Ứng Dụng Modem 3G Cho Truyền Dữ Liệu Và Hình Ảnh

Tài liệu nghiên cứu Ứng dụng modem 3g ho truyền dữ liệu và hình ảnh, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Vũ Trần Đại
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Đức
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông
• Đề tài: Ứng Dụng Modem 3G Trong Truyền Dữ Liệu Và Hình Ảnh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G - WCDMA
• 1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN MẠNG 3G
• 1.2. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
• 1.3. CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC MẠNG 3G HỖ TRỢ
• 1.4. KIẾN TRÚC CỦA MẠNG 3G WCDMA
• 1.5. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng Modem 3G Trong Truyền Dữ Liệu

Modem 3G đã trở thành một phần quan trọng trong việc truyền dữ liệu và hình ảnh. Công nghệ này cho phép kết nối internet tốc độ cao, phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau từ truyền thông đến giải trí. Với khả năng truyền tải dữ liệu lớn, modem 3G đã mở ra nhiều cơ hội cho các doanh nghiệp và cá nhân trong việc sử dụng internet di động. Việc hiểu rõ về modem 3G và ứng dụng của nó trong truyền dữ liệu là rất cần thiết.

1.1. Khái Niệm Về Modem 3G Và Công Nghệ Truyền Dữ Liệu

Modem 3G là thiết bị cho phép kết nối internet qua mạng di động 3G. Công nghệ này sử dụng băng tần rộng để truyền tải dữ liệu, giúp tăng tốc độ truyền tải lên đến hàng megabit mỗi giây. Điều này cho phép người dùng truy cập internet, xem video trực tuyến và thực hiện các giao dịch trực tuyến một cách nhanh chóng.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Modem 3G Trong Truyền Hình Ảnh

Việc sử dụng modem 3G trong truyền hình ảnh mang lại nhiều lợi ích. Người dùng có thể truyền tải hình ảnh chất lượng cao một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như y tế, giáo dục và truyền thông, nơi mà việc chia sẻ thông tin hình ảnh kịp thời là rất cần thiết.

II. Thách Thức Trong Việc Ứng Dụng Modem 3G Để Truyền Dữ Liệu

Mặc dù modem 3G mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong việc ứng dụng công nghệ này. Tốc độ truyền tải có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ phủ sóng, số lượng người dùng cùng truy cập và chất lượng tín hiệu. Những vấn đề này cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu suất của modem 3G.

2.1. Vấn Đề Tốc Độ Truyền Tải Dữ Liệu

Tốc độ truyền tải dữ liệu qua modem 3G có thể không ổn định, đặc biệt trong các khu vực đông đúc. Điều này có thể dẫn đến trải nghiệm người dùng không tốt, ảnh hưởng đến việc sử dụng các dịch vụ trực tuyến như video call hay streaming.

2.2. Độ Phủ Sóng Và Chất Lượng Tín Hiệu

Độ phủ sóng của mạng 3G không đồng đều, đặc biệt là ở các vùng nông thôn. Chất lượng tín hiệu cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như thời tiết và địa hình, gây khó khăn trong việc duy trì kết nối ổn định.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Ứng Dụng Modem 3G Trong Truyền Dữ Liệu

Để tối ưu hóa việc sử dụng modem 3G trong truyền dữ liệu, cần áp dụng một số phương pháp và giải pháp kỹ thuật. Việc nâng cấp hạ tầng mạng và cải thiện thiết bị đầu cuối là những yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu suất truyền tải.

3.1. Nâng Cấp Hạ Tầng Mạng 3G

Nâng cấp hạ tầng mạng 3G là cần thiết để cải thiện tốc độ và độ ổn định của kết nối. Việc lắp đặt thêm trạm phát sóng và cải thiện công nghệ truyền dẫn sẽ giúp tăng cường khả năng phục vụ người dùng.

3.2. Cải Thiện Thiết Bị Đầu Cuối

Cải thiện thiết bị đầu cuối như modem và smartphone cũng góp phần nâng cao hiệu suất truyền dữ liệu. Các thiết bị mới với công nghệ tiên tiến sẽ hỗ trợ tốt hơn cho việc truyền tải hình ảnh và dữ liệu lớn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Modem 3G Trong Truyền Dữ Liệu

Modem 3G đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ truyền thông, giáo dục đến y tế, công nghệ này đã chứng minh được giá trị của mình trong việc cải thiện khả năng kết nối và truyền tải thông tin.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Y Tế

Trong ngành y tế, modem 3G được sử dụng để truyền tải hình ảnh y tế từ xa, giúp bác sĩ chẩn đoán và điều trị bệnh nhân một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng trong các tình huống khẩn cấp.

4.2. Ứng Dụng Trong Giáo Dục

Trong giáo dục, modem 3G hỗ trợ việc học trực tuyến, cho phép học sinh và sinh viên truy cập tài liệu học tập và tham gia các lớp học từ xa. Điều này giúp mở rộng cơ hội học tập cho nhiều người.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Modem 3G Trong Truyền Dữ Liệu

Tương lai của modem 3G trong truyền dữ liệu vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Với sự tiến bộ của công nghệ, modem 3G có thể được cải thiện hơn nữa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ 3G

Công nghệ 3G sẽ tiếp tục phát triển với các tiêu chuẩn mới, giúp nâng cao tốc độ và chất lượng dịch vụ. Việc áp dụng các công nghệ mới như 4G và 5G cũng sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của modem 3G.

5.2. Tác Động Đến Người Dùng

Sự phát triển của modem 3G sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, từ việc cải thiện trải nghiệm internet di động đến việc mở rộng khả năng kết nối trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thông, mạng di động thế hệ thứ ba (3G) đã trở thành nền tảng quan trọng cho truyền dữ liệu và hình ảnh tốc độ cao. Từ năm 2000, chuẩn IMT-2000 ra đời đã đánh dấu bước ngoặt trong việc nâng cao tốc độ truyền dữ liệu so với mạng 2G với tốc độ chỉ khoảng 10 kbps. Mạng 3G, đặc biệt là công nghệ WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), cung cấp băng thông rộng 5 MHz và tốc độ chip 3,84 Mcps, cho phép truyền tải đa dạng dịch vụ như thoại, video call, streaming và internet di động với tốc độ lên đến 2 Mbps trong các vùng phủ sóng khác nhau.

Luận văn tập trung nghiên cứu và ứng dụng modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh, với mục tiêu thiết kế thiết bị đầu cuối dạng bảng mạch có khả năng giám sát, điều khiển và truyền nhận dữ liệu qua mạng 3G đến internet công cộng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công nghệ WCDMA UMTS và các phiên bản nâng cấp HSxPA (HSDPA và HSUPA) từ năm 2000 đến 2011, tại Việt Nam và các môi trường mạng tương tự.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng thương mại và giám sát từ xa, tận dụng ưu thế của mạng 3G về tốc độ truyền dữ liệu cao và độ trễ thấp. Việc ứng dụng modem 3G trong truyền dữ liệu và hình ảnh góp phần nâng cao hiệu quả quản lý, điều khiển thiết bị từ xa, đồng thời mở rộng khả năng kết nối trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế và an ninh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Công nghệ WCDMA UMTS: Là nền tảng mạng 3G sử dụng đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng, với băng thông 5 MHz và tốc độ chip 3,84 Mcps. WCDMA hỗ trợ hai kiểu giao diện vô tuyến FDD và TDD, cùng các kiến trúc mạng gồm thiết bị người dùng (UE), mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) và mạng lõi (CN).

• Truy nhập gói tốc độ cao HSxPA: Bao gồm HSDPA (đường xuống) và HSUPA (đường lên), được chuẩn hóa trong các phiên bản R5 và R6 của 3GPP, nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu gói lên đến 14,4 Mbps (HSDPA) và 5,7 Mbps (HSUPA). Các kỹ thuật chính gồm lập biểu phụ thuộc kênh, điều chế và mã hóa thích ứng (AMC), và cơ chế phát lại lai ghép HARQ.

• Khái niệm trải phổ và mã định kênh OVSF: WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) với mã Gold và mã OVSF để phân biệt các kênh vật lý, đảm bảo tính trực giao và giảm nhiễu nội ô.

• Điều khiển công suất vòng kín và vòng hở: Để duy trì chất lượng tín hiệu và giảm nhiễu, hệ thống WCDMA áp dụng điều khiển công suất nhanh (1500 Hz) và chậm (10-100 Hz) trên cả đường lên và đường xuống.

• Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng: Các phương thức chuyển giao trong mạng WCDMA nhằm duy trì kết nối liên tục khi người dùng di chuyển, trong đó chuyển giao mềm cho phép kết nối đồng thời với nhiều trạm gốc để tăng độ tin cậy.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích lý thuyết và thiết kế thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuẩn 3GPP, các báo cáo kỹ thuật của nhà sản xuất thiết bị SIM5218A, và các tài liệu chuyên ngành về WCDMA, HSxPA.

• Phương pháp phân tích: Phân tích kiến trúc mạng, các giao thức truyền dẫn, điều khiển công suất và chuyển giao trong WCDMA; mô phỏng và thiết kế mạch điện tử sử dụng vi điều khiển ATmega128 và module SIM5218A để thực hiện truyền dữ liệu và hình ảnh qua mạng 3G.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thiết kế và thử nghiệm trên mẫu thiết bị đầu cuối dạng bảng mạch với các giao diện ngoại vi như GPIO, camera, thẻ nhớ MMC/SD, GPS, nhằm đánh giá hiệu năng truyền dữ liệu trong môi trường mạng 3G thực tế.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và thiết kế được thực hiện trong năm 2011, với các giai đoạn chính gồm tổng quan lý thuyết, thiết kế phần cứng và phần mềm, thử nghiệm và đánh giá hiệu năng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu năng truyền dữ liệu qua modem 3G: Thiết bị đầu cuối sử dụng module SIM5218A kết nối mạng 3G WCDMA có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến khoảng 2 Mbps trong vùng phủ sóng ô micro và pico, phù hợp với các dịch vụ đa phương tiện như truyền hình ảnh và video call.

2. Độ trễ và độ tin cậy kết nối: Nhờ áp dụng cơ chế điều khiển công suất vòng kín và chuyển giao mềm, hệ thống duy trì được tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp hơn 1% và giảm thiểu gián đoạn khi di chuyển giữa các ô mạng, nâng cao chất lượng dịch vụ.

3. Khả năng mở rộng và tích hợp: Thiết kế bảng mạch với vi điều khiển ATmega128 và các giao tiếp ngoại vi như GPIO, camera, thẻ nhớ MMC/SD cho phép mở rộng ứng dụng trong giám sát và điều khiển từ xa, đồng thời tích hợp dễ dàng với các hệ thống hiện có.

4. Tính ổn định trong môi trường thực tế: Thử nghiệm tại một số địa phương cho thấy thiết bị hoạt động ổn định trong điều kiện mạng 3G Việt Nam với băng tần cấp phát từ 2110 MHz đến 2170 MHz, đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu và hình ảnh liên tục.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên phản ánh sự phù hợp của công nghệ WCDMA và HSxPA trong việc truyền dữ liệu đa phương tiện tốc độ cao. Việc sử dụng mã OVSF và kỹ thuật trải phổ DSSS giúp giảm nhiễu và tăng hiệu quả sử dụng băng thông. Điều khiển công suất vòng kín nhanh và chậm đảm bảo chất lượng tín hiệu ổn định, giảm thiểu hiện tượng che lấp tín hiệu do hiệu ứng gần xa.

So với các nghiên cứu trước đây về mạng 2G và CDMA băng hẹp, mạng 3G WCDMA với HSxPA cho thấy sự cải thiện rõ rệt về tốc độ và độ tin cậy. Việc thiết kế phần cứng dựa trên module SIM5218A và vi điều khiển ATmega128 cũng chứng minh tính khả thi trong ứng dụng thực tế, đặc biệt trong các hệ thống giám sát và truyền hình ảnh từ xa.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tốc độ truyền dữ liệu theo vùng phủ sóng (pico, micro, macro) và bảng so sánh tỷ lệ lỗi bit giữa các phương thức điều khiển công suất khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường tối ưu hóa lập biểu phụ thuộc kênh: Áp dụng các thuật toán lập biểu tiên tiến hơn để khai thác tối đa độ lợi phân tập đa người sử dụng, nâng cao thông lượng hệ thống, đặc biệt trong các vùng có mật độ người dùng cao. Chủ thể thực hiện: nhà phát triển phần mềm mạng; Thời gian: 6-12 tháng.

2. Nâng cấp phần cứng thiết bị đầu cuối: Tích hợp các module hỗ trợ điều chế bậc cao như 16QAM và mã hóa turbo mới để tăng tốc độ truyền dữ liệu, giảm độ trễ. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất thiết bị; Thời gian: 12 tháng.

3. Mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực giám sát và y tế từ xa: Phát triển các giải pháp truyền hình ảnh và dữ liệu y tế qua mạng 3G, tận dụng khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và độ tin cậy của mạng. Chủ thể thực hiện: các tổ chức y tế, công ty công nghệ; Thời gian: 12-18 tháng.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về công nghệ 3G cho kỹ thuật viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kiến trúc mạng 3G, kỹ thuật điều khiển công suất và chuyển giao để nâng cao chất lượng vận hành mạng. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, trung tâm đào tạo; Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Điện tử Viễn thông: Nghiên cứu sâu về công nghệ WCDMA, HSxPA và ứng dụng modem 3G trong truyền dữ liệu, giúp nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng thực hành.

2. Kỹ sư phát triển thiết bị viễn thông: Áp dụng các kiến thức về thiết kế phần cứng và giao tiếp ngoại vi với module SIM5218A, vi điều khiển ATmega128 để phát triển sản phẩm truyền dữ liệu và hình ảnh qua mạng 3G.

3. Nhà quản lý mạng và vận hành viễn thông: Hiểu rõ về kiến trúc mạng 3G, các cơ chế điều khiển công suất và chuyển giao để tối ưu hóa chất lượng dịch vụ và quản lý tài nguyên mạng hiệu quả.

4. Các doanh nghiệp ứng dụng công nghệ IoT và giám sát từ xa: Tham khảo giải pháp truyền dữ liệu và hình ảnh qua mạng 3G để phát triển các hệ thống giám sát, điều khiển thiết bị từ xa trong công nghiệp, y tế và an ninh.

Câu hỏi thường gặp

1. Modem 3G có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa bao nhiêu?
   Modem 3G sử dụng công nghệ WCDMA và HSxPA có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu tối đa khoảng 14,4 Mbps cho đường xuống (HSDPA) và 5,7 Mbps cho đường lên (HSUPA), tùy thuộc vào điều kiện mạng và vùng phủ sóng.

2. Điều khiển công suất vòng kín trong WCDMA hoạt động như thế nào?
   Điều khiển công suất vòng kín liên tục điều chỉnh công suất phát của thiết bị người dùng dựa trên tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) đo được tại trạm gốc, nhằm duy trì chất lượng tín hiệu ổn định và giảm nhiễu cho các người dùng khác.

3. Chuyển giao mềm khác gì so với chuyển giao cứng?
   Chuyển giao mềm cho phép thiết bị người dùng duy trì kết nối đồng thời với nhiều trạm gốc, giúp giảm gián đoạn và tăng độ tin cậy khi di chuyển, trong khi chuyển giao cứng giải phóng kết nối cũ trước khi thiết lập kết nối mới.

4. Lập biểu phụ thuộc kênh có vai trò gì trong HSDPA?
   Lập biểu phụ thuộc kênh giúp phân bổ tài nguyên vô tuyến cho người dùng có điều kiện kênh tốt nhất tại từng thời điểm, tối ưu hóa dung lượng hệ thống và nâng cao hiệu suất truyền dữ liệu.

5. Ứng dụng thực tế của modem 3G trong truyền hình ảnh là gì?
   Modem 3G được sử dụng trong các hệ thống giám sát từ xa, truyền hình ảnh y tế, an ninh và công nghiệp, cho phép truyền hình ảnh chất lượng cao với độ trễ thấp qua mạng di động tốc độ cao.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu và thiết kế thành công thiết bị đầu cuối sử dụng modem 3G SIM5218A cho truyền dữ liệu và hình ảnh qua mạng WCDMA UMTS.
• Ứng dụng công nghệ HSxPA giúp nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, đáp ứng yêu cầu đa phương tiện và giám sát từ xa.
• Các cơ chế điều khiển công suất và chuyển giao mềm đảm bảo chất lượng dịch vụ và độ tin cậy kết nối trong môi trường mạng thực tế.
• Thiết kế phần cứng tích hợp vi điều khiển ATmega128 và các giao tiếp ngoại vi mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
• Đề xuất các giải pháp nâng cấp và mở rộng ứng dụng nhằm khai thác tối đa tiềm năng của mạng 3G trong tương lai gần.

Hành động tiếp theo: Triển khai thử nghiệm mở rộng thiết bị trong các môi trường thực tế khác nhau, đồng thời phát triển phần mềm lập biểu và điều khiển công suất nâng cao để tối ưu hiệu suất mạng. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm dựa trên nền tảng này nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ 3G trong các lĩnh vực đa dạng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G - WCDMA I. TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN MẠNG 3G WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 được phát triển từ GSM để đáp ứng các tiêu chuẩn của mạng thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS. Mạng 3G- UMTS có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex).

Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS- CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico). Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, tuy nhiên có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz.

Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa, nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần. Giao diện vô tuyến của W-CDMA hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).

Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM. Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA. Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho WCDMA.

Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo Trang 11 Ứng dụng Modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA. W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình.

Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM.1 Quá trình phát triển lên 3G 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phiên bản của 3GPP Trang 12 Ứng dụng Modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh Hình 1.2 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phiên bản của 3GPP Mạng thông tin di động 3G là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói.

Hình dưới đây mô tả kiến trúc tổng quát của mạng 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.3 Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy Trang 13 Ứng dụng Modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn. 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS).

Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM).3 CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC MẠNG 3G HỖ TRỢ Vì mạng 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh. Ngoài ra mạng 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ tiếng. Nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa phương tiện. Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ.

QoS ở W-CDMA được phân loại như sau: • Loại hội thoại (Conversational, real time): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng hạn). • Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download) Môi trường hoạt động của 3WCDMA được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit R b phục vụ như sau: • Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps • Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 kbps • Vùng 2: ngoại ô, ô macro, R b ≤ 144 kbps • Vùng 4: toàn bộ, R b = 12,2 kbps Trang 14 Ứng dụng Modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh 3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phiên bản chính được gọi là R3, R4, R5. Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh.

Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ Dịch vụ di động Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ di động Dịch vụ thông tin - Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh định vị Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) Dịch vụ Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps) viễn - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbps- thông 2Mbps) - Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2Mbps) Dịch vụ đa phương - Dịch vụ Video (384 kbps) tiện - Dịch vụ hình chuyển động (384kbps- 2 Mbps) - Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2 Mbps) Dịch vụ Internet đơn Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps) giản Dịch vụ Dịch vụ Internet thời Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps) Internet gian thực Dịch vụ internet đa Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ Trang 15 Ứng dụng Modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết phương tiện 2Mbps) 1.4 KIẾN TRÚC CỦA MẠNG 3G WCDMA Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN, mạng lõi (CN: Core Network) (hình 1. UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao USIM (UMTS Subscriber Identity Module).

UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các NodeB B kết nối đến nó. Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment). HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị).4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 1.1 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS UTRAN là phân đoạn liên kết giữa người sử dụng và CN, gồm các phần tử thực hiện quản lý các cuộc truyền thông UMTS trên giao diện vô tuyến và điều khiển cuộc gọi đó. UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện.

Trang 16 Ứng dụng Modem 3G cho truyền dữ liệu và hình ảnh • Giao diện Iu giữa UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; • Giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này là RNC và NodeB.1 RNC RNC kết nối đến một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào. Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ SRNC (Serving RNC). Khi người sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi DRNC (Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN. Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.

Khi UE thực hiện chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur. Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC). Mỗi nút B có một RNC điều khiển,RNC này chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó.5 Vai trò logic của SRNC và DRNC 1.