ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CHU KHÁNH THÀNH
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG 4G
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 60.52.02.03
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
THÁI NGUYÊN - 2014
2
Công trình được hoàn thành tại:
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIÊP- ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ BÁ DŨNG
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quang Hoan
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Phản biện 2:PGS.TS Nguyễn Thanh Hà
Đại học Thái Nguyên
Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp -
Đại học Thái Nguyên
Vào ngày 18 tháng 04 năm 2014
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Học liệu, Đại học Thái Nguyên
2
3
Thư viện - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
3
4
LỜI MỞ ĐẦU

1.1.Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G [2],[6],[7],[8],[9]
Khác với 1G, 2G và 3G, 4G không phải là công nghệ ứng dụng
thông qua giao diện vô tuyến. Trái lại, 4G sẽ không có gì liên quan
đến các loại giao diện vô tuyến cơ sở. Để hỗ trợ thông lượng, chuẩn
mục tiêu được phác thảo bởi Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU -
International Telecommunication Union), chắc chắn nó sẽ dựa trên
điều biến giải pháp đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) với công
nghệ MIMO (multiple input, multiple output) và các cải tiến anten
thông minh khác.
Mạng 4G sẽ là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện
có và đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE802.20,
IEEE802.22, pre-4G, RFID, UWB, Satellite…
Hình 1.1: Mô hình mạng hỗn tạp 4G
1.2. Lịch sử và xu hướng phát triển lên 4G.
1.2.1. Hệ thống di động đầu tiên 1G [1]
Hệ thống này được phát triển vào những năm 70, nó trở nên
phổ biến ở Bắc Mỹ, Liên hiệp Anh và Bắc Âu.
5
6
Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:
• AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động
tiên tiến, phát triển ở Bắc Mỹ, hoạt động ở dải tần 800MHz.
• TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin
thâm nhập toàn bộ, được triển khai ở các nước thuộc khối liên hiệp
Anh, hoạt động ở dải tần 800 và 900 MHz.
• NMT (Nordic Mobile Telephone): Điện thoại di động Bắc Âu, phát triển
ở các nước Bắc Âu, hoạt động ở dải tần 450 và 900 MHz.
1.2.2. Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G) [1]
Đầu những năm 1982, Hiệp hội Bưu chính Viễn thông châu Âu

 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.
 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ
ba (3G):
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
 Đường lên: 1885-2025 MHz.
 Đường xuống: 2110-2200 MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin
vô tuyến:
 Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
 Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở,
ngoài đường, trên xe, vệ tinh.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
 Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên
cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
 Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu
chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
7
8
 Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.
 Các dịch vụ tin nhắn (E-mail, fax, SMS, chat, ).
 Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe
nhạc, )
 Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ).
Các hệ thống 3G điển hình là:UMTS (W-CDMA) và
CDMA2000.
 UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ

dich vụ chính: di động, viễn thông và internet nhưng với tốc độ cao
hơn lên đến 100 Mbit/s và điều đáng quan tâm hơn là các dịch vụ đa
phương tiện.
Với khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ bit cao, các hệ
thống thông tin di động thế hệ 4G cung cấp các dịch vụ chất lượng
tốt, đảm bảo: Điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, các dịch vụ
thông tin về vị trí, các dịch vụ thương mại di động, các dịch vụ
phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải dữ liệu, các dịch vụ điều
khiển từ xa, các dịch số liệu tốc độ bít thấp, dịch vụ số liệu bít
cao… Cũng có thể phân chia dịch vụ thành hai loại chính: Dịch vụ
cơ sở và dịch vụ đa phương tiện.
1.4. Kết luận
Chương này mới chỉ giới thiệu các hệ thống thông tin di
động và đưa ra một số loại hình dịch vụ điển hình, một số ví dụ về
các ứng dụng trong 4G theo một khía cạnh chung. Định hướng
phát triển các dịch vụ cho 4G dựa trên nền tảng của 3G nhưng với
độ tin cậy và tính an toàn cao hơn. Ngoài ra, công nghệ 4G sẽ có
khả năng kết nối thông suốt trong khi 3G thì không hỗ trợ cho
9
10
người sử dụng người đi du lịch và yêu cầu kết nối thoại/ dữ liệu
không bị gián đoạn.
Chương 2
MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G
Chương 2 sẽ tập trung nghiên cứu cấu trúc mạng di động 4G,
so sánh sự khác nhau giữa hệ thống 3G và 4G để thấy sự cần thiết
khi chuyển sang công nghệ mới. Tìm hiểu mô hình mạng di động 4G
và các chức năng trong thành phần hệ thống mạng.
2.1. Các yêu cầu về cấu trúc mạng 4G [2,3,6,7,8,9,10]
Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các

- Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh
- Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA.
- Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm của LTE đối với
WCDMA
2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G
12
13
Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G
2.3. Chức năng các phần tử trong mô hình [1],[2],[6],[7]
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).
- Các phần tử truy nhập là các thiết bị đầu cuối có khả năng tích hợp và
hội tụ.
- 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,…), Sử dụng một số kỹ
thuật mới làm tăng tốc độ đường truyền bằng cách: Sử dụng Anten
thông minh, đây là sự kết hợp của nhiều phần tử Anten tự động tối ưu
mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trường tín
hiệu.
- Điều chế và mã hóa thích ứng :(AMC - Adaptation and Modulation
Coding). Điều chế và tỉ lệ mã hóa được thích ứng một cách liên tục
và chất lượng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất 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 [8]: Tín hiệu gửi đi
được chia thành các sóng mang nhỏ, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu
13

- Các Router: Trong mạng lõi thì các router thực hiện chức năng chính
là định tuyến cuộc gọi, đưa cuộc gọi số liệu từ/tới các nơi theo đúng
yêu cầu. Các router sử dụng giao thức định tuyến tiên tiến trong
mạng IP như BGP (BGP: Border Gateway Protocol). Ngoài ra, mạng
lõi còn sử dụng một kỹ thuật mới nữa là chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS (MPLS: Multi protocol Label Switching).
2.3.3. Lớp chức năng
Lớp chức năng điều khiển dùng để điều khiển hệ thống như
điều khiển hệ thống báo hiệu, điều khiển lưu lượng, bảo mật thông
tin,… đồng thời cung cấp cơ sở hạ tầng cho lớp dịch vụ cung cấp các
loại hình dịch vụ khác nhau. Chức năng điều khiển gồm có:
- Chức năng báo hiệu: Báo hiệu trong mạng lõi là loại báo hiệu tập
trung. Một đặc điểm chính trong mạng 4G là tất cả đều hội tụ trên nền
IP, do đó giao thức báo hiệu thực hiện chính trên mạng 4G là SS7oIP.
Điều này được thực hiện thông qua Gateway báo hiệu (SGW -
Signalling gateway).
- Chức năng bảo mật: Chức năng này được thực hiện thông qua
Gateway an ninh (SEG - Security Gateway) để cung cấp về chính
sách an toàn (proxy server) và bức tường lửa (firewall).
- Chức năng về Billing: Chức năng này cung cấp cho mạng khả năng về
nhận thực, tính cước đối với các dịch vụ sử dụng trong mạng.
- Chức năng về tính di động trong mạng (Mobility): Chức năng này
được kế thừa từ các mạng di động thế hệ trước. Nó được thể hiện qua
các thành phần cũ của mạng như HLR, VLR, EIR, AUC, MSCS và
cơ cấu điều khiển handover, handoff của thuê bao.
- Chức năng IP Multimedia: Đây là khối chức năng tiên tiến so
với các mạng di động 2G. Điểm chính của khối chức năng này là
15
16
thực hiện các chức năng điều khiển, quản lý các phiên làm việc IP

giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) và các công nghệ
mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network).
3.1.2. Các tham số chất lượng dịch vụ IP
Theo khuyến nghị I.380 ITUT định nghĩa một số tham số đánh
giá hiệu năng truyền gói tin IP gồm: Trễ truyền gói IP IPTD (IP packet
Transfer Delay) và Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP packet Error Ratio):
3.2. Một số tham số cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ
(QoS) IP thực tế
Các tham số thông thường nhất thường được biết đến là các
tham số: Băng thông, độ trễ, trượt, giá và xác suất mất gói.
17
18
3.2.1. Băng thông
Hình 3.3: Băng thông khả dụng
3.2.2. Độ trễ
Gồm 2 thành phần chủ yếu: Trễ truyền lan và trễ xử lý hàng đợi.
Hình 3.4: Trễ tích lũy từ đầu cuối đến đầu cuối
3.2.3. Tổn thất gói
Thông thường, tổn thất gói xảy ra khi các bộ định tuyến tràn
không gian đệm. Hình vẽ 3.6 dưới đây chỉ ra trong trường hợp hàng
đợi đầu ra đầy và các gói tin mới đến bị loại bỏ.
18
19
Hình 3.6: Tổn thất gói và hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra
3.3.4. Jitter (Biến động trễ)
Jitter là vấn đề cố hữu trong các mạng chuyển mạch gói.
Nguyên nhân từ cơ chế xử lý lưu giữ và chuyển gói tại các nút mạng.
Ngoài ra, còn do các gói đi đến đích theo các đường truyền khác
nhau trên mạng.
Hình 3.7: Sự thay đổi thời điểm gọi đến

- Dịch vụ điều khiển tải CL cho ứng dụng yêu cầu độ tổn thất gói thấp.
Hình 3.9: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv
3.4.2. Mô hình phân biệt dịch vụ
Kiến trúc mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ được coi là
bước phát triển tiếp theo của mô hình tích hợp dịch vụ IntServ.
Tiếp cận của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ là không xử lý
theo từng luồng lưu lượng riêng biệt mà ghép chúng vào một số
lượng hạn chế các lớp lưu lượng. Trong DiffServ, băng thông và
các tài nguyên mạng khác được chỉ định trong các lớp lưu lượng.
21
22
Hình 3.10. Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ
3.5. Ứng dụng triển khai chất lượng dịch vụ (QoS) cho 4G tại
Việt Nam
3.5.1. Tình hình triển khai 4G trên thế giới và Việt Nam
Hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới:
Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks,
Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu đã nhận ra tiềm
năng to lớn này và đã cùng bắt tay với các telco lớn trên thế giới
(Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT DoCoMo, T-
Mobile, China Mobile, ZTE ) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan
trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể.
Tại Việt Nam, Bộ TT&TT đồng ý cho 5 doanh nghiệp VNPT,
Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC được thử nghiệm mạng di động
4G trước khi đấu giá lấy tần số và giấy phép 4G. VNPT đã lựa chọn
công nghệ LTE (Long Term Evolution),kết quả thử nghiệm đạt với
tốc độ truy cập Internet lên đến 60 Mb/giây.
22
23
Hình 3.12: Trạm gốc LTE