TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

GVHD:
SVTH:
MSSV:

TS. Lê Quang Tuấn
Nguyễn Thị Thùy Dương
06117013

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 1/ 2020


PHẦN A
GIỚI THIỆU


Đồ án tốt nghiệp

Trang i

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian

khó quên đối với chúng em. Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho
chúng em trang bị kiến thức để vững vàng bước vào đời.
Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô
trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô trong khoa
Điện-Điện tử đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em. Em xin
gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS. Lê Quang Tuấn, công ty Viễn
Thông Quốc nội (VTN), người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em có
thể hồn thành đề tài này.
Xin gởi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡ cả về vật chất
và tinh thần cho con bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn đến bạn bè đã ln
ln ở bên cạnh mình .
Xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc
Người thực hiện

Đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH

Trang ii
CỘNG HỊA XÃ HỘICHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc




QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Thùy Dương

MSSV:06117013

Ngành:Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Tên đề tài: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM
1) Cơ sở ban đầu:

.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
2) Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
3) Các bản vẽ:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
4) Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Quang Tuấn
5) Ngày giao nhiệm vụ:
6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Giáo viên hướng dẫn

TS. Lê Quang Tuấn

Ngày ….. tháng ….. năm 2020

Chủ nhiệm bộ môn


Đồ án tốt nghiệp

Trang iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Ngày ….. tháng ….. năm 2020
Giáo viên hướng dẫn

TS. Lê Quang Tuấn



Đồ án tốt nghiệp

Trang iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Ngày ….. tháng ….. năm 2020
Giáo viên phản biện 1

Ngày ….. tháng ….. năm 2020
Giáo viên phản biện 2



Đồ án tốt nghiệp

Trang v

LỜI NĨI ĐẦU
Ngành cơng nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong
những năm gần đây. Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa
có đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình trên tồn cầu, người ta đã bắt đầu nói
về cơng nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây. Thế nhưng, nói một cách
chính xác thì 4G là gì? Liệu có một định nghĩa thống nhất cho thế hệ mạng thông tin
di động tương lai 4G?
Ngược dòng thời gian...
Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của
mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G
dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA. Đánh dấu điểm mốc bắt đầu
của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở
Mỹ. Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và
một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và
hiện được triển khai rộng khắp thế giới. Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ và
tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di
động.

Hình : Sơ đồ tóm lược q trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào
Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang
được triển khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với
mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thơng gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch
vụ truyền thông đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ



Đồ án tốt nghiệp

Trang vi

thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA
được phát triển bởi Trung Quốc. Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào
họ hàng 3G bên cạnh các cơng nghệ nói trên. Tuy nhiên, câu chuyện thành cơng của
mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G. Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G
mang lại khơng có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G. Mãi gần đây người ta mới
quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và
IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện.
Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu?
Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng cơng nghệ,
có định nghĩa theo hướng dịch vụ. Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng
thông tin di động không dây. 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và
những điểm yếu của mạng 3G. Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận
thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương
lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định. 4G còn là hiện thể của ý tưởng,
hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công ty như
Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty
viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G
không thể đáp ứng được.
Theo dòng phát triển…
Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện

di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi,
khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng. NTT DoCoMo
xem 4G như là một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G. Quan điểm này
được xem như là một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào

được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s. Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ
chính là mạng 3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m. Nhìn chung đây cũng là
khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc.
Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không
hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào. Ví dụ ở châu Âu, 4G được
xem như là khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với


Đồ án tốt nghiệp

Trang vii

khả năng kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vơ tuyến khác nhau và khả năng
chọn lựa mạng vơ tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một
cách tối ưu nhất. Quan điểm này được xem như là “quan điểm liên đới”. Do đó, khái
niệm “ABC-Always Best Connected” (ln được kết nối tốt nhất) ln được xem là
một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G. Định nghĩa này được nhiều
công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận
nhất hiện nay. Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động
thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010-2015 như là một mạng vô tuyến băng
rộng tốc độ siêu cao. Ở Việt Nam , hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên
4G khơng cịn xa nữa. Theo tin từ Tập đồn Bưu chính viễn thơng Việt Nam (VNPT),
đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng
rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam
và Đông Nam Á.
Đồ án nghiên cứu về Cơng nghệ 4G LTE là cơng nghệ cịn mới mẻ và phù hợp
với thực trạng hiện nay của Việt Nam.
Nội dung của đồ án bao gồm 3 phần :
Phần A : Giới thiệu
Phần B : Nội dung

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan
về mạng 4G
Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan
Chương 3 : Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng cho TP. HCM
Chương 4 : Mô phỏng
Phần C : Phụ lục và tài liệu tham khảo
Trong quá trình thực hiện đề tài, người thực hiện có những hạn chế về khả
năng và cịn nhiều sai sót , rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè .


Đồ án tốt nghiệp

Trang viii

MỤC LỤC
PHẦN A : GIỚI THIỆU
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................

i

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ................................................................................

ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.....................................................

iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN........................................................


iv

MỤC LỤC ...........................................................................................................

viii

MỤC LỤC HÌNH..................................................................................................

xii

MỤC LỤC BẢNG.................................................................................................

xv

PHẦN B : NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG
QUAN VỀ MẠNG 4G ............................................................................................ 1
1. 1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động ..................................................

1

1. 1. 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) ............................................... 2
1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) ............................................... 3
1. 1. 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ............................................... 6
1. 1. 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) ............................................... 7
1. 2 Tổng quan về mạng 4G [12] ..........................................................................

8

1. 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G .......................................................................


10

1. 3.

1 Ưu điểm nổi bật.................................................................................... 11

1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G ...................... 11
CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN .... 14
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE........................................................................ 14
2.2 Cấu trúc của LTE [1] .................................................................................... 24


Đồ án tốt nghiệp

Trang ix

2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN............................................................................. 29
2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) [2]...................................................................... 31
2.5 Một số đặc tính của kênh truyền................................................................................... 34
2.5.1 Trải trễ đa đường....................................................................................................... 34
2.5.2 Các loại fading........................................................................................................... 34
2.5.3 Dịch tần Doppler....................................................................................................... 35
2.5.4 Nhiễu MAI đối với LTE.......................................................................................... 35
2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE................................................................................... 36
2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM [1]........................36
2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA [1]........................................................................................... 46
2.6.3 Kỹ thuật MIMO [1].................................................................................................. 48
2.6.4 Mã hóa Turbo [18].................................................................................................... 50
2.6.5 Thích ứng đường truyền [18]................................................................................. 51

2.6.6 Lập biểu phụ thuộc kênh [18]................................................................................ 52
2.6.7 HARQ với kết hợp mềm [18]................................................................................ 52
2.7 Chuyển giao....................................................................................................................... 53
2.7.1 Mục đích chuyển giao.............................................................................................. 53
2.7.2 Trình tự chuyển giao................................................................................................ 54
2.7.3 Các loại chuyển giao................................................................................................ 56
2.7.4 Chuyển giao đối với LTE [3]................................................................................. 59
2.8 Điều khiển cơng suất [3]................................................................................................. 60
2.8.1 Điều khiển cơng suất vịng hở [8]......................................................................... 61
2.8.2 Điều khiển cơng suất vịng kín [8]........................................................................ 62
CHƯƠNG 3 : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM..........65
3. 1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE........................................................... 65


Đồ án tốt nghiệp

Trang x

3. 2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ.................................................................. 66
3. 2. 1 Dự báo lưu lượng.................................................................................................... 66
3. 2. 2 Phân tích vùng phủ................................................................................................. 67
3. 3 Quy hoạch chi tiết........................................................................................................... 67
3. 3. 1 Quy hoạch vùng phủ.............................................................................................. 67
3. 3. 1. 1 Quỹ đường truyền [2].................................................................................... 68
3. 3. 1. 2 Các mơ hình truyền sóng.............................................................................. 77
3. 3. 1. 3 Tính bán kính cell.......................................................................................... 83
3. 3. 2 Quy hoạch dung lượng.......................................................................................... 85
3. 4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh................................................................................. 90
3.5 Tối ưu mạng....................................................................................................................... 91
3.6 Điều khiển cơng suất kênh PUSCH của LTE [7]...................................................... 92

CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG....................................................................................................... 95
4.1 Các lưu đồ.......................................................................................................................... 95
4.2 Quy hoạch mạng LTE..................................................................................................... 96
4.2.1 Quy hoạch vùng phủ................................................................................................ 97
4.2.1.1 Quỹ đường truyền.............................................................................................. 97
4.2.1.2 Các mơ hình truyền sóng................................................................................. 98
4.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ....................................................................................... 100
4.2.2 Quy hoạch dung lượng của LTE......................................................................... 100
4.2.3 Tối ưu số trạm......................................................................................................... 102
4.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA.......................................................... 103
4.3. Chuyển giao và Điều khiển công suất...................................................................... 105
4.3.1 Giao diện chính....................................................................................................... 105
4.3.2 Điều khiển cơng suất.............................................................................................. 106


Đồ án tốt nghiệp

Trang xi

4.3.3 Chuyển giao............................................................................................................. 109
4.3.3.1 Trường hợp chuyển giao thành công.......................................................... 110
4.3.3.2 Trường hợp chuyển giao bị rớt..................................................................... 111
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................................................ 113

PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1 : CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................... 114
PHỤ LỤC 2 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG........................................................................... 119
CHƯƠNG TRÌNH.................................................................................................................... 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................... 122



Đồ án tốt nghiệp

Trang xii

MỤC LỤC HÌNH
Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE............................................................. 24
Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE......................................................................................... 25
Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP....................................................... 27
Hình 2.4 : Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP...............28
Hình 2.6: Giao thức của UTRAN............................................................................................ 31
Hình 2.7: Giao thức của E-UTRAN........................................................................................ 32
Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP..................................... 32
Hình 2.9 : Truyền đơn sóng mang........................................................................................... 36
Hình 2.10 : Nguyên lý của FDMA.......................................................................................... 36
Hình 2.11 : Ngun lý đa sóng mang..................................................................................... 36
Hình 2.12 : So sánh phổ tần của OFDM với FDMA.......................................................... 37
Hình 2.13 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM................................................................ 37
Hình 2.14 : Các sóng mang trực giao với nhau.................................................................... 38
Hình 2.15 : Biến đổi FFT.......................................................................................................... 39
Hình 2.16 : Thu phát OFDM.................................................................................................... 39
Hình 2.17: Chuỗi bảo vệ GI...................................................................................................... 40
Hình 2.18 Tác dụng của chuỗi bảo vệ.................................................................................... 41
Hình 2.19 Sóng mang con OFDMA....................................................................................... 42
Hình 2.20 OFDM và OFDMA................................................................................................. 42
Hình 2.21 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE.................................................. 43
Hình 2.22 : Cấu trúc của một khối tài nguyên...................................................................... 44
Hình 2.23 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo..................................................................... 45
Hình 2.24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM........................................................... 45



Đồ án tốt nghiệp

Trang xiii

Hình 2.25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau....................................................................... 46
Hình 2.26: OFDMA và SC-FDMA......................................................................................... 47
Hình 2.28 Mơ hình SU-MIMO và MU-MIMO.................................................................... 49
Hình 2.29: Ghép kênh khơng gian........................................................................................... 50
Hình 2.30 Điều chế thích nghi................................................................................................. 51
Hình 2.31: Ngun tắc chung của các thuật tốn chuyển giao......................................... 55
Hình 2.32 : Chuyển giao mềm................................................................................................. 57
Hình 2.33 : Chuyển giao mềm - mềm hơn............................................................................ 58
Hình 2.34 : Chuyển giao cứng.................................................................................................. 58
Hình 2.35: Các loại chuyển giao.............................................................................................. 59
Hình 2.36: Điều khiển cơng suất vịng hở............................................................................. 62
Hình 2.37: Điều khiển cơng suất vịng kín............................................................................ 63
Hình 3. 1: Khái qt về q trình quy hoạch mạng LTE................................................... 65
Hình 3. 2 : Các tham số của mơ hình Walfisch-Ikegami.................................................... 79
Hình 3. 3: Quan hệ giữa băng thơng kênh truyền và băng thơng cấu hình....................88
Hình 4.1 : Lưu đồ phần mơ phỏng quy hoạch LTE............................................................. 95
Hình 4.2 : Lưu đồ phần chuyển giao và điều khiển cơng suất.......................................... 96
Hình 4.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE.................................................................. 96
Hình 4.4: Quỹ đường truyền của LTE.................................................................................... 97
Hình 4.5 Mơi trường truyền sóng trong nhà......................................................................... 98
Hình 4.6 : Mơi trường truyền sóng ngồi trời...................................................................... 99
Hình 4.7: Mơi trường xe cộ....................................................................................................... 99
Hình 4.8: Quy hoạch vùng phủ LTE..................................................................................... 100
Hình 4.9 : Quy hoạc dung lượng LTE.................................................................................. 101
Hình 4.10: Tính tốn tốc độ đỉnh........................................................................................... 102



Đồ án tốt nghiệp

Trang xiv

Hình 4.11: Tối ưu số trạm....................................................................................................... 102
Hình 4.12 : So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA................................ 103
Hình 4.13: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA........................... 103
Hình 4.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA........................................................ 104
Hình 4.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển cơng suất.................................. 105
Hình 4.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển cơng suất........................................................... 106
Hình 4.17: Điều khiển cơng suất ở LTE.............................................................................. 107
Hình 4.18: Nhập liệu của WCDMA..................................................................................... 108
Hình 4.19: So sánh điều khiển cơng suất của LTE và WCDMA................................... 109
Hình 4.20: Trường hợp chuyển giao thành cơng............................................................... 110
Hình 4.21: Trường hợp chuyển giao bị rớt.......................................................................... 111


Đồ án tốt nghiệp

Trang xv

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE................................................................................. 17
Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp.............................................................................. 18
Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE...................................................... 19
Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE................................................................ 21
Bảng 2.5 : Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền............................................ 43
Bảng 3. 1 :Ví dụ về quỹ đường lên của LTE......................................................................... 71

Bảng 3. 2 : Ví dụ của quỹ đường xuống LTE....................................................................... 73
Bảng 3. 3 : So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống............................................. 74
Bảng 3. 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống................................. 75
Bảng 3. 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính tốn vùng phủ sóng....................................... 85
Bảng 3. 6 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thơng............86
Bảng 3. 7 Giá trị của băng thơng cấu hình tương ứng với băng thơng kênh truyền[4]
88
Bảng 3.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM

[11]........................................ 90

Bảng 3.9 Các lớp công suất của UE [10]............................................................................... 93


PHẦN B
NỘI DUNG


Đồ án tốt nghiệp

Trang 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN DI
ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G
Thơng tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội
càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông
tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay,
hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động
thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Trong chương
này sẽ trình bày khái qt về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin di động

và tổng quan về mạng 4G.
1. 1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động

Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vơ tuyến phát triển thì ý tưởng về thiết
bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động sau này.
Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST Louis, bang
Missouri của Mỹ.
Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến
lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động đã
cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được.
Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được
các vùng phủ sóng riêng lẻ thành cơng, đã giải được bài tốn khó về dung lượng.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G


Đồ án tốt nghiệp

Trang 2

Hình 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào
1. 1. 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G)

Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất
(1G), sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để
truyền kênh thoại trên sóng vơ tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Với FDMA,
người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực
tần số. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có
thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
1. 1. 1. 1 Đặc điểm


Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell.

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
1. 1. 1. 2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên
hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng
và tốc độ. Nó bao gồm các hạn chế sau :
Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G


Đồ án tốt nghiệp

Trang 3

Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường
fading đa tia.
Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng.
Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
Khơng tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho
thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác.
Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
 Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật

thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả
dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thông tin di
động thế hệ 2.

1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G)

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời
gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM. Với
sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đã
đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Hệ thống
2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngồi dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này
cịn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ sung khác.
Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay
đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di
động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số.
Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:
Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA):

phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau.
Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục
vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G


Đồ án tốt nghiệp

Trang 4

1. 1. 2. 1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:
Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia
thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên
lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung. Tin

tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit
đồng bộ và các bit dữ liệu. Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn
dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số.
Các đặc điểm của TDMA
-

TDMA có thể phân phát thơng tin theo hai phương pháp là phân định trước và phân
phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát các cụm được
định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong phương pháp phân định theo
yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất
sử dụng mạch.
- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa

giữa các kênh kế cận giảm đáng kể.
- TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua

việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để
tránh trùng lặp tín hiệu. Ngồi ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do
truyền dẫn đa đường khơng thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu.
1. 1. 2. 2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần.
Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm tồn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các tín hiệu của
mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin di động CDMA
sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô
tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau.
Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh
này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN.
Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng
thơng rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán. Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G


Đồ án tốt nghiệp

Trang 5

nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các users trong một
hệ thống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời. Mỗi
user có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là trực giao với các từ
mã khác. Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có
từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó. Tất cả các mã khác được xem như là nhiễu.
Để khôi phục lại tín hiệu thơng tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát.
Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập mà không cần biết các thơng tin của máy
khác.
Đặc điểm của CDMA
- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
-

Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vơ tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và
chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA.

-

Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô
tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số khơng cịn vấn đề, chuyển giao trở thành
mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.
- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4


đến 6 lần hệ thống GSM), độ an tồn (tính bảo mật thơng tin) cao hơn do sử dụng dãy
mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn,
chuyển vùng linh hoạt. Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm
đến vấn đề nhiễu đồng kênh.
- CDMA khơng có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA.
Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng thêm khi tất
cả các kênh bị chiếm.
- Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di
động tế bào. Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của
người sử dụng là 8-13 kbps.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G


Đồ án tốt nghiệp

Trang 6

1. 1. 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn
trung gian là thế hệ 2, 5 sử dụng cơng nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc
nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của
thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử
dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thơng
tin di động có xu thế hồ nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ
ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng
hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di
động băng rộng.
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và
đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000. Các hệ thống này
đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn tồn thế giới
cho giao diện vơ tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các
hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS136.
CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng
công nghệ CDMA: IS-95.
Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3
Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục
vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng
cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2.
Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:
- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.
- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.

Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G


Đồ án tốt nghiệp

Trang 7

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:



Đường lên




Đường xuống : 2110-2200 MHz.

: 1885-2025 MHz.

- Là hệ thống thông tin di động tồn cầu cho các loại hình thơng tin vơ tuyến:

-



Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.



Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.

Sử dụng các mơi trường khai thác khác nhau: trong cơng sở, ngồi đường, trên xe, vệ
tinh.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:


Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ

sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.


Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.


 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và

số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
2. 1. 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G)

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là
thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là
công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối
đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps. Công nghệ 4G được hiểu là
chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT
DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di
chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên
hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện
truyền thơng phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các
mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G