Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI
----------o0o---------- LUậN VĂN
THạC Sỹ KHOA HọC Ngành: Xử lý Thông tin và Truyền thông

Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 4 (4G)

Đỗ Văn Hòa
Hà Nội 2007
Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI
----------o0o---------- LUậN VĂN
THạC Sỹ KHOA HọC

Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 4 (4G) Ngành: Xử lý Thông tin và Truyền thông
Mã số:
Chơng 2. các thế hệ thông tin di động ................................... 14

2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động ............................... 14

2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động............................................. 14

2.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động......................................... 16

2.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động .................................................. 19

Chơng 3. hệ thống THÔNG TIN di động 4G ................................ 20

3.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G ........................................ 20

3.1.1 Giới thiệu chung.............................................................................. 20

3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp..................................... 22

3.2 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G............................................. 30

3.2.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu.................................................. 30

3.2.1.1 Miền dịch vụ và ứng dụng......................................................... 31

3.2.1.2 Miền nền tảng dịch vụ............................................................... 31

3.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói .............................................. 33

3.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới...................................................... 34


3.3.1.5 Kỹ thuật ghép kênh tiên tiến .................................................... 62

3.3.2 Kỹ thuật không dây đa hệ thống .................................................... 64

3.3.2.1 Khả năng cấu hình lại End-to-End ........................................... 64

3.3.2.2 Kỹ thuật sóng vô tuyến đợc định nghĩa mềm ........................ 66

3.3.3 Điều khiển chuyển giao/tính di động ..............................................69

3.3.3.1 Kỹ thuật chuyển giao liên tục ................................................... 70

3.3.3.2 Kỹ thuật điều khiển tính di động .............................................. 71

3.3.3.3 Tính di động mạng NEMO ...................................................... 74

3.4 Mạng thế hệ sau NGN và hệ thống di động 4G..................................... 77

3.4.1 Mạng thế hệ sau NGN..................................................................... 77

3.4.1.1 Giới thiệu chung........................................................................ 77

3.4.1.2 Đặc điểm mạng NGN................................................................ 77

3.4.1.3 Cấu trúc mạng NGN ................................................................. 80

3.4.2 Hệ thống di động 4G trên hạ tầng mạng NGN................................86

Chơng 4. triển khai hệ thống di động 4G ở việt nam ...... 88


Hình 3.11. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao.......... 39
Hình 3.12. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: quản lý hệ thống........... 40
Hình 3.13. Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô
tuyến mới....................................................................................................... 42
Hình 3.14. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút /các thiết bị
đầu cuối trong hệ thống di động 4G.............................................................. 43
Hình 3.15. Cơ bản về SCS-MC-CDMA........................................................ 45
Hình 3.16. Cấu trúc tế bào tối u của SCS-MC-CDMA............................... 47
Hình 3.17. Phân bổ kênh con........................................................................ 48
Hình 3.18. Điều chế thích nghi sóng mang con ........................................... 50
Hình 3.19. Lợc đồ điều chế OFDM tốc độ lập mã có thể biến đổi ............ 51
Bảng 3.1.
Các tham số lập mã và điều chế ...................................................52
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
6
Bảng 3.2. Các tham số mô phỏng ................................................................. 53
Hình 3.20. Sơ đồ FH-OFDM ........................................................................ 54
Hình 3.21. Cấu hình hệ thống....................................................................... 55
Hình 3.22. Nguyên lý của AAA................................................................... 58
Hình 3.23. Độ tăng ích của AAA ................................................................ 59
Hình 3.24. Định hình búp sóng .................................................................... 60
Hình 3.25. Thuật toán theo dõi búp sóng ..................................................... 61
Hình 3.26. SVD based MIMO...................................................................... 63
Hình 3.27. Cấu hình cơ bản của thiết bị SDR............................................... 67
Hình 3.28. Mô hình tham chiếu IEEE 802.21.............................................. 70
Hình 3.29. IPv6 di động................................................................................ 72
Hình 3.30. Chuyển giao nhanh cho IPv6 di động......................................... 73
Hình 3.31. Điều khiển tính di động mạng NEMO ....................................... 75
Hình 3.32. Mạng cá nhân PAN (Personal Area Network) ........................... 76

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc
CDMA Code Division Multiple Access Đa thâm nhập phân chia theo
mã
CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng d
CN Core Network Mạng lõi
CN Correspondent Node Nút trung gian
CNR Carrier-to-Noise-Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm
CoA Care-of Address Địa chỉ tạm thời
CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra d vòng
CTP Context Transfer Protocol Giao thức truyền ngữ cảnh
DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp
DS-
CDMA
Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp
DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số
E2R End-to-End Reconfigurability Khả năng cấu hình lại từ đầu
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
8
cuối đến đầu cuối
EIRP Effective Isotropically Radiated
Power
Công suất phát xạ đẳng hớng
hiệu dụng
EV-DO Evolution Data Optimized
FDD Frequency Division Duplex ghép song công phân chia theo

xuống tốc độ cao
HMI Human-Machine Interface Giao diện ngời máy
IMT-
2000
International Mobile
Telecommunication - 2000
Thông tin di động toàn cầu-
2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thức Internet phiên bản 6
ITU International Telecommunication
Union
Liên minh Viễn thông Quốc tế
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
9
MAC Medium Access Control Điều khiển thâm nhập môi
trờng
MAP Mobility Anchor Point Điểm treo di động
MIH Media Independent Handover Chuyển giao độc lập phơng
tiện
MN Mobile Node Nút di động
MNN Mobile Network Node Nút mạng di động
MNP Mobile Network Prefix Tiền tố mạng di động
MR Mobile Router Bộ định tuyến di động
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobitily Service Center Trung tâm dịch vụ di động
MIMO Multi Input Multi Output
ăngten nhiều kênh vào
nhiều kênh ra

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
10
RO Route Optimization Tối u hóa đờng đi
RR Return Routability Khả năng đinh tuyến đờng về
SDR Software Defined Radio Sóng vô tuyến định nghĩa
mềm
SINR Signal to Interference and Noise
Power Ratio
Tỷ số công suất tín hiệu trên
nhiễu và tạp âm
SMS-SC SMS Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn
SMS
SVD
based
MIMO
Singular Value Decomposition
based Multiple Input Multiple
Output

TCP Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TPC Transmission Power Control Điều khiển công suất truyền
dẫn
UE User Equypment Thiết bị ngời sử dụng
UMTS Universal Mobile
Telecommunication System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
UWB Ultra Wide band Băng tần cực rộng

ngời.
Cho đến nay thông tin di động trên thế giới đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ
thứ nhất sử dụng công nghệ tơng tự từ những năm 70 và đến giữa những năm
80 hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai đã ra đời và phát triển rất mạnh
mẽ. Những năm đầu thế kỷ 21 (khoảng 2002) hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ 3 (3G) đã đợc triển khai và ứng dụng rộng rãi phục vụ đời sống của
con ngời. ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động 3G đã đợc triển khai bởi
các nhà cung cấp dịch vụ Saigon Postel, Hà Nội Telecom, EVN Telecom và
đợc đa vào khai thác vào năm 2006. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
t (4G) đã đợc các Hãng viễn thông lớn trên thế giới, Hiệp hội Viễn thông
quốc tế - ITU, diễn đàn Mobile IT (mITF Mobile IT Forum) nghiên cứu và
chuẩn hóa. Theo dự báo, vào khoảng năm 2012, hệ thống thông tin di động
4G sẽ đợc triển khai và đa vào khai thác. Sự xuất hiện của hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ t có thể tạo ra một sự bùng nổ trong ngành công nghiệp
thông tin di động nói riêng và ngành công nghiệp viễn thông nói chung.

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
12

Chơng 1. mở đầu

1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn
Nhu cầu trao đổi dữ liệu, sử dụng dịch vụ đa phơng tiện, nhu cầu giải trí
(nghe nhạc, xem phim, chơi game ...) trên thiết bị di động ngày càng tăng khi
điều kiện sống của chúng ta tăng. Trớc nhu cầu đó, các chuẩn các hệ thống
thông tin di động 3.5G, 4G đã đợc nghiên cứu và phát triển. Năm 2006, ở
Nhật Bản, Hãng viễn thông NTT DoCoMo đã triển khai thành công và đa vào
khai thác hệ thống di động 3.5G HSDPA (High Speed Downlink Packet
Access). Hệ thống HSDPA đợc mở rộng, phát triển từ hệ thống di động thế

SCS-MC-CMDA), kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến, kỹ thuật ghép kênh
tiên tiến (MIMO) ... đợc triển khai ở hệ thống di động 4G.
Chơng 4 trình bày về hiện trạng các hệ thống thông tin di động tại Việt
Nam và trên thế giới. Sau đó là đề xuất giải pháp triển khai hệ thống di động
4G từ cở sở hạ tầng mạng hiện có của các nhà cung cấp.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
14

Chơng 2. các thế hệ thông tin di động

2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động
2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động
Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các
kỹ thuật tiên tiến và công nghệ cao. ý tởng về sự liên lạc tức thời mà không
quan tâm đến khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài
ngời và giấc mơ đó đang ngày càng trở thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của
kỹ thuật và công nghệ. Việc sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin diễn ra

rộng (MBS) thì các sóng mang đợc sử dụng ở các bớc sóng mm, độ rộng
băng tần 64MHz và dự kiến sẽ nâng tốc độ của ngời sử dụng đến STM-1 [1].
Hiện nay, trên các quốc trên thế giới ở hầu hết các nớc đã triển khai hệ
thống di động 3G. Theo thống kê của hai hãng Informa Telecom & Media và
WCIS and 3G America, hiện nay có 181 hãng cung cấp dịch vụ trên 77 quốc
gia đã đa vào khai thác dịch vụ các mạng di động thế hệ 3 của mình. Với hệ
thống di động 3.5G (HSDPA) thì có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63
quốc gia đã cung cấp các dịch vụ của hệ thống di động 3.5G. Hệ thống tiền
4G (Pre-4G) là WiMax cũng đã đợc triển khai và đa vào khai thác dịch vụ ở
một số thành phố nh London, New York vào quý 2 năm 2007.
ở nớc ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói
chung trong những năm gần đây thông tin di động ra đời nh một tất yếu
khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới
của đất nớc. Vào thời kỳ ban đầu, xuất hiện một số mạng thông tin di động
nh mạng nhắn tin ABC, mạng nhắn tin toàn quốc... có tính chất thử nghiệm
cho công nghệ thông tin di động ở Việt Nam. Sau đó, vào tháng 3/1993, mạng
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
16
điện thoại di động MobiFone sử dụng kỹ thuật số GSM đã đợc triển khai và
chính thức đa vào hoạt động ở Việt Nam với các thiết bị của hãng
ALCATEL. Tháng 6/1996, mạng Vinaphone ra đời và cùng tồn tại song song
với mạng VMS. Năm 2003, mạng S-Phone sử dụng công nghệ CMDA của
Saigon Postel đa vào khai thác. Đến năm 2004, mạng GSM của Viettel cũng
chính thức đa vào hoạt động. Và gần đây, EVN Telecom, Hà Nội Telecom
cũng đa vào khai thác mạng di động thế hệ thứ ba. Trong hai năm gần đây,
số thuê bao của các mạng này đang tăng rất nhanh.
2.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động
Thời kỳ đầu, khi mới triển khai, hệ thống di động thế hệ thứ nhất mới chỉ
cung cấp cho ngời sử dụng dịch vụ thoại, nhng nhu cầu về truyền số liệu

+ GSM(900) (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động
toàn cầu băng tần 900MHz.
+ GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần 1800MHz.
+ GSM(1900): Hệ thống GSM băng tần 1900MHz.
+ IS-136 (Interim Standard 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA
cải tiến do AT&T đề xuất.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
18
+ IS-95 (CDMA) (Interim Standard 95 CDMA): Tiêu chuẩn thông tin di
động CDMA cải tiến của Mỹ (do Qualcomm đề xuất).
+ GPRS (Genneral Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung.
+ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số
liệu tăng cờng để phát triển GSM.
+ cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 1.
+ WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.
+ cdma2000 Mx: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 2 [1].
+ HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống di động truy cập gói tốc
độ cao. Hệ thống HSPA đợc chia thành 3 công nghệ sau:
- HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy cập
gói đờng xuống tốc độ cao.
- HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói
đờng lên tốc độ cao.
- HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy cập
gói OFDM tốc độ cao.
+ Pre-4G: các hệ thống tiền 4G, gồm có WiMax và WiBro (Mobile
Wimax).
+ WiMax: Worldwide Interoperability for Microwave Access
+ WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây


TDMA hoặc CDMA, công
nghệ số, băng hẹp (8-13 kbps)
Thế hệ 2+
(2.5G)
GPRS,
EDGE,
cdma2000 1x
Chủ yếu vẫn là
thoại, dịch vụ số
liệu gói tốc độ
thấp và trung
bình
TDMA (kết hợp nhiều khe
thời gian hoặc tần số) hoặc
CDMA, sử dụng phổ chồng
lên phổ tần của hệ thống 2G,
tăng cờng truyền số liệu gói.
Tốc độ tối đa đạt 144kbps.
Thế hệ 3 (3G)
cdma2000 1x
EV DO/DV,
cdma2000,
WCDMA
Truyền dẫn
thoại và dịch vụ
số liệu đa
phơng tiện
CDMA, CDMA/ TDMA, băng
rộng, riêng cdma2000 1x EV
sử dụng phổ chồng lên phổ

(250km/h). Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
20

Chơng 3. hệ thống THÔNG TIN di động 4G

3.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G
3.1.1 Giới thiệu chung
Hệ thống di động thế hệ thứ t (4G) dự kiến sẽ đa vào sử dụng, khai
thác vào khoảng năm 2012. Với sự đột phá về tốc độ và dung lợng, hệ thống
di động 4G sẽ cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt
thờng nhật, công việc cũng nh có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta
trong tơng lai gần. Cụ thể hơn trong từng khía cạnh của cuộc sống đợc trình
bày dới đây.
Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học
Nhờ có sự u việt của hệ thống 4G, sự tiên tiến của thiết bị đầu cuối, học
sinh, sinh viên, các nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi thông tin hình
ảnh, thoại, và các thông tin cần thiết cho việc học tập, nghiên cứu mà không
có rào cản nào về khoảng cách cũng nh ngôn ngữ. Thiết bị đầu cuối di động
của hệ thống di động thế hệ 4G (điện thoại cầm tay, đồng hồ đeo tay ...) có
tích hợp camera, có chức năng thông dịch ngôn ngữ tự động giúp họ trao đổi
thông tin trực tiếp, học sinh, sinh viên có thể nhận những chỉ dẫn từ giáo viên
từ xa ....
Giải trí
Hệ thống di động 4G đợc sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi và
âm nhạc/video. Những trò chơi hình ảnh động có thể đợc truy cập ở bất cứ
nơi nào trên hệ thống. Những nội dung cực kì phong phú đa dạng về nhạc và

sĩ có thể thực hiện việc kiểm tra sức khoẻ hoặc xử lý tức thì các tình trạng
khẩn cấp.
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
22
Điều trị trong các tình trạng khẩn cấp
Phơng tiện truyền thông di động đợc sử dụng cho cấp cứu khẩn cấp
ngay sau khi tai nạn giao thông xảy ra. Vị trí của vụ tai nạn sẽ đợc thông báo
tự động bằng cách sử dụng thông tin định vị, khi đó các bác sĩ tại trung tâm y
tế đa ra các chỉ dẫn sơ cứu cho bệnh nhân thông qua việc quan sát bệnh nhân
trên màn hình. Các dữ liệu y tế cũng đợc truyền ngay lập tức đến các xe cứu
thơng hoặc bệnh viện thông qua mạng di động.
ứng dụng trong thảm họa thiên tai
Hệ thống di động đóng vai trò là thiết bị thông tin quan trọng trong
trờng hợp xảy ra thảm họa thiên tai, cho phép truyền đi hình ảnh thực trạng
của các khu vực xảy ra thảm hoạ. Do đó tại những nơi thảm họa không diễn
ra, tất cả lãnh đạo chính phủ, các nhà quản lý, các phơng tiện truyền thông
đại chúng và ngời dân nói chung có thể chia sẻ thông tin [8].
3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp
Dịch vụ cung cấp thông tin y tế

Hình 3.1. Dịch vụ thông tin y tế [8]

Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
23
Trong đó:
+ Service charge (paid from insurance): phí dịch vụ (thanh toán từ bảo
hiểm).
+ Access personal medical data: truy cập dữ liệu y tế cá nhân

Trong đó:
+ Movie delivery: phân phát phim
+ Movie info. search: tìm kiếm thông tin phim
+ Ambigous search by voice: tìm kiếm thông tin phim bằng thoại
+ Ticket purchase: thẻ dịch vụ
+ Content streaming delivery: cung cấp luồng nội dung
+ Real media content distribution by compact high-density disc, memory
cards: phân phối nội dung bằng thẻ nhớ, đĩa nén mật độ cao
+ Movie distributor: nhà cung cấp phim
+ Content server: máy chủ nội dung
+ Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
+ Speech analysis: khối phân tích thoại
+ Seach server: máy chủ tìm kiếm
+ Member DB: cơ sở dữ liệu thành viên
Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007
Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G
25
Hệ thống định vị

Hình 3.3. Hệ thống định vị [8]
Trong đó: + Monthly charge: phí dịch vụ hàng tháng
+ Location info: thông tin vị trí
+ Vehicle info: thông tin xe cộ
+ Entertainment: giải trí
+ Control info: thông tin điều khiển
+ Emergency info: thông tin khẩn cấp
+ Logistics Info: thông tin hậu cần
+ Service provider: nhà cung cấp dịch vụ
+ Content provider: nhà cung cấp nội dung
+ Right holder: ngời giữ bản quyền