CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 4G - LTE 1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động [8] 1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật Bản vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là: NMT (Nrdic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga. 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 truyền thông truy nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh.1: Tiến trình phát triển của thông tin di động Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu là thoại.
Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những 18 download by : skknchat@gmail.com điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…Do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải. Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ nhất. Một kênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo mã - CDMA hoặc chia theo thời gian - TDMA).
Sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực phục vụ thì được bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của những tế bào đã làm tăng dung lượng của hệ thống xa hơn nữa. Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu (GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95 và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt được thành công nhất và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G. GSM GSM cơ bản sử dụng băng tần 900MHz.
Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA. Nhưng ở đây cũng có một số những phát sinh, 2 vấn đề quan trọng là hệ thống mô hình số 1800 (DCS 1800, cũng được biết như GSM 1800) và PCS 1900 (hay GSM 1900). Sau này chỉ được sử dụng ở Bắc Mĩ và Chilê, và DCS 1800 thì được tìm thấy ở một số khu vực khác trên thế giới. Nguyên do đầu tiên về băng tần số mới là do sự thiếu dung lượng đối với băng tần 900 MHz.
Băng tần 1800MHz có thể được sử dụng ý nghĩa và phổ biến hơn đối với người sử dụng. Vì thế nó đã trở nên hoàn toàn phổ biến, đặc biệt trong những khu vực đông dân cư. Vì thế đồng thời cả 2 băng tần di động đều được sử dụng, ở đây điện thoại sử dụng băng tần 1800MHz khi có thành phần khác sử dụng lên trên mạng 900MHz. Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890 – 960 MHz).
Trong đó băng tần cơ bản được chia làm 2 phần: 19 download by : skknchat@gmail.com Đường lên từ (890 – 915) MHz Đường xuống từ (935 – 960) MHz Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz, khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM.
GSM mới chỉ cung cấp được các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu truy nhập internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên 2. GSM HSCSD GPRS EDGE Trong đó : HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao: Một vấn đề quan trọng lớn nhất đối với GSM đơn giản là về tốc độ dữ liệu chậm. GSM cơ sở có thể cải thiện tốc độ người dùng trước chỉ là 9. Sau đó theo lý thuyết tốc độ người dùng đã là 14.4Kbps, mặc dù nó không được thông dụng cho lắm.
HSCSD là cách đơn dàng nhất cho mọi thứ được tải lên. Những phương pháp này chính là sự thay thế một khe thời gian, một trạm di động có thể sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữ liệu. Những bổ sung trong dòng thương mại, giá trị tối đa thường là 4 khe thời gian. Một khe thời gian có thể sử dụng tốc độ 9.
Toàn bộ tốc độ chính là số khe thời gian nhân với tốc độ dữ liệu của một khe thời gian. Đây chính là mối tương quan không phức tạp để nâng cấp dung lượng của hệ thống, vì nó chỉ là những yêu cầu trong việc nâng cấp phần mềm đối với mạng nhưng nó có nhiều trở ngại. Vấn đề quan trọng nhất trong việc sử dụng tài nguyên sóng vô tuyến một cách khan hiếm. Bởi vì nó là chuyển mạch - mạch, HSCSD phân bố việc sử dụng 20 download by : skknchat@gmail.com khe thời gian một cách liên tục ngay cả khi không có bất cứ thứ gì được truyền đi.
GPRS (General Packet Radio Service) Dịch vụ vô tuyến gói chung: GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động.
Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU-Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng (Gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và Gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Nde). GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý tưởng 384kbps tương ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian. EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM.
EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và 21 download by : skknchat@gmail.com thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS. IS-95 Hệ thống mạng tế bào IS-95A được Qualcomm cho ra mắt vào những năm 1990 sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến CDMA. CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung.
Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng. IS 95A(2G) phát triển tiếp lên IS 95B(2.5G) Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp.
Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ…Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà người sử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil Telecommunication - 2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là: + Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao. 22 download by : skknchat@gmail.com + Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat.) + Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc…) + Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu.) + Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống.