Các hệ thống thông tin di động trên thế giới và khả năng phát triển tại việt nam

5 DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DPDCH Dedicated Physical D

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

o0o

PHẠM XUÂN TRƯỜNG

N

CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ KHẢ NĂNG PHÁT

TRIỂN TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS KIỀU VĨNH KHÁNH

HÀ NỘI - 2010

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân dưới sự

hướng dẫn của PGS Kiều Vĩnh Khánh Nội dung luận văn có tham khảo các tài liệu

của ITU, các kết quả nghiên cứu của các tổ chức viễn thông như 3GPP, 3GPP2,

IEEE… cùng một số bài báo trong và ngoài nước, luận văn không sao chép nội dung

của bất kỳ bản luận văn nào khác

Nếu có gì sai phạm tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người cam đoan

Phạm Xuân Trường

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH 10

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI 14

1.1 Các hệ thống trước 3G: 15

1.1.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trước 3G: 15

1.1.2 Tổng kết đánh giá về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động 2G: 18

1.2 Các hệ thống 3G: 21

1.2.1 Các hệ thống thông tin di động 3G đã được ITU phê chuẩn: 21

1.2.2 Một số phân tích về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động 3G 33

1.3 Các hệ thống thông tin di động hướng tới 4G: 40

1.3.1 Các hệ thống thông tin di động được đề cử cho IMT Advanced: 41

1.3.2 Sự hội tụ về mặt công nghệ của các hệ thống thông tin di động 4G: 42

CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH CHUẨN HÓA, HIỆN TRẠNG CÁC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI 45

2.1 Nhánh công nghệ được chuẩn hóa bởi 3GPP 46

2.1.1 Giới thiệu chung: 46

2.1.2 Mạng vô tuyến: 48

2.1.3 Mạng lõi 63

2.2 Nhánh công nghệ chuẩn hóa bởi 3GPP2 70

2.2.1.Giới thiệu chung: 70

2.2.2 Mạng vô tuyến: 71

2.2.3.Mạng lõi: 77

3

2.3 Nhánh công nghệ được chuẩn hóa bởi IEEE ( WIMAX FORUM) 78

2.3.1 Giới thiệu chung: 78

2.3.2 Mạng vô tuyến WIMAX 80

2.3.3 Mạng lõi WIMAX: 92

CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ THỰC TRẠNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM 101

3.1 Thực tiễn ứng dụng triển khai các hệ thống thông tin di động tại Việt Nam 101

3.1.1 Công nghệ GSM tại Việt Nam: 101

3.1.2 Công nghệ CDMA2000 tại Việt Nam: 104

3.1.3 Triển khai 3G tại Việt Nam 106

3.1.4 Thử nghiệm WIMAX tại Việt Nam 108

3.1.5 Thử nghiệm LTE tại Việt Nam 108

3.2 Một số vấn đề trong lĩnh vực thông tin di động tại Việt Nam thời gian qua: 109

3.3 Một số đề xuất của cá nhân: 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

5

DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DRX Discontinuous Reception Thu không liên tục

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

EDGE Enhanced Data rates for GPRS

Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile

Communications Hệ thống thông tin di động tòan cấu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao

6

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH

High-Speed Physical Dedicated Shared

HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà

HS-SCCH

High-Speed Shared Control Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000

International Mobile

Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IR Incremental Redundancy Phần dư tăng

Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

NodeB Nút B

OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao

PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình

P-CCPCH

Primary Common Control Physical

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

7

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian

8

TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TFCI Transport Format Combination

Indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khỏang thời gian phát

UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di động siêu rộng

UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cấu

USIM UMTS SIM

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

WiFi Wireless Fidelitity Chất lượng không dây cao

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1:Thống kê số lượng thuê bao và thị phần của các công nghệ trên toàn cầu 14

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống GSM900 17

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống CDMA IS95 18

Bảng 1.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các hệ thống IMT-2000 24

Bảng 1.5: Tổng quan các công nghệ 3G/IMT2000 25

Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật chính hệ thống ULTRA FDD 26

Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật chính hệ thống CDMA-2000 27

Bảng 1.8: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống ULTRA TDD 29

Bảng 1.9: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống TDMA SC( EDGE) 30

Bảng 1.10: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống DECT (IMT-FT) 32

Bảng 1.11: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống WIMAX 802.16e 33

Bảng 1.12: Tốc độ dữ liệu các hệ thống 2G 34

Bảng 1.13: Tốc độ dữ liệu các hệ thống 3G 34

Bảng 1.14: Băng thông hoạt động các hệ thống 2G 35

Bảng 1.15: Băng thông hoạt động các hệ thống 3G 36

Bảng 1.16: Một số thông số mục tiêu của hệ thống IMT Advanced mà ITU đề ra 41

Bảng 2.1: Tốc độ đỉnh của các loại đầu cuối HSDPA khác nhau 57

Bảng 2.2: Các tham số OFDMA 86

10

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình1.1: Băng thông hoạt động các hệ thống thông tin di động theo khuyến nghị của

ITU 22

Hình 1.2: Chia sẻ tài nguyên hệ thống trong HSDPA 37

Hình 1.3: Lộ trình phát triển các hệ thống thông tin di động lên 4G 44

Hình 2.1: Quan hệ giữa các cơ quan tiêu chuẩn hoá theo 3GPP 47

Hình2.2: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM 49

Hình 2.3: Triển khai EDGE 51

Hình 2.4: Triển khai UMTS 52

Hình 2.5: Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1) .54

Hình 2.6 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) 54

Hình 2.7: Sơ đồ MIMO 2x2 56

Hình 2.8: Minh họa khả năng tăng dung lượng hệ thống băng sử dụng đa sóng mang trong 3GPP R8 .58

Hình 2.9: Kết hợp 2 sóng mang và sử dụng MIMO trong 3GPP R9 59

Hình 2.10: Kết hợp 4 sóng mang để đạt tốc độ cao trong 3GPP R10 59

Hình 2.11: Minh họa các bước phát triển từ WCDMA lên HSPA+ 60

Hình 2.12: Triển khai LTE tại những băng tần mới .61

Hình 2.13: Tiềm năng về mặt tốc độ dữ liệu của LTE 63

Hình 2.14: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 64

Hình 2.15: Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 65

Hình 2.16: Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 68

Hình 2.17: Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 70

Hình 2.18: Triển khai CDMA2000 1x 73

11

Hình 2.19: Triển khai CDMA2000 1xEV-DO 74

Hình 2.20: Các bước phát triển của nhánh công nghệ CDMA2000 .75

Hình 2.21: Các tùy chọn phát triển lên LTE cho họ công nghệ 3GPP2 76

Hình 2.22: Kiến trúc mạng lõi CDMA2000 77

Hình 2.23: Sơ đồ tổ chức WIMAX FORUM 79

Hình 2.24: Profile hệ thống WIMAX di động 81

Hình 2.25 Cấu trúc cơ bản của hệ thống OFDM 83

Hình 2.26: Vị trí của tiền tố vòng (CP) 83

Hình 2.27: Cấu trúc song mang con của OFDMA 84

Hình 2.28: Phân bố tần số kênh con DL 85

Hình 2.29: Cấu trúc UL PUSC 86

Hình 2.30: Cấu trúc khung WIMAX .88

Hình 2.31: Điều chế thích nghi trong WIMAX 90

Hình 2.32: Tái sử dụng tần số trong WIMAX 92

Hình 2.33: Mô hình tham chiếu mạng WIMAX 96

Hình 2.34: Cấu trúc mạng WIMAX trên cơ sở IP 96

Hình 3.1 Tăng trưởng thuê bao của MOBIFONE qua các năm 102

12

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây tại Việt Nam, viễn thông mà đặc biệt là lĩnh vực

thông tin di động là ngành có những bước tăng trưởng, phát triển vượt bậc là một

điểm sáng của nền kinh tế đất nước Trong điều kiện đó cần thiết phải có những

nghiên cứu về các công nghệ di động mới trên thế giới để tìm ra giải pháp phù

hợp ứng dụng cho Việt Nam ở giai đoạn tiếp theo giúp ngành viễn thông nước ta

tiếp tục phát triển mạnh

Chính vì lý do trên tác giả chọn đề tài luận văn là: “Các hệ thống thông tin di

động trên thế giới và khả năng phát triển tại Việt Nam”.

Mục đích nghiên cứu của luận văn là cập nhật quá trình chuẩn hóa, hiện trạng phát

triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới và thực tế triển khai ứng dụng các

hệ thống thông tin di động tại Việt Nam Nội dung luận văn gồm :

Chương 1 Sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên

thế giới: Chương này trình bày sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông

tin di động, đưa ra một số nhận định, so sánh về mặt công nghệ các hệ thống

thông tin di động qua các thế hệ phát triển

Chương 2 Tình hình chuẩn hóa, hiện trạng các hệ thống thông tin di động

trên thế giới: Nội dung chương cập nhật tình hình chuẩn hóa, hiện trạng phát

triển trên thực tế của 3 nhánh công nghệ thông tin di động chính, phổ biến nhất

hiện nay là nhánh công nghệ chuẩn hóa bởi 3GPP, nhánh công nghệ chuẩn hóa

bởi 3GPP2 và nhánh WIMAX

Chương 3 Quá trình phát triển và thực trạng các hệ thống thông tin di

động tại Việt Nam: Chương cuối của luận văn đề cập tới thực tế triển khai, ứng

dụng các hệ thống thông tin di động tại Việt Nam, đồng thời đưa ra một số nhận

13

định đề xuất cá nhân cho việc triển khai thông tin di động giai đoạn tiếp theo tại

nước ta

Kết luận và kiến nghị: đưa ra các vần đề đã đạt được và một số kiến nghị nhằm

phát triển hơn nữa lĩnh vực thông tin di động tại Việt Nam

Trong quá trình thực hiện luận văn để có thể cập nhật được kiến thức tác giả đã tìm

hiểu cập nhật các tiêu chuẩn về thông tin di động của ITU, các tổ chức viễn thông lớn

trên thế giới như 3GPP, 3GPP2, WIMAX FORUM cũng như tìm hiểu về thực tế

nghiên cứu công nghệ của các hãng sãn xuất thiết bị như QUALCOMM, NOKIA…

Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng lĩnh vực thông tin di động là một lĩnh vực rộng

lớn phức tạp, liên quan tới nhiều lĩnh vực công nghệ khác đồng thời cũng do thời gian

thực hiện có hạn nên nội dung của luận văn còn nhiều thiếu sót Rất mong được sự

thông cảm và hướng dẫn, chỉ bảo thêm của các thầy cô và bè bạn để tác giả có thể hiểu

rõ hơn về lĩnh vực này

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Điện tử viễn thông – Đại

học Bách Khoa Hà Nội, các thầy thuộc bộ Thông tin và truyền thông, bộ Giáo dục và

đào tạo cùng bạn bè đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn Đặc biệt là

sự hướng dẫn tận tình của thầy Kiều Vĩnh Khánh, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn, định

hướng, tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

14

CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI

Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất

với con số thuê bao đã đạt đến 4,3 tỷ tính đến cuối năm 2009 Khởi nguồn từ dịch vụ

thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi

các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình

loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng video

call , internet di động tốc độ cao… Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở

nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp

15

Trước hết ta sẽ nhìn lại một số bước phát triển quan trọng của các hệ thống thông tin

di động trên thế giới xét trong lĩnh vực dân sự cho tới nay:

1.1 Các hệ thống trước 3G:

1.1.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trước 3G:

- Năm 1946 dịch vụ điện thoại di động thương mại hóa đầu tiên cho những người đi xe

ra đời Cũng trong năm 1947 khái niệm mạng điện thoại tế bào sử dụng lại tần số mà

sau này trở thành nền tảng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo được

giới thiệu

- Khoảng đầu những năm 1980 các hệ thống thông tin di động quốc tế đầu tiên là hệ

thống NMT (Nordic Mobile Telephony) được triển khai ở các nước Bắc Âu năm 1981,

đây là một hệ thống thông tin tương tự Cùng thời gian đó hệ thống AMPS (Advanced

Mobile Phone Service) cũng được triển khai ở Bắc Mỹ Các công nghệ thông tin di

động tương tự khác cũng được triển khai rộng rãi trong thời gian này TACS và

J-TACS Tất cả chúng đều có những điểm chung đó là thiết bị đầu cuối cồng kềnh tốn

năng lượng chủ yếu phục vụ cho những người đi xe, chất lượng thoại kém, bị xuyên

âm giữa nhiều những người sử dụng khác nhau

- Với một hệ thống quốc tế như là NMT thì một khái niệm được đưa ra là ‘Roaming’

nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ cho các thuê bao di chuyển ra khỏi khu vực của nhà

cung cấp dịch vụ gốc Điều này cũng mang đến một thị trường rộng lớn cho điện thoại

di động, thu hút thêm nhiều công ty tham gia vào lĩnh vực thông tin di động

- Các hệ thống thông tin di động tế bào dùng công nghệ tương tự chỉ hỗ trợ dịch vụ

thoại truyền thống và một vài dịch vụ giá trị gia tăng Với sự phát triển của thông tin số

trong những thập niên 80 đã tạo nền tảng cho việc gia đời các hệ thống thông tin di

16

động thế hệ 2 dựa trên công nghệ thông tin số Bằng công nghệ số các hệ thống thông

tin di động cải thiện đáng kể dung lượng hệ thống, tăng số lượng và chất lượng các

dịch vụ cung cấp và cho phép phát triển các thiết bị đầu cuối di động thuận lợi hơn cho

người sử dụng

- Tại Châu Âu, dự án GSM bắt đầu được phát triển năm 1989 Các hoạt động nghiên

cứu tiếp tục được triển khai và học viện ETSI (European Telecommunication Institute)

được thành lập Sau khi đánh giá các công nghệ dựa trên TDMA, CDMA và FDMA

được đưa ra từ giữa những năm 80, cuối cùng tiêu chuẩn GSM đã được xây dựng dựa

trên TDMA Việc phát triển một tiêu chuẩn thông tin di động số tế bào cũng được tiến

hành đồng thời ở Hoa kỳ bởi TIA tạo ra tiêu chuẩn IS-54, hoặc gọi đơn giản là

US-TDMA Một tiêu chuẩn được phát triển muộn hơn là một tiêu chuẩn CDMA được gọi

là IS-95 được TIA hoàn thành năm 1993 Ở Nhật Bản tiêu chuẩn thông tin di động thế

hệ 2 cũng được phát triển đó là PDC Dưới đây trình bày tiêu chuẩn kỹ thuật 2 hệ thống

2G phổ biến nhất là GSM và CDMA IS95

17

Dải tần 890-915 MHz (Đường lên(MS-BS)), 935-960 MHz (Đường xuống (BS-MS))

Dải thông mỗi sóng mang 200 KHz

Số kênh mỗi sóng mang 8

C/I tối thiểu 9 dB (Có sử dụng nhảy tần), 18 dB (Không dùng nhảy tần)

C/A tối thiểu 18 dB với 200 KHz , 50 dB với 400 KHz

Khoảng cách song công 45 MHz FDD hoặc 3 TS (1.73ms) với TDD

Kỹ thuật đa truy nhập Kết hợp TDMA/FDMA

Khung TDMA 8 TS mỗi sóng mang (4.615ms), 1 TS=0.577ms

Tốc độ truyền dẫn 270.883 Kbps, 22.8 Kbps mỗi TS

Tốc độ dữ liệu 9.6, 4.8, 2.4 Kbps tùy thuộc thiết bị đầu cuối

Tốc độ thoại 13,3 Kbps (kênh thoại toàn tốc), 6.5 Kbps ( kênh thoại bán tốc)

Bộ cân băng kênh Bù trễ trải tối đa 16us

Công suất phát tối đa của MS 20W, 8W, 5W, 2W, 0.8W tùy cấp công suất

Công suất phát tối đa của BS 320W, 160W, 80W, 40W, 20W, 10W, 5W, 2.5W tùy cấp công suất

Điều khiển công suất 60 bước, 2dB mỗi bước

Sớm định thời lớn nhất 63 bit tương đương 0.233ms

Khoảng cách BS-MS tối đa 35 km

Bảng1.2: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống GSM900

18

Băng thông Tùy theo quy hoạch tần số từng khu vực, quốc gia

Dải tần Tùy theo quy hoạch tần số từng khu vực, quốc gia

Dải thông mỗi sóng mang 1.25 MHz

Hệ số trải phổ 40 với 2 lần trải phổ

Khoảng cách song công Tùy theo quy hoạch tần số từng khu vực, quốc gia

Kỹ thuật đa truy nhập CDMA

Bảng1.3: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống CDMA IS95

1.1.2 Tổng kết đánh giá về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động

2G:

Từ những trình bày ở trên ta có một số tổng kết về các hệ thống thông tin di động 2G

như sau:

- Các hệ thống thông tin di động 2G dựa trên công nghệ số đem lại rất nhiều cải thiện

so với các hệ thống analog như sử dụng hiệu quả băng tần từ đó tăng dung lượng phục

vụ, số lượng và chất lượng dịch vụ được nâng cao rõ rệt, đảm bảo tính bảo mật cho

19

người dùng Công suất phát của thiết bị đầu cuối giảm đi, tăng tuổi thọ sử dụng, giảm

kích thước thiết bị Có thể nói về dịch vụ thoại truyền thống thì các hệ thống 2G đã đáp

ứng tốt nhu cầu khách hàng

- Tốc độ dữ liệu hỗ trợ thấp chỉ đạt vài chục Kbps cho tới vài trăm Kbps khi thực hiện

một số cải tiến với hệ thống Như vậy tất cả các hệ thống 2G đều vẫn là những hệ

thống băng hẹp chưa đáp ứng được nhu cầu về mặt dữ liệu ngày càng gia tăng với tốc

độ chóng mặt

- Các hệ thống 2G cơ bản dựa trên 2 công nghệ đa truy nhập là CDMA và TDMA

Hai hệ thống 2G tiêu biểu và phổ biến nhất đã được triển khai trên thế giới đó là GSM

dùng công nghệ TDMA và CDMA IS-95 dùng công nghệ CDMA Ta có một số so

sánh giữa GSM và CDMA như sau:

+ Về hiệu quả sử dụng tần số: GSM sử dụng kết hợp TDMA/FDMA nên nếu xét

trên một kênh sóng mang hiệu suất phổ, số lượng người dùng cùng một thời điểm

nhiều hơn, và sự cố nghẽn mạng cũng được giảm thiểu so với CDMA (Số cuộc gọi

thực hiện được đồng thời ở GSM là 8/200 KHz, trong khi đó hệ thống CDMA chỉ đạt

khoảng 30/1250 KHz trong điều kiện khá lý tưởng) Tuy nhiên với hệ thống GSM việc

sử dụng lại tần số phải được tính toán chặt chẽ để tránh can nhiễu tần số giữa các cell

kề nhau, còn hệ thống CDMA các kênh tần số có thể được dùng ở bất cứ cell nào do

việc phân biệt giữa các cell dựa vào mã giả ngẫu nhiên Do đó khi xem xét tổng thể hệ

thống thì CDMA đạt được dung lượng lớn hơn nhiều so với GSM

+ CDMA là là công nghệ trải phổ do đó đạt được độ lợi xử lý hay khả năng chống

nhiễu tốt hơn nhiều so với GSM ( CDMA yêu cầu Eb/No khoảng 6 dB trong khi GSM

yêu cầu C/I tới 18 dB khi không thực hiện nhảy tần) Do đó công suất phát thiết bị sử

dụng CDMA sẽ nhỏ hơn đáng kể so với GSM từ đó tăng thời gian sử dụng pin và giảm

ảnh hưởng tới sức khỏe người dùng

+ Yếu điểm lớn nhất của của các hệ thống CDMA thế hệ 2 chính là nằm ở thiết bị

đầu cuối Người dùng CDMA phải mua thiết bị cung cấp bởi chính nhà cung cấp dịch

20

vụ Thậm chí điện thoại di động của nhà cung cấp CDMA này lại không thể dùng khi

nối kết với nhà cung cấp CDMA khác Ở điểm này GSM vượt trội hơn CDMA vì nó sử

dụng thẻ chip SIM, linh hoạt, bảo mật và an toàn cao Người dùng có thể tháo thẻ SIM

trên máy điện thoại này lắp vào máy khác một cách dễ dàng Ngày này, khi điện thoại

di động được thay đổi kiểu dáng, công nghệ, một cách liên tục, thì với những khách

hàng có nhu cầu thay đổi điện thoại di động theo mốt nên việc gắn bó dài lâu với chiếc

điện thoại CDMA là khó chấp nhận được đối với nhiều khách hàng

+ Về khả năng phát triển lên 3G thì CDMA có lợi hơn vì khi phát triển lên 3G thì hệ

thống CDMA2000 tận dụng lại gần như toàn bộ mạng lõi, hạ tầng mạng vô tuyến và

quan trọng hơn cả đó là vẫn dùng cùng dải tần như CDMA IS95, tính tương thích

ngược hoàn toàn được đảm bảo Đối với GSM khi phát triển lên 3G chỉ tận dụng lại

được một phần mạng lõi, còn lại phần vô tuyến phải đầu tư mới, phổ tần cũng yêu cầu

được cấp mới

- Việc đem các hệ thống thông tin di động 2G dựa trên nền TDMA và CDMA so

sánh về mặt công nghệ thì sẽ khó mà phân hơn kém Hai công nghệ này hầu như có

khả năng cung cấp dịch vụ khá giống nhau Tuy vậy với tính mở và tính tiêu chuẩn

hóa cao của GSM dựa trên TDMA đã giúp nó dễ dàng triển khai trên mọi quốc gia, dễ

dàng tương thích với nhiều nhà cung cấp từ thiết bị tổng đài cho đến điện thoại, đem lại

khả năng Roamming toàn cầu cho người sử dụng Hiện tại GSM chiếm ưu thế áp đảo

khi chiếm tới 75% thị phần thông tin di động thế giới Công nghệ CDMA với những ưu

việt của mình là công nghệ được sử dụng chính trong các hệ thống 3G

- Với sự ra đời của 3G, 3.5G, 4G và giao diện truy nhập vô tuyến tốc độ cao hơn của

UTRA (Universal Terrestrial Radio Acces) đã hiện thực hóa một loạt các ứng dụng

mới chỉ được manh nha hình thành ở 2G và 2.5G Việc phát triển mạng truy nhập vô

tuyến 3G và cao hơn nữa được thực hiện bởi 3GPP, 3GPP2, WIMAX FORUM Tuy

nhiên sự khởi đầu của 3G đã diễn ra từ đầu những năm 90 một thời gian khá lâu trước

khi các tổ chức trên được hình thành

21

1.2 Các hệ thống 3G:

1.2.1 Các hệ thống thông tin di động 3G đã được ITU phê chuẩn:

- Các nghiên cứu đầu tiên về mạng thông tin di động thế hệ 3 đã bắt đầu ở ITU vào

cuối những năm 1980 Nhánh nghiên cứu thông tin vô tuyến ITU-R đã phát hành

khuyến nghị đầu tiên định nghĩa FPLMTS-Các hệ thống viễn thông di động mặt đất

công cộng tương lai (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems) vào

năm 1990, sau đó chỉnh sửa lại năm 1997 Tên gọi 3G trong ITU cũng được đổi từ

FPLMTS thành IMT-2000 WARC92 ( The World Administrative Radio Congress) đã

nhất trí dành phổ tần vô tuyến cho IMT-2000 như sau:

22

Hình1.1: Băng tần hoạt động các hệ thống thông tin di động IMT2000

( Bảng6.1.4 trong khuyến nghị M.1036)

23

- Trong khuyến nghị M.1225, các tiêu chuẩn chung cho các hệ thống IMT-2000 được

Task Group 8/1 của ITU-R đề ra như sau:

Yêu cầu về môi trường

khai thác

- Trong nhà

- Ngoài trời

- Trên tàu xe Dịch vụ có thể hỗ trợ - Môi trường ảo

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới Yêu cầu về tốc độ dữ

liệu

- Tối thiểu 2 Mbps cho môi trường trong nhà

- Tối thiểu 384 Kbps khi di chuyển chậm

- Tối thiểu 144 Kbps khi di chuyển trên xa lộ

- Tối thiểu 9.6 Kbps khi Roamming toàn cầu Băng thông vận hành - CDMA : FDD là 2 x 5, 2 x 10, 2 x 15, 2 x20 MHz ,

TDD: 1 x 1.28, 1 x 5, 1 x 7.68, 1 x 20 MHz

- TDMA : 200 kHz, 1.6 MHz, 1.728 MHz tương ứng cho các trường hợp di chuyển nhanh trên xa lộ, di chuyển chậm và môi trường trong nhà

- OFDM: 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz Phương thức truyền

Bảng1.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các hệ thống IMT-2000

Trong các thông số mà ITU-R đưa ra thì tiêu chuẩn về thông số tốc độ là quan trọng

nhất và trở thành mốc tiêu chuẩn cho tất cả các công nghệ 3G Tuy vậy tại thời điểm

hiện tại tốc độ dữ liệu đạt được trên các hệ thống 3G đã vượt 2 Mbps

Dựa trên đề xuất của các tổ chức phát triển công nghệ 3G, năm 1999, ITU đã phân

các đề xuất thành 5 nhóm chính và xây dựng thành chuẩn IMT-2000 Năm 2007,

WIMAX được bổ sung vào IMT-2000:

25

ITU IMT-2000 Tên thông dụng

Băng thông dữ liệu

Còn gọi là TDMA một sóng mang Là tiêu chuẩn được phát triển

từ các hệ thống GSM/GPRS hiện có lên GSM 2+

Hầu hết trên thế giời, trừ Nhật Bản và Hàn Quốc

CDMA Multi-Carrier

(IMT-MC) CDMA2000 EV-DO

Còn gọi là CDMA đa sóng mang Đây là phiên bản 3G của hệ thống IS-95 (hiện nay gọi là cdmaOne)

Một vài quốc gia ở Châu Mỹ và Châu Á

CDMA Direct Spread

Đây thực chất là 2 tiêu chuẩn "họ hàng" Chuẩn IMT-DS còn gọi

là CDMA trải phổ dãy trực tiếp, hay UTRA FDD hoặc WCDMA Chuẩn IMT-TC còn gọi là CDMA TDD, hay UTRA TDD, nghĩa là hệ thống UTRA sử dụng phương pháp song công

phân chia theo thời gian (Time-division duplex) UTRA là từ viết

tắt của UMTS Terrestrial Radio Access

IP-OFDMA WIMAX (IEEE 802.16) Đây là tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng

thông rộng không dây ở khoảng cách lớn Toàn cầu

Bảng 1.5: Tổng quan các công nghệ 3G/IMT2000

26

Trong khuyến nghị M.1457 ITU-R đưa ra bảng các thông số kỹ thuật cơ bản của các

hệ thống IMT2000 đã được phê chuẩn:

Parameter Value

Multiple access technique and duplexing

scheme Multiple access: DS-CDMA (E-UTRAN) OFDM in DL SC-FDMA in UL

Duplexing: FDD Chip rate (Mchip/s) 3.84

Frame length and structure Frame length: 10 ms

(E-UTRAN) Sub-frame length; 1 ms Slot length: 10/15 ms

(E-UTRAN) 0.5 ms TTI:

10 ms, 20 ms, 40 ms, 80 ms,

2 ms (E-UTRAN) 1 ms

Occupied bandwidth Less than 5 MHz

(E-UTRAN) 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz

Adjacent channel leakage power ratio (ACLR)

(transmitter side) UE (UE power class: +21 dBm and +24 dBm):

ACLR (5 MHz) = 33 dB ACLR (10 MHz) = 43 dB BS:ACLR (5 MHz) = 45 dB ACLR (10 MHz) = 50 dB

Adjacent channel selectivity (ACS) (receiver

side) UE: ACS (5 MHz) = 33 dB

BS: ACS (5 MHz) = 45 dB Random access mechanism Acquisition indication based random-access mechanism

with power ramping on preamble followed by message Pilot structure Uplink: dedicated pilots

Downlink: common and/or dedicated pilots Inter-base station asynchronous/synchronous

27

Parameter Value

Multiple access technique and

duplexing scheme Multiple access technique: CDMA, TDMA, OFDM, OFDMA Duplexing scheme: Full Duplex FDD, Half Duplex FDD

Chip rate and bandwidth N × 1.2288 Mchip/s (currently N = 1 and 3 is specified, and N can

Inter-BS asynchronous/ synchronous

operation Synchronous and Asynchronous operation supported

Pilot structure Code division dedicated pilot, frequency domain dedicated pilot

(UL);

code division common pilot;

code division common or dedicated auxiliary pilot;

frequency domain common or dedicated pilot;

time division common pilot (DL) Frame length and interleaving ~0.91 to ~1.07, 5, 10, 20, ~23.70 to ~27.76, ~26.67, 40,

80 ms frame and channel interleaving Modulation and detection Data modulation: BPSK; QPSK, 8-PSK, 16-QAM and 64-QAM

Spreading modulation: HPSK (UL); QPSK (DL) Detection: Pilot aided coherent detection Channelization code Walsh codes and PN spreading codes (UL)

Walsh codes, PN spreading codes, or quasi-orthogonal codes (DL) Scrambling (spreading) code Long code, short PN code, and other pseudo-random codes

Channel coding Convolutional code with K = 9, R = 1/2, 1/3, 1/4, or 1/6 base code

rates;

Turbo code with K = 4, R = 2/3, 1/2, 1/3, 1/4, or 1/5 base code rates

Access scheme (uplink) Basic (random) access; power controlled access;

reservation access; or designated access Power control Open loop

Closed loop (800, 600, 150, 50 or 274/N Hz update rate,

N = 1, 2, 4, 8)

Power control steps: 0.25 × N, N = 1, 2, 3, , 8 dB

Bảng1.7: Thông số kỹ thuật chính hệ thống CDMA-2000

( Khuyến nghị M.1457 trang 205)

28

Parameter Value

Multiple access technique and duplexing

scheme Multiple access: TDMA/CDMA (E-UTRAN) OFDM in DL SC-FDMA in UL

Duplexing: TDD Chip rate (Mchip/s) 3.84 Mchip/sTDD option: 3.84

7.68 Mchip/s TDD option: 7.68 1.28 Mchip/sTDD option: 1.28 Frame length and structure 3.84 Mchip/sTDD option:

7 main slots per sub-frame, each 675 µs (E-UTRAN) Sub-frame length; 1 ms (E-UTRAN) Slot length 0.5 ms TTI:

10 ms, 20 ms, 40 ms, 80 ms,

5 ms (HS-DSCH, E-DCH and PRACH, 1.28 Mchip/s option only)

(E-UTRAN) 1 ms Occupied bandwidth (MHz) 3.84 Mchip/sTDD option:

Less than 5 7.68 Mchip/s TDD option:

Less than 10 1.28 Mchip/sTDD option:

Less than 1.6 (E-UTRAN) 1.4 MHz, 3 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz

Adjacent channel leakage power ratio (ACLR)

UE (UE power class: + 21 dBm, +24 dBm) ACLR (10 MHz) = 33 dB

ACLR (20 MHz) = 43 dB BS: ACLR (10 MHz) = 45 dB ACLR (20 MHz) = 55 dB 1.28 Mchip/sTDD option:

UE (UE power class: + 21 dBm, +24 dBm) ACLR (1.6 MHz) = 33 dB

ACLR (3.2 MHz) = 43 dB BS: ACLR (1.6 MHz) = 40 dB

29

Parameter Value

ACLR (3.2 MHz) = 45 dB Adjacent channel selectivity (ACS) (receiver

side) 3.84 Mchip/s TDD option: UE: (UE power class: + 21 dBm, +24 dBm)

ACS (5 MHz) = 33 dB BS:

ACS (5 MHz) = 45 dB 7.68 Mchip/s TDD option:

UE: (UE power class: +21 dBm, +24 dBm) ACS (10 MHz) = 33 dB

BS:

ACS (10 MHz) = 45 dB 1.28 Mchip/sTDD option:

UE: (UE power class: +217 dBm, +24 dBm) ACS (1.6 MHz) = 33 dB

BS:

ACS (1.6 MHz) = 45 dB Random access mechanism 3.84 Mchip/s and 7.68 Mchip/s TDD options:

RACH burst on dedicated uplink slot(s) 1.28 Mchip/sTDD option:

Two step random-access with fast physical layer signalling

Channel estimation Midambles are used for channel estimation

Inter-base station asynchronous/ synchronous

operation Synchronous operation

Bảng 1.8: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống ULTRA TDD

( Khuyến nghị M.1457 trang 272)

EDGE Bearer 270.833 ksymbol/s, 325 ksymbol/s

136HS Indoor Bearer 2.6 Msymbol/s

Data Modulation:

EDGE Bearer GMSK, 8-PSK, QPSK, 16-QAM, 32-QAM

136HS Indoor Bearer Binary Offset QAM,

Quaternary Offset QAM Channel Coding:

136+ Bearer Punctured Convolutional codes

EDGE Bearer Punctured Convolutional codes, turbo codes

136HS Indoor Bearer Punctured Convolutional codes,

Type II Hybrid ARQ Frame Structure:

31

Multiple access technique TDMA

Duplexing scheme TDD

Frame length 10 ms

Number of time slots in a

frame 12 double slots 24 full slots

48 half slots Modulation GFSK, π/2-DBPSK, π/4-DQPSK, π/8-D8PSK, 16-QAM,

64-QAM

RF bit rate 1 152 kbit/s for 2-level modulation

2 304 kbit/s for 4-level modulation

3 456 kbit/s for 8-level modulation

4 608 kbit/s for 16-level modulation

6 912 kbit/s for 64-level modulation Channel spacing 1 728 kHz

Transmit power Peak power

Level 1: 2.5 mW (4 dBm) Level 2: 250 mW (24 dBm) Frequency stability For the portable part the centre frequency accuracy shall be within

± 50 kHz at extreme conditions either relative to an absolute frequency reference or relative to the received carrier, except during the first one second after the transition from the idle-locked state to the active-locked state the centre frequency accuracy shall be within ± 100 kHz at extreme conditions relative to the received carrier

At an RFP the transmitted RF carrier frequency corresponding to RF

channel C shall be in the range FC ± 50 kHz at extreme conditions

The maximum rate of change of the centre frequency at both the RFP and the PP while transmitting, shall not exceed 15 kHz per slot

Adjacent channel leakage

power 1 channel: 160 µW

2 channel: 1 µW

3 channel: 80 nW

>3 channel: 40 nW Transmit linearity requirements The power level of intermodulation products that are on any of this

standard's physical channel when any combination of the transmitters at a radio end point are in calls on the same slot on different frequencies shall

be less than 1 µW The power level is defined by integration over the 1 MHz centred on the nominal centre frequency of the afflicted channel and averaged over the time period

Reference sensitivity better than –83 dBm –86 dBm for speech service according to Generic

Access Profile (GAP) Sensitivity is measured at 1 × 10−3 raw BER Intermodulation sensitivity The level of the interfering signals is –48 dBm, wanted signal is –80 dBm

and 1 × 10−3 raw BER Spurious response and With the desired signal set at –80 dBm, the BER shall be maintained

32

blocking below 1 × 10−3 in the presence of any one of the signals shown in the

table below;

where:

FL and FU : lower and the upper edges of the allocated frequency band;

FC : centre frequency of the allocated frequency band

level for diated meas- urements (dB(µV/m))

ra-Interferer level for conducted measurements (dBm)

channel M, the BER in the D-field shall be maintained better than

1 × 10−3 when a modulated, reference interferer of the indicated strength

is introduced on the RF channels shown below:

Interferer signal strength Interferer on

Random access Instant dynamic channel selection for every set-up using the least

interfered channel measured at the mobile

Pilot structure Broadcast system information available on each active downlink, at least

one downlink is active on every BS

Dynamic channel allocation Supported

Bảng 1.10: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống DECT (IMT-FT)

( Khuyến nghị M.1457 trang 545)

33

Parameter/Capability Value

Transmit transition gap (TTG) 105.714 µs

Modulation, downlink QPSK, 16-QAM, 64-QAM

Forward error correction coding Convolutional Coding and Convolutional Turbo Coding

Encryption AES-CCM, AES Key Wrap, 128-bit keys

Authentication EAP

Management message integrity protection CMAC

Bảng 1.11: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống WIMAX 802.16e

( Khuyến nghị M.1457 trang 558)

1.2.2 Một số phân tích về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động 3G

Dựa vào thông số kỹ thuật chính của các hệ thống 3G mà ITU phê chuẩn ta có một số

nhận xét như sau:

Về tốc độ truyền dữ liệu: Các hệ thống thông tin di động 3G ra đời nhằm đáp ứng yêu

cầu ngày càng cao về mặt tốc độ dữ liệu, do đó điểm ưu việt đầu tiên của các hệ thống

3G so với các hệ thống 2G chính là tốc độ dữ liệu đạt được Nếu như các hệ thống 2G

chỉ đạt tốc độ dữ liệu đỉnh khoảng vài chục Kbps thì các hệ thống 3G đều đạt hoặc

vượt ngưỡng tốc độ dữ liệu mà ITU đề cho cho hệ thống IMT-2000 là 2 Mbps và 384

Kbps tương ứng cho các trường hợp đầu cuối cố định (di chuyển chậm) và đầu cuối di

chuyển nhanh Cụ thể như sau:

Về khả năng cung cấp dịch vụ: Do lợi thế về tốc độ dữ liệu cao, các hệ thống 3G vượt

trội các hệ thống 2G cả về số lượng và chất lượng trong khả năng cung cấp các dịch vụ

giá trị gia tăng như: video call, mobile internet, TV for mobile Điều này sẽ giúp các

nhà mạng triển khai 3G có thêm nhiều nguồn thu mới khi mà dịch vụ thoại gần như đã

bão hòa

Về khả năng tương thích ngược: Các hệ thống 3G về cơ bản đảm bảo khả năng tương

thích ngược với hệ thống 2G triển khai trước đó IMT-2000 TDMA SC và

UMTS-FDD tương thích ngược với GSM, CDMA-2000 tương thích ngược với CDMA-IS95

Việc tương thích ngược đảm bảo các mạng 2G và 3G có thể hỗ trợ lẫn nhau về vùng

35

phủ cũng như khả năng phục vụ, giúp làm tăng chỉ tiêu chất lượng vô tuyến chung cho

cả 2 hệ thống

Yêu cầu về tần số và băng thông hoạt động: - Một nhân tố quan trọng cần nhắc tới

liên quan tới vấn đề tài nguyên tần số, đó là khả năng dùng chung dải tần với các hệ

thống 2G đã triển khai trước đó Ở đây cho thấy chỉ có hệ thống CDMA-2000 dùng

chung dải tần với hệ thống CDMA-IS95 và hệ thống IMT-2000 TDMA SC dùng

chung dải tần với GSM (Do CDMA-2000 phát triển từ CDMA-IS95 và IMT-2000

TDMA SC phát triển lên từ GSM) còn lại các hệ thống 3G khác đều yêu cầu phải triển

khai ở băng tần hoàn toàn mới Việc dùng chung dải tần với hệ thống 2G sẽ không chỉ

giúp việc triển khai 3G giảm thiểu chi phí đầu tư mạng vô tuyến mà còn giúp tránh

những khó khăn cũng như chi phí khi xin cấp phát dải tần mới

- Khi xem xét về độ rộng băng tần yêu cầu có thể thấy về cơ bản các hệ thống 3G đòi

hỏi băng thông hoạt động lớn hơn so với các hệ thống 2G

Hệ thống 2G Độ rộng băng tần yêu cầu

Bảng 1.15: Băng thông hoạt động các hệ thống 3G

Mặc dù các hệ thống 3G đòi hỏi băng thông hoạt động lớn hơn nhiều so với 2G nhưng

hiệu suất phổ của các hệ thống 3G cũng lớn hơn nhiều so với các hệ thống 2G Hệ

thống UMTS-WCDMA đạt hiệu suất phổ lên tới 5.6 b/s/Hz (trong phiên bản R7) so

với 0.384 b/s/Hz của GSM, CDMA-2000 EV-DO Rev.B đạt hiệu suất 3.93 b/s/Hz so

với CDMA-IS95 đạt khoảng 0.3 b/s/Hz Hiệu suất phổ cao trong 3G đạt được là do

sử dụng nhiều biện pháp kỹ thuật tiên tiến như điều chế bậc cao, MIMO

Kỹ thuật đa truy nhập: Các hệ thống thông tin di động 2G dựa trên 2 kỹ thuật đa truy

nhập cơ bản là TDMA và CDMA Đối với các hệ thống 3G các kỹ thuật đa truy nhập

sử dụng là TDMA, CDMA và OFDMA CDMA là kỹ thuật chính được sử dụng, kỹ

thuật này trong 3G được cải tiến để tận các đặc điểm ưu việt của nó Điểm mấu chốt

của kỹ thuật này trong 3G chính là khả năng thay đổi hệ số trải phổ Nếu như trong hệ

thống 2G là CDMA-IS95 hệ số trải phổ cố định ở SF=42.2 thì trong 3G hệ số trải phổ

thay đổi từ 4 tới 512 Với hệ số trải phổ khả biến như vậy khả năng phân bổ tài nguyên

của các hệ thống CDMA 3G trở lên thật sự linh hoạt Hệ thống sẽ điều chỉnh tăng hệ số

trải phổ khi số lượng đầu cuối cần phục vụ lớn, và khi có ít người sử dụng hệ số trải

phổ sẽ được điều chỉnh giảm xuống để cung cấp dịch vụ tốc độ cao Ở đây kỹ thuật

TDMA cũng được sử dụng kết hợp với CDMA để tăng độ linh hoạt trong phân bổ tài

37

nguyên Cả hệ thống CDMA-2000 và WCDMA đều dùng cách kết hợp CDMA/TDMA

này Ta xét ví dụ sau được áp dụng trong HSDPA của WCDMA:

Hình 1.2: Chia sẻ tài nguyên hệ thống trong HSDPA

Trong trường hợp này tài nguyên hệ thống được phân chia linh hoạt cho người sử dụng

theo cả tập mã lẫn theo thời gian Việc linh hoạt trong phân bổ tài nguyên hệ thống

không chỉ giúp người dùng đạt được tốc độ đỉnh lớn mà còn giúp tăng dung lượng

chung cho cả mạng lưới

- Một trong những nhược điểm của CDMA là việc bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng phân

tập đa đường, điều này là do bản chất kỹ thuật trải phổ làm độ rộng 1 chip trong miền

thời gian nhỏ đi nhiều lần so với 1 bit thông tin gốc do đó tín hiệu đến máy thu theo

nhiều đường khác nhau có thể lệch nhau tới vài chip (khi xét ở tốc độ chip 1.2288

Mcps hoặc 3.84 Mcps) Hiệu ứng đa đường được khắc phục bằng cách sử dụng máy

thu phân tập đa đường ( máy thu RAKE), máy thu này thu tín hiệu theo một số đường

khác nhau (Các ngón thu) rồi cho đi qua các khâu trễ với độ trễ thay đổi từ một tới vài

chip, tín hiệu sau đó được tổng hợp lại tạo thành tín hiệu mạnh hơn Bằng phương pháp

này hiệu ứng phân tập đa đường được lợi dụng và chất lượng tín hiệu thu được cải

thiện đáng kể Máy thu RAKE chỉ hoạt động hiệu quả khi hoạt động ở băng thông vài

38

MHz Khi băng thông hoạt động của hệ thống lên tới 20 MHz thì phương án này trở

lên không khả thi bởi khi đó trễ đa đường tối đa lớn gấp vài chục lần độ dài 1 chip trải

phổ, và số ngón thu ở máy thu RAKE tương ứng cũng phải là vài chục, máy thu RAKE

trở lên quá đắt Và như vậy khi băng thông hoạt động của hệ thống lên tới 20 MHz

hoặc hơn nữa thì kỹ thuật CDMA đơn sóng mang vì thế cũng không còn khả thi Một

kỹ thuật đa truy nhập mới được sử dụng là đa truy nhập phân chia theo các dải tần số

trực giao OFDMA

- Khi so sánh với các kỹ thuật đa truy nhập như TDMA, CDMA kỹ thuật đa truy

nhập OFDM/OFDMA đem lại những ưu điểm cơ bản như sau:

+ OFDM/OFDMA khắc phục được hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường do 2 lý do

sau: Thứ nhất về bản chất OFDM/OFDMA là kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang, một

luồng truyền dẫn tốc độ cao được chia ra nhiều luồng truyền dẫn tốc độ thấp hơn nhiều

lần và truyền song song trên nhiều sóng mang con( có thể là 256, 512, 1024 hoặc nhiều

hơn tùy thuộc vào băng thông hoạt động) do đó chu kỳ một symboy tín hiệu trong miền

thời gian lớn hơn nhiều so với trường hợp TDMA, CDMA do đó giảm tác động của

phân tập đa đường được giảm đáng kể Thứ hai OFDM/OFDMA sử dụng khoảng bảo

vệ ở đầu mỗi chu kỳ symbol giúp loại bỏ hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường

+ Trong OFDM/OFDMA các sóng mang con được ghép trực giao với mật độ rất cao

do đó hiệu suất phổ và qua đó là tốc độ dữ liệu đạt được rất cao khi so với TDMA,

CDMA Khi băng thông hoạt động càng lớn thì OFDM/OFDMA càng có ưu thế so với

TDMA, CDMA về mặt hiệu suất phổ/ tốc độ dữ liệu

Với những đặc điểm ưu việt của mình, OFDM/OFDMA được sử dụng trong các hệ

thống 3G+ như WIMAX, LTE và khi hướng lên IMT Advanced (4G) có thể nói

OFDM/OFDMA là kỹ thuật sẽ được ứng dụng rộng rãi

Kỹ thuật điều chế: Nếu như các hệ thống thông tin di động 2G thường chỉ dùng các sơ

đồ điều chế mức thấp BPSK, GMSK, QPSK thì các hệ thống 3G sử dụng đa dạng các

sơ đồ điều chế từ các sơ đồ điều chế mức thấp như BPSK, QPSK cho đến các sơ đồ

39

điều chế mức cao như 64QAM Điều này tạo ra cho các hệ thống 3G khả năng điều chế

thích nghi, khi chất lượng đường truyền thấp có thể dùng các sơ đồ điều chế mức thấp

để đảm bảo chất lượng truyền dẫn và ngược lại khi đường truyền tốt lại chuyển sang

dùng các sơ điều chế mức cao để tăng tốc độ số liệu Đây là một ưu điểm lớn của các

hệ thống 3G Tuy nhiên cần lưu ý là để đạt được cùng mức C/I thì công suất tiêu thụ

càng lớn khi sử dụng điều chế mức càng cao Ví dụ so với điều chế BPSK thì điều chế

QPSK cần phát với công suất gấp 1.41 lần để đạt được cùng C/I, còn nếu điều chế

16QAM thì cần phát với công suất gấp 4.24 lần Như vậy để để đạt tốc độ cao các điện

thoại 3G sẽ phải hy sinh tuổi thọ pin hoặc phải đầu tư thêm chi phí để tăng dung lượng

pin

Truyền dẫn song công: Có 2 kỹ thuật truyền dẫn song công được dùng trong thông tin

di động là truyền dẫn song công phân chia theo thời gian TDD và truyền dẫn song công

phân chia theo tần số FDD Trong các hệ thống 2G thì chỉ có FDD được sử dụng còn

trong các hệ thống 3G cả FDD và TDD đều được dùng Khi so sánh với FDD thì TDD

đem lại những ưu điểm cơ bản như sau:

- TDD chỉ hoạt động ở một dải tần số so với FDD cần 2 dải tần riêng biệt nhau, do đó

TDD có thể được dùng ngay cả khi không còn tài nguyên tần số để dùng FDD Việc sử

dụng TDD cho phép tận dụng những dải tần mới hoặc những dải tần nằm xen kẽ trong

khoảng bảo vệ song công của FDD Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi mà tài nguyên tần

số ngày càng ít đi

- TDD phân bổ tài nguyên cho hướng lên và xuống theo các khe thời gian do đó rất

linh hoạt trong phân bổ lại tài nguyên giữa hướng lên và hướng xuống trong điều kiện

tải hướng lên và hướng xuống không cân bằng nhau và thay đổi liên tục Trong FDD

tài nguyên vô tuyến phân bổ cho hai hướng lên và xuống đã được cố định theo 2 dải

tần số khác nhau do đó không thể phân bổ lại được Với đặc điểm này FDD thường

hiệu quả hơn trong trường hợp tải lưu lượng cân bằng giữa hướng lên với hướng xuống

(dịch vụ thoại ), còn trong các mạng thông tin di động 3G và sau 3G các dịch vụ có đặc