Công nghệ 3G và 4G gắn liền với các tiêu chuẩn truyền thông di động. Truyền thông di động là một trong những lĩnh vực không ngừng phát triển để mang lại trải nghiệm băng rộng di động nhanh hơn và tốt hơn. Mỗi công nghệ mới cung cấp sự tiến bộ đáng kể về hiệu suất và khả năng so với người tiền nhiệm của nó. Nó cung cấp khả năng truy cập internet trên các thiết bị khác nhau như tab, máy tính xách tay, máy tính để bàn và điện thoại di động.
Biểu đồ so sánh
| Cơ sở để so sánh | Công nghệ 3G | Công nghệ 4G |
|---|---|---|
| Băng thông dữ liệu | 2 Mb / giây - 21 Mb / giây | 2 Mb / giây - 1 Gbps |
| Tốc độ tải lên cao nhất | 5 Mb / giây | 500 Mbps |
| Tốc độ tải xuống cao nhất | 21 Mbps | 1 Gb / giây |
| Kỹ thuật chuyển mạch | Chuyển mạch gói | Chuyển mạch gói, Chuyển tin nhắn |
| Tiêu chuẩn | IMT 2000 HSDPA 3, 5G 3.75G HSUPA | Tiêu chuẩn thống nhất Wimax và LTE |
| Công nghệ Cây rơm | Dữ liệu gói băng thông rộng kỹ thuật số CDMA 2000, UMTS, EDGE, v.v. | Dữ liệu gói băng thông rộng kỹ thuật số Wimax2 và LTE. |
| Băng tần | 1, 8 - 2, 5 GHz | 2 - 8 GHz |
| Kiến trúc mạng | Dựa trên diện rộng | Tích hợp mạng LAN không dây và diện rộng |
| Sửa lỗi chuyển tiếp | 3G sử dụng mã turbo để sửa lỗi. | Mã nối được sử dụng để sửa lỗi trong 4G. |
| Ra tay | Ngang | Ngang và dọc |
Định nghĩa công nghệ 3G
3G là thế hệ tiêu chuẩn cho các dịch vụ viễn thông di động đáp ứng Viễn thông di động quốc tế -2000 (IMT-2000) cung cấp khả năng truyền giọng nói và dữ liệu (tải nhạc, email và nhắn tin tức thời) trên cùng một mạng.
Nó cung cấp dung lượng băng thông rộng, hỗ trợ số lượng khách hàng thoại và dữ liệu lớn hơn với chi phí gia tăng thấp hơn so với 2G tiền nhiệm. 3G sử dụng chuyển mạch kênh để liên lạc bằng giọng nói và chuyển mạch gói cho truyền dữ liệu.
Tốc độ truyền dữ liệu tối đa được hỗ trợ bởi 3G:
- 2.05 Mbits / giây cho các thiết bị đứng yên.
- 384 Kbit / giây cho các thiết bị di chuyển với tốc độ chậm.
- 128 Kbit / giây cho các thiết bị di chuyển ở tốc độ cao.
ĐỊNH DẠNG 3GPP
3GPP (Dự án hợp tác thế hệ thứ 3) đã được phát triển trong quá trình hình thành các cơ quan chủ quản bao gồm sự hợp tác của cả GSM và UMTS. 3GPP đã hoạt động dưới sự quan sát của ITU-R (ngành viễn thông quốc tế-Liên lạc viễn thông quốc tế), một trong những lĩnh vực của ITU.
Nó chịu trách nhiệm quản lý phổ tần số vô tuyến quốc tế, để đảm bảo sử dụng hiệu quả phổ và xác định các họ công nghệ, liên kết các phần cụ thể của phổ với các họ.
ITU cuối cùng đã phê chuẩn một gia đình gồm năm tiêu chuẩn 3G, là một phần của khung 3G được gọi là IMT-2000, sau khi cố gắng xây dựng một tiêu chuẩn 3G duy nhất:
- Ba tiêu chuẩn dựa trên CDMA (Đa truy nhập phân chia mã), cụ thể là:
- CDMA2000
- WCDMA (Truy cập nhiều bộ phận mã băng rộng) / HSPA + (Truy cập gói tốc độ cao)
- TDSCDMA.
- Hai tiêu chuẩn dựa trên TDMA (Truy cập nhiều phân chia thời gian), cụ thể là:
- FDMA / TDMA
- TDMA-SC (EDGE).
Định nghĩa về công nghệ 4G
4G là viết tắt của Công nghệ thế hệ thứ 4 và là một liên doanh để phát triển, kết hợp 2G (Thế hệ thứ 2), 3G (Thế hệ thứ 3), WLAN (Mạng cục bộ không dây), các hệ thống dây cố định, tầm ngắn vào một mạng và phát sóng, hoàn toàn chức năng, nhất quán và liên kết mạch lạc.
Đây là một phần mở rộng của công nghệ 3G cung cấp các khả năng được ITU (Liên minh Viễn thông Quốc tế) xác định trong IMT (Viễn thông di động quốc tế) bao gồm các tính năng như khả năng mở rộng, linh hoạt, hiệu quả, tự quản trị, bảo mật để hỗ trợ giao tiếp với các loại mạng khác nhau và vô số các dịch vụ mới và hiện có.
Nó cung cấp các dịch vụ tùy chỉnh hội tụ hoàn toàn (thoại, dữ liệu và đa phương tiện) với tốc độ dữ liệu lên tới 100 Mbps và truy cập di động phổ biến cho:
- Truyền hình di động độ phân giải cao
- Điện thoại IP
- Dịch vụ chơi game
- Hội nghị truyền hình
- Tivi 3D
Các phiên bản nâng cao của các công nghệ hiện tại bao gồm GSM, GPRS, CDMA, IMT-2000, W-CDMA, CDMAone, LAN không dây và Bluetooth được tích hợp vào 4G. Dự kiến truyền phát âm thanh / video chất lượng cao từ đầu đến cuối Giao thức Internet.
Các phiên bản của Mobile LTE (Sự phát triển dài hạn) và WiMAX (Khả năng tương tác toàn cầu để truy cập lò vi sóng) được hỗ trợ đồng nhất với tốc độ bit cao hơn 1 Gbit / s, được các nhà cung cấp dịch vụ mang nhãn hiệu 4G, nhưng không có tuân thủ IMT-Advanced hoàn chỉnh.
Mục tiêu chính của 4G LTE là đạt được tính di động cao và kết nối toàn cầu.
Mạng IP Core được phát triển hơn nữa để hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao, dịch vụ ứng dụng tiên tiến và quản lý mạng IP và radio hiệu quả hơn và có nhiều yêu cầu chính xác hơn.
Công nghệ vô tuyến phổ rộng được sử dụng trong 3G được thay thế bằng:
- Truyền đa sóng mang OFDMA (Truy cập đa tần số phân chia trực giao).
- Chiến lược FDE (Cân bằng miền-tần số).
Kết quả là, nó chuyển tốc độ bit rất cao mà không bị ảnh hưởng bởi sự lan truyền vô tuyến đa luồng.
Đối với truyền thông MIMO (Nhiều đầu vào nhiều đầu ra), tốc độ bit cao nhất được tăng cường hơn nữa bằng cách sử dụng các mảng ăng ten thông minh. Điều chế bậc cao hơn lên đến 64 QAM và MBMS (Dịch vụ phát đa phương tiện đa phương tiện) để phát sóng được sử dụng.
Sự khác biệt chính giữa Công nghệ 3G và 4G
Các điểm được nêu dưới đây thể hiện sự khác biệt giữa công nghệ 3G và 4G:
- Khi nói đến băng thông dữ liệu, 3G cung cấp 21 Mbps và 4G cung cấp băng thông dữ liệu tối đa 1 Gbps.
- Tốc độ tải lên tối đa của 3G là 5 Mbps trong khi 500 Mbps là tốc độ tải lên cao nhất của 4G.
- Tốc độ tải xuống cao nhất của 3G là 21 Mbps. So với 4G cung cấp tốc độ tải xuống tối đa 1Gbps.
- 3G sử dụng chuyển mạch gói để truyền dữ liệu. Mặt khác, cả chuyển đổi gói và tin nhắn đều được sử dụng trong 4G.
- Trong 4G, kiến trúc mạng Hybrid được sử dụng. Ngược lại, 3G sử dụng mạng dựa trên tế bào diện rộng.
- CDMA được sử dụng trong 3G. Đối với, 4G sử dụng OFDMA (Truy cập nhiều phân chia theo tần số trực giao).
- Quản lý bàn giao được thực hiện theo chiều dọc trong 3G, nhưng trong 4G, nó được thực hiện theo chiều dọc cũng như chiều ngang.
- Mạng dựa trên IP đầy đủ được hỗ trợ trong 4G. Tuy nhiên, trong trường hợp của 3G, nó dựa trên mạch và gói.
Kiến trúc 3G / UMTS
Các bộ phận cấu thành của mạng 3G UMTS là
• Trạm di động: Nó có thể là bất cứ thứ gì như dữ liệu và điện thoại di động hỗ trợ giọng nói, tab hoặc máy tính có thể được sử dụng làm người dùng cuối.
• RAN (Mạng truy cập vô tuyến) : Nó bao gồm các trạm cơ sở và bộ điều khiển truy cập vô tuyến thu hẹp khoảng cách giữa Trạm di động và Mạng lõi. Nó cũng kiểm soát và quản lý giao diện không khí cho toàn bộ mạng.
• CN (Mạng lõi) : Nó cung cấp xử lý và quản lý chính các hệ thống con. Kiến trúc mạng 3G UMTS được di chuyển từ GSM với một số cải tiến trong các thành phần mạng lõi.
- Miền chuyển mạch : Nó sử dụng Mạng chuyển mạch trong đó liên kết hoặc kênh chuyên dụng được cung cấp cho một khe thời gian cụ thể để đặt người dùng. Hai khối được hiển thị trong Miền chuyển mạch là:
- MSC - Trung tâm chuyển mạch di động quản lý các cuộc gọi chuyển mạch.
- GMSC - Gateway MSC hoạt động như một trung gian giữa các mạng bên ngoài và bên trong.
- Miền chuyển mạch gói : Nó sử dụng Mạng IP nơi IP chịu trách nhiệm truyền và nhận dữ liệu giữa hai hoặc nhiều thiết bị. Hai khối được hiển thị trong Miền chuyển đổi gói là:
- SGSN (Phục vụ nút hỗ trợ GPRS) : Các chức năng khác nhau được cung cấp bởi SGSN là quản lý di động, quản lý phiên, thanh toán, liên lạc với các khu vực khác trong mạng.
- GGSN (Nút hỗ trợ cổng GPRS) : Nó có thể được coi là một bộ định tuyến rất phức tạp và xử lý các hoạt động bên trong giữa các mạng chuyển mạch gói bên ngoài và mạng chuyển mạch gói UMTS.
- IMS (Hệ thống con đa phương tiện IP) : Đây là một khung kiến trúc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP.
Kiến trúc 4G LTE
Các bộ phận cấu thành của mạng 4G LTE là
- Thiết bị người dùng (UE) : Nó có thể là bất kỳ thiết bị nào có khả năng thiết lập các chức năng liên lạc như điện thoại di động, tab, máy tính, v.v.
- Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (E-UTRAN) đã phát triển: Nó điều khiển liên lạc vô tuyến giữa thiết bị người dùng và EPC. LTE di động có thể kết nối với chỉ một tế bào và một trạm gốc tại một thời điểm. Các hoạt động chính được thực hiện bởi EBS (Evolve Base Station)
- Các chức năng xử lý tương tự và kỹ thuật số của giao diện không khí LTE được sử dụng để truyền và nhận truyền vô tuyến tới tất cả các thiết bị hỗ trợ LTE.
- Xử lý hoạt động cấp thấp bằng cách gửi tin nhắn và lệnh báo hiệu.
- Lõi gói tiến hóa (EPC) : Nó giao tiếp với các mạng dữ liệu gói bên trong và bên ngoài và hệ thống con đa phương tiện IP. Nó bao gồm các khối sau:
- HSS: Máy chủ thuê bao gia đình chứa tất cả thông tin về tất cả các thuê bao của nhà mạng trong cơ sở dữ liệu trung tâm.
- MME: Thực thể quản lý di động xử lý hoạt động cấp cao bằng các thông báo báo hiệu và HSS.
- S-GW: Cổng báo hiệu thực hiện neo di động và chuyển tiếp dữ liệu giữa Cổng PDN và Trạm gốc.
- P-GW: Cổng mạng dữ liệu gói giao tiếp với các giao diện sử dụng của PDN. Nó thực hiện các hoạt động như phân bổ địa chỉ IP và lọc gói.
- PCRF: Chức năng quy tắc chính sách và tính phí có thể chịu trách nhiệm kiểm soát các hoạt động tính phí dựa trên dòng chảy trong Chức năng thực thi kiểm soát chính sách (PCEF) và ra quyết định kiểm soát chính sách.
Ưu điểm của 3G
- Nó sử dụng các băng tần 2G với băng thông lên tới 230 MHz được sử dụng để đạt được chuyển vùng toàn cầu và đa dịch vụ.
- Kênh vô tuyến băng rộng để hỗ trợ các dịch vụ tốc độ cao - Kênh sóng mang vô tuyến sử dụng băng thông lên tới 20M, giúp cải thiện tốc độ chip và chống phai đa luồng .
- Trong kênh băng thông rộng, chất lượng kinh doanh có thể được kiểm soát bằng cách áp dụng ghép kênh thời gian và tái sử dụng mã. Các yếu tố lan truyền khác nhau, các mức giá khác nhau của QOS khác nhau có thể ánh xạ vào kênh băng thông rộng được chọn để thực hiện truyền đa dịch vụ và đa tốc độ .
- Để cải thiện hiệu suất của công nghệ điều khiển công suất vòng kín đường truyền nhanh được áp dụng.
- Để điều chỉnh công suất một cách thích ứng, hạ thấp khả năng tự nhiễu của hệ thống và tăng cường độ nhạy của máy thu và tăng công suất hệ thống, các mảng ăng ten thích ứng được triển khai cho trạm gốc 3G.
WCDMA, chủ yếu bao gồm hai khía cạnh sau đây là mã hóa kênh và điều khiển công suất. - Công nghệ chuyển mạch là cần thiết để liên lạc giữa các thiết bị đầu cuối và mạng di động khi các thiết bị đầu cuối không ổn định và chuyển đổi vị trí của nó từ vùng phủ sóng của một trạm gốc sang một trạm gốc khác.
Ưu điểm của 4G
- Giảm độ trễ cho cả thiết lập kết nối và độ trễ truyền .
- Tăng thông lượng dữ liệu người dùng.
- Tăng tốc độ bit cạnh tế bào .
- Giảm thiểu chi phí cho mỗi bit sử dụng hiệu quả quang phổ nâng cao .
- Kiến trúc mạng đơn giản hóa.
- Tính di động liền mạch bao gồm giữa các công nghệ truy cập Radio khác nhau.
- Tiêu thụ điện năng hợp lý cho các thiết bị di động.
- Giảm thiểu chi phí thiết bị vì nó loại bỏ nhu cầu của bộ cân bằng tần số tốn kém tại máy thu.
- Nó cung cấp các dịch vụ bảo mật tích hợp .
Hạn chế của 3G
- Chi phí hạ tầng di động, nâng cấp trạm gốc rất cao.
- Chuyển vùng và dữ liệu / thoại làm việc chung chưa được thực hiện.
- Công suất sử dụng cao.
- Cần các trạm cơ sở khoảng cách ngắn và đắt tiền.
Hạn chế của 4G
- Phối hợp vị trí và phối hợp tài nguyên để thêm các thiết bị mới là không đầy đủ.
- Các cuộc gọi thoại và dịch vụ hạn chế có thể được xử lý một thời gian.
- Là một dịch vụ dữ liệu tập trung, nó đòi hỏi băng thông rộng.
- Nó không cung cấp dịch vụ tốt ở khu vực nông thôn do yêu cầu của mạng không dây và mạng 4G không được mở rộng tốt ở những khu vực đó.
Phần kết luận
Công nghệ 4G cung cấp dịch vụ tốt hơn so với công nghệ 3G; về thông lượng dữ liệu, tốc độ bit của tế bào, chi phí, tính di động, mức tiêu thụ điện cho thiết bị di động. Tuy nhiên, có một số vấn đề tương thích trong 4G.
