Luan van chuyen de 295428 mang di dong te bao 1g 2g 3g 4g chuan

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 3G ra đời nhằmthỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấyhình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn t

LỜI CAM ĐOAN

Trong kỳ làm đề tài tốt nghiệp, em đã tìm hiểu đề tài đồ án trong các sách tham khảo, các trang tạp chí và các trang web được ghi ở mục "tài liệu tham khảo"

phía trang cuối của đề tài tốt nghiệp, và em đã hoàn thành đề tài “Mạng di động

1G –2G-3G-4G” Em xin cam đoan đề tài này không sao chép các đồ án,đề tài đã

có từ trước

Thái nguyên, ngày 21 tháng 11 năm 2010

Người cam đoan: Trần Xô Viết

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại Các hệthống thông tin di động với khản năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọinơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thôngtin ngày nay Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm

1946, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗtrợ dịch vụ thoại và truyền số lệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu

sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàncầu hiện nay Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khảnnăng vượt quá thông tin thoại Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằmthỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấyhình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Đến naycác hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại

ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ bacũng sẽ được triển khai trong cuối năm 2009 này Đối với các nhà khai thác mạng diđộng GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này mà em chọn đề tài nghiên

cứu về 3G Đề tài “Mạng di động tế bào 1G -2G -3G -4G” gồm có 2 chương:

Chương 1: Mạng di động tế bào

Chương 2: Cấu trúc hệ thống W-CDMA và kỹ thuật trải phổ

CHƯƠNG 1 MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 1G -2G -3G –4G

1G : Sự khởi đầu giản đơn

1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (1st

Generation) Các điện thoại di động chuẩn analog, sử dụng công nghệ 1G với tín hiệu sóng analog, được giới thiệu trên thị trường vào những năm 1980

Một trong những công nghệ 1G phổ biến là NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia

So với 1G, ba lợi ích chủ yếu của mạng 2G chính là :

- Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số

- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị

- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởiđầu là tin nhắn SMS

Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng

Các chuẩn công nghệ chủ yếu của 2G bao gồm:

- GSM (thuộc TDMA) có nguồn gốc từ châu Âu, nhưng đã được sử dụng trên tất

cả các quốc gia ở 6 lục địa Ngày nay, công nghệ GSM vẫn còn được sử dụng với 80% điện thoại di động trên thế giới

- IS-95 còn được gọi là aka cdmaOne (thuộc CDMA, thường được gọi ngắn gọn

là CDMA tại Mỹ) được sử dụng chủ yếu là châu Mỹ và một số vùng ở châu Á Ngày nay, những thuê bao sử dụng chuẩn này chiếm khoảng 17% trên toàn thế giới Hiện tại, ở các nước Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc có rất nhiều nhà cung cấp mạng CDMA chuyển sang cung cấp mạng GSM

- PDC (thuộc TDMA) là mạng tư nhân, được Nextel sử dụng tại Mỹ, và Telus Mobility triển khai ở Canada

- IS-136 aka D-AMPS (thuộc TDMA thường được gọi tắt là TDMA tại Mỹ) đã từng là mạng lớn nhất trên thị trường Mỹ nay đã chuyển sang GSM

Thuận lợi và khó khăn của 2G :

Ở công nghệ 2G tín hiệu kĩ thuật số được sử dụng để trao đổi giữa điện thoại và các tháp phát sóng, làm tăng hiệu quả trên 2 phương diện chính :

Thứ nhất, dữ liệu số của giọng nói có thể được nén và ghép kênh hiệu quả hơn sovới mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi cùng được mã hóa trên một dải băng tần

Thứ hai, hệ thống kĩ thuật số được thiết kế giảm bớt năng lượng sóng radio phát

từ điện thoại Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn; đồng thời giảm chi phí đầu tư những tháp phát sóng

Hơn nữa, mạng 2G trở nên phổ biến cũng do công nghệ này có thể triển khai một

số dịch vụ dữ liệu như Email và SMS Đồng thời, mức độ bảo mật cá nhân cũng cao hơn so với 1G

Tuy nhiên, hệ thống mạng 2G cũng có những nhược điểm, ví dụ, ở những nơi dân cư thưa thớt, sóng kĩ thuật số yếu có thể không tới được các tháp phát sóng Tại những địa điểm như vậy, chất lượng truyền sóng cũng như chất lượng cuộc gọi sẽ bị giảm đáng kể

2,5G : Bước đệm

2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không dây Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống

Trong khi các khái niệm 2G và 3G được chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G lại không được như vậy Khái niệm này chỉ dùng cho mục đích tiếp thị

2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA GPAS là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng Và giao thức, như EDGE cho GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lượng nhưcác dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự

3G : Công nghệ đương đại

3G là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và

dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình ảnh,…) Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Trong các dịch vụ của 3G, cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch vụ trọng tâm của sự phát triển

Giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi các cuộc bán đầu giá tần

số mang lại hàng tỉ euro cho các chính phủ Do chi phí cho bản quyền các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi đạt tới các thu nhập do 3G đem lại, nên việc xây dựng mạng 3G đòi hỏi một khối lượng đầu tư khổng lồ Cũng vì vậy nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính, càng khiến cho việc triển khai 3G tại nhiều nước bị chậm trễ, ngoại trừ ở Nhật Bản và Hàn Quốc – những nước tạm bỏ qua các yêu cầu về bản quyền tần số, mà đặt ưu tiên cao việc phát triển hạ tầngcông nghệ thông tin – viễn thông quốc gia

Nhật Bản là nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại 1 cách rộng rãi Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, khiến cho mạng 2G dần biến mất tại nước này Cũng vì vậy mà từng có dự báo rằng vào năm 2006, việc chuyển đổi từ 2G sang 3G sẽ hoàn tất tại Nhật, còn việc tiến lên thế hệ 3,5G tiếp theo (với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 3MB/s) đang được thực hiện

Sự thành công của 3G tại Nhật Bản chỉ ra rằng điện thoại video không phải là ứng dụng hủy diệt trong thực tế, việc sử dụng điện thoại video thời gian thực chỉ chiếm 1 phần nhỏ trong các dịch vụ của 3G Mặt khác, việc tải về tệp âm nhạc lại được nhiều người sử dụng nhiều nhất, nhất là giới trẻ

Thực trạng 3G :

Tính đến thời điểm hiện tại, thế giới đã có xấp xỉ 3,7 tỉ người sử dụng điện thoại

di động, trong đó số lượng thuê bao hạ tầng GSM là 3,06 tỉ thuê bao, số còn lại chia đều trên các mạng thuộc CDMA và 3G Theo hãng nghiên cứu thị trường Wireless Intelligence, kết nối băng thông rộng di động toàn cầu đã tăng trên 850% từ quý I/2007 đến quý I/2008, chủ yếu là nhờ sự phát triển của công nghệ 3G (EV-DO và HSPA)

HSPA đã giúp thúc đẩy tăng trưởng doanh thu dữ liệu di động đến 46,1% và tăng trưởng doanh thu băng thông rộng di động 205% trong nửa đầu của “năm tài chính 2007-2008”, ông Hugh Bradlow, giám đốc công nghệ của hãng viễn thông Teltra (Australia) nhận xét

Ngày nay, thế giới có hơn 760 triệu thuê bao trên các mạng 3G Tăng trưởng củacác thuê bao băng thông rộng 3G đang bùng nổ Theo hãng phân tích Strategy Analyt-ics dự báo, năm 2012, 3G sẽ chiếm 92% thị trường băng thông rộng di động, trong khithị phần dành cho WiMAX chỉ 5%

Cũng theo dự báo của hãng phân tích này cùng các hãng Gartner, và Forward Concepts, năm 2009, doanh thu từ thiết bị 3G trên toàn thế giới sẽ đạt 114 tỉ USD, và dịch vụ 3G sẽ đạt 394 tỉ USD Trong khi đó, thoe dự đoán, năm 2009, nhà cung cấp thiết bị WiMAX trên thế giới sẽ chỉ đạt 3 tỉ USD, khai thác dịch vụ đạt 7,4 tỉ USD.3,5G công nghệ HSDPA

Cũng như 2,5G, công nghệ 3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G

Một trong những đại diện tiêu biểu của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access) – công nghệ truy nhập gói đường truyền xuống tốc độ cao) Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA

HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thường

HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tếbào thế hệ thứ 3 UMTS HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming

4G: công nghệ đa phương tiện di động của tương lai

4G là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ 4, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng tới 1-1,5 GB/s

Những công nghệ đình đám nổi lên gần đây như WiMAX 802.16m, Wibro, UMB, 3G LTE, DVB – H… dù đáp ứng tốc độ truyền lớn, song chỉ được xem là những công nghệ tiền 4G (pre-4G)

Tên gọi 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa “3G và hơn thế nữa”

Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT Docomo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc mọi nơi, khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng

NTT Docomo xem 4G như sự mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G Quan điểm này được xem như là một “quan điểm tuyến tính”, trong đó mạng 4G sẽ cócấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100 MB/s Với cách nhìn nhận này, 4G sẽ chính là mạng 3G LTE, UMB hay WiMAX 802.16m

Nhìn chung đây cũng là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc, Hàn Quốc.

Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như mở rộng của mạng tế bào Ví dụ ở Châu Âu, 4G được xem như khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, với khả năng kết nối nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau, và khả năng lựa chọn mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu

Do đó, khái niệm “ABC – Always Best Connect” ( luôn được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G

Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà

tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay.

Theo nhiều tài liệu nghiên cứu thì mạng 2G (Second-Generation wireless

telephone technology) là mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2 Đặc điểm khác biệt nổibật giữa mạng điện thoại thế hệ đầu tiên (1G) và mạng 2G là sự chuyển đổi từ điện thoại dùng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Tùy theo kỹ thuật đa truy cập, mạng 2G

có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA (Time Division Multiple Access)

và mạng 2G dựa trên nền CDMA (Code Division Multiple Access)

Trong đó, TDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo thời gian còn

CDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu của mỗi người dùng (user) sẽ được dàn trải (spreading) bằng một mã xác định trực giao (hoặc giả trực giao) với nhau Tín hiệu truyền sẽ là tín hiệu chồng chập của nhiều người dùng khác nhau theo thời gian và trên cùng một băng tần số

Còn mạng 3G (third-generation technology) là công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) Và điểm nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G nằm

ở khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên mạng di động Tốc độ truyền dữ liệu mạng 3G sẽ cao hơn rất nhiều so với mạng 2G

Hiện nay, phát triển công nghệ 3G ở Việt Nam là một trong vấn đề “nóng” được nhiều chuyên gia cũng như các nhà đầu tư quan tâm.Theo đánh giá của các chuyên giaviễn thông, việc chuyển từ 2G sang 3G là điều không thể tránh được trong xu thế hiện nay vì người sử dụng muốn hưởng các dịch vụ đa phương tiện phong phú và dịch vụ

dữ liệu tốc độ cao Những chiếc điện thoại di động thế hệ 2G sẽ hoạt động được trên mạng 3G nếu người sử dụng đăng ký dịch vụ Theo nhiều chuyên gia, có thể sẽ có những chiếc điện thoại chuyện dụng trên mạng 3G và chúng không khác mấy so với các loại điện thoại hiện thời

Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở

Mỹ Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiệnđược triển khai rộng khắp thế giới Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động

Hình 1: Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bàoTiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G

là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởiTrung Quốc Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên cạnh các công nghệ nói trên Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó

lặp lại với mạng 3G Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại không

có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G Mãi gần đây người ta mới quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện

Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu?

Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ, có định nghĩa theo hướng dịch vụ Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di động không dây 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểmyếu của mạng 3G Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định 4G còn là hiện thể của ý tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được

Theo dòng phát triển…

Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi, khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng NTT DoCoMo xem 4G như là một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G Quan điểm này được xem như là một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ chính

là mạng 3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m Nhìn chung đây cũng là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc Gần đây trên nhiều blog công nghệ đưa thông tin: “In-Stat nói rằng ITU sẽ công bố trong 2008/2009, 4G chính

là LTE, UMB và IEEE 802.16m WiMAX”

Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào Ví dụ ở châu Âu, 4G được xem như

là khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt khoãng với khả năng kếtnối với nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu nhất Quan điểm này được xem như là “quan điểm liên đới” Do đó, khái niệm “ABC-

Always Best Connected” (luôn được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay

Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ

tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010-2015 như là một mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao

Thiên về hướng “liên đới”

Mạng 4G sẽ không phải là một công nghệ tiên tiến vượt bậc, đủ khả năng đáp ứng tất cả các loại hình dịch vụ cho tất cả các đối tượng người dùng Những công nghệ “đình đám” nổi lên gần đây như WiMAX 802.16m, Wibro, UMB, 3G LTE, DVB-H…mặc dù chúng đáp ứng tốc độ truyền lớn, tuy nhiên chúng chỉ được xem là những công nghệ pre-4G (tiền 4G)

Mạng 4G sẽ là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.20, IEEE 802.22, pre-4G, RFID, UWB, satellite…để cung cấp một kết nối vô tuyến đúng nghĩa rộng khắp (ubiquitous), mọi lúc, mọi nơi, không kể mạng thuộc nhà cung cấp nào, không kể người dùng đang dùngthiết bị di động gì Người dùng trong tương lai sẽ thực sự sống trong một môi trường

“tự do”, có thể kết nối mạng bất cứ nơi đâu với tốc độ cao, giá thành thấp, dịch vụ chất lượng cao và mang tính đặc thù cho từng cá nhân

Hình 2: Mô hình mạng hỗn tạp 4G

“Khách hàng là thượng đế”

Hiện tại khi chúng ta mua một kết nối di động, kết nối ấy gắn với một hợp đồng, với các ràng buộc của nhà cung cấp mạng Người dùng hầu như không có bất cứ sự lựa chọn nào khác ngoài dịch vụ mà nhà cung cấp cung ứng Mỗi người ít nhất cũng

có vài loại hợp đồng khác nhau để sử dụng các loại hình dịch vụ khác nhau: hợp đồng dùng điện thoại di động, hợp đồng dùng điện thoại cố định, hợp đồng dùng Internet, hợp đồng dùng GPS, hợp đồng dùng dịch vụ TV di động,….Mọi liên lạc, kết nối của người dùng điều chịu sự quản lý chặt chẽ của nhà cung cấp dịch vụ (nên còn gọi là

"network-centric”)

Thực tế, người dùng chính là mục đích cuối cùng mà một sản phẩm hay một công nghệ muốn hướng tới Do vậy, liệu chỉ cần cung cấp tốc độ dữ liệu cao là đủ đề đáp ứng nhu cầu của người dùng chưa hay 4G cần phải đáp ứng các yêu cầu khác nữa? Sau đây chúng ta thử cùng nhau xem xét những gì người dùng cần mà công nghệmạng hiện tại chưa đáp ứng được Đấy chính là chìa khóa cho sự thành công của 4G! Tình huống 1: Trước khi bạn đi ra khỏi nhà để đến nơi làm việc, bạn cần biết những thông tin như giờ tàu/buýt, tình trạng kẹt xe trên đường, cũng như dự báo thời gian cần thiết để đi đến chỗ làm việc Một khi người dùng chọn một phương tiện đi lại, thì thông tin về thời gian, thời điểm chuyển đổi phương tiện tiếp theo, sẽ được cậpnhật liên tục với thời gian thực Trong lúc ngồi trên phương tiện công cộng, bạn muốnđọc e-mail, nghe rađio, xem TV, kết nối với intranet của công ty để chuẩn bị tài liệu cho buối họp,…

Tình huống 2: Bạn có thể sẽ rất thích nhận được những thông tin shopping, hàng giảm giá, thông tin vui chơi giải trí hấp dẫn khi bạn ngồi relax ở nhà hay đang trong

xe buýt Tuy nhiên sẽ có nhiều bạn lại rất ghét những thông tin kiểu thế này Do đó, dịch vụ này phải tùy theo sở thích, thói quen của từng người dùng Cũng tương tự ví

dụ khi bạn đi du lịch sang một thành phố hay nước nào đó, bạn sẽ rất hài lòng khi nhận được những thông tin hướng dẫn như bản đồ, những địa danh cần tham quan, cácmón ngon nên thưởng thức… Mỗi khi đến trước một địa điểm tham quan bạn sẽ nhận được thông tin cụ thể về lịch sử, đặc điểm nơi bạn đang tham quan Đặc biệt hơn nữa nếu các thông tin cung cấp đến bạn theo đúng tiếng mẹ đẻ của bạn

Trên đây chỉ là hai tình huống tiêu biểu mà người dùng trong tương lai chờ đợi

Để làm được điều đó, hệ thống mạng 4G phải đặt người dùng vào vị trí trung tâm (user-centric), và các dịch vụ trong tương lai sẽ phải tính đến sở thích, yêu cầu, địa điểm, tình huống, thuộc tính của từng người dùng như nghề nghiệp, tuổi tác, quốc tịch…

Tóm lược

Mặc dù thuật ngữ 4G vẫn chưa được bất kỳ một tổ chức chuẩn hóa nào định nghĩa một cách rõ ràng, tuy nhiên mạng 4G được kỳ vọng đáp ứng các đặc điểm sau:

 Đặc tính được kỳ vọng nhất của mạng 4G là cung cấp khả năng kết nối ABC, mọi lúc, mọi nơi Để thỏa mãn được điều đó, mạng 4G sẽ là mạng hỗn tạp (bao gồm nhiều công nghệ mạng khác nhau), kết nối, tích hợp nhau trên nền toàn IP Thiết bị di động của 4G sẽ là đa công nghệ (multi-technology), đa mốt (multi-mode) để có thể kếtnối với nhiều loại mạng truy nhập khác nhau Muốn vậy, thiết bị di động sẽ sử dụng giải pháp SDR (Software Defined Radio) để có thể tự cấu hình nhiều loại rađio khác nhau thông qua một phần cứng rađio duy nhất

 Mạng 4G cung cấp giải pháp chuyển giao liên tục, không vết ngắt (seamless) giữa nhiều công nghệ mạng khác nhau và giữa nhiều thiết bị di động khác nhau

 Mạng 4G cung cấp kết nối băng rộng với tốc độ tầm 100Mb/s và cơ chế nhằm đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực

 Để vượt lên khỏi tình trạng bảo hòa của thị trường viễn thông, các nhà cung cấp mạng sẽ phải tìm kiếm khách hàng bằng các dịch vụ tùy biến theo yêu cầu của khách hàng

 Mạng 4G sẽ lấy người dùng làm tâm điểm

G : viết tắt của "generation" - công nghệ điện thoại di động

-Giấy phép 3G cho VinaPhone, MobiFone, Viettel và EVNTelecom -

HanoiTelecom

-Xu thế “mobile hoá” các website & mạng xã hội để đón đầu 3G

1G (the first gerneration):Đây là thế hệ điện thoại di động đầu tiên của

nhân loại Đặc trưng của hệ thống 1G là:

- Dung lượng (capacity) thấp

- Kỹ thuật chuyển mạch tương tự (circuit-switched)

- Xác suất rớt cuộc gọi cao

- Khả năng handoff (chuyển cuộc gọi giữa các tế bào) ko tin cậy

- Chất lượng âm thanh rất chuối

- Siêu bảo mật (High Security)

- NHiều dịch vụ kèm theo như truyền dữ liệu, fax, SMS (tin nhắn),

Systems).

Để hiểu thế nào là công nghệ 3G, chúng ta 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 tới sự ra đời của các hệ thống điện thoại di động thế hệ 2.

Ở châu Âu, vào năm 1982 tổ chức các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông châu Âu (CEPT – Conférence Européene de Postes et Telécommunications) đã thống nhất thành lập một nhóm nghiên cứu đặc biệt gọi là Groupe Spéciale Mobile (GSM) có nhiệm vụ xây dựng bộ các chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng điện thoại di động toàn châu Âu hoạt động ở dải tần 900 MHz Nhóm nghiên cứu đã

xem xét nhiều giải pháp khác nhau và cuối cùng đi đến thống nhất sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã băng hẹp (Narrow Band TDMA) Năm

1988 phiên bản dự thảo đầu tiên của GSM đã được hoàn thành và hệ thống

GSM đầu tiên được triển khai vào khoảng năm 1991 Kể từ khi ra đời, các hệ thống thông tin di động GSM đã phát triển với một tốc độ hết sức nhanh chóng,

có mặt ở 140 quốc gia và có số thuê bao lên tới gần 1 tỷ Lúc này thuật ngữ GSM có một ý nghĩa mới đó là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System Mobile).

Cũng trong thời gian kể trên, ở Mỹ các hệ thống điện thoại tương tự thế hệ thứ nhất AMPS được phát triển thành các hệ thống điện thoại di động số thế hệ

2 tuân thủ tiêu chuẩn của hiệp hội viễn thông Mỹ IS-136 Khi công nghệ

CDMA (Code Division Multiple Access – IS-95) ra đời, các nhà cung cấp dịch

vụ điện thoại di động ở Mỹ cung cấp dịch vụ mode song song, cho phép thuê bao có thể truy cập vào cả hai mạng IS-136 và IS-95.

Quý III/2009: Việt Nam sẽ chính thức có dịch vụ 3G đầu tiên

Theo cam kết trong hồ sơ thi tuyển, hai mạng di động của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam VNPT là VinaPhone và MobiFone sẽ cung cấp dịch

vụ 3G sớm nhất Đặc biệt, VinaPhone sẽ là mạng đầu tiên cung cấp dịch vụ, vào đầu quý 3/2009.

Phó Giám đốc VinaPhone, ông Hoàng Trung Hải cho biết, Ban đầu

VinaPhone sẽ cung cấp dịch vụ này tại những thị trường lớn như Hà Nội, Đà Nẵng, TP.HCM sau đó mới mở rộng ra các tỉnh Hiện chúng tôi đang dốc toàn lực phát triển mạng lưới 3G để có thể cung cấp dịch vụ này sớm nhất.

Còn mạng di động MobiFone sẽ phủ sóng 100% đô thị đông dân thuộc 63 tỉnh, thành phố trên toàn quốc sau 3 tháng kể từ ngày chính thức nhận giấy

phép Dự kiến vào thời điểm chính thức cung cấp, MobiFone sẽ hoàn thành lắp đặt và phát sóng 2.400 trạm BTS 3G và trong vòng 3 năm sẽ hoàn thành lắp đặt khoảng 7.700 trạm

Ông Đỗ Vũ Anh - Giám dốc MobiFone cho biết, 3G là băng rộng còn 2G

là băng hẹp Khách hàng 3G của MobiFone sẽ được sử dụng các dịch vụ gia tăng đòi hỏi tốc đọ truy cập cao một cách dễ dàng, điều mà trước đây họ chỉ có thể làm được trên máy tính Hiện giờ, nhà mạng này cũng đang có kế hoạch phối hợp với những nhà cung cấp thiết bị đầu cuối với kỳ vọng cung cấp tới người dùng những dịch vụ, sản phẩm 3G trọn gói với chất lượng tốt nhất.

Muộn hơn cả là Viettel và Liên danh EVN Telecom - HaNoi Telecom, dự kiến sẽ cung cấp dịch vụ sau 9 tháng nhận giấy phép, tương với khoảng giữa năm 2010.

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G

Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống

xã hội loài người Cùng với sự đi lên của xã hội, nhu cầu thông tin của con người ngàycàng tăng đòi hỏi các hệ thống thông tin liên lạc nói chung, các hệ thống viễn thông nói

riêng phải không ngừng phát triển và cải tiến để đáp ứng các nhu cầu đó Thông tin diđộng là một ứng dụng có nhu cầu lớn nhất và đạt được sự phát triển mạnh mẽ nhấttrong những năm gần đây Trước nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng, thông tin

di động sẽ phát triển theo xu hướng nào Để có thể hiểu rõ cũng như có những có cáinhìn chính xác về xu hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động, trước hết cầnphải nhìn lại lịch sử phát triển của nó từ khi mới ra đời đến nay

Năm 1924, điện thoại vô tuyến di động đầu tiên ra đời nhưng mới chỉ được sửdụng như là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ

Đến những năm 1960 hệ thống điện thoại di động đầu tiên sử dụng phương phápđiều tần mới xuất hiện nhưng chúng có dung lượng rất thấp so với hiện nay và ít tiệnlợi

Đầu những năm 1980 đánh dấu sự ra đời của các hệ thống di động tổ ong điềutần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA với chỉ duynhất phục vụ thoại Nhưng đây mới chỉ là các hệ thống tổ ong tương tự có nhược điểm

là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp, dung lượng nhỏ, không có tính bảo mật thôngtin và các thiết bị cho người sử dụng rất nặng và đắt tiền Những hệ thống thông tin di

động đầu tiên này, nay được gọi là thế hệ thứ nhất (1G) Một số hệ thống trong thế hệ

này là:

+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service - Dịch vụ điện thoại di động cấpcao): triển khai ở Nhật (1979) và Mỹ (1983), băng tần 800MHz và vẫn còn được sửdụng rỗng rãi ở Mỹ và nhiều phần khác trên thế giới

+ NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu) triển khai ởThuỵ Điển, Nauy, Đan Mạch và Phần Lan từ năm 1981 nhưng nay phần lớn không cònđược sử dụng

+ TACS ( Total Access Communications System – Hệ thống truyền thông truycập toàn phần) triển khai ở Anh năm 1985 và một số hệ thống TACS-900 vẫn còn được

sử dụng ở châu Âu

Vào cuối thập niên 1980, người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tựkhông thể đáp ứng được nhu cầu thông tin ngày càng tăng lúc đó Điều này đã dẫn đến

sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Đây là các hệ thống di

động số sử dụng các công nghệ đòn bẩy để tăng dung lượng (nén thoại, xử lí tín hiệusố), thực thi và mở rộng khái niệm “mạng thông minh”, tăng cường khả năng chống lỗi

và thêm một số dịch vụ mới nhưng chỉ giới hạn trong thoại và dữ liệu tốc độ thấp Chođến thời điểm hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống thông tin di động thế hệ 2nhưng nhìn chung có thể phân thành 2 loại hệ thống Loại thứ nhất ra đời trước là các

hệ thống 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Loại thứhai ra đời muộn hơn vào giữa thập kỷ 1990 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chiatheo mã CDMA, nay gọi là cdmaOne Một số hệ thống trong thế hệ này là:

+ D-AMPS/ TDMA & PDC : hệ thống này sử dụng phương pháp TDMA, có thểtiến hành 3 cuộc gọi trên một khe thời gian, triển khai năm 1993 (PDC 1994) có địnhhướng chuyển sang GSM và sau này là W-CDMA Hiện nay PDC là hệ thống tổ ongnội địa ở Nhật với mạng lưới rộng nhất của NTT DoCoMo

+ IDEN: hệ thống này sử dụng công nghệ TDMA về cơ bản vẫn dựa trênthiết kế GSM và cung cấp giao thức đặc biệt cho “Nhấn-để-nói” một cách nhanhchóng Đây là hệ thống độc quyền của Motorola với băng tần 800 MHz

+ DECT and PHS : đây là các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nộihạt sử dụng máy cầm tay không dây số Các hệ thống này cơ bản vẫn dựa trên côngnghệ TDMA chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thương mại như PBX không dây Với băngtần rộng (các kênh 32 Kbps), thoại và số liệu ISDN chất lượng cao, phục vụ cho các tếbào nhỏ và trong các toà nhà, hệ thống PSH được sử dụng ở các thành phố có mật độdân số cao ở Nhật Bản và hiện này mới được triển khai ở Trung Quốc

+ GSM: hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gianTDMA Hệ thống này ban đầu có tên là “Groupe Special Mobile” về sau đổi thành

“Global System for Mobile – Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM được pháttriển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụviễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Năm 1991, hệ thống chính thức đượcthử nghiệm với 8 người sử dụng cho 200Khz và GSM đã đạt được nhiều thành côngtrên thị trường châu Âu ( hiện nay chiếm 59% thuê bao) và châu Á (33%), trở thànhmột tiêu chuẩn chiếm ưu thế vượt trội trên thế giới.Sau này hệ thống mở rộng đến băngtần 1800 MHz Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động GSM được đưa vào từ năm

1993, hiện nay đang được công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả Hiện nay trênthế giới 70% thuê bao sử dụng hệ thống này và thực hiện roaming quốc tế trên 140nước với 400 mạng

+ North American CDMA (cdmaOne): hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truynhập phân chia theo mã CDMA Vào đầu những năm 70, CDMA được phát triển cholĩnh vực quân đội vì nó có tính bảo mật cao Đến năm 1989, Qualcom chính thức đưa

hệ thống ra thử nghiệm và tuyên bố sẽ nâng cao dung lượng cũng như đơn giản hoáviệc quy hoạch mạng Hệ thống này được triển khai đầu tiên là ở Hồng Kông vào năm

1994 nhưng đạt được sự thành công lớn nhất là ở Hàn Quốc (1996) và được Verizon vàSprint sử dụng ở Mỹ

+ CdmaOne - IS-95: Hệ thống CDMA thương mại được thử nghiệm ở Mỹ vớitiêu chuẩn nội địa của người Mỹ gọi là IS-95 IS-95 triển khai ở băng tần 800 MHz.Ngoài truyền thoại có thể truyền số liệu Phiên bản IS-95A cung cấp tốc độ dữ liệu là14.4 kbps.

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất còn có các hệ thống thông tin diđộng vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998

Mặc dù thông tin di động thế hệ 2 đã đạt được những thành công vượt bậc cả vềmặt công nghệ cũng như là thương mại nhưng các hệ thống này vẫn tồn tại một sốnhược điểm sau:

+ Thứ nhất, vẫn xảy ra nghẽn mạng do có hơn 300 triệu thuê bao trên khắp thếgiới, do đó cần phải tăng dung lượng hệ thống

+ Thứ hai, do tồn tại nhiều hệ thống di động cũng như nhiều mạng di động nên

nó giới hạn phạm vi di động của các thuê bao trên khắp thế giới, do đó cần phải mộtchuẩn quốc tế

+ Thứ ba, các hệ thống này còn cung cấp ít các dịch vụ mà trong đó nhu cầu vềcác dịch vụ mới nhất là Internet ngày càng tăng với hơn 200 triệu thuê bao, do đó cầnphải có thêm nhiều dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mới

Để giải quyết các hạn chế của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai mà ởphần trên đã đề cập đến, có 2 giải pháp, đó là:

Phát triển từ 2G lên 2,5 G (hay còn gọi là thế hệ hai cộng): với giải pháp này

yêu cầu chi phí thấp nhưng ngắn hạn Ví dụ như phát triển từ GSM lên

HSCSD, GPRS, EDGE Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng GSM đạt được:+ Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệunhư nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vôtuyến gói đa năng

+ Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như : mã hoá và giải mã tiếng toàntốc cải tiến, mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng

+ Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyểngiao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

+ Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn SMS như móc nối SMS, mở rộngbảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS

+ Các công việc liên quan đến tính cước như các dịch vụ trả tiền trước, tínhcước nóng…

+ Tăng cường công nghệ SIM

+ Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL

+ Các cải thiện chung như : chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định vịtương tác với các hệ thống thông tin vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.

+ Thiết kế một chuẩn mới hoàn toàn 3G: giải pháp này có chi phí cao, dài hạnnhưng lại có một số lượng lớn các dịch vụ tiềm năng mới

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ cũng như của xãhội, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng cả về nhiều mặt, thông tin diđộng vẫn sẽ tiếp tục phát triển sang một thế hệ mới Hiện nay các hệ thống thông tin diđộng số đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2+ sang thế hệ 3

Thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch

vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằngbưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trướcđây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình Dưới đây là một số yêucầu chung đối với hệ thống thông tin di động thứ ba này:

+ Mạng phải là băng rộng và có khản năng truyền thông đa phương tiện Nghĩa

là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mb/s

+ Mạng phải có khản năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêucầu Ngoài ra cần đảm bao 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

+ Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu Nghĩa là đảm bảo cáckêt nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khản năng số liệu gói cho cácdịch vụ số liệu

+ Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất

là đối với thoại

+ Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh

gprs Gsm (900)

Gsm (1900)

is-95 cdma (j-std-008) (1900)

is-136 tdma (800)

is-95 cdma (800)

Iden (800)

gprs

edge

cdma2000 1x

W-cdma

cdma2000 Nx

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động

Một số nét chính của nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba.

Trước hết là tiếngthoại có đưa thêmcác dịch vụ số liệugói

TDMA (kết hợp nhiều khe hoặcnhiều tần số), CDMA, sử dụngchồng lên phổ tần của thế hệ hainếu không sử dụng phổ tầnmới, tăng cường truyền số liệugói cho thế hệ hai

Thế hệ 3 (3G) Cdma2000, Các dịch vụ tiếng CDMA, CDMA kết hợp

W-CDMA và số liệu gói

được thiết kế đểtruyền tiếng và sốliệu đa phươngtiện là nền tảngthực sự của thế hệba

TDMA, băng rộng (tới 2Mbps),

sử dụng chồng lấn lên thế hệhai hiện có nếu không sử dụngphổ tần mới

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G

Do các tiêu chuẩn chỉ thực hiện được trong phạm vi khu vực nên khái niệmthông tin di động toàn cầu không thực hiện được Bên cạnh đó, sau gần 20 năm pháttriển, thông tin di động mà phổ biến là GSM đã bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của

nó khi nhu cầu truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - 3G ra đời với mục tiêu là hình thànhmột hệ thống di động duy nhất trên toàn thế giới Khác với các dịch vụ được cung cấpbởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại (công nghệ tương tự làđặc trưng của hệ thống 1G, công nghệ số là đặc trưng của 2G), hệ thống 3G nhằm vàocác dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượngcao tương đương với mạng hữu tuyến

Quá trình phát triển:

Chính do sự thành công to lớn trên phạm vi toàn thế giới của GSM, các nhà vậnhành mạng viễn thông châu Âu và các nhà sản xuất đã không chú ý đến một hệ thốngmới (3G) cho đến tận giữa thập niên 90

Chỉ sau khi ITU đưa ra định hướng về một hệ thống di động mới cần phát triểncho những năm đầu của thế kỷ 21, các nhà hoạt động cụ thể đối với UMTS của ETSImới được thực thi năm 1995

Hệ thống 3G tương lai sau đó đã được ITU đặt tên là IMT-2000, hệ thống viễnthông quốc tế thế kỷ 21.Thời hạn chót để các tiêu chuẩn khu vực đệ trình các dự thảo

kỹ thuật của mình cho IMT-2000 đã được ITU đặt ra là tháng 7 năm 1998

Đến tháng 1 năm 1998, ETSI chọn hai kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cho truynhập vô tuyến đối với UMTS là UTRA FDD và UTRA TDD, chính là hai kỹ thuậtdùng cho IMT-2000

Một loạt các kỹ thuật truyền dẫn vô truyến mặt đất được đề xuất với ITU vàotháng 1 năm 1998 Trong đó có một số đề xuất về kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến theo

mã băng rộng của ETSI, TTC/ARIB (Nhật), TTA (Hàn Quốc), ANSI T1(Mỹ) và TIA(Mỹ) có thể phân làm hai nhóm Một nhóm đề xuất đòi hỏi các trạm gốc đồng bộ vàđược xây dựng trên cơ sở IS-95 2G và đề xuất còn lại không dựa trên cơ sở trạm gốcđồng bộ.

Đến cuối năm 1998, cả hai đề xuất đều được hỗ trợ bởi các tổ chức tiêu chuẩnkhu vực gọi là 3GPP và 3GPP2 Mục đích của cả 3GPP và 3GPP2 đều là kết hợp các

đề xuất cơ bản và CDMA băng rộng thành một đề xuất duy nhất Đây là hai tiêu chuẩnđươc chấp nhận cho IMT-2000

1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000

Đối với bất kỳ công nghệ nào, điều kiện tiên quyết cho việc phát triển trên phạm

vi toàn thế giới là phải xây dựng được một bộ tiêu chuẩn cho công nghệ này và việctuân thủ theo chuẩn là một yêu cầu bắt buộc đối với nhà cung cấp dịch vụ, nhà khaithác và nhà sản xuất thiết bị

Các chuẩn 3G được ITU khuyến nghị với tên gọi IMT-2000 IMT-2000 đượctạo ra nhằm thỏa mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép một cơ sở hạ tầng thôngtin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh, các truy nhập cố định và

di động cho các mạng công cộng cá nhân

Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình

dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ

của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

+ 384 Kbps đối với vùng phủ sóng rộng

+ 2 Mbps đối với vùng phủ sóng địa phương

Một số yêu cầu chính về IMT-2000 cho UMTS được ITU đề ra như sau:

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:

+ Đường lên: 1885 – 2025 MHz

+ Đường xuống: 2110 – 2200 MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

+ Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông

- Cung cấp khả năng truy nhập mạng trong nhiều loại môi trường khác nhau nhưtrong nhà, ngoài trời, trên xe…

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như :

+ Môi trường gia đình ảo (VHE: Virtual Home Eviroment) trên cơ sở mạngthông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

+ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạchkênh và số liệu chuyển mạch gói.

+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện trong tương lai

Trong hệ thống thông tin di động nói chung và UMTS nói riêng vấn đề truynhập vô tuyến là rất quan trọng Yêu cầu về hệ thống truy nhập vô tuyến của UMTSdựa trên những yêu cầu về mặt dịch vụ Bảng 1.1 dưới đây tổng kết các yêu cầu đối vớikhối truy nhập vô tuyến của UMTS như sau:

Các yêu cầu về mặt vô tuyến

- Vùng ngoại ô: tốc độ truyền từ 384Kbps tới 512Kbps,tốc độ di chuyển cực đại của thiết bị là 120km/h

- Vùng nội ô: tốc độ truyền thấp nhất là 2Mbps, tốc độ dichuyển cực đại của thiết bị là 10km/h

- Khả năng thích nghi liên kết về chất lượng, dung lượng

và tải của mạng tương tự như các điều kiện truyền sóng

- Có khả năng chuyển giao mềm giữa UMTS và mạng diđộng thế hệ thứ 2 (GSM).

-Việc lên kế hoạch cho tần số sử dụng trong mạng làkhông cần thiết

Về hiệu quả trong trải phổ

Hiệu quả của trải phổ

- Khả năng trải phổ cao đối với các đặc trưng hỗn hợpcho các dịch vụ khác nhau

- Hiệu quả trải phổ đem lại thấp nhất cũng đạt hiệu quảgiống như trong mạng GSM đối với tốc độ kênh thoạithấp nhất

Sự không đối xứng của

- Sử dụng linh hoạt nhiều loại tế bào và các mối quan hệgiữa các tế bào trong cùng một vùng địa lý mà khônglãng phí tài nguyên vô tuyến (các tế bào trong nhà, các tếbào phân cấp)

- Có thể cung cấp chi phí cho vùng phủ một cách hợp lý

mạng

Chi phí phát triển mạng và thiết bị cần được giữ ở mộtmức thích hợp, quan tâm tới chi phí về trạm, liên kết, quátải về lưu lượng và tải báo hiệu

Các loại đầu cuối

Có thể cung cấp nhiều loại đầu cuối với khuôn dạngphong phú, chi phí và dung lượng tuỳ theo nhu cầu khácnhau của người dùng

Các yêu cầu chính ngoài SMG

Tương thích với IMT

-2000

UTRA sẽ đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu về kỹ thuật

và trở thành ứng cử cho kỹ thuật IMT - 2000

Phân chia băng tần nhỏ

Các ảnh hưởng bức xạ

RF

UMTS chia sẻ hoạt động tốt ở các mức công suất bức xạthích hợp với các yêu cầu liên quan tới bức xạ điện từ.Bảo mật Giao diện vô tuyến UMTS tối thiểu cũng có thể đảm bảo

mức bảo vệ như giao diện vô tuyến GSM

Cùng hoạt động với các

hệ thống khác

- Hệ thống truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS có thể cùnghoạt động với các hệ thống khác trong cùng một băng tầnhoặc ở dải băng tần kề cận tuỳ thuộc vào từng hệ thống

- Có thể thực hiện theo nhiều chế độ

- Có thể đáp ứng được đồng thời hai loại đầu cuốiUMTS/GSM với giá thành hợp lý

1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000

Phân bố tần số cho IMT-2000 cho châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Mỹ được thể hiệnnhư trong hình sau đây

Hình 1.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 ở một số nướcChâu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là DCS 1800 ở băng tần 1710-1755 chođường lên và 1805-1850 cho đường xuống Châu Âu và hầu hết các nước châu Á băngtần IMT-2000 là 2x60 Mhz có thể sử dụng cho WCDMA FDD Băng tần sử dụng choTDD ở châu Âu thay đổi tuỳ theo cho các ứng dụng được cấp giấy phép hay không Các

hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống còn hệthống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

Nhật Bản sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC còn Hàn Quốc sử dụng hệ thốngthế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PDS ấn định phổ PCS ở Hàn Quốc khácvới ấn định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy địnhcủa IMT-2000 ở Nhật Bản, một phần phổ của IMT-2000 TDD đã sử dụng cho PHS

Mỹ không còn phổ mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba Các dịch

vụ của thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thông tin thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại

Trung Quốc phổ tần dành trước cho PCS và WLL sử dụng một phần phổ tần củaIMT-2000 Theo quyết định về phân định tần số, có đến 2x60 Mhz được sử dụng choW-CDMA ở Trung Quốc

Các nước đã bắt đầu cấp phép cho sử dụng tần số của IMT-2000, đầu tiên làPhần Lan vào 3/1999

1.2.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000

Mạng IMT-2000 có mô hình tổng quát như sau:

Hình 1.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000

Trong đó, các dạng máy đầu cuối bao gồm:

- Thoại cầm tay; Thoại : 8/16/32 kbit/s

- Cửa số liệu như PCMCIA…( - Truyền số liệu bằng modem thoại cho các tốc

độ 1,2 kbit/s ; 2,4 kbit/s; 4,8 kbit/s; 9,6 kbit/s; 19,2 kbit/s ; 28,8 kbit/s - Truyền số liệu

số chuyển mạch kênh cho các tốc độ : 64 kbit/s ;128 kbit/s; đầu cuối video thấp hơn 2Mbít/s )

- Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN)

- Máy ảnh xách tay: được phân loại theo cấp chất lượng

- Đầu cuối giống như máy TV

- Đầu cuối kết hợp TV với máy tính

- TV cầm tay có khả năng thu được MPEG

- Đầu cuối số liệu gói

Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối

- Phát quảng

bá thông tin truy nhập hệ thống

- Phát và thu

vô tuyến

- Điều khiển truy nhập vô tuyến

MẠNG LÕI

- Điều khiển cuộc gọi

- Điều khiển tài nguyên quy định

- Quản lí dịch vụ

- Quản lí vị trí

- Quản lí nhận thực

Các dịch vụ ứng dụng

Vùng các dịch vụ ứng dụng

- PC vở ghi có cửa sổ thông tin cho phép ( Điện thoại thấy hình/ Văn bản hìnhảnh truy nhập cơ sở dữ liệu vào)

- Đầu cuối PDA (PDA tốc độ thấp / PDA tốc độ cao hoặc trung bình / PDA kếthợp với sách điện tử bỏ túi)

- Máy nhắn tin hai chiều

- Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

Đối với mạng truy nhập vô tuyến mặt đất ITU đã chấp thuận họ IMT-2000 gồm 5 côngnghệ:

- IMT DS ( Direct Sequence – chuỗi trực tiếp) : được biết đến như là UTRAFDD ( Truy cập vô tuyến mặt đất của UMTS hoạt động ở chế độ FDD ) và WCDMA(CDMA băng rộng)

- IMT MC ( Multi carriers – Đa sóng mang) : hệ thống này là phiên bản 3G củaIS-95 (cdmaOne) được biết đến là cdma2000

- IMT TC ( Time Code – Mã Thời gian): đây là UTRA TDD

- IMT SC ( Single carrier - Đơn sóng mang) : đây là một dạng GSM pha 2+

(EDGE)

- IMT FT ( Frequency Time – Tần số Thời gian) : đây là hệ thống DECT

Tổng kết các đề xuất trên ta được sơ đồ sau:

Hình 1.4 Các đề xuất đối với mạng truy cập vô tuyếnHiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:

- W-CDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác của châu Âu và Nhật Bản

CDMA2000

IMT-SC (Đơn sóng mang)

TDMA Đơn sóng mang UWC-136

EDGE/ERANIMT-FT (Thời gian Tần số)

TDMA Đa sóng mang DECT

Kết nối mạng/vô tuyến

Mạng lõi IS-41 phát triển lênMạng lõi GSM phát triển lên

1.2.4 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động thế hệ ba

Trong thông tin di động thế hệ ba, các nhà nhà khai thác có thể cung cấp rấtnhiều dịch vụ cho khách hàng Hầu hết các dịch vụ này liên quan đến các kiểu dịch vụđiện thoại khác nhau với nhiều bổ sung cùng với các dịch vụ mới Ngoài ra còn cungcấp các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như email… Các dịch vụ này có thểphân thành các loại sau:

- Các dịch vụ cơ sở bao gồm các dịch vụ theo kênh và các dịch vụ mang vớithay đổi không nhiều lắm so với các dịch vụ trong GSM

- GPRS cung cấp các dịch vụ IP, SMS…

- Các dịch vụ IP đa phương tiện là các dịch vụ mới gồm cả điện thoại IP, cácdịch vụ bổ sung cho đa phương tiện IP chưa được tiêu chuẩn nhưng sẽ được thực hiệnbằng các công cụ hay ở mức điều khiển cuộc gọi Các dịch vụ IP dùng GPRS làm vậtmang

- Các dịch vụ giá trị gia tăng không liên quan đến cuộc gọi bao gồm rất nhiềudịch vụ khác nhau đặc thù cho từng nhà khai thác Chúng thường không được tiêuchuẩn hoá Các dịch vụ này thường dựa trên các giao thức riêng ngoài tiêu chuẩn

Ngoài ra còn thể phân loại các dịch vụ IMT-2000 như sau:

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA VÀ

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ2.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA

Phần này sẽ xem xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS/IMT-2000, cơ sở cấutrúc hệ thống cho W-CDMA Hệ thống này sử dụng cùng một cấu trúc như hệ thốngthế hệ hai Cấu trúc này bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Hệ thốngnày có thể được phân chia thành 3 phần lớn là Thiết bị người sử dụng (UE), mạng giaodiện truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi(CN)

Hình 3.1 Cấu trúc chi tiết hệ thống W-CDMA

2.1.1 Thiết bị người sử dụng UE

Hình 3.2 Cấu trúc UEThiết bị người sử dụng UE gồm 2 phần :

- Thiết bị di dộng ( ME- Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụngcho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Môđun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM – UMTS Subscriber IdentityModule) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuậttoán nhận thực và lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiếtcho đầu cuối

Giao diện giữa ME và USIM là Cu, giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêuchuẩn cho các thẻ thông minh

2.1.2 Mạng lõi CN

Như trong hình vẽ mô tả cấu trúc mạng UMTS, một mạng CN (Core Network)gồm 5 thành phần, được kết nối với mạng truy nhập qua giao diện Iu và kết nối vớimạng ngoài ( PSTN,PLMN…).Cấu trúc mạng lõi được đưa ra với các tiêu chuẩn khácnhau, trong phần này sẽ đưa ra cấu trúc mạng theo tiêu chuẩn 3GGP R99 - đây là hệtiêu chuẩn đầu tiên, trong đó thể hiện một hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng vớimạng lõi CN được nâng cấp từ GSM Mạng lõi sử dụng hạ tầng GSM và phần mở rộngGPRS để sử dụng cho các dịch vụ gói

Cu

UE

Hình 3.3 Cấu trúc mạng lõi CNCác phần tử chính của mạng lõi như sau:

- HLR là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng đểlưu giữ thông tin chính về hồ sơ dịch vụ của người sử dụng gồm có: thông tin về cácdịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổsung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR là tổng đài MSC và cơ sở dữ liệu để cung cấp dịch vụ chuyển mạchkênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịchchuyển mạch kênh CS và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về hồ sơ người sửdụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ Phần mạng đượctruy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS

- GMSC ( Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN vớimạng CS bên ngoài

- SGSN: có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch

vụ chuyển mạch gói PS Phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi làmiền dịch vụ chuyển mạch gói PS

- GGSN có chức năng giống như GMSC nhưng có liên quan đến các dịch vụchuyển mạch gói PS

PLMN PSTN / ISDN

Mạng IP ngoài

Iu (CS)

2.1.3 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)

Hình 3.4 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến ( RNS : RadioNetwork Subsystem) Một RNS là một mạng con và gồm một bộ điều khiển mạng vôtuyến RNC và một hay nhiều nút B Các RNC kết nối với nhau bằng giao diện Iur CácRNC và các nút B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

2.1.3.1 Các thành phần của UTRAN

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: RNC là phần tử chịu trách nhiệm điềukhiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao diện với CN( thông thường là vớimột MSC và một SGSN) và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC(giao thức này định nghĩa các bản tin và thủ tục giữa MS và UTRAN Nó đóng vai trònhư BSC

Vai trò logic của RNC: RNC điều khiển nút B được biểu thị như là RNC Điềukhiển của nút B RNC Điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh nghẽn chocác ô của mình

Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nguồn tài nguyên từ nhiều RNS, RNCtham dự vào kết nối này có hai vai trò logic riêng biệt

- RNC phục vụ (SRNC-Serving RNC) : đối với mỗi MS, đây là RNC kết cuối

cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả bao hiệu RANAP ( RadioAccess Network Application Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tươngứng từ/tới mạng lõi SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến:giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN Nó xử lí số liệu từ lớp L2 tới giao diện vôtuyến Các thao tác quản lí tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mangtruy nhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải của một nút B nào đó được MS sửdụng để kết nối với UTRAN

- RNC trôi ( DRNC- Drif RNC) là một RNC bất kì khác với SRNC để điềukhiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ởtầm vĩ mô DRNC không thực hiện xử lí L2 đối với số liệu tới/từ giao diện vô tuyến

mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE không cóthể có hoặc có một hay nhiều DRNC

- Nút B (Trạm gốc) : Các chức năng chính của nút B là thực hiện xử lí L1 củagiao diện vô tuyến ( mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ….) Nó cũng thựchiện một phần khai thác quản lí tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòngtrong Về phần chức năng, nó giống như trạm gốc ở GSM Lúc đầu nút B được sử dụngnhư là một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó thì không thayđổi tên đó nữa

2.1.3.2 Các đặc tính chính của UTRAN

- Hỗ trợ UTRA (Truy cập vô tuyến mặt đất UMTS) và tất cả các chức năng liênquan Đặc biệt là vấn đề chuyển giao mềm và các thuật toán quản lí tài nguyên vô tuyếnđặc thù W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói bằng một ngăn xếp giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùngmột giao diện để kết nối từ UTRAN đến hai vùng PS và CS của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

2.1.4 Các mạng ngoài và giao diện

Các mạng ngoài có thể được chia thành 2 nhóm:

- Các mạng chuyển mạch kênh CS: các mạng này đảm bảo các kết nối chuyểnmạch kênh giống như các dịch vụ điện thoại Ví dụ PSTN, ISDN

- Các mạng chuyển mạch gói PS: các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch

vụ chuyển mạch gói Ví dụ như mạng INTERNET

Trong sơ đồ cấu trúc trên, các tiêu chuẩn UMTS không định nghĩa chi tiết cácchức năng bên trong các phần tử mạng nhưng lại đưa ra định nghĩa về giao diện giữacác phần tử mạng, cụ thể như sau:

- Giao diện Cu: đây là giao diện giữa USIM và ME Giao diện này tuân theomột khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh