LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, thông tin di động phát triển một cách mạnh mẽ không chỉ ở các nƣớc phát triển mà hầu hết các quốc gia trên thế giới. Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hƣớng tới khách hàng giàu có mà hƣớng tới tất cả mọi đối tƣợng có nhu cầu về thông tin liên lạc. Với khả năng đáp ứng nhu cầu thông tin"mọi lúc, mọi nơi", thông tin di động ngày càng thu hút nhiều ngƣời sử dụng.
Thông tin di động từ khi ra đời đã trải qua nhiều thế hệ và hiện nay mạng thông tin di động 3G đang đƣợc sử dụng rộng rãi với các giải pháp kỹ thuật công nghẹ đƣợc sử dụng để có thể khai thác tài nguyên vô tuyến nhƣ là TDMA, FDMA, SDMA và CDMA nhƣng thực tế cho thấy chƣa tìm thấy ở các thông tin di động trƣớc đây một phƣơng pháp nào có thể tối ƣu hóa phổ tần, một tài nguyên vô cùng quan trọng trong thông tin vô tuyến. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng của con ngƣời trong thời đại ngày nay thì các nhà cung cấp phải nâng cấp cơ sở hạ tầng của mình. Bên cạnh việc nâng cấp cơ sở hạ tầng của các mạng cũ thì các nhà cung cấp mạng cũng đã và đang nghiên cứu tiến hành và xây dựng một mô hình mạng mới để có thể phục vụ cho tƣơng lai đó là mạng thông tin di động tiền 4G (LTE) của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Tác giả giới thiệu tổng quan về sự phát triển của 3G lên 4G đƣợc thể hiện ở chƣơng 1 [1] LTE đƣợc xây dựng dựa trên nền tảng IP và sử dụng kỹ thuật OFDM đây là giải pháp công nghệ tiên tiến có thể khắc phục đƣợc nhƣợc điểm về hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các hệ thống di động trƣớc đây.
Chu kỳ ký hiệu lớn cho phép công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến và nó sử dụng các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu vì thế có thể tối ƣu băng tần sử dụng. Kỹ thuật OFDM là một công nghệ then chốt đƣợc tác giả trình bày ở chƣơng 2 [1] ,[2] ,[3]. Mục tiêu thiết kế của LTE nhằm đạt đƣợc tốc độ truyền dẫn đƣờng xuống tối đa là 100Mbps. Ngƣời sử dụng sẽ cảm thấy điện thoại của họ đƣợc kết nối mọi lúc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 2 Chính vì vậy tôi đã đề xuất ứng dụng triển khai mạng 4G cho Phú Thọ và nội dung này đƣợc thể hiện ở chƣơng 3 [1] ,[3]. thực tế có thể xem xét để thay đổi cho phù hợp với điều kiện và sự phát triển thực tế, dự kiến trong năm 2015 là thời điểm chín muồi để có thể triển khai dịch vụ 4G. Do đó tôi đã chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di đông thế hệ sau”. Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chƣơng: Chƣơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động Chƣơng II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau Chƣơng III: Triển khai mạng 4G/LTE 2.
Mục tiêu nghiên cứu + Phân tích quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động + Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau + Phân tích các khía cạnh liên quan đến triển khai mạng 4G/LTE + Nghiên cứu, phân tích giao diện vô tuyến trong mạng LTE + Đề xuất, ứng dụng triển khai mạng 4G/LTE 3. Đối tƣợng, phƣơng pháp nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động, đặc điểm kỹ thuật công nghệ OFDM, giao diện vô tuyến trong mạng LTE và ứng dụng cho mạng 4G/LTE. - Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau để từ đó đi sâu vào triển khai mạng 4G/LTE nhằm đạt đƣợc tốc độ truyền dẫn đƣờng xuống tối đa là 100Mbsp 4. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về 3G và lộ trình phát triển lên 4G.
Cấu trúc đặc điểm của OFDM và các cải tiến nâng cao nhƣ điều chế, điều khiển tốc độ lập biểu đƣờng lên, lập biểu đƣờng xuống, … để có thể Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 3 giúp các nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn đúng đắn giải pháp công nghệ nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của ngƣời sử dụng. - Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài là bƣớc tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng cũng nhƣ giảm độ trễ trên đƣờng truyền, công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến và nó sử dụng các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu vì thế có thể tối ƣu băng tần sử dụng 5. Bố cục của luận văn Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chƣơng: Chƣơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động Chƣơng II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau Chƣơng III: Triển khai mạng 4G/LTE Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tƣơng tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lƣợng và ứng dụng so với các thế hệ trƣớc đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện gói là thế hệ đang đƣợc triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới đƣợc thể hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tƣơng lai. Hình dƣới thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc(BTS).1: Hệ thống điện thoại di động 1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 Phƣơng pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần số. Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phƣơng pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tƣơng tự và sử dụng kỹ thuật điều chế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 tƣơng tự để mang dữ liệu thoại của mỗi ngƣời sử dụng .Với FDMA , khách hàng đƣợc cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số.
Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận đƣợc dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lƣu lƣợng ngƣời dùng. Trong trƣờng hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số ngƣời bị chặn lại không đƣợc truy cập. Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng đƣợc dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn .Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng đƣợc chia thành 2N dải tần số kế tiếp, và đƣợc cách nhau bằng một dải tần phòng vệ.
Mỗi dải tần số đƣợc gán cho một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hƣớng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hƣớng xuống. Đặc điểm : -Mỗi MS đƣợc cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. -Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
-BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phƣơng pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của ngƣời dùng về cả dung lƣợng và tốc độ.
Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đƣa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ƣu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lƣợng và các dịch vụ đƣợc cung cấp. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lƣợng và chất lƣợng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đƣợc đƣa ra để đáp ứng kịp thời số lƣợng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số .Và chúng sử dụng 2 phƣơng pháp đa truy cập : Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 6 Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA). Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA).
Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. Với phƣơng pháp truy cập TDMA thì nhiều ngƣời sử dụng một sóng mang và trục thời gian đƣợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều ngƣời sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động đƣợc chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao đƣợc cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.
Đặc điểm : -Tín hiệu của thuê bao đƣợc truyền dẫn số. -Liên lạc song công mỗi hƣớng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần nhƣ vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
