Công nghệ 4G

Công nghệ không dây đã thay đổi cuộc sống của chúng ta theo nhiều cách. Cho đến gần đây, chúng tôi cần một máy tính có dây với một cổng, để trực tuyến. Ngay cả điện thoại có dây đang trở thành quá khứ. Ngày nay, chúng tôi sử dụng điện thoại di động để giao dịch ngân hàng, để kiểm tra tính sẵn có của vé tại Rạp chiếu phim và nhiều dịch vụ khác. Giao tiếp không dây là việc truyền thông tin qua một khoảng cách mà không cần sử dụng dây dẫn điện được tăng cường hoặc dây điện. Và, Mạng không dây đề cập đến bất kỳ loại mạng nào không liên quan đến cáp. Nó giúp tiết kiệm chi phí cáp cho mạng ngoài việc cung cấp tính di động.

Có nhiều loại mạng không dây khác nhau được xác định dựa trên kích thước, phạm vi và tốc độ truyền dữ liệu của chúng.

• PAN không dây - Mạng khu vực cá nhân Mạng không dây cá nhân
• Mạng LAN không dây - Mạng cục bộ
• MAN không dây - Khu vực đô thị Netwo rks 
• Mạng không dây mạng diện rộng
• Mạng thiết bị di động

Sự phát triển của công nghệ di động

Công nghệ thế hệ không (0G)

0G dùng để chỉ điện thoại di động tiền điện thoại di động. Là tiền thân của thế hệ điện thoại di động đầu tiên, các hệ thống này được gọi là hệ thống 0G (thế hệ 0). Thông thường xe được gắn, họ có bộ thu phát gắn trong cốp xe và mặt số & màn hình được gắn gần ghế lái.

Các công nghệ được sử dụng trong các hệ thống 0G bao gồm PTT (Push to Talk), MTS (Hệ thống điện thoại di động), IMTS (Dịch vụ điện thoại di động cải tiến) và AMTS (Hệ thống điện thoại di động tiên tiến) .

Công nghệ thế hệ thứ nhất (1G)

1G đề cập đến thế hệ đầu tiên của công nghệ viễn thông không dây, phổ biến hơn là điện thoại di động. Trong 1G, mạng không dây tương tự băng tần hẹp được sử dụng; với điều này, chúng ta có thể có các cuộc gọi thoại. Những dịch vụ này được cung cấp với chuyển mạch. Thông qua 1G, một cuộc gọi thoại được điều chế ở tần số cao hơn khoảng 150 MHz trở lên khi nó được truyền giữa các tháp radio bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là Truy cập nhiều phân chia tần số (FDMA).

Các tiêu chuẩn 1G khác nhau phổ biến là AMPS (Hệ thống điện thoại di động tiên tiến) ở Hoa Kỳ, TACS (Hệ thống truyền thông truy cập tổng thể) ở Anh, NMT (Điện thoại di động Bắc Âu), được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Đông Âu và Nga, v.v.

Công nghệ thế hệ thứ hai

2G- 2G lần đầu tiên xuất hiện vào khoảng cuối những năm 1980; Hệ thống 2G số hóa tín hiệu thoại, cũng như liên kết điều khiển. Nó cung cấp cơ sở dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) không giống như 1G, vốn tập trung chủ yếu vào giao tiếp bằng lời nói. Tùy thuộc vào loại ghép kênh, các công nghệ 2G được sử dụng có thể được chia thành dựa trên Truy cập nhiều phân chia theo thời gian (TDMA) và Đa truy nhập phân chia mã (CDMA) . Hệ thống 2G cung cấp chất lượng tốt hơn và nhiều công suất hơn. Các đơn vị điện thoại di động 2G thường nhỏ hơn các đơn vị 1G, vì chúng phát ra ít năng lượng vô tuyến hơn.

Dựa trên TDMA, Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) là tiêu chuẩn châu Âu đầu tiên và là mạng thương mại đầu tiên được công chúng sử dụng cho điện thoại di động thế hệ 2 (2G). Một dịch vụ mạng GSM 2G thông thường sử dụng phổ tần số 800/900 MHz hoặc 1800/1900. Tốc độ dữ liệu trung bình điển hình của GSM là 9,6 kbps. CDMA 2G (IS-95A) sử dụng BPSK và cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 14,4 kbps. Băng thông của 2G là 30-200 KHz.

2.5G - GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp) - 2.5G, viết tắt của thế hệ thứ hai và nửa thế hệ, là một công nghệ không dây di động được phát triển ở giữa người tiền nhiệm 2G và người kế nhiệm của nó, 3G. Thuật ngữ thứ hai và một thế hệ thứ hai được sử dụng để mô tả các hệ thống 2G đã triển khai một miền chuyển mạch gói ngoài miền chuyển mạch.

2.5G' là một thuật ngữ không chính thức, được phát minh chỉ dành cho mục đích tiếp thị, không giống như cách thức của 2G, hoặc 3G 3G, được xác định chính thức dựa trên các tiêu chuẩn được xác định bởi Viễn thông quốc tế (ITU). GPRS (CS1 đến CS4) sử dụng điều chế GMSK với tốc độ ký hiệu (& tốc độ điều chế) là 270 ksym / s. Tốc độ dữ liệu thông thường của GPRS là ~ 115 kbps. Nó có thể được sử dụng cho các dịch vụ như truy cập Giao thức ứng dụng không dây (WAP), Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS) và để truy cập internet. IS-95B hoặc cdmaOne là phiên bản phát triển của IS-95A và cũng được chỉ định là 2.5G với tốc độ dữ liệu lý thuyết lên tới 115 kbps, với tốc độ thường là 64 kbps.

2.75 - EDGE (Tốc độ dữ liệu nâng cao cho GSM Evolution) - EDGE (EGPRS) là tên viết tắt của Tốc độ dữ liệu nâng cao cho GSM Evolution, là một công nghệ điện thoại di động kỹ thuật số, được phát minh bởi AT & T. Công nghệ EDGE là phiên bản mở rộng của GSM & hoạt động trong mạng GSM. EDGE là tiện ích bổ sung cho GPRS và có thể hoạt động trên bất kỳ mạng nào có GPRS được triển khai trên đó, miễn là nhà mạng thực hiện các nâng cấp cần thiết. Nó cho phép truyền dữ liệu rõ ràng và nhanh chóng. Bạn không cần phải cài đặt bất kỳ phần cứng và phần mềm bổ sung nào để sử dụng Công nghệ EDGE. Ngoài ra, không có phí bổ sung cho việc sử dụng công nghệ này.

Sử dụng 9 sơ đồ mã hóa điều chế (MCS1-9). MCS (1-4) sử dụng GMSK, trong khi MCS (5-9) sử dụng điều chế 8PSK. 8PSK Tăng thông lượng lên gấp 3 lần (8-PSK - 3 bit / ký hiệu so với GMSK 1 bit / ký hiệu). Tốc độ bit điều chế là 810 kbps. Nó cung cấp tốc độ dữ liệu 384kbps, trên lý thuyết lên tới 473,6kbps.

Công nghệ thế hệ thứ ba (3G)

Hệ thống 3G - G hứa hẹn các dịch vụ liên lạc nhanh hơn, kéo theo giọng nói và khả năng truyền dữ liệu fax và Internet. Mục đích của 3G là cung cấp các dịch vụ này mọi lúc, mọi nơi trên toàn cầu, với chuyển vùng liền mạch giữa các tiêu chuẩn. IMT-2000 của ITU là một tiêu chuẩn toàn cầu cho 3G.

Mạng 3G là mạng điện thoại di động diện rộng đã phát triển để kết hợp truy cập internet tốc độ cao và điện thoại video. Nó cung cấp dung lượng lớn và khả năng băng thông rộng. Nó có dung lượng mạng lớn hơn thông qua hiệu quả phổ được cải thiện. Công nghệ 3G hỗ trợ khoảng 144 Kb / giây, với tốc độ di chuyển cao, tức là trong xe, 384 Kb / giây và tối đa 2Mb / giây cho các trạm cố định, tức là trong một tòa nhà. Công nghệ 3G sử dụng CDMA, TDMA và FDM A. Dữ liệu được gửi qua Chuyển mạch gói. Các cuộc gọi thoại được diễn giải thông qua Chuyển mạch. Đó là một hình thức truyền thông rất tinh vi đã xuất hiện trong thập kỷ qua.

3G có các cải tiến sau so với 2.5G và các mạng trước đó:

• Tăng cường truyền phát âm thanh và video;
• Tốc độ dữ liệu cao hơn vài lần;
• Hỗ trợ hội nghị truyền hình;
• Duyệt web và duyệt web ở tốc độ cao hơn;
• Hỗ trợ IPTV (TV thông qua Internet)
• Chuyển vùng toàn cầu
• Có nhiều công nghệ 3G như W-CDMA, CDMA2000. UMTS, DECT, WiMax.

3.5G - HSDPA (Truy cập gói đường xuống tốc độ cao)

Truy cập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) là một giao thức điện thoại di động, còn được gọi là 3.5G. Đây là phiên bản nâng cao và thế hệ 3G UMTS trung gian tiếp theo cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn.

HSDPA là dịch vụ dữ liệu dựa trên gói trong đường xuống W-CDMA với khả năng truyền dữ liệu lên tới 8-10 Mbps (và 20 Mbps cho các hệ thống MIMO) trên băng thông 5 MHz trong đường xuống WCDMA. Tốc độ dữ liệu cao này được kích hoạt bằng cách sử dụng điều chế thích ứng có thể mã hóa (AMC), yêu cầu lặp lại tự động lai (HARQ) và lập lịch gói nhanh tại điểm truy cập

3.75G - HSUPA (Truy cập gói đường lên tốc độ cao)

Truy cập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) là công nghệ tiến hóa đường lên UMTS / WCDMA. Công nghệ viễn thông di động HSUPA liên quan trực tiếp đến HSDPA và cả hai đều miễn phí với nhau.

HSUPA sẽ tăng cường các ứng dụng dữ liệu cá nhân tiên tiến với tốc độ dữ liệu đối xứng và cao hơn, như e-mail di động và chơi trò chơi giữa người với người theo thời gian thực.

Công nghệ 4G

Tại sao lại là 4G?

• 3G có thể không đủ để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng hiệu suất cao trong tương lai như đa phương tiện, video toàn chuyển động, hội nghị truyền hình không dây.
• Nhiều tiêu chuẩn cho 3G gây khó khăn cho việc chuyển vùng và tương tác trên các mạng
• Yêu cầu về một mạng băng rộng duy nhất có tốc độ dữ liệu cao tích hợp mạng LAN không dây, Bluetooth , mạng di động,...

4G - Còn được gọi là Vượt ra ngoài 3G, 4G đề cập đến thế hệ truyền thông không dây thứ tư. Việc triển khai mạng 4G phải theo khung thời gian 2010-2015 và sẽ cho phép một bước nhảy vọt khác về tốc độ dữ liệu không dây và hiệu quả phổ. ITU đã chỉ định IMT-A (IMT-Advanced) cho các tiêu chuẩn 4G.

4G là tất cả về sự hội tụ; hội tụ các mạng có dây và không dây, các công nghệ không dây bao gồm GSM, LAN không dây và Bluetooth cũng như máy tính, điện tử tiêu dùng, công nghệ truyền thông và một số công nghệ khác. 4G là đa phương tiện di động, mọi lúc mọi nơi, hỗ trợ di động toàn cầu, giải pháp không dây tích hợp và hệ thống mạng dịch vụ cá nhân tùy chỉnh

Công nghệ không dây 4G cũng được gọi là bởi MAG MAGIC viết tắt của Đa phương tiện di động, Mọi lúc mọi nơi, các giải pháp di động toàn cầu, các dịch vụ không dây tích hợp và Tùy chỉnh.

4G là một hệ thống tích hợp hoàn toàn dựa trên IP sẽ có khả năng cung cấp 100 Mbps cho tính di động cao và 1 Gbps cho tính di động thấp, với QoS đầu cuối và bảo mật cao, và sẽ cung cấp các dịch vụ khác nhau bất cứ lúc nào theo yêu cầu của người dùng, bất cứ nơi nào có khả năng tương tác liền mạch, với chi phí phải chăng. Các dịch vụ người dùng bao gồm điện thoại IP, truy cập Internet siêu băng thông rộng, dịch vụ chơi trò chơi và truyền hình đa phương tiện truyền hình độ nét cao (HDTV).

Yêu cầu 4G - Theo IMT-A của ITU

• Mạng chuyển mạch tất cả IP.
• Tốc độ dữ liệu lên tới 100 Mbps cho tính di động cao và lên đến 1 Gbps cho tính di động thấp.
• Kết nối liền mạch và chuyển vùng toàn cầu.
• Khả năng tương tác với các tiêu chuẩn không dây hiện có.
• Bàn giao trơn tru.
• QoS cao.

Các thành phần và công nghệ chính trong 4G

MIMO - OFDM

MIMO - OFDM

MIMO, trái ngược với các hệ thống truyền thông truyền thống, tận dụng sự lan truyền đa luồng để tăng thông lượng, phạm vi / vùng phủ sóng và độ tin cậy. Các hệ thống MIMO (Nhiều đầu ra nhiều đầu ra) sử dụng ghép kênh không gian, trong đó nhiều anten phát và nhiều anten thu được sử dụng. Nó cho phép các luồng vô tuyến được truyền đồng thời bởi các ăng ten đó. Bởi vì MIMO truyền nhiều tín hiệu trên kênh truyền thông,

Tốc độ dữ liệu trong các hệ thống MIMO được nhân với số lượng ăng-ten được sử dụng.

Các hệ thống 2G và 3G đã sử dụng TDMA, FDMA và CDMA làm sơ đồ truy cập kênh. Tuy nhiên, 4G sử dụng OFDMA và các công nghệ mới khác (Single Carrier FDMA, Interleaved FDMA và Multi-Carrier CDMA) thay vì CDMA, được sử dụng bởi tất cả các hệ thống 3 G.

Trong OFDM, chính tín hiệu số được chia thành các tần số băng tần hẹp khác nhau, được điều chế bởi dữ liệu và sau đó được ghép lại để tạo sóng mang OFDM. Lợi ích chính của OFDM là hiệu quả phổ cao, khả năng miễn nhiễm cao với nhiễu RF và độ méo đa đường thấp hơn. Một ưu điểm quan trọng khác của OFDM là nó làm giảm đáng kể độ phức tạp của cân bằng bằng cách cho phép cân bằng trong miền tần số.

OFDM có thể được thực hiện hiệu quả bằng cách sử dụng các biến đổi Fourier nhanh (FFT) tại máy phát và máy thu. FFT cung cấp đáp ứng kênh cho từng tần số. Với MIMO, đáp ứng kênh trở thành ma trận và do đó, tín hiệu MIMO-OFDM có thể được xử lý bằng cách sử dụng đại số ma trận tương đối đơn giản. Do độ phức tạp liên quan đến bộ cân bằng không gian thời gian cho các hệ thống MIMO-OFDM là ít hơn, nên chúng được ưu tiên. Ngoài ra, MIMO sử dụng lan truyền đa đường cho lợi thế của nó.

IPv6 - Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4 có thể sẽ ở giai đoạn cuối cùng vào thời điểm triển khai IPv6. Do đó, đối với công nghệ 4G, IPv6 đã phát triển để hỗ trợ một số lượng lớn thiết bị. Cấu trúc gói cho IPv6 được hiển thị dưới đây.

IPv4 sử dụng 32 bit và do đó nó có thể xử lý 4294967269 thiết bị có thể định địa chỉ, trong khi IPv4 sử dụng 128 bit và có thể 3,4 X 10 38 thiết bị có thể định địa chỉ

.

Với IPv6, mỗi thiết bị sẽ có IP riêng. Ngay cả khi điểm truy cập bị thay đổi, IP sẽ vẫn như cũ. Xương sống dựa trên IP hoặc IP Core sẽ cho phép mọi thứ nói chuyện với nhau, miễn là chúng tuân theo cùng một giao thức.

Anten thông minh

Ăng-ten thông minh hoặc thông minh cũng là một khái niệm đa ăng-ten cho phép chùm sóng radio theo dõi người dùng. Điều này được thực hiện thông qua hình thành chùm mà tạm thời cải thiện mức tăng. Chúng cũng được sử dụng để cung cấp truyền và / hoặc nhận đa dạng.

Mạng Adhoc

Mạng Adhoc đề cập đến việc tự tổ chức mạng lưới các thiết bị, không nhất thiết phải kết nối với internet. 4G sẽ tạo ra các mạng không dây lai sử dụng mạng adhoc. Định tuyến thông minh để xác định đường dẫn ngắn nhất với ít quyền hạn nhất được sử dụng, nghĩa là các gói dữ liệu được gửi qua các đường dẫn có yêu cầu công suất tối thiểu.

Điều chế và mã hóa thích ứng (AMC)

Cơ chế điều chế và mã hóa thích ứng phản ứng với các biến đổi tức thời trong điều kiện kênh và theo đó sửa đổi các định dạng mã hóa và điều chế. Dựa trên phản hồi từ người nhận, phản hồi của kênh được ước tính và tùy thuộc vào điều kiện kênh, AMC cho phép các tốc độ dữ liệu khác nhau được chỉ định cho những người dùng khác nhau. Thống kê kênh hỗ trợ máy phát và máy thu để tối ưu hóa các tham số hệ thống như điều chế, mã hóa, băng thông, bộ lọc ước tính kênh và điều khiển khuếch đại tự động.

Thích nghi lai ARQ

Hiệu suất lớp kiểm soát truy cập trung bình (MAC) hiệu quả và đáng tin cậy là cực kỳ quan trọng đối với hiệu suất liên kết đáng tin cậy trên kênh không dây bị mất. Để đạt được điều này, một cơ chế truyền lại và phân mảnh tự động được gọi là Yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) được sử dụng, trong đó máy phát chia các gói nhận được từ các lớp cao hơn thành các gói phụ nhỏ hơn, được truyền tuần tự. Nếu một gói phụ được nhận không chính xác, máy phát được yêu cầu truyền lại. Cơ chế này giới thiệu sự đa dạng thời gian vào hệ thống do khả năng phục hồi từ tiếng ồn, nhiễu và mờ dần.

Cải tiến điều chế

Các tiêu chuẩn trước đây đã sử dụng khóa dịch pha, các sơ đồ điều chế hiệu quả hơn như 64-QAM (Điều chế biên độ cầu phương) đang được sử dụng cho các hệ thống 4G.

Đài phát thanh được xác định phần mềm (SDR)

SDR là chìa khóa cho hệ thống 4G. Radio Defined Software cho phép một số mô-đun chức năng của thiết bị vô tuyến như điều chế / giải điều chế, tạo tín hiệu, mã hóa và giao thức lớp liên kết, thường được triển khai trong phần cứng cho mục đích đặc biệt được triển khai trong phần mềm có thể sửa đổi hoặc phần sụn hoạt động trên các công nghệ xử lý lập trình . Vì 4G là sự hội tụ của các tiêu chuẩn không dây đa dạng, điều này có thể được hiện thực hóa một cách hiệu quả bằng công nghệ SDR

Hệ thống 4 G

Wirelessman-Advanced

• IMT-A phiên bản tương thích của WiMAX hoặc WiMAX 2 dựa trên chuẩn IEEE 802.16m
• WiMAX (Khả năng tương tác toàn cầu cho truy cập lò vi sóng) là công nghệ truy cập băng thông rộng không dây dựa trên IP
• Wirelessman đang được phát triển.
• Việc triển khai WiMAX hiện tại không tuân thủ thông số kỹ thuật 4G
• Sử dụng OFDM trong đường lên và đường xuống .
• WiMAX di động, tiêu chuẩn IEEE 802.16e cung cấp tốc độ dữ liệu cao nhất của đường xuống 128 Mbit / s và đường lên 56 Mbit / s trên kênh rộng 20 MHz.

4G LTE (Tiến hóa dài hạn) Nâng cao

• IMT-Một phiên bản khiếu nại của LTE, còn được gọi là E-UTRA (Truy cập vô tuyến UMTS mặt đất tiến hóa) hoặc E-UTRAN (Mạng truy cập vô tuyến mặt đất tiến hóa UMTS).
• UMTS Long Term Evolution (LTE) đã được giới thiệu trong 3GPP Release 8, hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên tới 300 Mbps (4 × 4 MIMO) và lên tới 150 Mbps (2 × 2 MIMO) trong đường xuống và lên đến 75 Mbps trong đường lên. Bản phát hành 10 của LTE có khả năng tiếp cận IMT-A, tải xuống tối đa 1 Gbps và tải lên tối đa 500 Mbps.
• Sử dụng OFDMA cho đường xuống & Sử dụng nhiều truy cập phân chia tần số sóng mang đơn (SC-FDMA) cho đường lên.
• Sử dụng điều chế 64QAM
• Sử dụng MIMO và hình thành chùm tia với tối đa 4 ăng ten
• Tất cả mạng IP

Vượt ra ngoài 4G

4G không phải là kết thúc của tất cả. Công nghệ 5G của 5V đã sẵn sàng trong lĩnh vực nghiên cứu và chắc chắn sẽ tăng tốc độ dữ liệu hơn nữa.5G sẽ thay đổi cách sử dụng điện thoại di động của chúng tôi; có thể thay thế máy tính để bàn / máy tính xách tay của chúng tôi. Cùng với những cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực cảm biến thông minh, điện thoại di động 5G có tốc độ dữ liệu cực cao, lõi IP và phạm vi phủ sóng trên toàn thế giới sẽ cung cấp các tính năng chưa từng tưởng tượng cho đến nay.

3G Vs 4G