CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin di động.
Hệ thống thông tin di động ra đời vào những năm 1920, hệ thống thông tin di động sử dụng băng tần 35 Mhz và chỉ có 10 kênh. Mỗi kênh có độ rộng 40Khz. Hệ thống được điều khiển bằng tay và không có chuyển mạch (Đây là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ). Năm 1946, hệ thống này được mở rộng ở băng tần 150Mhz.
Dịch vụ thương mại đầu tiên được triển khai ở bang Missouri và được triển khai rộng rãi ở Mỹ cuối năm đó. Năm 1982 đánh dấu sự ra đời của hệ thống GSM (Group Special Mobile) sử dụng công nghệ TDMA, về sau đổi tên thành Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile communication). Năm 1991 Qualcomn triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95 (Interim Standard-95A). Việt Nam sử dụng GSM từ năm 1993 với nhà khai thác VNPT và triển khai hệ thống di động theo công nghệ CDMA từ 7/2003 bởi S-fone.
Hiện nay, Việt Nam có tổng cộng 6 nhà cung cấp hệ thống di động với 7 mạng di động. Tính đến quỹ I năm 2010, Việt Nam có khoảng 73,2 triệu thuê bao đang hoạt động, trở thành quốc gia có số thuê bao di động nhiều thứ 6 tại châu Á - Thái Bình Dương.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 Các hệ thống thông tin thế hệ thứ nhất (1G) hoạt động ở dải tần số 450-900 MHz, sử dụng phương pháp điều chế FM và phương pháp đa truy cập FDMA, có 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mục đích chính là truyền thoại. Các hệ thống này sử dụng kĩ thuật tương tự nên chất lượng thoại không cao, bảo mật kém, bị ảnh hưởng lớn bởi nhiễu và hạn chế đáng kể số lượng người sử dụng. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS), triển khai ở bắc Mỹ năm 1978 tại băng tần 800 Mhz.
Với các thông số kỹ thuật cụ thể như sau: Dải tần thu 869MHz – 894MHz, dải tần phát 824MHz – 849MHz, độ rộng phổ của kênh 30KHz, số lượng kênh 833, phương thức truy nhập FDMA, phương thức ghép kênh FDD, phương thức điều chế tần số FM. Ngoài ra còn các hệ thống khác như: hệ thống TACS ( Total Access Communications System) - Hệ thống thông tin truy cập tổng thể ở vương quốc Anh và Hệ thống NMT (Nordic Mobile Telephone) - Hệ thống thông tin di động Bắc Âu.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 Đến những năm 1980 hệ thống thông tin đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên. Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp.
Một số hệ thống viễn thông điển hình: GSM ( Global System for Mobile Communication ) sử dụng công nghê đa truy nhập phân chia theo thời gian và tần số TDMA và FDMA được triển khai ở châu Âu, D-AMPS (IS-136, Digital Advanced Mobile Phone System) sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được triển khai ở Mỹ, IS – 95(CDMA one) sử dụng công nghệ đa truy nhập CDMA băng hẹp được triển khai ở Mỹ và Hàn Quốc, PDC ( Personal Digital Cellular ), sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được triển khai ở Nhật Bản. Ta xét hai hệ thống điển hình sau: 1. Hệ thống GSM GSM (Global System for Mobile Communication) - Hệ thống thông tin di động toàn cầu. GSM là tiêu chuẩn điện thoại số toàn châu Âu do ETSI (European 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Telecommunication Standard Institute - Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu) quy định.
Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA (Đa truy nhập phân chia theo thời gian) kết hợp với FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số). ở châu Âu hệ thống GSM hoạt động ở tần số 900 MHz cũng như tần số 1800 MHz. ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng tần số 1900 MHz. Mạng GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ bit là 13 kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s.2 Hệ thống IS – 95 (Interim Standard 95) hay CDMA one IS-95 là một chuẩn tế bào số đầu tiên dựa trên công nghệ CDMA được đưa ra đầu tiên bởi Qualcomm.
Tên nhãn của IS-95 là cdmaOne. Nó là một chuẩn viễn thông di động 2G sử dụng công nghệ CDMA, hệ thống đa truy nhập cho radio số, để gửi âm thanh, dữ liệu và các dữ liệu số (như số điện thoại quay số) giữa điện thoại di động và các tế bào di động. Các thông số kỹ thuật của hệ thống: dải tần (dải tần thu 869-894MHz, dải tần phát 824-849MHz), độ rộng phổ của kênh 250KHz, số lượng kênh 20, phương pháp đa truy nhập CDMA/FDMA, phương pháp ghép kênh FDD, phương pháp điều chế QPSK, sử dụng bộ lọc cosin nâng, tốc độ bit 48,6Kbps, mã hóa thoại <9,6Kbps.3 Hệ thống thông tin di động thứ 3 Hình 1.1 Quá trình phát triển từ 2G lên 3G 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các công nghệ 2.5G: GPRS (General Package Radio Service - dịch vụ vô tuyến gói chung) là dịch vụ giá trị gia tăng của mạng GSM. GPRS dùng công nghệ chuyển mạch gói để truy cập các mạng số liệu bên ngoài (như LAN, Internet.) bằng giao thức IP (Internet Protocol) với tốc độ cao.
Dịch vụ số liệu truyền thống của mạng GSM chỉ có tốc độ tối đa là 9,6Kbps, trong khi đó GPRS R98 và R99 có tốc độ tối đa lên đến 171,2Kbps (theo lý thuyết), cao hơn gần 20 lần so với dịch vụ số liệu của mạng GSM. Theo R97, GPRS có tốc độ 40Kbps (downlink) và 14Kbps (uplink). Với tốc độ khá cao này, thuê bao mạng GSM có thể tiếp cận thêm các dịch vụ giá trị gia tăng như: WAP, MMS (Multimedia Messaging Service - dịch vụ tin nhắn đa phương tiện), duyệt web, xem video, nghe nhạc. GPRS cho phép 8 thuê bao có thể sử dụng một kênh vô tuyến và một thuê bao có thể sử dụng đồng thời 8 kênh vô tuyến.
Công nghệ này sử dụng phương thức điều chế GMSK EDGE (Enhanced Data GSM Environment) là công nghệ nâng cao tốc độ truyền dữ liệu trong mạng GSM. EDGE không phải là mạng 3G mà nó chỉ ở tầm 2,75G. EDGE, đôi khi còn gọi là EGPRS, là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 384Kbps cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144Kbps cho người dùng di chuyển tốc độ cao. Theo R98, EDGE có tốc độ downlink là 1,3Mbps và uplink là 653Kbps.
Công nghệ này làm tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động khi chuyển sang 3G dùng công nghệ HSPA - một bước chuyển tiếp GSM 2,5G lên 3G. Trong thời kỳ quá độ khi chuyển sang 3G, các nhà cung cấp mạng đã ứng dụng công nghệ EDGE để nâng cao tốc độ đường truyền cho các dịch vụ giá trị gia tăng của mình. Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh. 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh.
Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;. Các chuẩn khác nhau của 3G: UMTS (WCDMA): UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) hệ thống viễn thông di động toàn cầu, dựa trên công nghệ truy cập vô tuyến WCDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam).
UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE. CDMA 2000: CDMA2000 là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP.
Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV. CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU. Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là tại KDDI của Nhận Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G.
Kể từ năm 2003, KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA2000- 1xEV-DO (EV-DO) với tốc độ dữ liệu tới 2. Năm 2006, AU dự kiến nâng cấp mạng lên tốc độ Mbit/s. SK Telecom của Hàn Quốc đã đưa ra dịch vụ CDMA2000-1x đầu tiên năm 2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO vào tháng 2 năm 2002. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TD-SCDMA: TD-SCDMA, chuẩn này ít được biết đến hơn, đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens.
Nó có thể được đưa vào hoạt động năm 2005.4 Hệ thống thông tin di động thứ 4 Hình 1.2 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động Các công nghệ di động thế hệ 3.