Các hệ thống thông tin di động trên thế giới và khả năng phát triển tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---- ---- o0o ---- ---PHẠM XUÂN TRƯỜNG

N
CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
TRÊN THẾ GIỚI VÀ KHẢ NĂNG PHÁT
TRIỂN TẠI VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. KIỀU VĨNH KHÁNH

HÀ NỘI - 2010


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân dưới sự
hướng dẫn của PGS Kiều Vĩnh Khánh. Nội dung luận văn có tham khảo các tài liệu
của ITU, các kết quả nghiên cứu của các tổ chức viễn thông như 3GPP, 3GPP2,
IEEE… cùng một số bài báo trong và ngoài nước, luận văn không sao chép nội dung
của bất kỳ bản luận văn nào khác.
Nếu có gì sai phạm tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Người cam đoan

Phạm Xuân Trường

1


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................1
MỤC LỤC........................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT......................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG ...............................................................................................9
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................10
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................12
CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI.................................................................14
1.1. Các hệ thống trước 3G:.................................................................................................. 15
1.1.1. Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trước 3G:...............................15
1.1.2. Tổng kết đánh giá về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động 2G: .............18
1.2. Các hệ thống 3G: ........................................................................................................... 21
1.2.1. Các hệ thống thông tin di động 3G đã được ITU phê chuẩn: .................................21
1.2.2. Một số phân tích về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động 3G.................33
1.3. Các hệ thống thông tin di động hướng tới 4G: .............................................................. 40
1.3.1. Các hệ thống thông tin di động được đề cử cho IMT Advanced:...........................41
1.3.2. Sự hội tụ về mặt công nghệ của các hệ thống thông tin di động 4G: .....................42

CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH CHUẨN HÓA, HIỆN TRẠNG CÁC CÔNG NGHỆ
THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI.................................................................45
2.1. Nhánh công nghệ được chuẩn hóa bởi 3GPP ................................................................ 46

2.1.1. Giới thiệu chung: ....................................................................................................46
2.1.2. Mạng vô tuyến: .......................................................................................................48
2.1.3. Mạng lõi..................................................................................................................63
2.2. Nhánh công nghệ chuẩn hóa bởi 3GPP2. ...................................................................... 70
2.2.1.Giới thiệu chung: .....................................................................................................70
2.2.2. Mạng vô tuyến: .......................................................................................................71
2.2.3.Mạng lõi:..................................................................................................................77

2


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

2.3. Nhánh công nghệ được chuẩn hóa bởi IEEE ( WIMAX FORUM)............................... 78
2.3.1. Giới thiệu chung: ....................................................................................................78
2.3.2. Mạng vô tuyến WIMAX.........................................................................................80
2.3.3. Mạng lõi WIMAX: .................................................................................................92

CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ THỰC TRẠNG CÁC HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM .................................................................101
3.1. Thực tiễn ứng dụng triển khai các hệ thống thông tin di động tại Việt Nam .............. 101
3.1.1. Công nghệ GSM tại Việt Nam:.............................................................................101
3.1.2. Công nghệ CDMA2000 tại Việt Nam: .................................................................104
3.1.3. Triển khai 3G tại Việt Nam ..................................................................................106
3.1.4. Thử nghiệm WIMAX tại Việt Nam......................................................................108
3.1.5. Thử nghiệm LTE tại Việt Nam.............................................................................108
3.2. Một số vấn đề trong lĩnh vực thông tin di động tại Việt Nam thời gian qua:.............. 109
3.3. Một số đề xuất của cá nhân:......................................................................................... 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................114

3


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
2G

Second Generation

Thế hệ thứ hai

3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

4G

Forth Generation

Thế hệ thứ tư

3GPP

3ird Genaration Partnership Project

Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

ird

3GPP2

3 Generation Patnership Project 2

Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2

AICH

Acquisition Indication Channel

Kênh chỉ thị bắt

AMC

Adaptive Modulation and Coding

Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR

Adaptive MultiRate

Đa tốc độ thích ứng

ARQ

Automatic Repeat-reQuest

Yêu cầu phát lại tự động

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BER

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

BLER

Block Error Rate

Tỷ số lỗi khối

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS

Base Station

Trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CC

Convolutional Code

Mã xoắn

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Channel

Kênh gói chung

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lượng kênh

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra vòng dư

CS

Circuit Switch

Chuyển mạch kênh

CSICH

CPCH Status Indicator Channel

Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng
4


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

DCH

Dedicated Channel

Kênh điều khiển

DL

Downlink

Đường xuống

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH

Kênh vật lý riêng

Dedicated Physical Channel

DPDCH Dedicated Physical Data Channel

Kênh số liệu vật lý riêng

DRX

Discontinuous Reception

Thu không liên tục

DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DSSS

Direct-Sequence Spread Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel

Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường

E-DCH Enhanced Dedicated Channel

Kênh riêng tăng cường

EDGE

Enhanced Data rates for GPRS
Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát

triển GPRS

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập đường xuống

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời
gian

GSM EDGE Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM

Global System For Mobile
Communications

Hệ thống thông tin di động tòan cấu

HARQ

Hybrid Automatic Repeat reQuest

Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HHO

Hard Handover

Chuyên giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ
cao

FDD
GERAN

HSHigh-Speed Dedicated Physical
DPCCH Control Channel
HSDSCH

Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ
cao

High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao
5


Luận văn tốt nghiệp

HSPA

Phạm Xuân Trường

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HSHigh-Speed Physical Dedicated Shared
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao
PDSCH Channel
HSS

Home Subsscriber Server

Server thuê bao nhà

HSSCCH

High-Speed Shared Control Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

IMS

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IMT2000

International Mobile
Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPv4

IP version 4

Phiên bản IP bốn

IPv6

IP version 6

Phiên bản IP sáu

IR

Incremental Redundancy

Phần dư tăng

Iu

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

MIMO

Multi-Input Multi-Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

NodeB

Nút B

OVSF

Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao

PAPR

Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình

PPrimary Common Control Physical
CCPCH Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PCH

Kênh tìm gọi

Paging Channel

PCPCH Physical Common Packet Channel

6

Kênh vật lý gói chung


Luận văn tốt nghiệp

PDCP

Phạm Xuân Trường

Packet-Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PICH

Page Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH Physical Random Access Channel

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

Public Switched Telephone Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ vuông góc

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quatrature Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha vuông góc

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RAT

Radio Access Technology

Công nghệ truy nhập vô tuyến

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RTP

Real Time Protocol

Giao thức thời gian thực

SCH

Synchronization channel

Kênh đồng bộ

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM

Subscriber Identity Module

Mođun nhận dạng thuê bao

SMS

Short Message Service

Dịch vụ nhắn tin

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SHO

Soft Handover

Chuyển giao mềm

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời
gian

Time Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo thời gian

PSTN

TDD
TDM

7


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

TDMA

Time Division Mulptiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời

gian

TFCI

Transport Format Combination
Indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền
tải

TrCH

Transport Channel

Kênh truyền tải

TTI

Transmission Time Interval

Khỏang thời gian phát

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

UMB

Ultra Mobile Broadband

Băng thông di động siêu rộng

UMTS

Universal Mobile Telecommunications
Hệ thống thông tin di động toàn cấu
System

USIM

UMTS SIM

UTRA

UMTS Terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
Network

Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS

Uu

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WCDM Wideband Code Division Multiple
A
Access

Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng

WiFi

Wireless Fidelitity

Chất lượng không dây cao

WiMAX

Worldwide Interoperability for
Microwave Access

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

VoIP

Voice over IP

Thoại trên IP

8


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1:Thống kê số lượng thuê bao và thị phần của các công nghệ trên toàn cầu ....14
Bảng 1.2: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống GSM900.........................................................17
Bảng 1.3: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống CDMA IS95...................................................18
Bảng 1.4. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các hệ thống IMT-2000....................................24
Bảng 1.5: Tổng quan các công nghệ 3G/IMT2000........................................................25
Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật chính hệ thống ULTRA FDD..........................................26
Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật chính hệ thống CDMA-2000...........................................27
Bảng 1.8: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống ULTRA TDD....................................29
Bảng 1.9: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống TDMA SC( EDGE) ..........................30
Bảng 1.10: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống DECT (IMT-FT).............................32
Bảng 1.11: Các thông số kỹ thuật chính hệ thống WIMAX 802.16e ............................33
Bảng 1.12: Tốc độ dữ liệu các hệ thống 2G...................................................................34
Bảng 1.13: Tốc độ dữ liệu các hệ thống 3G...................................................................34
Bảng 1.14: Băng thông hoạt động các hệ thống 2G.......................................................35
Bảng 1.15: Băng thông hoạt động các hệ thống 3G.......................................................36
Bảng 1.16: Một số thông số mục tiêu của hệ thống IMT Advanced mà ITU đề ra.......41
Bảng 2.1: Tốc độ đỉnh của các loại đầu cuối HSDPA khác nhau..................................57

Bảng 2.2: Các tham số OFDMA ....................................................................................86

9


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình1.1: Băng thông hoạt động các hệ thống thông tin di động theo khuyến nghị của
ITU ........................................................................................................................22
Hình 1.2: Chia sẻ tài nguyên hệ thống trong HSDPA ...................................................37
Hình 1.3: Lộ trình phát triển các hệ thống thông tin di động lên 4G.............................44
Hình 2.1: Quan hệ giữa các cơ quan tiêu chuẩn hoá theo 3GPP ...................................47
Hình2.2: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM............................................................49
Hình 2.3: Triển khai EDGE............................................................................................51
Hình 2.4: Triển khai UMTS ...........................................................................................52
Hình 2.5: Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với
WCDMA (f1). ........................................................................................................54
Hình 2.6. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) ..............54
Hình 2.7: Sơ đồ MIMO 2x2 ...........................................................................................56
Hình 2.8: Minh họa khả năng tăng dung lượng hệ thống băng sử dụng đa sóng mang
trong 3GPP R8. ......................................................................................................58
Hình 2.9: Kết hợp 2 sóng mang và sử dụng MIMO trong 3GPP R9.............................59
Hình 2.10: Kết hợp 4 sóng mang để đạt tốc độ cao trong 3GPP R10............................59
Hình 2.11: Minh họa các bước phát triển từ WCDMA lên HSPA+ ...............................60
Hình 2.12: Triển khai LTE tại những băng tần mới. .....................................................61
Hình 2.13: Tiềm năng về mặt tốc độ dữ liệu của LTE...................................................63

Hình 2.14: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 ..............................................................64
Hình 2.15: Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4........................................65
Hình 2.16: Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 ..................................................................68
Hình 2.17: Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 ....................................................................70
Hình 2.18: Triển khai CDMA2000 1x ...........................................................................73
10


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

Hình 2.19: Triển khai CDMA2000 1xEV-DO...............................................................74
Hình 2.20: Các bước phát triển của nhánh công nghệ CDMA2000. .............................75
Hình 2.21: Các tùy chọn phát triển lên LTE cho họ công nghệ 3GPP2 ........................76
Hình 2.22: Kiến trúc mạng lõi CDMA2000 ..................................................................77
Hình 2.23: Sơ đồ tổ chức WIMAX FORUM.................................................................79
Hình 2.24: Profile hệ thống WIMAX di động ...............................................................81
Hình 2.25. Cấu trúc cơ bản của hệ thống OFDM ..........................................................83
Hình 2.26: Vị trí của tiền tố vòng (CP)..........................................................................83
Hình 2.27: Cấu trúc song mang con của OFDMA.........................................................84
Hình 2.28: Phân bố tần số kênh con DL ........................................................................85
Hình 2.29: Cấu trúc UL PUSC.......................................................................................86
Hình 2.30: Cấu trúc khung WIMAX. ............................................................................88
Hình 2.31: Điều chế thích nghi trong WIMAX .............................................................90
Hình 2.32: Tái sử dụng tần số trong WIMAX ...............................................................92
Hình 2.33: Mô hình tham chiếu mạng WIMAX............................................................96
Hình 2.34: Cấu trúc mạng WIMAX trên cơ sở IP .........................................................96
Hình 3.1. Tăng trưởng thuê bao của MOBIFONE qua các năm..................................102

11


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây tại Việt Nam, viễn thông mà đặc biệt là lĩnh vực
thông tin di động là ngành có những bước tăng trưởng, phát triển vượt bậc là một
điểm sáng của nền kinh tế đất nước. Trong điều kiện đó cần thiết phải có những
nghiên cứu về các công nghệ di động mới trên thế giới để tìm ra giải pháp phù
hợp ứng dụng cho Việt Nam ở giai đoạn tiếp theo giúp ngành viễn thông nước ta
tiếp tục phát triển mạnh.
Chính vì lý do trên tác giả chọn đề tài luận văn là: “Các hệ thống thông tin di
động trên thế giới và khả năng phát triển tại Việt Nam”.
Mục đích nghiên cứu của luận văn là cập nhật quá trình chuẩn hóa, hiện trạng phát
triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới và thực tế triển khai ứng dụng các
hệ thống thông tin di động tại Việt Nam. Nội dung luận văn gồm :
Chương 1. Sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trên
thế giới: Chương này trình bày sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông
tin di động, đưa ra một số nhận định, so sánh về mặt công nghệ các hệ thống
thông tin di động qua các thế hệ phát triển.
Chương 2. Tình hình chuẩn hóa, hiện trạng các hệ thống thông tin di động
trên thế giới: Nội dung chương cập nhật tình hình chuẩn hóa, hiện trạng phát
triển trên thực tế của 3 nhánh công nghệ thông tin di động chính, phổ biến nhất
hiện nay là nhánh công nghệ chuẩn hóa bởi 3GPP, nhánh công nghệ chuẩn hóa
bởi 3GPP2 và nhánh WIMAX.
Chương 3. Quá trình phát triển và thực trạng các hệ thống thông tin di
động tại Việt Nam: Chương cuối của luận văn đề cập tới thực tế triển khai, ứng

dụng các hệ thống thông tin di động tại Việt Nam, đồng thời đưa ra một số nhận

12


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

định đề xuất cá nhân cho việc triển khai thông tin di động giai đoạn tiếp theo tại
nước ta.
Kết luận và kiến nghị: đưa ra các vần đề đã đạt được và một số kiến nghị nhằm
phát triển hơn nữa lĩnh vực thông tin di động tại Việt Nam.
Trong quá trình thực hiện luận văn để có thể cập nhật được kiến thức tác giả đã tìm
hiểu cập nhật các tiêu chuẩn về thông tin di động của ITU, các tổ chức viễn thông lớn
trên thế giới như 3GPP, 3GPP2, WIMAX FORUM cũng như tìm hiểu về thực tế
nghiên cứu công nghệ của các hãng sãn xuất thiết bị như QUALCOMM, NOKIA…
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng lĩnh vực thông tin di động là một lĩnh vực rộng
lớn phức tạp, liên quan tới nhiều lĩnh vực công nghệ khác đồng thời cũng do thời gian
thực hiện có hạn nên nội dung của luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự
thông cảm và hướng dẫn, chỉ bảo thêm của các thầy cô và bè bạn để tác giả có thể hiểu
rõ hơn về lĩnh vực này.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Điện tử viễn thông – Đại
học Bách Khoa Hà Nội, các thầy thuộc bộ Thông tin và truyền thông, bộ Giáo dục và
đào tạo cùng bạn bè đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn . Đặc biệt là
sự hướng dẫn tận tình của thầy Kiều Vĩnh Khánh, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn, định
hướng, tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

13


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI
Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất
với con số thuê bao đã đạt đến 4,3 tỷ tính đến cuối năm 2009. Khởi nguồn từ dịch vụ
thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi
các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình
loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng video
call , internet di động tốc độ cao…. Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở
nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp
thiết.
4,310,295,611
cdmaOne

2,449,937

CDMA2000 1X

309,907,068

CDMA2000 1xEV-DO

118,688,849

CDMA2000 1xEV-DO Rev. A

12,644,062

GSM

3,450,410,548

WCDMA

255,630,141

WCDMA HSPA

133,286,097

TD-SCDMA

825,044

TDMA

1,480,766

PDC

2,740,320

iDEN

22,172,858

Analog

9,593

Bảng 1.1:Thống kê số lượng thuê bao và thị phần của các công nghệ trên toàn cầu

14


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

Trước hết ta sẽ nhìn lại một số bước phát triển quan trọng của các hệ thống thông tin
di động trên thế giới xét trong lĩnh vực dân sự cho tới nay:

1.1. Các hệ thống trước 3G:
1.1.1. Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động trước 3G:
- Năm 1946 dịch vụ điện thoại di động thương mại hóa đầu tiên cho những người đi xe
ra đời. Cũng trong năm 1947 khái niệm mạng điện thoại tế bào sử dụng lại tần số mà
sau này trở thành nền tảng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo được
giới thiệu
- Khoảng đầu những năm 1980 các hệ thống thông tin di động quốc tế đầu tiên là hệ
thống NMT (Nordic Mobile Telephony) được triển khai ở các nước Bắc Âu năm 1981,
đây là một hệ thống thông tin tương tự. Cùng thời gian đó hệ thống AMPS (Advanced
Mobile Phone Service) cũng được triển khai ở Bắc Mỹ. Các công nghệ thông tin di
động tương tự khác cũng được triển khai rộng rãi trong thời gian này TACS và JTACS. Tất cả chúng đều có những điểm chung đó là thiết bị đầu cuối cồng kềnh tốn
năng lượng chủ yếu phục vụ cho những người đi xe, chất lượng thoại kém, bị xuyên

âm giữa nhiều những người sử dụng khác nhau.
- Với một hệ thống quốc tế như là NMT thì một khái niệm được đưa ra là ‘Roaming’
nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ cho các thuê bao di chuyển ra khỏi khu vực của nhà
cung cấp dịch vụ gốc. Điều này cũng mang đến một thị trường rộng lớn cho điện thoại
di động, thu hút thêm nhiều công ty tham gia vào lĩnh vực thông tin di động.
- Các hệ thống thông tin di động tế bào dùng công nghệ tương tự chỉ hỗ trợ dịch vụ
thoại truyền thống và một vài dịch vụ giá trị gia tăng. Với sự phát triển của thông tin số
trong những thập niên 80 đã tạo nền tảng cho việc gia đời các hệ thống thông tin di

15


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

động thế hệ 2 dựa trên công nghệ thông tin số. Bằng công nghệ số các hệ thống thông
tin di động cải thiện đáng kể dung lượng hệ thống, tăng số lượng và chất lượng các
dịch vụ cung cấp và cho phép phát triển các thiết bị đầu cuối di động thuận lợi hơn cho
người sử dụng.
- Tại Châu Âu, dự án GSM bắt đầu được phát triển năm 1989. Các hoạt động nghiên
cứu tiếp tục được triển khai và học viện ETSI (European Telecommunication Institute)
được thành lập. Sau khi đánh giá các công nghệ dựa trên TDMA, CDMA và FDMA
được đưa ra từ giữa những năm 80, cuối cùng tiêu chuẩn GSM đã được xây dựng dựa
trên TDMA. Việc phát triển một tiêu chuẩn thông tin di động số tế bào cũng được tiến
hành đồng thời ở Hoa kỳ bởi TIA tạo ra tiêu chuẩn IS-54, hoặc gọi đơn giản là USTDMA. Một tiêu chuẩn được phát triển muộn hơn là một tiêu chuẩn CDMA được gọi
là IS-95 được TIA hoàn thành năm 1993. Ở Nhật Bản tiêu chuẩn thông tin di động thế
hệ 2 cũng được phát triển đó là PDC. Dưới đây trình bày tiêu chuẩn kỹ thuật 2 hệ thống
2G phổ biến nhất là GSM và CDMA IS95.

16


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

Băng thông

25 MHz

Dải tần

890-915 MHz (Đường lên(MS-BS)), 935-960 MHz
(Đường xuống (BS-MS))

Dải thông mỗi sóng mang

200 KHz

Số kênh mỗi sóng mang

8

C/I tối thiểu

9 dB (Có sử dụng nhảy tần), 18 dB (Không dùng nhảy
tần)

C/A tối thiểu

18 dB với 200 KHz , 50 dB với 400 KHz

Khoảng cách song công

45 MHz FDD hoặc 3 TS (1.73ms) với TDD

Kỹ thuật đa truy nhập

Kết hợp TDMA/FDMA

Khung TDMA

8 TS mỗi sóng mang (4.615ms), 1 TS=0.577ms

Điều chế

GMSK BT=0.3

Tốc độ truyền dẫn

270.883 Kbps, 22.8 Kbps mỗi TS

Tốc độ dữ liệu

9.6, 4.8, 2.4 Kbps tùy thuộc thiết bị đầu cuối

Tốc độ thoại

13,3 Kbps (kênh thoại toàn tốc), 6.5 Kbps ( kênh thoại

bán tốc)

Bộ cân băng kênh

Bù trễ trải tối đa 16us

Công suất phát tối đa của MS 20W, 8W, 5W, 2W, 0.8W tùy cấp công suất
Công suất phát tối đa của BS

320W, 160W, 80W, 40W, 20W, 10W, 5W, 2.5W tùy cấp
công suất

Điều khiển công suất

60 bước, 2dB mỗi bước

Sớm định thời lớn nhất

63 bit tương đương 0.233ms

Khoảng cách BS-MS tối đa

35 km

Bảng1.2: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống GSM900
17


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

Băng thông

Tùy theo quy hoạch tần số từng khu vực, quốc gia

Dải tần

Tùy theo quy hoạch tần số từng khu vực, quốc gia

Dải thông mỗi sóng mang

1.25 MHz

Tốc độ chíp

1.2288 Mcps

Eb/No tối thiểu

6 dB

Độ dài khung

20 ms

Phương thức trải phổ

Trải phổ trực tiếp

Số kênh mã Walsh

64

Tốc độ mã hóa

1/3 bps

Tốc độ xung Walsh

307.2 Kcps

Hệ số trải phổ

40 với 2 lần trải phổ

Khoảng cách song công

Tùy theo quy hoạch tần số từng khu vực, quốc gia

Kỹ thuật đa truy nhập

CDMA

Điều chế
Số đường thu tối đa máy
thu RAKE
Tốc độ dữ liệu

QPSK

9.6, 4.8, 2.4, 1.2 Kbps tùy thuộc thiết bị đầu cuối

Tốc độ thoại

9.6 Kbps (nhóm 1), 14.4 Kbps( nhóm 2)

4

Bảng1.3: Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống CDMA IS95

1.1.2. Tổng kết đánh giá về mặt công nghệ các hệ thống thông tin di động
2G:
Từ những trình bày ở trên ta có một số tổng kết về các hệ thống thông tin di động 2G
như sau:
- Các hệ thống thông tin di động 2G dựa trên công nghệ số đem lại rất nhiều cải thiện
so với các hệ thống analog như sử dụng hiệu quả băng tần từ đó tăng dung lượng phục
vụ, số lượng và chất lượng dịch vụ được nâng cao rõ rệt, đảm bảo tính bảo mật cho
18


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

người dùng. Công suất phát của thiết bị đầu cuối giảm đi, tăng tuổi thọ sử dụng, giảm
kích thước thiết bị. Có thể nói về dịch vụ thoại truyền thống thì các hệ thống 2G đã đáp
ứng tốt nhu cầu khách hàng.
- Tốc độ dữ liệu hỗ trợ thấp chỉ đạt vài chục Kbps cho tới vài trăm Kbps khi thực hiện
một số cải tiến với hệ thống. Như vậy tất cả các hệ thống 2G đều vẫn là những hệ

thống băng hẹp chưa đáp ứng được nhu cầu về mặt dữ liệu ngày càng gia tăng với tốc
độ chóng mặt.
- Các hệ thống 2G cơ bản dựa trên 2 công nghệ đa truy nhập là CDMA và TDMA.
Hai hệ thống 2G tiêu biểu và phổ biến nhất đã được triển khai trên thế giới đó là GSM
dùng công nghệ TDMA và CDMA IS-95 dùng công nghệ CDMA. Ta có một số so
sánh giữa GSM và CDMA như sau:
+ Về hiệu quả sử dụng tần số: GSM sử dụng kết hợp TDMA/FDMA nên nếu xét
trên một kênh sóng mang hiệu suất phổ, số lượng người dùng cùng một thời điểm
nhiều hơn, và sự cố nghẽn mạng cũng được giảm thiểu so với CDMA (Số cuộc gọi
thực hiện được đồng thời ở GSM là 8/200 KHz, trong khi đó hệ thống CDMA chỉ đạt
khoảng 30/1250 KHz trong điều kiện khá lý tưởng). Tuy nhiên với hệ thống GSM việc
sử dụng lại tần số phải được tính toán chặt chẽ để tránh can nhiễu tần số giữa các cell
kề nhau, còn hệ thống CDMA các kênh tần số có thể được dùng ở bất cứ cell nào do
việc phân biệt giữa các cell dựa vào mã giả ngẫu nhiên. Do đó khi xem xét tổng thể hệ
thống thì CDMA đạt được dung lượng lớn hơn nhiều so với GSM.
+ CDMA là là công nghệ trải phổ do đó đạt được độ lợi xử lý hay khả năng chống
nhiễu tốt hơn nhiều so với GSM ( CDMA yêu cầu Eb/No khoảng 6 dB trong khi GSM
yêu cầu C/I tới 18 dB khi không thực hiện nhảy tần). Do đó công suất phát thiết bị sử
dụng CDMA sẽ nhỏ hơn đáng kể so với GSM từ đó tăng thời gian sử dụng pin và giảm
ảnh hưởng tới sức khỏe người dùng.
+ Yếu điểm lớn nhất của của các hệ thống CDMA thế hệ 2 chính là nằm ở thiết bị
đầu cuối. Người dùng CDMA phải mua thiết bị cung cấp bởi chính nhà cung cấp dịch
19


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

vụ. Thậm chí điện thoại di động của nhà cung cấp CDMA này lại không thể dùng khi

nối kết với nhà cung cấp CDMA khác. Ở điểm này GSM vượt trội hơn CDMA vì nó sử
dụng thẻ chip SIM, linh hoạt, bảo mật và an toàn cao. Người dùng có thể tháo thẻ SIM
trên máy điện thoại này lắp vào máy khác một cách dễ dàng. Ngày này, khi điện thoại
di động được thay đổi kiểu dáng, công nghệ,..một cách liên tục, thì với những khách
hàng có nhu cầu thay đổi điện thoại di động theo mốt nên việc gắn bó dài lâu với chiếc
điện thoại CDMA là khó chấp nhận được đối với nhiều khách hàng.
+ Về khả năng phát triển lên 3G thì CDMA có lợi hơn vì khi phát triển lên 3G thì hệ
thống CDMA2000 tận dụng lại gần như toàn bộ mạng lõi, hạ tầng mạng vô tuyến và
quan trọng hơn cả đó là vẫn dùng cùng dải tần như CDMA IS95, tính tương thích
ngược hoàn toàn được đảm bảo. Đối với GSM khi phát triển lên 3G chỉ tận dụng lại
được một phần mạng lõi, còn lại phần vô tuyến phải đầu tư mới, phổ tần cũng yêu cầu
được cấp mới.
- Việc đem các hệ thống thông tin di động 2G dựa trên nền TDMA và CDMA so
sánh về mặt công nghệ thì sẽ khó mà phân hơn kém. Hai công nghệ này hầu như có
khả năng cung cấp dịch vụ khá giống nhau. Tuy vậy với tính mở và tính tiêu chuẩn
hóa cao của GSM dựa trên TDMA đã giúp nó dễ dàng triển khai trên mọi quốc gia, dễ
dàng tương thích với nhiều nhà cung cấp từ thiết bị tổng đài cho đến điện thoại, đem lại
khả năng Roamming toàn cầu cho người sử dụng. Hiện tại GSM chiếm ưu thế áp đảo
khi chiếm tới 75% thị phần thông tin di động thế giới. Công nghệ CDMA với những ưu
việt của mình là công nghệ được sử dụng chính trong các hệ thống 3G.
- Với sự ra đời của 3G, 3.5G, 4G và giao diện truy nhập vô tuyến tốc độ cao hơn của
UTRA (Universal Terrestrial Radio Acces) đã hiện thực hóa một loạt các ứng dụng
mới chỉ được manh nha hình thành ở 2G và 2.5G. Việc phát triển mạng truy nhập vô
tuyến 3G và cao hơn nữa được thực hiện bởi 3GPP, 3GPP2, WIMAX FORUM. Tuy
nhiên sự khởi đầu của 3G đã diễn ra từ đầu những năm 90 một thời gian khá lâu trước
khi các tổ chức trên được hình thành.
20


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

1.2. Các hệ thống 3G:
1.2.1. Các hệ thống thông tin di động 3G đã được ITU phê chuẩn:
- Các nghiên cứu đầu tiên về mạng thông tin di động thế hệ 3 đã bắt đầu ở ITU vào
cuối những năm 1980. Nhánh nghiên cứu thông tin vô tuyến ITU-R đã phát hành
khuyến nghị đầu tiên định nghĩa FPLMTS-Các hệ thống viễn thông di động mặt đất
công cộng tương lai (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems) vào
năm 1990, sau đó chỉnh sửa lại năm 1997. Tên gọi 3G trong ITU cũng được đổi từ
FPLMTS thành IMT-2000. WARC92 ( The World Administrative Radio Congress) đã
nhất trí dành phổ tần vô tuyến cho IMT-2000 như sau:

21


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

Hình1.1: Băng tần hoạt động các hệ thống thông tin di động IMT2000
( Bảng6.1.4 trong khuyến nghị M.1036)

22


Luận văn tốt nghiệp

Phạm Xuân Trường

- Trong khuyến nghị M.1225, các tiêu chuẩn chung cho các hệ thống IMT-2000 được
Task Group 8/1 của ITU-R đề ra như sau:
Yêu cầu về môi trường khai thác
Dịch vụ có thể hỗ trợ

Ngoài trời

-

Trên tàu xe

-

Môi trường ảo

-

Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện

-

Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới

Yêu cầu về tốc độ dữ liệu
-

Băng thông vận hành

Trong nhà

Tối thiểu 2 Mbps cho môi trường trong nhà
Tối thiểu 384 Kbps khi di chuyển chậm

-

Tối thiểu 144 Kbps khi di chuyển trên xa lộ

-

Tối thiểu 9.6 Kbps khi Roamming toàn cầu

-

CDMA : FDD là 2 x 5, 2 x 10, 2 x 15, 2 x20 MHz ,

TDD: 1 x 1.28, 1 x 5, 1 x 7.68, 1 x 20 MHz.
-

TDMA : 200 kHz, 1.6 MHz, 1.728 MHz tương ứng

cho các trường hợp di chuyển nhanh trên xa lộ, di chuyển
chậm và môi trường trong nhà.
-

OFDM: 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz

Phương thức truyền Chấp nhận cả FDD và TDD
song công
Các kỹ thuật đa truy CDMA, TDMA, FDMA (bổ sung thêm OFDMA khi
nhập

phê chuẩn thêm tiêu chuẩn WIMAX802.16e )
Điều chế

-

Chấp nhận các phương thức điều chế: BPSK,

DBPSK,

QPSK, DQPSK, 8-PSK, D8-PSK, GFSK

(Gaussian FSK), GMSK (Gaussian filtered minimum shift
keying),

QOQAM,

16-QAM ,64QAM.

23

BOQAM

(binary

offset

QAM),


Luận văn tốt nghiệp

Tốc độ chip

Điều khiển công suất

Phạm Xuân Trường

-

N x 3.84 Mchip/s: N = 1, 2, 4

-

N x 1.2288 Mchip/s: N = 1, 3, 6, 9, 12

-

CDMA: Theo vòng đóng và vòng hở

-

TDMA:Theo từng TS và từng sóng mang

Bảng1.4. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các hệ thống IMT-2000
Trong các thông số mà ITU-R đưa ra thì tiêu chuẩn về thông số tốc độ là quan trọng
nhất và trở thành mốc tiêu chuẩn cho tất cả các công nghệ 3G. Tuy vậy tại thời điểm
hiện tại tốc độ dữ liệu đạt được trên các hệ thống 3G đã vượt 2 Mbps.
Dựa trên đề xuất của các tổ chức phát triển công nghệ 3G, năm 1999, ITU đã phân
các đề xuất thành 5 nhóm chính và xây dựng thành chuẩn IMT-2000. Năm 2007,
WIMAX được bổ sung vào IMT-2000:

24