Xu hướng phát triển điện thoại di động trên thế giới

Chơng i
Xu hớng phát triển của đtdđ trên thế giới
I.1 Vài nét về lịch sử phát triển của hệ thống GSM
ĐTDĐ đợc đa ra đầu tiên ở Mỹ là hệ thống dân dụng sử dụng cấu trúc ô (cell)
ở băng tần 150 MHz vào năm 1946.
Từ những năm 60 kênh thông tin di động có dải tần 300 KHz với kĩ thuật FM
ở băng tần 450 MHz đợc hiệu suất sử dụng phổ tăng gấp 4 lần so với trớc.
Tháng 12 năm 1971 ngời ta đa ra hệ thống cellular kĩ thuật tơng tự, điều chế
tần số ở dải tần 850 MHz.
Tháng 10 năm 1983 hệ thống ĐTDĐ AMPS (Advanced Mobile Phone
Service) của Mỹ đã đợc đa vào sử dụng và phát triển mạnh mẽ.
ở châu Âu, các nớc Bắc Âu đã phát triển hệ thống cellular NMT (Nordic
Mobile Telephone) với băng tần 450 MHz (NMT - 450) vào năm 1981 và băng tần
900 MHz (NMT - 900) vào tháng 10 năm 1986.
ở nớc Anh phát triển hệ thống cellular 900 MHz trên cở sở tiêu chuẩn AMPS
của Mỹ với tên gọi TACS (Total Access Communication System) vào năm 1985.
Tại Tây Đức phát triển hệ thống cellular ở băng tần 450 MHz với tên là C-
450 từ tháng 11 năm 1985.
Tuy nhiên do nhu cầu ngày càng tăng nhất là về dung lợng, các hệ thống này
dần dần không thoả mãn đợc nữa. Mặt khác do các tiêu chuẩn của các hệ thống
không tơng thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng nh mong muốn.
Trớc những vấn đề trên vào tháng 9 năm 1987 trong hội nghị Châu Âu về bu
chính viễn thông, 17 quốc gia Châu Âu đang sử dụng điện thoại di động số đã kí
một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số thống nhất toàn
Châu Âu.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 1
Năm 1988, viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI - European
Telecommunication Standard Institute) đã thành lập nhóm chuyên trách về dịch vụ
thông tin di động GSM (Global System for Mobile Telecommunication). Nhóm này
có nhiệm vụ đa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động số GSM

dới hình thức các khuyến nghị lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho mạng thông tin
di động, làm cho chúng tơng thích với nhau. Thực hiện điều này GSM có quan hệ
mật thiết với các tổ chức tiêu chuẩn viễn thông khác trên thế giới.
Với GSM việc thực hiện lu động (roaming) ở châu Âu là hoàn toàn tự động,
ngoài ra GSM còn cung cấp một số tính năng khác nh thông tin số liệu tốc độ cao,
Fax và các dịch vụ khác ...
Ngày nay hệ thống TTDĐ toàn cầu GSM đã chiếm tới hơn 70% thị trờng
TTDĐ toàn thế giới với hơn 600 triệu thuê bao do hơn 450 nhà cung cấp dịch vụ ở
172 quốc gia. Qua đó khẳng định u thế của hệ thông GSM với các hệ thống TTDĐ
khác.
Các hệ thống GSM vẫn đang thu hút đợc sự quan tâm của các nhà khai thác
dịch vụ mới do GSM có :
- Hệ thống tiêu chuẩn rõ ràng
- Dễ dàng trong triển khai, lắp đặt
- áp dụng cấu trúc mở cho việc roaming quốc tế
- Cung cấp dịch vụ gia tăng giá trị
Do vậy việc chấp nhận GSM đồng nghĩa với việc thu đợc lợi nhuận nhanh, ít
chịu rủi ro và thoả mãn đợc nhu cầu khách hàng.
Điều tạo nên sự thành công của hệ thống GSM đó là giải pháp đầu cuối tới
đầu cuối hoàn thiện, từ hạ tầng mạng lới và dịch vụ đến thiết bị đầu cuối, máy cầm
tay và hệ thống tính cớc. Qua đó GSM trở thành tiêu chuẩn chung cho hệ thống
thông tin di động toàn cầu mang lại nhiều dịch vụ di động cho khách hàng đồng thời
cũng khẳng định vị thế mạnh mẽ nổi trội của mình trong thị trờng các thế hệ thông
tin di động.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 2
GSM tạo ra một hành lanh quan trọng cho sự phát triển lĩnh vực thông tin di
động trong tơng lai, qua việc đa ra các giải pháp trực tiếp dẫn tới sự phát triển của
công nghệ TTDĐ thế hệ 3 : GPRS, EDGE và W-CDMA.
I.2 Những hạn chế của GSM trong thời kì hiện nay

Vấn đề lớn nhất đặt ra cho các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động GSM
là tốc độ và dung lợng.
Hệ thống GSM sẽ không còn duy trì đợc sức mạnh và thành công của mình
nếu nh các nhà khai thác sử dụng nhiều thế hệ công nghệ GSM kể trên để khai thác
trên cùng một nền tảng mạng.
Khi số lợng thuê bao tăng lên nhanh và những đỏi hỏi về tốc độ đã bắt đầu
bộc lộ những hạn chế của hệ thống GSM:
- Chuyển mạch kênh không thích hợp với các tốc độ số liệu cao
- Sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi
không có lu lợng đi qua
Do hạn chế về dung lợng của tần số sóng mang (mỗi tần số chỉ cho phép tối
đa 8 kênh thoại cùng lúc) và việc sử dụng lại tần số gây ra nhiễu trùng tần số (C/I)
nên vấn đề khó khăn đặt ra cho các nhà khai thác dịch vụ ở các thành phố lớn tập
trung thuê bao với mật độ lớn là làm thế nào để đáp ứng dung lợng khách hàng mà
không làm suy giảm chất lợng dịch vụ.
Nền tảng của việc phân chia lu lợng, phủ sóng của ĐTDĐ là dựa trên cơ sở
mạng tế bào. Khi lu lợng tăng lên vợt quá khả năng dung lợng của một trạm thu phát
thì biện pháp giải quyết là phải tăng thêm trạm. Vấn đề đặt ra ở đây là chúng ta chỉ
có thể tăng lên đến một mức giới hạn nào đó trong phạm vi khoảng cách giữa 2 trạm
để không bị ảnh hởng gây ra nhiễu. Hay nói cách khác là bán kính của tế bào phủ
sóng có giới hạn. Nếu vợt quá giới hạn này thì chất lợng dịch vụ sẽ không đảm bảo.
Chính vì các lí do đó nên hiệp hội GSM thế giới cùng với cộng đồng GSM
đang tập trung nghiên cứu hình thành một làn sóng công nghệ mới. Đó là sự kết hợp
thế giới công nghệ thông tin (IT/Internet) với thế giới TTDĐ, qua đó kết hợp sức
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 3
mạnh kỹ năng, kinh nghiệm của 2 lĩnh vực này để tạo ra hành lang phát triển mới
cho GSM, GPRS, 3G.
I.3 Các thế hệ TTDĐ tiếp theo
I.3.1 TTDĐ thế hệ 2+

Bớc phát triển tiếp theo của tiến trình phát triển thông tin vô tuyến thế hệ 2 h-
ớng tới thế hệ 3 là GPRS.
GPRS là giải pháp cho phép chuyển tải và thực hiện các dịch vụ truyền số liệu
trên mạng điện thoại di động. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS cho phép áp dụng
nguyên tắc vô tuyến gói để truyền dữ liệu của ngời sử dụng một cách hiệu quả giữa
các máy đầu cuối di động GSM và mạng dữ liệu gói. Các gói dữ liệu có thể đợc định
tuyến trực tiếp từ máy đầu cuối GPRS tới các mạng chuyển mạch gói. Phiên bản
hiện nay của GPRS hỗ trợ các mạng dựa trên tiêu chuẩn IP nh mạng Internet/Intranet
cũng nh các mạng X.25.
Để thực hiện thêm chức năng này cần nâng cấp và lắp đặt thêm một số thiết bị
chuyển mạch kênh dữ liệu và dịch vụ nhắn tin ngắn SMS.
Tới nay đã có trên 70 mạng GPRS đợc khai thác, thơng mại hoá. GPRS là
công nghệ đợc sử dụng để cung cấp truyền số liệu với tốc độ cao hơn.
GPRS sử dụng đa khe thời gian để tăng việc truyền dữ liệu nhng GPRS không
phân bố các khe thời gian này cho một ngời sử dụng mà nhiều ngời sử dụng cùng
dung chung các khe thời gian để nhận và truyền dữ liệu khi cần. Vì vậy GPRS sử
dụng các tần số vô tuyến hiệu quả hơn rất nhiều và làm tăng dung lợng của sóng
mang.
Tuy nhiên trong phơng thức hoạt động của GPRS các ứng dụng của ngời sử
dụng không đợc đáp ứng một cách tức thời mỗi khi có yêu cầu mà luôn có một độ
trễ nhất định trong việc truyền dữ liệu. Vì vậy GPRS rất thích hợp cho các dịch vụ
chuyển dữ liệu dạng gói nh hiển thị Web, truyền tải hình ảnh hoặc dữ liệu.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 4
Thực tế hiện nay tốc độ truyền tải cao nhất của GPRS khoảng 40 Kbit/s tuy
nhiên tốc độ này có thể đợc nâng cao hơn khi có các cải tiến về thiết bị đầu cuối và
áp dụng mã hoá mới.
Một đặc tính quan trọng nữa của GPRS là ngời sử dụng có thể đặt chế độ
luôn kết nối (always online). Chế độ này không chiếm dụng các khe thời gian mà
khe thời gian chỉ đợc sử dụng khi dữ liệu đợc truyền đi hay nhận đến nhng nó cho

phép sử dụng kết nối dịch vụ liên tục. VD: e-mail, intranet...
Sự áp dụng dịch vụ gói dữ liệu vô tuyến chung GPRS cho hai chuẩn thế hệ hai
là GSM và TDMA/136 mặc dầu đã nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 171,2 Kbit/s
vẫn cha đáp ứng đợc chuẩn vô tuyến thế hệ 3 nh IMT-2000 do đó sẽ hạn chế trong
việc ứng dụng dịch vụ đa phơng tiện.
Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ sự kết hợp của các khe thời gian,
cho phép tăng tốc độ truyền lên 8 lần nếu sử dụng cả 8 khe thời gian của tần số sóng
mang. Tuy nhiên do kỹ thuật này vẫn dựa vào kỹ thuật điều chế GMSK nguyên thuỷ,
kỹ thuật điều chế này làm hạn chế tốc độ truyền và có thể thay thế bằng một kỹ
thuật điều chế mới có thể nâng tốc độ điều chế lên 2 đến 3 lần. Do đó nếu kết hợp
việc ghép khe thời gian và thay đổi kỹ thuật điều chế ta sẽ có tốc độ truyền đạt yêu
cầu của chuẩn di động thế hệ 3. Đó chính là công nghệ EDGE.
Để tăng tốc độ truyền trong EDGE ngời ta sử dụng kỹ thuật điều chế 8PSK
thay thế cho kỹ thuật điều chế GMSK. Hiên tại GSM/GPRS cung cấp tốc độ truyền
dữ liệu từ 11,2 đến 22,8 Kbit/s cho một khe thời gian. EDGE sẽ cho phép tốc độ
truyền từ 11,2 đến 59,2 Kbit/s cho một khe thời gian và nếu ghép nhiều khe thời
gian sẽ cho tốc độ truyền tối đa 384 Kbit/s.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 5
I.3.2 Hớng tới thông tin di động thế hệ 3 (3G)
Thông tin di động 3GSM là một bộ phận quan trọng trong dòng công nghệ họ
GSM, và hiện đang đợc ủng hộ mạnh mẽ nh là một giải pháp công nghệ tối u cho
thông tin di động thế hệ 3.
Năm 1992, tại Hội nghị về Thông tin vô tuyến thế giới (WARC), các nớc đã
đồng ý phân bổ dải tần dùng cho các hệ thống 3G là băng tần 2 GHz. ITU đẫ đặt tên
cho các hệ thống 3G là IMT-2000, UMTS hay 3GSM/WCDMA. Đồng thời các cơ
quan về tiêu chuẩn hoá đang xúc tiến việc xây dựng tiêu chuẩn gồm các tham số để
đáp ứng yêu cầu của thông tin di động thế hệ 3 qua dự án có tên 3GPP(Third
Generation Partnership Project). Tham gia dự án này có nhiều tổ chức tiêu chuẩn của
các nớc nh Liên minh châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Bắc Mỹ ... Đến

nay mạng 3G đầu tiên đã đợc triển khai tại Nhật Bản. Dự kiến các mạng 3G mới sẽ
tiếp tục đợc triển khai trong các năm 2002-2003.
Mạng 3G sẽ bao gồm các đặc tính sau :
- Dịch vụ thoại với chất lợng cao hơn nhiều so với mạng GSM nhờ sử dụng
bộ mã có khả năng thích ứng đa tốc độ chất lợng cao(AMR).
- Truyền dẫn chuyển mạch kênh dữ liệu tốc độ cao, hiện nay cho phép
truyền với tốc độ 64 Kbit/s. Nó có thể cho phép truyền hình ảnh video với
chất lợng trung bình cho các ứng dụng của dịch vụ điện thoại thấy hình.
- Chuyển mạch gói tốc độ cao, cho phép cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu
với tốc độ từ 384 Kbit/s tới 2Mbit/s
- Các dịch vụ định vị
- Các dịch vụ khác nh : SMS, th điện tử, bản tin hiển thị bằng hình ảnh, lời
nói và các dịch vụ thông ti đa phơng tiện khác.
- Chuyển tiếp cuộc gọi sang các mạng GSM/GPRS.
Hiện tại 3GPP đang khẩn trơng xúc tiến để xây dựng tiêu chuẩn 3G, dự kiến
năm 2002- 2003 sẽ có đợc tiêu chuẩn áp dụng chung. Đến nay đã xác định đợc một
số tham số nh :
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 6
Di động
thế hệ 3G
GSM
GPRS
EDGE Trực
tiếp
- Thoại băng rộng (wideband speech)
- Khả năng thông tin đa phơng tiện đầy đủ, cho phép cung cấp các dịch vụ
hỗn hợp gồm cả thoại, dữ liệu và hình ảnh video, cũng nh truy nhập đợc
vào mạng Internet (WWW)
- Tăng cờng các dịch vụ định vị

Hình I.1: Hai phơng hớng triển khai thế hệ di động 3G
Theo thống kê của Hiệp hội GSM thế giới, đến nay đã có 80-85% số lợng các
nhà khai thác thông tin di động trên thế giới, và tất cả các nhà khai thác tại châu Âu
lựa chọn 3GSM/WCDMA là tiêu chuẩn mới cho phát triển thông tin di động thế hệ
3. Tuy 3GSM đợc chọn là nền tảng cho mạng thông tin di động tơng lai, nhng hiện
nay các nhà khai thác đang nghiên cứu hớng phát triển đến 3G trên cơ sở thực tiễn
tận dụng tối đa hạ tầng cơ sở GSM hiện nay qua việc xây dựng các tiêu chuẩn
chuyển tiếp 2,5G nh GPRS, EDGE. Trong đó nhiều khuyến nghị chọn GPRS là bớc
chuyển tiếp trung gian dẫn đến 3G. GPRS không phải là đờng tắt nhanh nhất để phát
triển đến 3G, mà nó giúp cho các nhà khai thác dễ dàng thực hiện chuyển đổi thị tr-
ờng và mạng di động GSM hiện tại theo hớng 3G trên cơ sở đảm bảo tối u hoá vốn
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 7
đầu t, hạ tầng hiện có, đồng thời cũng cung cấp cho khách hàng sử dụng ngay đợc
các dịch vụ mới của mạng 3G.
Một hớng khác để phát triển lên 3G là từ GSM đấu nối trực tiếp với các mạng
vô tuyến WCDMA. Phơng thức này cho phép sử dụng ngay đợc hệ thống 3G hiện
đại tốc độ cao nhng chi phí để xây dựng rất tốn kém, giá thành dịch vụ cao, chậm
thu hồi đợc vốn đầu t.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 8
Chơng Ii
Tổng quan về mạng GPRS
II.1 Các đặc điểm dịch vụ của GPRS
GPRS cho phép ngời dùng truyền số liệu từ đầu cuối đến đầu cuối một cách
hiệu quả với các ứng dụng có tính chất bùng phát. Đó là các ứng dụng có một trong
các tính chất sau đây :
- Truyền số liệu gián đoạn, không có chu kỳ.
- Truyền số liệu có chu kỳ với cụm số liệu có kích thớc nhỏ.

- Truyền số liệu không có chu kỳ với các cụm số liệu có kích thớc lớn vài
Kb.
Trong GPRS có hai loại dịch vụ số liệu đợc hỗ trợ. Đó là:
- Dịch vụ điểm tới điểm PTP.
- Dịch vụ điểm tới đa điểm PTM.
II.1.1 Dịch vụ PTP
Các dịch vụ PTP cung cấp cho khách hàng khả năng trao đổi dữ liệu giữa 2
ngời dùng. Một ngời gửi dữ liệu còn ngời kia nhận.
Có 2 loại dịch vụ PTP khác nhau :
- Dịch vụ PTP định hớng kết nối
- Dịch vụ PTP phi kết nối
Dịch vụ định hớng kết nối cho phép ngời dùng gửi các gói tin tới ngời khác.
Một chuyển mạch kênh ảo đợc thiết lập giữa các thuê bao và liên kết logic giữa các
thuê bao đợc duy trì, việc truyền các bản tin là tin cậy. Với loại kết nối định hớng
PTP này GPRS có thể hỗ trợ các giao thức nh X.25 ...
Dịch vụ phi kết nối cho phép ngời dùng gửi những gói tin đơn lẻ tới ngời
khác. Từng gói tin là những thực thể riêng biệt và không có quan hệ với các gói có
trớc hoặc có sau. Đây là một loại dịch vụ datagram và việc chuyển các bản tin là
đáng tin cậy. Loại dịch vụ này hỗ trợ các giao thức Internet IP.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 9
II.1.2 Dịch vụ PTM
Dịch vụ PTM đa ra cho thuê bao cơ hội gửi bản tin tới nhiều ngời nhận chỉ với
một yêu cầu dịch vụ. Thuê bao có thể định nghĩa vùng mà bản tin đợc gửi và những
thuộc tính khác.
Dịch vụ PTM chia ra 2 loại :
- PTM - Multicast
- PTM - Group Call
II.1.3 Chất lợng dịch vụ
Một trong những điểm cần xem xét trong mạng GPRS đó là khả năng đáp ứng

yêu cầu của khách hàng về tốc độ dữ liệu. GPRS có chức năng cho phép làm tăng
hoặch giảm tài nguyên của mạng ấn định cho GPRS dựa trên khả năng phân bổ động
và đợc điều khiển bởi nhà khai thác.
Với mọi loại dịch vụ mong muốn cung cấp truyền số liệu, các khách hàng t-
ơng lai luôn muốn có sự tin cậy rằng họ sẽ đợc đảm bảo một cách chắc chắn về chất
lợng. Do đó các kỹ thuật phải bao gồm các cơ chế giúp cho việc kiểm soát đợc tốt.
Để làm đợc điều đó ngời ta đa ra các thông số QoS thích hợp :
- Mức độ u tiên của dịch vụ : cao/trung bình/thấp
- Mức độ tin cậy : cao/trung bình/thấp
- Độ trễ : 4 lớp
- Độ thông tải : tốc độ bit tối đa(IRT) và tốc độ it trung bình.
II.2 Các đặc trng chính của GPRS từ góc độ ngời dùng
II.2.1 Tốc độ
Theo lý thuyết, tốc độ tối đa có thể đạt đợc với GPRS là 171,2 Kbps khi cả
tám khe thời gian đều đợc sử dụng đồng thời và không có các biện pháp chống lỗi.
Ngời ta cho rằng, GPRS có thể cung cấp cho ngời sử dụng các tốc độ từ 9,6 Kbps tới
115 Kbps. Tốc độ này lớn gấp khoảng 2 lần tốc độ truyền số liệu hiện tại của mạng
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 10
cố định và gấp khoảng 10 lần tốc độ truyền số liệu trong GSM theo phơng thức
chuyển mạch kênh.
II.2.2 Tính tức thời
Việc truyền số liệu theo phơng thức cũ của GSM cần thời gian thiết lập kết
nối từ 20-25 giây. GPRS cung cấp các điều kiện thuận lợi cho việc tạo các kết nối
tức thời trong đó số liệu có thể đợc gửi hoặc nhận một cách tức thời ngay khi cần
thiết. Đây chính là lí do khiến ngời dùng cho rằng họ ở tình trạng luôn kết nối.
Tính tức thời là một u điểm của GPRS so với việc truyền số liệu bằng phơng thức
chuyển mạch kênh của GSM.
II.2.3 Các ứng dụng mới
GPRS cho phép cung cấp nhiều ứng dụng mới cho ngời dùng. Những ứng

dụng này trớc đây không thể cung cấp cho ngời dùng do các giới hạn của chuyển
mạch kênh. GPRS cho phép ngời dùng có thể duyệt Web, chat, FTP trên máy tính
của họ thông qua mạng PLMN.
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 11
II.3 Các đặc trng chính của GPRS từ góc độ mạng
II.3.1 Chuyển mạch gói và hiệu quả sử dụng phổ
GPRS thực hiện truyền số liệu ngời dùng qua GSM bằng phơng thức chuyển
mạch gói. Chuyển mạch gói đa ra những u điểm đáng kể so với chuyển mạch kênh
chủ yếu do bản chất không đối xứng và không liên tục của số liệu cần truyền qua
mạng.
Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói
A B A B
A B
A B
A B
A B A B
Hình II.1: Sự khác biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
Trong chuyển mạch gói nhiều kênh truyền đợc dùng chung và đợc chia sẻ cho
nhiều ngời sử dụng mạng. GPRS cho phép một ngời dùng có thể chiếm dụng cả 8
khe thời gian để truyền số liệu mặt khác cũng có thể chia sẻ cho 8 ngời dùng.
Hiện tại mạng GSM dựa trên các kết nối chuyển mạch kênh và do đó sửa đổi
cấu trúc mạng là cần thiết để hỗ trợ công nghệ chuyển mạch gói của GPRS. Tuy
nhiên các đặc tính vật lí quen thuộc và căn bản của giao diện vô tuyến gần nh không
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Trang - 12