Luận văn thạc sĩ về nâng cao chất lượng mạng di động thế hệ mới

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao chất lượng mạng tính toán di động thế hệ sau002, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực toán học.

• Tác giả: Lương Duy Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Quân
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Mạng Di Động Thế Hệ Mới
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG 4G
• 1.1. LỊCH SỬ MẠNG DI ĐỘNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 1.2. GIỚI THIỆU MẠNG 4G
• 1.3. CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Lịch sử hệ thống thông tin di động và mạng 4G

Lịch sử phát triển của mạng di động trải qua nhiều giai đoạn từ 1G đến 4G. Mỗi thế hệ đều có những công nghệ then chốt riêng. Thế hệ 1G sử dụng công nghệ tương tự, trong khi 2G chuyển sang công nghệ số với các dịch vụ thoại và dữ liệu. Thế hệ 3G cải thiện tốc độ và chất lượng dịch vụ, mở ra khả năng kết nối toàn cầu. Hiện nay, 4G đang trở thành tiêu chuẩn mới với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, nhờ vào công nghệ OFDM và MIMO. Những công nghệ này không chỉ cải thiện chất lượng mạng mà còn mở rộng khả năng cung cấp dịch vụ cho người dùng.

1.1. Lịch sử mạng di động và xu hướng phát triển

Mạng di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ 1G đến 4G. Mỗi thế hệ đều có những đặc điểm và công nghệ riêng. Thế hệ 2G đã chuyển từ công nghệ tương tự sang công nghệ số, cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu. Thế hệ 3G đã cải thiện tốc độ và chất lượng dịch vụ, mở ra khả năng kết nối toàn cầu. Hiện nay, 4G đang trở thành tiêu chuẩn mới với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, nhờ vào công nghệ OFDM và MIMO. Những công nghệ này không chỉ cải thiện chất lượng mạng mà còn mở rộng khả năng cung cấp dịch vụ cho người dùng.

1.2. Giới thiệu mạng 4G

Mạng 4G, hay còn gọi là hệ thống truyền thông di động thế hệ 4, được thiết kế để cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và khả năng kết nối tốt hơn. Công nghệ OFDM và MIMO là hai yếu tố chính giúp nâng cao hiệu suất của mạng 4G. Mạng 4G không chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại mà còn mở rộng sang các dịch vụ đa phương tiện, như video độ phân giải cao và các ứng dụng trực tuyến. Điều này tạo ra một trải nghiệm người dùng tốt hơn và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

II. Các đặc tính của kỹ thuật OFDM trong hệ thống thông tin di động 4G

Kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một trong những công nghệ chủ chốt trong mạng 4G. OFDM cho phép truyền tải dữ liệu qua nhiều sóng mang nhỏ, giúp giảm thiểu hiện tượng fading và tăng cường khả năng chống nhiễu. Kỹ thuật này cũng cho phép sử dụng băng tần hiệu quả hơn, từ đó nâng cao chất lượng mạng. Việc áp dụng OFDM trong mạng 4G không chỉ cải thiện tốc độ truyền tải mà còn tạo ra khả năng phục vụ nhiều người dùng cùng lúc mà không làm giảm chất lượng dịch vụ.

2.1. Một số khái niệm

OFDM là một kỹ thuật truyền thông cho phép chia tín hiệu thành nhiều sóng mang nhỏ, giúp giảm thiểu hiện tượng fading và tăng cường khả năng chống nhiễu. Kỹ thuật này cho phép sử dụng băng tần hiệu quả hơn, từ đó nâng cao chất lượng mạng. Việc áp dụng OFDM trong mạng 4G không chỉ cải thiện tốc độ truyền tải mà còn tạo ra khả năng phục vụ nhiều người dùng cùng lúc mà không làm giảm chất lượng dịch vụ.

2.2. Lịch sử phát triển OFDM

Kỹ thuật OFDM đã được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1960, nhưng chỉ thực sự trở nên phổ biến trong các hệ thống thông tin di động gần đây. Sự phát triển của công nghệ OFDM đã mở ra nhiều cơ hội cho việc nâng cao chất lượng mạng. Các ứng dụng của OFDM hiện nay không chỉ giới hạn trong lĩnh vực viễn thông mà còn được áp dụng trong các hệ thống truyền thông không dây khác, như Wi-Fi và DVB-T.

III. Nâng cao hiệu năng của hệ thống thông tin di động bằng giải pháp kết hợp OFDM MIMO

Giải pháp kết hợp OFDM và MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để nâng cao hiệu năng của hệ thống thông tin di động. Việc sử dụng nhiều anten phát và thu giúp cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu và tăng cường khả năng truyền tải dữ liệu. Kết hợp này không chỉ giúp giảm thiểu hiện tượng fading mà còn tối ưu hóa băng thông, từ đó nâng cao chất lượng mạng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng giải pháp này có thể cải thiện tốc độ truyền tải lên đến 100 Mbps trong các điều kiện di động cao.

3.1. Mô hình máy phát di động OFDM

Mô hình máy phát di động sử dụng công nghệ OFDM cho phép truyền tải dữ liệu qua nhiều sóng mang nhỏ, giúp giảm thiểu hiện tượng fading và tăng cường khả năng chống nhiễu. Mô hình này cũng cho phép sử dụng băng tần hiệu quả hơn, từ đó nâng cao chất lượng mạng. Việc áp dụng OFDM trong mạng 4G không chỉ cải thiện tốc độ truyền tải mà còn tạo ra khả năng phục vụ nhiều người dùng cùng lúc mà không làm giảm chất lượng dịch vụ.

3.2. Mô hình kênh

Mô hình kênh trong hệ thống OFDM-MIMO cho phép mô phỏng và phân tích hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Việc sử dụng mô hình này giúp đánh giá được khả năng truyền tải dữ liệu và chất lượng tín hiệu trong môi trường thực tế. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng giải pháp này có thể cải thiện tốc độ truyền tải lên đến 100 Mbps trong các điều kiện di động cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin di động, nhu cầu nâng cao chất lượng mạng tính toán di động thế hệ sau ngày càng trở nên cấp thiết. Theo báo cáo ngành, tốc độ truyền dữ liệu của mạng di động thế hệ 3 (3G) hiện chỉ đạt tối đa khoảng 384 Kbps, trong khi mạng 4G dự kiến có thể đạt tới 20 Mbps, đáp ứng nhu cầu truyền tải đa phương tiện chất lượng cao và các dịch vụ dữ liệu tốc độ lớn. Tuy nhiên, các hệ thống mạng di động hiện tại vẫn gặp nhiều thách thức về hiệu năng do ảnh hưởng của fading đa đường và nhiễu trong môi trường truyền dẫn vô tuyến.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nâng cao chất lượng mạng tính toán di động thế hệ sau thông qua giải pháp kết hợp kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) và hệ thống đa anten đầu vào - đầu ra (MIMO). Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích, mô hình hóa và mô phỏng hiệu năng của hệ thống OFDM-MIMO trong môi trường kênh fading và nhiễu AWGN, nhằm giảm xác suất lỗi bit (BER) và tăng dung lượng hệ thống.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lĩnh vực công nghệ thông tin, chuyên ngành truyền dữ liệu và mạng máy tính, với dữ liệu mô phỏng dựa trên các mô hình kênh Rayleigh và AWGN, áp dụng cho mạng di động 4G tại Việt Nam trong giai đoạn 2010. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện chất lượng dịch vụ mạng di động, tăng tốc độ truyền dữ liệu và giảm thiểu lỗi truyền dẫn, góp phần thúc đẩy phát triển hạ tầng viễn thông hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing):
   OFDM là phương pháp truyền đa sóng mang, chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp truyền đồng thời trên các sóng mang con trực giao. Kỹ thuật này giúp giảm thiểu hiện tượng fading chọn lọc tần số và nhiễu liên kênh (ICI), đồng thời loại bỏ nhiễu liên ký hiệu (ISI) nhờ khoảng bảo vệ (guard interval). OFDM cũng đơn giản hóa bộ cân bằng kênh và tăng hiệu suất sử dụng phổ.

2. Hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output):
   MIMO sử dụng nhiều anten phát và thu để tăng dung lượng kênh truyền và cải thiện chất lượng tín hiệu thông qua phân tán không gian. Mô hình toán học của MIMO biểu diễn tín hiệu đầu ra y, tín hiệu đầu vào x, ma trận kênh H và nhiễu n theo phương trình:
   $$ y = Hx + n $$
   Việc phân rã ma trận kênh H theo giá trị kỳ dị (SVD) giúp biến đổi kênh fading đa đường thành các kênh truyền song song độc lập, giảm thiểu ảnh hưởng của fading.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: fading đa đường, xác suất lỗi bit (BER), và biến đổi kỳ dị ma trận (SVD).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng, sử dụng các tham số kênh Rayleigh và AWGN để mô phỏng môi trường truyền dẫn thực tế. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm số lượng sóng mang con OFDM, số anten phát và thu trong hệ thống MIMO, cùng các thuật toán điều khiển anten như Max SNR và MMSE.

Phương pháp phân tích tập trung vào việc tính toán xác suất lỗi bit (BER) cho các sơ đồ điều chế phổ biến như MPSK, MQAM, QPSK trong môi trường kênh kết hợp OFDM-MIMO. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline gồm:

• Giai đoạn 1: Xây dựng mô hình toán học hệ thống OFDM và MIMO (3 tháng)
• Giai đoạn 2: Phát triển thuật toán điều khiển anten và biến đổi kỳ dị (4 tháng)
• Giai đoạn 3: Mô phỏng và phân tích kết quả (3 tháng)
• Giai đoạn 4: Tổng hợp, viết báo cáo và hoàn thiện luận văn (2 tháng)

Phương pháp chọn mẫu mô phỏng dựa trên các tham số kỹ thuật thực tế của mạng 4G và các chuẩn IEEE liên quan, đảm bảo tính đại diện và khả năng áp dụng trong thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm xác suất lỗi bit (BER) đáng kể khi kết hợp OFDM và MIMO:
   Mô phỏng cho thấy, trong kênh AWGN, hệ thống OFDM-MIMO đạt BER thấp hơn khoảng 30% so với hệ thống OFDM đơn lẻ khi sử dụng điều chế QPSK ở cùng mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR). Trong kênh Rayleigh, sự kết hợp này giúp giảm BER tới 40%, thể hiện khả năng chống fading vượt trội.

2. Tăng dung lượng hệ thống nhờ phân rã ma trận kênh:
   Việc áp dụng biến đổi kỳ dị (SVD) cho ma trận kênh MIMO giúp phân tách kênh thành các kênh truyền song song độc lập, tăng dung lượng tổng thể lên đến 2-3 lần so với hệ thống không sử dụng MIMO, tùy thuộc vào số lượng anten phát và thu.

3. Hiệu quả của thuật toán điều khiển anten MMSE vượt trội so với Max SNR:
   Kết quả mô phỏng cho thấy thuật toán MMSE giảm BER trung bình 15% so với Max SNR trong môi trường có nhiều nguồn nhiễu, nhờ khả năng tối ưu hóa trọng số anten dựa trên phương sai nhiễu và tín hiệu.

4. Khả năng biến đổi kênh fading đa đường thành kênh AWGN tương đương:
   Luận văn chứng minh rằng, thông qua kết hợp OFDM-MIMO và phép biến đổi kỳ dị, kênh fading đa đường có thể được biến đổi thành kênh tương đương chỉ có nhiễu Gauss trắng, giúp đơn giản hóa quá trình giải mã và cải thiện chất lượng truyền dẫn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm BER và tăng dung lượng là sự kết hợp ưu điểm của OFDM trong việc chống fading chọn lọc tần số và khả năng phân tán không gian của MIMO. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào từng công nghệ riêng lẻ, giải pháp tổ hợp này mang lại hiệu quả vượt trội, phù hợp với yêu cầu của mạng 4G và các thế hệ tiếp theo.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ xác suất lỗi BER theo SNR cho các sơ đồ điều chế khác nhau, cũng như bảng so sánh dung lượng kênh giữa các cấu hình anten. Điều này giúp minh họa rõ ràng sự cải thiện về hiệu năng của hệ thống.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao chất lượng mạng di động mà còn mở ra hướng phát triển cho các hệ thống truyền thông không dây hiện đại, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng tăng cao.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai giải pháp OFDM-MIMO trong các mạng di động 4G và 5G:
   Các nhà mạng nên áp dụng công nghệ kết hợp OFDM và MIMO để nâng cao chất lượng dịch vụ, giảm tỷ lệ lỗi truyền dẫn và tăng dung lượng mạng, đặc biệt tại các khu vực có mật độ người dùng cao. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm.

2. Phát triển và tích hợp thuật toán điều khiển anten MMSE:
   Các thiết bị đầu cuối và trạm gốc cần được trang bị thuật toán MMSE để tối ưu hóa trọng số anten, nâng cao khả năng chống nhiễu và cải thiện hiệu suất truyền dẫn. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất thiết bị viễn thông, với lộ trình 12 tháng.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và chuyên gia về công nghệ OFDM-MIMO:
   Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật OFDM-MIMO và các thuật toán điều khiển anten cho đội ngũ kỹ thuật viên nhằm đảm bảo vận hành và bảo trì hệ thống hiệu quả. Thời gian đào tạo kéo dài 6-9 tháng.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ trong mạng 5G và IoT:
   Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp tiếp tục phát triển các giải pháp nâng cao dựa trên OFDM-MIMO, mở rộng sang các lĩnh vực mạng 5G và Internet vạn vật (IoT) để đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường. Kế hoạch nghiên cứu trong 3-5 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thông tin, viễn thông:
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật OFDM, MIMO và các mô hình kênh truyền dẫn, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mạng di động thế hệ mới.

2. Các kỹ sư và chuyên gia phát triển mạng di động:
   Tham khảo để áp dụng các giải pháp nâng cao hiệu năng mạng, tối ưu hóa thiết kế hệ thống và cải thiện chất lượng dịch vụ trong thực tế triển khai mạng 4G và 5G.

3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý viễn thông:
   Hiểu rõ các công nghệ nền tảng và xu hướng phát triển mạng di động, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển hạ tầng viễn thông hiện đại, thúc đẩy chuyển đổi số quốc gia.

4. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị viễn thông:
   Nắm bắt các kỹ thuật tiên tiến để phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu thị trường, nâng cao tính cạnh tranh và đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực mạng không dây.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần kết hợp OFDM và MIMO trong mạng di động thế hệ mới?
   Kết hợp OFDM và MIMO tận dụng ưu điểm của cả hai công nghệ: OFDM giúp chống fading chọn lọc tần số và giảm nhiễu liên kênh, trong khi MIMO tăng dung lượng kênh và cải thiện chất lượng tín hiệu qua phân tán không gian. Ví dụ, mạng 4G sử dụng tổ hợp này để đạt tốc độ truyền dữ liệu cao và ổn định.

2. Phương pháp biến đổi kỳ dị ma trận giúp gì cho hệ thống?
   Phép biến đổi kỳ dị (SVD) phân rã ma trận kênh MIMO thành các kênh truyền song song độc lập, loại bỏ hiện tượng xuyên nhiễu giữa các anten, từ đó giảm xác suất lỗi và tăng dung lượng hệ thống. Đây là bước quan trọng trong xử lý tín hiệu MIMO.

3. Thuật toán điều khiển anten MMSE có ưu điểm gì so với Max SNR?
   MMSE tối ưu trọng số anten dựa trên cả tín hiệu và nhiễu, giúp giảm thiểu sai số trung bình bình phương, trong khi Max SNR chỉ tập trung tối đa hóa tỷ số tín hiệu trên nhiễu. Kết quả mô phỏng cho thấy MMSE giảm BER hiệu quả hơn trong môi trường nhiễu phức tạp.

4. Làm thế nào để mô phỏng hiệu năng của hệ thống OFDM-MIMO?
   Sử dụng các mô hình kênh Rayleigh và AWGN, kết hợp thuật toán điều khiển anten và các sơ đồ điều chế như QPSK, MPSK, MQAM để tính toán xác suất lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR). Phần mềm mô phỏng chuyên dụng như MATLAB thường được sử dụng.

5. Giải pháp này có thể áp dụng cho mạng 5G và các công nghệ tương lai không?
   Có, công nghệ OFDM-MIMO là nền tảng quan trọng cho mạng 5G và các hệ thống truyền thông không dây hiện đại, giúp đáp ứng yêu cầu về tốc độ cao, độ trễ thấp và khả năng kết nối đa thiết bị. Nghiên cứu tiếp tục mở rộng để tối ưu hóa cho các ứng dụng mới.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh hiệu quả của giải pháp kết hợp OFDM và MIMO trong việc nâng cao chất lượng mạng tính toán di động thế hệ sau, giảm xác suất lỗi bit và tăng dung lượng hệ thống.
• Phép biến đổi kỳ dị ma trận giúp biến đổi kênh fading đa đường thành kênh tương đương AWGN, đơn giản hóa quá trình xử lý tín hiệu.
• Thuật toán điều khiển anten MMSE được khuyến nghị sử dụng để tối ưu hóa hiệu năng trong môi trường nhiễu phức tạp.
• Kết quả mô phỏng dựa trên các mô hình kênh Rayleigh và AWGN với các sơ đồ điều chế phổ biến đã minh chứng tính khả thi và hiệu quả của giải pháp.
• Đề xuất triển khai công nghệ này trong mạng 4G và 5G, đồng thời khuyến khích nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực viễn thông hiện đại.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên tập trung vào phát triển các thuật toán điều khiển anten nâng cao, tích hợp công nghệ này vào thiết bị thực tế và mở rộng nghiên cứu sang mạng 5G để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường viễn thông. Hành động ngay hôm nay để không bỏ lỡ cơ hội phát triển công nghệ mạng di động tiên tiến!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG V À MẠNG 4G 1.1 LỊCH SỬ MẠNG DI ĐỘNG V À XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động tính đến hiện tại đ ược đánh dấu từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ 4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Thế hệ đầu tiên ra đời vào đầu những năm 70 (The first generation) của thế kỷ trước được thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc cơ bản của thông tin di động. Hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được xây dựng trong những năm 80 vẫn đ ược sử dụng chủ yếu cho thoại nh ưng đã được thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G n ày cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển mạch k ênh ở tốc độ thấp.

Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế v à thực hiện các hệ thống bị phân hoá th ành các chuẩn khác nhau không tương thích như GSM (hệ thống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS -54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã), IS95 một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống n ày hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều.1 - Trục phát triển của hệ thống thông tin di động Bước chuyển tiếp giữa 2G v à 3G là 2. Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về c ơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps.

Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G l à các kênh dữ liệu được tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G đã đưa internet vào thế giới thông tin di động cá nhân. Đây thực sự đ ã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid. Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, đ ã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu.

Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps. Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián đoạn. Chuẩn 3G to àn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo. Mạng 3G đầu ti ên z 5 được thiết lập tại Nhật bản năm 2001.5G như là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu.

Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn, 384 Kbps trong một khu vực cố định và 2 Mbps đối với trường hợp trong nhà.2 - Các thế hệ di động Hiện nay tốc độ download ở chế độ dữ liệu đang bị giới hạn ở 9.6 Kbps, thấp hơn khoảng 6 lần so với 1 đường kết nối cố định ISDN (mạng số tích hợp dịch vụ). Gần đây, với các thiết bị cầm tay , tốc độ download dữ liệu đã được tăng lên 3 lần đạt 28. Tuy nhi ên trong thực tế sử dụng tốc độ dữ liệu thường thấp hơn, đặc biệt là ở những khu vực đông đúc, hoặc l à khi mạng bị “nghẽn”. Tốc độ dữ liệu di động thế hệ 3 l à tối đa 384 Kbps download, điển hình là xấp xỉ 200 kbps và upload đạt 64 kbps từ năm 2001 [2].

Thông tin di động thế hệ 4 sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao h ơn, dự kiến có thể đạt tới 20 Mbps. 3G được các nhà sản xuất đề xuất đầu tiên mà không phải là từ các nhà khai thác. Năm 1996 nó đư ợc triển khai nhờ NTT (hãng điện thoại và điện báo Nhật bản) cùng Ericsson. Năm 1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA ở Mỹ chọn CDMA như là 1 công nghệ cho 3G.

Năm 1998 CDMA băng rộng (W- CDMA) và CDMA2000 đư ợc thông qua cho Hệ thống thông tin di động chung UMTS. Trong đó W-CDMA và CDMA2000 là 2 đ ề xuất chính của 3G. z 6 Hiện nay, các chuẩn mạng LAN không dây tốc độ cao nh ư IEEE802.11a, chuẩn HIPERLAN/2 cho LAN radio v à giao tiếp đa phương tiện đều dựa trên công nghệ OFDM, cho phép hỗ trợ tốc độ truyền l ên đến 54Bbps trong dải thông 5GHz.3 - Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản Hiện nay có 3 xu hướng phát triển xoay quanh hệ thống thông tin di động. Xu hướng thứ nhất là hướng tập trung quanh thế hệ 3G, để cải tiến phát tri ên lên 4G với công nghệ nòng cốt WCDMA.

Xu hướng thứ hai là phát triển mạng LAN vô tuyến tốc độ cao. Sự phát triển rộng khắp của WiFi đ ược bắt đầu từ năm 2005 cho các PC, máy tính x ách tay và PDA đang ngày càng đòi hỏi tốc độ cao hơn. Xu hướng thứ 3 là phát triển chuẩn IEEE 802.20 thực hiện đơn giản hơn 3G. Sự phát triển của mạng lõi hướng tới thế hệ NGN băng rộng sẽ hỗ trợ cho việc áp dụng các công nghệ mạng truy nhập mới thông qua các gateway truy nhập tiêu chuẩn, dựa trên các chuẩn ETSI-TISPAN, ITU-T, 3GPP và các chuẩn khác.2 GIỚI THIỆU MẠNG 4G 4G (Fourth Generation) là tên gọi tắt của hệ thống truyền thông di động thế hệ 4, hiện đang được ITU chuẩn hóa dưới tên gọi là IMT-Advanced.

Theo lịch trình của ITU thì phải đến năm 2011, ITU mới ho àn thành và chính thức z 7 đưa ra chuẩn IMT-Advanced. Chính vì vậy, hiện có nhiều ứng cử vi ên chạy đua trên con đường tiến lên 4G cũng như là có nhiều công nghệ đề cử cho 4G, trong đó các công nghệ tâm điểm được nhắc đến nhiều nhất l à OFDMA/MIMO/IP. Tuy nhiên, để đạt được những tính năng then chốt đ ã nêu ra ở trên, nhất là về tốc độ truyền thông, một số giao diện vô tuyến vẫn đang đ ược khảo sát.4 - Lịch sử các thế hệ di động theo công nghệ phát triển Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) để giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 (3G). Đó là việc cung cấp các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu video độ phân giải cao, các k ênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao.

Khái niệm 4G đ ược sử dụng rộng rãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao gồm các kiểu hệ thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng. Một trong số các thuật ngữ d ùng để mô tả 4G là MAGIC: Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere (Bất cứ khi nào, bất cứ nơi đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu), Integrated wireless solution (Gi ải pháp vô tuyến tích hợp) v à Customized personal service (Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân). Như là một lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G là hệ thống truy nhập vô tuyến tế b ào băng thông rộng, đã và đang là mối quan tâm lớn của lĩnh vực thông tin di động. 4G không chỉ hỗ trợ cho các dịch vụ thông tin di động thế hệ tiếp theo m à còn hỗ trợ cho cả các z 8 mạng vô tuyến cố định.

Những tính năng then chốt của thế hệ di động 4G : - Khả năng tương thích của các dịch vụ IMT với các mạng cố định - Khả năng liên hoạt động giữa các hệ thống truy nhập vô tuyến khác - Cung cấp dịch vụ di động chất lượng cao. - Thiết bị đầu cuối thích hợp cho việc sử dụng khắp tr ên thế giới. - Thiết bị, dịch vụ và ứng dụng thân thiện với người sử dụng. - Khả năng roaming toàn thế giới.

- Tốc độ số liệu được tăng cường (100Mb/s cho các ứng dụng với tính di động cao và 1Gb/s cho các ứng dụng với tính di động thấp). Thế hệ di động thư 4 được phát triển xoay quanh 2 công nghệ then chốt. OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM. Tín hiệu được chia thành các sóng mang nhỏ trực giao, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu là “băng hẹp” (vài KHz) và vì vậy tránh được hiệu ứng đa đường, tạo nên một khoảng bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OFDM.

OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng t ương thích với những công nghệ mở rộng nâng cao khác, như là các anten thông minh và MIMO. Điều chế OFDM cũng có thể tận dụng nh ư là một công nghệ đa truy nhập (đa truy nhập phân chia tần số trực giao, OFDMA). Trong tr ường hợp này mỗi tín hiệu OFDM có thể truyền thông tin từ / tới một vài thuê bao sử dụng một bộ các sóng mang nhỏ khác nhau (subcarrier, subchannel).

Điều n ày không chỉ cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc cấp nguồn t ài nguyên (tăng dung lượng), mà còn có thể tối ưu hoá các lớp chéo của việc sử dụng link vô tuyến. MIMO (Multiple Input Multiple Output) sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát (đa th ành phần không gian) trên miền thời gian hoặc miền tần số. Điều này rất phù hợp với OFDM, bởi vì có thể xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM đ ược thiết lập chính xác cho kênh. Đặc điểm này của OFDM giúp cho công đoạn xử lý đ ược đơn giản hoá đi rất nhiều.

Tín hiệu phát đi bởi m anten được n anten thu lại. Việc xử lý các tín hiệu thu được có thể mang lại một v ài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất l ượng của tín hiệu thu và hiệu suất phổ.