BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2015
5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ
NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ
THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
HẢI PHÒNG – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2015
5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ
NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ
THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
Sinh viên: Hồ Hải Hoàng
Người hướng dẫn: TS. Mai Văn Lập
HẢI PHÒNG – 2019
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc
—————-o0o—————–
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Sinh viên : Hồ Hải Hoàng – MSV : 1412103011
Lớp : ĐT1801 – Ngành Điện Tử Truyền Thông
Tên đề tài : 5G – Tổng quan về các tiêu chuẩn, thí nghiệm, thách
thức, phát triển và thực hiện.
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (
về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp………………………………………………………………..:
CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Người hướng dẫn thứ nhất:
Họ và tên :
Học hàm, học vị :
Cơ quan công tác :
Nội dung hướng dẫn :
Mai Văn Lập
Tiến sĩ
Trường Đại học dân lập Hải Phòng
Toàn bộ đề tài
Người hướng dẫn thứ hai:
Họ và tên :
Học hàm, học vị :
Cơ quan công tác :
Nội dung hướng dẫn :
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 15 tháng 10 năm 2018.
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 07 tháng 01 năm 2019.
Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N
Sinh viên
Hồ Hải Hoàng
Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N
Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N
TS. Mai Văn Lập
Hải Phòng, ngày……..tháng……..năm 2019
HIỆU TRƯỞNG
GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP
Họ và tên giảng viên: ………………………………………………………………………………………
Đơn vị công tác:
……………………………………………………………… ……………………..
Họ và tên sinh viên:
…………………………………… Chuyên ngành: ………………………….
Nội dung hướng dẫn: …………………………………………………. ………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong
nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp
Được bảo vệ
Không được bảo vệ
Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ……
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
Họ và tên giảng viên: ………………………………………………………………………………….
Đơn vị công tác:
……………………………………………………………… …………………
Họ và tên sinh viên:
……………………………….. Chuyên ngành: …………………………
Đề tài tốt nghiệp:
………………………………………………………………. ………………..
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
2. Những mặt còn hạn chế
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện
Được bảo vệ
Không được bảo vệ
Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ……
Giảng viên chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Khi em nghiên cứu đề tài, trong quá trình thực hiện đồ án này ngoài sự nỗ lực, cố gắng
của bản thân thì em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ, động viên không nhỏ từ phía thầy
giáo, cô giáo và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến:
Thầy giáo TS. Mai Văn Lập đã trực tiếp giúp em định hướng đề tài đồ án cũng như tận
tình hướng dẫn, giải đáp những thắc mắc. Thầy cũng chia sẻ những kiến thức chuyên môn
sâu và những kinh nghệm quý báu giúp em hoàn thành đồ án này.
Đồng thời em xin cám ơn đến các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn và các bạn trong lớp
ĐT1801 đã nhiệt tình chia sẻ, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm đồ án.
Cho dù em đã rất cố gắng, nỗ lực trong quá trình thực hiện nhưng đồ án này có nhiều kiến
thức mới. Cho nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót và những câu văn dịch từ tiếng
anh không được rõ nghĩa lắm. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo tận tình của quý
thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng môn.
Hải Phòng, tháng 1 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Hồ Hải Hoàng
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT
TẮT
ENGLISH
TIẾNG VIỆT
3GPP
3rd Generation Partnership
Project
Dự án đối tác thế hệ thứ
3
AMPS
Advanced Mobile Phone
System
Dịch vụ điện thoại di
động cao cấp
API
Application Programming
Interface
Giao diện lập trình ứng
dụng
AR
Augmented Reality
Thực tế tăng cường
BI
Business Intelligence
Kinh doanh thông minh
BS
Base Station
Trạm gốc
BTS
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia
theo mã
CDN
Content Distribution Network
Mạng phân phối nội
dung
CQI
Channel Quality Indicator
Chỉ số chất lượng kênh
C-RAN
Cloud Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
đám mây
CSI
Channel State Information
Thông tin trạng thái
kênh
D2D
Divice to Divice
Communication
Truyền thông thiết bị –
thiết bị
DoS
Denial of Service
Từ chối dịch vụ
DU
Digital Unit
Đơn vị số
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Cải tiến tốc độ dữ liệu
cho sự phát triển GSM
EE
Energy Efficiency
Hiệu suất năng lượng
eMBB
Enhanced Mobile Broadband
Băng rộng di động nâng
cao
FBMC
Filter Bank Multi-Carrier
Đa sóng mang lọc băng
tần
FDD
Frequency Division Duplex
Ghép song công phân
chia theo tần số
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia
theo tần số
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói
tổng hợp
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn
cầu
GPU
Graphics Processing Unit
Bộ xử lý đồ họa
GSM
Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao
HSUPA
High Speed Uplink Packet
Access
Truy nhập gói đường lên
tốc độ cao
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ nghệ điện và
điện tử
IMT
International Mobile
Telecommunications
Viễn thông di động quốc
tế
ITM
Intelligent Traffic Management
Quản lý lưu lượng thông
minh
IoT
Internet of Things
Mọi vật kết nối internet
IP
Internet Protocol
Giao thức internet
IS
Interim Standard
Tiêu chuẩn tạm thời
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng số tích hợp đa
dịch vụ
ITU
International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông
quốc tế
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
MAC
Medium Access Control
Lớp điều khiển truy cập
môi trường
METIS
Mobile and wireless
communications Enablers for
Twenty-twenty (2020)
Information Society
Thông tin di động và
truyền thông không dây
ứng dụng vào năm 2020
MIMO
Multi-input Multi-output
Đa đầu vào – đa đầu ra
MMS
Multimedia Messaging Service
Dịch vụ tin nhắn đa
phương tiện
MMT
MPEG Media Transport
Công nghệ xử lý hình
ảnh kỹ thuật số
mMTC
Massive Machine Type
Communications
Truyền thông máy số
lượng lớn
MN
Moving Network
Mạng di chuyển
MRN
Moving Relay Node
Điểm chuyển tiếp di
động
MS
Mobile Station
Trạm di động
MVC
Multi-view Video Encoding
Mã hóa đa video
NFV
Network Functions
Virtualization
Ảo hóa mạng
NI
Network Intelligence
Mạng thông minh
NOMA
Non-Orthogonal Multiple
Access
Đa truy nhập không trực
giao
OAM
Operation and Management
Tổ chức và quản lý
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia
theo tần số trực giao
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
POTN
Packet Optical Transport
Network
Mạng truyền tải quang
packet
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ cầu
phương
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAT
Radio Access Technology
Công nghệ truy cập vô
tuyến
SDMA
Space Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia
theo không gian
SDN
Software Defined Networks
Công nghệ mạng được
xác định bởi phần mềm
SE
Spectral Efficiency
Hiệu quả quang phổ
SIC
Self – Interference
Cancellation
Kỹ thuật tự hủy nhiễu
SIM
Subcriber Indentification
Module
Mô-đun nhật thực thuê
bao
SINR
Signal to Interference plus
Noise Ratio
Tín hiệu nhiễu cộng với
tạp âm
SMS
Short Message Service
Dịch vụ tin nhắn ngắn
SON
Self – Organizing Network
Mạng tự tổ chức
TACS
Total Access Communications
System
Hệ thống thông tin truy
nhập toàn bộ
TCP
Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển
truyền vận
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân
chia theo thời gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
uCTN
Unified Converged Transport
Network
Mạng vận tải hội tụ hợp
nhất
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UMB
Ultra Mobile Broadband
Siêu băng thông rộng di
động
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu
URLLC
Ultra-Reliable and Low-
Latency Communications
Truyền thông thời gian
trễ thấp và tin cậy cực
cao
UX
User Experience
Trải nghiệm người
dùng
VR
Virtual Reality
Thực tế ảo
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia
theo mã băng rộng
WiMax
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Tương tác toàn cầu bằng
truy nhập viba
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1. Giới thiệu chung
1.1. Lịch sử ra đời và phát triển
Ở cuối thế kỷ thứ 19 Marconi đã chỉ ra rằng thông tin vô tuyến có thể liên lạc trên cự ly xa,
máy phát và máy thu có khả năng liên lạc di động với nhau. Nhưng thời đó người ta liên lạc
chủ yếu bằng điện báo Morse.
Trong những năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây là một trong những hệ thống
phát triển nhanh nhất của các thông tin liên lạc thời xưa. Nó sử dụng các dịch vụ băng thông
rộng của di động.
Các khái niệm về hệ thống di động được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí
nghiệm AT & T Bell để giải quyết các vấn đề công suất các hệ thống thông tin di động đầu.
Trái ngược với các thông tin di động: Đầu tiên hệ thống, mà chỉ có một trạm trung tâm (BS)
bao phủ toàn bộ vùng phủ sóng khu vực, hệ thống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào các tế
bào không chồng chéo nhau và hoạt động với BS riêng của mình. Bằng cách khai thác một
thực tế rằng sức mạnh của một tín hiệu truyền với khoảng cách, cùng một tần số tương tự có
thể được tái sử dụng trong tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu liên cell nặng như một
hệ quả, khả năng làm tăng đáng kể việc sử dụng gói của phổ tần số.
Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ đã bắt đầu triển khai mạng vô tuyến truyền thanh
đầu tiên. Do là mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên nên các máy di động tốn nguồn và khá
cồng kềnh được đặt trên ô tô để liên lạc về 1 trạm gốc BS ở trung tâm. Chất lượng liên lạc lại
cực kỳ kém do đặc điểm địa hình truyền sóng di động rất phức tạp mà các máy chỉ gồm 10
đèn điện tử thực hiện các chức năng tối thiểu.
Hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình thành mạng PSTN (Public Switching
Telephone Network) song suốt thời gian dài vô tuyến di động không phát triển do hạn chế về
công nghệ. Mạng PSTN bao gồm đường dây điện thoại, cáp quang, truyền dẫn vi ba liên
kết, các mạng di động, vệ tinh thông tin liên lạc, và dây cáp điện thoại dưới đáy biển, tất cả
các kết nối với nhau bởi các trung tâm chuyển mạch, do đó cho phép hầu hết các máy điện
thoại để liên lạc với nhau. Ban đầu là một mạng lưới các đường dây cố định tương tự hệ
thống thoại. Mạng PSTN hiện nay gần như hoàn toàn kỹ thuật số trong của mạng lõi và bao
gồm điện thoại di động và các mạng khác, cũng như điện thoại cố định.
Trong năm 1947 Bell Labs đã cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tế bào: Các máy
đi động được tự do và chuyển vùng từ vùng tế bào này sang vùng tế bào khác. Các tế bào
được thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng (là vùng địa lý được cung cấp dịch vụ di động),
kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch tổng đài đi động và được bố trí tại trung tâm
vùng. Những người sử dụng di động có thể di chuyển được trong vùng phủ sóng của các
trạm gốc (Base station).
Nhưng ý tưởng của Bell Labs đã không được sử dụng do hạn chế về mặt công nghệ.
Năm 1979 thì mạng di động tế bào đầu tiên đã được đưa vào sử dụng ở Mỹ và phát triển rất
nhanh do doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện trong việc sử dụng. Mạng đi động tế bào được
ra đời nhờ các tiến bộ kỹ thuật về:
– Có các hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lương cao.
– Sử dụng kỹ thuật vi mạch: VLSI ra đời (Very Large Scale Integrated Circuit) nó có thể
tích hợp các linh kiện từ hàng trăm ngàn đến 106 transistor trong 1 máy điện thoại di động.
Do vậy có thể giải quyết được những khó khăn trong việc truyền sóng di động.
Hệ thống thông tin di động tế bào số hay còn được gọi là hệ thống thông tin di động
(Mobile Systems) là hệ thống thông tinliên lạc được truy cập với nhiều điểm khác nhau
(access point or base stations) trên một vùng tế bào hay còn gọi là các Cell.
Cell (tế bào hay ô): là đơn vị cơ sở của mạng mà tại đó trạm MS (trạm di động) tiến hành
việc trao đổi các thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver
Stations)
Hình 1.1: Cấu trúc mạng tế bào
1.2. Phân loại hệ thống thông tin di động
1.2.1. Phân loại theo đặc tính tín hiệu.
– Analog: Thế hệ 1, thoại điều tần analog, các tín hiệu điều khiển đã được số hóa toàn bộ.
– Digital: Thế hệ 2, và cao hơn, thoại, điều khiển đều số hóa. Ngoài dịch vụ thoại nó còn có
khả năng phục vụ các dịch vụ khác như truyền số liệu …
1.2.2. Phân loại theo cấu trúc hệ thống
– Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp cac dịch vụ trên diện rộng với khả năng lưu động
(roaming) toàn cầu (liên mạng).
– Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụ trên diện hẹp,
các giải pháp kỹ thuật đơn giản, không có khả năng roaming.
– Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ điện thoại vô
tuyến với chất lương như điện thoại cố định cho một vành đai quanh một tram gốc, không có
khả năng roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư
thấp, mạng lưới điện thoại cố định chưa phát triển.
1.2.3. Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến
a. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
Mỗi thuê bao truy nhập mạng bằng 1 tần số, băng tần chung W được chia thành N kênh vô
tuyến. Mỗi một thuê bao truy nhập và liên lạc trên kênh liên lạc trên kênh con trong suốt thời
gian liên lạc.
+Ưu điểm: yêu cầu về đồng bộ không quá cao, thiết bị đơn giản.
+Nhược điểm:
– Thiết bị tram gốc cồng kềnh do có bao nhiêu kênh (tần số sóng mang kênh con) thì tại trạm
gốc phải có bấy nhiêu máy thu phát.
– Cần phải đảm bảo các khoảng cách bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm nhằm mục
đích phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động. Các máy thu đường
lên hoặc đường xuống chọn sóng mang cần thiết và theo tần số phù hợp.
Như vậy để đảm bảo FDMA tốt thì tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất
trên toàn thế giới.
b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Các phổ mà quy định cho liên lạc thông tin di động được chia ra thành các dải tần liên lạc,
mỗi dải tần liên lạc này sẽ dùng chung cho N kênh liên lạc. Trong mỗi kênh liên lạc là một
khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao dùng chung một tần số song luân phiên
nhau về thời gian, mỗi thuê bao được chỉ định cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.
+Ưu điểm:
-Trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy thu phát phục vụ được nhiều người
truy nhập và được phân biệt nhau về thời gian.
– Các tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số
-Giảm nhiễu giao thoa
+Nhược điểm:
-Yêu cầu về đồng bộ ngặt nghèo.
– Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn loại máy điện thoại
di động dùng 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 một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử
lý hơn 50×106/s
c. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Các thuê bao dùng chung một tần số trên suốt thời gian liên lạc. CDMA phân biệt nhau nhờ
kỹ thuật mã trải phổ khác nhau, nhờ đó hầu như không gây nhiễu lẫn nhau. Những thiết bị
mà người sử dụng được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng, riêng biệt không
trùng với ai.
+Ưu điểm:
-Hiệu quả sử dụng phổ cao, có khả năng chuyển vùng miền và đơn giản trong kế hoạch phân
bổ tần số.
– Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thu phát).
– Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz.
– Những kỹ thuật trải phổ trong hệ thống truy nhập này cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng
có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA
+Nhược điểm:
– Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo, chênh lệch công suất thu tại
trạm gốc từ các máy di động trong một tế bào phải nhỏ hơn hoặc bằng 1dB, trái lại thì số
kênh phục vụ được.
-Kỹ thuật trải phổ phức tạp.
Hình 1.2: Các công nghệ đa truy nhập
1.2.4. Phân loại theo phương thức song song
+ FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số). Nó đượcthu phát
đồng thời ở 2 tần số khác nhau, phát 1 tần số và thu 1 tần số. Băng tần công tác gồm 2 dải tần
dành cho đường lên up-link từ MS tới BS và đường xuống down-link từ BS tới MS. Đường
lên luôn là dải tần thấp và MS có công suất nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che
khuất. Khi đó với giải pháp tần thấp hơn (bước sóng lớn hơn) thì khả năng bị che khuất
giảm.
+ TDD (Time Divition Duplex: Song công phân chia theo thời gian). Một tần số chia 8
khe thời gian. Khung thời gian công tác được chia đôi, 1 nửa cho đường lên, 1 nửa cho
đường xuống.
2. Một số thế hệ mạng di động
Các thế hệ di động khác nhau đều có bốn khía cạnh chính là:
– Truy cập vô tuyến
– Tốc độ dữ liệu
– Băng thông
– Cấu hình chuyển mạch
Hình 1.3: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào.
Thế hệ ra đời đầu tiên vào thập niên 80 là mạng thông tin thế hệ 1G, mạng này dùng tín
hiệu tương tự (analog), băng thông khác nhau từ 10 đến 30 Khz tùy thuộc vào loại hệ thống
và dịch vụ, dịch vụ chủ yếu là thoại. Tuy mạng này chứa đựng nhiều khuyết điểm về kỹ thuật
nhưng nó đã đánh dấu sự đổi mới và là một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử truyền
thông. Chính vì thế, để chứng kiến sự chuyển biến, thay đổi của mạng thông tin di động trên
khắp thế giới thì vào đầu những năm 90 người ta người ta cho ra đời thế hệ thứ hai là mạng
2G với băng thông số 200 MHz. Mạng 2G được phân ra làm 2 loại: dựa trên nền tảng đa truy
nhập phân chia theo thời gian TDMA và dựa trên nền tảng đa truy nhập phân chia theo mã
CDMA. Để đánh dấu điểm mốc thời điểm bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của công nghệ
D-AMPS (hay IS-136) trên nền tảng TDMA được áp dụng ở Mỹ. Sau đó là mạng CdmaOne
(hay IS-95) trên nền tảng CDMA được áp dụng phổ biến ở châu Mỹ và một phần châu Á.
Tiếp theo là công nghệ mạng GSM dựa trên nền tảng TDMA được ra đời đầu tiên tại châu
Âu và sau đó triển khai trên toàn thế giới. Mạng 2G đã đem lại nhiều lợi ích cho người sử
dụng, tiêu biểu như khả năng di động, chất lượng thoại và hình ảnh đen trắng. Tiếp nối mạng
2G là mạng thông tin di động thế hệ di động thứ ba là mạng 3G. Sự cải tiến nổi bật nhấtcủa
mạng 3G trong dịch vụ so với thế hệ 2G là khả năng đáp ứng truyền thông với chuyển mạch
gói tốc độ cao với băng thông rộng 5 MHz giúp cho việc triển khai các dịch vụ truyền thông
đa phương tiện với hình ảnh động. Mạng 3G với mô hình mạng UMTS dựa trên nền kỹ thuật
công nghệ WCDMA và mạng CDMA2000 trên nền CDMA.
Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền Shannon:
C=B.log2(1+S/N)
Trong đó:
– C là dung lượng kênh (bit/s)
– B là băng thông của hệ thống thông tin (Hz)
– S/N là tỉ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âm
Theo chuẩn của ITU thì tỉ số S/N tầm 12 dB
2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G (First Generation)
TE
BTS
TE
BTS
BSC
BTS
NMC
ADC
OMC
OMC
Um
Um
MS
A-bis
MS
BS
TE
BTS
TE
BTS
BSC
BTS
Um
Um
A-bis
MS
BS
MSC
GMSC
HLR
VLR
EIR
AUC
A
MS
PSTN
ISDN
MT
MT
MT
MT
LA
Hình 1.4: Cấu trúc mạng cơ bản của hệ thống GSM
Trong đó:
MS : Mobile Station (Trạm di động)
MT
: Mobile Termination (Đầu cuối di động).
TE
: Terminal Equipment (Thiết bị đầu cuối).
Um
: Giao diện vô tuyến giữa trạm cố định và trạm di động.
BS
: Base Station (Trạm gốc cố định).
BSS : Base Station Systerm (Hệ thống trạm gốc).
BTS : Base Tranceiver Station (Trạm thu phát gốc).
BSC : Base Station Controller (Đài điều khiển trạm gốc).
MSC : Mobile Switching Centre (Trung tâm chuyển mạch di động).
NMC : Network Management Centre (Trung tâm quản lý mạng).
OMC : Operation Maintenace Centre (Trung tâm khai thác và bảo trì).
ADC : Administration Centre (Trung tâm quản trị điều phối).
AUC : Authentication Centre (Trung tâm nhận thực thuê bao).
EIR : Equipment Identity Register (Bộ ghi nhận thiết bị).
HLR : Home Location Register (Bộ ghi định vị thường trú).
VLR : Visistor Location Register (Bộ ghi định vị tạm trú).
GMSC
: Gateway MSC (Tổng đài cổng)
PSTN : Public Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng)
ISDN : Intergrated Service Digital Network (Mạng tích hợp số đa dịch vụ)
LA
: Location Area (Vùng định vị)
Chức năng các trạm:
Trạm di động (Mobile Station): là thiết bị mà một thuê bao sử dụng để truy nhập các dịch
vụ của hệ thống. MS có chức năng tạo kênh vật lý giữa BS và MS như quản lý kênh, thu phát
vô tuyến, mã hóa và giải mã kênh, mã hóa và giải mã tiếng nói … Nó gồm thiết bị đầu cuối
TE và một đầu cuối di động MT.
Trạm gốc cố định (Base Station): có chức năng quản lý kênh vô tuyến bao gồm đặt kênh,
giám sát chất lượng đường thông tin, phát các tin quảng bá và thông tin báo hiệu liên quan,
cũng như điều khiển các mức công suất và điều khiển nhảy tần. Trạm BS còn có các chức
năng khác như là mã hoá giải mã và sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số hoặc phối hợp tốc độ số
liệu, khởi đầu chuyển điều khiển HO trong nội bộ tế bào về kênh tốt hơn cũng như mã tín
hiệu báo hiệu và số liệu.
Hệ thống trạm gốc (BSS- Base Station Systems): hệ thống này bao gồm:
– Trạm thu phát gốc (BTS – Base Tranceiver Station) là một máy thu phát vô tuyến được
sử dụng để phủ sóng cho một tế bào
– Đài điều khiển trạm gốc (BSC – Base Station Controler) có nhiệm vụ thực hiện mọi
chức năng kiểm soát trong BS như điều khiển HO, điều khiển công suất
Hai trạm này kết nối với nhau bằng giao diện A-bis.
Tổng đài thông tin di động (MSC – Mobile Switching Centre): MSC được kết nối tuyến
với BS thông qua giao diện A. Các chức năng của MSC bao gồm : điều khiển cuộc gọi, lập
tuyến cuộc gọi, các thủ tục cần thiết để làm việc với các mạng khác (như PSTN, ISDN), các
thủ tục liên quan tới quản lý quá trình di động của các trạm di động như nhắn tin để thiết lập
cuộc gọi, báo mới vị trí trong quá trình di động và nhận thực nhằm chống các cuộc truy nhập
trái phép, cũng như các thủ tục cần thiết để tiến hành chuyển điều khiển.
Trung tâm nhận thực (AUC – Authentication Centre): trung tâm nàylà một đơn vị cơ sở
dữ liệu trong mạng, cung cấp các tham số mã mật và nhận thực cần thiết để giúp cho đảm
bảo tính riêng tư (mật) của từng cuộc gọi và nhận thực quyền truy nhập của thuê bao đang
tiến hành truy nhập mạng.
Bộ ghi định vi thường trú (HLR – Home Location Register): là một đơn vị cơ sở dữ liệu có
chức năng dùng để quản lý các thuê bao di động
Bộ ghi số nhận diện thiết bị (EIR – Equipment Identity Register): Bộ ghi số nhận diện
thiết bị nối tới MSC bằng một tuyến báo hiệu, cũng là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin liên
quan đến thiết bị (con số nhận diện phần cứng của thiết bị di động) cho phép MSC nhận biết
được MS hỏng, bị lấy cắp hay đang gọi trộm.
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR – Visistor Location Register): là một khối có chức năng theo
dõi mọi MS hiện có trong vùng MSC của nó hay không, kể cả MS đang hoạt động ở ngoài
vùng HLR. VLR vì vậy là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin của mọi MS hợp lệ hiện đang có
trong vùng của nó. Mỗi MSC có một VLR duy nhất. Vùng mà MSC/VLR quản lý gọi là
vùng phục vụ MSC/VLR.
Thế hệ di động 1G là thế hệ di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới được thiết kế
vào năm 1970 và cho ra mắt năm 1984. Nó dựa trên công nghệ vô tuyến tương tự, dịch vụ
đơn thuần là thoại. Nó sử dụng phương thức đa truy nhập FDMA. Các hệ thống giao tiếp
thông tin được kết nối bằng tín hiệu analog, sử dụng các anten thu phát sóng gắn ngoài. Nó
kết nối các tín hiệu analog này tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông
qua các module gắn trong các máy di động, tích hợp cả 2 module thu tín hiệu và phát tín
hiệu. Do vậy mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to, cồng
kềnh, chất lượng thấp và bảo mật kém.
Hình 1.5: Điện thoại thế hệ 1G
Ở thế hệ mạng di động thông tin đầu tiên, có tần số chỉ 150MHz nhưng nó cũng được phân
ra khá nhiều chẩn kết nối và được chia theo từng phân vùng riêng trên thế giới như:
+ NMT (Nordic Mobile Telephone) là một hệ thống tương tự cho truyền thông di động
chuẩn dành cho Nga và các nước Bắc Âu (như Na Uy, Phần Lan, Iceland, Đan Mạch, Thụy
Điển)
+AMPS (Advanced Mobile Phone System) là một hệ thống tương tự của điện thoại di
động tiêu chuẩn được phát triển bởi phòng thí nghiệm Bell. Đã được chính thức giới thiệu
vào châu Mỹ năm 1983.
+TACS (Total Access Communications System: hệ thống tổng truy nhập thông tin) là các
hệ thống lỗi thời của AMPS, sử dụng tại Anh.
2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2G (Second Generation)
Thế hệ di động 2G được áp dụng bằng tín hiệu kỹ thuật số digital thay cho tín hiệu tương tự
analog của thế hệ 1G. Hay nói cách khác nó là thế hệ có kết nối thông tin di động mang tính
đột phá có sự cải cách, đổi mới hoàn toàn, khác hẳn so với thế hệ đầu tiên. Kể từ khi được
thay đổi mô hình từ công nghệ tương tự analog sang công nghệ kỹ thuật số digital, mạng 2G
đem lại cho người sử dụng đi động có được 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài như
là:
+ Các dữ liệu được mã hóatheo dạng kỹ thuật số, chất lương thoại tốt hơn, dung lương tăng.
+ Có phạm vi kết nối rộng hơn thế hệ 1G.
+ Có sự xuất hiện của tin nhắn dưới dạng văn bản-SMS.
Khi tín hiệu thoại được thu nhận nó sẽ mã hóa thành tín hiệu kỹ thuật số dưới dạng nhiều
mã hiệu (codecs). Nó còn cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng
thông, cho nên nó còn tiết kiệm được thời gian và chi phí.
Các tiêu chuẩn 2G liên tục được cải thiện, cùng có nhiều dạng kết nối mạng tùy theo yêu
cầu sử dụng từng thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc gia:
+ GSM (Global System for Mobile Communication) sử dụng phương thức truy nhập TDMA
và song công FDD. Đầu tiên được áp dụng tại Châu Âu, sau đó trở thành chuẩn chungở 6
Châu lục và nó vẫn còn đang được sử dụng với hơn 80% nhà cung cấp mạng thông tin di
động toàn cầu. GSM là công nghệ truyền thông có được tốc độ nhanh nhất từ trước đến nay
+ IS-95 hay còn gọi là CDMA One, dựa trên nền tảng kỹ thuật đa truy nhập CDMA đã
được sử dụng phổ biến tại Mỹ và một số nước Châu Á như Hàn Quốc và chiếm gần 17% các
mạng toàn cầu.
+ PDC (Personal Digital Cellular) dựa trên nền tảng TDMA tại Nhật Bản.
+ IS-136 hay còn được gọi là D-AMPS (Digital-AMPS) dựa trên nền tảng TDMA song
công TDD. Nó là chuẩn kết nối phổ biến và được sử dụng nhiều nhất tính đến thời điểm này,
được sử dụng hầu hết ở Hoa Kỳ cũng như các nước trên thế giới.
2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G (Third Generation)
Thế hệ 3G là thế hệ mạng truyền thông di động thứ ba, nó ra đời sau nên thế hệ này cải tiến
rõ nét so với các thế hệ trước đó. Nó giúp cho người sử dụng điện thoại di động truyền tải cả
thông tin dữ liệu thoại, thông tin đa phương tiện như tin nhắn nhanh, âm thanh, hình ảnh,
hình ảnh động… và cả thông tin dữ liệu ngoài thoại như tải dữ liệu gửi email, video clips, …
Đặc biệt với người dùng di động thế hệ 3G, mạng 3G cung cấp dịch vụ truyền tải dữ liệu như
xem ti vi trực tuyến, online, chat, … Thế hệ 3G cũng cung cấp cả hai hệ thống chuyển mạch
đó là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Mạng 3G cho phép truyền tải tốc độ dữ liệu
cao, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác.Nó chủ yếu sử dụng phương thức
đa truy nhập CDMA.
Vì nó ra đời sau thế hệ 1G và 2G nên công nghệ mạng 3G cũng được xem như là một
chuẩn IMT – 2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU). Lúc đầu 3G được dự kiến là một
chuẩn thống nhất trên toàn thế giới, nhưng trên thực tế thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần
riêng biệt:
+ UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) đôi khi còn được gọi là 3GSM,
dựa trên công nghệ truy nhập vô tuyến W-CDMA, dùng cả FDD và TDD. Tốc độ dữ liệu tốt
đatheo lý thuyết là 1920Kbps (đạt gần 2Mbps) nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ khoảng
384Kbps thôi. Nó phù hợp với các nhà mạng khai thác dịch vụ di dộng sử dụng GSM, phổ
biến ở các nước châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). Hệ thống UMTS đã
được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP và đó cũng là tổ chức chịu trách nhiệm chuẩn cho
GPRS, GSM.
+ Hệ thống CDMA 2000 là thế hệ mạn kế tiếp của chuẩn 2G CDMA và IS-95. Công nghệ
CDMA 2000 được quản lý và chuẩn hóa bởi 3GPP2 đây là một tổ chức độc lập, riêng biệt
với 3GPP và đã có nhiều kỹ thuật công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong
CDMA 2000 bao gồm 1xRTT (Radio Transmission Technology, CDMA2000-1xEV-DO
(Evolution-Data Optimized) và CDMA2000-1xEV-DV (Evolution-Data Voice). Công nghệ
CDMA 2000 cho phép cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s, chuẩn này đã
được tổ chức ITU phê duyệt.
+ HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ
BS tới MS) tốc độ tối đa theo lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng mà trên thực tế nó chỉ đạt
khoảng tầm 1,8Mbps.
+ HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): giúp tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải
tiến được chất lượng dịch vụ QoS. Nó cho phép upload lên đến tốc độ 5,8Mbps theo lý
thuyết.
Hình 1.6: Sự phát triển của công nghệ mạng di động
Thê hệ di động
1G
2G
3G
Năm thiết kế
1970
1980
1990
Năm thực hiện
1984
1991
2002
Dịch vụ
Chủ yếu là thoại
Chủ yếu cho thoại
kết hợp với dịch vụ
bản tin ngắn, hình
ảnh đen trắng
Truyền dẫn thoại
và dịch vụ số liệu
đa phương tiện với
hình ảnh động, gửi
email, chat, tải dữ
liệu,
tin
nhắn
nhanh, hình ảnh,
âm thanh, …
Tín hiệu
Tương tự
Kỹ thuật số
Tín hiệu số
Tốc độ truyền
1.9 Kb/s
14.4 Kb/s
2 Mb/s
Băng thông
từ 10 đến 30 KHz
tùy thuộc vào loại hệ
200 KHz
5 MHz
thống và dịch vụ.
Công nghệ
+AMPS (Advanced
Mobile
Phone
System).
+TACS
(Total
Access
Communications
System).
+NMT
(Nordic
Mobile Telephone).
+GSM
(Global
System for Mobile
Communication).
+IS-136 hay còn
được
gọi
là
D-
AMPS
(Digital-
AMPS).
+ IS-95hay còn gọi
là CDMA One.
+PDC
(Personal
Digital Cellular ).
+UMTS (Universal
Mobile
Telecommunicatio
n System.
+CDMA 2000.
+ HSDPA (High-
Speed
Downlink
Packet
Access).
+HSUPA
(High-
Speed
Uplink
Packet Access).
Phương thức đa
truy nhập
FDMA
TDMA, CDMA
CDMA
Core
network
(mạng lõi)
PSTN
PSTN
Packet network
Chuyển mạch
Vật lý
Vật lý
Vật lý + Gói
Đặc điểm
Chất lương thấp, bảo
mật kém, cồng kềnh
Dung lượng tăng,
tốc độ tốt hơn.
Có cả chuyển mạch
kênh
và
chuyển
mạch
gói,
chất
lượng tốt hơn so
với thế hệ trước
Bảng 1.1: Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản
3. Kết luận chương 1
Trong chương 1: “Tổng quan về hệ thống thông tin di động” thì chương này đã đề cập đến
nhiều vấn đề về lịch sử phát triển, quá trình hình thành của hệ thống thông tin di động từ 1G
đến 3G với các công nghệ đa truy cập như là FDMA, TDMA, CDMA mà người ta áp dụng
của các thế hệ trước.
Từ đó giúp em hiểu thêm, nắm bắt những vấn đề cơ bản, cốt lõi trọng tâm nhất mà một
phần nào đó nó làm tiền đề để còn áp dụng cho các hệ thống sau này.
