Kỹ Thuật Định Vị Thuê Bao Trong Hệ Thống UMTS: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật Điện Tử

Khám phá kỹ thuật định vị thuê bao trong hệ thống UMTS qua luận văn thạc sỹ kỹ thuật điện tử, ứng dụng công nghệ hiện đại, chính xác.

• Tác giả: Trần Văn Khanh
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Quang Khải
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Kỹ Thuật Định Vị Thuê Bao Trong Hệ Thống UMTS
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
• 1.1. Giới thiệu: GSM (Global System for Mobile Communications) là mạng thông tin di động tòan cầu
• 1.2. Lịch sử phát triển của mạng GSM
• 1.3. Cấu trúc mạng và các dịch vụ tiêu chuẩn trong GSM
• 1.3.1. Mạng thông tin di động
• 1.3.2. Các đặc tính của mạng di động GSM
• 1.3.3. Cấu trúc mạng GSM
• 1.3.3.1. Hệ thống trạm gốc BSS
• 1.3.3.2. Phân hệ chuyển mạch SS
• 1.3.3.3. Trạm di động MS
• 1.3.3.4. Phân hệ khai thác và hỗ trợ OSS
• 1.4. Các dịch vụ tiêu chuẩn trong GSM
• 1.4.1. Dịch vụ thoại
• 1.4.2. Dịch vụ số liệu
• 1.4.3. Dịch vụ bản tin nhắn
• 1.5. Cấu trúc mạng và các dịch vụ tiêu chuẩn trong WCDMA
• 1.5.1. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3
• 1.5.2. Thiết bị người dùng UE
• 1.5.3. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN)
• 1.5.4. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4
• 1.5.5. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6
• 1.5.6. Kế hoạch phát triển LTE
• 2. CHƯƠNG II: KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ TOA VÀ TDOA
• 2.1. Kỹ thuật TOA
• 2.2. Kỹ thuật TDOA
• 2.3. Hiệu suất giới hạn trong kỹ thuật TOA và TDOA
• 2.4. Kiểu tín hiệu thu trong TOA và TDOA
• 2.5. Phương pháp ước lượng tổng quát trong TOA và TDOA
• 2.6. Phương pháp quy định tương quan nhiễu giả
• 2.7. Thuật toán SPM
• 2.8. Xác định TOA bởi sự triệt tiêu liên tiếp
• 2.9. Đo đạc hình học đa phương trong kỹ thuật định vị
• 2.9.1. Kỹ thuật đa diện hình học dựa trên phép đo TOA
• 2.9.2. Kỹ thuật đa diện hình học dựa trên phép đo AOA
• 2.9.3. Kỹ thuật đa diện hình học dựa trên phép đo TDOA
• 3. CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THUÊ BAO TRONG HỆ THỐNG UMTS
• 3.1. Trong hệ thống tế bào
• 3.2. Trong hệ thống 2G và 3G
• 3.3. Kiểu liên lạc nhiều bước trong mạng tế bào
• 3.4. Nhận dạng tế bào – ID
• 3.5. Ứng dụng dịch vụ định vị thuê bao - E911
• 3.6. Thực tế khai thác định vị thuê bao ở Việt Nam
• 3.6.1. Dịch vụ FamilyCare của VinaPhone và VDC
• 3.6.2. Mobifone khai thác dịch vụ Q-Kids
• 3.6.3. Viettel cung cấp gói cước 7Colors
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Kỹ thuật định vị thuê bao trong hệ thống UMTS

Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật định vị thuê bao trong hệ thống UMTS, đặc biệt là các phương pháp TOA (Time of Arrival) và TDOA (Time Difference of Arrival). Các kỹ thuật này được áp dụng để xác định vị trí của thuê bao di động trong mạng UMTS, một công nghệ quan trọng trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3G. Nghiên cứu nhấn mạnh vào việc cải thiện độ chính xác và hiệu suất của các phương pháp định vị, đồng thời phân tích các thách thức liên quan đến tính riêng tư và bảo mật thông tin.

1.1. Phương pháp TOA và TDOA

Phương pháp TOA dựa trên thời gian tín hiệu truyền từ thuê bao đến trạm gốc, trong khi TDOA sử dụng sự chênh lệch thời gian giữa các tín hiệu nhận được từ nhiều trạm gốc. Cả hai phương pháp đều có ưu điểm về độ chính xác cao nhưng cũng đòi hỏi hệ thống phức tạp và chi phí triển khai lớn. Nghiên cứu chỉ ra rằng TDOA phù hợp hơn trong môi trường đô thị với nhiều vật cản, trong khi TOA hiệu quả hơn ở khu vực nông thôn.

1.2. Ứng dụng thực tế tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các nhà mạng như VinaPhone, Mobifone, và Viettel đã triển khai các dịch vụ định vị thuê bao như FamilyCare, Q-Kids, và 7Colors. Các dịch vụ này sử dụng kỹ thuật định vị để cung cấp thông tin vị trí cho người dùng, hỗ trợ quản lý và bảo vệ an toàn. Tuy nhiên, việc triển khai còn gặp nhiều thách thức do hạn chế về hạ tầng và yêu cầu bảo mật thông tin cá nhân.

II. Hệ thống UMTS và kỹ thuật viễn thông

Luận văn cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ thống UMTS, một công nghệ nền tảng cho mạng di động 3G. UMTS kết hợp các kỹ thuật viễn thông tiên tiến như WCDMA để cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và hỗ trợ đa dịch vụ. Nghiên cứu cũng phân tích cấu trúc mạng UMTS, bao gồm các thành phần như UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) và Core Network, cùng với các dịch vụ tiêu chuẩn như thoại, dữ liệu, và định vị.

2.1. Cấu trúc mạng UMTS

Hệ thống UMTS bao gồm UTRAN và Core Network, trong đó UTRAN quản lý kết nối vô tuyến và Core Network xử lý chuyển mạch và định tuyến. Nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của NodeB và RNC (Radio Network Controller) trong việc quản lý tài nguyên vô tuyến và đảm bảo chất lượng dịch vụ. Core Network được chia thành CS (Circuit Switched) và PS (Packet Switched) để hỗ trợ cả thoại và dữ liệu.

2.2. Dịch vụ định vị trong UMTS

Dịch vụ định vị trong UMTS được triển khai thông qua các giao thức như E911, hỗ trợ xác định vị trí khẩn cấp. Nghiên cứu chỉ ra rằng UMTS cung cấp độ chính xác cao hơn so với các hệ thống 2G nhờ sử dụng các kỹ thuật định vị tiên tiến. Tuy nhiên, việc triển khai còn phụ thuộc vào hạ tầng mạng và khả năng tương thích với các thiết bị đầu cuối.

III. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Luận văn đánh giá cao giá trị thực tiễn của kỹ thuật định vị thuê bao trong hệ thống UMTS, đặc biệt trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của thông tin di động. Các kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong việc cải thiện chất lượng dịch vụ, hỗ trợ quản lý mạng, và phát triển các ứng dụng dựa trên vị trí. Nghiên cứu cũng gợi ý hướng phát triển trong tương lai, bao gồm tích hợp kỹ thuật định vị với các công nghệ mới như 5G và IoT.

3.1. Ứng dụng trong quản lý mạng

Kỹ thuật định vị giúp các nhà mạng quản lý tài nguyên hiệu quả hơn, tối ưu hóa vùng phủ sóng và giảm thiểu nhiễu. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng TOA và TDOA có thể cải thiện hiệu suất mạng và nâng cao trải nghiệm người dùng.

3.2. Hướng phát triển tương lai

Trong tương lai, kỹ thuật định vị sẽ được tích hợp với các công nghệ mới như 5G và IoT, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như giao thông thông minh, y tế từ xa, và quản lý đô thị. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp để giải quyết các thách thức về bảo mật và quyền riêng tư.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thông tin di động đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại với hơn 2 tỷ thuê bao GSM trên toàn cầu, phủ sóng tại hơn 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ di động từ mạng 2G GSM đến mạng 3G UMTS đã mở ra nhiều cơ hội cho các dịch vụ đa dạng, trong đó kỹ thuật định vị thuê bao đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS). Tuy nhiên, việc định vị thuê bao trong hệ thống UMTS vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là về độ chính xác và bảo mật thông tin cá nhân.

Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật định vị TOA (Time of Arrival) và TDOA (Time Difference of Arrival) trong hệ thống UMTS, nhằm nâng cao độ chính xác định vị và giảm thiểu độ trễ trong quá trình truyền tín hiệu. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh mạng UMTS tại Việt Nam, với mục tiêu phân tích các kỹ thuật định vị hiện có, đánh giá hiệu suất và đề xuất giải pháp ứng dụng phù hợp. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn phát triển mạng 3G UMTS từ năm 2001 đến 2013, giai đoạn đánh dấu sự chuyển đổi mạnh mẽ từ 2G sang 3G.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện chất lượng dịch vụ định vị thuê bao, hỗ trợ các ứng dụng như dịch vụ khẩn cấp E911, dịch vụ gia đình FamilyCare, và các gói cước định vị của các nhà mạng lớn tại Việt Nam như VinaPhone, Mobifone và Viettel. Qua đó, nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ viễn thông, nâng cao trải nghiệm người dùng và đảm bảo an toàn thông tin cá nhân trong môi trường mạng di động hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính về kỹ thuật định vị trong mạng di động:

1. Kỹ thuật TOA (Time of Arrival): Dựa trên việc đo thời gian tín hiệu truyền từ thiết bị phát đến các điểm thu nhận. Khoảng cách được tính dựa trên thời gian truyền và vận tốc truyền sóng vô tuyến. TOA yêu cầu đồng bộ hóa giữa thiết bị phát và các điểm thu nhận để đảm bảo độ chính xác.

2. Kỹ thuật TDOA (Time Difference of Arrival): Đo sự chênh lệch thời gian tín hiệu đến hai hoặc nhiều điểm thu nhận khác nhau. TDOA chỉ yêu cầu đồng bộ hóa giữa các điểm thu nhận, không cần đồng bộ với thiết bị phát, giúp giảm thiểu sai số đồng bộ.

Ngoài ra, nghiên cứu còn áp dụng các mô hình và thuật toán xử lý tín hiệu như phương pháp tương quan tổng quát hóa (Generalized Cross-Correlation - GCC), thuật toán SPM, và kỹ thuật đo đạc hình học đa phương để ước lượng chính xác vị trí thuê bao. Các khái niệm chuyên ngành như băng tần rộng (WCDMA), mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN), và các thành phần mạng lõi (MSC, RNC, Node B) cũng được sử dụng để phân tích cấu trúc và chức năng của hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp và phân tích dựa trên tài liệu chuyên ngành, số liệu thực tế và các báo cáo khai thác dịch vụ định vị thuê bao tại Việt Nam. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các dữ liệu kỹ thuật từ các nhà mạng lớn như VinaPhone, Mobifone và Viettel, cùng với các số liệu thống kê về số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ định vị.

Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các trường hợp ứng dụng thực tế trong hệ thống UMTS tại Việt Nam, nhằm đánh giá hiệu quả và hạn chế của kỹ thuật TOA và TDOA. Phân tích dữ liệu được thực hiện thông qua các mô hình toán học và thuật toán xử lý tín hiệu, đồng thời so sánh hiệu suất giữa các kỹ thuật định vị dựa trên các chỉ số như độ chính xác vị trí, độ trễ truyền tín hiệu và khả năng đồng bộ.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2010 đến 2013, giai đoạn mạng UMTS được triển khai và phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, cho phép thu thập dữ liệu thực tế và đánh giá hiệu quả ứng dụng các kỹ thuật định vị trong môi trường mạng 3G.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác định vị của kỹ thuật TOA và TDOA: Kỹ thuật TOA đạt độ chính xác cao hơn trong điều kiện đồng bộ tốt, với sai số vị trí trung bình khoảng vài mét, trong khi TDOA có sai số lớn hơn khoảng 10-15% do phụ thuộc vào đồng bộ giữa các điểm thu nhận. Tuy nhiên, TDOA có ưu điểm giảm thiểu yêu cầu đồng bộ với thiết bị phát, phù hợp với môi trường mạng phức tạp.

2. Hiệu suất xử lý tín hiệu: Phương pháp tương quan tổng quát hóa (GCC) giúp cải thiện độ sắc nét của đỉnh tương quan, giảm sai số ước lượng TOA và TDOA khoảng 20% so với phương pháp truyền thống. Thuật toán SPM và kỹ thuật triệt tiêu liên tiếp cũng góp phần nâng cao hiệu quả xử lý trong môi trường đa đường truyền.

3. Ứng dụng thực tế tại Việt Nam: Các dịch vụ định vị thuê bao như FamilyCare của VinaPhone, Q-Kids của Mobifone và gói cước 7Colors của Viettel đã khai thác thành công kỹ thuật định vị, với tỷ lệ khách hàng sử dụng dịch vụ tăng trung bình 30% mỗi năm trong giai đoạn 2010-2013.

4. Hạn chế về bảo mật và riêng tư: Việc định vị thuê bao vẫn còn gây tranh cãi về bảo vệ thông tin cá nhân, đặc biệt khi các kỹ thuật định vị có độ chính xác cao được áp dụng rộng rãi. Các nhà mạng cần cân nhắc chính sách bảo mật và quyền riêng tư của người dùng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt về độ chính xác giữa TOA và TDOA là do yêu cầu đồng bộ hóa trong TOA cao hơn, dẫn đến chi phí triển khai và vận hành lớn hơn. Tuy nhiên, TOA phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như dịch vụ khẩn cấp E911. Trong khi đó, TDOA với ưu điểm giảm yêu cầu đồng bộ hóa lại thích hợp cho các dịch vụ định vị thương mại với chi phí thấp hơn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả nghiên cứu phù hợp với xu hướng phát triển kỹ thuật định vị trong mạng 3G, đồng thời phản ánh thực trạng khai thác dịch vụ tại Việt Nam. Việc áp dụng các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến giúp nâng cao hiệu quả định vị, giảm thiểu sai số do đa đường truyền và nhiễu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sai số định vị giữa TOA và TDOA, bảng thống kê tỷ lệ tăng trưởng người dùng dịch vụ định vị tại các nhà mạng, và biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý tín hiệu của các thuật toán khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường đồng bộ hóa hệ thống: Đề xuất các nhà mạng đầu tư nâng cấp hạ tầng đồng bộ thời gian giữa các điểm thu nhận để nâng cao độ chính xác của kỹ thuật TOA, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác cao như dịch vụ khẩn cấp. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 2 năm.

2. Ứng dụng thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến: Khuyến khích áp dụng phương pháp tương quan tổng quát hóa và thuật toán SPM trong hệ thống định vị để giảm sai số và cải thiện hiệu suất xử lý tín hiệu. Chủ thể thực hiện là các phòng nghiên cứu và phát triển kỹ thuật của nhà mạng, với lộ trình 1-2 năm.

3. Phát triển chính sách bảo mật và quyền riêng tư: Các nhà mạng cần xây dựng và thực thi các chính sách bảo vệ thông tin cá nhân người dùng khi triển khai dịch vụ định vị, đảm bảo tuân thủ quy định pháp luật và nâng cao niềm tin khách hàng. Thời gian thực hiện liên tục, cập nhật theo quy định mới.

4. Mở rộng dịch vụ định vị dựa trên nhu cầu thị trường: Đề xuất phát triển các gói dịch vụ định vị đa dạng, phù hợp với từng nhóm khách hàng như gia đình, doanh nghiệp, dịch vụ khẩn cấp, nhằm tăng doanh thu và nâng cao trải nghiệm người dùng. Chủ thể thực hiện là bộ phận marketing và phát triển sản phẩm của nhà mạng, với kế hoạch 1-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện tử, viễn thông: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật định vị TOA và TDOA, các thuật toán xử lý tín hiệu và ứng dụng trong mạng UMTS, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

2. Các kỹ sư và chuyên gia phát triển mạng di động: Tham khảo để hiểu rõ cấu trúc mạng UMTS, các kỹ thuật định vị thuê bao và cách áp dụng trong thực tế, từ đó tối ưu hóa hệ thống và nâng cao chất lượng dịch vụ.

3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách viễn thông: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển mạng 3G, bảo vệ quyền riêng tư người dùng và thúc đẩy ứng dụng dịch vụ định vị trong ngành viễn thông.

4. Các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ định vị và ứng dụng LBS: Hỗ trợ phát triển sản phẩm, lựa chọn kỹ thuật định vị phù hợp với yêu cầu khách hàng, đồng thời hiểu rõ các thách thức về bảo mật và hiệu suất trong môi trường mạng di động.

Câu hỏi thường gặp

1. Kỹ thuật TOA và TDOA khác nhau như thế nào?
   TOA đo thời gian tín hiệu truyền từ thiết bị phát đến điểm thu nhận, yêu cầu đồng bộ hóa cao giữa các thiết bị. TDOA đo sự chênh lệch thời gian tín hiệu đến các điểm thu nhận, chỉ cần đồng bộ giữa các điểm thu nhận, giảm yêu cầu đồng bộ với thiết bị phát.

2. Độ chính xác định vị trong UMTS đạt được bao nhiêu?
   Kỹ thuật TOA có thể đạt sai số vài mét trong điều kiện đồng bộ tốt, còn TDOA có sai số lớn hơn khoảng 10-15% do phụ thuộc vào đồng bộ giữa các điểm thu nhận.

3. Các thuật toán xử lý tín hiệu nào được sử dụng để cải thiện định vị?
   Phương pháp tương quan tổng quát hóa (GCC), thuật toán SPM và kỹ thuật triệt tiêu liên tiếp giúp nâng cao độ sắc nét của đỉnh tương quan, giảm sai số ước lượng TOA và TDOA.

4. Ứng dụng định vị thuê bao phổ biến tại Việt Nam là gì?
   Các dịch vụ như FamilyCare của VinaPhone, Q-Kids của Mobifone và gói cước 7Colors của Viettel đã khai thác kỹ thuật định vị để cung cấp dịch vụ gia đình, trẻ em và các dịch vụ định vị khác.

5. Làm thế nào để bảo vệ quyền riêng tư khi sử dụng dịch vụ định vị?
   Cần xây dựng chính sách bảo mật nghiêm ngặt, mã hóa dữ liệu định vị, giới hạn quyền truy cập thông tin và tuân thủ quy định pháp luật về bảo vệ dữ liệu cá nhân.

Kết luận

• Nghiên cứu đã phân tích và đánh giá kỹ thuật định vị TOA và TDOA trong hệ thống UMTS, làm rõ ưu nhược điểm và ứng dụng thực tế tại Việt Nam.
• Phương pháp tương quan tổng quát hóa và các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất định vị.
• Các dịch vụ định vị thuê bao đã được triển khai thành công, góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng và phát triển thị trường viễn thông.
• Cần tăng cường đồng bộ hóa hệ thống và xây dựng chính sách bảo mật để đảm bảo quyền riêng tư người dùng.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và chính sách nhằm phát triển bền vững dịch vụ định vị trong mạng di động thế hệ mới.

Tiếp theo, nghiên cứu có thể mở rộng sang kỹ thuật định vị trong mạng LTE và 5G, đồng thời phát triển các ứng dụng định vị đa phương tiện và tích hợp trí tuệ nhân tạo để nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng thực tiễn. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp viễn thông tiếp tục hợp tác để triển khai các giải pháp này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu: GSM (Global System for Mobile Communications) là mạng thông tin di động tòan cầu. GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan. Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn vá phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI), và các tiêu chuẩn, đặc tính của GSM được công bố lần đầu tiên vào năm 1990. Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.

Đến nay GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) với khả năng có thể phủ sóng khắp nơi khiến nó trở nên phổ biến trên thế giới. GSM khác với các chuẩn trước kia về cả tín hiệu, tốc độ lẫn chất lượng cuộc gọi. GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP).

Tuy nhiên, do nhu cầu các dịch vụ ngoài thoại tăng cao như truyền dữ liệu, video,…thì hệ thống thông tin di động 2G không đáp ứng nổi xu thế phát triển. Từ nhu cầu đó, hệ thống 3G ra đời với chuẩn WCDMA song hành cùng với chuẩn GSM. WCDMA là công nghệ nền tảng cho các công nghệ 3G khác như là UMTS và FOMA. WCDMA được tập đoàn EITS NTT Docomo Nhật bản phát triển riêng cho mạng 3G FOMA.

Sau đó NTT đã trình đặc tả này lên liên hiệp truyền thông quốc tế ITU và xin công nhận dưới danh nghĩa là một thành viên của chuẩn 3G có tên gọi IMT2000. ITU đã chấp nhận và công nhận WCDMA là giao diện nền tảng cho UMTS. FOMA được NTT Docomo 2 đưa vào ứng dụng từ năm 2001 và được coi là dịch vụ 3G thương mại đầu tiên trên thế giới.2 Lịch sử phát triển của mạng GSM: Vào đầu thập niên 1980, tại Châu Âu, người ta phát triển một mạng ĐTDĐ chỉ sử dụng trong một số khu vực. Sau đó năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi CEPT (European Conference of Postal and Telecommunication Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động để có thể sử dụng chung cho toàn Châu Âu.

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan. Vào năm 1989, công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho Viện viễn thông Châu Âu (European Telecommunications Standards Istitute - ETSI) và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990. Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký vào biên bản ghi nhớ của GSM MoU (Memorandum of Understanding). Cũng trong năm này, thỏa thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được ký kết giữa hai mạng Finland Telecom của Phần Lan và Vodafone của Anh.

Tin nhắn đầu tiên cũng được gửi đi trong năm 1992. Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một cách mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng di động mới thì số lượng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt. Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia. Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốc gia, 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt trên 50 triệu.

Năm 2000, GPRS được ứng dụng. Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) được đi vào hoạt động, số 3 thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu. Năm 2003, mạng EDGE đi vào hoạt động. Cho đến năm 2006 số thêu bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới.

Theo dự đoán của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ.3 Cấu trúc mạng và các dịch vụ tiêu chuẩn trong GSM 1.1 Mạng thông tin di động: Từ đầu năm 1980 sau khi hệ thống WMT đã đưa vào hoạt động một cách thành công thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế. - Thứ nhất: do yêu cầu của dịch vụ quá lớn so với mong đợi của các nhà thiết kế nên hệ thống này không thể đáp ứng được. - Thứ hai: các hệ thống khác nhau đang hoạt động không phù hợp với người dùng trong mạng. Ví dụ: một đầu cuối trong TACS không thể truy nhập vào mạng NMT cũng như một đầu cuối NMT không thể truy nhập vào mạng TACS.

- Thứ ba: nếu thiết kế một mạng cho toàn Châu Âu thì không một nước nào đáp ứng được vì vốn đầu tư quá lớn. Tất cả những hạn chế trên dẫn đến một yêu cầu là phải thiết kế một hệ thống mới được làm theo kiểu chung để có thể dùng cho nhiều nước. Trước tình hình đó vào tháng 9/1987 trong hội nghị của Châu Âu về bưu chính viễn thông, 17 quốc gia đang sử dụng mạng điện thoại đã họp hội nghị và ký vào biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số là toàn Châu Âu sử dụng dải tần 900 Mhz. Đến năm 1988 viện tiêu chuẩn Châu Âu (European- Telecommunication- Standard Institute) đã thành lập nhóm đặc trách về mạng thông tin di động số GSM.

Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra tiêu chuẩn thống 4 nhất cho thông tin di động số GSM dưới hình thức các khuyến nghị, lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho việc xây dựng mạng thông tin di động và làm sao cho chúng thống nhất, tương thích nhau.2 Các đặc tính của mạng di động GSM: Từ các khuyến nghị của GSM ta có thể tổ hợp nên các đặc tính chủ yếu như sau: - Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích của các thuê bao cả trong thông tin thoại và số liệu. - Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ mạng của mạng có sẵn (PSTN- ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung. - Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động. - Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau như máy xách tay, máy cầm tay, đặt trên ô tô.

- Sử dụng băng tần số 900MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA (Time Division Multiple Access) với FDMA (Frequency Division Multiple Access). - Giải quyết sự hạn chế dung lượng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn.3 Cấu trúc mạng GSM: Hệ thống GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con: * Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem). * Hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem). * Hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng OMC (Operations & Maintenance Center).

* Trạm di động MS (Mobile Station).1 Mô hình hệ thống GSM Các ký hiệu: - SS: Hệ thống chuyển mạch - AUC: Trung tâm nhận thực - VLR: Bộ ghi định vị tạm trú - HLR: Bộ ghi định vị thường trú - EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị - MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (gọi tắt là tổng đài vô tuyến) - BSS: Hệ thống trạm gốc - BTS: Trạm thu phát gốc - BSC: Hệ thống điều khiển trạm gốc - MS: Trạm di động - OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng - ISDN: Mạng liên kết đa dịch vụ - PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói - PSSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng - PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất. 6 Cấu trúc mạng di động số GSM theo khuyến nghị của GSM thì mạng GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc BSS. Mỗi một hệ thống chứa một số khối chức năng và các khối này được thực hiện ở các phần cứng khác nhau.1 Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem): Hệ thống BSS được chia thành hai khối chức năng chính: Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller), ngoài ra còn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU (Transcoder Rate Adaptor Unit). Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem), giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến.

Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS. Nói chung, BSS thực hiện giao diện với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm: a.

TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ. Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại thành luồng tốc độ số 64kbit/s để truyền từ BSC đến MSC. TRAU tiếp nhận các khung số liệu 16kbit/s từ giao diện Abis giữa BSC đến MSC, và nó định dạng lại thông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A- TRAU để truyền đi trên giao diện A giữa BSC và MSC. TRAU thường được đặt cùng vị trí với BSC.

BSC (Base Station Controler): Trạm thu phát gốc BSC có nhiệm vụ quản lý giao diện vô tuyến giữa BTS với MS thông qua các lệnh điều khiển từ xa. Đó là các lệnh ấn định, giải 7 phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Vai trò của BSC là quản lý kênh và quản lý chuyển giao. BSC ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập cuộc gọi và giải phóng kênh khi kết thúc cuộc gọi.

BSC thực hiện các quá trình chuyển giao (Handover) giữa các BTS. Một BSC có thể quản lý hàng chục BTS. Các chức năng chính của BSC: - Quản lý mạng vô tuyến - Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS - Điều khiển nối thông tin các cuộc gọi - Quản lý mạng truyền dẫn c. BTS (Base Transceiver Station): Thực hiện chức năng vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS thông qua giao diện vô tuyến Um.

BTS gồm các thiết bị thu, phát, anten và các khối xử lý tín hiệu. BTS được coi là một modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác. Chức năng chính của BTS là: - Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến - Quản lý giao thức liên kết số liệu giữa MS với BSC - Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS - Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A- bis 1.