MỞ ĐẦU Tình hình nghiên cứ ngoài nước Trong những năm gần đây mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802. Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu người mỗi ngày. Từ các công cuộc cách mạng công nghiệp số mà đến nay con người có thể tự hào kể đến các thuật ngữ 2G, 3G và hay 4G là một từ viết tắt của cụm từ “fourth generation” (thế hệ thứ 4) để thuận tiện cho các chương trình marketing của các nhà mạng. Dịch vụ viễn thông hay kết nối không dây sử dụng công nghệ này thực ra rất khác biệt nhau và phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ nhưng thông thường, một mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần.
Theo như nghiên cứu về tình hình triển khai trên thế giới được đánh giá dựa trên các số liệu thu thập từ tổ chức GSA - hiệp hội các nhà cung cấp thiết bị điện thoại toàn cầu với số liệu mới nhất (07/2015). Theo số liệu này, hiện tại có tổng cộng 422 mạng LTE hoặc LTE-Advanced triển khai trên 143 nước, trong đó bao gồm 59 mạng LTE TDD (TD- LTE) triển khai ở 35 nước; có 88 mạng theo công nghệ LTE-Advanced đã được triển khai ở 45 quốc gia, dựa trên tài liệu cũng trình bày về tình hình triển khai tại các quốc gia lớn đi đầu về công nghệ mạng di động và có những bước phát triển mạnh mẽ về số lượng thuê bao mạng LTE/LTE-Advanced như: Mỹ, Úc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc. Ngoài ra, nhóm cũng thu thập các thông tin triển khai của một số nước trong khu vực Đông Nam Á đã triển khai LTE/LTE-Advanced: Singapore, Indonesia và Philipin, có thể thấy hầu hết các quốc gia đều có nhiều nhà khai thác hướng đến triển khai 4G diện rộng. Tuy nhiên, điểm “lợi hại” nhất của mạng 4G là nó có thể thay thế một cách hoàn hảo các đường truyền Internet cố định (kể cả đường truyền cáp quang) với tốc độ không thua kém, vùng phủ sóng rộng lớn hơn và có tính di động rất cao.
Chính vì những đặc điểm đó đã tạo nên làn sóng mạng viễn thông. Tình hình nghiên cứ trong nước 1 Ở Việt Nam, vào năm 2017 được đánh giá là thời điểm triển khai mạnh mẽ mạng 4G LTE tại Việt Nam sau khi ba nhà mạng lớn là VNPT, Mobifone và Viettel đã được Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy phép thiết lập mạng viễn thông công cộng và giấy phép cung cấp dịch vụ viễn thông 4G. Cuộc đua 4G chính thức bùng nổ trong năm nay, hứa hẹn một cuộc cạnh tranh mạnh mẽ giữa các nhà mạng nhằm mang tới cho khách hàng những trải nghiệm 4G LTE với tốc độ cao và chất lượng nhất. Sau khi khởi động, VNPT đã triển khai lắp đặt trạm 4G tại nhiều địa phương để chuẩn bị cho việc phổ biến mạng này trên toàn quốc trong năm 2017.
Theo kế hoạch, trong năm nay, VNPT sẽ đưa khoảng 15.000 trạm thu phát sóng 4G chính thức đi vào hoạt động, phủ sóng tất cả các khu vực trọng điểm tại 63 tỉnh, thành phố trên cả nước. Trong khi đó, Viettel đã khai trương dịch vụ 4G LTE trên toàn quốc sử dụng công nghệ sử dụng công nghệ 4T4R (4 thu, 4 phát) trong tháng 4 vừa qua, đồng thời tiển khai 36.000 trạm thu phát sóng, phủ sóng 95% dân số. Riêng nhà mạng MobiFone đã xây dựng được 4.500 trạm phát sóng 4G LTE và dự kiến con số này sẽ là 30.000 trạm phát sóng 4G giai đoạn 2017 - 2018. Sự triển khai mạnh mẽ mạng 4G LTE sẽ tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền tảng 4G nhằm thỏa mãn kỳ vọng và nâng cao trải nghiệm khách hàng trong quá trình sử dụng như: Các dịch vụ nội dung số, các dịch vụ IoT, dịch vụ truyền hình, nghe nhìn trực tuyến, giao dịch điện tử, thương mại điện tử, mạng xã hội, các ứng dụng phát triển thành phố thông minh,… Tuy nhiên, để thực hiện các quy định quản lý của Bộ Thông tin và Truyền thông về các dịch vụ giá trị gia tăng đảm bảo quyền lợi của người tiêu dùng trong thời gian vừa qua, các doanh nghiệp viễn thông Việt Nam buộc phải nâng cao chất lượng dịch vụ và chăm sóc khách hàng; đồng thời đổi mới phương thức kinh doanh dịch vụ viễn thông.
Lý do chọn đề tài Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho 2 đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4, thế hệ 5. Đối với hệ thống 4G-LTE, để dữ liệu có thể được vận chuyển trên giao diện vô tuyến, có nhiều kênh khác nhau được sử dụng như kênh vật lý, kênh truyền tải, kênh logic.
Đặc biệt, để truyền tải dữ liệu người dùng thì kênh vật lý hướng lên và hướng xuống được sử dụng. Và việc nắm rõ kiến trúc của kênh chia sẻ vật lý cùng các kết quả mô phỏng minh họa sẽ giúp sinh viên chuyên ngành hệ thống viễn thông hiểu hơn quá trình truyền tải dữ liệu người dùng trong hệ thống thông tin di động 4G. Vì vậy, nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu về kênh chia sẻ đường xuống vật lý trong mạng 4G- LTE” làm đề tài nghiên cứu khoa học cấp sinh viên năm 2022. Mục tiêu đề tài Nắm rõ cấu trúc hệ thống 4G LTE.
Nắm rõ kiến trúc kênh vật lý hướng xuống trong 4G-LTE. Biết cách sử dụng phần mềm Matlab. Mô phỏng thành công kênh chia sẻ đường xuống vật lý trong mạng LTE bằng phần mềm Matlab. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu qua các tài liệu để có kiến thức tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G-LTE đặc biệt là lớp vật lý của LTE.
Nghiên cứu các tài liệu liên quan để nắm rõ công cụ Matlab để tiến hành mô phỏng kênh chia sẻ đường xuống vật lý trong mạng LTE bằng phần mềm Matlab. Phương pháp nghiên cứu mô phỏng Nghiên cứu chức năng, cấu trúc hoạt động và thực hiện mô phỏng kênh chia sẻ đường xuống vật lý trong hệ thống 4G-LTE. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG, CÔNG NGHỆ LTE CẤU TRÚC MẠNG 4G VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1.1 Hệ thống thông tin di động thứ 1 (1G) NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga. AMPS (Advanced Mobile Phone System – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc.
TACS (Total Access Communication System – Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh. Nhược điểm: Hầu hết cấc hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền hình chủ yếu là thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Dung lượng thấp.
Xác suất rớt cuộc gọi cao. Khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật. Do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) GMS ( Global System for Mobile Communication – Hệ thống thông tin di động toàn cầu) HSCSD (High Speed Circuit Switched Data – Chuyển mạch kênh tốc độ cao) GPRS (General Packet radio Service – Dịch vụ truyền dữu liệu theo gói) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution – Tốc độ só liệu tăng cường để phát triển GSM) IS-95 (CDMA one – Code Division Multiple Access one) Nhận xét: 4 Hệ thống dùng truyền thông vo tuyến cho truyền tải, thích hợp cho truyền các bản tin ngắn. Có dung lượng lớn hơn hệ thứ nhất, cho phép tăng đáng kể số người sử dụng.
Hệ thống di động tế bào (cellular) với sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực phục vụ được bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của những tế bài đã làm tăng dung lượng của hệ thống xa hơn nữa. Hệ thống cho phép kết nối Internet đạt tốc độ cao hơn 2G. Sử dụng chuyển mạch gói (Packet Switching).3 Hệ thống thông tin di động thứ 3 (3G) UMTS (W-CDMA) Universal Mobile Telephone System. CDMA2000 TD-SCDMA Nhận xét: Hệ thống là sự kết hợp các hệ thống có nhiều giao diện với nhau.
Sự kết hợp này gọi là IMT 2000. Các chuẩn 3G cho phép các dịch vụ truyền thông đa phương tiện tốc độ cao (thoại, tin nhắn, e-mail, fax, SMS, xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,.) qua mạng Internet.2 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE).
3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. 5 Hệ thống 3GPP LTE là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao.
Ngoài ra, đây còn là hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới sử dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người dùng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WDMA. Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu.