Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

Thông tin tài liệu

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI ----------o0o---------- LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC Ngành: Xử lý Thông tin và Truyền thông Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) Đỗ Văn Hòa Hà Nội 2007 Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI ----------o0o---------- LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) Ngành: Xử lý Thông tin và Truyền thông Mã số: Đỗ Văn Hòa Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Thúc Hải Hà Nội 2007 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 3 MụC LụC Các hình vẽ, bảng biểu trong luận văn . 5 Thuật ngữ tiếng anh sử dụng trong luận văn . 7 Lời giới thiệu 11 Chơng 1. mở đầu . 12 1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn 12 1.2 Tổ chức của luận văn . 13 Chơng 2. các thế hệ thông tin di động . 14 2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động . 14 2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động . 14 2.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động . 16 2.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động 19 Chơng 3. hệ thống THÔNG TIN di động 4G 20 3.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G 20 3.1.1 Giới thiệu chung 20 3.1.2 Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp . 22 3.2 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G . 30 3.2.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu 30 3.2.1.1 Miền dịch vụ và ứng dụng . 31 3.2.1.2 Miền nền tảng dịch vụ . 31 3.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói 33 3.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới 34 3.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tảng dịch vụ . 34 3.2.2.1 Sự thuận tiện cho ngời sử dụng . 36 3.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến 36 3.2.2.3 Quản lý hệ thống . 41 3.2.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống . 41 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 43.2.3.1 Ví dụ điển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến mới 41 3.2.3.2 Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G . 43 3.3 Các công nghệ ứng dụng trong hệ thống di động 4G 44 3.3.1 Kỹ thuật truyền dẫn dung lợng lớn, tốc độ cao . 44 3.3.1.1 Các kỹ thuật đa truy cập . 44 3.3.1.2 Kỹ thuật điều chế/giải điều chế hiệu suất cao 49 3.3.1.3 Kỹ thuật đa sóng mang 53 3.3.1.4 Kỹ thuật ăngten dãy thích nghi tiên tiến 57 3.3.1.5 Kỹ thuật ghép kênh tiên tiến 62 3.3.2 Kỹ thuật không dây đa hệ thống 64 3.3.2.1 Khả năng cấu hình lại End-to-End . 64 3.3.2.2 Kỹ thuật sóng vô tuyến đợc định nghĩa mềm 66 3.3.3 Điều khiển chuyển giao/tính di động 69 3.3.3.1 Kỹ thuật chuyển giao liên tục . 70 3.3.3.2 Kỹ thuật điều khiển tính di động 71 3.3.3.3 Tính di động mạng NEMO 74 3.4 Mạng thế hệ sau NGN và hệ thống di động 4G . 77 3.4.1 Mạng thế hệ sau NGN . 77 3.4.1.1 Giới thiệu chung 77 3.4.1.2 Đặc điểm mạng NGN 77 3.4.1.3 Cấu trúc mạng NGN . 80 3.4.2 Hệ thống di động 4G trên hạ tầng mạng NGN 86 Chơng 4. triển khai hệ thống di động 4G ở việt nam 88 4.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam và trên thế giới 88 4.2 Đề xuất giải pháp triển khai hệ thống 4G ở nớc ta 89 Kết luận . 93 Kết quả đạt đợc của luận văn . 93 Hớng phát triển của đề tài 94 Tài liệu tham khảo . 95 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 5 Các hình vẽ, bảng biểu trong luận văn Hình 2.1. Lộ trình phát triển của thông tin di động 17 Bảng 2.1. Tổng kết các thế hệ thông tin di động 19 Hình 3.1. Dịch vụ thông tin y tế . 22 Hình 3.2. Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến . 24 Hình 3.3. Hệ thống định vị . 25 Hình 3.4. Hệ thống đặt hàng di động . 26 Hình 3.5. Hệ thống quản lý thực phẩm .28 Hình 3.6. Hệ thống bảo hiểm rủi ro 29 Hình 3.7. Hệ thống quản lý di động . 30 Hình 3.8. Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G 32 Hình 3.9. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ 37 Hình 3.10. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: tiện nghi ngời dùng .38 Hình 3.11. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao 39 Hình 3.12. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: quản lý hệ thống . 40 Hình 3.13. Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô tuyến mới . 42 Hình 3.14. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút /các thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G 43 Hình 3.15. Cơ bản về SCS-MC-CDMA 45 Hình 3.16. Cấu trúc tế bào tối u của SCS-MC-CDMA . 47 Hình 3.17. Phân bổ kênh con 48 Hình 3.18. Điều chế thích nghi sóng mang con . 50 Hình 3.19. Lợc đồ điều chế OFDM tốc độ lập mã có thể biến đổi 51 Bảng 3.1. Các tham số lập mã và điều chế .52 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 6Bảng 3.2. Các tham số mô phỏng . 53 Hình 3.20. Sơ đồ FH-OFDM 54 Hình 3.21. Cấu hình hệ thống . 55 Hình 3.22. Nguyên lý của AAA . 58 Hình 3.23. Độ tăng ích của AAA 59 Hình 3.24. Định hình búp sóng 60 Hình 3.25. Thuật toán theo dõi búp sóng . 61 Hình 3.26. SVD based MIMO 63 Hình 3.27. Cấu hình cơ bản của thiết bị SDR . 67 Hình 3.28. Mô hình tham chiếu IEEE 802.21 70 Hình 3.29. IPv6 di động 72 Hình 3.30. Chuyển giao nhanh cho IPv6 di động . 73 Hình 3.31. Điều khiển tính di động mạng NEMO . 75 Hình 3.32. Mạng cá nhân PAN (Personal Area Network) . 76 Hình 3.33. Kiến trúc mạng NGN 79 Hình 3.34. Cấu trúc logic mạng NGN 80 Hình 3.35. Cấu trúc vật lý mạng NGN . 84 Hình 4.1. Kiến trúc mạng 3G . 90 Hình 4.2. Cấu trúc mạng di động 3G-WCDMA . 91 Hình 4.3. Mô hình hệ thống 4G 92 Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 7 Thuật ngữ tiếng anh sử dụng trong luận văn 2G 2nd Generation Thế hệ 2 3G 3rd Generation Thế hệ 3 4G 4th Generation Thế hệ 4 AAA Adaptive Array Antenna ăngten dãy thích nghi AAA Aunthentication, Authorization & Accounting Chứng thực, ủy quyền và thanh toán AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AR Access Router Bộ định tuyến truy cập ARQ Automatic Repeat reQuest Kĩ thuật yêu cầu lặp tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa thâm nhập phân chia theo mã CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng d CN Core Network Mạng lõi CN Correspondent Node Nút trung gian CNR Carrier-to-Noise-Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm CoA Care-of Address Địa chỉ tạm thời CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra d vòng CTP Context Transfer Protocol Giao thức truyền ngữ cảnh DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp DS-CDMA Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số E2R End-to-End Reconfigurability Khả năng cấu hình lại từ đầu Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 8cuối đến đầu cuối EIRP Effective Isotropically Radiated Power Công suất phát xạ đẳng hớng hiệu dụng EV-DO Evolution Data Optimized FDD Frequency Division Duplex ghép song công phân chia theo tần số FEC Forward Error Correct Mã sửa lỗi trớc FDMA Frequency Division MultiAccess Đa truy cập phân chia theo tần số FH-OFDM Frequency Hopping Orthogonal Frequency Division Multiple Access OFDM nhảy tần FMIPv6 Fast Mobile IPv6 IPv6 di động nhanh FMIPv6 Fast Handovers for Mobile IPv6 Chuyển giao nhanh cho IPv6 di động GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung HA Home Agent Tác nhân nhà HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest ARQ (tự động yêu cầu lặp) laiHLR Home Location Register Thanh ghi định vị thờng trú HMIPv6 Hierarchical Mobile Internet Protocol Version 6 IPv6 di động có phân cấp HoA Home Address Địa chỉ thờng trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Hệ thống truy cập gói đờng xuống tốc độ cao HMI Human-Machine Interface Giao diện ngời máy IMT-2000 International Mobile Telecommunication - 2000 Thông tin di động toàn cầu-2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thức Internet phiên bản 6ITU International Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 9MAC Medium Access Control Điều khiển thâm nhập môi trờng MAP Mobility Anchor Point Điểm treo di động MIH Media Independent Handover Chuyển giao độc lập phơng tiện MN Mobile Node Nút di động MNN Mobile Network Node Nút mạng di động MNP Mobile Network Prefix Tiền tố mạng di động MR Mobile Router Bộ định tuyến di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobitily Service Center Trung tâm dịch vụ di động MIMO Multi Input Multi Output ăngten nhiều kênh vào nhiều kênh ra MC-CDMA Multi Carrier CDMA Đa truy cập phân chia theo mã đa sóng mang NEMO Network Mobility Tính di động mạng NGN Next Genaration Network Mạng thế hệ sau OSI Open Systems Interconnection Mô hình tơng kết các hệ thống mở OFDM Orthononal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFCDM Orthononal Frequency Code Division Multiplexing Ghép kênh đa truy cập phân chia theo mã tần số trực giao PAN Persional Access Network Mạng truy cập cá nhân PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PHS Personal Handyphone System Hệ thống điện thoại cá nhân PKI Public Key Infrastructure Cở sở hạ tầng khóa chung QoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng thâm nhập vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến Luận văn tốt nghiệp Cao học XLTT-TT 2005-2007 Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G 10RO Route Optimization Tối u hóa đờng đi RR Return Routability Khả năng đinh tuyến đờng vềSDR Software Defined Radio Sóng vô tuyến định nghĩa mềm SINR Signal to Interference and Noise Power Ratio Tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu và tạp âm SMS-SC SMS Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn SMS SVD based MIMO Singular Value Decomposition based Multiple Input Multiple Output TCP Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TPC Transmission Power Control Điều khiển công suất truyền dẫn UE User Equypment Thiết bị ngời sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UWB Ultra Wide band Băng tần cực rộng W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa thâm nhập vô tuyến phân chia theo mã băng rộng W-LAN Wireless - LAN Mạng cục bộ không dây [...]... động số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng thế hệ thứ ba đang đợc triển khai trên phạm vi toàn cầu và hệ thống thông tin di động đa phơng tiện thế hệ thứ t đang đợc nghiên cứu tại một số nớc Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ ba và thứ t phát triển về dịch vụ dữ liệu và đa phơng tiện Các hệ thống thông tin di động tế bào... nét chính của các công nghệ thông tin di động từ 1G đến 4G [1] Bảng 2.1 Tổng kết các thế hệ thông tin di động Thế hệ thông tin di động Hệ thống Thế hệ 1 (1G) AMPS, TACS, NMT Thế hệ 2 (2G) Thế hệ 2+ (2.5G) Thế hệ 3 (3G) Thế hệ 3+ (3.5G) Thế hệ 4 (4G) Dịch vụ chung Thoại Chú thích FDMA, tơng tự Chủ yếu cho GSM, IS-136, thoại kết hợp với TDMA hoặc CDMA, công IS-95 dịch vụ bản tin nghệ số, băng hẹp (8-13... hệ thống di động 4G Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 17 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Lộ trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ thứ nhất đến thế hệ thứ t đợc mô tả ở hình 2.1 Hình 2.1: Lộ trình phát triển của thông tin di động [1] Trong đó: + TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập tổng thể + NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ. .. hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ thứ hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba và thế hệ thứ ba cộng (3.5G) Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên ngay từ đầu những năm 90 ngời ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Liên hiệp Viễn thông Quốc tế bộ phận vô tuyến (ITU-R) đã thực Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 15 Cao... hiện có của các nhà cung cấp Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 14 Cao học XLTT-TT 2005-2007 Chơng 2 các thế hệ thông tin di động 2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động 2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các kỹ thuật tiên tiến và công nghệ cao ý tởng về sự liên lạc tức thời mà không... nhiều thế hệ của hệ thống di động (2G, 2.5G, 3G) Việc triển khai hệ thống di động 4G vẫn là vấn đề trong tơng lai xa Nhng trớc những xu thế phát triển chung về công nghệ viễn thông, đặc biệt là công nghệ thông tin di động, thì việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống thông tin di động 4G là cần thiết Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 13 Cao học XLTT-TT 2005-2007 1.2 Tổ chức của... IT (mITF Mobile IT Forum) nghiên cứu và chuẩn hóa Theo dự báo, vào khoảng năm 2012, hệ thống thông tin di động 4G sẽ đợc triển khai và đa vào khai thác Sự xuất hiện của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ t có thể tạo ra một sự bùng nổ trong ngành công nghiệp thông tin di động nói riêng và ngành công nghiệp viễn thông nói chung Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp 12 Cao... thức thông tin vạn năng và đợc ứng dụng sâu rộng vào cuộc sống, và sẽ có thể thay đổi lối sống của con ngời Cho đến nay thông tin di động trên thế giới đã trải qua ba thế hệ Thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ tơng tự từ những năm 70 và đến giữa những năm 80 hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai đã ra đời và phát triển rất mạnh mẽ Những năm đầu thế kỷ 21 (khoảng 2002) hệ thống thông tin di động thế. .. XLTT-TT 2005-2007 Chơng 3 hệ thống THÔNG TIN di động 4G 3.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G 3.1.1 Giới thiệu chung Hệ thống di động thế hệ thứ t (4G) dự kiến sẽ đa vào sử dụng, khai thác vào khoảng năm 2012 Với sự đột phá về tốc độ và dung lợng, hệ thống di động 4G sẽ cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thờng nhật, công việc cũng nh có sự tác động lớn đến lối sống của... 3.2 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G 3.2.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu Mô hình tham chiếu cho các hệ thống di động 4G mô tả theo phơng di n mạng trên hình 3.8 Hệ thống di động 4G bao gồm bốn miền sau: dịch vụ và ứng dụng, nền tảng dịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói, và truy cập vô tuyến mới Hệ thống di động 4G có 3 đặc trng sau: Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động 4G Luận văn tốt nghiệp . Từ hệ thống thông tin di động tơng tự thế hệ thứ nhất đến hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng thế hệ thứ. thống thông tin di động 4G 14 Chơng 2. các thế hệ thông tin di động 2.1 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động 2.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông

Ngày đăng: 12/11/2012, 11:15

Xem thêm: Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G), Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G), Toàn cảnh hệ thống thông tin di động, Lộ trình phát triển của thông tin di động, Các dịch vụ hệ thống di động 4G cung cấp Dịch vụ cung cấp thông tin y tế, Sự thuận tiện cho ngời sử dụng Các dịch vụ tiên tiến, Qu¶n lý hƯ thèng, Khả năng cấu hình lại End-to-End E2R: End-to-End Reconfigurability, Kỹ thuật sóng vô tuyến đợc định nghĩa mềm SDR Software Defined Radio, Kỹ thuật chuyển giao liên tục Kỹ thuật điều khiển tính di động, Tính di động mạng NEMO Network Mobility, Hệ thống di động 4G trên hạ tầng mạng NGN, Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam và trên thế giới