Tài liệu Nghiên cứu giải pháp chuyển đổi công nghệ sang hệ thông tin di động 4g luận vănths. kỹ thuật điện tử viễn thông 2.07.00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Thu Trang NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI CÔNG NGHỆ SANG HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Thu Trang NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI CÔNG NGHỆ SANG HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G Ngành : Công nghệ Điện tử – Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRẦN HỒNG QUÂN Hà Nội - 2006 i MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 3 1.1. Những đặc thù của hệ thông tin di động 3 1.2. Tổng quan về hệ thông tin di động quá khứ, hiện tại và tƣơng lai 1.3. Giới thiệu hệ thông tin di động 4G 4 9 1.4. Kết luận 13 CHƢƠNG 2. YÊU CẦU HẠ TẦNG VIỄN THÔNG VÀ XU HƢỚNG 14 PHÁT TRIỂN CÁC CÔNG NGHỆ 2.1. Yêu cầu hạ tầng viễn thông chung 2.2. Xu hƣớng phát triển mạng thông tin di động 14 15 2.3. Xu hƣớng sử dụng IP trong thông tin di động 17 2.4. Yêu cầu đối với đầu cuối 4G 20 2.5. Kết luận 22 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG 4G 3.1. Mô hình cấu trúc mạng 4G. 3.1.1. Nhƣợc điểm và ƣu điểm của mạng 3G và 3.5G 3.1.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G. 3.2. Những vấn đề cơ bản trong cấu hình hệ thống 4G 3.2.1. Chuẩn 3.2.2. Cấu hình hệ thống 23 23 23 25 28 28 28 3.2.3. Thông số hệ thống 3.2.3.1.Downlink 3.2.3.2.Uplink 31 31 34 3.2.4. Công nghệ IP và IP di động 36 3.3. Chức năng của các phần tử trong mô hình. 39 ii 3.3.1. Các phần tử mạng truy nhập vô tuyến. 3.3.2. Các phần tử mạng lõi. 39 43 3.3.3. Chức năng điều khiển. 3.3.4. Dịch vụ. 3.4. Những thách thức khi chuyển sang mạng 4G 45 49 49 3.4.1. Những thách thức 49 3.4.2. Giải pháp 3.4.2.1.Trạm di động 53 53 3.4.2.2.Hệ thống 3.4.2.3.Dịch vụ 3.5. Kết luận. CHƢƠNG 4. DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G 56 60 62 63 63 4.1. Yêu cầu cơ bản của 4G 64 4.2. Dịch vụ trong mạng 4G 72 4.3. Chất lƣợng dịch vụ trong mạng 4G 4.3.1. Khái niệm QoS 72 76 4.3.2. Kiến trúc QoS 4.3.3. Các tham số QoS trong mạng di động 4G. 79 81 4.3.4. Thách thức về chất lƣợng dịch vụ trong mạng di động 4G 4.3.5. Bảo mật dịch vụ. 83 85 4.4. Kết luận. 86 CHƢƠNG 5. LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 4 CHO 86 MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM 88 5.1. Đặc điểm mạng thông tin di động tại Việt Nam 5.2. Tiến trình triển khai lên 4G từ 2.5G của mạng di động tại Việt Nam 5.3. Kết luận KẾT LUẬN 94 95 i CÁC TỪ VIẾT TẮT 3GPP The 3rd Generation Partnership Project Dự án cộng tác thế hệ thứ 3 ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số ADSL Asymmetric Digital Subriber Line Đường thuê bao số không đối xứng AMC Adaptation and Modulation Coding Bộ điều chế và mã hoá thích ứng AMPS Advance Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AP Access Point Điểm truy nhập API Application Program Interface Giao diện trình ứng dụng AR Access Router Bộ định tuyến truy nhập AS Autonomous System Hệ thống tự trị AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng BER Bit Error Rate Tỉ số bit lỗi BGP Border Gateway Protocol Đ ịnh tuyến biên BPF Bandwidth Pass Filter Bộ lọc thông dải BPSK Binary Pulse Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BWA Broadband Wireless Access Truy cập không dây băng rộng CDM Code Division Multiplexing Phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Truy nhập phân chia theo mã CEPT Conference European Post and Hội nghị bưu chính viễn thông Châu Âu ALG ii Telematics CIDR Classless InterDomain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp CN Core Network Mạng lõi CS Circuit Switching Chuyển mạch kênh CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi DCH Dedicated Channel Kênh riêng DCS Digital Cellular System Hệ thống số tổ ong DFS Dynamic Frequency Selection Lựa chọn tần số động DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số Enhanced Data for GSM Evolution Tốc độ số liệu gói tăng cường để phát triển DVD EDGE GSM EGPRS Enhanced GPRS GPRS tăng cường EIR Equipment Identity Register Bộ ghi dịch nhận dạng thiết bị EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị ERP Enterprise Resource Planning Hoạch định tài nguyên công ty ETSI European Telecommunications Standard Viện chuẩn viễn thông Châu Âu ERMES Institute FDD Frequency Division Duplex Ghép công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Truy nhập phân chia theo tần số iii GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung GSM Groupe Spécial Mobile Nhóm nghiên cứu thông thông tin di động đặc biệt GSM Global System for Mobile Hệ thông tin di động toàn cầu communication HARQ Hybrid Automatic Repeat Request HIPERLAN High Performance Radio Local Area Yêu cầu phát tự động nhanh Mạng nội hạt vô tuyến chất lượng cao Network HLR Home Location Register Bộ ghi dịch thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HSOPA HSS Home Subscriber Server Serve lưu trữ thông tin về thuê bao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược, rời rạc IEEE The Institute of Electrical and Electronic Viện kỹ thuật điện và điện tử Engineers IMT International Mobile Viễn thông di động quốc tế Telecommunications IP Internet Protocol Giao thức Internet iv IS Interim Standard Chuẩn tạm thời ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ ISI InterSymbol Interference Nhiễu giữa các ký hiệu ISM Industrial, Scientific, Medical band Công nghệ, khoa học, y tế ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LAN Local Area Network Mạng cục bộ LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo trái đất tầm thấp LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp MAN Metropolitan Area Network Mạng diện rộng MCM MultiCarrier Modulation Điều chế đa sóng mang MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển tài nguyên đa phương tiện MIMO Multi Output Multi Input Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra MMS Multimedia Message Tin nhắn đa phương tiện MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MR Mobile Router Bộ định tuyến di động MRFP Multimedia Resource Function Provide Cung cấp tài nguyên đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động NAT Network Address Translator Bộ phiên dịch địa chỉ mạng NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu v OFDM Orthogonal Frequency Division Phân chia theo tần số trực giao Multiplexing OTA Over The Air Activation Môi trường không gian PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PCS Personal Communication Service Dịch vụ truyền thông cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ lý cá nhân dùng kỹ thuật số PDC Personal Digital Cellular Tế bào số hoá cá nhân PDH Plesiorchronous Digital Hierarchy Mạng phân cấp số cận đồng bộ PDN Public Data Network Mạng số liệu công cộng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PNC Public Network Computing Tính toán mạng công cộng PS Packet Switching Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Pulse Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RAB Radio Access Bearer Vật mang truy nhập vô tuyến RAC Radio Access Controller Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAP Radio Access Point Điểm truy cập vô tuyến RF Radio frequency Tần số vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng con vô tuyến vi RRM Radio Resource Management Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RTP Real time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SCM Single Carrier Modulation Điều chế sóng mang đơn SDH Synchronous Digital Hierarchy Mạng phân cấp số đồng bộ SDR Software Defined Radio Phần mềm hệ thống vô tuyến lý tưởng SEG Security Gateway Gateway an ninh SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao SIP Session Initialization Protocol Giao thức khởi tạo phiên SMS Short Message Service Tin nhắn thường SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm SS Spread Spectrum Trải phổ SDP SS7oIP Báo hiệu số 7 qua giao thức IP STM Synchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải đồng bộ SVC Switching Virtual Connection Kết nối chuyển mạch ảo TACS Total Access Communication System Hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TPC Transmission Power Control Giao thức điều khiển truyền dẫn TTI Transmission Time Interval Thời gian phát truyền dẫn UAP Universal Access Point Điểm truy cập toàn cầu UE User Equipment Thiết bị di động của người dùng vii UMTS Universal Mobile Telecommunication Hệ thống viễn thông di động toàn cầu System USIM Universal Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao toàn cầu VHE Virtual Home Environment Môi trường định vị thường trú ảo VLR Visitor Location Register Bộ ghi dịch tạm trú VSF Variable Spread Frequency Trải sóng tuỳ biến WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WAP Wireless Access Protocol Giao thức truy cập không dây WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Access WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây viii DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1.1: Lộ trình hệ thông tin di động Hình 1.2. Các yêu cầu khi sang hệ thống 4G Hình 2.1: Xu hướng công nghệ thông tin không dây Hình 2.2: Mô hình mạng lõi toàn IP Hình 2.3: Yêu cầu về thiết bị đầu cuối 4G Hình 2.4. Tính đa dạng về thiết bị đầu cuối 4G Hình 3.1 : Mô hình cấu trúc mạng 4G Hình 3.2: Cấu hình hệ thống 4G Hình 3.3: Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop Hình 3.4: Truyền dẫn đường downlink trên cơ sở trải VSF-OFCDMA Hình 3.5: Truyền dẫn uplink trên cơ sở MC-DS-CDMA với FD-MC_DS_CDMA Hình 3.6: Môi trường mạng không đồng nhất trên cơ sở toàn IP Hình 3.7: Nguyên lý OFDM Hình 3.8: Cấu trúc mạng lõi 4G Hình 3.9: Hệ thống phần mềm vô tuyến lý tưởng ix Hình 3.10: Đầu cuối đa chế độ gắn liền với WLAN và quét các hệ thống hiện tại. Nó có thể tải xuống phần mềm thích hợp bằng tay hoặc tự động. Hình 3.11: Chuyển giao theo hai phương của thiết bị đầu cuối Hình 3.12: Một ví dụ về tính di động cá nhân Hình 4.1: Dịch vụ 4G Hình 4.2: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng Hình 4.3: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI Hình 4.4: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau Hình 4.5. Chất lượng dịch vụ QoS Hình 5.1: Mô hình phát triển lên 4G từ GSM Hình 5.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS Hình 5.3: Mạng lõi cơ sở IP Hình 5.4: Mô hình mạng 3.5G Hình 5.5: Thay đổi ở RNC và Node B Hình 5.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G Bảng 3.1. Các thông số hệ thống cho đường downlink Bảng 3.2. Các thông số hệ thống cho đường uplink của hãng NTT DOCOMO Bảng 3.3. Tóm tắt những thách thức chính và đề xuất các giải pháp Bảng 4.1: Các tham số QoS trong mạng 4G -3- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. 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 3.103 Hz (đây là dải thông ứng với tiếng nói, trên thực tế chúng ta cần dải thông lớn hơn nhiều). Với dải thông từ 03Ghz (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. -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. 1.2. 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. Louis. 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) -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 -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 -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 9.6Kbps. 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 -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. Hơn nữa, chúng ta còn được thưởng thức video giàu đồ hoạ, âm thanh vòm lập thể (surrounding sound) chất lượng cao, game ba chiều mới mẻ (3D), giàu tính năng multimedia của thẻ modem vô tuyến, hay PDA hợp thời trang. Trong khi 2G hoạt động trong các băng tần 900 và 1800/1900Mhz, 3G hoạt động trong băng tần 2Ghz và hệ thống mới này có nhiệm vụ chuyển giao những dịch vụ đa phương tiện với dung lượng lớn hơn. Hệ 3G và 2G sẽ tiếp tục tồn tại trong một thời gian với sự tối ưu hoá dự phòng các dịch vụ giữa chúng. Nhiều dạng chuyển giao bằng vệ tinh khác nhau được sử dụng để cải thiện phạm vi phủ sóng tại thành thị, ngoại ô, và vùng nông thôn. Năm 2004, điểm mốc đáng nhớ cho công nghệ 3G, công nghệ 3G đã tác động rất lớn đến đời sống hàng ngày của con người, mọi lúc, mọi nơi và hầu như mọi việc được thực hiện trên điện thoại di động. Một điều quan trọng là khi công nghệ ngày càng hội tụ và các tiêu chuẩn tương thích với nhau, người tiêu dùng không còn quan tâm đến mạng sử dụng là GSM hay CDMA nữa mà họ chỉ quan tâm đến việc máy di động của họ có thể hoạt động ở bất cứ nơi đâu họ đến. Nếu chúng ta nhìn xa hơn nữa, ứng dụng giải trí sẽ là yếu tố kích thích lớn trong tăng trưởng 3G. Các thống kê do nhà khai thác DoCoMo (Nhật Bản) đưa ra cho thấy 88% tỉ lệ gói đến từ truy cập -9- Internet di động và trong số này 77% truy cập là liên quan đến giải trí. Tại Hàn Quốc, các ứng dụng được yêu cầu phần lớn là các dịch vụ về video, audio, TV trực tiếp,… Ngoài ra, các dịch vụ khác như download nhạc chuông, mua sắm cũng rất phổ biến. Những dịch vụ này mang lại cho các nhà khai thác doanh thu rất lớn. Tóm lại với sự phát triển ngày càng rộng khắp của công nghệ 3G, CDMA, các cơ hội là vô tận. Chúng ta không còn sống trong một thế giới nơi mà tiêu chuẩn và công nghệ hạn chế chúng ta. Nhu cầu ngày càng tăng về thiết bị mới, công nghệ cao, tính năng ưu việt đánh dấu sự ra đời của một thời đại di động vô tuyến. Mobility 1995 2000 2005 2010+ 4G High speed Medium speed Low speed 3G+ 3G IMT2000 2G digital 1G analog AMPS ETACS JTACS NMT ~14.4Kbps CDMA2000 EV-DO/DV WCDMA/HSDPA CDMA/GSM/TDMA 2.4GHz WLAN 144Kbps High speed WLAN 5GHz WLAN 802.11b PAN 802.11a/S WPAN RFID ZigBee MAIIet WiMax Bluetooth 384Kbps <50Mbps Hình 1.1: Lộ trình hệ thông tin di động 1.3. GIỚI THIỆU HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G. <100Mbps Data rates