CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. NHỮNG ĐẶC THÙ CỦA HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG. Nói đến thông tin di động là người ta nói đến việc liên lạc truyền thông bằng sóng điện từ.
Như chúng ta biết, từ năm 1897, Guliemo Marconi đã thực hiện việc liên lạc từ đất liền đến các con tầu trên biển bằng sóng điện từ, hay xa hơn là những tín hiệu phức tạp khác như vô tuyến truyền hình ra đời vào những năm 1930, vậy tại sao phải chờ đến cuối thập kỷ 80 của thế kỷ XX thông tin di động mới thực sự phát triển và có những bước tiến vượt bậc trong việc kết nối thế giới trong tầm tay, vào mọi lúc, mọi nơi. Để hiểu được điều này ta giả thiết: mỗi một cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập hay còn gọi là kênh vô tuyến. Mỗi kênh cần tối thiểu một dải thông 3. Với dải thông từ 03Ghz (3.109 Hz) cho phép số người dùng là một triệu người dùng cùng một lúc.
Vậy làm thế nào để phục vụ hàng chục triệu thuê bao trong khi tài nguyên tần số vô tuyến là có hạn? Giải pháp đặt ra ở đây là sử dụng lại tần số. Điều đó có nghĩa một cuộc di động này có thể sử dụng lại tần số của một cuộc di động khác với điều kiện hai cuộc di động phải ở cách xa nhau về mặt địa lý đủ lớn để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng của hai người trong cuộc đàm thoại. Do vậy, để thích hợp cho việc quản lý, người ta chia vùng phục vụ ra thành các ô nhỏ được gọi là các ô tế bào. Hai cuộc liên lạc ở hai ô tế bào đủ xa nhau để có thể sử dụng cùng một tần số sóng điện từ thông qua việc quản lý tại một trạm trung tâm của tế bào [1].
Hệ quả tất yếu của giải pháp sử dụng lại tần số là: Chuyển giao. Đăng ký vị trí. Chống nhiễu cùng kênh và kênh lân cận. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -4- Quản lý kênh truyền.
Tất cả các vấn đề trên đều phải xử lý trong thời gian thực. Bên cạnh đó, các yêu cầu của người dùng về thiết bị như kích thước, trọng lượng, tuổi thọ của pin đã đặt ra các đòi hỏi rất cao về công nghệ điện tử và các kỹ thuật xử lý tín hiệu. Chính vì vậy, chúng ta phải đợi đến khi những tiến bộ của công nghệ điện tử chín muồi vào những năm 80, thông tin di dộng mới thâm nhập vào đời sống xã hội. TỔNG QUAN HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG QUÁ KHỨ, HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI.
Lịch sử phát triển 1873: Phương trình Maxwells. 1886: Hertz chứng minh sự tồn tại của sóng vô tuyến. 1895: Marconi phát minh điện báo vô tuyến. 1900: Fessenden truyền tín hiệu thoại vô tuyến thành công: Liên lạc vô tuyến giữa các tàu thuỷ và các trung tâm trên bờ Liên lạc vô tuyến giữa máy bay và mặt đất.
1921: Hệ thống vô tuyến phục vụ cảnh sát đầu tiên, Detroit. Các hệ thống điện thoại vô tuyến cá nhân đầu tiên ra đời. 1946: Hệ thống điện thoại vô tuyến công cộng đầu tiên, St. Ra đời các điện thoại vô tuyến HF (Sử dụng băng tần: 2-22Mhz ).
1979: Ra đời mạng vô tuyến tổ ong AMPS (AMPS là sự kết hợp của hệ thống AT&T tại Chicago và Motorola tại Washington/Baltimore: chuẩn AMPS tương tự sử dụng dải tần 800Mhz) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -5- 1980: Tiêu chuẩn nhắn tin POCSAG. 1982: Dịch vụ INMARSAT. 1982: Các mạng vô tuyến tổ ong NMT450. (NMT450: điện thoại di động Bắc Âu_phát triển hệ thống 450Mhz có cấu trúc ô nhỏ) 1984: Các mạng vô tuyến tổ ong TACS (Hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ) 1991: Các mạng vô tuyến tổ ong GSM.
1992: Hệ thống điện thoại không dây DECT. 1995: Mạng CDMA đầu tiên. 1995: Mạng nhắn tin ERMES 1996: Mạng TETRA. 2001: Phát triển các tiêu chuẩn FPLMTS/IMT2000 and UMTS [2] Nhìn lại quá trình phát triển của các mạng truyền thông di động, đầu tiên là các hệ thống điện thoại tế bào analog ra đời ở Mỹ và Châu Âu (1G) dựa trên kỹ thuật tương tự chỉ có khả năng truyền thoại, rồi đến những công nghệ liên quan đến kỹ thuật số (2G và 3G) đã làm thay đổi căn bản trong lĩnh vực thông tin di động, trong xử lý tín hiệu số và ứng dụng dịch vụ.
Trong những năm đầu thập kỷ 80, hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã được phát triển nhanh chóng ở Châu Âu đặc biệt là Scandinavia và Anh, Pháp, Đức. Mặc dù mỗi quốc gia này đều phát triển chuẩn cho riêng hệ thống của mình nhưng các chuẩn này đều được tương thích với nhau về mặt thiết bị cũng như quá trình vận hành. Tuy nhiên một tình huống không mong đợi đã xảy ra, đó là các thiết bị di động không chỉ bị giới hạn vùng hoạt động trong vùng biên giới giữa các quốc gia mà nói còn ảnh hưởng đến thị trường tiêu thụ thiết bị cũng như tính thiếu kinh tế của thiết bị. Các quốc gia Châu Âu đã sớm nhận ra điều này, vào năm 1982, Hội nghị Bưu chính viễn thông TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -6- Châu Âu (CEPT) đã thành lập nhóm nghiên cứu có tên gọi Groupe Spécial Mobile (GSM) để nghiên cứu và phát triển hệ thông tin di động cố định mặt đất công cộng giữa các vùng Châu Âu.
Hệ thống này phải hội tụ được các đặc tính như sau: Chất lượng thoại tốt Chi phí cho thiết bị và sử dụng dịch vụ phải mang tính kinh tế Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế (roaming) Có khả năng hỗ trợ các thiết bị cầm tay Sử dụng trải phổ hiệu quả Tương thích với mạng ISDN Phát triển từ thế hệ thứ nhất 1G(các hệ thống analog), hệ thông tin di động thế hệ thứ hai(2G) - hệ truyền thông toàn cầu GSM với các tế bào số hoá cá nhân PDC (Personal Digital Cellular), chuẩn tạm thời IS(Interim Standard) sử dụng kỹ thuật số cho luồng định hướng tiếng nói đã là tâm điểm của cuộc cách mạng kỹ thuật số. Vào năm 1989, Công nghệ GSM được chuyển giao cho Viện chuẩn viễn thông Châu Âu(ETSI). Các dịch vụ mang tính thương mại mắt đầu được cung cấp vào giữa năm 1991, và vào năm 1993, 36 mạng GSM đã có mặt trên 22 quốc gia. Mặc dù được chuẩn hoá tại Châu Âu, nhưng GSM không còn là chuẩn riêng của Châu Âu.
Hơn 200 mạng GSM (bao gồm cả DCS1800 và PCS1900) đã được ứng dụng tại 100 quốc gia trên toàn thế giới. Vào đầu năm 1994, mạng GSM có 1.3 triệu thuê bao trên toàn thế giới và con số này đến năm 1997 là 55 triệu thuê bao. Ngày nay GSM đã trở thành thuật ngữ chung cho hệ thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communication). Từ khi hệ GSM thành công trong việc chuẩn hóa từ Châu Âu sang toàn cầu, nó trở thành hệ thống truyền thông di động toàn cầu.
Việc nâng cấp hệ thống GSM (2G) qua GPRS và EDGE (EGPRS) cũng như WAP và imode (2.5G) cho phép tốc độ truyền dữ liệu cũng như tốc độ truyền thoại được cải thiện trước khi có 3G. GSM được thiết TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -7- kế cho các dịch vụ thoại số hay cho dữ liệu truyền dưới dạng bit tốc độ thấp phù hợp với kênh thoại là 9. Để có thể đáp ứng được các nhu cầu về sử dụng dịch vụ Internet ngày càng cao của người dùng và cũng là một bước đệm cho 3G, các mạng thông tin di động hiện nay đã phát triển công nghệ, đưa dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 2.5G (General Packet Radio Services) đến với khách hàng. Hệ thống này được ra đời và được nâng cấp dựa trên hệ thống GSM có sẵn để truyền thông gói IP với tốc độ truyền khoảng 171Kbps, nhưng trên thực tế tốc độ chỉ đạt khoảng 100Kbps do một phần dung lượng được dùng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến.
Với công nghệ này, người dùng có thể truy cập Internet từ điện thoại di động có tính năng WAP (Wireless Access Protocol) để gửi tin nhắn hình ảnh và âm thanh; chia sẻ các kênh truyền số liệu tốc độ cao và ứng dụng truyền thông đa phương tiện, thương mại điện tử…Đây là một công nghệ chuyển mạch gói được phát triển trên nền tảng của GSM sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA). Với các chức năng được tăng cường, GPRS làm giảm giá thành, tăng khả năng thâm nhập các dịch vụ số liệu cho người dùng. Với sự phát triển của các ứng dụng GPRS cho phép các nhà khai thác đa dạng hoá các dịch vụ của mình. Các dịch vụ mới sẽ làm tăng dung lượng đường truyền trên các tài nguyên vô tuyến và các hệ thống cơ sở.
Để cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng điện thoại, GPRS là một bước quan trọng để hội nhập tới các mạng thông tin thế hệ ba. GPRS cho phép các nhà khai thác triển khai dịch vụ trên nền của cấu trúc mạng lõi toàn IP cho các ứng dụng số liệu và các dịch vụ 3G với ứng dụng chủ yếu truyền số liệu và thoại tích hợp. Liên minh viễn thông quốc tế ITU bắt đầu phát triển các tiêu chuẩn cho hệ thông tin di động 3G vào những năm cuối của thập niên 90. Thế hệ thứ ba này được chuẩn hoá vào năm 1999 bao gồm chuẩn ETSI của Châu Âu, UMTS, CDMA2000 từ Mỹ và WCDMA của Nhật Bản.
Những hệ thống này mở rộng các dịch vụ đa phương TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -8- tiện chất lượng cao nhiều tốc độ và hội tụ các mạng thành phần cố định, tế bào và vệ tinh. Hệ thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) được thiết kế để hoạt động tại băng tần cao hơn, hỗ trợ cho cả hai dịch vụ thoại truyền thống và truyền dữ liệu multimedia như audio và video. Tốc độ download của hệ 3G là 128Kbps khi sử dụng trong ô tô, 384Kbps khi thiết bị đứng yên hoặc chuyển động với vị trí cố định và khi truyền trong môi trường picocell tốc độ của nó có thể lên tới 2Mbps. Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị truyền hình di động, chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ các điện thoại máy ảnh, gửi nhận email, file đính kèm dung lượng lớn, tải tệp tin video và MP3, nhắn tin dạng chữ chất lượng cao.
Các thiết bị hỗ trợ 3G cho phép chúng ta download và xem phim từ các chương trình TV, kiểm tra tài khoản ngân hàng, thanh toán hoá đơn điện thoại qua mạng, nhận và gửi các bưu thiếp kỹ thuật số.