CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động 4G-LTE 1.1 Giới thiệu hệ thống 4G-LTE 1.1Các chuẩn mạng của 4G ITU-R quy định một tập hợp đầy đủ các chuẩn của IMT-Advanced phải bao gồm các yêu cầu sau: Dựa vào gói mạng chuyển mạch all-IP; Tốc độ tải cao nhất đạt xấp xỉ 100Mbps tại các thiết bị, phương tiện, có tính di động cao (như tàu lửa, xe hơi) và 1Gbps tại các vật thể, phương tiện, thiết bị có tính di động thấp (như người sử dụng điện thoại di động đang đứng yên một chỗ, hoặc đang đi bộ chậm); Có thể tự động chia sẻ và sử dụng tài nguyên mạng để hỗ trợ nhiều người dùng cùng một lúc; Sử dụng các kênh có băng thông được mở rộng lên đến 5-20 MHz, tuỳ chọn đến 40 MHz; Hiệu quả băng thông (là lượng thông tin có thể truyền tải qua một băng thông sẵn có trong một hệ thống giao tiếp cụ thể nào đó) cao nhất phải đạt mức 15 bit/s/Hz khi tải về, và 6,75 bit/s/Hz khi tải lên mạng; Hiệu quả băng thông của hệ thống phải đạt mức 3 bit/s/mạng khi tải trang và 2,25 bit/s/mạng khi sử dụng trong nhà; Truyền tải dữ liệu trên các mạng không đồng nhất phải diễn ra trơn tru, ổn định; Có khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng cao trong việc hỗ trợ đa phương tiện thế hệ tiếp theo; 1.2 Khái niệm LTE, viết tắt của cụm từ Long-Term Evolution, được thương mại hoá trên thị trường với cái tên phổ biến là 4G LTE, là công nghệ truyền thông không dây tốc độc cao dành cho các thiết bị di động và trạm dữ liệu. Trên lý thuyết, LTE hoạt động dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA - cho phép tăng cường hiệu năng và tốc độ tải mạng nhờ vào việc sử dụng các phương thức vô tuyến khác nhau, DSP mới (bộ xử lý tín hiệu), bộ điều chỉnh tần số, cùng với những cải tiến ở lõi mạng - đó cũng chính là mục tiêu trước mắt mà LTE đang hướng đến. SVTH: Nguyễn Mai Việt Ly _ Lớp: CCVT03C 16 Nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ 4G cho mạng di động Viettel Mobile tại tỉnh Quảng Nam Về đặc tính kỹ thuật, dịch vụ mạng 4G LTE cho tốc độ tải xuống ở mức cao nhất đạt 300 Mbps, và tốc độ tải lên (mức cao nhất) đạt 75 Mbps với độ trễ trong việc truyền tải dữ liệu thấp hơn 5 ms. Bên cạnh đó, công nghệ 4G LTE cũng có khả năng quản lý các thiết bị di động có tốc độ di chuyển nhanh, cũng như những luồng dữ liệu đa điểm, tại nhiều vị trí khác nhau.
Về băng tần hỗ trợ, tiêu chuẩn 4G LTE có thể hoạt động ở nhiều băng tần khác nhau, cụ thể, ở Bắc Mỹ, băng tần hỗ trợ là 700/800 và 1700/1900, Nam Mỹ là 2500 MHz, ở Châu Âu là 800/1800/2600 MHz, Châu Á là 1800/2600 MHz, và cuối cùng ở Úc là 1800 MHz. Chính vì vậy, một chiếc smartphone có hỗ trợ LTE ở nước này nhưng có thể sẽ không sử dụng được dịch vụ LTE ở nước khác.3 Chất lượng thoại của 4G LTE VoLTE VoLTE là dịch vụ dựa vào giao thức Internet (Internet Protocol) để truyền các gói dữ liệu và giọng nói. Bằng việc sử dụng băng thông lớn hơn và dải tần số âm 50 - 7000Hz dựa trên mạng 4G LTE, VoLTE có thể mang lại chất lượng cuộc gọi tốt hơn khoảng 40% (các nhà cung cấp thường hay gọi "HD Voice" hay "chất lượng âm thanh độ phân giải cao) so với khi gọi bằng mạng 3G vốn có tần số âm hẹp hơn, chỉ 300 - 2400Hz. Dịch vụ này còn có thể giảm thời gian kết nối giữa hai thiết bị với nhau trong chỉ 1/4 giây, nhanh hơn nhiều so với con số 5 giây của mạng 3G.
Full-HD Voice Full-HD Voice thực chất cũng là tính năng giúp nâng cao chất lượng cuộc gọi như VoLTE. Tuy nhiên so với VoLTE, thì Full-HD Voice hỗ trợ mạnh mẽ hơn khi nó sử dụng băng thông lớn hơn rất nhiều và dải tần số âm cũng được nới rộng ra từ 20 - 20.000 Hz dựa trên mạng 4G LTE. Bên cạnh đó, ngoài chất lượng cuộc gọi cao, Full- HD Voice còn giảm thiểu đến mức tối đa thời gian kết nối giữa hai thiết bị. Hiện Full- HD Voice vẫn chưa thực sự phổ biến, và có lẽ chúng ta phải đợi thêm một thời gian nữa mới có thể thấy nó xuất hiện rộng rãi trên các thiết bị di động.
Một nhược điểm nho nhỏ của Full-HD Voice là nó yêu cầu người gọi và người nhận cuộc gọi cả hai phải sử dụng smartphone có hỗ trợ tính năng đó mới có thể sử dụng được. Chip 4G LTE tích hợp vào SoC Thông thường Snapdragon S4, Snapdragon 600, Tegra 3, Tegra 4 thế hệ cũ, là các SoC có vai trò quản lý các tác vụ của toàn bộ hệ thống, còn việc kết nối đến mạng SVTH: Nguyễn Mai Việt Ly _ Lớp: CCVT03C 17 Nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ 4G cho mạng di động Viettel Mobile tại tỉnh Quảng Nam 4G LTE sẽ do modem LTE (nằm độc lập với SoC) đảm nhiệm. Tuy nhiên, việc SoC và chip LTE nằm hai vị trí khác nhau đã dẫn đến rất nhiều nhược điểm làm ảnh hưởng không tốt đến smartphone/tablet như: mức tiêu hao năng lượng nhiều hơn, diện tích bên trong phần cứng của máy bị thu hẹp, hiệu năng của hệ thống bị giảm, dẫn đến việc xử lý của máy cũng trở nên chậm chạp hơn. Thấy rõ được những điểm yếu như vậy, các hãng sản xuất chip di động như Qualcomm, Samsung, Intel hay Nvidia bắt đầu tính đến phương án tích hợp thẳng modem 3G/4G LTE vào SoC nhằm khắc phục tất cả các vấn đề trên.2 Thực tiễn 4G LTE tại Việt Nam Hiện tại, Việt Nam đang thuộc nhóm quốc gia có kế hoạch triển khai mạng LTE.
Mặc dù nhiều nhà mạng đang bước đầu thử nghiệm nhưng người dùng vẫn chưa nhận được một thông tin chính thức nào. Theo một số nhận định của chuyên gia nước ngoài am hiểu về thị trường di động của Việt nam, hiện tại 3G vẫn đang đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng dữ liệu của người dùng, do đó các nhà mạng trong nước vẫn chưa để ý nhiều đến việc khai thác mạng 4G. Khó có thể nói được thời gian chính xác để triển khai 4G LTE tại nước nhà, nhưng với tốc độ tăng trưởng chóng mặt của doanh số các thiết bị di động bán ra như hiện nay thì tương lai về một mạng băng thông rộng không dây sẽ không còn xa.2 Mô hình tham chiếu hệ thống thông tin di động 4G 1.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu Mô hình tham chiếu cho các hệ thống di động 4G mô tả theo phương diện mạng trên hình 1. Hệ thống di động 4G bao gồm bốn miền sau: dịch vụ vàứng dụng, nền tảng dịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói, và truy cập vô tuyến mới.
Hệ thống di động 4G có 3 đặc trưng sau: Cung cấp cho người sử dụng những dịch vụ vàứng dụngở mức độ độc lập cao từ hệ thống truy cập. Thực thi kết nối và các dịch vụ liền mạch giữa các hệ thống thông qua mạng gói. Ba khả năng vô tuyến của truy cập vô tuyên mới nhờ giao diện vô tuyếnđưa ra cấp độ phổ biến cao.1Miền dịch vụ và ứng dụng Miền dịch vụ vàứng dụng cung cấp các dịch vụ và cácứng dụng của các hệ thống di động 4G. Các dịch vụđiển hình bao gồm các dịch vụ thông tin về vị trí, các dịch vụ ngăn ngừa/kiểm soát hiểm hoạ, các dịch vụđa phương tiện chất lượng cao, các dịch vụ SVTH: Nguyễn Mai Việt Ly _ Lớp: CCVT03C 18 Nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ 4G cho mạng di động Viettel Mobile tại tỉnh Quảng Nam thương mại di động, các dịch vụ quản lý bản quyền số, các dịch vụ phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải phần mềm, các dịch vụ điều khiển từ xa, cũng như nhiều dịch vụ khác.
Các dịch vụ vàứng dụng này không chỉ bao gồm các vấn đề lần đầu tiên xuất hiện trên các hệ thông di động 4G, mà còn bao gồm các vấn đềđang được cung cấp hoàn chỉnh trên mạng 3G hiện nay hay trên các hệ thống W-LAN và các phiên bản nâng cấp của chúng. Thêm vào đó, các dịch vụ và ứng dụng này nên được tạo ra để có thể sử dụng trong cả truy cập sóng vô tuyến mới của các hệ thống di động 4G và các hệ thống truy cập hiện hành. Hơn nữa, một đặc tính tác nhân được mong đợi tập trung vào lĩnh vực dịch vụ vàứng dụng để hỗ trợ sự cung cấp trơn tru các dịch vụ vàứng dụng.2Miền nền tảng dịch vụ Miền nền tảng dịch vụ cung cấp cơ sở dịch vụ để hỗ trợ triển khai các dịch vụ và ứng dụng được đưa ra bởi miền dịch vụ và ứng dụng. Cấu trúc cơ bản của cơ sở dịchvụ này được hỗ trợ bởi ba bộ đặc tính: các đặc tính đa phương tiện, các đặc tính mạng tốc độ cao/dung lượng lớn, và các đặc tính chất lượng dịch vụ mạng.1 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G Các dịch vụ nền tảng mà 4G LTE cung cấp: Service & Application: Miền dịch vụ và ứng dụng; gồm các dịch vụ sau: Posional Information Services: Dịch vụ thông tin cá nhân Disaster Detection/Admin Services: Dịch vụ phát hiện/quản trị thiên tai High Quality Multimedia Services: Dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao Mobile Commerce Services: Dịch vụ thương mại di động SVTH: Nguyễn Mai Việt Ly _ Lớp: CCVT03C 19 Nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ 4G cho mạng di động Viettel Mobile tại tỉnh Quảng Nam Digital Right Management Services: Dịch vụ quản trị bản quyền số Contents Delivery Services: Dịch vụ phân phối nội dung Solfware Download Support Services: Dịch vụ hổ trợ tải phần mềm Remote Control Services: Dịch vụ điềukhiển từ xa Service Platform: Nền tảng dịch vụ; gồm các tác nhân sau: Social Systems: Hệ thống xã hội Security, AAA and Settlement: Bảo mật, thanh toán Application QoS: Chất lượng dịch vụ ứng dụng Database/Remote Server: Cơ sở dữ liệu/máy chủ từ xa High speed & Large Capacity Network: Mạng dung lượng lớn, tốc độ cao Network QoS I/F: Chức năng tương tác chất lượng dịch vụ mạng Packet Based Core Netword: Miền mạng lõi chuyển mạch gói New Radio Access: Miền truy cập vô tuyến mới 1.3Miền nền tảng chuyển mạch gói Miền mạng lõi chyển mạch gói đóng vai trò kết nối các hệ thống truy cập khác nhau với miền nền tảng dịch vụ, và không phụ thuộc vào các hệ thống truy cập.