Đồ án Tốt Nghiệp HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G - Tài Liệu Text

Tải bản đầy đủ (.docx) (70 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Điện - Điện tử - Viễn thông

Đồ án tốt nghiệp HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2 MB, 70 trang )

LỜI CẢM ƠNKhi em nghiên cứu đề tài, trong quá trình thực hiện đồ án này ngoài sự nỗ lực,cố gắng của bản thân thì em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ, động viênkhông nhỏ từ phía thầy giáo, cô giáo và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn trânthành đến:Thầy giáo Ts. Phạm Văn Phước đã trực tiếp giúp em định hướng đề tài đồ áncũng như tận tình hướng dẫn, giải đáp những thắc mắc.Thầy cũng chia sẻ nhữngkiến thức chuyên môn sâu và những kinh nghệm quý báu giúp em hoàn thành đồán này.Đồng thời em xin cám ơn đến các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn và cácbạntrong lớp ĐTV52-DH1 đã nhiệt tình chia sẻ, giúp đỡ và động viên trong suốtquá trình làm đồ án.Cho dù em đã rất cố gắng, nỗ lực trong quá trình thực hiện nhưng đồ án nàycó nhiều kiến thức mới. Cho nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót vànhững câu văn dịch từ tiếng anh không được rõ nghĩa lắm. Em rất mong nhậnđược sự góp ý, chỉ bảo tận tình của quý thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng môn.Hải Phòng, tháng 12 năm 2015Sinh viên thực hiện1PhạmVăn NamLỜICAM ĐOANEm xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do em thực hiện.Các số liệu và kết luậnnghiên cứu được trình bày trong đồ án chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác.Em xin chịu trách nhiệm về đồ án của mình.Hải Phòng, tháng 12 năm 2015Sinh viên thực hiệnPhạm Văn Nam2MỤC LỤC3DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆUKý hiệu1G2G3G4G5GBSMSBTSDCMCSTên tiếng AnhFirst GenerationSecond GenerationThird GenerationFourth GenerationFifth GenerationBase StationMobile StationBase Transceiver StationsDigital Cellular MobileTên tiếng ViệtThế hệ thứ nhấtThế hệ thứ 2Thế hệ thứ 3Thế hệ thứ 4Thế hệ thứ 5Trạm gốcTrạm di độngTrạm thu phát gốcHệ thống thông tin di động tế bàoCTWLLFDMACommunication SystemsCordless TelecomeWireless Local LoopFrequency Divition Multiple AccesssốVô tuyến viễn thông không dâyVành vô tuyến địa phươngĐa truy nhập phân chia theo tầnTime Divition Multiple AccesssốĐa truy nhập phân chia theo thờiCode Divition Multiple AccessFrequecy Divition DuplexTime Divition DuplexgianĐa truy nhập phân chia theo mãSong công phân chia theo tần số.Song công phân chia theo thờiTACSTotal Access CommunicationsgianHệ thống tổng truy nhập thông tinAMPSSystemAdvanced Mobile Phone SystemHệ thống điện thoại di động nângGSMGlobal System for MobilecaoHệ thống toàn cầu cho truyềnHSDPACommunicationHigh-Speed Downlink Packetthông di độngTruy cập gói đường xuống tốc độHSUPAQoSAMCOFDMAccessHigh-Speed Uplink Packet AccessQuality of ServiceAdaptation and Modulation CodingOrthogonal frequency-divisioncaoTruy cập gói đường lên tốc độ caoChất lượng của dịch vụĐiều chế và mã hóa thích ứngGhép kênh phân chia tần số trựcOFDMAmultiplexingOrthogonal Frequency DivisiongiaoKỹ thuật đa truy nhập phân chiaTDMACDMAFDDTDD4MMSFDMLTEITUMultiple AccessMultimedia Messaging ServiceFrequency Division MultiplexingLong Term EvolutionInternational Telecommunicationtheo tần số trực giaoTin nhắn đa phương tiệnGhép kênh theo tần sốCông nghệ LTETổ chức Liên minh Viễn thôngUAPRAPADSLUnionUniversal Access PointRadio Access PointAsymmetric Digital Subscriber LineQuốc tếNhiều điểm truy nhập chungĐiểm truy nhập vô tuyếnĐường dây thuê bao không đốiDVBWLANPSTNDigital Video BroadcastingWireless Local Area NetworkPublic Switching TelephonexứngTruyền hình kỹ thuật sốMạng nội bộ không dâyMạng điện thoại chuyển mạch3GPPIEEENetwork3rd Generation Partnership ProjectInstitute of Electrical and Electroniccông cộngDự án đối tác thế hệ thứ 3Viện kỹ sư điện và điện tửSTESTDEngineersSpace – Time EncoderSpace – Time DecoderBộ mã hóa không gian thời gianBộ giải mã hóa không gian thờiV-BLASTVertical Bell labs layered space –gianGhép kênh không gianMIMOtimeMultiple Input Multiple OutputHệ thống thông tin đa đầu vào vàInitial Network SelectionWorld Wide Wireless WebBase Station SystemsMobile Switching CentreAuthentication CentreHome Location RegisterEquipment Identity RegisterVisistor Location RegisterRadio Network ControllerServing GatewayPacket Data Network GatewayEvolved Packet Switched SystemBase Station ControllerIntergrated Service Digital Networkđa đầu raLựa chọn mạng ban đầuWeb không dây trên toàn thế giớiHệ thống trạm gốcTổng đài thông tin di độngTrung tâm nhận thựcBộ ghi định vị thường trúBộ ghi số nhận diện thiết bịBộ ghi định vị tạm trúBộ điều khiển mạng vô tuyếnCổng dịch vụCổng mạng dữ liệu góiHệ thống chuyển mạch góiĐài điều khiển trạm gốcMạng tích hợp số đa dịch vụINSWWWWBSSMSCAUCHLREIRVLRRNCS-GWS-GWEPSBSCISDN5DANH MỤC CÁC BẢNGSTTBảng 1.1Bảng 2.1.Bảng 2.2.Bảng 2.3Tên bảngBảng so sánh tham số công nghệ cơ bảnĐặc điểm của anten thông minhSo sánh các tham số của LTE và LTE-AdvancedSo sánh các tham số của LTE-Advanced với công nghệ khác6Trang16223334DANH MỤC CÁC HÌNHSTTHình 1.1Hình 1.2Hình 1.3Hình 1.4Hình 1.5Hình 1.6Hình 2.1Hình 2.2Hình 2.3Hình 2.4Hình 2.5Hình 2.6Hình 2.7Hình 2.8Tên hìnhCấu trúc mạng tế bàoCác công nghệ đa truy nhậpLộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bàoCấu trúc mạng cơ bản của hệ thống GSMĐiện thoại thế hệ 1GSự phát triển của công nghệ mạng di độngSự tích hợp của các mạng khác nhau dẫn đến 4GSự kết hợp của các mạng khác nhauCác mạng khác nhau co thể truy nhập vào hệ thốngTốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4GGhép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMPhổ tín hiệu OFDM với 5 sóng mangTiết kiệm băng thông khi sử dụng OFDMMô hình cấu trúc mạng 4GTrang467911151919202123232425Hình 2.9Tốc độ của 2 công nghệ Wimax và LTE28Hình 2.10Cấu trúc mạng LTE28Hình 2.11Liên kết IP giữa một UE với PDNs29Hình 2.12.Mạng truy nhập vô tuyến30Hình 2.13Mạng Core30Hình 2.14Hình 2.12. Mạng truy nhập vô tuyếnKiến trúc Roaming31Hình 2.15Công nghệ 4G32Hình 2.16Tổng số di động được kết nối của các thế hệ theo từng33năm ( theo GSMA Intelligence)Hình 2.17Các sóng mang thành phần trong truyền dẫn băng rộng34Hình 2.18trong tậpLTE-Advanved.Khốihợp sóng mang35Hình 2.19Các kiểu kết hợp sóng mang35Hình 2.20Mô hình hệ thống MIMO MxN37Hình 2.21Ghép kênh không gian V-BLAST38Hình 2.22Hệ thống Single user MIMO387Hình 2.23Hệ thống Multi User MIMO39Hình 2.24Sự khác nhau ở bộ thu nhận trong LTE và LTE-Advanced39Hình 2.25Hình 2.18. Cấu hình MIMO 8x840Hình 2.26Hệ thống phối hợp với 2 nút chuyển tiếp.41Hình 2.27Kỹ thuật chuyển tiếp42Hình 2.28Chuyển tiếp 1 chiều42Hình 2.29Chuyển tiếp 2 chiều43Hình 3.1Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 202045Hình 3.2Mô hình trạm HAPS47Hình 3.3Mô hình trạm HAPS trong tương lai ( ảnh : Internet)48Hình 3.4Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore51Hình 3.5Điện toán đám mây53Hình 3.6All-IP Network55Hình 3.7Cấu trúc của máy thu phát của UE57Hình 3.8Cấu trúc của công nghệ đa lõi cấu hình lại58Hình 3.9Cấu trúc mạng 5G giả định608LỜI NÓI ĐẦUHiện nay, khi các ngành công nghiệp đang trên đà phát triển thì trong lĩnh vựccông nghiệp viễn thông cũng đã và đang phát triển theo từng ngày với nhiềucông nghệ mới và dịch vụ ưu đãi. Sự phát triển công nghệ theo xu hướng IP hóavà tích hợp các công nghệ mới. Trong những năm vừa qua mạng thông tin thế hệthứ ba ra đời mang lại cho người sử dụng nhiều tiện ích như dịch vụ mới,…nhưng nó cũng có một số nhược điểm như tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 2Mbpscho nên rất khó cho việc download các loại file dữ liệu có dung lương lớn, khảnăng đáp ứng thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, vẫn chưa đápứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, tính mở của mạng chưa cao vàkhả năng tích hợp các mạng khác chưa tốt,… . Do vậy phải có mạng di độngmới để khắc phục những những nhược điểm này.Từ đó, người ta đã bắt đầu nghiên cứu mạng di động mới có tên gọi là hệthống mạng di động 4G.Việc nghiên cứu công nghệ mới giúp ta nắm bắt đượcxu hướng của các công nghệ hiện nay để đáp ứng các nhu cầu thị trường trongtương lai.Do vậy em chọn đề tài "Nghiên cứu công nghệ trong hệ thống thông tin diđộng 4G và đi sâu khả năng triển khai sang thế hệ 5G".CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁNoChương I : Tổng quan về hệ thống thông tin di độngo Chương II : Nghiên cứu công nghệ trong hệ thống thông tin diđộng 4Go ChươngIII: Hệ thống thông tin di động 5GĐề tài này có nhiều kiến thức mới mà nội dụng đồ án lại rộng, trong thờigian ngắn, việc nghiên cứu chủ yếu dựa trên lý thuyết, dịch văn bản từ tiếnganh, kiến thức em còn hạn chế,… Do đề tài nghiên cứu mới khó có thể khôngtránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn trong đồ án nên em rất mong được sựgóp ý, giúp đỡ, chỉ bảo thêm của thầy giáo, cô giáo và bạn bè.9CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNGI.Giới thiệu chung1.Lịch sử ra đời và phát triểnỞ cuối thế kỷ thứ 19 Marconi đã chỉ ra rằng thông tin vô tuyến có thể liên lạctrên cự ly xa, máy phát và máy thu có khả năng liên lạc di động với nhau.Nhưng thời đó người ta liên lạc chủ yếu bằng điện báo Morse.Trong những năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây là một trongnhững hệ thống phát triển nhanh nhất của các thông tin liên lạc thời xưa. Nó sửdụng các dịch vụ băng thông rộng của di động.Các khái niệm về hệ thống di động được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tạiPhòng thí nghiệm AT & T Bell để giải quyết các vấn đề công suất các hệ thốngthông tin di động đầu. Trái ngược với các thông tin di động: Đầu tiên hệ thống,mà chỉ có một trạm trung tâm (BS) bao phủ toàn bộ vùng phủ sóng khu vực, hệthống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào các tế bào không chồng chéo nhau vàhoạt động với BS riêng của mình. Bằng cách khai thác một thực tế rằng sứcmạnh của một tín hiệu truyền với khoảng cách, cùng một tần số tương tự có thểđược tái sử dụng trong tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu liên cellnặng.như một hệ quả, khả năng làm tăng đáng kể việc sử dụng gói của phổ tầnsố.Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ đã bắt đầu triển khai mạng vô tuyếntruyền thanh đầu tiên. Do là mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên nên các máy diđộng tốn nguồn và khá cồng kềnh được đặt trên ô tô để liên lạc về 1 trạmgốcBS ở trung tâm. Chất lượng liên lạc lại cực kỳ kém do đặc điểm địa hình truyềnsóng di động rất phức tạp mà các máy chỉ gồm 10 đèn điện tử thực hiện cácchức năng tối thiểu.Hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình thành mạng PSTN( Public Switching Telephone Network) song suốt thời gian dài vô tuyến di độngkhông phát triển do hạn chế về công nghệ. Mạng PSTN bao gồm đường dâyđiện thoại, cáp quang, truyền dẫn vi ba liên kết, các mạng di động, vệ tinh thông10tin liên lạc, và dây cáp điện thoại dưới đáy biển, tất cả các kết nối với nhaubởi các trung tâm chuyển mạch, do đó cho phép hầu hết các máy điện thoại đểliên lạc với nhau. Ban đầu là một mạng lưới các đường dây cố định tương tự hệthống thoại. Mạng PSTN hiện nay gần như hoàn toàn kỹ thuật số trong củamạng lõi và bao gồm điện thoại di động và các mạng khác, cũng như điện thoạicố định.Trong năm 1947 Bell Labs đã cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tếbào: Các máy đi động được tự do và chuyển vùng từ vùng tế bào này sang vùngtế bào khác. Các tế bào được thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng ( là vùng địalý được cung cấp dịch vụ di động), kết nối thành mạng thông qua chuyển mạchtổng đài đi động và được bố trí tại trung tâm vùng. Những người sử dụng diđộng có thể di chuyển được trong vùng phủ sóng của các trạm gốc (Basestation).Nhưng ý tưởng của Bell Labs đã không được sử dụng do hạn chế về mặt côngnghệ.Năm 1979 thì mạng di động tế bào đầu tiên đã được đưa vào sử dụng ở Mỹ vàphát triển rất nhanh do doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện trong việc sử dụng.Mạng đi động tế bào được ra đời nhờ các tiến bộ kỹ thuật về:- Có các hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dunglương cao.- Sử dụng kỹ thuật vi mạch : VLSI ra đời ( Very Large Scale Integrated Circuit)nó có thể tích hợp các linh kiện từ hàng trăm ngàn đến 10 6 transistor trong 1máy điện thoại di động. Do vậy có thể giải quyết được những khó khăn trongviệc truyền sóng di động.Hệ thống thông tin di động tế bào số hay còn được gọi là hệ thống thông tin diđộng (Mobile Systems) là hệ thống thông tinliên lạc được truy cập với nhiềuđiểm khác nhau (access point or base stations) trên một vùng tế bào hay còn gọilà các Cell.11Cell (tế bào hay ô): là đơn vị cơ sở của mạng mà tại đó trạm MS ( trạm diđộng) tiến hành việc trao đổi các thông tin với mạng thông qua trạm thu phátgốc BTS (Base Transceiver Stations)Hình 1.1. Cấu trúc mạng tế bào2. Phân loại hệ thống thông tin di động2.1. Phân loại theo đặc tính tín hiệu.- Analog: Thế hệ 1,thoại điều tần analog, các tín hiệu điều khiển đã được số hóatoàn bộ.- Digital: Thế hệ 2 và cao hơn, thoại, điều khiển đều số hóa. Ngoài dịch vụ thoạinó còn có khả năng phục vụ các dịch vụ khác như truyền số liệu,.....2.2. Phân loại theo cấu trúc hệ thống- Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp cac dịch vụ trên diện rộng với khả nănglưu động (roaming) toàn cầu (liên mạng).- Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụtrên diện hẹp, các giải pháp kỹ thuật đơn giản, không có khả năng roaming.- Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụđiện thoại vô tuyến với chất lương như điện thoại cố định cho một vành đaiquanh một tram gốc, không có khả năng roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịchvụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố địnhchưa phát triển.2.3. Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyếna.Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA12Mỗi thuê bao truy nhập mạng bằng 1 tần số, băng tần chung W được chia thànhN kênh vô tuyến. Mỗi một thuê bao truy nhập và liên lạc trên kênh liên lạc trênkênh con trong suốt thời gian liên lạc.+Ưu điểm: yêu cầu về đồng bộ không quá cao, thiết bị đơn giản.+Nhược điểm:- Thiết bị tram gốc cồng kềnh do có bao nhiêu kênh (tần số sóng mang kênhcon) thì tại trạm gốc phải có bấy nhiêu máy thu phát.- Cần phải đảm bảo các khoảng cách bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếmnhằm mục đích phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ daođộng. Các máy thu đường lên hoặc đường xuống chọn sóng mang cần thiết vàtheo tần số phù hợp.Như vậy để đảm bảo FDMA tốt thì tần số phải được phân chia và quy hoạchthống nhất trên toàn thế giới.b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMACác phổ mà quy định cho liên lạc thông tin di động được chia ra thành các dảitần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này sẽ dùng chung cho N kênh liên lạc. Trongmỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê baodùng chung một tần số song luân phiên nhau về thời gian, mỗi thuê bao được chỉđịnh cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.+Ưu điểm:-Trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy thu phát phục vụ đượcnhiều người truy nhập và được phân biệt nhau về thời gian.- Các tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số-Giảm nhiễu giao thoa+Nhược điểm:-Yêu cầu về đồng bộ ngặt nghèo.- Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn loạimáy điện thoại di động dùng kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu13trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còntrong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106/sc. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMACác thuê bao dùng chung một tần số trên suốt thời gian liên lạc. CDMA phânbiệt nhau nhờ kỹ thuật mã trải phổ khác nhau, nhờ đó hầu như không gây nhiễulẫn nhau.Những thiết bị mà người sử dụng được phân biệt với nhau nhờ dùngmột mã đặc trưng, riêng biệt không trùng với ai.+Ưu điểm:-Hiệu quả sử dụng phổ cao, có khả năng chuyển vùng miền và đơn giản trong kếhoạch phân bổ tần số.- Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thuphát).- Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz .- Những kỹ thuật trải phổ trong hệ thống truy nhập này cho phép tín hiệu vôtuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA+Nhược điểm:- Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo, chênh lệch côngsuất thu tại trạm gốc từ các máy di động trong một tế bào phải nhỏ hơn hoặcbằng 1dB, trái lại thì số kênh phục vụ được.-Kỹ thuật trải phổ phức tạp.Hình 1.2. Các công nghệ đa truy nhập2.4. Phân loại theo phương thức song song+ FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số). Nóđượcthu phát đồng thời ở 2 tần số khác nhau, phát 1 tần số và thu 1 tần số. Băng14tần công tác gồm 2 dải tần dành cho đường lên up-link từ MS tới BS và đườngxuống down-link từ BS tới MS. Đường lên luôn là dải tần thấp và MS có côngsuất nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che khuất. Khi đó với giải pháptần thấp hơn (bước sóng lớn hơn) thì khả năng bị che khuất giảm.+ TDD (Time Divition Duplex: Song công phân chia theo thời gian). Một tầnsố chia 8 khe thời gian.Khung thời gian công tác được chia đôi, 1 nửa chođường lên, 1 nửa cho đường xuống.II. Một số thế hệ mạng di độngCác thế hệ di động khác nhau đều có bốn khía cạnh chính là:-Truy cập vô tuyếnTốc độ dữ liệuBăng thôngCấu hình chuyển mạchHình 1.3.Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào.Thế hệ ra đời đầu tiên vào thập niên 80 là mạng thông tin thế hệ 1G, mạng này dùngtín hiệu tương tự (analog), băng thông khác nhau từ 10 đến 30 Khz tùy thuộc vào loạihệ thống và dịch vụ, dịch vụ chủ yếu là thoại. Tuy mạng này chứa đựng nhiều khuyếtđiểm về kỹ thuật nhưng nó đã đánh dấu sự đổi mới và là một bước ngoặt quan trọngtrong lịch sử truyền thông.Chính vì thế, để chứng kiến sự chuyển biến, thay đổi củamạng thông tin di động trên khắp thế giới thì vào đầu những năm 90 người ta người tacho ra đời thế hệ thứ hai là mạng 2G với băng thông số 200 MHz. Mạng 2G đượcphân ra làm 2 loại: dựa trên nền tảng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA vàdựa trên nền tảng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Để đánh dấu điểm mốc thờiđiểm bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của công nghệ D-AMPS (hay IS-136) trên nền15tảng TDMA được áp dụng ở Mỹ. Sau đó là mạng CdmaOne (hay IS-95) trên nền tảngCDMA được áp dụng phổ biến ở châu Mỹ và một phần châu Á. Tiếp theo là côngnghệ mạng GSM dựa trên nền tảng TDMA được ra đời đầu tiên tại châu Âu và sau đótriển khai trên toàn thế giới. Mạng 2G đã đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, tiêubiểu như khả năng di động,chất lượng thoại và hình ảnh đen trắng.Tiếp nối mạng 2Glà mạng thông tin di động thế hệ di động thứ ba là mạng 3G. Sự cải tiến nổi bậtnhấtcủa mạng 3G trong dịch vụ so với thế hệ 2G là khả năng đáp ứng truyền thông vớichuyển mạch gói tốc độ cao với băng thông rộng 5 MHz giúp cho việc triển khai cácdịch vụ truyền thông đa phương tiện với hình ảnh động. Mạng 3G với mô hình mạngUMTS dựa trên nền kỹ thuật công nghệ WCDMA và mạng CDMA2000 trên nềnCDMA.Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền Shannon:C=B.log2(1+S/N)Trong đó:-C là dung lượng kênh (bit/s)B là băng thông của hệ thống thông tin (Hz)S/N là tỉ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âmTheo chuẩn của ITU thì tỉ số S/N tầm 12 dB1.Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G (First Generation)TE MTUmBTSMSBTSTE MTMSUmA-bisBSCNMCADCOMCOMCPSTNABTSMSCBSGMSCISDNTE MTUmBTSMSBTSTE MTMSUmA-bisBSCBTSBSHLRVLRAUCEIRLAHình 1.4. Cấu trúc mạng cơ bản của hệ thống GSM16Trong đó:MS:Mobile Station (Trạm di động)MT:Mobile Termination(Đầu cuối di động).TE:Terminal Equipment (Thiết bị đầu cuối).Um:Giao diện vô tuyến giữa trạm cố định và trạm di động.BS:Base Station(Trạm gốc cố định).BSS :Base Station Systerm (Hệ thống trạm gốc).BTS :Base Tranceiver Station (Trạm thu phát gốc).BSC :Base Station Controller (Đài điều khiển trạm gốc).MSC :Mobile Switching Centre (Trung tâm chuyển mạch di động).NMC :Network Management Centre (Trung tâm quản lý mạng).OMC :Operation Maintenace Centre (Trung tâm khai thác và bảo trì).ADC :Administration Centre (Trung tâm quản trị điều phối).AUC :Authentication Centre(Trung tâm nhận thực thuê bao).EIR:Equipment Identity Register (Bộ ghi nhận thiết bị).HLR :Home Location Register (Bộ ghi định vị thường trú).VLR :Visistor Location Register (Bộ ghi định vị tạm trú).GMSC :Gateway MSC (Tổng đài cổng)PSTN :Public Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạchcông cộng)ISDN :Intergrated Service Digital Network (Mạng tích hợp số đa dịch vụ)LA: Location Area (Vùng định vị)Chức năng các trạm:Trạm di động (Mobile Station):là thiết bị mà một thuê bao sử dụng để truy nhập cácdịch vụ của hệ thống. MS có chức năng tạo kênh vật lý giữa BS và MS như quản lýkênh, thu phát vô tuyến, mã hóa và giải mã kênh, mã hóa và giải mã tiếng nói,… . Nógồm thiết bị đầu cuối TE và một đầu cuối di động MT.Trạm gốccố định (Base Station):có chức năng quản lý kênh vô tuyến bao gồm đặtkênh, giám sát chất lượng đường thông tin, phát các tin quảng bá và thông tin báo hiệuliên quan, cũng như điều khiển các mức công suất và điều khiển nhảy tần. Trạm BScòn có các chức năng khác như là mã hoá giải mã và sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số17hoặc phối hợp tốc độ số liệu, khởi đầu chuyển điều khiển HO trong nội bộ tế bào vềkênh tốt hơn cũng như mã tín hiệu báo hiệu và số liệu.Hệ thống trạm gốc (BSS- Base Station Systems): hệ thống này bao gồm:-Trạm thu phát gốc (BTS – Base Tranceiver Station)là một máy thu phát vô tuyến-được sử dụng để phủ sóng cho một tế bàoĐài điều khiển trạm gốc (BSC – Base Station Controler) có nhiệm vụ thực hiệnmọi chức năng kiểm soát trong BS như điều khiển HO, điều khiển công suấtHai trạm này kết nối với nhau bằng giao diện A-bis.Tổng đài thông tin di động(MSC – Mobile Switching Centre): MSC được kết nốituyến với BS thông qua giao diện A. Các chức năng của MSC bao gồm : điều khiểncuộc gọi, lập tuyến cuộc gọi, các thủ tục cần thiết để làm việc với các mạng khác(nhưPSTN, ISDN), các thủ tục liên quan tới quản lý quá trình di động của các trạm di độngnhư nhắn tin để thiết lập cuộc gọi, báo mới vị trí trong quá trình di động và nhận thựcnhằm chống các cuộc truy nhập trái phép, cũng như các thủ tục cần thiết để tiến hànhchuyển điều khiển.Trung tâm nhận thực (AUC – Authentication Centre): trung tâm nàylà một đơn vịcơ sở dữ liệu trong mạng, cung cấp các tham số mã mật và nhận thực cần thiết để giúpcho đảm bảo tính riêng tư (mật) của từng cuộc gọi và nhận thực quyền truy nhập củathuê bao đang tiến hành truy nhập mạng.Bộ ghi định vi thường trú(HLR – Home Location Register): là một đơn vị cơ sở dữliệu có chức năng dùng để quản lý các thuê bao di độngBộ ghi số nhận diện thiết bị (EIR – Equipment Identity Register): Bộ ghi số nhậndiện thiết bị nối tới MSC bằng một tuyến báo hiệu, cũng là một cơ sở dữ liệu chứathông tin liên quan đến thiết bị (con số nhận diện phần cứng của thiết bị di động) chophép MSC nhận biết được MS hỏng, bị lấy cắp hay đang gọi trộm.Bộ ghi định vị tạm trú (VLR – Visistor Location Register): là một khối có chứcnăng theo dõi mọi MS hiện có trong vùng MSC của nó hay không, kể cả MS đang hoạtđộng ở ngoài vùng HLR. VLR vì vậy là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin của mọi MShợp lệ hiện đang có trong vùng của nó.Mỗi MSC có một VLR duy nhất.Vùng màMSC/VLR quản lý gọi là vùng phục vụ MSC/VLR.18Thế hệ di động 1G là thế hệ di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giớiđược thiết kế vào năm 1970 và cho ra mắt năm 1984. Nó dựa trên công nghệ vôtuyến tương tự, dịch vụ đơn thuần là thoại.Nó sử dụng phương thức đa truy nhậpFDMA.Các hệ thống giao tiếp thông tin được kết nối bằng tín hiệu analog, sửdụng các anten thu phát sóng gắn ngoài. Nó kết nối các tín hiệu analog này tớicác trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắntrong các máy di động, tích hợp cả 2 module thu tín hiệu và phát tín hiệu. Dovậy mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to, cồngkềnh, chất lượng thấp và bảo mật kém.Hình 1.5. Điện thoại thế hệ 1GỞ thế hệ mạng di động thông tin đầu tiên, có tần số chỉ 150MHz nhưng nócũng được phân ra khá nhiều chẩn kết nối và được chia theo từng phân vùngriêng trên thế giới như:+ NMT (Nordic Mobile Telephone) là một hệ thống tương tự cho truyềnthông di động chuẩn dành cho Nga và các nước Bắc Âu (như Na Uy, PhầnLan,Iceland,Đan Mạch, Thụy Điển)+AMPS (Advanced Mobile Phone System) là một hệ thống tương tự của điệnthoại di động tiêu chuẩn được phát triển bởi phòng thí nghiệm Bell. Đã đượcchính thức giới thiệu vào châu Mỹ năm 1983.+TACS (Total Access Communications System: hệ thống tổng truy nhập thôngtin) là các hệ thống lỗi thời của AMPS, sử dụng tại Anh.2.Hệ thống thông tin di động thế hệ 2G (Second Generation)Thế hệ di động 2G được áp dụng bằng tín hiệu kỹ thuật số digital thay cho tínhiệu tương tự analog của thế hệ 1G. Hay nói cách khác nó là thế hệ có kết nối19thông tin di động mang tính đột phá có sự cải cách, đổi mới hoàn toàn, khác hẳnso với thế hệ đầu tiên. Kể từ khi được thay đổi mô hình từ công nghệ tương tựanalog sang công nghệ kỹ thuật số digital, mạng 2G đem lại cho người sử dụngđi động có được 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài như là :+ Các dữ liệu được mã hóatheo dạng kỹ thuật số, chất lương thoại tốt hơn, dunglương tăng.+ Có phạm vi kết nối rộng hơn thế hệ 1G.+ Có sự xuất hiện của tin nhắn dưới dạng văn bản-SMS.Khi tín hiệu thoại được thu nhận nó sẽ mã hóa thành tín hiệu kỹ thuật số dướidạng nhiều mã hiệu (codecs). Nó còn cho phép nhiều gói mã thoại được lưuchuyển trên cùng một băng thông, cho nên nó còn tiết kiệm được thời gian vàchi phí.Các tiêu chuẩn 2G liên tục được cải thiện, cùng có nhiều dạng kết nối mạngtùy theo yêu cầu sử dụng từng thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốcgia:+ GSM (Global System for Mobile Communication) sử dụng phương thức truynhập TDMA và song công FDD. Đầu tiên được áp dụng tại Châu Âu, sau đó trởthành chuẩn chungở 6 Châu lục và nó vẫn còn đang được sử dụng với hơn 80%nhà cung cấp mạng thông tin di động toàn cầu. GSM là công nghệ truyền thôngcó được tốc độ nhanh nhất từ trước đến nay+ IS-95 hay còn gọi là CDMA One, dựa trên nền tảng kỹ thuật đa truy nhậpCDMA đã được sử dụng phổ biến tại Mỹ và một số nước Châu Á như Hàn Quốcvà chiếm gần 17% các mạng toàn cầu.+ PDC (Personal Digital Cellular ) dựa trên nền tảng TDMA tại Nhật Bản.+ IS-136 hay còn được gọi là D-AMPS (Digital-AMPS) dựa trên nền tảngTDMA song công TDD. Nó là chuẩn kết nối phổ biến và được sử dụng nhiềunhất tính đến thời điểm này,được sử dụng hầu hết ở Hoa Kỳ cũng như các nướctrên thế giới.203.Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G (Third Generation)Thế hệ 3G là thế hệ mạng truyền thông di động thứ ba, nó ra đời sau nên thế hệnày cải tiến rõ nét so với các thế hệ trước đó. Nó giúp cho người sử dụng điệnthoại di động truyền tải cả thông tin dữ liệu thoại, thông tin đa phương tiện nhưtin nhắn nhanh,âm thanh, hình ảnh, hình ảnh động… và cả thông tin dữ liệungoài thoại như tải dữ liệu gửi email, video clips, … .Đặc biệt với người dùng diđộng thế hệ 3G, mạng 3G cung cấp dịch vụ truyền tải dữ liệu như xem ti vi trựctuyến, online, chat, … .Thế hệ 3G cũng cung cấp cả hai hệ thống chuyển mạchđó là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh.Mạng 3G cho phép truyền tải tốcđộ dữ liệu cao, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác.Nó chủ yếusử dụng phương thức đa truy nhập CDMA.Vì nó ra đời sau thế hệ 1G và 2G nên công nghệ mạng 3G cũng được xem nhưlà một chuẩn IMT – 2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU). Lúc đầu 3Gđược dự kiến là một chuẩn thống nhất trên toàn thế giới, nhưng trên thực tế thếgiới 3G đã bị chia thành 4 phần riêng biệt:+ UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) đôi khi còn được gọilà 3GSM,dựa trên công nghệ truy nhập vô tuyến W-CDMA, dùng cả FDD vàTDD. Tốc độ dữ liệu tốt đatheo lý thuyết là 1920Kbps (đạt gần 2Mbps) nhưngtrong thực tế tốc độ này chỉ khoảng 384Kbps thôi.Nó phù hợp với các nhà mạngkhai thác dịch vụ di dộng sử dụng GSM, phổ biến ở các nước châu Âu và mộtphần châu Á (trong đó có Việt Nam).Hệ thống UMTS đã được tiêu chuẩn hóabởi tổ chức 3GPP và đó cũng là tổ chức chịu trách nhiệm chuẩn cho GPRS,GSM.+ Hệ thống CDMA 2000 là thế hệ mạn kế tiếp của chuẩn 2G CDMA và IS-95.Công nghệ CDMA 2000 được quản lý và chuẩn hóa bởi 3GPP2 đây là một tổchức độc lập, riêng biệt với 3GPP và đã có nhiều kỹ thuật công nghệ truyềnthông khác nhau được sử dụng trong CDMA 2000 bao gồm 1xRTT (RadioTransmission Technology, CDMA2000-1xEV-DO (Evolution-Data Optimized)và CDMA2000-1xEV-DV (Evolution-Data Voice). Công nghệ CDMA 200021cho phép cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s, chuẩn này đãđược tổ chức ITU phê duyệt.+ HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): tăng tốc độ downlink(đường xuống, từ BS tới MS) tốc độ tối đa theo lý thuyết là 14,4Mbps, nhưngmà trên thực tế nó chỉ đạt khoảng tầm 1,8Mbps.+ HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): giúp tăng tốc độ uplink (đườnglên) và cải tiến được chất lượng dịch vụ QoS. Nó cho phép upload lên đến tốcđộ 5,8Mbps theo lý thuyết.Hình 1.6. Sự phát triển của công nghệ mạng di độngThê hệ di độngNăm thiết kếNăm thực hiệnDịch vụ1G19701984Chủ yếu là thoại2G19801991Chủ yếu cho thoại3G19902002Truyền dẫn thoạikết hợp với dịch vụ và dịch vụ số liệubản tin ngắn, hình đa phương tiện vớiảnh đen trắnghình ảnh động, gửiemail, chat, tải dữliệu,tinnhắnnhanh, hình ảnh,Tín hiệuTương tựKỹ thuật số22âm thanh, …Tín hiệu sốTốc độ truyềnBăng thông1.9 Kb/s14.4 Kb/stừ 10 đến 30 KHz tùy 200 KHzthuộcvàoloại2 Mb/s5 MHzhệthống và dịch vụ.Công nghệ+AMPS(AdvancedMobile+GSM(Global +UMTS (UniversalPhone System for Mobile MobileSystem).Communication).+TACS(Total+IS-136 hay còn n System.AccessđượcCommunicationsAMPSSystem).AMPS).SpeedDownlink+NMT(Nordic+ IS-95hay còn gọi PacketAccess).Mobile Telephone).là CDMA One.+PDCgọilàTelecommunicatioD- +CDMA 2000.(Digital- + HSDPA (High-+HSUPA(Personal Speed(HighUplinkPhương thức đa FDMADigital Cellular ).TDMA, CDMAPacket Access).CDMAtruy nhậpCorenetwork PSTNPSTNPacket network(mạng lõi)Chuyển mạchĐặc điểmVật lýVật lýVật lý + GóiChất lương thấp, bảo Dung lượng tăng, Có cả chuyểnmật kém, cồng kềnhtốc độ tốt hơn.mạchkênhvàchuyển mạch gói,chất lượng tốt hơnso với thế hệ trướcBảng 1.1.Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bảnIII. Kết luận chương ITrong chương I : “Tổng quan về hệ thống thông tin di động” thì chương nàyđã đề cập đến nhiều vấn đề về lịch sử phát triển, quá trình hình thành của hệthống thông tin di động từ 1G đến 3G với các công nghệ đa truy cập như làFDMA, TDMA, CDMA mà người ta áp dụng của các thế hệ trước.23Từ đó giúp em hiểu thêm, nắm bắt những vấn đề cơ bản, cốt lõi trọng tâmnhất mà một phần nào đó nó làm tiền đề để còn áp dụng cho các hệ thống saunày.CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4GI.Giới thiệu chungDo ở thế hệ 3G tuy có nhiều cải tiến mới nhưng nó vẫn còn nhiều nhược điểmnhư:-Khó khăn trong việc tăng băng thông liên tục cùng với sự tồn tại của cácdịch vụ khác nhau cần có băng thông và chất lương dịch vụ QoS khác nhau,rất khó tăng tốc độ dữ liệu cao để có thể đáp ứng được yêu cầu của các dịchvụ đa phương tiện.-Bị giới hạn phổ và phân bố phổ-Khả năng lưu động (roaming) từ môi trường dịch vụ này tới môi trườngdịch vụ khác ở các băng tần là rất khó.Cho nên cho ra đời thế hệ 4G sẽ phải có tốc độ truyền thông tin dữ liệu caohơn, với những công nghệ trong mạng 4G người dùng di động tốc độ có thểđạttới 100Mbps. Còn đối với người dùng cố định tốc độ có thể đạt tới 1Gbps.Mạng di động thế hệ 4G là công nghệ truyền thông tin không dây thế hệ thứtư, đã được đưa vào sử dụng và khai thác tại một số quốc gia trên thế giới từnăm 2012. Nó cho phép người dùng truyền tải dữ liệu với tốc độ truyền dẫn tốiđa trong điều kiện lý tưởng đạt tới 1 - 1,5 Gbit/s. Công nghệ 4G với sự đột phávề dung lượng nên có thể nói nó là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây.Các dịch vụ trong di động 4G không những có khả năng cung cấp băng thôngrộngvợi sự hỗ trợ của chức năng quản lý chất lượng dịch vụ QoS (Quality ofService) mà các ứng dụng truy cập mạng không băng tần rộng (Wireless24roadband access) với dung lượng lớn, chất lương tốt , truyền dẫn tốc độ cao,cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao với cáctrò chơi đồ họa 3D linh hoạt với các dịch vụ âm thanh số, tin nhắn đa phươngtiện MMS. Mà nó còn hỗ trợ các dịch vụ hệ thống tương tác đa phương tiện nhưtruyền hội nghị, Internet không dây, có tính di động toàn cầu cao và tính dichuyển dịch vụ, giá thành hạ, truyền hình trực tuyến với độ phân giải cao(HDTV), truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB (Digital Video Broadcasting) vàcác loại hình dịch vụ mà cần đến băng thông rộng khác. Trong tương lai mạng4G có thể thay thế được một cách hoàn hảo các đường truyền Internet cố địnhtrong đó có cả cáp quang với tốc độ không thua kém,tính di động cao vàvùngphủ sóng rộng hơn. Hệ thống này nó sẽ tác động mạnh mẽ tới nhiều lĩnh vực cụthể như:-Trong lĩnh vực khoa học giáo dục: với sự tiên tiến của các thiết bị đầu cuối.Các sinh viên, học sinh, nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi thông tin, hìnhảnh cần thiết cho việc học tập cũng như nghiên cứu.-Trong lĩnh vực giải trí: có thể truy cập trò chơi, hình ảnh, âm nhạc online , …ở bất cứ nơi nào trong hay ngoài nước có hệ thống 4G với nội dung phong phúđa dạng.-Trong lĩnh vực thương mại: ứng dụng trao đổi hàng hóa như thông tin về sảnphẩm, đặt hàng thông qua thiết bị di động.-Trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe: các dữ liệu về sức khỏe con ngườiđược gửi tự động đến bệnh viện hay bác sỹ theo thời gian thực từ các thiết bịđược mang trên người để cho các bác sỹ tư vấn và điều trị.II.Mô hình cấu trúc mạng 4G1.Yêu cầu cấu trúc mạng mới của mạng 4GĐể đảm bảo mục đích cho phép người sử dụng có thể truy nhập và khai tháccác tính năng mới trong mạng với chất lương tốt, tính di động, tốc độ cao, antoàn và bảo mật. Do vậy mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết nhưsau:25

Trích đoạn

• Sử dụng các điều chế và mã hóa thích ứng (AMC Adaptation and Modulation Coding)
• Kiến trúc Roaming
• CHƯƠNG III: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G I.Giới thiệu chung
• Công nghệ đa lõi cấu hình lại(Reconfigurable Multi-Technology Core: RMTC)

Tài liệu liên quan

• Đồ án tốt nghiệp hệ thống thông tin quang
  • 124
  • 1
  • 4
• Đồ án tốt nghiệp Hệ thống đường ống biển
  • 133
  • 899
  • 0
• đồ án tốt nghiệp - hệ thống báo hiệu số
  • 95
  • 937
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp : Hệ thống điều khiển tự động chọn món
  • 81
  • 644
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp : Hệ thống gọi số khách hàng tự động
  • 106
  • 629
  • 1
• Đồ án tốt nghiệp : Hệ thống tín cước điện thoại
  • 91
  • 572
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống năng lượng tàu Als Albatross đi sâu tính toán công suất trạm phát điện và chọn máy phát điện
  • 90
  • 589
  • 0
• Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống quản lý nhân sự
  • 87
  • 918
  • 0
• đồ án tốt nghiệp- hệ thống thông tin quang
  • 74
  • 1
  • 7
• ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Hệ thống quản lý buôn bán máy tính của công ty cổ phần vận tải và thương mại CPN Việt Nam potx
  • 35
  • 616
  • 0

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(4.95 MB - 70 trang) - Đồ án tốt nghiệp HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G Tải bản đầy đủ ngay ×