Tài liệu đánh giá xác suất dừng và dung lượng hệ thống theo mô hình khuếch đại và chuyển tiếp bán song công

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/74 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...........................................................................................3 DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................................6 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................7 CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ĐỀ TÀI.......................................................................................9 1.1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI:..............................................................................................9 1.2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI:......................................................................................9 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:.....................................................................................10 1.4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:...........................................................................10 CHƯƠNG 2. SƠ LƯỢC VỀ CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC.................................................................11 2.1. KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG:........................11 2.2. MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG QUA CÁC THẾ HỆ:............................................................13 2.2.1. Mạng di động thế hệ đầu tiên (1G):.....................................................................13 2.2.2. Mạng di động thế hệ thứ 2 (2G)...........................................................................14 2.2.3. Mạng di động thế hệ thứ 3 (3G):..........................................................................16 2.2.4. Mạng di động thế hệ thứ 4 (4G)...........................................................................18 2.2.5. Mạng di động thế hệ thứ 5 (5G)...........................................................................19 2.3. HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC..........................................................................21 2.3.1. Định nghĩa về giao thức giao tiếp........................................................................21 2.3.2. Các vấn đề về giao thức mạng.............................................................................21 2.3.3. Khái niệm truyền thông hợp tác vô tuyến............................................................22 2.3.4. Phương pháp truyền thông đơn chặng và đa chặng:...........................................22 CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG...........................................................................25 3.1. MÔ HÌNH BÁN SONG CÔNG:.........................................................................................25 3.2. GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT CHUYỂN TIẾP:......................................................................25 3.2.1 Kỹ thuật chuyển tiếp:............................................................................................25 3.2.2 Các nhân tố chính ảnh hưởng chất lượng kênh truyền:........................................30 3.2.3 Các kênh cơ bản:...................................................................................................31 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/74 3.3. VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CHUYỂN TIẾP:......................................................................31 3.3.1 Các kĩ thuật chuyển tiếp dựa theo hướng truyền:.................................................31 3.3.2 Các phương pháp chuyển tiếp:.............................................................................32 3.3. MÔ HÌNH CỦA GIAO THỨC CHUYỂN TIẾP:....................................................................34 3.3.1 MÔ HÌNH PSR:.......................................................................................................34 3.3.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG TSR:.....................................................................................40 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT..............................................44 4.1. SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA ĐỀ TÀI:..................................................................................44 4.2. NHẬN XÉT CHUNG VỀ MÔ HÌNH:..................................................................................45 4.2. MÔ PHỎNG THU ĐƯỢC:................................................................................................46 4.3. NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG:............................................................................53 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI......................56 5.1. KẾT LUẬN CHUNG.......................................................................................................56 5.2. ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN:...........................................................................57 5.2.1. ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI:................................................................................................57 5.2.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN:.............................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................59 PHỤ LỤC A……………………………………………………………………………..62 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/74 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ HÌNH 2-1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...............11 HÌNH 2-2: THỐNG KÊ THUÊ BAO VÀ THỊ PHẦN CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG TRÊN TOÀN CẦU……………………………………………………………………………...12 HÌNH 2-3: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG Ở VIỆT NAM ĐẾN 2011………………………………………………………………………………………13 HÌNH 2-4: SƠ ĐỒ HỆ THỐNG MẠNG DI DỘNG 1G...............................................14 HÌNH 2-5: SƠ ĐỒ HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 2G...............................................15 HÌNH 2-6: SƠ ĐỒ TIÊU CHÍ CỦA MẠNG 2G VÀ 2.5G...........................................15 HÌNH 2-7: CÁC TRẠNG THÁI CỦA ĐIỆN THOẠI Ở MẠNG 2G..........................16 HÌNH 2-8: SƠ ĐỒ HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 3G...............................................17 HÌNH 2-9: SƠ ĐỒ TIÊU CHÍ CỦA MẠNG 3G...........................................................17 HÌNH 2-10: SO SÁNH MẠNG 3G VÀ 4G QUA CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ DI ĐỘNG………………………………………………………………………………...18 HÌNH 2-11: MỤC TIÊU BĂNG RỘNG CỦA MẠNG 5G...........................................19 HÌNH 2-12: DỰ ĐOÁN SỐ LƯỢNG NGƯỜI DÙNG HƯỚNG ĐẾN 2030...............20 HÌNH 2-13: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MẠNG 5G HƯỚNG ĐẾN 2021………………………………………………………………………………………21 HÌNH 2-14: MÔ HÌNH TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC...............................................22 HÌNH 2-15: MÔ HÌNH TRUYỀN THÔNG ĐƠN CHẶNG........................................23 HÌNH 2-16: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG ĐA CHẶNG.....................23 HÌNH 2-17: NĂNG LƯỢNG RELAY CHUYỂN TIẾP SỬ DỤNG............................24 HÌNH 3-1: MÔ HÌNH HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG............................................25 HÌNH 3-2: MINH HOẠ TRONG KĨ THUẬT CHUYỂN TIẾP..................................26 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/74 HÌNH 3-3: MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP.........................................................................28 HÌNH 3-4: LOẠI HÌNH CHUYỂN TIẾP......................................................................29 HÌNH 3-5: SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN TRỰC TIẾP VÀ CHUYỂN GIAO NHIỀU CHẶNG...............................................................29 HÌNH 3-6: HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG.......................................................................30 HÌNH 3-7: CHUYỂN TIẾP MỘT CHIỀU....................................................................31 HÌNH 3-8: CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU......................................................................31 HÌNH 3-9: PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP AF.......................................................32 HÌNH 3-10: PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP DF.....................................................33 HÌNH 3-11: CÁC NODE VÀ HƯỚNG TRUYỀN TRONG MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP ĐIỂN HÌNH……………………………………………………………………………..34 HÌNH 3-12: PHÂN BỐ THỜI GIAN THU HOẠCH NĂNG LƯỢNG VÀ CHUYỂN GIAO THÔNG TIN TRONG MỘT CHU KỲ T VỚI GIAO THỨC PSR................34 HÌNH 3-13: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA TÍN HIỆU RELAY NHẬN ĐƯỢC TRONG GIAO THỨC PSR………………………………………………………………………………36 HÌNH 3-14: MÔ HÌNH CHUNG HỆ THỐNG.............................................................40 HÌNH 3-15: PHÂN BỐ THỜI GIAN THU HOẠCH NĂNG LƯỢNG VÀ CHUYỂN GIAO THÔNG TIN TRONG MỘT CHU KỲ T VỚI GIAO THỨC PSR................40 HÌNH 3-16: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA TÍN HIỆU RELAY NHẬN ĐƯỢC TRONG GIAO THỨC TSR……………………………………………………………………………...41 HÌNH 4-1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...............................................................................44 HÌNH 4-2: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG VẼ THEO GIÁ TRỊ Η VỚI P S/N0=30 (DB), R=3, N =1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.3, α =0.3............................................................47 HÌNH 4-3: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG VẼ THEO GIÁ TRỊ Ρ CỦA PSR VÀ Α CỦA TSR VỚI PS/N0=30 (DB), R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, η=0.8.............................48 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/74 HÌNH 4-4: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG DÙNG DELAY-LIMITED THEO GIÁ TRỊ PS/N0 VỚI R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.3, α=0.5,η=0.8................................49 HÌNH 4-5: XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG DÙNG DELAY-LIMITED THEO GIÁ TRỊ PS/N0 VỚI R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.3, α=0.5,η=0.8................................49 HÌNH 4-6: DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG DÙNG DELAY-TOLERANT THEO GIÁ TRỊ PS/N0 VỚI R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.5, α=0.5,η=0.8................................50 HÌNH 4-7: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG DÙNG DELAY-TOLERANT THEO GIÁ TRỊ PS/N0 VỚI R=3, N=1, ΛH=0.5, ΛG=0.5, Ρ=0.5, Α=0.5, Η=0.8.................................50 HÌNH 4-8: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG AF THEO GIÁ TRỊ P S/N0 VỚI R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.5, α=0.5,η=0.8.............................................................................51 HÌNH 4-9: XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG AF CỦA GIAO THỨC PSR THEO GIÁ TRỊ PS/N0 KHẢO SÁT R VỚI N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.5, α=0.5,η=0.8 …………………................................................................................................................51 HÌNH 4-10: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG AF CỦA GIAO THỨC PSR THEO GIÁ TRỊ PS/N0 KHẢO SÁT R VỚI R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.5, α=0.5,η=0.8 ……………. 52 HÌNH 4-11: XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG AF CỦA GIAO THỨC TSR THEO GIÁ TRỊ PS/N0 KHẢO SÁT R VỚI N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.5, α=0.5,η=0.8 ………….. 52 HÌNH 4-12: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG AF CỦA GIAO THỨC TSR THEO GIÁ TRỊ PS/N0 KHẢO SÁT R VỚI R=3, N=1, λh=0.5, λg=0.5, ρ=0.5, α=0.5,η=0.8 ………….. 53 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/74 DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 4-1: CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG ĐỀ TÀI…………………………20 BẢNG 4-2: SO SÁNH THÔNG LƯỢNG GIAO THỨC PSR VÀ TSR TRONG DELAY-LIMITTED……………………………………………………………..55 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/74 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation 3 GPP 3rd Generation Partnership Project 4G Fourth Generation 5G Fifth Generation AF Amplifi and Forward AMPS Advanced Mobile Phone Service AWGN Additive White Gaussian Noise BTS Base Transceiver Station CDF Cumulative Distribution Function CDMA Code Division Multiple Access CF Conpress-and-Forward CSI Channel State Information D2D Device to Device DF Decode and Forward EDGE Enhanced Data Rate for GSM for Evolution EH Energy Harvesting FDMA Frequency Division Multiple Access FM Frequency Modulation GPRS General Packet Radio Service GSM Global Systems for Mobile HD Half-Duplex HSPA High-Speed Packet Access IoT Internet of Things ITU International Telecommunication Union IS-95 Interim Standard-95 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/74 LTE Long-Term-Evolution MIMO Multiple-Input and Multiple-Output NMT Nordic Mobile Telephone PDF Probability Density Function PSR Power Splitting Base Relaying Protocol RF Radio-Frequency RX Receiver SMS Short Message Service SNR Signal to Noise Ratio TACS Total Access Communications System TDMA Time Division Multiple Access TD-SCDMA Time Division Synchronous Code Division Multiple Access TSR Time Switching Base Relaying Protocol TX Transmitter UMTS Universal Mobile Telecommunication System WCDMA Wideband Code Division Mulple Access ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/74 CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ĐỀ TÀI 1.1. Lý do lựa chọn đề tài: Mạng di động ra đời và mang đến nhiều giá trị tích cực cho đời sống con người. Nó không chỉ giúp chúng ta giải quyết công việc một cách dễ dàng mà nó còn phục vụ nhu cầu vui chơi giải trí, đồng thời giúp kết nối bạn bè, kết nối thế giới. Từ cuối thế kỷ XX, mạng di động thế hệ đầu (1G) tiên được phát minh và đưa vào sử dụng ở các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ và Nga, trở thành một phát minh gây bức phá lớn trong phương thức giao tiếp truyền tin giữa người với người mà không bị phụ thuộc bởi khoảng cách địa lý. Chỉ sau hơn 4 thập kỷ hình thành và phát triển, mạng di động đã tiến hóa không ngừng và đã lên đến thế hệ thứ 5 (5G), với mục đích nâng cấp và phục vụ tốt nhất cho người dùng, mang đến những chất lượng tối ưu nhất về tốc độ truyền, dung lượng truyền, dữ liệu truyền, các chức năng mở rộng tin nhắn thoại, âm thanh, hình ảnh ưu việt so với bước ban đầu. Tuy nhiên, vấn đề khó tránh khỏi là khi số lượng người dùng ngày càng tăng lên, làm cho hệ thống mạng di động trở nên quá tải mặc dù trên lãnh thổ Việt Nam có hơn 96.000 trạm BTS trên tổng diện tích với kinh phí đầu tư với hơn 30.000 tỷ. Bởi thế, việc nghiên cứu và phát triển đưa ra các giải pháp như việc sử dụng các nút mạng di động đóng vai trò là những anten trung gian thu phát tín hiệu từ BTS đến người dùng khi thiết bị di chuyển ra ngoài tầm phủ sóng của BTS từ đó việc trao đổi thông tin luôn diễn ra liên tục và đảm bảo chất lượng dịch vụ. 1.2. Cơ sở khoa học của đề tài: Tín hiệu bắt đầu từ node nguồn sẽ được phát đi đến node relay trước khi được truyền tới node đích. Thực tế thì relay thường được cung cấp năng lượng từ bộ nguồn, tuy nhiên để giải quyết vần đề về năng lượng là cái đề các thế hệ sau cần ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/74 nghiên cứu sao cho tối ưu nhất về chất lượng lẫn chi phí vận hành. Vì thế việc lợi dụng năng lượng có trong tín hiệu phát đi để cung cấp cho chính Relay trung gian đã trở thành bài toán cần được giải quyết để giúp Relay hoạt động ổn định trong mọi điều kiện mà không bị vướng bận vấn đề nguồn cấp. 1.3. Phạm vi nghiên cứu đề tài: Trong đề tài ta sẽ xét kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF) là một trong những kĩ thuật đang được các nhà nghiên cứu thực nghiệm từ lý thuyết đi đến thực tế. Trong hệ thống AF, năng lượng sẽ được thu hoạch (EH) từ trong sóng vô tuyến (RF) và tận dụng năng lượng đó để chuyển tiếp mang thông tin từ nguồn đến đích. Hệ thống này gồm hai giao thức: dựa trên thời gian chuyển đổi (TSR) và cấu trúc phân tách công suất (PSR). Hai giao thức này sẽ có những đặc điểm riêng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu ở Chương 2. 1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:  Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển tiếp AF.  Tìm hiểu mô hình nút chuyển tiếp.  Tìm hiểu mô hình mạng truyền thông bán song công.  Cơ sở việc nghiên cứu về AF.  Đánh giá hiệu quả của kỹ thuật AF.  Đánh giá hai giao thức TSR và PSR trong hệ thống AF trên các tiêu chí dung lượng và thông lượng. ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 11/74 CHƯƠNG 2. SƠ LƯỢC VỀ CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC. 2.1. Khái quát về quá trình hình thành mạng thông tin di động: Hệ thống thông tin di động (hay hệ thống tế bào số) là một hệ thống dùng liên liên lạc thông qua sóng điện, có thể vừa liên lạc vừa di chuyển được trong vùng phủ sóng của các trạm. Các dịch vụ của điện thoại di động đầu tiên cho đến cuối những năm 1970 mới xuất hiện, những hệ thống điện thoại di động này chưa thực sự tiện lợi và có dung lượng rất thấp vì vậy sự phát triển của hệ thống này là không ngừng để tiếp tục cải thiện, nâng cao chất lượng dịch vụ cho người dùng. Hình 2-1: Quá trình phát triển mạng thông tin di động Thực tế ra đời từ 1920 dùng cho các cảnh sát Mỹ trao đổi thông với nhau. Nhưng đến những năm 1970 thì một hệ thống di động AMPS (advanced mobile phone service) do nhóm Bell LaBST triển khai. Tiếp đó đến 1982 Bưu chính viễn thông của liên minh châu âu sáng lập nhóm phụ trách về di động là GSM (Group Special Mobile) để chuẩn hóa thống nhất cho các hệ thống thông tin di động trên toàn châu ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 12/74 âu. Đến năm 1991 thì hãng Qualcom bắt đầu triển khai công nghệ CDMA trên các hệ thống thông tin di động theo chuẩn IS-95 (Interim Standard-95A). Hình 2-2: Thống kê thuê bao và thị phần công nghệ di động trên toàn cầu Tại Việt Nam thì mãi đến năm 1992 thì hệ thống thông tin di động đầu tiên ra đời với tầm 5000 thuê bao. Từ đó lần lượt các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lần lượt ra đời:  Năm 1993 nhà mạng Mobifone được thành lập là sự liên doanh giữa công ty bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) và tập đoàn COMVIK của Thụy Điển.  Đến 1996 thì VNPT tiếp tục lập ra Vinafone.  Năm 2002, Tập đoàn TELECOM của Hàn Quốc xâm nhập thị trường Việt Nam với tên là Sfone nhưng hoạt động được vài năm do không phù hợp nên sớm bị khai tử.  6/2004, Công ty viễn thông quân đội với tên là Viettel hình thành và không ngừng lớn mạnh mang tầm quốc tế. ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 13/74 Hình 2-3: Lịch sử phát triển thông tin di động ở Việt Nam đến 2011 2.2. Mạng thông tin di động qua các thế hệ: 2.2.1. Mạng di động thế hệ đầu tiên (1G): Từ cuối năm 1979 thì 1G mới bắt đầu thương mại hóa nhưng chưa rộng rãi là mạng di động vô tuyến xuất hiện trong thời kì đầu tiên trên thế giới nên còn khá đơn giản và còn nhiều nhược điểm. Sau thời kì đó cuộc cách mạng về mạng di động mở ra mỗi 10 năm là một công nghệ mạng di động mới ra đời. Mạng di động 1G là hệ thống giao tiếp thông tin qua tín hiệu analog. Mạng di động 1G sử dụng các anten thu và phát sóng gắn ngoài thiết bị, được kết nối theo tín hiệu tương tự truyền đến các trạm thu phát sóng để nhận tín và hiệu xử lý thoại qua các module gắn bên trong thiết bị di động. Vì thế lí do mà các thế hệ mạng di động đầu tiên trên thế giới có kích thước lớn và cồng kềnh do vừa tích hợp cùng lúc 2 module phát (TX) và thu tín hiệu (RX). Tần số chỉ từ 150MHz nhưng có rất nhiều chuẩn kết nối tùy theo vùng: NMT (Nordic Mobile Telephone) do Bắc Âu và Nga dùng, AMPS (Advanced Mobile Phone System) là chuẩn Mỹ, TACS (Total Access Communications System) là chuẩn Anh, JTAGS là của Nhật Bản, C-Netz của Tây Đức, Radiocom cho Pháp, RTMI chuẩn Ý…Công nghệ sử dụng cho 1G là FDMA và điều chế tần số (FM). ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 14/74 Hình 2-4: Sơ đồ hệ thống mạng di dộng 1G Các mặt hạn chế của thế hệ mạng di động 1G:  Tính bảo mật hạn chế do thuật toán mã hóa kém nên còn đơn giản.  Dễ bị biến dạng tín hiệu do xử lý nhiễu chưa tốt, vấn đề công nghệ.  Không thể sử dụng thích hợp với các tiêu chuẩn thông tin mới.  Thiết bị di dộng quá cồng kềnh.  Lãng phí về nguồn tài nguyên tần số.  Không đáp ứng được khối lượng người dùng lớn. 2.2.2. Mạng di động thế hệ thứ 2 (2G) Là thế hệ mạng thông tin di động mang tính cải cải tiến đột phát cũng như khác biệt hoàn toàn so với thế hệ mạng di động đầu tiên (1G). Mạng thông tin di động 2G sử dụng công nghệ di dộng số với các tín hiệu kỹ thuật số digital thay cho tín hiệu analog của thế hệ 1G trước đó và được tung ra mở rộng toàn cầu với chuẩn GSM được sử dụng lần đầu tiên tại Phần Lan trong năm 1991. Mạng di động 2G giúp cho người sử dụng di động với 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: phạm vi kết nối khá rộng, mã hoá dữ liệu theo dạng số, và sự xuất hiện dịch vụ tin nhắn - SMS. Các tín hiệu voice khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành các tín hiệu digital dưới nhiều dạng mã hiệu nên bảo mật cao, giúp cho nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một dãy băng thông, tiết kiệm được ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 15/74 thời gian và chi phí. Hơn thế nữa mạng 2G sử dụng ít năng lượng, yêu cầu phần cứng thiết bị nhỏ gọn hơn thiết bị mạng 1G… Hình 2-5: Sơ đồ hệ thống mạng di động 2G Mạng di động 2G được chia làm 2 nhánh: TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA cùng có nhiều dạng kết nối mạng khác nhau phụ thuộc yêu cầu sử dụng của từng thiết bị di động cũng như hạ tầng mạng di động của từng quốc gia. Hình 2-6: Sơ đồ tiêu chí của mạng 2G và 2.5G Mạng 2.5G là sự giao thoa giữa 2 thế hệ mạng 2G và 3G. Xét về chức năng thì mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự với mạng 3G và có thể dùng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà mạng từ 2G trong các mạng GSM và CDMA. Và điểm ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 16/74 nổi bật hơn cả của mạng 2.5G đó chính là cộng nghệ GPRS - công nghệ kết nối trực tuyến, để lưu chuyển data được dùng bởi những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM. Tuy nhiên mạng di động 2G chưa đáp ứng hoàn toàn được nhu cầu truy cặp mạng Internet và về tốc độ nên do đó mạng di động thế hệ 3 tiếp tục ra đời. Hình 2-7: Các trạng thái của điện thoại ở mạng 2G Mặt hạn chế mạng 2G:  Tín hiệu digital còn yếu.  Đường cong bị phân rã góc.  Phạm vi truyền nhận âm thanh kém phụ thuộc khoảng cách cùng phủ.  Chưa thực nhiều ứng dụng mở rộng dành cho người dùng 2.2.3. Mạng di động thế hệ thứ 3 (3G): Là mạng di động mang đến cho chúng ta nhiều tiện ích hơn ngoài dữ liệu thoại mà còn các dữ liệu ngoài thoại (tin nhắn nhanh, gửi email, âm thanh, tải dữ liệu, video clips, hình ảnh...) ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 17/74 Hình 2-8: Sơ đồ hệ thống mạng di động 3G Mạng di động thế hệ 3 hình thành như là một chuẩncó tên IMT-2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) sáng lập. Ban đầu 3G sẽ được kế hoạch là chỉ có một chuẩn chung trên thế giới, nhưng thực tế 3G được bị chia thành 4 phần:  TD-SCDMA  CDMA 2000  UMTS (WCDMA) Hình 2-9: Sơ đồ tiêu chí của mạng 3G Hạn chế mạng di động thế hệ 3: ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 18/74  Tốn nhiều băng, sử dung băng tần cao.  Chi phí cho bản quyền tần số lớn. Các tính năng nổi bật của mạng 3G:  Có GPS để định vị toàn cầu.  Cải thiện được dịch vụ nhận/gửi email với dung lượng lớn.  Video call.  Tốc độ để truy cập website cao hơn các thế hệ trước đó. 2.2.4. Mạng di động thế hệ thứ 4 (4G) Công nghệ mạng di động thế hệ 4 (4G) là một công nghệ mạng di động tiên tiến cho phép người sử dụng mạng với tốc độ truyền dữ liệu cao xem được những video clip với độ nét có thể Ultra HD gấp 4 gần Full HD hoặc nghe được âm thanh với chất lượng cao thông qua nền tảng giao thức internet end-to-end. Hiệu năng của mạng di động 4G nhanh hơn mạng di động 3G hiện tại từ 3 đến 10 lần. Hình 2-10: So sánh mạng 3G và 4G qua các hoạt động của thiết bị di động Yêu cầu kỹ thuật của mạng 4G gồm có một kênh với băng thông mở rộng lên tới 40MHz và mạng chuyển mạch gói tin (Packet Switching) dựa vào địa chỉ IP. Công nghệ mạng 4G gồm có: TD-SCDMA, SDR, UMTS, OFDM, WiMaX, MIMO. Mặt hạn chế mạng di động thế hệ 4G: ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 19/74  Tiêu phí nhiều năng lượng cho thiết bị vì thế tuổi thọ pin kém và bộ vi xử lý của thiết bị di động phải được thay đổi thường xuyên.  Kết nối có sự giới hạn chỉ trong nội vi thành phố lớn hoặc khu đô thị trung tâm. Các tính năng nổi bật mạng di động thế hệ 4G:  Hệ thống sử dụng phổ tần số rất hiệu quả.  Tính bảo mật cao.  Có dung lượng mạng cao hơn các mạng thế hệ trước đó.  Cung cấp thêm nhiều dịch vụ có chất lượng cao.  Có tỷ lệ chuyển giao các dữ liệu lớn hơn. 2.2.5. Mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) Theo các nhà nghiên cứu thì mạng di động thế hệ 5 (5G) sẽ có thể đạt tốc độ nhanh hơn 100 lần so với mạng thế hệ 4 (4G) đang được sử dụng nước ta hiện nay. Nhờ vậy, xe hơi tự lái có thể đưa ra nhanh chóng những quyết định quan trọng tùy thuộc theo hoàn cảnh và thời gian. Các tính năng video call sẽ có chất lượng hình ảnh tốt hơn, giúp cho chúng ta cảm giác như đang sử dụng một mạng nội bộ. Hình 2-11: Mục tiêu băng rộng của mạng 5G Mạng di động thế hệ 5 (5G) sử dụng sóng milimet. Sóng milimet đặc trưng cho phổ tín hiệu RF giữa khoảng các tần số 20GHz và 300GHz có bước sóng từ 1 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG