Tài liệu Phương pháp đặt trước độ rộng băng tần thích hợp cho các mạng thông tin vô tuyến đa phương tiện tốc độ cao

11 V' Đ Ạ I HỌC QUỐC G IA H À NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐẶNG THỊ PHONG THỦY PHƯƠNG PHÁP ĐẶT TRƯỚC ĐỘ RỘNG BĂNG TẦN THÍCH HỢP CHO CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐA PHƯƠNG TIỆN Tốc ĐỘ CAO ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ Chuyên ngành: Kỹ thuật Vô tuyến Điện tử & TT Liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC s ĩ I - V V -/-0 / NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. TRỊNH ANH v ũ Hà Nội- 2 0 0 2 Đ ă t trư ớc dô ròn.iỉ băn li tần Luân văn cao hoe MỤC LỤC MỞ ĐẨU................................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG HỘI NHẬP THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA (3G)............................ 3 1.1- Xu th ế phát triển của thông tin di đ ộn g.................................................................................. 3 1.2- Các công nghệ TTDĐ thê hệ thứ hai (2G ):............................................................................ 6 1.2.1 - Công nghệ GSM:................................................................................................... 7 1.2.2- Công nghệ TDMA/IS-136:.................................................................................... 7 1.2.3- Công nghệ PDC:.................................................................................................... 8 1.2.4- Công nghệ CDMA/IS-95:.......................................................................................8 1.3- Các kiến nghị cho TTDĐ thê hệ thứ ba (3G) và tình hình chuẩn h ó a .........................9 1.3.1- Thông tin di động thê hệ thứ ba (3G):....................................................................9 1.3.1.1 - Khái niệm thông tin di động thế hệ thứ ba (3G):...........................................9 1.3.1.2- Sơ lược tiến trình xây dựng tiêu chuẩn thông tin di động thế hệ thứ ba (3G): 10 1.3.1.3- Những yêu cầu và mục tiêu đối với IMT-2000[4]:.........................................11 1.3.1.4- Các dịch vụ trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3[ 1] ...................... 13 1.3.2- Các kiến nghị cho TTDĐ thế hộ thứ ba (3G)[4J:...................................................15 1.3.2.1- Nhật bản:...................................................................................................... 16 1.3.2.2- Hàn quốc:..................................................................................................... 17 1.3.2.3- Châu Âu:...................................................................................................... 17 1.3.2.4-Bắc Mỹ:.........................................................................................................18 1.3.2.5Trung quốc:.............................................................................................19 1.3.3- Họ tiêu chuẩn IMT-2000:.................................................................................... 20 1.4- Tình hình phát triển TTD Đ ở Việt nam [4]:......................................................................... 21 1.4.1 - Xu hướng phát triển thông tin di động ờ Việt nam................................................21 1.4.2- Định hướng phát triển IMT-2000:....................................................................... 22 CHƯƠNG 2: NGUYÊN TẮC CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.....24 2.1- Giới thiệu chung :..........................................................................................................................24 2.2- Các loại kênh : ............................................................................................................................... 28 2.3- Tính chất của việc chuyển giao................................................................................................ 30 2.3.1- Nguyên tắc chuyên giao.......................................................................................30 2.3.2- Mức ưu tiên trong chuyển giao :..........................................................................31 2.3.3- Biên chuyển giao[7]:.......................................................................................... 32 2.4- Quá trình định v ị ..........................................................................................................................33 2.4.1- Các loại chuyển giao........................................................................................... 33 2.4.2- Điều khiển quá trình chuyên giao tổng quát......................................................... 35 2.5- Mô tả quá trình định vị...............................................................................................................36 Luán văn ra o hoc f í a t trư ớc dô râ n Ịj băiiỊỉ tần 2.5.1 - Tinh trạng chuyển giao....................................................................................... 36 2.5.2- Định giá xử phạt...................................................................................................37 2.5.3- Quá trình định vị và các trường hợp định vị cụ thể.................................................37 2.5.4- Danh sách chuyển giao......................................................................................... 43 2.6- Kết lu ận ............................................................................................................................................. 43 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐẶT TRƯỚC Đ ộ RỘNG BĂNG THÍCH HỢP CHO CÁC MẠNG THÔNG TIN VỒ TUYỂN ĐA PHƯƠNG TIỆN T ố c ĐỘ CAO ................... .............................................. 45 3.1- Giới thiệu ch u n g .............................................................................................................................45 3.2- Sư đồ điều khiển thu nạp được đề nghị dựa trên việc đặt trước độ rộng bãng thích nghi.............................................................................................................................................................. 46 3.2.1- Phân loại thông tin:...............................................................................................46 3.2.2- Đặc điểm của sơ đồ đề nghị:................................................................................ 47 3.2.3- Mô tả phương pháp đề nghị:................................................................................. 47 3.2.4- So sánh sơ đồ đề nghị với các sơ đồhiện tại đang được sử dụng............................53 3.3- Mỏ hình mỏ p h ỏng........................................................................................................................ 56 3.3.1- 3 mô hình của sơ đồ để nghị :............................................................................... 56 3.3.2- Mô tả mô hình mô phỏng và các giá trị thông số..................................................58 3.3.3- Các sơ đồ khác được mô phỏng để so sánh........................................................... 61 3.4- Các kết quả mô p h ỏn g................................................................................................................. 64 3.4.1- So sánh giữa sơ đồ đề nghị và các sơ đồ A và B....................................................64 3.4.2- Sự trao đổi cân bằng giữa 3 mô hình của sơ đồ đề nghị đã được thảo luận trong phần 3.3.1:..................................................................................... .............. ........... .68 3.4.3- Khảo sát các đặc tính thích nghi của sơ đồ đề nghị:............................................ 70 3.4.4- Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các kết nối loại II............................................... 74 KẾT LUẬN............................................................................................................................ 76 CÁC Từ VIẾT TẮT.................................................................................................................78 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................ ..........................................................84 PHỤ LỤC............................................................................................................................. 86 b Lm ìn văn coo hoc Đ ă t tì ước dò rôììM hứiĩíỉ tần MỞ ĐẨU Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là một hệ thống thông tin di động điểu vận. Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Tiếp theo là thế hệ thứ hai và hiện nay thế hệ thứ ba đang được chuẩn bị đưa vào hoạt động. Thế hệ thứ tư đang được nghiên cứu. Thông tin di động thê thệ thứ hai sử dụng kỹ thuật sô với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA). Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bít thông tin của người sử dụng là 8 - 13 kbit/s. Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động sô là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo thế hệ thứ hai các thông số này ngày càng được cải thiện. Thông tin di động thế hệ thứ ba có tốc độ bit ỉên tới 2 Mbit/s. Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34 Mbit/s và cao hơn nữa. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được xây dựng theo tiêu chuẩn: GSM, IS-95, PDC, IS-36 phát triển rất nhanh trong những năm 1990. Nhưng sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động thế hệ thứ hai bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của nó khi nhu cầu dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết. Với sự phát triển của thông tin di động như vậy đã phát sinh một loạt các vấn đề cần giải quyết như : phân bổ tần số bị hạn chế, chuyên giao phức tạp và không kinh tế, chất lượng dịch vụ không đảm bảo ... Trước tình hình này, việc chuyên sang sử dụng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 là tất yếu để đạt được các mục tiêu sau: - Tốc độ truy cập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện. - Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng tầm phủ của các hệ thống thông tin di động. - Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có đê đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. 1 Lu â n văn cao hoc Đ ủ t trư ớc dô r ô m hănaỉ tần Tuy nhiên trong các mạng vô tuyến tốc độ cao thê hệ sau điều quan trọng là việc đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chúng trợ giúp cho các ứng dụng đa phương tiện. Trọng tâm của luận văn này là phân tích một sơ đồ điều khiển thu nạp dựa trên việc đặt trước độ rộng băng tần để đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cho lưu lượng đa phương tiện trong mạng vô tuyến tế bào tốc độ cao. Sơ đổ đề nghị phân bổ độ rộng băng tần cho việc kết nôi trong cell nơi có yêu cầu kết nối ban đầu và đặt trước độ rộng băng trong tất cả các cell làn cận. Khi người sử dụng di chuyển đến một cell mới và việc chuyển giao xảy ra, độ rộng băng tần lại được phân bổ trong cell mới, và lại đặt trước trong các cell lân cận của cell mới, còn độ rộng băng tần trong các cell xa hơn được giải phóng. Tổng độ rộng băng đặt trước được điều chỉnh một cách linh động, nó phản ánh các điều kiện hiện tại của mạng. Cấu trúc luận văn gồm 3 chương. Chương 1 trình bày những xu hướng phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới và định hướng chiến lược phát triển thông tin di động của Việt nam trong giai đoạn 2000 đến 2005. Chương 2 mô tả nguyên tắc chuyển giao trong hệ thống thông tin di động GSM đang được sử dụng hiện nay. Chương 3 mô tả phương pháp điều khiển thu nạp dựa trên việc đặt trước độ rộng băng tần để đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho lưu lượng đa phương tiện trong mạng vô tuyến tế bào tốc độ cao. So sánh phương pháp mới nàv với các phương pháp đã được đưa ra trước đây để thấy được tính ưu việt của phương pháp đề nghị. Mô tả phương pháp mô phỏng và một số kết quả mô phỏng đánh giá phương pháp đề nghị cũng được đưa ra trong chương này. Phần kết luận sẽ tóm tắt những phần chính của luận văn. 2 Luân văn cao hoc Đ ă t trư ớc dò roil'd hăiìự tần CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG HỘI NHẬP THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA (3G) 1.1- Xu thế phát triển của thòng tin di động Để CÓ cách nhìn toàn diện về vấn để phát triển của thông tin di động chúng ta điểm lại các hệ thống thông tin di động điển hình đã có trên thê giới, xem hình 1.1.1. Hình vẽ cho thấy sự phát triển của hệ thống điện thoại di động tế bào (CMTS: Cellular Mobile Telephone System) và nhắn tin (PS: Paging System) đang tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tương lai [1]. Các hệ thống thông tin di động tế bào tượng tự thế hệ thứ nhất được đưa ra trên hình bao gồm: • AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến; • NAMPS (Narrow AMPS): AMPS băng hẹp; • TACS (Total Accès Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ; • ETACS (Extended TACS): TACS mở rộng; • JTACS (Japanish TACS): TACS Nhật bản; • NTACS (Narrow TACS): TACS băng hẹp; • NMT450 (Nordic Mobile Telephone 450): Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz; • NMT900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900 MHz và • NTT(Nippon Telegraph and Telephone): Hệ thống do NTT phát triển. Các hệ thống thông tin di động tế bào số thế hệ thứ hai được đưa ra trên hình 1.1.1 bao gồm: • IS-54B TDMA; • IS-136TDMA; • IS-95 CDMA; 3 L u â n văn cao hoc Đ ã t trư ớ c đỏ i-ỏnx băníỉ tần # GSM (Global System for Mobile Communications): Hệ thống thông tin di động toàn cầu; # PCN (Personal Communication Network): Mạng thông tin cá nhân; # CT-2 (Cordless Phone - 2): Điện thoại không dây; # DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication): Viễn thông không dây số tiên tiến; # PDC (Personal Digital Cellular): Hệ thống tê bào sô cá nhân; Năm 81 83 84 86 88 90 92 94 96 98 2000 Hình 1.1.1 : Q uá trình phát triển của các hệ thống thône tin di đône trên thế eiới. Các hệ thống nhắn tin bao gồm: # POCSAG (Post office Code Standardization Advisory Group): Nhóm cố vấn tiêu chuẩn mã hoá Bưu điện; # ERMES (European Radio Message System): Hệ thống nhắn tin vô tuyến châu Âu. 4 Luân văn cao hoc Đ ă t tn rớ c dô rÔỊỊX bủng tần Hệ thống thông tin thế hệ thứ hai (điển hình là GSM) so với thế hệ thứ nhất có những ưu điểm nổi bật như sau: - Các dịch vụ mạng mới liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD-High Speed Circuit Swiched Data), dịch vụ gói vô tuyến chung (GPRS-General Packet Radio Service) và số liệu 14,4 kbit/s. - Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như: Codec tiếng toàn tốc cải tiến (FFC-Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng. - Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới. - Các cải tiến liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS-Short message Service) như: móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. - Các công việc liên quan đến tính cước như: các dịch vụ trả tiền trước, tính cước nóng và hỗ trợ cho việc ưu tiên vùng gia đình. - Tăng cường công nghệ SIM. Dịch vụ mạng thông minh như : CAMEL. - Các cải tiến chung như: chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. Các hệ thông thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyên từ thế hệ thứ hai cộng sang thế hệ thứ ba. Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di động ngay từ những năm đầu của thập niên 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 (trước đây là FPLMTS). Ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống viễn thông di động toàn cầu). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2 GHz. Nó sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2Mbit/s. Tốc độ cực đại này sẽ chỉ có ở các ô 5 Luân văn cao hoe Đăt tnrớc dò ròn HỉhthiỊỉ tán trong nhà, còn các dịch vụ tốc độ 14,4 kbit/s sẽ được đảm bảo cho di động thông thường ở các ô macro. Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng lớn hơn 2 Mbit/s. Thông tin di động thế hệ thứ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình. Một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là: Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mbit/s. - Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại. - Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nôi chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng sô liệu gói cho các dịch vụ số liệu. - Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đôi với thoại. - Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh. 1.2- Các công nghệ TTDĐ thê hệ thứ hai (2G): Đối với công nghiệp viễn thông toàn cầu, truy nhập vô tuyến thế hệ thứ hai là một thành công quan trọng đưa đến cho người sử dụng đầu cuối di động dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu tốc độ thấp. Tốc độ tăng trướng của điện thoại di động thế hệ thứ hai (2G) cho thấy thông tin di động đã thực sự trên đường hướng tới sự thâm nhập hoàn toàn thị trường đại chúng. Nhờ sự tăng trưởng nhanh chóng của Internet, thông tin đa phương tiện cũng đang thâm nhập thị trường đại chúng với tốc độ bùng nổ. Yêu cầu về một hệ thông tin 6 Luân văn coo hoc fí(ĩ( trước dô rôns bçuig íẩR di động tế bào số cùng với các dịch vụ đa phương tiện từ Internet sẽ tạo nên cơ sở cho hệ thống thông tin vô tuyến tổ hợp và truy nhập đa phương tiện tương lai. Trong khoảng thời gian từ cuối những năm 1980 đầu những năm 1990, nhiều tiêu chuẩn thông tin di động tế bào số đã được phát triển bởi các tổ chức tiêu chuẩn khu vực mà chủ yếu là từ các quốc gia, châu lục có nền công nghiệp viễn thông và vô tuyến hàng đầu là châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật bản. Các tiêu chuẩn này đều được xếp vào nhóm công nghệ thế hệ thứ hai (2G) để phân biệt với các công nghệ thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) đã được phát triển từ hơn 10 năm trước. Có bốn công nghệ chính là công nghệ GSM, TDMA/IS-136, PDC và CDMA/IS-95. 1.2.1- Công nghệ GSM: Sự phát triển một tiêu chuẩn di động tế bào số cho châu Âu đã bắt đầu từ khoảng những năm 1980. Kể từ đó đến nay, GSM đã phát triển và trở thành một tiêu chuẩn thê hệ thứ hai (2G) hàng đầu trên toàn thê giới cả về góc độ số lượng thuê bao cũng như vùng phủ sóng. GSM là hệ thống đa truv nhập phân chia theo thời gian (TDMA) sử dụng 8 khe thời gian trên mỗi sóng mang. Phân cách các sóng mang trong GSM là 200kHz. Các hệ thống CiSM kiểu châu Âu hoạt động trên hai băng tần 900MHz và 1800MHz: - Hệ thống làm việc ở băng tần 900MHz được gọi là GSM-900. - Hệ thống làm việc ở băng tần 1800MHz được gọi là GSM-1800 hay DCS1800. Trong khi đó tại Mỹ, các hệ thống GSM làm việc ở băng tần 1900MHz và được gọi tên là GSM-1900 hay PCS-1900. Về mặt dịch vụ, GSM là một mạng số tổ hợp đa dịch vụ (ISDN) di động hỗ trợ đa dạng các loại hình dịch vụ. Vấn đề hỗ trợ mạng thông minh (IN) cũng đã được xác định trong GSM - chẳng hạn như dịch vụ môi trường tại nhà ảo - và rất nhiều các dịch vụ tiên tiến khác. Hiện nay, nhờ có dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS, truy nhập gói cũng có thê được tích hợp trong hệ thống GSM. 1.2.2- Công nghệ TDMA/IS-136: Công nghệ này trước đây được gọi là D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service) hay NA-TDMA (North America TDMA) được xác định bởi Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông TIA(Telecommunications Industry Association) tại Mỹ vào 7 Đ ủ t trư ớ c dô rô n g băn tí tần Lu â n văn coo hoc khoảng năm 1988. TDMA/IS-136 nhằm mục tiêu số hóa các hệ thống tương tự sử dụng công nghệ AMPS còn khá phổ biến khi đó tại Bắc Mỹ. Để đảm bảo tương thích với các hệ thống AMPS, tiêu chuẩn TDMA/IS-136 cũng qui định phân cách các sóng mans là 30kHz với 3 khe thời gian trên mỗi sóng mang. TDMA/IS-136 làm việc trên hai băng tần 800MHz và 1900MHz. Về mặt cung cấp dịch vụ, TDMA/IS-136 cũng hỗ trợ hầu hết các dịch vụ mà GSM cung cấp. 1.2.3- Công nghệ PDC: Sự phát triển tiêu chuẩn di động tế bào số cá nhân PDC (Personal Digital Cellular) được Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển các Hệ thống Vô tuyến (RCRResearch & Development Centre for Radio System), tiền thân của Hiệp hội Công nghiệp Vô tuyến và Phát thanh (ARIB-Association of Radio Industries and Broadcasting) Nhật bản, soạn thảo vào khoảng nãm 1990. PDC cũng là hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) có nhiều điểm tương tự như TDMA/IS-136 với phân cách các sóng mang là 25kHz, sử dụng 3 khe thời gian trên mỗi sóng mang nhằm đảm bảo tương thích với các hệ thống di động tương tự còn đang hoạt động tại Nhật bản. Các hệ thống PDC làm việc ở băng tần 800MHz và 1500MHz. 1.2.4- Công nghệ CDMA/IS-95: CDMA/IS-95 là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng hẹp được Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông (Mỹ) xác định vào khoảng năm 1991 và sau đó được sự chấp thuận của nhiều quốc gia khác, đặc biệt là Hàn quốc và Nhật bản. CDMA/IS-95 sử dụng phương thức trải phổ dãy trực tiếp DS/SS (Direct Sequence Spectrum Spreading), qui định phân cách các sóng mang 1,25MHz với tốc độ mã trải phổ là l,2288Mcps. Bãng tần làm việc của CDMA/IS-95 gồm hai dải: 800MHz và 1900MHz tương tự như tiêu chuẩn TDMA/IS-136. Bảng 1.2.4.1 sau đây cho thấy thống kê sử dụng và tăng trưởng của các công nghệ thế hệ thứ hai (2G)[4]: Bảng 1.2.4.1. Phân chia thị trường các công nghệ 2G Tiêu chuẩn GSM Số thuê bao (triệu số) 183,3 Quốc gia/mạng 120/284 Tăng trưởng hàng tháng (triệu số) 7,6 8 Lu un van cao hoc PDC TDMA CDMA D û t triïfic d fi rfin g bau x tàn 43,3 24,3 31,5 1/30 34/104 12/31 0,6 1.4 1,5 Nhîn chung, câc tiêu chuan thông tin di dông thé hê hai (2G) dâ nêu trên dây co ban chi nhàm xâc dinh mot hê thông diên thoai di dông - tire là mot hê thông cung cap tôi ngirôi sir dung dâu cuô'i câc dich vu thoai kiêu chuyén mach kênh. Bàng trên thô'ng kê hiên trang su dung câc công nghê thé hê thür hai (2G) tinh dê'n giùa nâm 1999. Ngoài câc dich vu thoai, nhùng hê thông thé hê hai (2G) này cûng hô tro mot sô câc dich vu bo sung và vài dich vu dû lieu toc dô thâp. Tuy vây, tât cà câc tiêu chuan này dêu chua sân sàng dâp ùng viêc chuyën tài luu lirçrng cao trên co sô mach cüng nhu trên co sô gôi, chua cô khà nàng cung cap dô rông bâng thông thay doi theo yêu eau, hay hô tro dich vu dû lieu không dô'i xûng... dô là chua nhàc tôi nhùng van de kÿ thuât khâc nhu dung lirong hê thông, hiêu quâ sir dung pho, chuyën mang toàn eau giùa câc chuan.v.v. 1.3- Cac kien nghi cho TTDD thê hê thu* ba (3G) và tînh hînh chuan hoa 1.3.1- Thông ttn di dông thé hê thir ba (3G): 1.3.1.1- Khâi niêrn thông tin di dông thé hê th ü b a (3G): Thông tin di dông thé hê thù ba (3G), nôi mot câch don giàn, là thông tin di dông thé hê moi, cung cap dich vu da phuong tien (multimédia) bâng rông trên pham vi toàn eau. Thông tin di dông thé hê thù hai (2G) tuy khâc phuc duoc nhuoc diëm cüa thông tin di dông thé hê thù nhât (1G), chat luong âm thoai, tînh nâng bâo mât duoc nâng cao hon nhiëu và cô thê thuc hiên tu dông chuyén mang trong tînh, lien tînh và quô'c té nhung do dô rông dài thông cûa thé hê hai cô han nên không thë dâp ùng duoc yêu eau thông tin da phuong tien di dông. Dông thôi do tiêu chuan câc hê thông thông tin di dông thé hê thù hai (2G) là không dông nhât, nên cüng không thë thuc hiên chuyén mang toàn eau. So voi thông tin di dông kÿ thuât tuong tir thé hê thù nhât (1G) và thông tin di dông kÿ thuât sô thé hê thù hai (2G) thi thông tin di dông thë hê thù ba (3G) là thông 9 L uán văn cao hoc i ) a t triíớ c dô rôn<’ băn.u tần tin di động đa phương tiện phủ khắp toàn cầu. Nó có thê chuyên mạng, làm cho việc giao lưu ở bất cứ thời gian nào, bất cứ ở đâu và giữa bất cứ người nào là điều có thể thực hiện được. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao đều có một mã số máy thông tin cá nhân, đem theo máy cầm tay đến bất cứ quốc gia nào trên thế giới đều có thể tìm ra được; ngược lại, đến bất cứ nơi nào trên thế giới đều có thể thông tin dễ dàng với thuê bao trong nước hay thuê bao của nước khác, hoàn toàn không khác gì như thông tin khi ở trong nước. Ngoài ra, khả năng thực hiện thông tin dữ liệu tốc độ cao và thông tin đa phương tiện băng rộng là một đặc điểm chủ yếu khác của thông tin di động thế hệ thứ ba (3G). Với thế hệ này, ngoài việc có thể tiến hành tìm gọi (nhắn tin) và đàm thoại thông thường ra, còn có thể truy nhập vào mạng (Internet) đọc báo chí, tra cứu tin tức, hình ảnh V..V.. Do băng tần được mở rộng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) còn có thể truyền hình ảnh, cung cấp dịch vụ điện thoại thấy hình ... 1.3.1.2- So lược tiến trình xây dựng tiêu chuẩn thông tin di động th ế hệ thứ ba (3G): Ngay từ năm 1985, ý tưởng về một hệ thống thông tin di động mật đất tương lai FPLMTS (Future Public Land Telecommunications System) đã được đề xuất và công việc phát triển một tiêu chuẩn thông tin di động mới [8] được bắt đầu vào cùng thời gian mà tiêu chuẩn GSM được xác định. Năm 1991, Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU chính thức thành lập Nhóm công tác TG 8/1 phụ trách cóng tác xây dựng tiêu chuẩn FPLMTS. Năm 1992, ITU triệu tập Hội nghị Quản lý Vô tuyến Thế giới WARC (World Administrative Radio Conference), tiến hành hoạch định tần số của FPLMTS. Lần hội nghị này đã trở thành một cái mốc quan trọng trong tiến trình tiêu chuẩn thông tin di động thế hệ thứ ba (3G). Năm 1994, ITU-T và ITU-R chính thức bắt tay nghiên cứu FPLMTS. Năm 1996, FPLMTS chính thức đổi tên thành IMT-2000 (International Mobile Telecommunication System 2000). Đầu năm 1997, ITU phát thông tri yêu cầu các nước trình phương án kỹ thuật về giao diện vô tuyến để tuyển chọn cho IMT-2000 trước tháng 6 năm 1998. Tháng 6 nãm 1998, ITU đã nhận được 15 phương án kỹ thuật giao diện vô tuyến có liên quan đến thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) để lựa chọn. 10 Luán văn cao hoc Đãt ínfó'c dò rô/iỊỉ băn .¡ỉ kín Tháng 3 năm 1999, Hội nghị lần thứ 16 của TG 8/1 ITU-R tại Brazil đã xác định cấu trúc chung của thông tin di động thế hệ thứ ba (3G). Kỹ thuật giao diện vô tuyến trên mặt đất của IMT-2000 được phân ra làm hai nhóm lớn là TDMA và CDMA. Sau Hội nghị Brazil của TG 8/1 ITU-R không lâu, Qualcomm và Ericsson ký hiệp định cho phép sử dụng bằng sáng chế của nhau. Tháng 5 năm 1999, tại hội nghị Toronto, Tổ chức các nhà khai thác quốc tế, hơn 30 nhà khai thác vô tuyến chủ yếu và hơn 10 nhà sản xuất thiết bị trên thế giới ký hiệp định dung hợp kỹ thuật CDMA FDD. Tháng 6 năm 1999, Hội nghị lần thứ 17 của TG 8/1 ITU-R tại Bắc kinh đã không chỉ xác định toàn diện khuôn khổ chi tiết qui phạm cuối cùng của giao diện vô tuyến thông tin di động thế hệ thứ ba (3G), mà còn đạt được thành quả quan trọng thúc đẩy thêm một bước việc dung hợp kỹ thuật CDMA. Tháng 11 năm 1999, Hội nghị lần thứ 18 của TG 8/1 ITU-R về tiêu chuẩn kỹ thuật thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) tại Phần lan đã bế mạc. Đây là một hội nghị quan trọng có ý nghĩa lịch sử được toàn thế giới quan tâm theo dõi, Hội nghị đã thông qua kiến nghị về "Qui phạm kỹ thuật giao diện vô tuyến IMT-2000". Việc thông qua kiến nghị này cũng có nghĩa là công tác của TG 8/1 vế tiêu chuẩn giao diện vô tuyến thông tin di động thê hệ thứ ba (3G) trên cơ bản đã hoàn thành. ỉ . 3.1.3- Những yêu cầu và mục tiêu đôi với IMT-2000Ị4]: IMT-2000 là một hệ thống thông tin di động thê hệ thứ ba (3G) nhằm phát triển và hợp nhất các hệ thống thuộc thế hệ hai (2G) rất đa dạng như chúng ta thấy từ giữa những năm 90 trên một hạ tầng vô tuyến có khả nãng cung cấp dải rộng các dịch vụ vào khoảng năm 2000 trong nhiều môi trường khác nhau. Những đặc điểm và mục tiêu chủ yếu của một hệ thống IMT-2000 so với các hệ thống trước IMT-2000 (xét theo các dịch vụ di động hiện hữu hoặc sẽ được cung cấp trước IMT-2000) bao gồm những nội dung sau đây: a-Hệ thống toàn cầu: - Một tiêu chuẩn toàn cầu thúc đẩy ở mức độ cao sự thống nhất thiết kế trên thế giới đồng thời hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống. - Sử dụng toàn cầu một loại máy đầu cuối bỏ túi gọn, nhẹ nhưng vẫn chấp thuận các đầu cuối khác. - Thị trường lớn hơn dẫn tới giảm giá thành. 11 1 .11(111 Viln coo hoc Đ ũ i trư ớ c dô rò n iỉ b ă n ịi tần Băng tần chung toàn cầu. - Chuyên mạng toàn cầu trên cơ sở đầu cuối di động. - Thiết bị tương thích toàn cầu. b-Các dịch vụ mới và các khả năng mới: - Khả năng cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu mới tiên tiến hơn các công nghệ trước IMT-2000. - Sẵn sàng cho người sử dụng di động một dải các dịch vụ thoại và phi thoại, bao gồm cả các dịch vụ dữ liệu gói và đa phương tiện. - Chất lượng dịch vụ cao hơn, đặc biệt là thoại. - Chất lượng và độ tích hợp cao hơn so với mạng cố định. Khả năng cung cấp tốc độ bit cao hơn cho người sử dụng. Phương tiện truyền dẫn vô tuyến linh hoạt. - Khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dải rộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu cao khi truyền video hoặc truyền file. Hỗ trợ khả năng truyền dữ liệu không đối xứng đòi hỏi tốc độ dữ liệu một chiều rất cao nhưng chí yêu cầu tốc độ dữ liệu thấp hơn nhiều ở chiều ngược lại. - Độ bảo mật được cải thiện và dễ khai thác. - Tạo các dịch vụ trên cơ sở mạng thông minh (IN) và quản lý các profile dịch vụ theo hệ thống khuyến nghị ITU-T Q.1200. - Quản lý hệ thống kết hợp theo hệ thống khuyến nghị ITU-T M.3000. C-Phát triển và chuyển đổi: - Phát triển hệ thống linh hoạt, chuyển đổi người sử dụng linh hoạt từ các hệ thống trước IMT-2000 và trong nội bộ IMT-2000. - Tương thích dịch vụ trong nội bộ IMT-2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN. - Cung cấp khung công việc cho hoạt động tiếp tục mở rộng dịch vụ mạng di động và truy nhập tới các dịch vụ và các phương tiện của mạng cô định. Cấu trúc mở cho phép đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ và các ứng dụng khác nhau. 12 Luâ n van co o hoc D ă t tn fâ c d ô rôn.iỉ hü Ị ì tí tần Khả năng cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống trước IMT-2000. d-Độ linh hoạt và những khả năng đa môi trường: - Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau nhằm cung cấp cho khách hàng vùng phủ ỉớn hơn, chuyên mạng trong suốt và các dịch vụ ổn định. - Tích hợp mạng mặt đất và vệ tinh. - Cung cấp các dịch vụ với nhiều mạng trong bất kỳ vùng phủ nào. - Cung cấp các dịch vụ trên một dải rộng mật độ người sử dụng và vùng phủ sóng. - Cung cấp các dịch vụ cho cả người sử dụng di động và người sử dụng cố định ở thành phố, nông thôn, các vùng sâu, vùng xa. Môi trường hoạt động rộng bao gồm cả hàng không và hàng hải. - Cấu trúc module cho phép bắt đầu triển khai hệ thống từ cấu hình nhỏ và đơn giản phát triển lên tới những cấu hình lớn và phức tạp theo yêu cầu. - Phục vụ cho yêu cầu của các quốc gia đang phát triển. Linh hoạt trong việc sử dụng các thiết bị đầu cuối nạp được các phần mềm tương thích nhằm hỗ trợ khả năng đa băng tần và đa môi trường. - Các tham số chính về độ rộng băng tần, chất lượng truyền dẫn, độ trễ có thể lựa chọn, thương lượng, trộn và ghép do yêu cầu của dịch vụ theo khả năng tức thời của kênh vô tuyến. " Sử dụng tốt hơn phổ tần vô tuyến so với các hệ thống trước IMT-2000; cung cấp dịch vụ ổn định với giá cả chấp nhận được, có tính đến các yêu cầu khác nhau về tốc độ dữ liệu, tính đối xứng, chất lượng kênh và độ trễ. 1.3.1.4- Các dịch vụ trong hệ thông thông tin di động th ế hệ th ứ 3 [l] Các hệ thống thông tin di động thứ ba có thể cung cấp các dịch vụ tốc độ bít cao lên đến 2 Mbit/s. Với các khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ bit cao, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba có thể cung cấp dễ dàng một số các dịch vụ mới như: điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh đường xuống. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng phải cung cấp được các dịch vụ đa phương tiện. Các dịch vụ 13 Luân văn cao hoc Đãt trước đô rông băng tần đa phương tiện do hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cung cấp được cho ở hình 1.3.1.4.1 Từ hình 1.3.1.4.1 ta thấy các dịch vụ này trải rộng từ thông tin tốc độ thấp đến thông tin tốc độ cao và lên đến tốc độ cực đại là 2 Mbit/s. Bao gồm nhiều kiểu thông tin: truyền dẫn không đối xứng và đối xứng, thông tin điểm đến điểm và đa điểm. Nhà khai thác mạng phải đảm bảo môi trường mạng, trong đó người sử dụng có thể tự do sử dụng các dịch vụ đa phương tiện mà không bị hạn chê bởi cấu hình topo của mạng cũng như cần phải trang bị lại các dịch vụ của người sử dụng. Vì thế cần phải xây dựng các dịch vụ kết hợp chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Trong giai đoạn đầu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba chưa thể thực hiện tất cả các chức năng chất lượng dịch vụ QoS, nên các ứng dụng nhạy cảm trễ như thoại và điện thoại có hình sẽ được truyền trên các vật mang chuyển mạch kênh. Sau này sẽ có thể hỗ trợ các dịch vụ nhạy cảm trễ giống như số liệu gói với các chức nãng QoS. Đ a phương tiện di dộng Q uảng bá 2 M bit/s 384 kbit/s 64 kbit/s Truyền hình hội nghị (chất lượng cao) Truyền hình hội nghị (chất lượng thấp) 32 kbit/s Đ iện thoại WWW Y tế từ xa (hình ảnh y tế) Thư điện tử (E-M ail) I M ua hàng theo catalog viHpn V eđ io theo yêu cầu: Thể thao - Tin tức - Phim Báo điên tử Thư tiếng I 16 kbit/s Karaoke ISDN X uất bản đ iện tứ ftp 9,6 kbit/s 2.4 kbit/s Truy cập Internet Truy nhập cơ sở dữ liệu Đ iên thoại Điệri thoại p Thư điện tử V. V... 1,2 Các dịch vụ phân phối th ôíĩgrtirúc Dự báo thời tiết \ yhán fn Thông tin lưu lượng (xe cộ) Thông tin nghỉ ngơi H ình C ^ ls ố liệu FAX T iế n g kbit/s Đ ó i xứng K hông đối xứng Đ iểm đến điểm Đ a phươrm Đ iểm da điểm W W W = W orld W ide Web: W eb toàn cầu; FTP = File Transfer Protocol: Giao thức truyền File Hình 1.3.1.4.1: Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thốne thône tin di đôns thế hê thứ ba. 14 Luân van cuo hoc Đăt trước dô nv]JL Ị2ỀLULíáỉl Pliân loại dịch vụ Các nhà khai thác có thê cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng. Hầu hết các dịch vụ này liên quan đến các kiểu dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều bổ sung khác nhau và các dịch vụ bổ sung. Ngoài ra có thể đưa ra các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như e-mail. Các dịch vụ được phân loại thành: Dịch vụ di động - Dịch vụ viễn thông Dịch vụ Internet Kiểu Dịch vụ di động Bảng 1.3.1.4.1: Phàn Phân loai Dịch vụ di động Dịch vụ thông tin định vi Dịch vụ Audio Dịch vụ sô liệu Dịch vụ viễn thông Dịch vụ đa phương tiện Dịch vụ Internet internet đơn giản Internet thời gian thực Dịch vụ đa phương tiện loại dịch vụ Dich vu chi tiết Di động đầu cuối/ Di động cá nhân/Di động dich vu Dich vu audio chất lương cao (1 6 -6 4 Kbit/s)' Dịch vụ audio AM (32 - 64 Kbit/s) Dịch vụ audio FM (64 - 384 Kbit/s) Dich vu số liêu tốc đô trung bình thấp (64 144 Kbit/s) Dich vu số liêu tốc đô trung bình cao (144 Kbit/s - 2 Mbit/s) Dịch vụ số liệu tốc độ siêu cao (> 2 Mbit/s) Dịch vụ video (~ 384 Kbit/s) Dịch vu video chuyển động (384 Kbit/s - 2 Mbit/s) Dich vu video chuyên đông thời gian thưc (> 2 Mbit/s) Dịch vụ truy nhập Web (~ 384 Kbit/s) Dịch vụ Intranet (384 Kbit/s - 2Mbit/s) Dịch vụ Web đa phương tiện thời gian thực 1.3.2- Các kiến nghị cho TTDĐ thế hệ thứ ba (3G)[4]: Theo khuyến nghị của Hội nghị Quản lý Vô tuyến Thế giới WARC năm 1995 băng tần 1885 - 2025 MHz và 2110 - 2200 MHz sẽ được sử dụng ở phạm vi toàn cầu cho các nhà quản lý mong muốn triển khai TTDĐ thế hệ thứ ba (3G). Tuy vậy việc sử dụng theo khuyến nghị này không loại trừ việc sử dụng những băng tần đó cho các dịch vụ khác. Trong những băng tần được khuyến nghị dải tần 1980 - 2010MHz và 2170 - 2200MHz giành cho dịch vụ di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite Service) chủ 15 Lmill văn cao hoc Dü í Ịrước dô rông báìĩỊi tần yếu sẽ được sử dụng ở mức độ toàn cầu cho thành phần vệ tinh của IMT-2000. Ngoài ra, dịch vụ di động vệ tinh Vùng 2 (MSS Region 2) cũng được phàn bổ dải tần 2010 2025MHz và 2160 - 2170MHz. Hình 1.3.2.1 sau đây cho thấy hiện trạng chung về cấp phát phổ tần số: MSS reg 2 MSS reg 2 ITU/RR IMT-2000 MSS IMT2000 MSS ì DECT UMTS (TDD) Europe GSM 1800 Japan PHS USA UMTS (TDD) IMT-2000 MSS UMTS MSS IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS PCS MSS MSS l------- 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 Frequency in Mhz Hình 1.3.2.1. Tình hình phân bố phổ tần số Sau khi hoàn thành việc xác định băng tần cho IMT-2000, ITƯ chính thức yêu cầu các quốc gia đệ trình phương án chuẩn giao diện vô tuyến cho TTDĐ thê hệ thứ ba (3G). Nhận được yêu cầu của ITU, nhiều tổ chức và hiệp hội công nghiệp viễn thông từ hầu khắp các châu lục đã đệ trình kiến nghị của họ về chuẩn giao diện vô tuyến đê ITU phê chuẩn. Phần lớn các kiến nghị đều xuất phát từ các quốc gia, khu vực có công nghiệp vô tuyến phát triển như châu Âu, Mỹ, Nhật bản... 1.3.2.1- Nhật bản: Nhật bản là một quốc gia có thị trường các dịch vụ vô tuyến phát triển rất nhanh và Hiệp hội Công nghiệp Vô tuyến và Phát thanh-ARIB muốn có một chuẩn thống nhất cho Nhật bản. Tuy nhiên, các nhà khai thác TTDĐ chủ yếu, một bên là NTT DoCoMo còn bên kia là DDI và IDO đều cố gắng vận động ARIB đệ trình lên ITU giải pháp riêng của họ: NTT DoCoMo đưa ra phiên bản riêng của họ về W-CDMA với giao thức mạng INAP và đặt tên cho hệ thống này là "Core A". Sau đó, trên 16 Luâìì văn cao hoc Đ ũ ỉ tiư ớ c dò ro il í! bă iìịỉ tần cơ sở thỏa thuận với Ericsson về việc triển khai một hệ thống W-CDMA thử nghiệm đầu tiên trên thế giới tại Nhật bản, NTT DoCoMo đã chấp thuận một giải pháp W-CDMA làm việc ở chế độ song công phân chia theo tần sô FDD (Frequency Division Duplex) tương tự như kiến nghị của ETSI/SMG, sử dụng tốc độ chip mã trải phổ 4,096Mcps với giao thức mạng GSM-MAP. - DDI và IDO ủng hộ một công nghệ cho phép chuyển lên dễ dàng từ cdmaOne/IS-95, bởi lẽ họ đang khai thác một số mạng CDMA băng hẹp theo chuẩn IS-95. Vì thế, DDI và IDO kiến nghị lên ARIB giải pháp WideBand-cdmaOne sử dụng tốc độ chip trải phổ mã 3,6864Mcps với giao thức mạng ANSI-41. Mặc dù ARIB đã cố gắng kết hợp hai giải pháp này để đưa ra một kiến nghị thống nhất tới ITU, nhưng đã không dung hợp được những khác biệt giữa các bên. Cuối cùng ARIB đã chọn và đệ trình lên ITU kiến nghị W-CDMA mà NTT DoCoMo khởi xướng. 1.3.2.2- Hàn quốc: Hàn quốc cũng là quốc gia đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển các công nghệ TTDĐ thê hệ thứ ba (3G). Hiệp hội Công nghệ Viễn thông (TTATelecommunications Technology Association) Hàn quốc đã đệ trình lên ITU hai kiến nghị: - Global CDMA I là công nghệ CDMA trải phổ trực tiếp sử dụng tốc độ chip mã trải phổ 3,6864Mcps và có nhiều điểm tương đồng với kiến nghị cđma2000. Khác biệt đáng kê của Global CDMA I so với cdma2000 là kiến nghị này không hỗ trợ chế độ song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex). - Global CDMA II cũng là công nghệ CDMA trải phổ trực tiếp nhưng sử dụng tốc độ chip mã trải phổ 4,096Mcps và có nhiều điểm giống với kiến nghị W-CDMA của ETSI/SMG và ARIB. Global CDMA II không hỗ trợ chế độ song công phân chia theo thời gian TDD. 1.3.2.3- Cháu Âu: Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI-European Telecommunications Standards Institute) đã bắt đầu công việc lưa chọn một chuẩn thống nhất chotìệ-thống * * t J A l n O C C H I ' X G ' A ^ \ * TR U N G TÀM T H Ò H i l T I N . T H Ư V I Ê N ị I