CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI 1. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC MẠNG MOBILE Một thế hệ thông tin di động mới thường được đánh dấu bằng những cải tiến quan trọng về đặc điểm cấu trúc và tính năng hoạt động. Trong lịch sử, các mạng mobile đã phát triển qua ba thế hệ. Các thế hệ mobile thường được định nghĩa thông qua các công nghệ giao tiếp không gian, công nghệ truyền tải, cũng như khả năng cung cấp dịch vụ tới người dùng.
Để có cái nhìn khái quát về quá trình phát triển của các thế hệ thông tin di động, có thể mô tả một cách tổng quan các thế hệ mobile, các công nghệ truyền tải và các ứng dụng của nó như sau: Hình 1.1 Xu hướng công nghệ và ứng dụng của các mạng Mobile Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Ở thế hệ thứ nhất: công nghệ sử dụng dựa trên cơ sở tế bào tương tự (analog cellular technology). Thế hệ di động này đáp ứng các ứng dụng điện thoại di động cơ bản, dựa trên công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Nhược điểm của các hệ thống này là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng nhỏ. Các hệ thống này phát triển ở cả Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản.
Có thể đưa ra một số mạng di động tiêu biểu của thế hệ 1G như sau: - Hệ thống di động tổ ong tương tự đầu tiên của hãng NTT được đưa ra năm 1979. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 - Tiếp sau đó, hệ thống điện thoại di động của Bắc Âu (NMT-Nordic Mobile Telephone) được đưa vào khai thác năm 1981. Hệ thống này hoạt động ở cả hai băng tần 450-900MHz. - Năm 1983, Mỹ cho ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến (AMPS- Advance Mobile Phone System).
Tiếp theo, năm 1985, hệ thống thông tin truy nhập tổng thể (TACS-Total Access Communication) được bắt đầu sử dụng ở nước Anh và sau đó là ở Đức. - Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thống AMPS băng hẹp N-AMPS (Narrowband AMPS). Với một số thay đổi về băng tần, hệ thống N-AMPS có thể phục vụ nhiều thuê bao hơn mà không cần thêm các cell mới. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Các mạng vô tuyến thế hệ thứ 2 bắt đầu xuất hiện từ đầu những năm 1990.
Chúng có những cải tiến đáng kể so với các mạng vô tuyến 1G. Trong đó, công nghệ truyền dẫn và xử lý tín hiệu số được sử dụng nhằm tăng cường dung lượng hệ thống vô tuyến và nâng cao hiệu suất phổ. Các tiêu chuẩn cho mạng lõi và mạng truy nhập được cải tiến để nâng cao chất lượng thoại, hỗ trợ chuyển vùng giữa các mạng của các nhà khai thác khác nhau và giữa các quốc gia với nhau. Các mạng tiêu biểu cho 2G có thể kể đến như sau: - Tại Bắc Mỹ: Hai tiêu chuẩn 2G chính được đưa ra trong những năm 1990 là: IS-136 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và IS-95 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).
- Tại Châu Âu: Các quốc gia Châu Âu quyết định cùng tham gia phát triển bộ tiêu chuẩn cho hệ thống vô tuyến 2G và mạng lõi 2G để thay thế các hệ thống vô tuyến 1G đã được sử dụng tại Châu Âu. Kết quả là GSM (Global System for Mobile communications) ra đời. GSM hoạt động ở băng tần 900Mhz và 1800Mhz ở Châu Âu và băng tần 800Mhz và 1900Mhz tại Mỹ. - Năm 1993, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầu tiên của nước này (JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) và phát triển hệ thống thông tin TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là 900-1400MHz.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G Trong quá trình phát triển của mình, rất nhiều mạng di động thế hệ 2G đã ứng dụng công nghệ chuyển mạch gói (những mạng 2G tích hợp công nghệ chuyển mạch gói này còn được biết đến với cái tên 2,5G). Đây có thể coi là một bước ngoặt đáng kể trong quá trình chuyển tiếp giữa 2G và 3G và có tác động rất lớn đến những người sử dụng dịch vụ. Vào năm 1999, DoCoMo lần đầu tiên đưa ra dịch vụ I-mode, đặt dấu mốc quan trọng trong việc chuyển đổi từ 2G sang 2,5G. Đây được coi như một động lực hướng đến người dùng của nhà cung cấp dịch vụ.
I-mode đã trở thành dịch vụ đầu tiên trên thế giới cho phép các thiết bị cầm tay thông minh sử dụng trình duyệt định vị và truy cập các trang web. Các cải tiến trong các dịch vụ dữ liệu không dây, dạng gói, cho phép một người dùng có thể sử dụng dịch vụ trên nhiều thiết bị cầm tay khác nhau. Thêm vào đó, chức năng tính toán di động của các dịch vụ này cũng cho phép người dùng thực hiện các tiện ích đa dạng khác như: Telephone Banking, đặt chỗ máy bay, giao dịch chứng khoán, gửi/nhận thư điện tử, chơi game, xem các bản tin thời tiết, truy cập web… Một hệ thống tiêu biểu trong các tiện ích tính toán di động có thể kể đến là DPC-P (Pesonal Digital Cellunar Packet). Trong hệ thống DPC-P người ta sử dụng các gói dữ liệu trên giao diện không gian, trong khi vẫn sử dụng mạng chuyển mạch kênh DPC.
Điều này cho phép người sử dụng có thể tùy chọn các dịch vụ dữ liệu trên cơ sở gói. Dịch vụ I-mode hoạt động trên cơ sở các dịch vụ gói này, nhờ vào đó nó vẫn tiếp tục gặt hái được những thành công. Tiếp theo sự thành công của mạng DPC-P, GPRS-General Packet Radio Service được biết như một dịch vụ giá trị gia tăng phi thoại. Dịch vụ này cho phép người sử dụng có thể gửi và nhận thông tin qua mạng thông tin di động.
Mạng thông tin di động 2,5G có thể dễ dàng kết nối và gửi, nhận thông tin ngay lập tức. Chính vì vậy, các thiết bị mobile 2,5G còn được gọi như các thiết bị “mọi lúc, mọi nơi – always connected, always on” [8]. Các kết nối dịch vụ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 6 Internet cung cấp cho người sử dụng trong mạng 2,5G được coi là một chức năng nhảy vọt trong quá trình phát triển của mạng mobile. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) Ngày nay, các mạng thông tin di dộng ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ ba (3G).
Các mạng di động 3G với đặc điểm: có khả năng mang dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn, sử dụng các ứng dụng đa phương tiện. Các hệ thống di động thế hệ này cũng cung cấp các dịch vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144Kbps đến 2Mbps (lớn hơn rất nhiều tốc độ 9,6 kbps ở mạng 2G và lớn hơn vài chục lần so với mạng 2,5G). Các tiêu chuẩn về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được ITU-R tiến hành chuẩn hoá cho IMT-2000. Tại thời điểm hiện tại, mạng di động 3G dã được triển khai ở một số Quốc gia trên thế giới và một số Quốc gia khác cũng sớm triển khai mạng này trong tương lai gần.
Hệ thống thông tin di động 3,5G và 4G Hệ thống 3,5G là sự nâng cấp của 3G sử dụng các công nghệ như công nghệ truy cập gói dữ liệu tốc độ cao HSPDA (High Speed Downlink Packet Acces), song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và các công nghệ đặc quyền như Flash OFDM. Mạng 3,5G và 4G là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.22, pre- 4G, UMB, satellite… Nó không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào. Với các công nghệ tiên tiến, thế hệ mạng 3,5G/4G mang tính chất hội tụ rõ nét để cung cấp kết nối vô tuyến đúng nghĩa: rộng khắp, mọi lúc, mọi nơi, không kể mạng thuộc nhà cung cấp nào, không kể người dùng đang dùng thiết bị di động gì. Người dùng trong các mạng thuộc thế hệ này có thể kết nối mạng bất cứ nơi đâu với tốc độ cao, giá thành thấp, dịch vụ chất lượng đảm bảo và mang tính đặc thù cho từng cá nhân.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile Communications) là một tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động số toàn Châu Âu đã được ETSI (European Telecommunication Standard Institute - Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu) phát triển. Đây là một trong những công nghệ mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Cho đến nay, công nghệ này có hơn 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi toàn thế giới.
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). Ưu điểm của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh và truyền số liệu với chất lượng cao còn cho phép dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau do công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG GSM Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng địa lý, bao gồm: Tế bào (cell), các vùng định vị (LA), các vùng dịch vụ (MSC/VLR) và các vùng mạng (PLMN). VÙNG MẠNG PLMN Phân cấp đầu tiên trong các vùng địa lý GSM là vùng mạng PLMN (Public Land Mobile Network).
Đây là vùng dịch vụ mà tại đó vùng phục vụ thuộc một nhà khai thác dịch vụ. PLMN có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ.2 Phân cấp cấu trúc địa lý và phân vùng mạng PLMN - GSM TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 8 Các đường truyền kết nối giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác đều ở mức tổng đài trung kế Quốc gia hay Quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center). VÙNG DỊCH VỤ MSC/VLR Vùng dịch vụ MSC/VLR là một phần của mạng GSM.
Nó là vùng phục vụ của một MSC. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR.