Tài liệu Tìm hiểu công nghệ 5g và ứng dụng

Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương MỤC LỤC MỤC LỤC....................................................................................................................... i DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................................v LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................ x CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.......................................................................................................................... 1 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)...............................................2 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G).................................................3 1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G.......................................................................5 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)..................................................7 1.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G)....................................................9 1.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G)................................................11 1.7 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm (5G).............................................12 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G...............15 2.1 Kiến trúc hệ thống 5G.....................................................................................15 2.1.1 Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN.............................................16 2.1.2 Mạng di chuyển MN.................................................................................18 2.1.3 Truyền thông D2D....................................................................................19 2.2 Mạng lõi Nano................................................................................................21 2.2.1 Công nghệ Nano.......................................................................................22 2.2.2 Điện toán đám mây...................................................................................30 2.2.3 Mạng All IP..............................................................................................32 i Đồ án tốt ngiệp 2.3 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Các lớp mạng..................................................................................................33 2.3.1 Lớp Kiến trúc không dây mở (OWA – Open Wireless Architecture).......34 2.3.2 Lớp mạng (Network Layer)......................................................................34 2.3.3 Lớp Giao thức vận chuyển mở (OTP – Open Transport Protocol)...........35 2.3.4 Lớp ứng dụng (Application layer)............................................................36 2.4 Kỹ thuật truyền dẫn.........................................................................................36 2.4.1 Dạng sóng.................................................................................................36 2.4.2 Điều chế....................................................................................................39 2.4.3 Ghép kênh................................................................................................40 2.4.4 Đa truy nhập.............................................................................................42 2.4.5 Anten........................................................................................................47 2.5 An ninh mạng trong hệ thống thông tin di động 5G........................................51 2.5.1 Thiết bị người sử dụng UE.......................................................................51 2.5.2 Mạng truy nhập........................................................................................54 2.5.3 Mạng lõi...................................................................................................59 2.5.4 Các mạng IP bên ngoài.............................................................................61 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G............................................................................................................................... 63 3.1 Mạng không dây “thực sự”..............................................................................63 3.2 Triển khai hệ thống thông tin di động 5G........................................................66 3.2.1 Những thách thức phải đối mặt.................................................................66 3.2.2 Thực tế triển khai hệ thống thông tin di động 5G.....................................67 KẾT LUẬN.................................................................................................................. 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................xii ii Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình ảnh Tran g 1.1 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động. 1 1.2 Khối khả năng của hệ thống 5G trong tương lai. 13 2.1 Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS). 15 2.2 Sự thay đổi từ RAN sang C-RAN. 17 2.3 Mạng di chuyển MN. 18 2.4 Mạng cực kỳ dày đặc UDN. 19 2.5 Các trường hợp can thiệp lẫn nhau trong truyền thông D2D. 21 2.6 Mạng lõi Nano trong hệ thống 5G. 22 2.7 Điện thoại Nano “trong suốt”. 24 2.8 Morph – Khái niệm công nghệ cho tương lai. 24 2.9 Cảm biến Nano. 25 2.10 Qubit. 27 2.11 Nanodot. 28 2.12 Mật mã lượng tử. 29 2.13 Điện toán đám mây. 31 2.14 Các lớp mạng trong hệ thống 5G. 34 2.15 Lớp mạng (Network Layer). 35 2.16 Lịch sử quá trình kết nối (Nguồn: Cisco). 37 2.17 So sánh giữa công nghệ milimeter-wave và công nghệ hiện tại. 38 2.18 So sánh các phương thức điều chế. 42 2.19 Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BDMA. 43 2.20 Nguyên lý hoạt động của BDMA. 44 2.21 Cấu trúc khung của TDD-BDMA. 45 2.22 Cấu trúc khung của FDD-BDMA. 45 iii Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 2.23 Đa truy nhập không trực giao NOMA. 46 2.24 So sánh giữa OFDMA và NOMA. 47 2.25 Mô hình kênh MIMO cơ bản với N t Anten phát và N r Anten thu. 48 2.26 Anten Massive MIMO. 49 2.27 Mô hình Cell sử dụng Anten Massive MIMO. 50 2.28 Phần mềm độc hại (Malware). 52 2.29 Hệ thống botnet. 54 2.30 Ví dụ về tấn công MITM. 58 3.1 Internet of Everything. 63 3.2 Ngôi nhà thông minh. 64 3.3 Thành phố thông minh. 65 3.4 Địa điểm thử nghiệm tại Thành Đô (Trung Quốc). 68 3.5 SK Telecom và Nokia hợp tác thành lập “Trung tâm nghiên cứu 5G” 69 3.6 Một địa điểm triển lãm của Verizon tại MWC 2015. 69 1 iv Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt English Tiếng Việt # 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ thứ 3 A ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy cập AMPS Advanced Mobile Phone System Dịch vụ điện thoại di động cao cấp B BDMA Beam Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã C-RAN Cloud Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RNTI Cell Radio Network Temporary Identifier Số nhận dạng mạng vô tuyến Cell tạm thời D D2D Divice to Divice Communication Truyền thông Thiết bị - Thiết bị DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ DDoS Distributed Denial of Service Từ chối dịch vụ phân tán DPC Dirty Paper Coding Mã hóa “tờ giấy bẩn” DRX Discontinuous Reception Thu nhận không liên tục DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DUE D2D User Equipment Thiết bị người sử dụng dùng truyền thông D2D v Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương E EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Cải tiến tốc độ dữ liệu cho sự phát triển GSM F FBMC Filter Bank Multi-Carrier Đa sóng mang lọc băng tần FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số G GFDM Generalised Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số tiêu chuẩn GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu H HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nội trú HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao I IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử IMT International Mobile Telecommunications Viễn thông di động quốc tế IoE Internet of Everything Internet của mọi thứ IP Internet Protocol Giao thức Internet IS Interim Standard Tiêu chuẩn tạm thời ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ vi Đồ án tốt ngiệp ITU GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế L LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn M MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập môi trường METIS Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty (2020) Information Society Thông tin di động và truyền thông không dây ứng dụng vào năm 2020 MIMO Multi-input Multi-output Đa đầu vào – Đa đầu ra MITM Man In The Middle Tấn công man-in-the-middle MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MN Moving Network Mạng di chuyển MS Mobile Station Trạm di động MRN Moving Relay Node Điểm chuyển tiếp di động N NOMA Non-Orthogonal Multiple Access Đa truy nhập không trực giao O OFDM OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing 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 OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở OTP Open Transport Protocol Giao thức vận chuyển mở OWA Open Wireless Architecture Kiến trúc không dây mở P PAPR Peak-to-Average Power Ratio vii Tỉ số công suất đỉnh trung bình Đồ án tốt ngiệp PHY GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Physical Layer Lớp vật lý Q QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ S SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian SIC Successive Interference Cancellation Hủy bỏ sự can thiệp liên tục SIM Subcriber Indentification Module Mô-đun nhật thực thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn T TACS Total Access Communications System Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển 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 U UDN Ultra-Dense Network Mạng cực kì dày đặc UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UFMC Universal Filtered Multi-Carrier Đa sóng mang lọc toàn bộ UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông rộng siêu di động UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu W WAM WAve Modulation Điều chế sóng WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiMax Worldwide Interoperability for Tương tác toàn cầu bằng truy viii Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Microwave Access nhập viba ix Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương LỜI NÓI ĐẦU Thời điểm hiện tại, mạng 4G mới bắt đầu được đưa vào sử dụng, nhưng đến năm 2020, các nhà phân tích cho rằng, sẽ liên tục xảy ra tình trạng quá tải thông tin. Nguyên nhân, cho dù sự tăng vọt về doanh số bán hàng của các loại điện thoại thông minh (smartphone) và máy tính bảng (tablet) đồng nghĩa với khối lượng dữ liệu ngày càng lớn, nhưng chỉ có một phần nhỏ là do lượng truy cập của các thiết bị này, còn lại phần lớn là do lượng thông tin từ việc kết nối các “vật thể” với nhau, ví dụ như tivi, đồng hồ, đồ gia dụng, máy điều nhiệt và thậm chí cả khóa cửa..., tất cả đều sẽ được số hóa, người sử dụng có thể thực hiện kết nối, giao tiếp, điều khiển chúng mọi lúc mọi nơi. Ưu điểm của mạng 4G là tải được khối lượng dữ liệu lớn và phức tạp hơn so với các hệ thống di động trước, tuy nhiên, với tốc độ phát triển công nghệ chóng mặt như hiện nay thì chỉ vài năm nữa, công nghệ 4G cũng không thể đáp ứng được. Tại Đại hội thế giới di động 2012 - Mobile World Congress 2012 (MWC 2012) được tổ chức ở Barcelona - Tây Ban Nha vào tháng 2 vừa qua, chủ tịch Google, Eric Schmidt đã vẽ ra một viễn cảnh, các robot sẽ đi dự các hội nghị và truyền về video HD qua mạng không dây, AT&T, Qualcomm, Sony và Intel sẽ tạo ra một "ngôi nhà kết nối", nơi mà thậm chí cả quần áo cũng có thể truyền các tín hiệu. Vì thế mạng không dây cần phải hiểu được tính năng của từng loại thiết bị và biết phải đáp ứng nó như thế nào. Đây là một khó khăn thực sự cho các nhà mạng, điều này đòi hỏi ngành công nghiệp di động thế giới cần phát triển một mạng thông minh có thể xử lý được hàng tỉ kết nối mà vẫn ổn định và có chất lượng dịch vụ tốt, đáng được mong đợi hơn. Chính vì vậy việc ra đời một thế hệ thông tin di động mới 5G là điều sẽ diễn ra trong tương lai không xa. Và đây cũng lý do mà em chọn đề tài “TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ 5G VÀ ỨNG DỤNG” làm đề tài cho bài báo cáo tốt nghiệp. Bài báo cáo sẽ nêu ra những yêu cầu đặt ra của một hệ thống thông tin di động 5G cùng với đó là những kỹ thuật 1 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương tiên tiến mới được xem là ứng viên sáng giá trong việc xây dựng và triển khai cho hệ thống này trong tương lai. 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: Ứng dụng và triển khai hệ thống thông tin di động 5G Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn đến 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 TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án đúng thời hạn. 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 thấy cô giáo và các bạn quan tâm và đóng góp ý kiến thêm để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Quy nhơn, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện 2 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương CHƯƠNG 1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Giới thiệu chương: Chương này sẽ trình bày lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động trên thế giới. Cho cái nhìn tổng quan tiêu chuẩn, ưu nhược điểm của các thế hệ thông tin di động hiện đã được phát triển trên thế giới. Đồng thời chương này cũng đề cập cập đến các yêu cầu đặt ra của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5 (5G). 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. 3 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 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). 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. 4 Đồ án tốt ngiệp  GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 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. - 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. 5 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương - 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: + 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 6 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 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. - 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). 7 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương  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) 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 8 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 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. - 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. 9 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương - 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 10 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 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) 11