Tài liệu Tổng quan về công nghệ w-cdma

Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Tên đề tài: Tổng quan về công nghệ W-CDMA Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà Lớp: 09LTĐT GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 1 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại. Các hệ thống thông tin di động với khản năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thông tin ngày nay. Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1946, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số lệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khản năng vượt quá thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng sẽ được triển khai trong cuối năm 2009 này. Đối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT2000. Xuất phát từ định hướng này mà em chọn đề tài nghiên cứu về 3G. Đề tài “Tổng quan về công nghệ W-CDMA” gồm có 3 chương: Chƣơng 1: Giới thiệu các hệ thống thông tin di động Chƣơng 2: Mạng GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G Chƣơng 3: Công nghệ W-CDMA Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.S. Trần Thanh Hà. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ án nhưng với thời gian và trình độ có hạn nên đồ án còn có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cô và các bạn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S. Trần Thanh Hà đã giúp em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 2 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Nguyễn Trung Tuấn GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 3 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA AUC AMR ATM BTS BSS BSC BSIC BCCH BPSK BER BS CSPDN CCH CCCH CGI CI CDMA CN CS CTCH CC CRC DTCH DSSS ETSI EIR EDGE ECSD BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT A Authentication Centre Trung tâm nhận thực Adaptive Multi Rate Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng Asynchronous Tnsfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ B Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc Base Station Subsystem Hệ thống con trạm gốc Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc Base Transceiver Station Mã nhận dạng trạm thu phát gốc Identity Code Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit Base Station Trạm gốc C Circuit Switch Public Data Mạng số liệu công cộng chuyển Network mạch theo mạch Control Channel Kênh điều khiển Common Control Channel Kênh điều khiển chung Cell Global Identity Số nhận dạng ô Cell Identity Số nhận dạng tế bào Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Core Network Mạng lõi Circuit Switching Chuyển mạch kênh Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung Convolutional Code Mã xoắn Cyclic Redundance Check Kiểm tra độ dư vòng D Deticated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng Direct Sequence Spread Trải phổ dãy trực tiếp Spectrum E European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Chân Âu Standards Institute Equipment Identification Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Data tes for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để phát Evolution triển GSM Enhanced Circuit Switched Data Tăng cường dữ liệu chuyển mạch kênh F GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 4 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA FDMA FSK FB FCCH FACCH FDD FHSS GSM GMSC GMSK GPRS GGSN GSN 3GPP Frequency Division Multiple Access Frequency Shift Keying Frequency Correction Burst Frequency Correction Channel Fast Associated Control Channel Frequency Division Duplex Frequency Hopping Spreading Spectrum G Global System for Mobile Communication Gateway MSC Gaussian Minimum Shift Keying General Packet Radio Service GPRS Support Node GPRS Support Node Third Generation Partnership Pecject Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều chế số theo tần số tín hiệu Cụm hiệu chỉnh tần số Kênh hiệu chỉnh tần số Kênh điều khiển liên kết nhanh Song công phân chia theo tần số Trải phổ nhảy tần Hệ thống viễn thông toàn cầu Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng Điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss Dịch vụ vô tuyến gói chung Nút hỗ trợ cổng GPRS Nút hỗ trợ GPRS Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào H HLR HSCSD HPSK ISDN IWF IMEI IMSI IP IF LA LAI LAC Bô ghi định vị trường trú Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Điều chế pha hỗn hợp Home Location Register High Speed Circuit Switched Data Hybrid Phase Shift Keying I Integrated Service Digital Mạng số liên kết đa dịch vụ Network Interworking Function Các chức năng tương tác International Mobile Equipment Số nhận dạng di động quốc tế Identity International Mobile Subciber Số nhận dạng thuê bao di động quốc Identity tế Internet Protocol Giao thức Internet Intermediate Frequency Trung tần L Location Area Vùng định vị Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị Location Area Code Mã vùng định vị GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 5 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA LLC MS MSC ME MSK MCC MNC MSIN MSRN MMS MAC NMC NSS OSS OMC PSTN PSPDN PLMN PCM PDP PN PACCH PCCCH PCPCH PSK PDCP PS PCCC Điều khiển kênh logic Logical Link Control M Mobile Station Mobile Service Switching Center Mobile Equipment Minimum Shift Keying Mobile Country Code Mobile Network Code Mobile Station Identification Number Mobile Station Roaming Number Multimedia Messaging Service Medium Access Control N Network Management Center Network Subsystem O Opration Subsystem Operation & Maintenance Center P Public Switch Telephone Network Packet Switched Public Data Network Public Land Mobile Network Pulse Code Modulation Packet Data Protocol Pseudo Noise Packet Associated Control Channel Packet Common Control Channel Physical Common Packet Channel Phase Shift Keying Packet Data Convergence Packet Switch Parallel Concatenated GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 6 Trạm di động Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động Thiết bị di động Điều chế khóa pha cực tiểu Mã quốc gia của mạng di động Mã mạng thông tinn di động Số nhận dạng trạm di động Số lưu động của thuê bao di động Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Điều khiển truy nhập môi trường Trung tâm quản lý mạng Phân hệ mạng Hệ thống con khai thác Trung tâm quản lý và bảo dưỡng Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói Mạng di động mặt đất công cộng Điều chế xung mã Giao thức dữ liệu gói Mã giả tạp âm Kênh điều khiển liên kết gói Kênh điều khiển gói chung Kênh gói chung vật lý Khóa dịch pha Giao thức hội tụ số liệu gói Chuyển mạch gói Mã xoắn móc nối song song SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Convolutional Code R RACH RLC RF RNC RNS RANAP Kênh truy nhập ngẫu nhiên Điều khiển liên kết vô tuyến Tần số sóng mang Bộ điều khiển mạng vô tuyến Hệ thống mạng con vô tuyến Phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến Random Access Channel Radio Link Control Radio Frequency Radio Network Controller Radio Network Subsystem Radio Access Network Application Part S SS SIM SCH SMS SN SGSN SNR SF Hệ thống con chuyển mạch Modul nhận dạng thuê bao Kênh đồng bộ Dịch vụ bản tin ngắn Số thuê bao Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm Hệ số trải phổ Switching Subsystem Subscriber Identity Module Synchoronization Channel Short Message Service Subcriber Number Serving GPRS Support Node Signal to Noise Ratio TDMA T Time Division Multiple Access TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit TCH TAF TCP TDD Traffic Channel Terminal Adaptation Function Transmission Control Protocol Time Division Duplex TS THSS Time Slot Time Hopping Spreading Spectrum UMTS UTRAN UE USIM VLR Đa truy nhập phân chia theo thời gian Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ Kênh lưu lượng Chức năng thích ứng đầu cuối Giao thức điều khiển truyền dẫn Song công phân chia theo thời gian Khe thời gian Trải phổ nhảy thời gian U Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Telecommunication System UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Network UMTS User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Subscriber Identity Modul nhận dạng thuê bao UMTS Module V Visistor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 7 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA W Giao thức ứng dụng không dây Đa truy cập phân mã băng rộng WAP Wireless Application Protocol W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà Thế hệ thứ 1 Thế hệ thứ 2 Thế hệ thứ 3 8 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA MỤC LỤC CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chương ................................................................................. 1 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) .............................................. 1 1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) .............................................. 2 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) .............................................. 5 1.4.1 Các mạng 3G chính ...................................................................... 6 1.4.2 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động ......................... 8 thế hệ thứ 3 (3G) 1.5 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo........................................... 9 1.6 Kết luận chương ................................................................................. 10 CHƢƠNG II MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G 2.1 Giới thiệu chung về GSM ................................................................... 11 2.1.1 Giới thiệu về GSM ..................................................................... 11 2.1.2 Lịch sử mạng.............................................................................. 11 2.1.3 Các chỉ tiêu kĩ thuật của mạng GSM .......................................... 11 2.1.4 Phương pháp truy nhập trong mạng GSM .................................. 13 2.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM .................................... 14 2.2.1 Cấu trúc của hệ thống ................................................................. 14 2.2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống ................................. 15 GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 9 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA 2.3 Các trường hợp thông tin .................................................................... 17 2.3.1 Các trạng thái của máy di động MS ............................................ 17 2.3.2 Thủ tục nhập mạng ..................................................................... 18 2.3.3 Lưu động và cập nhật vị trí ......................................................... 18 2.3.4 Các trường hợp cuộc gọi ............................................................ 18 2.3.5 Thủ tục rời mạng ........................................................................ 21 2.3.6 Các trường hợp chuyển giao ....................................................... 21 2.4 Dịch vụ và bảo mật trong GSM .......................................................... 23 2.4.1 Các dịch vụ trong GSM .............................................................. 23 2.4.2 Bảo mật trong GSM ................................................................... 24 2.5 Kỹ thuật vô tuyến trong GSM ............................................................. 26 2.5.1 Mã hóa kênh............................................................................... 26 2.5.2 Điều chế ..................................................................................... 27 2.6 Nâng cấp lên 3G ................................................................................. 29 2.6.1 Các tiêu chí nâng cấp GSM lên 3G ............................................. 29 2.6.2 Giải pháp nâng cấp ..................................................................... 30 2.7 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) ....................... 31 2.7.1 Kỹ thuật điều chế trong EDGE ................................................... 32 2.7.2 Giao tiếp vô tuyến ...................................................................... 33 2.8 Kết luận chương ................................................................................. 34 CHƢƠNG III CÔNG NGHỆ W-CDMA 3.1 Giới thiệu chương………................. .…………………………………35 3.2 Cấu trúc mạng ………………………………………………………. 35 GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 10 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA 3.2.1 Các đặc điểm của W-CDMA .. ................................................... 35 3.2.2 Các đặc tính cơ bản của W-CDMA ............................................ 37 3.2.3 Cấu trúc mạng W-CDMA ..... .. .................................................. 38 3.3 Các giao diện vô tuyến .................. .. .................................................. 42 3.4 Các giải pháp kĩ thuật trong W-CDMA .............................................. 44 3.4.1 Mã hóa và đan xen ................ .. .................................................. 44 3.4.1.1 Mã vòng ..................... .. .................................................. 44 3.4.1.2 Mã xoắn ..................... .. .................................................. 45 3.4.1.3 Mã TURBO................ .. .................................................. 47 3.4.1.4 Đan xen trong W-CDMA ................................................ 47 3.4.2 Điều chế BPSK và QPSK ...... .. .................................................. 48 3.4.2.1 Điều chế BPSK .......... .. .................................................. 48 3.4.2.2 Điều chế QPSK .......... .. .................................................. 49 3.5 Kỹ thuật trải phổ trong W-CDMA 51 3.5.1 Giới thiệu .............................. .. .................................................. 51 3.5.2 Nguyên lý trải phổ DSSS ....... ................................................... 53 3.5.3 Mã trải phổ ............................ .. .................................................. 54 3.6 Truy nhập gói ................................ .. .................................................. 56 3.6.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA ............................. 56 3.6.2 Lưu lượng số liệu gói ............ .. .................................................. 56 3.6.3 Các phương pháp lập biểu gói ................................................... 57 3.6.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian .................................... 58 GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 11 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA 3.6.3.2 Lập biểu phân chia theo mã ............................................. 58 3.7 Thiết lập một cuộc gọi trong W-CDMA UMTS .................................. 59 3.8 Kết luận chương ............................ .. .................................................. 61 Kết luận và phương hướng phát triển đề tài .............................................. 62 GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 12 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Chƣơng I GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG Trong xu thế phát triển chung của xã hội hiện đại thì sự ra đời của thông tin di động đã giúp cho con người trong việc liên lạc với nhau ở mọi nơi, mọi lúc. Và không dừng lại ở đó, khi việc liên lạc thoại đã được đáp ứng tốt thì nhu cầu về các dịch vụ gia tăng trên thông tin di động như truy cập Internet, truyền dữ liệu tốc độ cao…bắt đầu phát triển. Chương 1 của đồ án trình bày về lịch sử hình thành và phát triển của thông tin di động qua các thế hệ và những vấn đề chủ yếu của loại hình thông tin hiện đại này. 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 1 (1G First Generation ) Các hệ thống thông tin thế hệ thứ nhất (1G) hoạt động ở dải tần số 450-900 MHZ, sử dụng phương pháp điều chế FM và phương pháp truy cập FDMA, có mục đích chính là truyền thoại. các hệ thống này sử dụng kĩ thuật tương tự nên chất lượng thoại không cao, bị ảnh hưởng lớn bởi nhiễu, bảo mật kém và hạn chế đáng kể số lượng người dùng. hình 1.1 mô tả phương pháp đa truy cập với 5 người dùng. hình 1.1a mô tả phổ của hệ thống FDMA, băng thông của hệ thống được chia thành các băng khác nhau giữa các băng kề nhau có một tần số bảo vệ để tránh chồng phổ. Khi một người dùng gửi yêu cầu kết nối tới tổng đài, tổng đài sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và dành riêng cho người dùng đó trong suốt cuộc gọi. ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lại cho người khác. khi có 5 người dùng thì duy trì cuộc gọi như hình 1.1b, có thể ấn định kênh như trên hình 1.1c GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 13 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Băng tần hệ thống Phổ Khoảng bảo vệ Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh N .......... Tần số Băng tần Người dùng 5 Người dùng 4 Người dùng 3 Người dùng 2 Người dùng 1 Thời gian Tần số Người dùng 3 Kênh 3 Kênh 2 Người dùng 2,5 Người dùng 1,4 Kênh 1 Thời gian Hình 1.1 Khái niệm về hệ thống FDMA: (a) Phổ tần của hệ thống FDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh. 1.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 2 (2G Second Generation ) Các hệ thống thông tin thế hệ thứ 2 (2G) có nhiều ưu điểm vượt trội so với thế hệ thứ nhất (1G). các ưu điểm vượt trội đó là việc sử dụng các công nghệ số cho phép cải thiện chất lượng thông tin và tăng số lượng người sử dụng. các hệ thống này sử dụng băng tần 450-900MHZ và sử dụng kết hợp phương pháp đa truy cập theo mã và tần số (CDMA/FDMA) làm tăng số lượng người sử dụng. không những thế có thêm các dịch vụ di động mới như SMS, Fax và các dịch vụ bổ sung cho thoại… GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 14 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA  Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) Các hệ thống TDMA khắc phục vấn đề dung lượng kênh bằng cách phân chia kênh vô tuyến đơn thành các khe thời gian và phân bổ một khe thời gian cho mỗi thuê bao. Ví dụ như hệ thống TDMA của hoa kỳ có 3 khe thời gian trên mỗi kênh trong khi hệ thống GMS có 8 khe thời gian trên mỗi kênh. Để sử dụng các khe thời gian tín hiệu thoại tương tự cần chuyển sang dạng số. một bộ mã hóa thoại gọi là Vocoder thực hiện công việc này. Dung lượng có được ban đầu hơi nhỏ song việc dùng các Vocoder tốc độ bit thấp, số kênh thoại trên mỗi kênh vô tuyến có thể được tăng lên đáng kể. Phổ Băng tần hệ thống Tần số Thời gian chiếm kênh Người dùng 5Người dùng 4Người dùng 3Người dùng 2Người dùng 1 Thời gian Thời gian Hình 1.2 Khái niệm về hệ thống TDMA: (a) Phổ tần của hệ thống TDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh (khe), với giả thiết dùng TDMA 3 kênh. GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 15 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA  Đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access ) CDMA là Phân chia các truy cập theo mã. Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó không sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả một phổ tần (nhiều kênh một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao hơn công nghệ TDMA. Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Băng tần hệ thống Phổ Tần số Thời gian chiếm kênh Người dùng 5 Người dùng 4 Người dùng 3 Người dùng 2 Người dùng 1 Thời gian Tần số Người dùng 4 Người dùng 1 Người Người dùng 2 dùng 3 Người dùng 5 Thời gian Hình 1.3 Khái niệm về hệ thống CDMA: (a) phổ tần; (b) mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) phân bố kênh. GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 16 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA 1.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 (3G Third Generation ) Hình 1.4 lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G 3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation.Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh...). Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA có thể GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 17 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao hình ảnh video chất lượng và truyền hình số các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS) e-mail video streaming, high-ends games.... 1.4.1 Các mạng 3G chính Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: * UMTS (Universal Mobile Telephone Service) : Hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có. UMTS, dùng công nghệ CDMA băng rộng WCDMA, hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 21Mbps. Thực tế, hiện nay, tại đường xuống, tốc độ này chỉ có thể đạt 384 kbps (với máy di động hỗ trợ chuẩn R99), hay 7.2Mbps. Tốc độ này lớn hơn khá nhiều so với tốc độ 9.6kbps của 1 đơn kênh GSM hay 9.6kbps của đa kênh trong HSCSD (14.4 kbit/s của CDMAOne) và một số công nghệ mạng khác. Mạng UMTS đầu tiên triển khai năm 2002 nhấn mạnh tới các ứng dụng di động như TV di động hay thoại Video. Hiện tại, tốc độ truyền dữ liệu cao của UMTS thường dành để truy cập Internet. * CDMA (Code Division Multiple Access) Nghĩa là đa truy nhập (đa người dùng) phân chia theo mã. Khác với GMS phân phối tần số thành những kênh nhỏ, rồi chia sẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng. Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một giải tần. Các GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 18 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng. Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, CDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến, nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới. Đặc biệt các hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chi phí hiện thấp hơn hầu hết các mạng hữu tuyến khác, vì đòi hỏi ít trạm thu phát Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT – 2000 với các tiêu chí sau : - Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 1885-2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz. - Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến, tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. - Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau. - Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – Vitual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. - Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện. Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay là : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC. Trong quá trình thiết kế hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng. GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 19 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA 1.4.2 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động thế hệ ba Trong thông tin di động thế hệ ba, các nhà nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ cho khách hàng. Hầu hết các dịch vụ này liên quan đến các kiểu dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều bổ sung cùng với các dịch vụ mới. Ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như email…. Các dịch vụ này có thể phân thành các loại sau: - Các dịch vụ cơ sở bao gồm các dịch vụ theo kênh và các dịch vụ mang với thay đổi không nhiều lắm so với các dịch vụ trong GSM. - GPRS cung cấp các dịch vụ IP, SMS… - Các dịch vụ IP đa phương tiện là các dịch vụ mới gồm cả điện thoại IP, các dịch vụ bổ sung cho đa phương tiện IP chưa được tiêu chuẩn nhưng sẽ được thực hiện bằng các công cụ hay ở mức điều khiển cuộc gọi. Các dịch vụ IP dùng GPRS làm vật mang. - Các dịch vụ giá trị gia tăng không liên quan đến cuộc gọi bao gồm rất nhiều dịch vụ khác nhau đặc thù cho từng nhà khai thác. Chúng thường không được tiêu chuẩn hoá. Các dịch vụ này thường dựa trên các giao thức riêng ngoài tiêu chuẩn. Ngoài ra còn thể phân loại các dịch vụ IMT-2000 như sau: - Dịch vụ di động: + Dịch vụ di động: Dịch vụ di động đầu cuối / di động cá nhân / di động dịch vụ. + Dịch vụ thông tin định vị: Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh. - Dịch vụ viễn thông. - Dịch vụ âm thanh: dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbit/s), dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbit/s), dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbit/s). - Dịch vụ số liệu: Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbit/s), dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbit/s – 2Mbit/s), dịch vụ số liệu tốc độ cao (  2Mbit/s). - Dịch vụ đa phương tiện: dịch vụ video (384 kbit/s), dịch vụ ảnh động (384 kbit/s – 2Mbit/s), dịch vụ ảnh động thời gian thực (  2Mbit/s). - Dịch vụ Internet + Dịch vụ Internet đơn giản: dịch vụ truy nhập Web (384 kbit/s – 2Mbit/s). + Dịch vụ Internet thời gian thực: dịch vụ Internet (384 kbit/s – 2Mbit/s). GVHD: Th.S. Trần Thanh Hà 20 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn