BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HỒ SỸ BẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G VÀ KỸ THUẬT ĐỒNG
BỘ TRONG OFDM.

HẢI PHÒNG - 2015LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo, TS.
Phạm Văn Phước, người đã trực tiếp hướng dẫn và có những lời góp ý, cùng
nhiều tài liệu quan trọng để đồ án này được hoàn thành.

i


Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Điện tử viễn thông,
Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện tốt nhất cho em được học tập và
nghiên cứu trong những năm vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên
quý báu trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Lời cuối, em muốn gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình em. Gia đình luôn là
nguồn động viên tinh thần và cổ vũ lớn lao, là động lực giúp em thành công
trong học tập, công việc và cuộc sống.

Hải Phòng, tháng 10 năm 2015
Sinh Viên

iii


LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................... 1
CHƯƠNG I : SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ NHU
CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G..............................................................................................2
1.1.MẠNG DI ĐỘNG 1G..........................................................................................2
1.1.1.Công nghệ sử dụng và các tiêu chuẩn...........................................................2
1.1.2.Ưu điểm và hạn chế......................................................................................2
1.2.MẠNG DI ĐỘNG 2G..........................................................................................2
1.2.1.Công nghệ sử dụng và các tiêu chuẩn...........................................................3
1.2.2.Ưu điểm và hạn chế......................................................................................3
1.2.3.Mạng di động 2.5G.......................................................................................4
1.2.4.Mạng di động 2.75G.....................................................................................4
1.3.MẠNG DI ĐỘNG 3G..........................................................................................4
1.3.1.Công nghệ sử dụng và các tiêu chuẩn...........................................................5
1.3.2.Ưu điểm và hạn chế......................................................................................5
1.3.3.Mạng 3.5G....................................................................................................6
1.4.MẠNG 4G VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G.................................................6
1.4.1.Mạng di động 4G..........................................................................................6
1.4.2.Nhu cầu đi lên mạng 4G...............................................................................7
1.5.THỰC TRẠNG MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY....................10
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG CÔNG NGHỆ OFDM....................12
2.1. KHÁI NIỆM VỀ OFDM...................................................................................12
2.2. ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM........................................................20
2.2.1.Đồng bộ về ký tự.........................................................................................20
2.2.2.Đồng bộ về tần số lấy mẫu..........................................................................22
2.2.3.Đồng bộ về tần số sóng mang.....................................................................22
2.2.4.Lỗi đồng bộ tới hiệu suất hệ thống OFDM.................................................24
CHƯƠNG III : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM......................................................26

động tiên tiến

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia
theo thời gian

W–
CDMA

Wideband Code Division Multiplex
Acess

Đa truy nhập phân mã
băng rộng

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia
theo mã

GSM

Global System for Mobile
Communications



Đa truy nhập phân mã
băng rộng

UMTS

Universal Mobile Telecommunications
Systems

Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu

HSPA

High Speed Packet Acess

Đa truy nhập gói tốc độ
cao

OFDM

Orthoginal Frequency Division

Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao

Multiplex
WIMAX

Worldwide Interoperability for

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn
cầu

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

Đa truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Tốc độ download trên lý thuyết/thực tế của
mạng 3G và 4G

7

1.2


Tốc độ 3G trung bình của việt nam so với
thế giới

11

2.1

So sánh kỹ thuật FDM và OFDM

12

2.3

Quá trình đồng bộ trong OFDM

13

2.4

Tín hiệu OFDM

17

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số bảng

Tên bảng

1.1


1


CHƯƠNG I : SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G

1.1.MẠNG DI ĐỘNG 1G
Mạng di động 1G là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất được phát triển
từ những năm 1970.Là chuẩn thông tin di động analog sử dụng tín hiệu tương tự
để truyền và có dạng tín hiệu giống hình sin
=>Các cuộc gọi bằng giọng nói được sử dụng ở một tần số cao hơn 150Mhz để
kết nối hai tháp vô tuyến với nhau
1.1.1.Công nghệ sử dụng và các tiêu chuẩn
- Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
- NMT : Điện thoại di động Nordic
- AMPS : Hệ thống điện thoại di động cao cấp
1.1.2.Ưu điểm và hạn chế
- Thiết bị di động cồng kềnh
- Bảo mật rất thấp vì thuật toán mã hóa kém
- Dễ bị biến dạng
- Không còn phù hợp với các tiêu chuẩn thông tin mới nhất
=> Hiện nay mạng 1G đã đi vào lãng quên
1.2.MẠNG DI ĐỘNG 2G
Mạng đi động 2G là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được phát triển
và thay thế mạng 1G từ những năm 1991
- Sử dụng tín hiệu kỹ thuật số
- Được triển khai theo chuẩn GSM
- Sử dụng chuyển mạch theo kênh
=>Mục đích : Dịch vụ thoại và truyền tải dữ liệu tốc độ chậm tức là chỉ có nghe

liệu tốc độ chậm nên công nghệ này được thay thế thành các công nghệ mới
hơn.Đó là 2.5G,2.75G,3G…
1.2.3.Mạng di động 2.5G
Hệ thống 2.5G này không được khái niệm bởi nhà mạng nào cả.Điểm khác biệt
của mạng 2.5G so với 2G là sử dụng chuyển mạch gói thay cho chuyển mạch
kênh mà thôi.
3


Mạng 2.5G sử dụng hạ tầng sẵn có của mạng 2G ở mạng GSM và CDMA
 Phát triển chính của mạng 2.5G là dịch vụ gói vô tuyến tổng hợp GPRS (tính
theo Megabyte) với tốc độ 5kbit/s đến 115kbit/s,thông số theo lý thuyết là
như vậy còn thực tế chậm hơn
 Mạng 2.5G cung cấp thêm dịch vụ trình ứng dụng không dây (WAP),tin
nhắn đa phương tiện MMS và tin nhắn SMS
 Hạn chế : Hiện nay thì GPRS là chậm nhất
1.2.4.Mạng di động 2.75G
Cũng giống như mạng 2.5G thì mạng 2.75G cũng không được định nghĩa chính
thức.Thực chất mạng 2.75G sử dụng công nghệ di động EDGE được triển khai
và nâng cấp từ công nghệ GPRS.Công nghệ EDGE này được triển khai từ năm
2003
 Tốc độ truyền tới 384kbit/s nếu người sử dụng di chuyển chậm hay cố định
 Tốc độ 144kbps với người sử dụng đang di chuyển nhanh
 Tốc độ nhanh gấp 3 lần so với GPRS tức là 2.5G
 Sử dụng điều chế 8 – PSK và GMSK nhằm tăng tốc độ của dữ liệu truyền đi
 Tốc độ truy cập mạng sẽ nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ như rùa bò của
GPRS
 Hạn chế của mạng 2.75G là khi triển khai EDGE thì phải thay đổi luôn trạm
phát BTS và thiết bị di động đối với GPRS cho nên tốn kém chi phí
1.3.MẠNG DI ĐỘNG 3G

- Gọi điện thoại
- Dịch vụ gửi/nhận email dung lượng lớn
- Truy cập web tốc độ cao
- Gọi video
- Trang bị hệ thống định vị toàn cầu GPS
 Hạn chế : - Đòi hỏi chiều rộng băng tần cao
- Chi phí bản quyền tần số cao
- Tốn kém chi phí vì cần số vốn lớn
1.3.3.Mạng di động 3.5G
Mạng 3.5G là mạng truyền tải tốc độ cao HSDPA,phát triển trên nền tảng mạng
di động 3G.Hiện có 166 nhà mạng áp dụng và cung cấp cho người sử dụng.
Mạng di động 3.5G phối hợp từ hai công nghệ không dây HSPA và HSUPA với
tốc độ đến tới 7.2Mbit/s
5


1.4.MẠNG 4G VÀ NHU CẦU ĐI LÊN MẠNG 4G
1.4.1.Mạng di động 4G
Công nghệ 4G là một công nghệ di động tiên tiến cho phép xem video và nghe
được âm thanh tốc độ cao thông qua internet
 Chức năng của mạng 4G nhanh so với mạng 3G hiện tại từ 4 - 10 lần
 Yêu cầu kỹ thuật gồm cả mạng chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP,và
một kênh với băng thông có khả năng mở rộng lên đến 40Mhz
 Công nghệ sử dụng và các chuẩn
- UMTS
- OFDM
- SDR
- TD – SCDMA
- MIMO
- WIMAX



 Hình 1.2.So sánh thời gian thực tế để download để download một bộ
phim dung lượng 1GB bằng mạng 3G hoặc 4G

 Hình 1.3.Tốc độ Upload trên lý thuyết/thực tế của mạng 3G và 4G

8


 Hình 1.4.Độ trễ của mạng 3G và 4G

 Bảng 1.1.Sự khác nhau giữa 3G và 4G

Giao diện sử
dụng

Mạng 3G

Mạng 4G

CDMA

OFDMA,SC –
FDMA

Tốc độ dữ liệu Đường lên : 5 Mbps
Đường xuống : 14 Mbps

Đường lên :

A,IEEE 802.16m
WIMAX

 Vì vậy về lý thuyết thì mạng 4G có sự khác biệt rất lớn đối với mạng 3G,và
cũng do nhu cầu rất lớn của người sử dụng cho nên mạng 4G ra đời là một
điều tất yếu.Cũng giống như sự tiên hóa của con người vậy.
1.5.THỰC TRẠNG MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY
Công nghệ viễn thông ở việt nam đang phát triển với nhu cầu sử dụng ngày
càng lớn
Hiện nay có ba nhà mạng lớn đó là MOBIFONE,VINAPHONE,VIETTEL
Theo những con số nhà mạng công bố thì số lượng trạm 3G của MOBIPHONE
là 20.000,VINAPHONE là 20.000 và VIETTEL là 40.000

Hình 1.5.Tốc độ tải theo lý thuyết
Tốc độ tải xuống tối đa là 42Mbps,tốc độ tải xuống 5Mb âm thanh là 1 giây,tốc
độ tải xuống 5Gb video là 16 phút theo lý thuyết => còn thực tế thì chậm hơn rất
nhiều

10


Hình 1.6.Tốc độ 3G trung bình của việt nam so với thế giới

11


CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG CÔNG NGHỆ OFDM
2.1. KHÁI NIỆM VỀ OFDM
Kỹ thuật OFDM :là một hệ thống đa sóng mang phổ biến nhất,được sử dụng ở
trong nhiều hệ thống cố định và cả không dây như ADSL,DVB, hoặc

- OFDM nhạy với tần số offset

 Sự trực giao
Các tín hiệu là trực giao nhau nếu chúng độc lập với nhau. Tính trực giao là
một tính chất cho phép nhiều tín hiệu thông tin được truyền và thu tốt trên một
kênh truyền chung và không có xuyên nhiễu giữa các tín hiệu này. Mất đi tính
trực giao sẽ làm cho các tín hiệu thông tin này bị xuyên nhiễu lẫn nhau và đầu
thu khó khôi phục lại được hoàn toàn thông tin ban đầu. Trong OFDM, các sóng
mang con được chồng lắp với nhau nhưng tín hiệu vẫn có thể được khôi phục
mà không có xuyên nhiễu giữa các sóng mang kế cận bởi vì giữa các sóng mang
con có tính trực giao. Một tập các tín hiệu được gọi là trực giao từng đôi một khi
hai tín hiệu bất kỳ trong tập đó thỏa điều kiện.

*

K

Si (t).S j (t)dt  0

TS

i j
i j

(1)

với S*(t) là ký hiệu của liên hợp phức S(t). T s là chu kỳ ký hiệu. K là hằng
số.Tập N sóng mang phụ trong kỹ thuật OFDM có biểu thức:
k



 k
t .Sin  2 π 2

 TS


 k 
k 
Sin  2 1 t 
Sin  2 2 t 
 TS  và
 TS 
T


1 S
t
t 

t dt  cos2 π k 1  k 2   cos2 π k 1  k 2  dt 0
2 0
TS
TS 

(3)

Hình 2.2. Phổ của các sóng mang trực giao

Như vậy, các sóng mang thuộc tập (2) là trực giao từng đôi một hay còn gọi

hơn N lần tốc độ bit trên một sóng mang trong hệ thống đơn sóng mang. Tốc độ
symbol trên sóng mang con thấp tạo cho OFDM có khả năng chịu ISI rất tốt
- Tuy nhiên, còn có thể cải thiện hơn nữa khả năng chịu ISI của hệ thống OFDM
bằng cách chèn thêm các dải bảo vệ vào trước mỗi symbol. Dải bảo vệ của mỗi
symbol là một phần bản sao của chính symbol đó, thường thì người ta hay dùng
phần cuối của symbol làm dải bảo vệ.
- Chèn thêm dải bảo vệ làm thời gian truyền của symbol tăng lên, do đó làm
tăng khả năng chịu ISI. Mỗi sóng mang con mang một phần tin tức của 1
symbol, dùng một phần symbol làm dải bảo vệ còn tạo cho việc truyền dẫn được
liên tục, không có sự ngắt quãng giữa các symbol.
15


Tổng chu kỳ ký tự lúc này là :
Ttotal = Tg + T
Tg là khoảng thời gian bảo vệ
T là chu kỳ thực của ký tự.
Khi khoảng bảo vệ dải hơn đáp ứng xung của kênh hay trễ đa đường thì nhiễu
xuyên ký tự ISI được loại bỏ.
Mục đích dùng khoảng bảo vệ trước chu kỳ ký tự là duy trì đồng bộ ở phía thu,
tín hiệu thay cho một khoảng dài im lặng luôn được truyền đi.

 NHIỄU ICI
- ICI là hiện tượng phổ biến trong các hệ thống đa sóng mang. Trong hệ thống
OFDM, ICI còn được gọi là nhiễu giao thoa giữa các sóng mang con, là hiện
tượng năng lượng phổ của các sóng mang con chồng lấn quá mức lên nhau làm
phá vỡ tính trực giao của các sóng mang con.

a) Nguyên nhân và ảnh hưởng của ICI
ICI xảy ra do tính chọn lọc tần số của kênh pha đinh (kênh pha đinh chọn lọc