Tài liệu Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 5g

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................IV DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................VI LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................XII CHƯƠNG 1: Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động.......................14 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)....................................................15 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)......................................................16 1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G............................................................................18 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G).......................................................19 1.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G).........................................................21 1.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G).......................................................23 1.7 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm (5G)....................................................24 1.8 Kết luận chương 1..................................................................................................26 CHƯƠNG 2: Kiến trúc của hệ thống thông tin di động 5G...................................27 2.1 Số liệu thực tế và thách thức..................................................................................27 2.1.1 Những số liệu thực tế......................................................................................27 2.1.2 Thách thức đối với hệ thống thông tin di động thứ 5.......................................29 2.2 Các yêu cầu chính cho hệ thống thông tin di động 5G...........................................30 2.3 Khái niệm và Kiến trúc..........................................................................................33 2.3.1 Dịch vụ đổi mới..............................................................................................34 2.3.2 Nền tảng cho phép (Enabling Platform)........................................................35 2.3.3 Cơ sở hạ tầng siêu kết nối...............................................................................36 I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh 2.4 Các công nghệ cho phép........................................................................................38 2.5 Kết luận chương 2..................................................................................................40 CHƯƠNG 3: Công nghệ cho phép và các dịch vụ 5G.............................................41 3.1 Các công nghệ 5G..................................................................................................41 3.1.1 Trải nghiệm người dùng thực tế và xử lý nội dung 5G....................................41 3.1.2 Xử lý hiệu quả và truyền tải đa phương tiện...................................................43 3.1.3 Mạng toàn cầu dựa trên nền tảng đám mây....................................................45 3.1.4 Mạng thông minh và tối ưu hóa mạng dựa trên những phân tích...................46 3.1.5 Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh................................................................47 3.1.6 Kiến trúc mạng ngoài......................................................................................49 3.1.6.1 Truyền thông Trực tiếp D2D....................................................................49 3.1.6.2 Multi-RAT................................................................................................51 3.1.6.3 Mạng di chuyển MN.................................................................................53 3.1.7 Hoạt động nâng cao cho Multi-cell.................................................................55 3.1.8 Cell nhỏ, siêu dày đặc.....................................................................................56 3.1.9 Băng tần rộng RF & chùm tia 3D...................................................................57 3.1.10 Tăng cường công nghệ nhiều anten và Massive MIMO................................59 3.1.11 Nâng cao IoT và dạng sóng mới...................................................................63 3.2 Dịch vụ................................................................................................................... 66 3.2.1 Dịch vụ IoT (Internet of Things).....................................................................66 3.2.2 Hình ba chiều và dịch vụ gọi 3D hologram....................................................67 3.2.3 Dịch vụ AR / VR hấp dẫn quy mô lớn..............................................................68 3.2.4 Dịch vụ trễ cực thấp........................................................................................69 3.2.5 Dịch vụ thông minh dựa trên phân tích dữ liệu...............................................71  II  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh 3.2.6 An toàn công cộng và dịch vụ cứu trợ tai hoạ.................................................72 3.3 Phổ......................................................................................................................... 73 3.3.1 Các băng tần số yêu cầu của 5G.....................................................................73 3.3.2 Dự báo nhu cầu tương lai đối với băng tần 5G...............................................74 3.4 Kết luận chương 3..................................................................................................75 CHƯƠNG 4: Đa truy cập không trực giao (NOMA) cho mạng 5G.......................76 4.1 Giới thiệu...............................................................................................................76 4.2 Đa truy cập không trực giao (NOMA)...................................................................77 4.2.1 NOMA cho đường xuống................................................................................78 4.2.2 NOMA cho đường lên.....................................................................................81 4.3 Hiệu quả quang phổ và hiệu suất năng lượng.........................................................83 4.4 Kết quả................................................................................................................... 84 4.5 Kết luận chương 4..................................................................................................85 KẾT LUẬN.................................................................................................................86 PHỤ LỤC.................................................................................................................... 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................90  III  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 2.1 2.2 Tên hình ảnh Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động. Số lượng người dùng smartphone trên toàn thế giới từ 2014 đến 2020 (tính bằng tỷ) Các lô hàng điện thoại thông minh toàn cầu dự báo từ năm 2010 đến năm 2021 (triệu đơn vị) Tran g 14 27 28 2.3 Tổng băng thông kết nối internet trong nước năm 2017 (Mbps) 28 2.4 Tổng băng thông kết nối internet quốc tế năm 2017 (Mbps) 29 2.5 Các nhóm ứng dụng 5G (theo ITU) 31 2.6 Cấu trúc tổng quát của hệ thống 5G 34 2.7 Ví dụ về các dịch vụ 5G 35 2.8 Nền tảng cho phép 5G dựa trên phần mềm 36 2.9 Cơ sở hạ tầng 5G hỗ trợ tốc độ dữ liệu cực cao và kết nối lớn 37 2.10 Kiến trúc 4G 38 2.11 Các loại công nghệ chính từ kiến trúc / giá trị 5G 39 3.1 Công nghệ UX thực tế và xử lý nội dung 5G 43 3.2 Sự phát triển của mạng lưới phần mềm dựa trên NFV / SDN 46 3.3 Sự phát triển của phân tích số liệu cho mạng viễn thông 47 3.4 Các trường hợp can thiệp lẫn nhau trong truyền thông D2D 51 3.5 Mạng phủ của tế bào nhỏ mmWave tích hợp với hệ thống Underlay 4G 53 3.6 Mạng di chuyển MN 54 3.7 Kết hợp tế bào người dùng làm trung tâm và hoạt động của mạng 56 3.8 Mô hình mạng lưới 5G mạng nhỏ dựa trên cell nhỏ 57 3.9 Nhận phân phối điện trường cho phương pháp chùm tia 3D khác nhau  IV  59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 3.10 3.11 GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh Mô hình kênh MIMO cơ bản với N t Anten phát và N r Anten thu 59 Chế độ hoạt động chùm beam MU-MIMO (UE-specific 63 beamforming) 3.12 Sự tiến triển của công nghệ đa truy cập truyền thông di động 64 3.13 Phương thức song công tần số của truyền thông di động 65 3.14 Truyền thông song công trong băng tần đầy đủ 65 3.15 Kỷ nguyên mọi vật kết nối internet 66 3.16 Khối lượng dữ liệu yêu cầu theo loại hình ảnh 67 3.17 Công nghệ AR 68 3.18 Dịch vụ VR live streaming 69 3.19 Ví dụ về robot cứu hộ và điều khiển từ xa 70 3.20 Dịch vụ y tế từ xa cần kiểm soát độ trễ thấp 70 3.21 Các dịch vụ xe kết nối 71 3.22 Dịch vụ nhận thức ngữ cảnh thời gian thực thông minh nhân tạo 72 3.23 Sự tiến triển của dịch vụ cứu trợ thiên tai 5G 73 4.1 Phổ chia sẻ cho OFDMA và NOMA cho hai người dùng 77 4.2 Lọc sự can thiệp của nhiễu (SIC) 78 4.3 Downlink NOMA cho người dùng K 79 4.4 Uplink NOMA cho người dùng K 82 4.5 Đồ thị EE - SE cho NOMA và OFDMA 85 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 25 3.1 So sánh giữa công nghệ hiện tại và công nghệ mmW 57 3.2 Dự báo yêu cầu phổ tần theo ITU-R 74 V ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT ENGLISH TIẾNG VIỆT 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ thứ 3 AMPS Advanced Mobile Phone System Dịch vụ điện thoại di động cao cấp API Application Interface Giao diện lập trình ứng dụng AR Augmented Reality Thực tế tăng cường BI Business Intelligence Kinh doanh thông minh BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDN Content Distribution Network Mạng phân phối nội dung CQI Channel Quality Indicator Chỉ số chất lượng kênh C-RAN Cloud Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến đám mây CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh D2D Divice to Divice Communication Truyền thông thiết bị thiết bị DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ DU Digital Unit Đơn vị số EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Cải tiến tốc độ dữ liệu cho sự phát triển GSM EE Energy Efficiency Hiệu suất năng lượng eMBB Enhanced Mobile Broadband Băng rộng di động nâng cao FBMC Filter Bank Multi-Carrier Đa sóng mang lọc băng tần FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia Programming  VI  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh theo tần số FDMA Frequency Access Division Multiple GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPU Graphics Processing Unit Bộ xử lý đồ họa GSM Global System Communication HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói xuống tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IEEE Institute of Electrical Electronics Engineers and Viện kỹ nghệ điện và điện tử IMT International Telecommunications Mobile Viễn thông di động quốc tế ITM Intelligent Traffic Management Quản lý lưu lượng thông minh IoT Internet of Things Mọi vật kết nối internet IP Internet Protocol Giao thức internet IS Interim Standard Tiêu chuẩn tạm thời ISDN Integrated Network Digital Mạng số tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập môi trường METIS Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty (2020) Thông tin di động và truyền thông không dây ứng dụng vào năm 2020 for Services Mobile  VII  Đa truy nhập phân chia theo tần số Hệ thống thông tin di động toàn cầu đường ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh Information Society MIMO Multi-input Multi-output Đa đầu vào – đa đầu ra MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MMT MPEG Media Transport Công nghệ xử lý hình ảnh kỹ thuật số mMTC Massive Machine Communications Type MN Moving Network Mạng di chuyển MRN Moving Relay Node Điểm chuyển tiếp di động MS Mobile Station Trạm di động MVC Multi-view Video Encoding Mã hóa đa video NFV Network Functions Virtualization Ảo hóa mạng NI Network Intelligence Mạng thông minh NOMA Non-Orthogonal Multiple Access Đa truy nhập không trực giao OAM Operation and Management Tổ chức và quản lý OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PHY Physical Layer Lớp vật lý POTN Packet Optical Transport Network Mạng truyền tải quang packet QAM Quadrature Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy cập vô tuyến SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia Amplitude  VIII  Truyền thông lượng lớn máy số ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh theo không gian SDN Software Defined Networks Công nghệ mạng được xác định bởi phần mềm SE Spectral Efficiency Hiệu quả quang phổ SIC Self – Interference Cancellation Kỹ thuật tự hủy nhiễu SIM Subcriber Indentification Module Mô-đun nhật thực thuê bao SINR Signal to Interference plus Noise Ratio Tín hiệu nhiễu cộng với tạp âm SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn SON Self - Organizing Network Mạng tự tổ chức TACS Total Access System Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ TCP Transmission Control Protocol Giao thức truyền vận TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian uCTN Unified Converged Network Mạng vận tải hội tụ hợp nhất UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UMB Ultra Mobile Broadband Siêu băng thông rộng di động UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu URLLC Ultra-Reliable and Low-Latency Communications Truyền thông thời gian trễ thấp và tin cậy cực cao UX User Experience Trải nghiệm người dùng VR Virtual Reality Thực tế ảo WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiMax Worldwide Interoperability for Tương tác toàn cầu bằng Communications Transport  IX  điều khiển ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh Microwave Access truy nhập viba X ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống thông tin di động hiện tại đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Cho đến bây giờ mạng 4G đã được triển khai khắp cả nước, nhờ đó mà cuộc cách mạng công nghê thông tin ngày càng bùng nổ. Nhiều thiết bị thông minh đã gắn liến với công việc hay cuộc sống mỗi người như đồng hồ, tivi, đồ gia dụng, nhà thông minh... Mạng 4G đã đáp ứng được tốc độ dữ liệu nhanh hơn, lên đến chục thậm chí hàng trăm Mbps, khối lượng dữ liệu lớn hơn. Mặc dù vậy, với tốc độ phát triển các công nghệ phần cứng tăng lên chóng mặt về tốc độ xử lý và số lượng thiết bị hiện nay thì tương lai không xa mạng 4G vẫn sẽ không đáp ứng nổi. Đó là một thách thức lớn đối với nhà mạng, điều đó đặt ra hệ thống thông tin di động tiếp theo gọi tắt là 5G, phải đạt tốc độ nhanh hơn gấp nhiều lần so với 4G, độ trễ thấp, hiệu suất hoạt động cao hơn và mang đến những trải nghiệm tiến tiến hơn cho người dùng. 5G (Thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc hệ thống không dây thứ 5) là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G. Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 100 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn. Lúc đó, xe tự lái có thể đưa ra những quyết định quan trọng tùy theo thời gian và hoàn cảnh. Tính năng chat video sẽ có hình ảnh mượt mà và trôi chảy hơn, làm cho chúng ta cảm thấy như đang ở trong cùng một mạng nội bộ. Các cơ quan chức năng trong thành phố có thể theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm và nhu cầu tại các bãi đậu xe, do đó có thể gửi những thông tin này đến những chiếc xe thông minh của mọi người dân theo thời gian thực. Mạng 5G được xem là chìa khóa để chúng ta đi vào thế giới mạng lưới vạn vật kết nối internet, trong đó các bộ cảm biến là những yếu tố quan trọng để trích xuất dữ liệu từ các đối tượng và từ môi trường. Hàng tỷ bộ cảm biến sẽ được tích hợp vào các thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khỏe, khóa cửa, xe hơi và thiết bị đeo. Tuy nhiên, để cung cấp 5G, các nhà mạng sẽ cần phải tăng cường hạ tầng cơ sở hạ tầng (gọi là trạm gốc). Họ có thể bắt đầu bằng cách khai thác dải phổ hiện còn  XI  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh trống. Sóng tín hiệu với tần số đo MHz sẽ được nâng cao lên thành GHz hay thậm chí nhanh hơn. Mạng 5G được tung ra vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh và người tiêu dùng. Trên đây là những khó khăn thách thức thực sự cho các nhà mạng, và đây cũng lý do mà em chọn đề tài “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại học. Nội dung đồ án gồm: Chương 1: Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động Chương 2: Kiến trúc của hệ thống thông tin di động 5G Chương 3: Công nghệ cho phép và các dịch vụ 5G Chương 4: Đa truy cập không trực giao (NOMA) cho mạng 5G Em cảm ơn các thầy cô trong khoa Kỹ thuật và Công nghệ đã tạo điều kiện, giúp đỡ và trang bị cho em những kiến thức quý báu. Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Phạm Hồng Thịnh đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này. Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thời gian cũng như năng lực bản thân nên nội dung của đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy cô nhiệt tình đóng góp ý kiến thêm để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày 3 tháng 1 năm 2018 Sinh viên thực hiện  XII  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh CHƯƠNG 1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Hệ thống thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện từ, tại đó người dùng có thể vừa liên lạc, vừa di chuyển được. Các dịch vụ điện thoại di động xuất hiện vào đầu những năm 1960 và phát triển không ngừng cho đến thời điểm hiện tại. Cứ trung bình một thập kỷ, chúng ta sẽ chứng kiến sự xuất hiện của một thế hệ thông tin di động mới. Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm cuối của thập kỷ 70 và đầu thập kỷ 80, đây là thệ thống thông tin di động tương tự cung cấp các dịch vụ thoại. Thế hệ thứ 2 (2G) bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90, thế hệ thứ 2 là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ thoại và cả dữ liệu. Thế hệ thứ 3 (3G) bắt đầu xuất hiện từ năm 2001 tại Nhật Bản, đặc trưng bởi việc cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phương tiện với tốc độ cao. Thế hệ 4G được thương mại hóa vào những năm 2012 trở đi, cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn thế hệ 3G rất nhiều. Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động Trên thế giới, ở những khu vực khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau cho từng thế hệ thông tin di động, được thể hiện qua hình 1.1. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động được phát triển theo hướng: 1G → GSM (2G) → GPRS (2.5G) → EDGE (2.75G) → UMTS (3G) → LTE (4G).  13  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Hệ thống thông tin di động 1G là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Hệ thống thông tin di động 1G ứng dụng các công nghệ truyền dẫn tương tự để truyền tín hiệu thoại, sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và điều chế tần số (FM).  Đặc điểm: - Băng tần khoảng 150 MHz. - Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch tương tự. - Dịch vụ đơn thuần là thoại. - Mỗi máy di động được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. - Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận là đáng kể. - Trạm thu phát gốc phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi máy di động.  Một số hệ thống thông tin di động 1G điển hình:  NMT (Nordic Mobile Telephone): được phát triển ở một số nước Bắc Âu vào năm 1982. Có hai tiêu chuẩn khác nhau là NMT-450 và NMT-900. NMT-450 là hệ thống được phát triển trước, sử dụng dải tần 450MHz và NMT-900 được phát triển sau với dải tần 900MHz.  TACS (Total Access Communications System): được triển khai đầu tiên tại Anh vào năm 1985 và được phát triển ở một số nước Trung Âu và Nam Âu, TACS sử dụng dải tần 900MHz.  AMPS (Advanced Mobile Phone System): được triển khai đầu tiên ở Bắc Mỹ vào năm 1978 và phát triển ở một số quốc gia Nam Mỹ, Úc và New Zealand, AMPS sử dụng dải tần 800MHz.  Những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G: - Phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ. - Gây tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động dịch chuyển.  14  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh - Không đảm bảo tính bí mật cuộc gọi. - Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng. - Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau. - Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp. - Kích thước thiết bị di động lớn. 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Hệ thống thông tin di động 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số. Thông tin di động 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Các kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn nhiều so với 1G. Hầu hết thuê bao di động hiện nay vẫn còn sử dụng công nghệ 2G này.  Đặc điểm: - Phương thức đa truy nhập: Sử dụng đa truy nhập TDMA và CDMA băng hẹp. - Sử dụng chuyển mạch kênh. - Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn, hỗ trợ các dịch vụ truyền dữ liệu.  Một số hệ thống thông tin di động 2G điển hình:  GSM (Global System for Mobile Communication): được triển khai đầu tiên tại Châu Âu vào năm 1990. GSM sử dụng kỹ thuật đa truy nhập TDMA có tốc độ từ 6,5 – 13 kb/s.  Các hệ thống GSM phổ biến: - GSM 900: có dải tần cơ bản (890 – 960)MHz. Trong đó: + Đường lên: (890 – 915)MHz. + Đường xuống: (935 – 960)MHz. Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á. - GSM 1800: có dải tần cơ bản (1.710 – 1.880)MHz. Trong đó:  15  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh + Đường lên: (1.710 – 1.785)MHz. + Đường xuống: (1.805 – 1.880)MHz. Hệ thống này cũng được sử dụng ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á, tuy nhiên phổ biến nhất là ở Châu Mỹ và Canada. - GSM 1900: có dải tần cơ bản (1.850 – 1.990)MHz. Trong đó: + Đường lên: (1.850 – 1.910)MHz. + Đường xuống: (1.930 – 1.990)MHz. Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ.  IS-136 (Interim Standard – 136): Do AT&T (American Telephone and Telegraph Corporation) đề xuất vào năm 1990. Chuẩn IS-136, được biết đến với cái tên khác là D-AMPS (Digital – Advanced Mobile Phone System), sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), có tốc độ dữ liệu lên đến 30 kb/s. IS-136 được nâng cấp từ hạ tầng mạng AMPS hoạt động ở băng tần 1900MHz, trong đó: + Đường lên: (1.850 – 1.910)MHz. + Đường xuống: (1.930 – 1.990)MHz.  CdmaOne hay IS-95 (Interim Standard – 95A): là tiêu chuẩn thông tin di động CDMA băng hẹp của Mỹ do Qualcomm đề xuất và được chuẩn hóa vào năm 1993. IS-95 sử dụng dải tần (869 – 894)MHz và độ rộng kênh là 1,25MHz cho mỗi hướng lên và xuống. Tốc độ dữ liệu tối đa của IS-95A là 14,4 kb/s. Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Mỹ, Hàn Quốc, Hồng Kông, Nhật Bản, Singapore và một số nước Đông Á.  Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2G: Hệ thống thông tin di động 2G ra đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G. Hệ thống thông tin di động 2G co những ưu điểm sau: - Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.  16  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh Hệ thống số chống nhiễu kênh cùng tần số (CCI: Co-Channel Interference) và chống nhiễu kênh kề (ACI: Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn, làm tăng dung lượng hệ thống, đảm bảo chất lượng thông tin. - Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục giúp cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn. - Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu dễ dàng xử lý bằng phương pháp số. - Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN).  Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 2G: - Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống còn nhỏ nên các dịch vụ ứng dụng cũng bị hạn chế (không đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai). - Tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 2G là không thống nhất, do đó việc chuyển giao toàn cầu khó thực hiện được. 1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G Hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ hệ thống thông tin di động 2G. Sự nâng cấp này đôi khi được coi là sự chuẩn bị để tiến tới hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G).  Đặc điểm của hệ thống thông tin 2,5G: - Các dịch vụ số liệu được cải tiến: + Tốc độ bit cao hơn. + Hỗ trợ kết nối Internet. - Hỗ trợ thêm phương thức chuyển mạch gói.  Một số hệ thống thông tin di động 2,5G điển hình:  GPRS (General Packet Radio Service)  17  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh GPRS là bước phát triển tiếp theo của GSM và IS-136 để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao cho người dùng do Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute) đưa ra vào năm 1999. GPRS có tốc độ dữ liệu từ 14,4 kb/s đến 115 kb/s nhưng theo lý thuyết thì GPRS có thể cung ứng tốc độ dữ liệu lên đến 171,2 kb/s. GPRS là một giải pháp chuyển mạch gói. Đây cũng là một bước đệm trong quá trình chuyển từ thế hệ 2G lên 3G của nhà cung cấp dịch vụ GSM/IS-136.  EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Được triển khai tại Mỹ vào năm 2003, EDGE là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kb/s cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144 kb/s cho người dùng di chuyển tốc độ cao. Trên quá trình tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một công nghệ 2.75G.  IS-95B IS-95B là hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ IS-95A và triển khai rộng rãi vào năm 1999. IS-95B là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ cao lên đến 115 kb/s.  CDMA2000 1xRTT CDMA2000 1xRTT là giai đoạn đầu của CDMA2000, được nâng cấp từ IS-95B và được triển khai từ năm 2000 nhằm cải thiện dung lượng thoại của IS-95B và hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2 kb/s. Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuối thương mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ đỉnh lên tới 153,6 kb/s. Cũng giống như EDGE, CDMA2000 1xRTT được xem như hệ thống 2,75G.  Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2,5G: - Cung cấp các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng. - Cung cấp các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.  18  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh Cải thiện các dich vụ liên quan đến SMS (Short Message Service) như: mở rộng bản chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. - Tăng cường công nghệ SIM (Subcriber Indentification Module). - Hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh. - Cải thiện các dịch vụ chung như: dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thông tin di động ngày càng tăng cả về số lượng, tốc độ lẫn chất lượng của người sử dụng, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) với tên gọi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications for the Year 2000) nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loại hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và được đưa vào hoạt động vào những năm đầu của thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn cầu cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động 3G.  Một số hệ thống thông tin di động 3G điển hình:  UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). UMTS được chuẩn hóa bởi 3GPP (3rd Generation Partnership Project). WCDMA UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên 3G. Tốc độ dữ liệu tối đa UMTS cung cấp là 1920 kb/s, tuy nhiên thông thực tế tốc độ này chỉ khoảng 384 kb/s. Để cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và  19  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: ThS. Phạm Hồng Thịnh HSUPA đã được đề xuất. Khi cả hai kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSDPA. HSDPA thường được biết đến như là hệ thống thông tin di động 3,5G. - HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Tăng tốc độ đường xuống (Downlink) lên tốc độ tối đa trên lý thuyết là 14,4 Mb/s, nhưng trong thực tế nó chỉ đạt tầm 1,8 Mb/s đến 3,6 Mb/s. - HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Tăng tốc độ đường lên (Uplink) đồng thời cải tiến QoS (Quality of Service). Kỹ thuật này cho phép người dùng Upload thông tin với tốc độ lên tới 5,8 Mb/s về mặt lý thuyết.  CDMA2000 CDMA2000 được triển khai trên cơ sở CDMA2000 1xRTT, đại diện cho họ công nghệ cao gồm các chuẩn: CDMA2000 EV-DO (Evolution – Data Optimized) và CDMA2000 EV-DV (Evolution – Data and Voice). CDMA2000 được chuẩn hóa bởi 3GPP2. CDMA2000 là công nghệ 3G được lữa chọn bởi các nhà cung cấp mạng sử dụng CdmaOne. - CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên biệt và có thể cho tốc độ dữ liệu lên đến 2,4 Mb/s cho đường xuống và 153 Kb/s cho đường lên. 1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1 Mb/s và đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến 1,2 Mb/s. Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev B cho phép ghép 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 73,5 Mb/s. - CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh 1,25MHz. CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ đỉnh lên đến 4,8 Mb/s cho đường xuống và 307 Kb/s cho đường lên. Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như Verizon Wireless hay Sprint đều đã chọn EV-DO.  TD-SCDMA (Time Division – Synchronous Code Division Multiple Access) TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi CCSA (China Communications Standards Accociation) và được ITU duyệt vào năm 1999. Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc, dùng kỹ thuật song công TDD (Time Division Duplex). TD-SCDMA có thể  20 