Quá trình phát triển lên 3g và hệ thống truy nhập vô tuyến UTMS

Quá trình phát triển lên 3g và hệ thống truy nhập vô tuyến UTMS

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 Sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin đi động 6

1.2 Vài nét chính về các hệ thống thông tin đi động 8

1.2.1 Thế hệ 1G 8

1.2.2 Thế hệ 2G 8

1.2.3 Thế hệ 2,5 G 9

1.2.4 Thế hệ 2.75 G 12

1.2.5 Thế hệ 3G 13

1.2.6 Thế hệ 4G 14

1.3 Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập 17

1.3.1 FDMA 18

1.3.2 TDMA 19

1.3.3 CDMA 20

CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 2.1 Những yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 21

2.1.1 Những yêu cầu chung 21

2.1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT_2000 22

2.2 Nguyên lý CDMA 25

2.2.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 25

2.2.2 kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 27

2.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 28

2.3.4 Cấu trúc sell 30

3.1 Cấu trúc hê thống vô tuyến UMTS 31

3.1.1 Node _B 33

3.1.2 RNC 33

3.1.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS 34

3.2 Các chức năng trong quản lý tài nguyên vô tuyến 34

3.2.1 giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA 35

3.2.2 Chuyển giao trong cùng tần số 36

3.2.3 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM 38

3.2.4 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA 39

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG QUY HOẠCH CHO MẠNG VINAPHONE 4.Hướng phát triển ứng dụng triển khai WCDMA cho mạng vinaphone 41

4.1 Hiện trạng và các dịch vụ dữu liệu trong mạng vinaphone 41

4.2 Hướng triển khai WCDMA UMTS cho vinaphone 43

KẾT LUẬN ĐẾ TÀI 47

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Các công nghệ đa truy nhập 19

Hình 2 Mô hình mạng IMT_2000 25

Hình 3 Quá trình trải phổ và giải trải phổ 24

Hình 4 Các công nghệ đa truy nhập 28

Hình 5 Nguyên lý của đa truy nhập 29

Hình 6 Cấu trúc sell 31

Hình 7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM 31

Hình 8 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng 36

Hình 9 So sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 37

Hình 10 chuyển giao giữa các hệ thống GMS và WCDMA 38

Hình 11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 39

Hình 12 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số 40

MỞ DẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động

sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn Trong đó 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến đang được các nhà khai thác mạng triển khai

Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã

có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực này Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng số 63,5 triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chí Khoa học kỹ thuật và kinh tế Bưu điện) Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung

cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cố định,… nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng di động hiện tại là điều tất yếu và hết sức cấp thiết.

Đề tài “Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS ” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết thực trong phát triển mạng di động, nó tác động trực tiếp đến thương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp

Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Thành, trong thời gian làm

báo cáo thực tập tốt nghiệp, em đã tìm hiều về “Quá trình phát triển lên 3G và

hệ thống truy nhập vô tuyến UTMS ” với mục đích là tìm hiểu về các giải

pháp kĩ thuật mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng trong quá trình tiến lên 3G

Mặc dù đã rất cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy

Nguyễn Trung Thành đã giúp em hoàn thành.

Hà Nội, tháng 11.2011 Sinh viên

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1 Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động

Để hiểu thế nào là công nghệ 3G, hãy xét qua đôi nét về lịch sử phát triển của các hệ thống điện thoại di động Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên đựơc sử dụng vào những năm 1930 - 1940 trong trong các sở cảnh sát Hoa Kỳ nhưng các hệ thống điện thoại di động thương mại thực sự chỉ

ra đời vào khoảng cuối những năm 1970 đầu những năm 1980 Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụng công nghệ tương tự và người ta gọi các hệ thống điện thoại kể trên là các hệ thống 1G

Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng như cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng Để giải quyết vấn đề này người ta đã nghĩ đến việc số hoá các hệ thống điện thoại di động, và điều này dẫn

Do có nhận thức rõ về tầm quan trọng của các hệ thống thông tin di động

mà ở châu Âu, ngay khi quá trình tiêu chuẩn hoá GSM chưa kết thúc người ta

đã tiến hành dự án nghiên cứu RACE 1043 với mục đích chính là xác định các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 cho năm

2000 Hệ thống 3G của châu Âu được gọi là UMTS Những người thực hiện dự

án mong muốn rằng hệ thống UMTS trong tương lai sẽ được phát triển từ các

hệ thống GSM hiện tại Ngoài ra người ta còn có một mong muốn rất lớn là hệ thống UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng khác nhau như PMR, MSS,

WLAN… thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ số liệu tốc

độ cao và quan trọng hơn đây sẽ là một mạng hướng dịch vụ

Song song với châu Âu, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU – International Telecommunications UNI0N) cũng đã thành lập một nhóm nghiên cứu để nghiên cứu về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3, nhóm nghiên cứu TG8/1 Nhóm nghiên cứu đặt tên cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của mình là Hệ thống Thông tin Di động Mặt đất Tương lai (FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunications System) Sau này, nhóm nghiên cứu đổi tên hệ thống thông tin di động của mình thành Hệ thống Thông tin Di động Toàn cầu cho năm 2000 (IMT-2000 – International Mobile Telecommunications for the year 2000)

Đương nhiên là các nhà phát triển UMTS (châu Âu) mong muốn ITU chấp nhận toàn bộ những đề xuất của mình và sử dụng hệ thống UMTS làm cơ

sở cho hệ thống IMT-2000 Tuy nhiên vấn đề không phải đơn giản như vậy, đã

có tới 16 đề xuất cho hệ thống thông tin di động IMT-2000 (bao gồm 10 đề xuất cho các hệ thống mặt đất và 6 đề xuất cho các hệ thống vệ tinh) Dựa trên đặc điểm của các đề xuất, ITU đã phân các đề xuất thành 5 nhóm chính:

• IMT DS (trải phổ dãy trực tiếp): Người ta thường gọi các hệ thống này là UTRA FDD và WCDMA Trong đó UTRA là từ viết tắt của UMTS Terrestrial Radio Access

• IMT MC (nhiều sóng mang): Đây là phiên bản 3G của hệ thống IS-95 (hiện nay gọi là cdmaOne)

• IMT TC (mã thời gian): Về thực chất đây là UTRA TDD, nghĩa là

hệ thống UTRA sử dụng phương pháp song công phân chia theo

• IMT SC (một sóng mang): Các hệ thống thuộc nhóm này được phát triển từ các hệ thống GSM hiện có lên GSM 2+ (được gọi là EDGE)

• IMT FT (thời gian tần số): Đây là hệ thống các thiết bị kéo dài thuê bao số ở châu Âu

1.2 Vài nét chính về các hệ thống thông tin di động

1.2.1 Thế hệ 1G (The first gerneration)

Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm

20 ở băng tần 2 MHz Sau thế chiến thứ 2 mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng (1939- 1945) với kĩ thuật FM ở băng 150 MHz Năm 1948, một

hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond – Indian Từ những năm 60, kênh thông tin di động có dải tần 30 KHz với kĩ thuật FM ở băng tần 450 Mhz đưa ra hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần

so với cuối thế chiến thứ 2

Quan niệm về Cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten đặt cao, là những cell có diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ

xa thì có thể sử dụng lại tần số Tháng 12.1971 đưa ra hệ thống cellular kĩ thuật tương tự, sử dụng phương pháp điều tần FM, dải tần 850 MHz Tương ứng là sản phẩm thương nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do AT và MOTOROLAR của

Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1983 Đầu những năm 90 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào bao gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau như: TACS, NMTS, NAMTS, C, … Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng mà trước hết là về mặt dung lượng Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho

sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn, việc liên lạc ngoài biên giới là không thể Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ 2 thông tin di động tế bào phải lựa chọn giải pháp kĩ thuật: kĩ thuật tương tự hay kĩ thuật số Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kĩ thuật số.

Một trong những tiêu chuẩn là NMT (Nordic Mobile Telephone), được

sử dụng ở các nước Bắc Âu, Thụy Sĩ, Hà Lan, Đông Âu và Nga Những tiêu chuẩn khác bao gồm AMPS (Advanced Mobile Phone System) được sử dụng ở Hoa Kỳ và Australia , TACS (Total Access Communications System) ở Anh Quốc, C-450 tại Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp ,

và RTMI ở Italy Ba tiêu chuẩn, TZ-801, TZ-802, và TZ-803 được phát triển bởi NTT, trong khi một hệ thống cạnh tranh do DDI sử dụng tiêu chuẩn JTACS

Bảng 1.1 Bảng so sánh các tiêu chuẩBảng so sánh các thông số giữa các hệ

Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/12,5 KHz 25/10 KHz

Khoảng cách

Song công 5 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz

Số kênh 832 920 1000 (1999)

180/225

Loại điều chế FM FM FM FM

Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz

Thiết bị nến dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không

Kế hoạch cell 4,7,12 4,7,12 7,9,12 7 Điều chế kênh FSK FSK FFSK FFSK

Bí mật thoại có thể có thể không không Dịch vụ chuyển

Tới PSTN hoặc các mạng khác

Cell

Tuyến kết nối

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

2G (hoặc 2-G) là viết tắt của mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2 Mạng viễn thông di động thế hệ thứ hai 2G đã được phát động rộng rãi trên chuẩn GSM ở Phần Lan bởi công ty Radiolinja (nay là một phần của tổng công ty Elisa) vào năm 1991

Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ 2 có 3 tiêu chuẩn chính: GMS, IS – 54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS), JDC

Tuy nhiên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 cũng tồn tại một số nhược điểm như sau: Độ rộng thông băng tần của hệ thống bị hạn chế nên việc ứng dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các nhu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai, đồng thời tiêu chuẩn cho các hệ thống thế hệ 2 là không thống nhất do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn ở châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này có thể coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế đều được ấn định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần Do đó việc thực hiện chuyển mạng toàn cầu gặp phải nhiều khó khăn

Các tiêu chuẩn 2G chính là:

• GSM (TDMA-based): Ban đầu từ châu Âu nhưng nay sử dụng trong hầu như tất cả các nước trên tất cả sáu lục địa có người ở Hiện nay đã chiếm trên 80% tổng số của tất cả các thuê bao trên toàn thế giới Hơn 60 nhà khai thác mạng GSM cũng sử dụng CDMA2000 trong băng tần 450 MHZ (CDMA450)

• IS-95 (cdmaOne): Được sử dụng ở châu Mỹ và một phần của châu

Á Hiện nay đã chiếm khoảng 17% của tất cả các thuê bao trên toàn cầu

• PDC (TDMA-based): Được sử dụng độc quyền tại Nhật Bản

Băng tần phát 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz 450-470 MHz

Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/12,5 KHz 25/10 KHz

Khoảng cách

Song công 5 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz

Số kênh 832 920 1000 (1999)

180/225

Loại điều chế FM FM FM FM

Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz

Thiết bị nến dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không

Kế hoạch cell 4,7,12 4,7,12 7,9,12 7 Điều chế kênh FSK FSK FFSK FFSK

Bí mật thoại có thể có thể không không Dịch vụ chuyển

vùng ngoài hệ thống có có có bị giới hạn

• IDEN (TDMA-based): Mạng được sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ

và Telus Mobility ở Canada

• IS-136 (D-AMPS): Đã từng phổ biến ở châu Mỹ nhưng hầu hết đã chuyển sang dung GSM

Các dịch vụ 2G thường được gọi là dịch vụ truyền thông cá nhân, hoặc PCS ở Hoa Kỳ

Các hệ thống 2G có những ưu điểm sau:

• Sử dụng tín hiệu kỹ thuật số giữa các thiết bị cầm tay và tháp tăng tăng dung lượng mạng theo hai cách chính:

• Tín hiệu thoại được số hoá có thể được nén và ghép hiệu quả hơn nhiều so với mã hóa giọng nói tương tự thông qua việc sử dụng các

mã , từ đó với cùng 1 băng thông ta thực hiện được số cuộc gọi nhiều hơn

• Các hệ thống kỹ thuật số được thiết kế để tốn ít năng lượng từ thiết bị cầm tay Điều này có nghĩa rằng các tế bào có thể được nhỏ hơn,có nhiều tế bào hơn có thể được đặt trong cùng một khoảng không gian Điều này cũng được thực hiện bằng các tháp di động

và thiết bị thu phát ít tốn kém hơn

• Các tín hiệu radio đòi hỏi hỗ trợ năng lượng thấp hơn nên tốn ít năng lượng pin hơn, do đó, cuộc gọi kéo dài hơn với mỗi lần sạc,

và pin có thể được nhỏ hơn

• Tiếng nói được mã hóa kỹ thuật số cho phép kiểm tra lỗi từ đó có thể làm tăng chất lượng âm thanh bằng cách tăng phạm vi hoạt động và giảm tiếng ồn

• Các thiết bị phát điện năng thấp hơn đã giúp giảm các mối lo về sức khỏe

• Sự phát triển của các thiết bị kỹ thuật số, cho phép việc giới thiệu các dịch vụ dữ liệu kỹ thuật số, chẳng hạn như SMS và email

• Hạn chế nhiều gian lận mà các hệ thống tương tự nó đã có thể có hai hoặc nhiều thiết bị cầm tay mà có cùng số điện thoại

• Tăng cường bảo mật Một lợi thế quan trọng kỹ thuật số không thường xuyên được đề cập là các cuộc gọi di động kỹ thuật số khó khăn hơn để nghe trộm do sử dụng máy quét radio Trong khi các thuật toán bảo mật được sử dụng ở thế hệ 1G đã chứng minh không được an toàn như ban đầu được quảng cáo, điện thoại 2G có tính bảo mật cao hơn so với 1G điện thoại do có bảo vệ chống lại nghe trộm

Bên cạnh đó nó cũng có không ít khuyết điểm cần khắc phục:

• Trong ít hơn các khu vực đông dân cư, các tín hiệu kỹ thuật số yếu

có thể không đủ để đến được một tháp di động Điều này là do các

hệ thống 2G có xu hướng triển khai trên tần số cao hơn l à triển khai trên tần số thấp

• Tín hiệu tương tự có một đường cong phân rã mịn, trong khi tín hiệu số là những bậc lởm chởm Điều này vừa là một lợi thế vừa

và một bất lợi Trong điều kiện tốt, kỹ thuật số sẽ âm thanh tốt hơn Theo điều kiện tồi tệ hơn, kỹ thuật tương tự sẽ ổn định hơn, trong khi kỹ thuật số thường xuyên mất tín hiệu hoàn toàn

• Trên điện thoại di động kỹ thuật số sẽ nghe kém giai âm giọng nói của ai đó khi nói chuyện, nhưng sẽ nghe thấy nó rõ ràng hơn

1.2.3 Thế hệ 2,5G

2.5G là bước đà giữa công nghệ di động không dây 2G và 3G Thuật ngữ

"Thế hệ thứ hai và một nửa" được dùng để mô tả các hệ thống 2G đã triển khai thực hiện phát các thông tin thành các gói dữ liệu

Bước quan trọng đầu tiên trong sự phát triển của các mạng GSM sang 3G

là sự ra đời dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến chung GPRS (Gerneral Packet Radio Service)

Tương tự như các mạng CDMA2000 phát triển thông qua từ nền tảng mạng 1xRTT

 Vì vậy, các dịch vụ di động 2G kết hợp với khả năng truyền tải dữ liệu nâng cao được gọi là "2.5G”

GPRS có thể cung cấp tốc độ dữ liệu từ 56 kbit/s đến 114 kbit/s Nó có thể được sử dụng cho các dịch vụ như truy cập giao thức ứng dụng không dây (WAP), dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), và cho các dịch vụ thông tin liên lạc Internet như email và truy cập World Wide Web Truyền dữ liệu GPRS thường được tính theo từng megabyte truyền tải được, trong khi dữ liệu liên lạc thông qua chuyển mạch truyền thống được tính theo từng phút kết nối, bất kể người dùng thực sự là sử dụng dung lượng hay đang trong tình trạng chờ

1xRTT hỗ trợ hai hướng (lên và downlink) tốc độ dữ liệu lớn nhất lên đến 153,6 kbps, cung cấp một thông lượng dữ liệu cho người dùng trung bình là 80-100 kbps trong các mạng thương mại Nó cũng có thể được sử dụng cho WAP, SMS và MMS, cũng như truy cập Internet

1.2.4 Thế hệ 2.75G

Phát triển mạng GPRS lên mạng EDGE với việc sử dụng bộ mã hoá 8PSK EDGE đã được triển khai trên các mạng GSM bắt đầu từ năm 2003-đầu bởi công ty Cingular (nay là AT & T) tại Hoa Kỳ, cho phép cải thiện tốc độ truyền dữ liệu trên một phần mở rộng của chuẩn GSM

EDGE được chuẩn hóa bởi 3GPP như một phần của gia đình GSM, và nó

là một sự nâng cấp mà tốc độ gấp ba lần mạng GPRS Các dữ liệu đạt được tốc

độ truyền cao hơn (lên đến 236,8 kbit / s) bằng cách chuyển sang phương pháp

mã hóa tinh vi (8PSK), trong khe thời gian GSM hiện tại

1.2.5 Thế hệ 3G

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation) Đã có rất nhiều người nhầm lẫn một cách vô ý hoặc hữu ý giữa hai khái niệm 3G và UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems)

Công nghệ 3G được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Lúc đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên thế giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần:

 UMTS (W-CDMA)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam) UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE

FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm

2001, được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên Tuy nhiên, tuy là dựa trên công nghệ W-CDMA, công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc dù có các bước tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này)

 CDMA 2000

Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95 Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO

 TD-SCDMA

Chuẩn được it biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens Nó có thể được đưa vào hoạt động năm 2005

 Wideband CDMA

Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s Khi giao thức này được dùng trong một mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s Khi nó dùng trong một mạng cục bộ LAN, tốc độ tối đa là 1,8 Mbit/s Chuẩn này cũng được công nhận bởi ITU

Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ra đời bằng kĩ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến Lí thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý thuythông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hoá từ phương pháp thu GPRS và Ommi – Tracks, phương pháp này đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của QUALCOM - Mỹ vào năm 1990

Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần

số, mã tạp âm giả ngẫu nhiên PN với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền

có sử dụng mã PN đã ấn định Đầu thu tạo ra dãy mã giả ngẫu nhiên như ở máy phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng

bộ thu được

So với 2 hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ 2 thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắp toàn cầu Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động ở mọi lúc mọi nơi Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều được gắn một

mã số về nhận dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào trên thế giới đều có thể định vị được vị trí chính xác của thuê bao Ngoài ra hệ thống thông tin di động thế hệ 3 còn là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể

thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, chuyển vùng quốc tế, WAP (giao thức ứng dụng không dây)… để truy cập vào mạng internet, đọc báo chí, tra cứu thông tin, hình ảnh… Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thống thông tin

di động thế hệ 3 còn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình, các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS), E-mail,video streaming, High-ends games

Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản Vào năm 2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của mạng W-CDMA Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu Tại châu Phi, mạng 3G được giới thiệu đầu tiên ở Marốc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana

1.2 Bảng so sánh giữa các thế hệ thông tin di động

2,5G

GPRS,EDGE,CDMA 1x

Thoại, dịch vụ số liệu gói

TDMA,CDMA tốc

độ mã cao hơn

Thế hệ 3G CDMA 2000,

W-CDMA

Thoại và số liệu gói được thiết kế

để truyền tiếng và

số liệu đa phương tiện

Sử dụng CDMA đa phương tiện

1.2.6 Thế hệ 4G

Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc

độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s

Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m) Ba công nghệ này có thể được xem

là các công nghệ tiền 4G Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới

1.3 Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập

Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong

đó một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung giới hạn để truyền và nhận thông tin Vì vậy dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đã truy nhập khác nhau: TDMA, FDMA, và CDMA sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong hình 1.2

•Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple Access)

•Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple Access)

•Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple Access)

Hình 1 Các công nghệ đa truy nhập 1.3.1 FDMA

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng phòng vệ, mỗi dải tần gán cho một kênh liên lạc, N dải tần kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần kế tiếp dành cho liên lạc hướng xuống.

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

Hệ thống FDMA điển hình là AMPS (Advanced Mobile Phone System) dùng ở Mỹ, Canada, Australia…

1.3.2 TDMA

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thô thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kì một khung Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bít chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ, bit bảo

Mỗi MS được gán một mã riêng biệt và kĩ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho các MS không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng lúc dùng chung dải tần số

Đặc điểm: Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz Sử dụng kĩ thuật trải phổ phức tạp, kĩ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng cá cường độ trường rất nhỏ và chống pha đinh hiệu quả hơn FDMA và TDMA Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn là vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng trong cell rất linh hoạt

Mỗi hệ thống thông tin di động có thể sử dụng những phương pháp đa truy nhâp riêng hoặc có sự kết hợp giữa chúng Và điều này tạo nên nhiều khác biệt về kĩ thuật cũng như dung lượng mạng của các thế hệ di động

Chương 2.

HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

2.1 Những yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

2.1.1 Những yêu cầu chung

Những yêu cầu chung về các dịch vụ và chất lượng được ITU đưa ra, sau

đó các tổ chức chuyển hoá và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế mạng đáp ứng các yêu cầu đề ra như sau:

• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit lên tới 2 Mbps

phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy đầu cuối: 2 Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384 kbps khi đi bộ và 144 kbps khi đang

di chuyển tốc độ cao

• Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến

• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại

• Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định

• Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế

• Hỗ trợ cấu trúc cell nhiều lớp

• Cơ chế tính cước theo dung lượng truyền thay cho thời gian như hiện nay

• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu nghĩa là gồm cả vệ tinh ITU-R đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000 IMT-2000 được tạo ra nhằm thoả mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở hạ tầng thông tin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh và truy nhập cố định, di động cho

các mạng công cộng và mạng riêng.

2.1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 sử dụng dải tần quy định quốc

tế 2GHz như sau:

• Đường lên : 1885-2025 MHz

• Đường xuống: 2110-2200 MHz

Là hệ thống thông tin di động cho các loại hình thông tin vô tuyến:

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

• Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

• Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau:

• Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

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

Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành 4 vùng với các tốc

độ bit Rb phục vụ như sau:

• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps

• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384Mbps

• Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144Mbps

• Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6Mbps

(32 Dịch vụ truyền thanh FM (64(32 384kbps)

(64-Dịch vụ số liệu

- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbps-2Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2Mbps)

Dịch vụ đa phương tiện

- Dịch vụ video (384kbps

- Dịch vụ ảnh động (384kbps- 2Mbps)

- Dịch vụ ảnh động thời gian thực (≥ 2Mbps)

Dịch vụ Internet Dịch vụ

Internet đơn giản

Dịch vụ truy nhập Web 2Mbps)

(384kbps-Dịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384kbps-2Mbps)

Dịch vụ Internet đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps)

TE di động

TE di động

TE di động

TE di động

Mạng truy nhập

- Phát quảng

bá thông tin truy nhập hệ thống

- Phát và thu

vô tuyến

- Điều khiển truy nhập vô tuyến

UIM

UIM

Mạng lõi

- Điều khiển cuộc gọi

- Điều khiển chuyển mạch dịch vụ

- Điều khiển tài nguyên quy định

- Quản lý dịch vụ

- Quản lý vị trí

- Quản lý nhận

Vùng mạng truy nhập

Các dịch vụ ứng dụng

Vùng các dịch vụ ứng dụng