.3.2.1Sự thuận tiện cho người sử dụng
Sự thuận tiện cho người sử dụng là một nhóm liên quan tới việc dễ dàng trong sử dụng, và bao gồm các ñặc tính như giao diện người sử dụng, trợ giúp, khả
năng xử lý - thời gian sử dụng, giao diện của thiết bị, và khả năng cấu hình lại thiết bị ñầu cuối. Với giao diện người sử dụng, yêu cầu phải thực thi sự hiển thị hình ảnh, giọng nói chất lượng cao hơn, và ñạt ñược sự nâng cao về giao diện ñể ñơ giản hóa các thủ tục nhập thông tin. Các yêu cầu cho các tác nhân bao gồm sự cung cấp các dịch vụ phù hợp với nhu cầu và hoàn cảnh của người sử dụng, khả năng ñể yêu cầu và nhận thông tin vì lợi ích của những người sử dụng, và sự thực hiện ñầy ñủ các ñặc tính tác nhân trong các thiết bị ñầu cuối, nền dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ. Liên quan ñến khả năng sử lý - thời gian sử dụng, giao diện của thiết bị ñầu cuối, khả năng xử lý của thiết bị có khả năng truy cập thông tin ña phương tiện chất lượng cao, thời gian sử dụng lâu hơn giúp người sử dụng không phải quan tâm ñến dung lượng của pin, và giao tiếp với loại thiết bị ngoại vi ñược ñưa ra. Khả năng cấu hình lại của thiết bị ñầu cuối bao gồm khả năng nâng cấp các phiên bản bằng việc thêm hoặc thay ñổi các ñặc tính thiết bị thông qua việc tải phần mềm, và cho phép truy cập qua các giao diện vô tuyến khác.
Hình 2.4: Mô hình tham chiếu nền tăng dịch vụ: tiện nghi người dùng 2.3.2.2 Các dịch vụ tiên tiến
Các dịch vụ tiên tiến, là khía cạnh có liên quan ñến tính hiện ñại của dịch vụ bao gồm các ñặc ñiểm sau: Đa truyền thông chất lượng cao, ñầu vào thông tin, vị trí/ñịnh vị, và cảm biến/ñiều khiển từ xa. Để cho phép người dùng nhận ñược dịch vụ tiên tiến chất lượng cao thông qua các thiết bị di ñộng có khả năng truy cập vào
cơ sở hạ tầng của hệ thống di ñộng 4G, thông tin môi trường xung quanh người sử dụng sẽ ñược truyền ñi bởi các thiết bị ñầu cuối và dựa trên thông tin này các hệ thống dịch vụ gia tăng khác nhau sẽ hoạt ñộng trên nền tảng dịch vụ.
2.3.2.3 Quản lý hệ thống
Quản lý hệ thống là khía cạnh liên quan ñến cơ chế hỗ trợ các dịch vụ. Các chức năng của phần này gồm: QoS, bảo mật/xác thực/ủy quyền/thanh toán, máy chủ từ xa/cơ sở dữ liệu, ñặc tính thích ứng môi trường, xã hội. Mô hình quản lý hệ thống này có mục ñích nâng cao tính bảo mật/xác thực/ tính toán như là nhân tố cốt lõi của dịch vụ làm nền tảng cho việc triển khai xã hội di ñộng 4G và cung cấp cho hệ thống khắc phục các loại lỗi khác nhau. Khái niệm QoS ứng dụng phối hợp QoS mạng ñược sử dụng, do ñó truyền dữ liệu liên tục tốc ñộ cao chống lại sự tắc nghẽn ñược cung cấp ngay cả trong ñiều kiện bất lợi.
2.3.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng của hệ thống
2.3.3.2 Ví dụñiển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến
Năm ví dụ ñiển hình về viễn cảnh trong mạng truy cập vô tuyến mới và các ví dụ về giao diện cho từng viễn cảnh ñược thể hiện trong hình 2.7.
Trong hình này, R1-R5 cho biết dạng của vô tuyến, N1-N3 cho biết dạng giao diện mạng.
Viễn cảnh một là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập vô tuyến mới ở môi trường ngoài trời. Ở mức trung bình, có thể ñạt ñược tốc ñộ gói vô tuyến nhanh hơn khi thiết bị ñầu cuối gần trạm thu phát gốc (BTS).
Viễn cảnh hai là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập di ñộng mới hoặc khả năng truy cập không dây tự do mới ở môi trường trong nhà quy mô rộng, chẳng hạn như ở những tòa nhà văn phòng rộng hoặc các cửa hàng
Viễn cảnh ba là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập không dây tự do mới ở trong môi trường trong nhà quy mô nhỏ như nhà riêng.
Viễn cảnh bốn là ví dụ giới thiệu về khả năng mạng di chuyển. Trong ví dụ này các nút mạng di chuyển (MNN) sẽ ñược cài ñặt trong các ñối tượng chuyển ñộng ví dụ như tàu hỏa, xe bus ñể có thể truyền thông giữa các trạm cơ sở và trạm di ñộng thông qua các MNN.
Viễn cảnh năm là ví dụ về ñịnh dạng của một mô hình Ad-hoc ở giữa các trạm di ñộng, các trạm di ñộng ñược trang bị giao diện vô tuyến R5 cho phép truyền thông vô tuyến giữa các trạm di ñộng. Chú ý rằng, những trường hợp ñược giới thiệu này chỉ ñơn thuần là một vài ví dụ trong hệ thống di ñộng 4G, vì vậy có thể ñịnh dạng mạng kết nối ña chặng bằng cách kết nối các trạm cơ sở bằng sự kết nối vô tuyến là hoàn toàn có thể hiểu ñược.
BS (Base Station): Trạm gốc MS (Mobile Station): Trạn di ñộng MNN (Moving Network Node): Nút mạng di chuyển
R1: High Speed MS I/F: Tương tác MS tốc ñộ cao
R2: Large-Scale Indoor I/F: Tương tác trong nhà lớn
R3: Indoor I/F: Tương tác trong nhà
R4: Moving Network I/F: Tương tác mạng di chuyển R5: Ad-Hoc I/F: Tương tác mạng Ad-Hoc
N1: Outdoor BS I/F: Tương tác BS ngoài trời
N2: Large-Scale Indoor BS I/F: Tương tác BS trong nhà lớn
N3: Indoor BS I/F: Tương tác trong nhà
Hình 2.8 mô tả các ví dụ về cấu hình chức năng cho các nut/các thiết bị ñầu cuối trong các hệ thống di ñộng 4G. Xem xét như là các lớp chức năng, dịch vụ và ứng dụng (F5), hỗ trợ dịch vụ (F4), ñiều khiển mạng và truyền tải (F3), quản lý tài nguyên và nguồn kết nối (F2) và các chức năng truy cập không dây (F1) ñược ñịnh nghĩa. F5-F3 tương ứng các dịch vụ và miền ứng dụng, nền tảng dịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói thuộc hình 2.8 tương ứng với nơi mà F5, F4 ứng với trong miền truy cập sóng vô tuyến mới.
Hình 2.8: Ví dụ về cấu hình chức năng các nút/các thiết bịñầu cuối F1 F2 F3 F4 F5 I3 I4 I2 I1 P1 P2 P4 T yp e 1 : B rid ge T yp e T yp e 2 : R ou te r T yp e (T yp e 3 : M an ag em en t S erv ic e T yp e) T yp e 4 : T erm in ar T yp e Sevice & Applicatiom Service & Applicatiom Service Support Transport & Network control
Link & Resource Management Wireless Access Functions Service Support Transport & Network control
Link & Resource Management Wireless Access Functions P5 P3 F1 – F5 : Function I1 – I4 : Interface P1 – P5 : Protocol
Nói cách khác, khi xem xét như là các loại nút.thiết bị ñầu cuối, thì gồm các loại: Bridge, bao gồm các lớp chức năng F1-F2; Router, bao gồm các lớp chức năng F1 – F3; loại máy chủ quản lý gồm các lớp chức năng F1 – F4; và các loại thiết bị ñầu cuối gồm các chức năng F1 – F5.
2.4 CÁC CÔNG NGHỆỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG 4G
Để ñạt ñược tốc ñộ truyền dẫn cao, dung lượng lớn trong hệ thống di ñộng 4G, rất nhiều công nghệ tiên tiến cho thiết bị ñầu cuối, cơ sở hạ tầng mạng, nền tảng dịch vụ, thử nghiệm và ñạt ñược kết quả ñề ra. Sau ñây là một số công nghệ ñược ứng dụng cho hệ thống di ñộng 4G. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.1 Kỹ thuật truyền dẫn dung lượng lớn, tốc ñộ cao
2.4.1.1 Các kỹ thuật ña truy nhập (Multiple Access Techniques)
Để ñạt tốc ñộ truyền dẫn sấp xỉ 100Mbps ở môi trường ngoài trời và 2Gbps ở môi trường trong nhà, và ñể truy cập vô tuyến tương thích với hệ thống mạng có kiến trúc phân cấp dựa trên nền IP, các công nghệ truyền dẫn sau ñã ñược nghiên cứu và phát triển:
- Ghép kênh phân chia theo mã và tần số trưc giao có hệ số trải phổ thay ñổi: VSF-OFCDM (Variable Spreading Factor – Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing).
- Đa truy nhập phân chia theo mã ña sóng mang có lựa chọn sóng mang con: SGS – MC – CDMA (Subcarrier Selecting Multi Carrier Code Division Multi Access).
- Đa truy nhập phân chi theo tần số trực giao: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multi Access).
- Đa truy nhập phân chia theo tần số ñan xen: IFDMA (Interleaved Frequency Division Multi Access).
VSF – OFCDM (Variable Spreading Factor – Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing):
VSF – OFCDM là một hệ thống truy cập vô tuyến có thể cung cấp trông lượng lớn, tốc ñộ cao trong nhiều môi trường và ñiều kiện lan truyền khác nhau qua một vùng phủ sóng rộng. Để triển khai ñược truyền dẫn dung lượng lớn, hệ thống này sử dụng hệ số trải phổ hai chiều thay ñổi thích hợp trong miền thời gian và tần số tùy thuộc vào cấu hình ô, ñiều kiện lan truyền, tải trên kênh.Công nghệ này vượt trội hơn công nghệ OFCDM dựa theo tốc ñộ kí hiệu thấp MC-CDMA sử dụng nhiều sóng mang con trong cùng giao diện vô tuyến.
Ưu thế của VSF-OFCDM là khả năng ñạt ñược hiệu quả sử dụng phổ tần cao, truyền dẫn dung lượng lớn, tốc ñộ cao nhờ việc kế thừa hệ số trải phổ tối ưu tùy thuộc ñiều kiện lan truyền cụ thể trong cả môi trường nhiều tế bào và môi trường tế bào ñôc lập, sử dụng cùng giao diện vô tuyến. Đặc tính truyền dẫn của VSF-OFCDM ñã ñược thử nghiệm cả môi trường trong nhà và ngoài trời. báo cáo thử nghiệm cho kết quả 100Mbps ở môi trường ngoại ô, khoảng cách giữa trạm gốc và trạm di ñộng là 80m – 100m, tần số sóng mang 4,635GHz, băng thông 101,5MHz, số sóng mang con 768, hệ số trải phổ thời gian 16, tốc ñộ di chuyển của thiết bị di ñộng 30km/h, ñiều chế 16QAM.
SCS-MC-CDMA (Subcarrier Selecting Multi Carrier Code Division Multi Access).
SCS-MC-CDMA là một lược ñồ truy cập vô tuyến dựa trên công nghệ MC- CDMA, là phương pháp truyền dẫn kí hiệu trải phổ sử dụng nhiều sóng mang con trực giao trong miền tần số. Lợi dụng ñặc tính của MC-CDMA là sử dụng nhiều sóng mang con, SCS-MC-CDMA gán nhiều sóng mang con cho mỗi người sử dụng tùy theo tốc ñộ dữ liệu của người dùng ñó.
Bộ thu không yêu cầu xử lý tín hiệu tốc ñộ cao ñể ñiều chế tất cả tốc ñộ sóng mang con, nhưng truyền thông vẫn ñược thực thi bằng khả năng xử lý tín hiệu dựa vào số sóng mạng conñược lựa chọn nhờ bộ lọc lựa chọn sóng mang con. SCS-MC- CDMA có thể thay ñổi tốc ñộ dữ liệu tối ña gán cho một người sử dụng tùy theo khoảng cách trạm gốc và thiết bị di ñộng bằng việc ñiều chỉnh số sóng mang và công suất phát cho mỗi sóng mang con.
SCS-MC-CDMA gián số sóng mang con dựa theo tốc ñộ dữ liệu của người sử dụng. Hơn nữa, tính trực giao giữa các sóng mang con ñược ñảm bảo, nên cấu hình của máy phát không có gì khác biệt với máy phát của các hệ thống MC- CDMA. Trong hệ thống SCS-MC-CMDA, máy thu sử dụng bộ lọc lựa chọn sóng mang con nên hệ thống sẽ cung cấp tốc ñộ dữ liệu cho người dùng một cách linh ñộng. Thậm trí trong các hệ thống sử dụng băng tần lớn, không cần phải thực hiện xử lý tín hiệu và công suất phat tương ứng với tốc ñộ dữ liệu của người sử dụng. Do ñó, với hệ thống này có thể giảm ñược tải cho xử lý tín hiệu và công suất tiêu thụ của thiết bị ñầu cuối so với các hệ thông khác sử dụng cả băng tần.
SCS-MC-CMDA có thể thực hiện giải ñiều chế bằng khả năng sử lý tín hiệu tương ứng với tốc ñộ dữ liệu người sử dụng do ñó có thể phát triển một cách linh ñộng các thiết bị ñầu cuối giá rẻ có khả năng xử lý thấp, công suất tiêu thụ thấp, thiết bị ñầu cuối ñắt tiền có khả năng xử lý cao, công suất tiêu thụ cao tùy theo sở thích, yêu cầu dịch vụ của người dùng.
SCS-MC-CMDA có thể ñiều khiển tốc ñộ dữ liệu tối ña và khoảng cách truyền dẫn bằng việc ñiều chỉnh số sóng mang con và công suất phát cho mỗi sóng mang con. Nói cách khác, cấu trúc tế bào hiệu quả nhất (best-effort) có thể ñược triển khai. Cấu trúc này cho phép tăng tốc ñộ dữ liệu khi thiết bị ñầu cuối gần trạm
gốc hơn và giảm khi thiết bị ñầu cuối xa biên của tế bào. Nếu cấu trúc này ñược chấp nhận thì nó có thể ñáp ứng ñược cho nhiều người sử dụng có yêu cầu dịch vụ khác nhau và ñạt ñược hiệu quả sử dụng phổ tần cao bằng việc linh ñộng thay ñổi số sóng mang con và gán mã tương ứng số người dùng trong té bào, và thay ñổi tốc ñộ dữ liệu, khoảng cách liên lạc của mỗi người sử dụng.
Hình 2.10: Cấu trúc tế bào tối ưu của SCS-MC-CMDA
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multi Access):
Hệ thống OFDM ñạt ñược khả năng dung lỗi (chống nhiễu) ña ñường rất tốt và thực hiên ñược truyền dẫn dữ liệu tốc ñộ cao trong môi trường chuyển ñộng, nhưng hệ thống này thường ñược sử dụng kết hợp với các hệ thống ña truy nhập khác như FDMA, TDMA, OFDMA là một phương thức triển khai ña truy cập trong ñó tất cả người dùng chia sẻ tất cả các sóng mang con. Một số sóng mang con tùy ý ñược ñặt cho các kênh con và mỗi người dùng ở những khe thời gian tùy ý.
Hình 2.11: Phân bổ kênh con
Nhờ việc phân bổ sóng mang con cho mỗi người sử dụng, hệ thống OFDMA ñạt ñược hiệu quả sử dụng phổ tần cao ở môi trường ngoại ô tế bào và dung lượng của toàn hệ thống có thể mở rộng. Truy nhiên, hệ thống này cũng có nhiều nhược ñiểm:
- Mào ñầu mở rộng cho thông tin ñiều khiển truyền dẫn trở lên rất phức tạp
- Để tăng dung lượng hệ thống thì ñiều kiện kênh phải ñược biết dựa trên
cơ sở thời gian thực và phải thực hiện ñược sự sắp xếp phân bổ kênh một cách chính xác cao.
- Do số lượng sóng mang con lơn (1024 ñến 2048) và FFT/IFFT có tỉ lệ lớn nên ảnh hưởng không tốt ñến kích thước của mạch ñiện và công suất tiêu thụ.
- Hệ thống yêu cầu về sự ñồng bộ về ñịnh thời có ñộ chính xác cao ñể ñảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang con.
2.4.1.2 Các kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều hiệu suất cao
Kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều chế thích nghi hiệu suất cao kế thừa từ kỹ thuật
ñiều chế biên ñộ cầu phương ña mức của hệ thống truyền dẫn vô tuyến tốc ñộ cao (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cho phép sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số. Nhờ cọ sự truyền thông thích nghi theo môi trường kênh mà hiệu quả sử dụng phổ tần và chất lượng truyền thông ñược cải tiến. Các kỹ thuật này gồm: các kỹ thuật ñiều chế, kỹ thuật lập mã, kỹ thuật ñiều khiển thích nghi, kỹ thuật ñánh giá kênh.
Ở phần này trình bày hai kỹ thuật sau:
+ Kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều chế thích nghi sóng mang con.
+ Kỹ thuật ñiều chế thích nghi OFDM tốc ñộ lập mã có thể thay ñổi.
- Kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều chế thích nghi sóng mang con ( Subcarrier Adaptive Modulation/Demodulation Techniques)
Kỹ thuật ñiều chế/ giải ñiều chế thích nghi là kỹ thuật có khuynh hướng cải thiện dung lượng hệ thống và thông lượng dưới môi trường lan truyền có sự thay ñổi là hằng số trong các hệ thống thông tin di ñộng mặt ñất.
Kỹ thuật ñiều chế thích nghi sử dụng nhiều mức ñiều chế và tốc ñộ lập mã