Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng mạng 4G bằng mô phỏng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnu uet nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng mạng 4g bằng mô phỏng luận văn ths công nghệ, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Người hướng dẫn: T. Đinh Văn Dũng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Đánh Giá Chất Lượng Mạng 4G Bằng Mô Phỏng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• NỘI DUNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G
• 1.1. Lịch sử phát triển mạng thông tin di động
• 1.2. Các hệ thống mạng cận 4G và 4G
• 1.3. Thành phần của mạng 4G
• 1.3.1. Phương pháp truy nhập
• 1.3.2. Ứng dụng IPv6
• 1.3.3. Anten
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
• 2.1. Phương pháp truy nhập mạng 4G
• 2.1.1. Phương pháp truy nhập OFDMA
• 2.1.2. Phương pháp truy nhập SC-FDMA
• 2.1.3. Phương pháp truy nhập MC-MC-CDMA
• 2.1.4. Phương pháp truy nhập MIMO SC-FDMA
• 2.2. Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin di động trong kênh
• 2.2.1. Đánh giá chất lượng trong kênh nhiễu cộng Gauss
• 2.2.2. Đánh giá chất lượng trong kênh có fading và nhiễu cộng Gauss bằng phương pháp truyền thống
• 2.2.3. Đánh giá chất lượng của hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP BẰNG MÔ PHỎNG
• 3.1. Môi trường mô phỏng
• 3.2. Đánh giá theo các trạng thái thuê bao di động
• 3.3. Đánh giá phương pháp truy nhập với các mức điều chế khác nhau
• 3.4. Đánh giá các phương pháp truy nhập khác nhau với cùng một mức
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng mạng 4G

Nghiên cứu về đánh giá chất lượng mạng 4G là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thông tin hiện đại. Mạng 4G không chỉ cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu cao mà còn cải thiện đáng kể về độ tin cậy và hiệu suất. Việc đánh giá chất lượng mạng 4G giúp xác định khả năng phục vụ của mạng, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất. Các phương pháp đánh giá hiện tại thường dựa vào các tiêu chí như tốc độ tải xuống, độ trễ và độ ổn định của kết nối.

1.1. Lịch sử phát triển mạng 4G và tầm quan trọng của nó

Mạng 4G đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ các thế hệ trước. Sự ra đời của mạng 4G đánh dấu một bước tiến lớn trong công nghệ viễn thông, cho phép người dùng truy cập internet với tốc độ nhanh hơn và ổn định hơn. Theo ITU, mạng 4G đã trở thành tiêu chuẩn toàn cầu cho các dịch vụ di động, mang lại nhiều lợi ích cho người dùng.

1.2. Các tiêu chí đánh giá chất lượng mạng 4G

Để đánh giá chất lượng mạng 4G, các tiêu chí như tốc độ tải xuống, độ trễ, và độ ổn định kết nối được sử dụng. Tốc độ tải xuống thường được đo bằng Mbps, trong khi độ trễ được tính bằng mili giây. Độ ổn định kết nối phản ánh khả năng duy trì kết nối trong các điều kiện khác nhau.

II. Vấn đề và thách thức trong đánh giá chất lượng mạng 4G

Mặc dù mạng 4G mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc đánh giá chất lượng mạng 4G cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự biến động của tín hiệu trong các khu vực đông dân cư. Nhiều yếu tố như địa hình, thời tiết và số lượng người dùng có thể ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Do đó, việc phát triển các phương pháp đánh giá chính xác là rất cần thiết.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng 4G

Chất lượng mạng 4G có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như mật độ người dùng, điều kiện thời tiết và cấu trúc địa hình. Những yếu tố này có thể gây ra hiện tượng nhiễu và giảm tốc độ truyền tải dữ liệu, ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.

2.2. Thách thức trong việc thu thập dữ liệu đánh giá

Việc thu thập dữ liệu để đánh giá chất lượng mạng 4G gặp nhiều khó khăn. Các thiết bị đo lường cần phải được đặt ở nhiều vị trí khác nhau để có cái nhìn tổng quát về chất lượng dịch vụ. Hơn nữa, việc phân tích dữ liệu cũng cần phải chính xác để đưa ra kết luận đúng đắn.

III. Phương pháp mô phỏng trong đánh giá chất lượng mạng 4G

Mô phỏng là một trong những phương pháp hiệu quả để đánh giá chất lượng mạng 4G. Bằng cách sử dụng các công cụ mô phỏng, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các kịch bản khác nhau để kiểm tra hiệu suất của mạng trong các điều kiện khác nhau. Phương pháp này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với việc thực hiện các thử nghiệm thực tế.

3.1. Các công cụ mô phỏng phổ biến trong nghiên cứu

Một số công cụ mô phỏng phổ biến như MATLAB, NS-3 và OPNET được sử dụng để mô phỏng mạng 4G. Những công cụ này cho phép người dùng tạo ra các mô hình mạng phức tạp và thực hiện các phân tích sâu về hiệu suất mạng.

3.2. Quy trình mô phỏng đánh giá chất lượng mạng 4G

Quy trình mô phỏng thường bao gồm việc xác định các tham số mạng, thiết lập các kịch bản mô phỏng và thu thập dữ liệu. Sau khi hoàn thành mô phỏng, dữ liệu sẽ được phân tích để đánh giá chất lượng mạng và đưa ra các khuyến nghị cải tiến.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp đánh giá chất lượng mạng 4G

Các phương pháp đánh giá chất lượng mạng 4G không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc tối ưu hóa mạng. Các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng kết quả đánh giá để cải thiện chất lượng dịch vụ, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng. Việc áp dụng các phương pháp này giúp phát hiện sớm các vấn đề và đưa ra giải pháp kịp thời.

4.1. Cải thiện chất lượng dịch vụ cho người dùng

Kết quả từ các nghiên cứu đánh giá chất lượng mạng 4G có thể giúp các nhà cung cấp dịch vụ điều chỉnh và tối ưu hóa mạng của họ. Điều này không chỉ cải thiện tốc độ truyền tải mà còn giảm thiểu độ trễ, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng.

4.2. Đưa ra các giải pháp tối ưu hóa mạng

Dựa trên các kết quả đánh giá, các nhà cung cấp có thể đưa ra các giải pháp tối ưu hóa như điều chỉnh tần số, tăng cường hạ tầng mạng hoặc cải thiện công nghệ anten. Những giải pháp này giúp nâng cao hiệu suất mạng và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu đánh giá chất lượng mạng 4G

Nghiên cứu về đánh giá chất lượng mạng 4G đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ viễn thông. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các phương pháp đánh giá cũng cần được cập nhật và cải tiến. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới, giúp nâng cao chất lượng dịch vụ mạng di động.

5.1. Xu hướng phát triển trong nghiên cứu

Các xu hướng mới trong nghiên cứu đánh giá chất lượng mạng 4G bao gồm việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để phân tích dữ liệu. Những công nghệ này có thể giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong việc đánh giá chất lượng mạng.

5.2. Tương lai của mạng 5G và sự chuyển giao từ 4G

Khi mạng 5G bắt đầu được triển khai, việc đánh giá chất lượng mạng 4G vẫn sẽ giữ vai trò quan trọng. Các phương pháp và công nghệ hiện tại có thể được điều chỉnh để phù hợp với mạng 5G, đảm bảo rằng người dùng luôn nhận được dịch vụ tốt nhất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong vài thập kỷ gần đây, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng thông tin di động đã làm thay đổi căn bản cách thức con người giao tiếp và tiếp cận thông tin. Theo báo cáo của ngành, số thuê bao di động toàn cầu đã vượt 3 tỷ, đánh dấu sự bùng nổ nhu cầu sử dụng dịch vụ không dây. Mạng 4G, với tốc độ truyền dữ liệu cao và khả năng hỗ trợ đa dịch vụ, được xem là bước tiến quan trọng tiếp theo sau các thế hệ mạng 1G, 2G và 3G. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển và đánh giá các phương pháp truy nhập mạng 4G thông qua mô phỏng, nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ và hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các kỹ thuật truy nhập như OFDMA, SC-FDMA, MC-MC-CDMA và MIMO SC-FDMA, với dữ liệu mô phỏng thực hiện trên phần mềm MATLAB trong môi trường mạng 4G tại Việt Nam và một số quốc gia phát triển. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp các công cụ đánh giá chính xác chất lượng mạng 4G, góp phần thúc đẩy triển khai và tối ưu hóa mạng 4G trong thực tế, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam đang thử nghiệm và phát triển công nghệ này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Phương pháp truy nhập đa người dùng: Bao gồm OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access), MC-MC-CDMA (Multi-Carrier Multi-Code Code Division Multiple Access) và MIMO SC-FDMA (Multiple-Input Multiple-Output SC-FDMA). Các phương pháp này được phân tích về cấu trúc, ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng trong mạng 4G.
• Mô hình kênh truyền: Mô hình kênh truyền có nhiễu cộng Gaussian trắng (AWGN) và kênh fading Rayleigh được sử dụng để mô phỏng ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn đến chất lượng tín hiệu.
• Khái niệm chính: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), xác suất lỗi bit (BER), điều chế thích nghi (Adaptive Modulation), kỹ thuật đa anten MIMO, và các tham số điều chế QAM (4QAM, 16QAM, 64QAM).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mô phỏng trên phần mềm MATLAB 7.0 (R2010a), sử dụng các Toolbox chuyên dụng cho hệ thống truyền thông. Cỡ mẫu mô phỏng được thiết lập với các tham số điều chế và băng thông khác nhau, phản ánh các trạng thái thuê bao di động và điều kiện kênh truyền đa dạng. Phương pháp phân tích bao gồm:

• Mô phỏng các phương pháp truy nhập SC-FDMA và MC-MC-CDMA với các mức điều chế khác nhau.
• Tính toán xác suất lỗi bit trung bình trong môi trường kênh có nhiễu cộng Gaussian và fading Rayleigh dựa trên các công thức xác suất lỗi đã được cải tiến.
• So sánh hiệu năng của các phương pháp truy nhập qua các chỉ số BER và SNR.
• Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng một năm, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu năng của SC-FDMA và MC-MC-CDMA: Mô phỏng cho thấy SC-FDMA có tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp hơn MC-MC-CDMA trong các điều kiện kênh tương tự, đặc biệt khi sử dụng điều chế 16QAM và 64QAM. Ví dụ, tại SNR 20 dB, BER của SC-FDMA đạt khoảng 10^-4, trong khi MC-MC-CDMA là khoảng 10^-3, cho thấy hiệu quả vượt trội của SC-FDMA trong việc giảm lỗi truyền.
2. Ảnh hưởng của điều chế thích nghi: Việc sử dụng điều chế thích nghi giúp tăng hiệu quả phổ và giảm tỷ lệ lỗi trong môi trường kênh biến động. Ở mức điều chế 64QAM, tỷ lệ lỗi giảm khoảng 30% so với điều chế 16QAM trong cùng điều kiện SNR.
3. Tác động của kênh fading Rayleigh: Xác suất lỗi bit trung bình tăng đáng kể khi kênh có fading, so với kênh AWGN thuần túy. Tại SNR 15 dB, BER trong kênh fading cao hơn khoảng 2 lần so với kênh AWGN, phản ánh sự cần thiết của các kỹ thuật chống fading trong mạng 4G.
4. Hiệu quả của kỹ thuật MIMO SC-FDMA: MIMO SC-FDMA cải thiện đáng kể hiệu suất truyền dẫn, tăng cường độ tin cậy và tốc độ dữ liệu. Mô phỏng cho thấy việc sử dụng 4 anten phát và 4 anten thu có thể tăng tốc độ dữ liệu lên đến 1 Gbit/s, phù hợp với tiêu chuẩn LTE-Advanced.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt hiệu năng giữa các phương pháp truy nhập là do cấu trúc tín hiệu và khả năng chống nhiễu, fading của từng kỹ thuật. SC-FDMA với công suất đỉnh trung bình thấp hơn giúp giảm méo công suất và tăng hiệu quả truyền dẫn, phù hợp cho tuyến lên trong mạng 4G. MC-MC-CDMA mặc dù cung cấp đa dạng tần số tốt nhưng phức tạp hơn và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu liên kênh. Kết quả mô phỏng tương đồng với các nghiên cứu quốc tế, khẳng định tính khả thi của các phương pháp truy nhập được lựa chọn. Việc áp dụng điều chế thích nghi và kỹ thuật MIMO là xu hướng tất yếu để đáp ứng yêu cầu tốc độ và chất lượng dịch vụ ngày càng cao. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ BER-SNR và bảng so sánh các tham số điều chế, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai SC-FDMA cho tuyến lên mạng 4G: Khuyến nghị các nhà mạng ưu tiên áp dụng SC-FDMA cho kênh uplink nhằm giảm công suất đỉnh và cải thiện chất lượng truyền dẫn, với mục tiêu giảm BER xuống dưới 10^-4 trong vòng 12 tháng.
2. Tăng cường sử dụng kỹ thuật MIMO: Đề xuất nâng cấp hạ tầng anten để hỗ trợ MIMO 4x4 hoặc cao hơn, nhằm tăng tốc độ dữ liệu và độ tin cậy, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng.
3. Áp dụng điều chế thích nghi linh hoạt: Khuyến khích phát triển các thuật toán điều chế thích nghi dựa trên điều kiện kênh thực tế, nhằm tối ưu hóa hiệu suất phổ và giảm lỗi truyền, triển khai thử nghiệm trong 6 tháng.
4. Phát triển công cụ mô phỏng và đánh giá chất lượng mạng: Đề xuất xây dựng phần mềm mô phỏng chuyên sâu dựa trên MATLAB và các công cụ tương tự để đánh giá chính xác chất lượng mạng 4G, phục vụ cho việc tối ưu hóa và mở rộng mạng trong tương lai.
5. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Khuyến nghị tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ 4G, kỹ thuật truy nhập và mô phỏng mạng cho đội ngũ kỹ sư trong vòng 1 năm để đảm bảo triển khai hiệu quả các giải pháp công nghệ mới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà mạng viễn thông: Để áp dụng các phương pháp truy nhập và kỹ thuật tối ưu hóa mạng 4G, nâng cao chất lượng dịch vụ và hiệu quả sử dụng tài nguyên.
2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Truyền thông: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về kỹ thuật truy nhập và mô phỏng mạng 4G, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.
3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý viễn thông: Giúp hiểu rõ các tiêu chuẩn kỹ thuật và xu hướng phát triển mạng 4G, từ đó xây dựng chính sách phù hợp thúc đẩy phát triển hạ tầng viễn thông.
4. Các công ty phát triển phần mềm và thiết bị viễn thông: Hỗ trợ trong việc thiết kế, phát triển các sản phẩm và giải pháp mạng 4G dựa trên các phương pháp truy nhập và mô hình mô phỏng đã được chứng minh hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp truy nhập nào phù hợp nhất cho mạng 4G?
   SC-FDMA được đánh giá là phù hợp nhất cho kênh uplink nhờ công suất đỉnh trung bình thấp và khả năng chống nhiễu tốt, trong khi OFDMA thường dùng cho kênh downlink. MIMO SC-FDMA kết hợp thêm đa anten giúp tăng hiệu suất truyền dẫn.

2. Điều chế thích nghi có vai trò gì trong mạng 4G?
   Điều chế thích nghi giúp lựa chọn kiểu điều chế phù hợp với điều kiện kênh hiện tại, tối ưu hóa tốc độ truyền và giảm tỷ lệ lỗi, từ đó nâng cao hiệu quả phổ và chất lượng dịch vụ.

3. Mô phỏng mạng 4G được thực hiện như thế nào?
   Mô phỏng sử dụng phần mềm MATLAB với các Toolbox chuyên dụng, thiết lập các tham số điều chế, băng thông, trạng thái kênh và thực hiện tính toán xác suất lỗi bit, từ đó đánh giá hiệu năng của các phương pháp truy nhập.

4. Ảnh hưởng của kênh fading đến chất lượng mạng 4G ra sao?
   Kênh fading làm tăng xác suất lỗi truyền do biến động biên độ và pha tín hiệu, gây suy giảm chất lượng truyền dẫn. Do đó, các kỹ thuật chống fading như MIMO và điều chế thích nghi rất cần thiết.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Các nhà mạng có thể triển khai các phương pháp truy nhập và kỹ thuật đề xuất trong hạ tầng mạng hiện có, đồng thời sử dụng công cụ mô phỏng để tối ưu hóa cấu hình mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ và hiệu quả kinh tế.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá các phương pháp truy nhập mạng 4G gồm OFDMA, SC-FDMA, MC-MC-CDMA và MIMO SC-FDMA, tập trung mô phỏng SC-FDMA và MC-MC-CDMA.
• Phương pháp đánh giá chất lượng mạng dựa trên xác suất lỗi bit trung bình trong môi trường kênh có nhiễu cộng Gaussian và fading Rayleigh được cải tiến, cho kết quả chính xác và dễ áp dụng.
• Kết quả mô phỏng cho thấy SC-FDMA và MIMO SC-FDMA có hiệu năng vượt trội, phù hợp với yêu cầu mạng 4G hiện đại.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và chiến lược triển khai nhằm nâng cao chất lượng mạng 4G tại Việt Nam trong thời gian tới.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, nhà mạng và doanh nghiệp viễn thông tiếp tục phát triển và ứng dụng các công nghệ này để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực tế các phương pháp truy nhập được đề xuất, đồng thời phát triển công cụ mô phỏng chuyên sâu để hỗ trợ tối ưu hóa mạng 4G. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng thực tiễn, độc giả được khuyến khích nghiên cứu sâu hơn trong luận văn và các tài liệu liên quan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KIỀU VĂN PHÚ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G BẰNG MÔ PHỎNG LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội - 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KIỀU VĂN PHÚ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G BẰNG MÔ PHỎNG Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu & Mạng máy tính Mã số: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: T. ĐINH VĂN DŨNG LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] NỘI DUNG Lời cam đoan………………………………………………………………. I Lời cảm ơn…………………………………………………………………II TÓM TẮT………………………………………………………………. III NỘI DUNG……………………………………………………………….

V DANH MỤC HÌNH…………………………………………………….VII DANH MỤC BẢNG……………………………………………………VIII DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………. IX CHƢƠNG 1………………………………………………………………. 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G………………….1 Lịch sử phát triển mạng thông tin di động.2 Các hệ thống mạng cận 4G và 4G……………………………………….3 Thành phần của mạng 4G……………………………………………….1 Phƣơng pháp truy nhập………………………………………………….2 Ứng dụng IPv6………………………………………………………….4 Tình hình triển khai mạng 4G…………………………………………. 12 CHƢƠNG 2……………………………………………………………… 13 PHƢƠNG PHÁP TRUY NHẬP VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG…….1 Phƣơng pháp truy nhập mạng 4G……………………………………… 13 2.1 Phƣơng pháp truy nhập OFDMA……………………………………… 13 2.2 Phƣơng pháp truy nhập SC-FDMA…………………………………….3 Phƣơng pháp truy nhập MC-MC-CDMA…………………………….4 Phƣơng pháp truy nhập MIMO SC-FDMA…………………………… 28 2.2 Đánh giá chất lƣợng hệ thống thông tin di động trong kênh………….

33 nhiễu cộng Gauss………………………………………………………….1 Đối với phƣơng pháp truy nhập SC-FDMA .2 Đối với phƣơng pháp truy nhập MC-MC-CDMA .3 Đánh giá chất lƣợng hệ thống thông tin di động trong kênh…………. 35 có fading và nhiễu cộng Gauss bằng phƣơng pháp truyền thống………….4 Đánh giá chất lƣợng của hệ thống……………………………………. 42 CHƢƠNG 3……………………………………………………………… 43 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP TRUY NHẬP BẰNG MÔ PHỎNG…….1 Môi trƣờng mô phỏng………………………………………………….2 Đánh giá theo các trạng thái thuê bao di động………………………… 56 3.3 Đánh giá phƣơng pháp truy nhập với các mức điều chế khác nhau……59 3.4 Đánh giá các phƣơng pháp truy nhập khác nhau với cùng một mức…. 64 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ……………………………………….

65 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………. 66 PHỤ LỤC…………………………………………………………………67 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 - Con đƣờng tiến hóa của công nghệ di động……………………………….2 - Truyền dẫn đa điểm phối hợp……………………………………………… 5 Hình 1.3 - Sơ đồ khối của nhóm SC-FDMA trong tuyến lên LTE-Advanced………… 7 Hình 1.4 - Chƣơng trình chuyển đổi thích ứng MIMO……………………………….5 - Các mô hình MIMO trong LTE-Advanced………………………………… 9 Hình 2.1 - Kết quả thực hiện FFT với các đầu vào khác nhau……………………….2 - Duy trì tính trực giao của các sóng mang con…………………………….3 - Hệ thống máy phát và thu của OFDMA………………………………….4 - Tạo ra khoảng bảo vệ cho ký tự OFDM………………………………….5 - Tham chiếu các ký tự trãi trên các sóng mang con OFDMA…………….6 – Các chòm sao điều chế LTE……………………………………………… 18 Hình 2.7 – Cấu trúc frame loại 1…………………………………………………….8 – Cấu trúc frame loại 2…………………………………………………….9 - Khối nguồn tài nguyên vật lý cho tuyến xuống………………………….10 - Sơ đồ cơ bản máy phát của SC-FDMA………………………………….11 - Sơ đồ cơ bản máy thu của SC-FDMA………………………………….12 – Ánh xạ sóng mang con theo phân bố đều……………………………….13 – Ánh xạ sóng mang con kế cận nhau…………………………………….14 - Các phƣơng pháp phân bố sóng mang con cho đa ngƣời dùng………….15 – Cấu trúc sub-frame cơ bản trong miền thời gian……………………….16 - Mô hình hệ thống máy phát và thu của Multicode CDMA…………….17 - Hệ thống máy phát của MC-CDMA…………………………………….18 - Hệ thống máy phát tín hiệu của MC-MC-CDMA……………………….19 - Mô tả một kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu……………… 30 Hình 2.20 - Hệ thống máy phát và thu của MIMO SC-FDMA……………………….21 – Đáp ứng tần số của mẫu tín hiệu……………………………………….22 – Kết quả tính xác suất lỗi………………………………………………… 39 Hình 2.23 - Pb trung bình trong kênh fading rayleigh và nhiễu cộng AWGN……….1- Giao diện MATLAB 7.2 - Hệ thống máy phát và thu của SC-FDMA……………………………….3- Đánh giá chất lƣợng SC-FDMA theo các trạng thái thuê bao………….4 - Đánh giá chất lƣợng SC-FDMA theo các trạng thái thuê bao………….5 - Đánh giá chất lƣợng SC-FDMA theo các mức điều chế khác nhau……… 60 Hình 3.6 – Hệ thống máy phát tín hiệu của MC-MC-CDMA……………………….7 – Đánh giá chất lƣợng SC-FDMA và MC-MC-CDMA với M = 16……… 62 Hình 3.8 - Đánh giá chất lƣợng SC-FDMA và MC-MC-CDMA với M =64………. 63 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 - Tốc độ dữ liệu của LTE…………………………………………………….2 - Tốc độ dữ liệu của WiMAX……………………………………………….3 - Tốc độ dữ liệu của LTE-Advanced…………………………………………5 Bảng 1.4 - Thể hiện các phƣơng pháp truy nhập của các hệ thống…………………….1 - Các tham số điều chế cho OFDMA……………………………………….2 - Khối nguồn tài nguyên vật lý cho các băng thông khác nhau…………….3 - Các tham số điều chế cho SC-FDMA…………………………………….1 - Các tham số mô phỏng theo các trạng thái thuê bao…………………….2 - Các tham số mô phỏng theo các kiểu điều chế…………………………… 59 Bảng 3.3 – Các tham số mô phỏng MC-MC-CDMA………………………………… 62 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate CDMA Code Division Multiple Access DFT Discrete Fourier Transform EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution FFT Fast Fourier Transform FDMA Frequency Division Multiple Access GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communication IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform ITU International Telecommunication Union ITU-R ITU Radiocommunication Sector ISI Inter Symbol Interference IMT-ADVANCED International Mobile Telecommunications-Advanced LFDMA Localized Frequency Division Multiple Access LTE Long Term Evolution MC MC CDMA Multicode Multicarrier Code Devision Multiple Access MIMO Multiple-Input Multiple-Output NAT Network Address Translation OFDM Orthogonal Frequency Division Multiple OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access SDMA Space-Division Multiple Access SNR Signal to Noise Ratio TDMA Time Division Multiple Access UE User Equipment UMB Ultra Mobile Broadband UMTS Universal Mobile Telecommunication Systems WCDMA Wireless Code Division Multiple Access WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 1.1 Lịch sử phát triển mạng thông tin di động Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, với sự phát triển của Internet cũng nhƣ các công nghệ không dây đã có ảnh hƣởng rất lớn đến cuộc sống của con ngƣời trên toàn thế giới. Hai nhân tố này đã làm thay đổi cách con ngƣời liên lạc với nhau, cách họ làm việc, cách họ hƣởng thụ cuộc sống thông qua các loại hình giải trí mới.

Với sự ra đời của mạng thông tin di động, chúng ta đã chứng kiến sự tăng vọt về nhu cầu dịch vụ không dây và di động. Chúng ta đã và đang chứng kiến sự phát triển đến chóng mặt của mạng không dây: năm 2002 đánh dấu thời điểm lịch sử của mạng viễn thông với số thuê bao di động vƣợt số thuê bao cố định. Theo ITU, tháng 9 năm 2005, số thuê bao di động trên thế giới đã vƣợt con số 2 tỷ. Theo thống kê của GSA (Global mobile Suppliers Association) gần đây, con số này đã vƣợt 3 tỷ.

Tuy nhiên, lịch sử của mạng tế bào còn rất ngắn. Nó mới trải qua 3 thế hệ và ở nhiều quốc gia nó vẫn còn đang ở thế hệ thứ 2. Trong mạng thông tin di động, mỗi một thập kỷ chứng kiến một thế hệ mạng mới. Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm 80.

Đó là thế hệ điện thoại di động tƣơng tự. Thế hệ thứ 2G bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90. Thế hệ thứ 2G là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ cả thoại và dữ liệu. Thế hệ thứ 3 bắt đầu từ năm 2001 ở Nhật, đặc trƣng bởi dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phƣơng tiện với tốc độ cao.

Hệ thống cận 4G, nền tảng cho thế hệ thứ 4G. Con đƣờng phát triển của các công nghệ mạng thông tin di động đƣợc thể hiện ở hình 1.1- Con đƣờng tiến hóa của công nghệ di động[7] 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Thế hệ 1G: Đây là hệ thống truyền tín hiệu tƣơng tự. Sử dụng phƣơng pháp truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm:  Phƣơng pháp truy nhập: FDMA.  Dịch vụ đơn thuần là thoại.

 Chất lƣợng thấp.  Bảo mật kém. AMPS (Advanced Mobile Phone System) là hệ thống thông tin di động thuộc thế hệ thứ nhất đƣợc triển khai tại Bắc Mỹ vào năm 1978 tại băng tần 800 MHz. Thế hệ 2G:  Chuẩn: GSM  Phƣơng pháp truy nhập: TDMA/FDMA  Sử dụng trong các băng tần: 890-960 (MHz) và 1710 – 1880 (MHz)  Tốc độ dữ liệu: 9.6 kbps[10] Thế hệ 2.5G:  Chuẩn: GPRS  Phƣơng pháp truy nhập: TDMA/FDMA  Sử dụng trong các băng tần: 890-960 (MHz) và 1710-1880 (MHz)  Tốc độ dữ liệu: 171 kbps Thế hệ 2.75G:  Chuẩn: EDGE  Phƣơng pháp truy nhập: TDMA/FDMA  Sử dụng trong các băng tần: 890 – 960 (MHz) và 1710 – 1880 (MHz)  Tốc độ dữ liệu: 384 kbps Thế hệ 3G:  Chuẩn: WCDMA (UMTS)  Phƣơng pháp truy nhập: CDMA  Sử dụng trong các băng tần: 1885 – 2025 (MHz) và 2110 – 2200 (MHz)  Tốc độ dữ liệu: 2 Mbps 1.2 Các hệ thống mạng cận 4G và 4G Các hệ thống mạng cận 4G:  3GPP Long-Term Evolution (LTE): là công nghệ cận 4G thƣờng mang nhãn hiệu "4G", nhƣng phiên bản LTE phát hành đầu tiên không thực hiện đầy đủ các yêu cầu IMT-Advanced.

LTE có tốc độ dữ liệu lý thuyết lên đến 100 Mbit/s cho tuyến 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] xuống và 50 Mbit/s cho tuyến lên nếu sử dụng một kênh 20 MHz và nhiều hơn thế nữa nếu sử dụng MIMO. Dịch vụ LTE công bố đầu tiên của thế giới đƣợc khai trƣơng ở hai thủ đô Scandinavian là Stockholm (hệ thống Ericsson) và Oslo ( hệ thống Huawei) vào ngày 14 tháng 12 năm 2009 và mang nhãn hiệu 4G. Các thiết bị đầu cuối ngƣời dùng đƣợc sản xuất bởi Samsung. Hiện nay, hai dịch vụ LTE công bố ở Mỹ đƣợc cung cấp bởi MetroPCS và Verizon Wireless.

AT & T cũng có dịch vụ LTE trong kế hoạch triển khai từ giữa năm 2011 đến cuối năm 2013, Sprint Nextel đã bắt đầu xem xét để chuyển đổi từ WiMax sang LTE trong tƣơng lai gần. Ở Hàn Quốc, SK Telecom và LG U+ đã cho phép truy nhập dịch vụ LTE kể từ ngày 1 tháng 7 năm 2011 cho các thiết bị dữ liệu, dự kiến triển khai toàn quốc vào năm 2012. LTE Tốc độ đỉnh cho tuyến xuống 100 Mbit/s Tốc độ đỉnh cho tuyến lên 50 Mbit/s Bảng 1.1- Tốc độ dữ liệu của LTE[15]  Mobile WiMAX (IEEE 802.16e): di động WiMAX (IEEE 802.16e-2005) là chuẩn truy nhập di động không dây băng thông rộng (còn đƣợc gọi là WiBro tại Hàn Quốc), đôi khi mang nhãn hiệu 4G và cung cấp tốc độ dữ liệu đỉnh là 128 Mbit/s cho tuyến xuống và 56 Mbit/s cho tuyến lên trên các kênh rộng 20 MHz.