document4g

6
4G - Hthng thông tin di động ca tương lai KS. Nguyn Trung Kiên I. GII THIU Hthng thông tin di động thế h3G (Third-generation) được tiêu chun hoá bi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), bt đầu được phát trin ti Nht Bn vào tháng 10 năm 2001. Tđó đến nay 3G đã phát trin mt cách nhanh chóng và đóng mt vai trò quan trng trong vic phát trin các loi dch vđa phương tin trong đó phi kđến dch vVideo. Vi xu hướng phát trin như hin nay, chúng ta tin rng trong tương lai không xa thông tin di động sđóng mt vai trò quan trng hơn na trong đời sng hàng ngày, và sdng đin thoi di động là mt phn không ththiếu ca người dân trong mi hot động. Chính vì lý do này, thế hthông tin di động mi, thế h4G, cn phi có nhng tính năng vượt tri hơn so vi khnăng ca IMT-2000. Nghiên cu, nm bt và phát trin hthng thông tin di động 4G là mt yêu cu cn thiết hin nay, phù hp vi xu thế phát trin chung ca ngành vin thông. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày nhng nét cơ bn nht liên quan đến nhng yêu cu vphm cht và khnăng ca hthng 4G cn phi đáp ng. Đi kèm theo đó là nhng vn đề kthut và cu hình hthng để đảm bo nhng yêu cu này. II. CÁC YÊU CU VÀ MC TIÊU THIT KHTHNG II.1. Nhng yêu cu 1. Thông tin băng rng Ttrước đến nay, lưu lượng trên mng thông tin di động vn chyếu là lưu lượng thoi. Hthng thế h2G, hthng tế bào scá nhân PDC (Personal Digital Cellular) đã gii thiu các dch vI-mode. Nhng dch vđang được phbiến hin nay như: truy cp Internet, thương mi đin t, e-mail. Nhng dch vnày chyếu là thông tin dliu da trên văn bn qua mng tế bào. Hthng IMT-2000 đề xut nhng dch vtc độ cao t64 đến 384 kbit/s, và tllưu lượng sliu trên thoi tăng lên. Tuy nhiên, sphát trin mnh ca các dch vbăng rng như ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), các hthng truy nhp cáp quang, các mng LAN cơ quan, gia đình đã làm tăng nhu cu sdng các dch vtương đồng ca mng thông tin di động. 2. Chi phí thp Khi các dch vbăng rng phát trin, các thuê bao có thtrao đổi rt nhiu loi thông tin vi nhau, tuy nhiên hli không sn sng trmt chi phí quá cao cho lượng thông tin trao đổi quá nhiu như vy. Vì vy cn phi gim giá cước ca các dch vxung bng hoc thp hơn giá cước ca các dch vhin ti. Hthng IMT-2000 đã gim mc cước tính theo bít đưa ra các mc giá tương đối thp, nhưng hthng 4G đòi hi mt kênh băng thông rng vi mc giá thm chí thp hơn mc giá theo bit mà IMT-2000 đưa ra. 3. Vùng phsóng rng Mt trong nhng đặc tính ca thông tin di động là có mt khp mi nơi mi lúc. Nhng khnăng này cũng là mt tiêu chí quan trng cho sphát trin ca thông tin di động trong tương lai. Khi mt hthng mi đầu tiên được gii thiu thì nói chung rt khó khăn trong vic cung cp mt vùng phsóng rng như mng hin có, và khách hàng skhông mua các thiết bđầu cui mi nếu hbgii hn vùng phsóng. Nhng thiết bcó màn hình hin thln, như PDAs (Personal Digital Assistans) và máy tính cá nhân vi khnăng kết ni không dây ngày càng được sdng phbiến. Gn lin vi nhng thiết bnày là các dch vcao cp và thường được sdng trong nhà, vì vy chúng ta cn đưa ra các dch vvi vùng phsóng trong nhà tt.

Upload: huyen-duong

Post on 26-Nov-2015

2 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

  • 4G - H thng thng tin di ng ca tng lai KS. Nguyn Trung Kin

    I. GII THIU H thng thng tin di ng th h 3G (Third-generation) c tiu chun ho bi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), bt u c pht trin ti Nht Bn vo thng 10 nm 2001. T n nay 3G pht trin mt cch nhanh chng v ng mt vai tr quan trng trong vic pht trin cc loi dch v a phng tin trong phi k n dch v Video. Vi xu hng pht trin nh hin nay, chng ta tin rng trong tng lai khng xa thng tin di ng s ng mt vai tr quan trng hn na trong i sng hng ngy, v s dng in thoi di ng l mt phn khng th thiu ca ngi dn trong mi hot ng. Chnh v l do ny, th h thng tin di ng mi, th h 4G, cn phi c nhng tnh nng vt tri hn so vi kh nng ca IMT-2000. Nghin cu, nm bt v pht trin h thng thng tin di ng 4G l mt yu cu cn thit hin nay, ph hp vi xu th pht trin chung ca ngnh vin thng.

    Trong bi bo ny, chng ti trnh by nhng nt c bn nht lin quan n nhng yu cu v phm cht v kh nng ca h thng 4G cn phi p ng. i km theo l nhng vn k thut v cu hnh h thng m bo nhng yu cu ny.

    II. CC YU CU V MC TIU THIT K H THNG II.1. Nhng yu cu 1. Thng tin bng rng

    T trc n nay, lu lng trn mng thng tin di ng vn ch yu l lu lng thoi. H thng th h 2G, h thng t bo s c nhn PDC (Personal Digital Cellular) gii thiu cc dch v I-mode. Nhng dch v ang c ph bin hin nay nh: truy cp Internet, thng mi in t, e-mail. Nhng dch v ny ch yu l thng tin d liu da trn vn bn qua mng t bo. H thng IMT-2000 xut nhng dch v tc cao t 64 n 384 kbit/s, v t l lu lng s liu trn thoi tng ln. Tuy nhin, s pht trin mnh ca cc dch v bng rng nh ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), cc h thng truy nhp cp quang, cc mng LAN c quan, gia nh lm tng nhu cu s dng cc dch v tng ng ca mng thng tin di ng.

    2. Chi ph thp

    Khi cc dch v bng rng pht trin, cc thu bao c th trao i rt nhiu loi thng tin vi nhau, tuy nhin h li khng sn sng tr mt chi ph qu cao cho lng thng tin trao i qu nhiu nh vy. V vy cn phi gim gi cc ca cc dch v xung bng hoc thp hn gi cc ca cc dch v hin ti. H thng IMT-2000 gim mc cc tnh theo bt v a ra cc mc gi tng i thp, nhng h thng 4G i hi mt knh bng thng rng vi mc gi thm ch thp hn mc gi theo bit m IMT-2000 a ra.

    3. Vng ph sng rng

    Mt trong nhng c tnh ca thng tin di ng l c mt khp mi ni mi lc. Nhng kh nng ny cng l mt tiu ch quan trng cho s pht trin ca thng tin di ng trong tng lai. Khi mt h thng mi u tin c gii thiu th ni chung rt kh khn trong vic cung cp mt vng ph sng rng nh mng hin c, v khch hng s khng mua cc thit b u cui mi nu h b gii hn vng ph sng. Nhng thit b c mn hnh hin th ln, nh PDAs (Personal Digital Assistans) v my tnh c nhn vi kh nng kt ni khng dy ngy cng c s dng ph bin. Gn lin vi nhng thit b ny l cc dch v cao cp v thng c s dng trong nh, v vy chng ta cn a ra cc dch v vi vng ph sng trong nh tt.

  • 4. Dch v a dng v d s dng

    i tng s dng thng tin di ng rt a dng v rt khc nhau. Trong tng lai, chng ta hy vng c th nng cao phm cht v chc nng h thng c th cung cp nhiu loi hnh dch v, khng ch l cc dch v thoi truyn thng m cn truyn cc thng tin lin quan n tt c nm gic quan ca con ngi. V thu bao phi d dng s dng cc dch v ny (d dng ci t, d dng kt ni, ).

    II.2. Mc tiu thit k Mc tiu thit k h thng p nhng yu cu trn y c minh ho trn Hnh 1. Coi thng tin d liu v video l dch v chnh, h thng 4G phi cung cp tc truyn dn cao hn vi dung lng ln hn (c v s lng thu bao l lu lng) IMT-2000.

    Bt u cc dch v mi datrn nhng kh nng mi

    Cc dch v cao cp nh nngcao phm cht, tnh nng mng

    Tc truyn dn: 384 kbit/sDung lng h thng

    Chi ph

    H thng trm gcThi gian tr

    y100 Mbit/s (tc cao nht cami trng di ng); 1Gbit/s (tc ti a ca mi trng trong nh)ygp 10 ln h thng 3Gy1/10 n 1/100 trn btyAll IP

    y50 ms hoc nh hn

    H tng dch v mi- Trin khai nhanh cc dch v mi- D dng trin khai cc dch v miKt ni v chuyn giao linh hot gianhiu h thng truy nhp

    H thng IMT-2000 H thng 4G Hnh 1: Mc tiu thit k h thng 4G

    Hin nay, coi tc chnh l cht lng truyn dn, mng LAN t c tc t 10 n 100 Mbit/s, v tc ca mng ADSL cng t c 2-3 Mbit/s. Mc tiu thit k h thng thng tin di ng l t tc xp x 100 Mbit/s i vi mi trng ngoi tri v c Gbit/s vi mi trng trong nh. S khng c ch cho mng thng tin di ng th h mi nu khng c tc ln hn t nht 10 ln tc hin ti ca IMT-2000. m thng tin thi gian thc gia cc thit b u cui vi nhau th h thng mi cn phi gim thi gian tr truyn dn xung di 50 ms. Gi s rng cc dch v trong tng lai s da trn truyn dn IP (Internet Protocol), hiu qu truyn dn gi IP qua mng v tuyn cng cn phi tnh n. H thng mi bn cnh vic nng cao dung lng truyn dn phi m bo c vic gim chi ph. Chi ph tnh trn 1 bt truyn dn phi gim xung bng 1/10 hoc 1/100 mc chi ph hin ti bng cch gim chi ph thit b h tng, chi ph hot ng v chi ph xy dng. Mc tiu thit k c cp trn y tp trung vo nhng dch v c phm cht tt hn cc dch v hin ti, v d dng s dng. iu m nhng nh i tin phong trong th trng dch v 4G cn phi lu l kh nng tch hp h thng LAN khng dy trong nh vi h thng hu tuyn v thc hin trin khai cc dch v mi trong thi gian ngn.

    III. Nhng vn c bn trong cu hnh h thng 4G III.1. Nhng vn k thut Vn k thut cn thit i vi mng thng tin di ng th h 4G p ng nhng yu cu c nu ra phn trn c trnh by trn hnh 2.

    1. Dung lng ln v tc truyn dn cao

  • IMT-2000 trin khai a truy nhp theo m bng rng WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) v t c tc 2Mbit/s vi bng tn c rng 5 MHz. Ngy nay, vic pht trin k thut iu ch v gii iu ch thch nghi a lp cho php tc truyn dn t xp x 10 Mbit/s vi cng mt bng tn s dng. t c tc truyn dn t 100 Mbit/s n 1 Gbit/s, chng ta cn phi s dng bng tn ln hn v cc h thng truyn dn mi ph hp vi truyn dn tc cao. i vi thng tin d liu, chng ta s cn h thng truy nhp v tuyn c th truyn dn gi tin hiu qu. Tm quan trng ca vic ph sng trong nh thc y cc cng ngh phi pht trin theo hng c th s dng cho c mi trng truyn sng trong nh v ngoi tri. c c nhng bng tn rng cho truyn dn tc cao v p ng nhu cu lu lng thoi ang tng cao, chng ta phi quan tm n cc bng tn mi, v pht trin cc phn t mng cn thit nh cc b khuch i, cc b lc v tnh ton suy hao truyn sng cho nhng bng tn ny. Cng vi vic nghin cu pht trin cc gii php s dng hiu qu ti nguyn ph tn hn ch cng rt cn thit.

    2. Chi ph thp hn

    Vi cc cng ngh cu hnh h thng thng thng, nu s dng mt bng tn cao hn t c tc truyn dn cao hn s lm gim kch thc cell, hay gim vng ph sng ca mt trm gc. vn gi c vng ph sng rng nh trc y yu cu phi c nhiu trm gc hn v do lm tng chi ph mng. trnh c vn ny chng ta cn phi m rng bn knh cell bng cch s dng nhng phng php truyn dn v tuyn phm cht cao hn, cc k thut iu ch v gii iu ch ci tin, dn anten thch nghi, cc b thu tp m thp. Xa hn na, gim chi ph xy dng v hot ng mng, chng ta phi nghin cu thc hin kt ni cc trm gc vi mng ng trc, cng ngh trm gc iu khin c lp v cc cng ngh kt ni v tuyn phn lp.

    Cng ngh anten v truyn dn tn hiuyTruyn dn tc cao/iu ch v gii iu

    ch phm cht ttyDung lng ln, truy nhp gi qung byAnten dn thch nghiy FEC, ARQ, TPC phm cht cao

    Cu trc mng truy nhp v iu khinyiu khin gi IP/iu khin phn b

    mng truy nhp v tuyn RANyiu khin QoS truyn dn d liu giyiu khin lin kt lin mch vi cc

    mng khc

    Thit k qu ng truynv truyn dn sng v tuynyTruyn dn vi bayTruyn dn qung byTruyn dn trong nh

    RF circuit/EMCyKhuch i hiu sut caoyB nhn tp m thpySoftwave defined radioyMicrowave EMC

    Cc tuyn truy nhpyCc tuyn v tuyn qung byMng tch hp quang/v tuyn

    FEC : M sa li trcARQ :Yu cu pht li t ngTPC : iu khin cng sutRAN : Mng truy nhp v tuynQoS : Cht lng dch vRF : Tn s v tuynEMC : Tng thch in t trng

    Hnh 2: Nhng vn k thut lin quan n cng ngh v tuyn 3. Kt ni lin mng da trn cng ngh IP

    Mt bin php cho nhng thu bao s dng h thng mi khng gp phi vn v vng ph sng l phi m bo cc thit b u cui mi phi h tr hot ng trn c h thng c v h thng mi. Mt khc, chng ta phi tnh n kh nng roaming quc t, mt thit b u cui phi c h tr hot ng trn nhiu h thng nh s dng cng ngh SDR (Softwave Defined Radio). Vi cng ngh ny, thit b u cui c th hot ng trn nhiu bng tn khc nhau ca cc quc gia v khu vc khc nhau. Hn na, mng thng tin di ng trong tng lai phi tch hp vi nhiu phng thc truy nhp khc nhau, vi rt nhiu loi cell c cc kh nng kt ni lin mng da trn cng ngh IP. Chnh v vy, kt ni lin

  • mng v chuyn giao gia cc h thng truy nhp l mt yu cu cn thit ngoi yu cu v kh nng chuyn giao v roaming ni b v gia hai mng thng tin di ng vi nhau.

    III.2. Cu hnh h thng 1. Cu hnh h thng da trn IP

    H thng 4G phi c cu hnh kt ni vi mng IP, truyn dn hiu qu cc gi IP, cng tn ti vi cc h thng truy nhp khc, linh hot khi a vo khai thc, c kh nng m rng khi cn, Cc mng IP cng c th kt ni d dng hoc ph hp vi cc h thng truy nhp v tuyn khc hn cc h thng 4G. im truy nhp v tuyn 4G (4G-AP-4G Access Point) s c kt ni vi mt b nh tuyn truy nhp AR (Access Router) nh trn Hnh 3. 4G-AP c cc chc nng iu khin truyn dn v tuyn, chuyn giao, cho php cc thit b di ng lin lc vi nhau da trn IP. Cc 4G-AP s c t tng ng vi cc cell ca chng. Khi mt thit b di ng di chuyn gia cc cell, vic chuyn giao s c thc hin bng chuyn mch n gin gia cc im truy nhp v cc vng v tuyn nu hai im 4G-AP kt ni vi cng mt AR. Nu hai im 4G-AP thuc hai AR khc nhau th nh tuyn truyn dn gi tin trong mng IP phi thay i tc th. Lit kt hot ng gia chuyn mch 4G-IP v nh tuyn mng IP ng mt vai tr rt quan trng i vi qu trnh chuyn giao. i vi chuyn giao gia mt 4G-AP v mt AP ca h thng khc, thit b di ng phi c chc nng truy nhp c hai mng. Chuyn giao s c thc hin bng vic theo di v so snh gia cc h thng khc nhau la chn c mt h thng ph hp.

    Cell di ng

    Cell ngoitri

    Cell trong nh

    Mng truynhp khc

    Mng truynhp khc

    Ni vi mng khc(Internet, )

    Mng IP

    AR : b nh tuyn truy nhp4G-AP : im truy nhp v tuyn 4GMR : b nh tuyn di ng

    Hnh 3: Cu hnh h thng 4G 2. Phn loi v cu hnh cell theo mi trng truyn dn

    H thng 4G c cell ngoi tri, trong nh, trong phng tin di chuyn, nh trn Hnh 3. Nhng cell ngoi tri c vng ph sng rng, cho php cc thit b u cui ang di chuyn vi tc cao trao i thng tin vi tc cao. Vng ph trong nh c thc hin bi cc indoor AP. Cc Indoor AP c thit k khng ch gip trao i thng tin tc cao v hot ng n gin m cn p ng nhng yu cu ca mt mng LAN v tuyn tng lai. Ngoi ra, cc cell trong phng tin giao thng di chuyn nh xe but, tu ho (c gi l cc cell/mng di ng) c phc v bi mt b nh tuyn di ng MR (Mobile Router). MR c chc nng chuyn tip tn hiu gia trm gc v thit b u cui trn phng tin, nn nhng thit b u cui ny khng lin lc trc tip vi trm gc nh thng thng. Cu hnh ny c thit k t c hiu qu v cng sut pht ca thit b u cui, tc truyn dn, ln ca tn hin iu khin. Kt ni multi-hop a chng, mt phng php hiu qu m rng kch thc cell s c nghin cu nh l mt cch gii quyt vn cc im cht gy ra bi hiu ng bng. Truyn dn d liu qua trm chuyn tip c thc

  • hin ngay c khi b gii hn v cng sut pht ca thit b u cui v suy hao truyn sng ln.

    3. Thng tin a phng tin

    Nhng mng IP trc y ch yu cung cp cc dch v dng TCP, nhng vi cc ng dng thi gian thc m c d bo l s pht trin mnh trong tng lai nh thng tin a phng tin th vn QoS (Quality of Service) ca dch v rt quan trng v cn phi c ch . Cu hnh h thng 4G cho php truyn dn vi tc cao, hot ng lin kt vi cc mng IP trong khi vn phi m bo c QoS ca truyn dn gi.

    Trm gc

    Nh cao tng

    Thng tin trc tip b chn binh cao tng

    Thng tin trc tip khng th thc hin c do khongcch ln hn phm vi ph sng ca single-hop

    Hnh 4: Lin lc thng qua cc kt ni multi-hop V. Kt lun H thng thng tin di ng 4G v ang c nghin cu nhiu ni trn th gii. Vi mc ch gii thiu nhng nt c bn nht v h thng thng tin di ng trong tng lai, h thng 4G, bi bo trnh by nhng c im cng nh nhng yu cu c bn ca h thng. Bn cnh , chng ti cp n nhng vn k thut lin quan trong vic cu hnh h thng 4G p ng nhng yu cu nu trn.

    Ti liu tham kho

    [1]. http://www.itu.int/home/imt.html

    [2]. F. ADACHI and M. UESUGI, Latest Trends in CDMA Technology, IEICE Journal, Vol. 86, No. 2, pp. 96-102, 2003.

    [3]. K. UEHARA, K. ARAKI, and M. UMEHIRA, Trends in Research and Development of Software Defined Radio, NTT Technical Review, Vol. 1, No. 4. pp. 10-14, 2003.

    [4]. A. Fujiwara, S. Takeda, H. Yoshino, T. Otsu, and Y. Yamao, System Capacity Expansion Effect of Multi-hop Access in a Broadband CDMA Cellular System, IEICE Trans. B, Vol. J85-B, No. 12, pp. 2073-2079, 2002.

    [5]. T. OTSU, The Challenge of Systems beyond IMT-2000approach from wireless, ITU Journal, Vol. 33, No. 3, pp. 26-30, 2003.

    [6]. http://www.mitf.org/index_e.html

    [7]. http://www.wireless-world-research.org/

    [8]. http://www.ambient-networks.org/

    [9]. https://www.ist-winner.org/