Chương 1. Tổng quan về công nghệ truy nhập không dây 1.1 Quá trình phát triển của các mạng truy nhập không dây Các mạng truy nhập vô tuyến phát triển theo hai hướng đó là công nghệ di động tế bào và các công nghệ khác như WLAN, WIMAX,.Đó là hai xu hướng công nghệ phổ biến nhất hiện nay.1 Công nghệ di động tế bào Chúng ta xem xét quá trình phát triển bắt đầu từ các hệ thống di động tế bào thế hệ hai (2G). Các hệ thống di động thế hệ hai (2G) là số hóa. Đầu tiên là hệ thống GSM, hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động được chuẩn hóa ở Châu Âu nhưng không được sử dụng rộng rãi, phổ trong băng 900MHz được cấp cho hoạt động GSM ở Châu Âu để thuận tiện cho việc Roaming giữa các quốc gia.
Vào năm 1989 đặc điểm kĩ thuật của GSM được hoàn thành và hệ thống được giới thiệu vào 1991, mặc dù vậy đến 1992 mới thật sự được triển khai. GSM sử dụng kết hợp TDMA và nhảy tần chậm với khóa chuyển tần số FSK để điều chế thoại. Ngược lại, các chuẩn sử dụng ở Mĩ cho hệ thống di động số thế hệ hai gây ra một tranh cãi về các công nghệ, kết quả có nhiều chuẩn không tương thích với nhau ra đời. Vào 1992, chuẩn di động tế bào số IS-54 được hoàn thành và được triển khai vào 1994.
Chuẩn này kết hợp TDMA để cải thiện chuyển giao và điều khiển tín hiệu qua FDMA. Chuẩn IS-54 này cũng được gọi là chuẩn tế bào di động kĩ thuật số Bắc Mĩ đã được cải thiện và những bổ sung của nó đã được mở rộng thành chuẩn IS-136. Một chuẩn cạnh tranh với các hệ thống 2G dựa trên CDMA đã được đề nghị bởi Qualcomn vào đầu những năm 1990. Chuẩn này là IS-95 hay IS-95A được hoàn thành vào 1993 và được triển khai về mặt thương mại dưới tên là CDMAOne 1995.
Chuẩn di động tế bào kĩ thuật số thế hệ hai ở Nhật Bản được gọi là PDC được thiết lập năm 1991 và được triển khai vào 1994. Nó tương tự IS-136 nhưng các kênh thoại 25KHz tương thích với các hệ thống tương tự Nhật Bản. Hệ thống này hoạt động trong cả các băng tần 900MHz và 1500MHz.1 mô tả sự phát triển hệ thống thông tin di động thế giới, từ năm 1983-2000). 17 Cụ thể, có hai chuẩn ở băng tần 900MHz là IS-54 sử dụng kết hợp TDMA và FDMA và điều chế khóa chuyển pha, và một hệ thống khác là IS-95 hay IS-95a sử dụng CDMA chuỗi trực tiếp với điều chế và mã hóa nhị phân.
Phổ cho hệ thống di động số trong băng tần 2GHz PCS bị bán đấu giá, vì thế các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng một chuẩn hiện có hay triển khai các hệ thống độc quyền cho phổ mà họ mua được. Kết quả có ba chuẩn di động tế bào khác nhau cho băng tần này là IS-136 (về cơ bản giống với IS-54 ở một tần số cao hơn), IS-95 và chuẩn GSM Châu Âu. Vào cuối những năm 1990, các hệ thống 2G được phát triển theo hai hướng. Chúng được chuyển đến các tần số cao hơn khi có nhiều băng rộng di động tế bào trở nên sẵn có ở Châu Âu và Mĩ, và được sửa đổi để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu thêm vào thoại.
Đặc biệt vào năm 1994, Ủy ban truyền thông liên bang (FCC) bắt đầu bán đấu giá phổ trong băng tần các hệ thống truyền thông cá nhân (PCS) 1.9GHz cho các hệ thống di động tế bào. Các nhà khai thác mua được phổ trong băng này có thể thông qua bất kì chuẩn nào. Các nhà khai thác khác nhau chọn các chuẩn khác nhau, vì thế GSM, IS-136 và IS-95 đã được triển khai ở băng 1900MHz trong các khu vực khác nhau làm cho việc Roaming trong nước gặp nhiều khó khăn. Thực tế có nhiều điện thoại di động tế bào số xuất hiện.
Các hệ thống GSM hoạt động trong băng tần PCS được xem như các hệ thống PCS 1900. Các chuẩn IS-136 và IS-95 (CDMAOne) được chuyển sang băng PCS với tên gọi giữ nguyên. Châu Âu cấp phát thêm phổ di động tế bào trong băng 1. Chuẩn cho băng tần này được gọi là GSM 1800 hay DCS 1800 ( Hệ thống di động tế bào số), sử dụng GSM như chuẩn cơ bản với một số thay đổi để cho phép chồng lấn giữa các tế bào vi mô và vĩ mô.
Các điện thoại không dây thế hệ hai như DECT, hệ thống truyền thông truy nhập cá nhân (PACS) và hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân (PHS) cũng hoạt động trong băng tần 1.9GHz nhưng các hệ thống này hầu hết chỉ hỗ trợ các dịch vụ tổng tài nhánh riêng (PBX). Chuẩn IS-95 đã được sửa đổi để cung cấp các dịch vụ dữ liệu bằng cách gán nhiều chức năng trải phổ trực giao cho một người dùng. Tốc độ dữ liệu cực đại là 115.2Kbps, mặc dù trong thực tế chỉ đạt khoảng 64Kbps. Sự phát triển này được xem như IS-95b.1 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên thế giới [1] Sự phân đoạn của các chuẩn và các băng tần trong hệ thống 2G đã dẫn đến việc Liên Minh viễn thông quốc tế vào cuối 1996 đã làm thành công kế hoạch cho một băng tần toàn cầu và chuẩn hóa cho hệ thống di động tế bào số hóa thế hệ ba (3G).
Chuẩn này được đặt tên là viễn thông di động quốc tế 2000 (IMT-2000). Thêm vào các dịch vụ thoại, IMT-2000 đã cung cấp tốc độ dữ liệu Mbps theo yêu cầu các ứng dụng như truy nhập Internet băng rộng, trò chơi tương tác, và giải trí hình ảnh và tiếng chất lượng cao. Thỏa thuận về một chuẩn duy nhất không trở thành hiện thực, với hầu hết các quốc gia hỗ trợ một trong hai chuẩn cạnh tranh nhau là CDMA2000 (tiếp theo tích hợp với CDMAOne) được hỗ trợ bởi dự án cộng tác thế hệ ba thứ hai (3GPP2) và CDMA băng rộng (WCDMA, tiếp theo tích hợp với GSM và IS-136) được hỗ trợ bởi dự án cộng tác thế hệ ba (3GPP). Cả hai chuẩn này đều sử dụng CDMA với điều khiển công suất và các đầu thu RAKE nhưng tốc 19 độ chip và chi tiết các đặc điểm khác là khác nhau.
Cụ thể, CDMA2000 và WCDMA là các chuẩn không tương thích, vì thế điện thoại phải có hai chế độ để hoạt động với cả hai hệ thống. Chuẩn CDMA2000 được xây dựng trên CDMAOne để cung cấp một sự mở rộng cho 3G. Điểm chính của CDMA2000 là đưa ra CDMA2000 1X hay CDMA2000 1XRTT, cho biết rằng công nghệ truyền dẫn vô tuyến (RTT) hoạt động trong một cặp kênh vô tuyến 1.25MHz, và do đó tương thích với hệ thống CDMAOne. Hệ thống CDMA2000 1X gấp đôi dung lượng thoại của hệ thống CDMAOne và cung cấp các dịch vụ thoại tốc độ cao với tốc độ đỉnh theo dự án là khoảng 300Kbps với tốc độ thực tế là khoảng 144Kbps.
Có hai sự phát triển của công nghệ lõi này để cung cấp tốc độ dữ liệu cao (HDR) trên 1Mbps. Những sự phát triển này được xem là CDMA2000 1XEV. Giai đoạn đầu tiên của sự phát triển, CDMA2000 1XEV-DO( chỉ dữ liệu), nâng cấp hệ thống CDMAOne sử dụng một kênh dữ liệu tốc độ cao chuyên dụng 1.25MHz riêng biệt mà hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống lên đến 3Mbps và tốc độ dữ liệu đường lên 1.8Mbps cho một tốc độ được kết hợp trung bình 2. Giai đoạn thứ hai của quá trình phát triển, CDMA 1XEV-DV( thoại và dữ liệu), được lập dự án để hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 4.8Mbps cũng như thừa kế từ những người dùng thoại 1X, những người dùng dữ liệu 1XRTT và những người dùng dữ liệu 1XEV-DO, tất cả trong cùng một kênh vô tuyến.
Một sự nâng cấp khác được đề xuất cho CDMA2000 là gộp chung ba kênh 1.25MHz thành một kênh 3. Việc gộp chung này được xem như CDMA2000 3X và các chi tiết kĩ thuật chính xác của nó vẫn còn đang được triển khai. WCDMA là chuẩn 3G cạnh tranh với CDMA2000. Nó được lựa chọn như một sự kế vị 3G cho GSM và khái niệm này được xem như hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS.
WCDMA cũng được sử dụng ở FOMA Nhật Bản và các hệ thống điện thoại 3G Nhật Bản. WCDMA hỗ trợ tốc độ đỉnh lên tới 2.4Mbps với tốc độ đặc trưng được dự đoán trong phạm vi 384Kbps. WCDMA sử dụng các kênh 5MHz, ngược với các kênh 1.25MHz của CDMA2000. Một sự nâng cấp của WCDMA được gọi là truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) và truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA cung cấp tốc độ dữ liệu khoản 9Mbps, và đây có thể là tiền thân của các hệ thống 4G.2 Quá trình phát triển của các mạng di động tế bào 3GPP (UTMS/WCDMA) đã triển khai HSDPA và HSUPA dựa trên các mạng UTMS hiện nay.
Các mạng này thực sự đưa ra tốc độ dữ liệu cao. Với mạng thế hệ kế tiếp, 3GPP đã tạo ra một tổ chức giải pháp lâu năm (LTE) có nhiệm vụ xem xét các chọn lựa cho mạng thế hệ kế tiếp. Một số chọn lựa đang được thảo luận dựa trên OFDM, tuy nhiên vẫn chưa kết thúc. 3GPP2 (CDMA2000) đang đánh giá nhiều lựa chọn để phát triển từ các mạng 1×EV-DO Rev0 và Rev A-based.
Tổ chức phát triển giao diện không gian (AIE) trong 3GPP2 được giao nhiệm vụ xem xét các lựa chọn cho mạng thế hệ kế tiếp. Một trong các chọn lựa là đa sóng mang (MC)-DO, ( Nx-HRPD( dữ liệu gói tốc độ cao)). Tổ chức này cũng thảo luận các lựa chọn dựa trên OFDM. Những gặt hái của Flarion bởi Qualcomm đưa giải pháp dựa trên FLASH-OFDM của Flarion vào cuộc đua như một chọn lựa cho giải pháp của mạng 3GPP2.
Trong các mạng này giải pháp 4G được mong đợi để cung cấp lên đến 100Mbps. Giải pháp này sẽ dựa trên sự kết hợp của định dạng tín hiệu không gian- 21 thời gian đa sóng mang. Các kiến trúc mạng bao gồm các mạng vi mô- vĩ mô và siêu nhỏ và các mạng vùng gia đình HAN và mạng vùng cá nhân PAN. Quá trình phát triển mạng tế bào tóm tắt như hình 1.2 Xu hướng công nghệ không dây khác Mạng truy nhập không dây băng rộng (BWA) miêu tả một phạm trù khác của mạng không dây.
BWA điển hình hoạt động trong trải phổ vô tuyến có cấp phép. Nó là thế hệ ngay trước khi WiMAX( Sự tương tác toàn cầu đối với truy nhập vi ba) đi vào thực tế. Các công nghệ không dây này bao gồm: WLAN, WMAN, WPAN, IrDA, Bluetooth… Công nghệ WLAN (Wireless Local Area Network) Các mạng không dây băng rộng đầu tiên là WLAN được xây dựng trên cơ sở họ các chuẩn IEEE 802.