bài giảng: Thông tin di động

Dải tần số 1.9GHz được sử dụng trongcác dịch vụ của máy vi tính , nhưng nhiều hệ thống Cellular lại dùng những tần số này như là những dịch vụ âm thanh... • Network và Switching Subsyst

Thông tin di động- Phần 1

Ý tưởng hệ thống Radio di động dựa trên hệ thống Cell do hãng Bell Laboratories giới thiệu vào đầu năm 1970

1 Giới thiệu

Ý tưởng hệ thống Radio di động dựa trên hệ thống Cell do hãng Bell Laboratories giới thiệu vào đầu năm 1970 Trong mười năm sau hệ thống này vẫn chưa được thương mạu hoá để cho mọi người sử dụng Đầu năm 1980 , hệ thống điện thoại cellular tương tự được phát triển mạnh mẽ ở châu Âu Hệ thống điện thoại di động này sử dụng tần số dải 800MHz ( 806 tới

902 MHz ) và dải tần số 1.9GHz ( 1850 tới 1900MHz ) Dải tần số 1.9GHz được sử dụng trongcác dịch vụ của máy vi tính , nhưng nhiều hệ thống Cellular lại dùng những tần số này như là những dịch vụ âm thanh

Đầu tiên thế hệ thứ nhất của hệ thống di động , 1G , là tín hiệu tương tự và hoạt động với dải tần số 800 MHz Cuối cùng mở rộng với dải tần 1.8GHz và một phần Bắc Mỹ dùng dải tần 1.9GHz

Thê hệ của hệ thống di động thứ 2 , 2G , xuất hiện vào 10 năm sau cùng với di động số đầu tiên , mạng chuyển mạch số Hệ thống này cung cấp chất lượng âm thanh tốt hơn , dung lượng cao hơn , tiêu thụ năng lượng ít hơn và có khả năng chuyển vùng tốt hơn (global roaming) Chúng hoạt động với dải tần số 800MHz và của những dịch vụ PC

Hệ thống di động dùng 03 kỹ thuật khác nhau để chia xẻ phổ tần số Radio ( giữa 30KHz tới

300 GHz ) nó trên dãy tần số âm thanh nghe được và dưới tần số ánh sáng có thể nhìn thấy

## FDMA Frequency Division Multiple Access - Truy cập phân chia theo tần số

## TDMA - Time Division Multiple Access - Truy cập phân chia theo thời gian

## CDMA - Code Division Multiple Access - Truy cập phân chia theo mã

Trong đó kỹ thuật TDMA và CDMA là thống trị

Trong sự phát triển mạnh mẽ thì gặp phải một vấn đề chuẩn hoá , mỗi một công ty lại phát triển theo chuẩn riêng của họ Trong khi xem xét đến khía cạnh về thị trường về những thiết

bị được sử dụng trong khu vực đó và để giải quyết về chuẩn hoá , hội nghị về truyền thông và bưu điện Châu Âu (CEPT) đã thiết lập GSM ( Global System for Mobile Communications ) GSM được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1991 là tiêu chuẩn đầu tiên cho điện thoại di động

số được dùng cho đến nay GSM thực hiện dải tần số 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz

2 GSM

Mạng GSM được chia thành 04 phần chính :

• Mobile Station : trạm Mobile để liên kết với thuê bao

• Base Station Subsystem : điều khiển những liên kết Radio với Mobile Station

• Network và Switching Subsystem : thành phần chính có những dịch vụ Mobile và Trung tâm chuyển mạch (Switching Center) để thực hiện để kết nối những cuộc gọi giữa Mobile và thiết bị cố định hoặc Mobile của người sử dụng , mục đích của phần này để theo dõi và quản lí các cuộc gọi

• Operation và Support Subsystem : phần này thiết lập và giám sát toàn mạng

Hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU - International Telecommunication Union) quả lí những thành viên liên quan của phổ Radio quy định dải tần 890-915 MHz cho Uplink ( nối giữa Mobile Station với Base Station ) và dải tần số 935-960 MHz cho Downlink ( liên kết Base Station với Mobile Station ) cho hệ thống mạng di động trong Châu Âu Những dải tần số trên đã được sử dụng từ trước đó cho hệ thống tương tự từ trước đó và CEPT đã phải rành riêng 10MHz đầu tiên của mỗi băng tần cho mạng GSM đang còn phát triển

Do dải phổ Radio là hạn chế trong khi số thiết bị GSM có số lượng vô cùng lớn nên phải phân chia giải thông này một cách hợp lí Phương pháp lựa chọn GSM là sự kết hợp của FDMA và TDMA

FDMA chia tần số của băng thông 25MHz thành 124 tần số sóng mang và mỗi sóng màn có dải thông 200MHz Mỗi một Base Station có thể có một hoặc nhiều tần số sóng mang Trong TDMA mỗi một sóng mang được phân chia theo thời gian thành 08 khe thời gian Mỗi một khe thời gian được sử dụng để truyền từ Mobile và một khe khác được dùng để nhận Do chúng phân chia thời gian nên những thiết bị Mobile không nhận và truyền cùng một thời gian

Khi sử dụng công nghệ GSM , mỗi thiết bị GSM phải có SIM Card (Subscriber Identity Module Card) duy nhất SIM Card là một Chip nhỏ do nhà cung cấp dịch vụ GSM phát hành Những SIM này bao gồm những thông tin chủ yếu như : số điện thoại và tất cả những số điện thoại có thể được lưu trữ trên SIM Điều này cho phép người sử dụng dễ dàng thay đổi thiết bị GSM bằng cáhc rút SIM Card và cắm nó vào một thiết bị khác

Dùng hệ thống Phone GSM cùng với máy tính xách tay và PC Card cung cấp giải pháp Plug-and-Play để truyền thông Dữ liệu và Fax có tốc độ 9600bps và SMS (Short Message Service) cho phép người dùng thiết bị Mobile có thể dễ dàng kết nối khi chuyển vùng trong đất nước của họ

Một điều chúng ta nên nhớ khả năng truyền dữ liệu không phải là tự động , nhà cung cấp dịch

vụ GSM phải bổ sung chức năng này cho Mobil của người sử dụng để đem lại sự thuận tiện cho nó

Thế hệ thứ hai của GSM xuất hiện vào cuối năm 1999 , lúc này tín hiệu giọng nói và dữ liệu chỉ chiếm một khe thời gian Theo lí thuyết có nhiều khe thời gian kết hợp thì có thể có tốc

độ cao hơn HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) nó là phần mở rộng của chuẩn GSM cho phép người sử dụng kết hợp 08 khe thời gian nên tốc độ đạt được là 76.8 KBit/s

Vào năm 1993 , hiệp định về kết nối liên vùng ( roaming ) được kí kết cho phép người sử dụng có thể truy cập mạng GSM ở nước ngoài

Fax , data và SMS được roaming lần đầu tiên giới thiệu vào năm 1995 SMS đầu tiên được dùng để hiển thị Voice Mail đang chờ , về sau nó cho phép gửi tin nhắn tới 160 kí tự

Vào cuối những năm 1999 hầu hết là mạng di động 700 GSM hơn 100 nước từ : Châu Âu , Châu Mỹ , Châu Á , Châu Phi , Châu Úc Thêm nữa là hệ thống vệ tinh GSM roaming mở rộng tới những vùng mà hệ thống mặt đất không phủ tới được

Trong khi đó sự bùng nổ về ứng dụng như : Internet , TV nên mạng GSM phải nâng cấp thêm một giao thức nữa gọi là GPRS (General Packet Radio Service)

GPRS : nâng cấp cho GSM và dựa trên nhân TDMA để truyền dữ liệu theo kiểu gói nó có tốc

độ đạt được từ 21 đến 100 Kbit/s

3 GPRS - General Packet Radio Service

GPRS được giới thiệu như là một bước trung gian để truyền dữ liệu tốc độ cao lên hệ thống mạng hiện thời bằng cấu trúc mạng không dây GSM ( Global System for Mobile Communications - Hệ thống thông tin di động toàn cầu ) GSM được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1991 , nó là chuẩn Mobile số lớn nhất được dùng đến ngày nay , thực hiện với băng tần 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz

GPRS và kiểu gói dữ liệu từ dịch vụ của GSM và mạng TDMA Nó được thực hiện trên toàn thế giới và cũng là những bước đầu tiên hướng tới chuẩn 3G

GPRS cung cấp người sử dụng Mobile tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn và đặc biệt thích hợp đối với Internet và Intranet Nó làm cho dữ liệu di động nhanh hơn , rẻ hơn và càng thân thiện hơn đối với người sử dụng Cùng với GPRS những thiết bị di động hỗ trợ GPRS , người sử dụng có thể thường xuyên dùng Internet dễ dàng , Ví dụ : Email dến ngay tức thời

Nó cũng cho phép người dùng nhận những cuộc gọi liên tục trong khi gửi và nhận dữ liệu

GPRS có thể kết nối IP điểm với điểm mà có thể dùng kết nối kết hợp với mạng LAN , những nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) kèm theo những dịch vụ LAN cùng với giao diện TCP/IP và X.25

GPRS cũng đưa ngay lập tức thiết lập kết nối và cho phép thay đổi của dữ liệu truyền trong suốt thời gian kết nối Công nghệ gói dữ liệu , GPRS chỉ dùng mạng nguồn và giải thông khi

dữ liệu được thực sự truyền Điều này vô cùng phù hợp khi dùng giải thông Radio có sẵn

Nó hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu từ 14.4Kbps khi dùng 01 khe thời gian của TDMA và lên tới 115Kbps khi dùng tất cả 08 kênh thời gian

GPRS có thể thực hiện rất đơn giản bằng cách thêm những nút gói dữ liệu mới trong mạng GSM/TDMA và nâng cấp những nút có sẵn để cung cấp những đường dẫn cho gói dữ liệu giữa thiết bị đầu cuối di động và nút cổng ra vào ( Gateway Node ) Gateway Node cung cấp những mạng dữ liệu gói mở rộg mà liên quan với nhau để truy cập vào mạng Internet và Intranet

Giữa năm 2000 và năm 2002 , đã nâng cấp GSM , GPRS và mạng TDMA đang tồn tại là một phương án mà cho phép tốc độ của một khe thời gian lên tới 38.4Kbit/s đối với HSCSD và 60 Kbit/s đối với GPRS , nó cho phép tốc độ đạt được 384Kbit/s bằng cách kết hợp nhiều khe thời gian với nhau

HSCSD () nó là sự phát triển của dữ liệu chuyển mạch bên trong môi trường GSM , nó cho phép truyền dữ liệu lên liên kết GSM với tốc độ 57.6 Kbit/s Điều này đạt được là do dùng những khe thời gian liên tiếp của GSM , mà trong đó mỗi khe hỗ trợ 14.4Kbit/s nên dùng tới

04 khe thời gian GSM để truyền HSCSD

Được biết đến như là việc nâng cấp quá trình truyền dữ liệu (Enhanced Data) cho việc phát triển GSM là EDGE ( Enhanced Data for GSM Evolution) - nó là công nghệ mà cho phép GSM và TDMA tương tự như khả năng để đạt được tới dịch vụ cho 3G Việc nâng cấp trên

là việc tăng tốc độ truyền dữ liệu trên chuẩn GSM và hoạt động trên mạng 2G đang có sẵn ,

và đôi khi người ta còn gọi EDGE là dịch vụ 2.5G

GPRS là ý tưởng cho dịch vụ WAP (Wireless Application Protocol) - WAP là giao thức mà cho phép những dịch vụ Internet gửi tới những thiết bị di động có màn hình hiển thị nhỏ , ứng dụng đi kèm trong những thiết bị cho phép WEP truy cập nội dung Web như là một Micro-Browser WAP lên GPRS mang lại giá rẻ cho khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ di động , bởi vì sóng Radio GPRS chỉ cần thiết khi truyền thông tin Đối với người sử dụng điều đó có nghĩa là họ chỉ phải trả tiền trongquá trình Download

WAP và GPRS hiện nay đang phát triển rộng rãi trong thiết bị di động , cho các nhà cung cấp dịch vụ , trong môi trường xí nghiệp

Thông tin di động - Phần 2

Mục đích của dịch vụ thế hệ 3G (Third Generation) là cung cấp cho người sử dụng nhiều ứng dụng hơn , với tốc độ cao hơn và với hy vọng tương thích với toàn thế giới

4 3G

Mục đích của dịch vụ thế hệ 3G (Third Generation) là cung cấp cho người sử dụng nhiều ứng dụng hơn , với tốc độ cao hơn và với hy vọng tương thích với toàn thế giới

Những hứa hệ đối với phổ tần số sóng Radio mới là nguyên nhân những người cung cấp Telecomm trên thế giới đã trả giá rất cao cho giấy phép sử dụng 3G Trong khi hệ thống Cellular rất đông đúc đối với dải tần số 800MHz và 900Mhz và dải tần 1800MHz và 1900Mhz cũng đông không kém , thì nhiều hệ thống 3G sẽ hoạt động ở tần số 2000MHz Với tần số này hoàn toàn không liên quan tới những tần số đã tồn tại trước đó , nó hưa hẹn đem lại nhiều những ứng dụng và đem lại những giá trị mới hơn những thế hệ trước

Châu Âu có hệ thống điện thoại di động thế giới UMTS ( Universal Mobile Telephone System) cùng với WCDMA lựa chọn cho giao thức đối với hệ thống 3G

WCDMA ( Wideband Code Division Multiple Access ) - Truy cập phân chia theo mã băng rộng , kỹ thuật này cho phép dùng phổ sóng Radio với hiệu quả cao và hỗ trợ truyền dữ liệu lên tới 2Mbit/s đủ để cho phép truy cập vài đường Voice , Video và dịch vụ dữ liệu cùng một lúc

Sử dụng Packet-switching , UMTS sẽ cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 384Kbit/s cho những người sử dụng thiết bị di động tốc độ cao ( như ô tô , tàu hoả ) và với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn 2Mbit/s đối với người dùng thiết bị di động tốc độ thấp ( văn phòng , khu vực ngoại

ô ) Như vậy những dịch vụ yêu cầu tốc độ cao có thể không dàn đều cho mọi nơi Ví dụ :

sẽ chỉ có một số vùng yêu cầu cao như trung tâm thành phố Bên ngoài vùng này người sử dụng Mobile sẽ dùng những dịch vụ dựa trên thế hệ 2.5G

Nhật bản là nước đi đầu trong nghiên cứu , phát triển và triển khai những công nghệ thử nghiệm cho hệ thống 3G và họ cũng tập trung vào WCDMA như là công nghệ truy cập Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đưa ra một chuẩn toàn cầu duy nhất và kết hợp hài hoà của WCDMA cùng với đề suất của ETSI ( European Telecommunications Standards Institute ) với UTRA ( UMTS Terrestrial Radio Access Network - nó là tên của mạng Radio WCDMA trong UMTS)

Hiện tượng tăng tốc độ số lượng thuê bao ở Nhật bản ( hơn 40 triệu thuê bao đến giữa năm

2000 ) đi kèm với những vấn đề mà chỉ có hệ thống 3G mới giải quyết được đó là cung cấp

cơ hội cho những dịch vụ mới cùng với tốc độ truyền dữ liệu cao Không như một phần thế giới hiện nay đang sử dụng GSM với hệ thống 2G , thì hệ thống PDC của Nhật ( Personal Digital Cellular : nó là chuẩn của Nhật cho điện thoại di động số dùng dải sóng 800MHz và 1500MHz ) không có kế hoạch liên kết để kết nối với 3G Đó cũng chính là nguyên nhân Nhật Bản mong muốn trở thành nước đầu tiên giới thiệu công nghệ 3G

ARIB (Association of Radio Industry Businesses) đã thực hiện những chức năng tương đương để thực hiện ÚMT ở Châu Âu

Tại khu vức Bắc Mỹ , cũng như Châu Âu , sự cung cấp phần nâng cấp hệ thóng 2G để bảo đảm sự đầu tư của họ trong hệ thống đang còn tồn tại và chúng cũng đã được đầu tư rất nhiều Có 03 sự cạnh tranh trong hệ thống 2G được sử dụng rộng rãi và mỗi trong số đó có một phần chuyển sang 3G IS-136 là chuẩn dựa trên TDMA và IS-95 dựa trên CDMA cả hai đều được sử dụng trong dải PCS ( Personal Communications Services - dịch vụ điện thoại di động của Mỹ dùng tần số 1900 MHz ) - và PCS1900 là bắt đầu của GSM Mạng chuẩn IS-95 sẽ được nâng cấp thành CDMA2000 mà tương tự như chuẩn WCDMA

Trong giao thức WCDMA , mỗi cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu sẽ được chia thành những gói

dữ liệu và được truyền đi cùng với nhau , như là trong mạng máy tính Những gói bao gồm

mã nhận dạng để cho phép chuyển tới đùng mạng cần nhận cuối cùng Một vấn đề chính của CDMA là có đồng thời nhiều người đang trao đổi thong tin tại một Base Station và chúng sẽ

bị hạn chế công suất ở máy phát WCDMA và CDMA2000 sẽ được thiết kế để quản lí quá trình này

Ở Châu âu , UMTS thực hiện WCDMA hoạt động theo 02 kiểu , mỗi kiểu mang theo 5MHz

• Kiểu đầu tiên dùng cặp băng sóng , một cho Uplink và một cho Downlink Nó chặt sóng mang 5MHz thành những cặp dùng FDD (frequency duplex division)

• Kiểu thứ hai chặt sóng mang 5MHz thành nhiều khe thời gian để mang cả dữ liệu Uplink và Downlink và dùng TDD (time duplex division)

5.WAP -Wireless Application Protocol

Điều chủ yếu để truy cập mạng từ thiết bị Mobile không dây chính là WAP , nó là giao thức cho ứng dụng không dây

WAP là chuẩn toàn cầu và không bị điều khiển bởi bất kì một công ty nào Ericsson, Nokia, Motorola, và Unwired Planet thành lập một diễn đàn WAP vào năm 1997 cùng với mục đích đưa ra một đặc tính kỹ thuật để ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để cho phát triển ứng dụng lên mạng thông tin không dây Kết quả của nó được mở rộng , những tính năng toàn cầu cho phép người sử dụng Mobile cùng với thiết bị không dây dễ dàng truy cập và tác động qua lại với thông tin và những dịch vụ tức thời Công việc của nó hoàn toàn không dây - bao gồm CDMA , GSM , TDMA , và ngay lập tức được ứng dụng cho Mobilephone , Smartphone , PDA ,

WAP kết hợp chặt chẽ với nhau và cùng mở rộng liên quan đến những giao thức dữ liệu không dây Phone.com thiết lập Version của chuẩn HTML được thiết kế cho truyền thông tin qua mạng Mobile Thiết bị đầu cuối không dây kết hợp cùng với Micro-Browser HDML (Handheld Device Markup Language) và HDTP (Handheld Device Transport Protocol) của Phone.com sau đó nối với đầu cuối của Internet hoặc Intranet mà ở đó có chứa những thông tin được yêu cầu Công nghệ này được kết hợp WAP , và được đổi tên mà liên quan tới những từ viết tắt của WAP

WAP cũng định nghĩa môi trường ứng dụng không dây WAE (wireless application environment) để cho phép những nhà sản xuất và phát triển nội dung cùng với những dịch vụ phát triển khác nhau và những ứng dụng như : Minibrowser , Email , tin nhắn Một thực tiễn chính trong thiết bị WAP là chương trình duyệt Web (microbrowser) cho phép truy cập tới bất kì Website mà hỗ trợ WAP Ngôn ngữ WML (wireless markup language) của WAP dùng chuẩn XML được ứng dụng rộng rãi đang được sử dụng trong các Website

WML được thiết kế để tối ưu dữ liệu văn bản Internet để gửi tới mạng di động băng thong hẹp và tới những màn hình di động có kích thước nhỏ Nó có tính năng đặc biệt để hỗ trợ việc điều khiển bằng một tay mà không có bàn phím