Công nghệ LTE và những ưu điểm của nó

 

Ngày nay việc sử dụng mạng Internet và các ứng dụng của nó là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nhu cầu truy cập tới mạng Internet toàn cầu ngày càng tăng, không chỉ truy cập tại nhà, ở nơi công sở, quán cafe, mà cả khi chúng ta di chuyển, trên tàu xe … Từ đó đặt ra nhiệm vụ phát triển những công nghệ mới cho mạng Internet không dây giúp cho nhu cầu truy cập mọi lúc mọi nơi. Với mục tiêu này các tổ chức viễn thông quốc tế đã đưa ra thế hệ mạng di động mới, với tên gọi là 4G. Các mạng 4G sẽ trở thành những mạng truyền dữ liệu cơ bản trong tương lai gần, bao gồm tiêu chuẩn LTE và WiMAX, các công nghệ này có thể chia sẻ các tần số làm việc với các mạng 2G và 3G trước đó mà không gây can nhiễu lẫn nhau.

Mạng 1G là cho tín hiệu tương tự và chỉ cung cấp duy nhất dịch vụ truyền âm thanh. Nó nhanh chóng được thay thế bởi mạng di động thế hệ thứ 2 (2G) với công nghệ kỹ thuật số. Các mạng 2G cho phép truyền cả âm thanh và dữ liệu, cho dù tốc độ vẫn còn ở mức thấp. Các mạng 2G được chia ra các giai đoạn như GPRS (2,5G) và EDGE (2,75G). Hai giao thức này bước đệm để phát triển công nghệ mạng 3G. Nhờ mạng 3G, các hệ thống di động bắt đầu đưa ra các dịch vụ Internet cho di động. Có một số tiêu chuẩn cho truyền dữ liệu như UMTS, CDMA và WCDMA cho phép tốc độ truyền dữ liệu tới 2,4 Mbit/s. Tiêu chuẩn HSDPA (3,5G) cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên đến 14,4 Mbit/s, còn HSUPA (3,75G) – 21,1 Mbit/s. các mạng di động thế hệ thứ 3 bắt đầu đi vào thị trường viễn thông từ năm 2001 ở Nhật Bản và năm 2003 ở Hoa Kỳ. Chúng cho phép tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với các mạng 2G, cùng với đó cung cấp khả năng phát triển các dịch vụ mới nhơ cuộc gọi video, VoIP, chia sẻ Video …

Các mạng di động thế hệ thứ 4 hỗ trờ tốc độ truyền dữ liệu cao hơn so với 3G. Điều này cho phép người sử dụng sử dụng các dịch vụ mạng di động chất lượng hơn, như video chất lượng HD, sử dụng điện thoại giống như modem Wifi, cuộc gọi chất lượng cao trên môi trường mạng khi đang chuyển động. Ngoài ra mỗi trạm gốc có thể phục vụ gấp 10 lần thuê bao so với mạng 3G, nó sẽ giúp tránh những sự gián đoạn có thể khi nghẽn mạng.

Hai công nghệ mạng 4G (LTE và WiMAX) khá tương đồng với nhau. Tiêu chuẩn LTE cho phép tốc độ truyền dữ liệu đến 10 Mbit/s, còn với WiMAX – 75 Mbit/s. Các mạng LTE gần gũi hơn với mạng 3G. Công nghệ này sử các thuật toán tương tự nhưng các mạng di động hiện tại. Ưu điểm quan trọng của mạng LTE so với WiMAX là nó cho phép truyền dữ liệu khi đang di chuyển với tốc độ cao. Phiên bản mới của LTE là LTE Advanced. Nó cung cấp những cải tiến cho mạng LTE hiện tại và được tiêu chuẩn hóa từ Liên minh viễn thông quốc tế vào năm 2010. Mạng LTE cho phép sử dụng tài nguyên tần số mọt cách hiệu quả hơn, và cũng cho phép mạng di động sử dụng những tần số mà được giải phóng khi chuyển đổi từ hệ thống truyền hình tương tự sang truyền hình số.

LTE (Long Term Evolution) nghĩa là “sự phát triển lâu dài”, công nghệ này được xem như công nghệ di động thế hệ thứ 4. Đây là tiêu chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ cao cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối khác, nó dựa trên tiêu chuẩn GSM/EDGE và UMTS/HSPA, thông qua việc sử dụng những kỹ thuật điều chế mới, những giải pháp công nghệ khác nhau như: lập lịch phụ thuộc tần số (Channel-Dependent Scheduling), đáp ứng tốc độ bit (Adaptive Bit Rate), kỹ thuật đa anten (MIMO), để giúp tăng hiệu suất và tốc độ truyền dữ liệu. Các tiêu chuẩn của công nghệ LTE được xây dựng từ tổ chuecs 3GPP (3rd Generation Partnership Project) và được định nghĩa trong các tài liệu kỹ thuật ấn bản thứ 8, sau đó với một chút cải tiến được mô tả trong ấn bản thứ 9. Mặc dù nó được gọi là dịch vụ không dây 4G, nhưng các tiêu chuẩn kỹ thuật của LTE trong ấn 8 và 9 của 3GPP chưa đáp ứng đủ những yêu cầu kỹ thuật của ITU-R cho một thế hệ di động mới, do đó, nó được coi như công nghệ 3,9G.

Mục đích chính của công nghệ LTE là giúp tăng hiệu suất phục vụ, tăng tốc đọ truyền dữ liệu cho mạng không dây. Quan trọng hơn là thiết kế một kiến trúc mạng đơn giản hơn trên nền tảng giao thức IP và giảm trễ truyền dẫn dữ kiệu so với công nghệ mạng 3G. Các giao diện không dây của LTE không tương thích với các mạng 2G và 3G, do đó nó phải làm việc trên những dải tần số vô tuyến khác.

Những đặc tính cơ bản của mạng LTE

Mục đích chính của mạng LTE là hướng tới việc cải thiện hệ thống UMTS (3G), để có thể đạt tới công nghệ 4G thực sự. Công việc chủ yếu là tập chung vào việc đơn giản hóa kiến trúc hệ thống, nó phải được chuyển đổi từ hệ thông chuyển mạch kênh kết hợp chuyển mạch gói sang một hệ thống với kiến trúc IP phẳng, hay nói cách khác lag chỉ riêng chuyển mạch gói.

E-UTRA là giao diện vô tuyến của mạng LTE. Nó có những đặc tính nổi bật sau:

-     Tốc độ đỉnh cho đường xuống là 299,6 Mbit/s và cho đường lên là 75,4 Mbit/s phụ thuộc vào thiết bị người sử dụng;

-     Trễ truyền dẫn dữ liệu trung bình khá nhỏ (với điều kiện tối ưu cho truyền dẫn các gói IP nhỏ, thời gian trễ cho truyền dữ liệu 2 chiều có thể dưới 5ms), trễ do thiết lập kiên kết cũng nhở hơn so với các công nghệ truy cập vô tuyến trước đó;

-     Hỗ trợ tốt hơn tính di động: thiết bị đầu cuối chuyển động với tốc độ 350 km/h hay thậm trí lên tới 500 km/h cũng có thể được phục vụ tốt tùy vao dải tần số hoạt động;

-     OFDMA được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống; SC-FDMA – cho truyền dẫn đường lên, để giảm công suất thu phát tín hiệu cho thiết bị di động cầm tay;

-     Hỗ trợ cả 2 hệ thống thông tin với chế độ song công FDD và TDD, cũng như bán song công FDD với cùng một công nghệ truy cập vô tuyến;

-     Hỗ trợ cả những dải tần số mà hiện tại đang được sử dụng trong hệ thống viễn thông di động quốc tế ITU-R;

-     Tăng tính linh hoạt của phổ tần số, các dải tần số 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz đã được tiêu chuẩn hóa;

-     Hỗ trợ các tế bào với bán kính từ hàng chục mét (femo-cell, pico-cell) cho tới hàng trăm km (macro-cell). Với những dải tần số thấp sử dụng ở những vùng nông thôn, bán kính tối ưu của mỗi tế bảo là khoảng 5 km, hiệu suất của tế bào vẫn được đảm bảo ở khoảng cách 30 km, và thậm trí khi đạt đến 100 km hiệu suất vẫn có thể chấp nhận được. Ở những khu vực thành phố sử dụng các dải tần cao hơn để đảm bảo cho thông tin băng thông rộng tốc độ cạo, trong trường hợp này bán kính mỗi tế bào là khoảng 1 km hay nhỏ hơn (hàng chục mét);

-     Hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối đồng thời hoạt động trong một tế bào với dải tần 5 MHz;

-     Kiến trúc đơn giản: mạng E-UTRAN chỉ bao gồm những trạm gốc eNodeB;

-     Hỗ trợ cả những công nghệ cũ hơn như GSM/EDGE, UMTS và CDMA2000. Nếu trong một khu vực không có mạng LTE, người sử dụng vẫn có thể hoạt động trên mạng GSM/GPRS, UMTS hay thậm chí là cdmaOne (IS-95) hay CDMA2000;

-     Giao diện vô tuyến là hoàn toàn chuyển mạch gói;

-     Hỗ trợ mạng MBSFN (mạng phát sóng với tần số đơn). Đặc tính này hữu ích cho các dịch vụ truyền hình Tivi di động trên cơ sở kiến trúc LTE.
 

Có bao nhiêu vệ tinh nhân tạo đang hoạt động trong vũ trụ?

Thời đại vũ trụ bắt đầu vào ngày 4 tháng 10 năm 1957 bằng việc phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên Sputnik 1. Con tàu vũ trụ nhỏ bé này chỉ tồn tại 3 tháng trên quỹ đạo, và sau đó bốc cháy trên bầu khí quyển trái đất.

Theo sau những bước chân lịch sử này, rất nhiều những tàu vũ trụ đã được phóng lên quỹ đạo trái đất, quanh mặt trăng, mặt trời và những hành tinh khác, và thậm trí là ra khỏi hệ mặt trời. Cho tới năm 2013, có 1071 vệ tinh nhân tạo đang hoạt động trên các quỹ đạo quanh trái đất. 50% trong đó đã được phóng lên bởi Hoa Kỳ.

Một nửa trong số đó có quỹ đạo thấp, chỉ một vài trăm km trên bề mặt trái đất. Một vài vệ tinh danh tiếng trong số đó bao gồm: trạm không gian quốc tế, kiến thiên văn không gian Hubble, và nhiều vệ tinh quan sát trái đất.

Khoảng 1/20 vệ tinh nằm trong quỹ đạo trung bình, khoảng 20.000 km, đây thường là những vệ tinh định vị toàn cầu sử dụng cho mục đích dẫn đường. 

Một nhóm nhỏ trong đó có quỹ đạo elip, quỹ đạo của chúng giúp đưa chúng đến gần và xa trái đất hơn (vì trái đất là một trong 2 tiêu cự của hình elip này).

Số còn lại có quỹ đạo địa tĩnh ở độ cao khoảng 36.000 km.

Nếu chúng ta có thể nhìn thấy những vệ tinh này từ bề mặt trái đất, chúng sẽ xuất hiện cố định trên bầu trời. Thực tế thì chúng ở nguyên trên một khu vực địa lý để cung cấp những nền tảng hoàn thiện cho thông tin viễn thông, phát sóng truyền hình hay theo dõi thời tiết.

         Còn có rất nhiều những vật thể nhân tạo đang quay quanh trái đất. Trong số này có những mảnh vỡ tên lửa đẩy, những vệ tinh đã chết (hết hạn sử dụng), và những vật thất lạc… Dựa vào mạng giám sát không gian Hoa kỳ, có nhiều hơn 21.000 vật thể có kích thước lớn hơn 10 cm đang quay quanh trái đất. Chỉ một phần nhỏ trong số chúng là các vệ tinh đang hoạt động. Người ta ước lượng có khoảng 500.000 những mẩu nhỏ khác có kích thước từ 1 đến 10 cm.

Quỹ đạo trái đất thấp đang bị ô nhiễm với rác, trạm không gian quốc tế thường xuyên phải loại bỏ chúng để tránh sự va chạm với những khối nguy hiểm từ những mảnh vỡ trong không gian. Rất nhiều những vật thể này được tạo ra từ những va đập, và một vài nhà khoa học đã lo lắng rằng việc du lịch vũ trụ trong tương lai có thể có nhiều rủi ro nếu như chúng ta để quá nhiều rác quay quanh hành tinh này.

Nhìn ra xa từ quỹ đạo của chúng ta,  có một vài vệ tinh đang quay quanh mặt trăng. Đúng vậy, tàu vũ trụ quan sát mặt trăng và thám hiểm khí quyển và bụi môi trường trên mặt trăng đang ở trên quỹ đạo của mặt trăng. Xa hơn nữa, có cả một tàu vũ trụ quay quanh sao Thủy, một cái quay quanh sao Kim, 3 cái quay quanh sao Hỏa và một cái quay quanh sao Thổ. Có một nhóm nhỏ tàu vũ trụ quay quanh mặt trời, mặc dù chúng đang dẫn trước hay theo sau trái đất trong quỹ đạo mặt trời. và một vài tàu vũ trụ đang trên quỹ đạo để đưa chúng ra khỏi hệ mặt trời. Tàu vũ trụ Voyager của NASA đã đi vào vùng nhật quyển của mặt trời vào năm 2013, vào vùng giữa các vì sao.

Bắt đầu với hành trình đơn phương độc mã của Sputnik 50 năm về trước, thật là thú vị khi xem xét bao nhiêu vệ tinh chúng ta đã phóng vào vũ trụ trong chỉ vài thập kỷ. Với nhiều những lần phóng thế nữa, vũ trụ sẽ trở thành một nơi đông đúc, nhôn nhịp với rất nhiều những xứ mệnh thú vị được mong đợi. 

Theo bạn, vũ trũ sẽ thế nào sau vài thập kỷ nữa?

Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS

GLONASS là một hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu, cung cấp thông tin về vị trí, dẫn đường, thời gian chính xác cho người sử dụng. Thiết bị thu GLONASS tính toán vị trí của chúng trong hệ tham chiếu GLONASS, sử dụng công nghệ vệ tinh trên cơ sở nguyên lý tam giác (triangulation principles). Nó là một sự luân phiên, bổ xung cho các hệ thống dẫn đường vệ tinh khác, ví dụ như GPS của Hoa Kì, BeiDou của Trung Quốc, hay Galileo của Liên minh Châu Âu.

Cấu trúc tín hiệu GLONASS

Mỗi hệ thống GLONASS truyền những tín hiệu vô tuyến dẫn đường trên các tần số cơ sở trong hai dải tần số con (L1 ~ 1.6 GHz; L2 ~ 1.25 GHz). Cần lưu ý rằng GLONASS dựa trên kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) thay vì CDMA như trong hệ thống GPS hay Galileo. Mỗi vệ tinh sẽ phát những tín hiệu dẫn đường trên tần số sóng mang của nó, và hai vệ tinh GLONASS có thể phát những tín hiệu dẫn đường trên cùng một tần số sóng mang nếu như chúng nằm đối cực với nhau trên mặt phẳng quỹ đạo.

Tần số thu phát của mỗi vệ tinh GLONASS có thể suy ra từ số kênh k nhờ biểu thức sau:

f_k1 = f₀₁ + kΔf₁, với f₀₁ = 1602MHz và Δf₁ = 562.5 KHz

f_k2 = f₀₂ + kΔf₂, với f₀₂ = 1246MHz và Δf₂ = 437.5 KHz

Sự đổi mới của GLONASS sẽ bổ xung một tần số thứ 3 G3 trong dải ARNS cho các vệ tinh GLONASS-K. Tín hiệu này sẽ cung cấp thêm mã C/A2 cho dân sự và mã P2 cho quân sự.

 

Kiến trúc của hệ thống GLONASS

  

GLONASS là sự kết hợp của 3 phần: phần không gian (SS), phần mặt đất (CS) và phần người sử dụng (US).

Tùy vào dữ liệu điều khiển giao diện của GLONASS, phần không gian của GLONASS bao gồm 24 vệ tinh, nằm trong 3 mặt phẳng quỹ đạo, mỗi mặt phẳng hợp với nhau một góc 120 độ. 8 vệ tinh được phân bố đều nhau trong mỗi mặt phẳng quỹ đạo. các vệ tinh hoạt động trong những quỹ đạo tròn với bán kính 19.100 km, và góc nghiêng 64.8 độ, mỗi vệ tinh thực hiện một vòng quỹ đạo hết 11 giờ 15 phút. Vị trí của các vệ tinh như vậy cho phép phủ sóng liên tục bề mặt trái đất và cả vùng không gian gần trái đất. 

Phần mặt đất của GLONASS bao gồm trung tâm kiểm soát hệ thống và mạng chi huy và trạm theo dõi, chúng được đặt trên khắp lãnh thổ nước Nga. Phần điều khiển cung cấp màn hình trạng thái các chòm vệ tinh GLONASS, điều chỉnh các thông số của quỹ đạo và cập nhật dữ liệu dẫn đường.

Cuối cùng là phần người sử dụng, nó bao gồm thiết bị thu, giúp tính toán tọa độ, tốc độ và tời gian của tín hiệu dẫn đường GLONASS.