- 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG. - Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động. - 9 1.2.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G. - 10 1.2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G. - 10 1.2.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G. - 12 1.2.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G. - 13 1.2.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G. - 15 1.2.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G. - Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm – 5G. - 17 1.3.1 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động 5G. - 56 2.1 Hệ thống MIMO quy mô lớn. - 56 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 4 2.2 Vai trò của định hướng đa búp sóng trong hệ thống MIMO quy mô lớn. - 57 2.2.3 Tăng cường bảo mật hệ thống. - WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng ZF Zero – Forcing Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1– Tổng quan hệ thống thông tin di động. - 65 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 7 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 - Lộ trình phá triển của hệ thống thông tin di động. - 9 Hình 1.2 - Khối khả năng của hệ thống 5G trong tương lai. - 18 Hình 1.3 - Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS. - 25 Hình 1.8 - Mạng lõi Nano trong hệ thống 5G. - 36 Hình 1.16 - Các lớp mạng trong hệ thống 5G. - 65 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 8 LỜI MỞ ĐẦU Sau hơn 30 năm hình thành và phát triển, nếu như khởi đầu các hệ thống thông tin di động như 1G, 2G chủ yếu cung cấp các dịch vụ thoại, tin nhắn thì đến thế hệ 3G, 4G các dịch vụ đa phương tiện đã được tích hợp. - Các hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (5G), sẽ được hỗ trợ bởi các công nghệ tạo ra những cải tiến đáng kể về thông lượng. - Nội dung luận văn gồm 3 phần: Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động. - Em xin chân thành cảm ơn! Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. - Đồng thời chương này cũng trình bày tổng quan về mô hình hệ thống, các kỹ thuật và dịch vụ trong hệ thống thông tin di động 5G. - Hình 1.1 - Lộ trình phá triển của hệ thống thông tin di động. - Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động được phát triển theo hướng: 1G GSM (2G. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 10 1.2.1 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. - Những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G. - Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau. - 1.2.2 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. - Một số hệ thống thông tin di động 2G điển hình: Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 11 • GSM (Global System for Mobile Communication): được triển khai đầu tiên tại Châu Âu vào năm 1991. - Các hệ thống GSM phổ biến. - Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á. - Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 12 Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Mỹ, Hàn Quốc, Hồng Kông, Nhật Bản, Singapore và một số nước Đông Á. - Hệ thống thông tin di động 2G co những ưu điểm sau. - Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 2G. - 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. - 1.2.3 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. - Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2,5G: Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 13 - 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. - 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. - 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. - HSDPA thường được biết đến như là hệ thống thông tin di động 3,5G. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 15 1.2.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) Công nghệ tiền 4G là bước chuẩn bị để nâng cấp từ công nghệ 3G lên 4G, ở một số nơi, người ta còn gọi đây là mạng 3,9G. - Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 3G. - 1.2.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) Vào tháng 3 năm 2008, tổ chức ITU-R đã đưa ra các yêu cầu tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) với tên gọi IMT – Advanced. - Theo IMT – Advanced, hệ thống thông tin di động 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau. - Xây dựng dựa hệ thống mạng IP chuyển mạch gói. - Hiện nay, chỉ có hai hệ thống đáp ứng được các yêu cầu trên và được ITU công nhận là hệ thống thông tin di động 4G, đó là: LTE-Advanced (được phát triển bởi 3GPP) và WirelessMAN-Advanced (được phát triển bởi IEEE). - Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 4G. - Yêu cầu thành phần hệ thống phức tạp. - Tốc độ dữ liệu cao hơn hệ thống hiện tại từ 10 đến 100 lần. - Hình 1.2 - Khối khả năng của hệ thống 5G trong tương lai. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 20 1.3.2 Kiến trúc mạng di động 5G Năm 2012, Ủy ban Châu Âu (European Commission) đã chi ra triệu Euro để đầu tư vào nghiên cứu việc triển khai hệ thống thông tin di động 5G vào năm 2020. - Mục tiêu của dự án là xây dựng nền tảng cho một hệ thống thông tin di động và không dây trong tương lai. - METIS đã cung cấp kiến trúc cùng với những công nghệ cần thiết để có thể triển khai hệ thống 5G. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 21 Hình 1.3 - Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS). - Tuy nhiên, hệ thống BTS trong C-RAN lại khác. - Những phương tiện này sẽ cung cấp thêm dung lượng thông tin và mở rộng vùng phủ của hệ thống truyền thông di động. - Sự ra đời của UDN đã làm giảm đi vai trò của Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 24 hệ thống Cell truyền thống, các thiết bị cầm tay ở trong các khu vực lân cận nhau có thể giao tiếp với nhau thông qua truyền thông D2D (Divive-to-Divice Communication). - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 26 ❖ Truyền thông trực tiếp: Làm sao có thể tận dụng được một cách linh hoạt và triệt để nguồn tài nguyên tần số trong hệ thống 5G để thiết kế được liên kết truyền thông trực tiếp D2D vẫn là một vấn đề cần quan tâm. - Hình 1.8 - Mạng lõi Nano trong hệ thống 5G. - Những chiếc điện thoại được sử dụng trong hệ thống 5G lõi Nano đươc gọi là Thiết bị Nano (NE – NanoEquipment). - Ta có thể sử dụng hệ thống Xử lý tín hiệu số DSP để đám ứng những yêu cầu này. - Giảm độ trễ hệ thống. - Hỗ trợ cho nhiều hệ thống truy cập khác nhau. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 39 Với kiến trúc không dây mở, chúng ta có thể truy cập vào các hệ thống mạng không dây của các thế hệ di động khác nhau mà không cần phải thay đổi thiết bị đầu cuối di động. - Các hệ thống mạng trong hệ thống 5G sẽ sử dụng IPv6 di động MIPv6 (Mobile Internet Protocol Version 6). - Như vậy, vấn đề về cự ly sẽ được giải quyết trong các hệ thống di động tương lai. - Độ lợi hệ thống tăng hơn 10dB. - Có khả năng thích ứng với các hệ thống khác. - Ghép kênh Hiện nay, hầu hết các hệ thống mạng đều ghép kênh bằng việc sử dụng kỹ thuật OFDM. - Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường. - Cung cấp phổ hiệu quả, phù hợp với nhiều hệ thống. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 56 CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG CỦA KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG 2.1 Hệ thống MIMO quy mô lớn Các hệ thống MIMO đã nhận được sự chú ý đáng kể do số lượng người dùng được phục vụ ngày càng tăng và nhu cầu ngày càng tăng đối với lượng lớn dữ liệu. - Các hệ thống MIMO đa người dùng có thể cung cấp một kỹ thuật đột phá để cải thiện hiệu quả phổ trong truyền thông không dây. - Trong các hệ thống MIMO quy mô lơn, một lượng lớn ăng ten (hàng trăm hoặc hàng nghìn) được kết nối với BS đồng thời hoạt động với số lượng đáng kể (hàng chục hoặc hàng trăm) thiết bị đầu cuối sử dụng tài nguyên tần số sóng mang và thời gian tương tự. - Định nghĩa của định hướng đa búp sóng trong các hệ thống MIMO quy mô lớn khác một chút so với các định nghĩa đã nói ở trên. - Hiệu quả năng lượng của các hệ thống MIMO quy mô lớn có thể được tăng lên đáng kể bằng cách triển khai một lượng lớn các thành phần Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 57 ăng ten định dạng chùm tại. - Tuy nhiên, các kỹ thuật búp sóng vẫn có thể góp phần cải tiến hơn nữa các hệ thống truyền thông không dây trong tương lai. - do đó, tốc độ dữ liệu có thể được tăng lên bằng cách sử dụng các hệ thống MIMO quy mô lớn. - Tuy nhiên, một hệ thống chùm hẹp cố định Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 59 không phù hợp cho các ứng dụng di động. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 61 CHƯƠNG 3: PHÂN LOẠI KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG 3.1 Giới thiệu chương Kỹ thuật đa búp sóng được sử dụng trong ăng ten thông minh để truyền và nhận tín hiệu trong các hệ thống MIMO quy mô lớn. - do đó, nó không được áp dụng trong các hệ thống MIMO quy mô lớn. - Ngược lại, các hệ thống mảng thích ứng có tùy chọn để tạo ra búp sóng cho mỗi người dùng. - Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 65 Bảng 3.1: So sánh giữa hai phương pháp về phạm vi bao phủ, công suất, triệt nhiễu và độ phức tạp Thông số Đa búp sóng chuyển mạch Đa búp sóng thích ứng Vùng phủ và công suất Vùng phủ sóng và công suất tốt hơn so với các hệ thống ăng ten thông thường. - Độ phức tạp và giá thành - Dễ dàng thực hiện trong các hệ thống di động hiện có. - Hình 3.2 - Đa búp sóng thích nghi (a) và đa búp sóng chuyển mạch (b) Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Lê Trọng Hiến – CA170268 Page 66 3.3 Các thuật toán định hướng đa búp sóng thích ứng Trong các mảng ăng ten đa búp sóng, tín hiệu nhận được ở mỗi phần tử ăng ten của mảng ăng ten được tích hợp một cách thích ứng để nâng cao hiệu quả chung của hệ thống truyền thông không dây. - Việc triển khai định hướng đa búp sóng kỹ thuật số không phù hợp với các hệ thống MIMO quy mô lớn bởi vì định hướng đa búp sóng truyền thống được thực hiện tại dải cơ sở, giúp kiểm soát pha và biên độ của tín hiệu. - Khái niệm định hướng đa búp sóng lai, là một hỗn hợp của định dạng đa búp sóng kỹ thuật số và tương tự, được áp dụng rộng rãi cho các hệ thống MIMO quy mô lớn. - Các loại hệ thống đa búp sóng lai khác nhau đã được thiết kế và đề xuất bởi nhiều nhà nghiên cứu. - (2013) đã thiết kế một máy tạo búp sóng lai và so sánh định hướng đa búp sóng lai và kỹ thuật số trong trường hợp các hệ thống MIMO quy mô lớn có nhiều đường xuống. - Định hướng đa búp sóng thích nghi phù hợp hơn cho các hệ thống MIMO quy mô lớn so định hướng đa búp sóng chuyển mạch vì khả năng loại bỏ nhiễu và giảm tiêu thụ điện năng. - Cuối cùng, chúng ta có thể đạt được một búp sóng tối ưu cho các hệ thống MIMO quy mô lớn bằng cách triển khai kết hợp giữa định hướng đa búp sóng tương tự và kỹ thuật số trong các dải sóng mm kết hợp với thuật toán tối ưu. - Việc triển khai định hướng đa búp sóng tối ưu như vậy sẽ cung cấp hiệu suất cao nhất trong các hệ thống MIMO quy mô lớn, đáp ứng các yêu cầu của hệ thống truyền thông không dây thế hệ tiếp theo
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt