Thiết kế thiết bị tích hợp thông tin định vị qua mạng thông tin di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ VĂN QUYẾT

THIẾT KẾ THIẾT BỊ TÍCH HỢP THÔNG TIN - ĐỊNH VỊ
QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. VŨ VĂN YÊM

HÀ NỘI, NĂM 2012


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG .........................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ....................................................................9
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................11
Chương I: Tổng quan về mạng di động thế hệ thứ 3. ............................................14
1.GPRS (General Packet Radio Service)....................................................................14
1.1.Kiến trúc hệ thống GPRS chung...........................................................................15
1.2.Địa chỉ IP.............................................................................................................17
1.3.Các lớp thiết bị GPRS..........................................................................................18
1.4.Thông số chất lượng dịch vụ (QoS) GPRS ...........................................................18

1.5.Các dịch vụ hỗ trợ................................................................................................19
2.Công nghệ 3G.........................................................................................................20
2.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động và khái niệm 3G............................20
2.2. Các tiêu chí chung để xây dựng IMT – 2000:......................................................22
2.3. Các đặc điểm của mạng 3G.................................................................................24
2.4. Sự khác nhau cơ bản giữa mạng 3G và 2G..........................................................25
2.5. Cấu trúc mạng 3G ...............................................................................................26
2.6. Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động thế hệ 3: ..............................................30
Chương II: Công nghệ GPS trong mạng WCDMA. ..............................................32
1. Những khái niệm và phương pháp định vị cơ bản ..................................................32
1.1. Các khái niệm và lý thuyết về định .....................................................................32
1.2. Các phương pháp đo đạc.....................................................................................33
1.3. Các kĩ thuật định vị cơ bản..................................................................................36
2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS ..............................................................................41
2.1. Sơ lược về hệ thống GPS ....................................................................................41
2.2. Các thành phần của GPS .....................................................................................42
2.3. Bộ Thu GPS........................................................................................................45
2.4. Phương trình xác định tọa độ ..............................................................................46
2.5. Các kiểu định vị GPS ..........................................................................................47
2.6. Hiệu chỉnh đồng hồ của bộ thu............................................................................50

1


2.7. Tín hiệu định vị...................................................................................................51
2.8. Nguồn lỗi của tín hiệu GPS.................................................................................52
3. Các phương pháp định vị trong mạng 3G (UMTS/WCDMA) ................................53
3.1. Các phương pháp dựa trên tế bào (cell) ...............................................................53
3.2. Phương pháp dựa trên chênh lệch thời gian quan sát được của tín hiệu đến với chu
kỳ rỗi của tín hiệu đến với chu kỳ rỗi đường xuống (OTDoA-IPDL) .........................54

3.3. A-GPS ................................................................................................................55
Chương III: Truyền dữ liệu trong mạng di động thế hệ 3 .....................................58
1. Các loại kênh truyền dữ liệu ..................................................................................58
2. Quá trình truyền dữ liệu .........................................................................................58
Chương IV: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ tích hợp truyền dữ liệu và ảnh
tĩnh qua mạng di động thế hệ ba. ............................................................................61
1.Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................................61
2.Lựa chọn linh kiện và thiết bị..................................................................................61
2.1. Lựa chọn vi điều khiển........................................................................................61
2.2. Lựa chọn module truyền dữ liệu qua mạng 3G....................................................62
2.3. Giới thiệu về các thiết bị và linh kiện được lựa chọn..........................................63
3. Thiết kế chế tạo phần cứng ....................................................................................73
4. Sơ đồ mạch thiết kế tổng thể ..................................................................................84
5. Sơ đồ bố trí linh kiện trên bo mạch và thiết kế kế mạch in .....................................85
Kết luận và hướng phát triển của đề tài. ................................................................87
1.Kết quả thực hiện....................................................................................................87
2.Những vấn đề còn tồn tại. .......................................................................................87
3.Hướng phát triển của đề tài: ....................................................................................87
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................88

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng tập luận văn này hoàn toàn do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và
thực hiện, không hề có sự sao chép hoặc sử dụng các nội dung sẵn có trong các luận
văn, đồ án khác. Nếu các thầy cô phát hiện có sự sao chép nội dung từ các luận văn
khác, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước các thầy cô giáo, Khoa Điện tử Viễn
Thông và Viện Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Hà Nội, tháng 3 năm 2012

Học viên

Lê Văn Quyết

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Nguyên văn tiếng Anh

Giải nghĩa tiếng Việt

2G

Second-Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third-Generation

Thế hệ thứ 3

ADC

Analog to Digital Convertor

Bộ chuyển đổi tương tự - số

A-GPS

Assisted GPS

GPS hỗ trợ

AMPS

Advanced Mobile Phone System

AoA

Angle of Arrival

Góc đến

APN

Access Point Name

Tên điểm truy cập

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bít

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

BS

Base Station

Trạm gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Truy nhập đa phân theo mã

Cell-ID

Cell-Identification

Nhận dạng tế bào

CM

Connection Management

Quản lý kết nối

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Chanel

Kênh gói chung

CRC

Cyclic Redundancy Check

(Mã phát hiện lỗi)

DTE

Data Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối dữ liệu

DCE

Data Circuit – Terminating Equipment

Mạch truyền dẫn dữ liệu

DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DS/SS:

Direct Sequence Spreading Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

EDGE

Enhanced Data rate for GSM Evolution

EVDO

Evolution Data Optimized

FDD

Frequency Division Duplex

FDMA

Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập theo tần số

FH/SS

Frequency Hopping Spreading

Trải phổ kiểu nhảy tần

Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến

Các tốc độ số liệu tăng cường
cho phát triển GSM
Phát triển-Tối ưu hóa dữ liệu
Song công phân chia theo tần
số

4


Spectrum
FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền file

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ cổng GPRS

GIS

Geographic Information System

Bản đồ số

Gateway Mobile Service Switching

trung tâm chuyển mạch các

Center

dịch vụ di động cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global Possition System

Hệ thống định vị toàn cầu

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn

Telecommunication

cầu

GTP

GPRS Tunneling Protocol

Giao thức hỗ trợ GPRS

HLR

Home Location Register

Thanh ghi định vị thường trú

HSDPA

High Speed Downlink Pakage Access

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ISP

Internet Service Provide

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

GMSC

GSM

ITU

International Telecommunications
Union

LAN

Local Area Network

MAC

Media Access Control

MM

Mobile Management

MMS

MultiMedia Messaging Service

MS

Mobile Station

MSC

Mobile Switching Centre

MSC/VL

Mobile Switching Centre/Visitor

R

Location Register

MSISDN

Truy cập gói đường xuống tốc
độ cao

Tổ chức viễn thông quốc tế
Mạng cục bộ
Điều khiển truy cập đa phương
tiện
Quản lý di động

Dịch vụ tin nhắn đa phương
tiện
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch các
dịch vụ di động

Mobile Station International Subscriber
Directory Number

5

(1 thành phần của mạng lõi)

Số nhận dạng


Đầu cuối di động

MT

Mobile Terminal

OTDoA-

Observed Time Difference of Arrival

IPD

with Idle Period Downlink

PCU

Packet Control Unit

Bộ đơn vị điều khiển gói tin

PTP

Point to point

Điểm nối điểm

PTT

Push to Talk

Dịch vụ đàm thoại

QoS

Quality of service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Điều chế pha vuông góc.

RACH

Random Access Chanel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RRM

Radio Resource Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RSS

Radio Signal Strong

Độ mạnh tín hiệu vô tuyến

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SMS

Short Message Service

Dịch vụ nhắn tin ngắn

SS

Spread Spectrum

Trải phổ

Chênh lệch thời gian quan sát
được của tín hiệu đến với chu
kỳ rỗi đường xuống

CDMA song công phân chia

TD-CDMA Time-division-CDMA

theo thời gian
Ghép song công phân chia theo

TDD

Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập theo thời gian

TDoA

Time Difference of Arrival

Sai khác thời gian đến

TD-

Time Division Synchronous Code

CDMA đồng bộ song công

SCDMA

Division Multiple Access

phân chia theo thời gian

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TH/SS

Time Hopping Spreading Spectrum

Trải phổ nhảy thời gian

ToA

Time of Arrival

Thời gian đến

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

Universal Mobile Telecommunications

Hệ thống thông tin di động toàn

System

cầu

UMTS

UTRAN

thời gian

UMTS Terestrial Radio Access
Network

6

Mạng truy cập vô tuyến

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WAP

Wireless Application Protocol

Giao thức ứng dụng không dây

Wideband Code Division Multiple

Truy nhập đa phân mã băng

Access

rộng

WCDMA

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các mô hình mã hóa trong GPRS .............................................................. 18
Bảng 1.2: Tổng quan 3G/IMT-2000........................................................................... 23
Bảng 1.3: Những điểm khác biệt chính giữa WCDMA và GSM. ............................... 26

Bảng 2.1: Các đặc tính hiệu năng của các phương pháp định vị di động .................... 56
Bảng 2.2: Một số đặc tính khác của các phương pháp định vị di động ....................... 56
Bảng 4.1: Ký hiệu và thứ tự chân của cổng USB ....................................................... 80
Bảng 4.2. Miêu tả chân PL2303................................................................................. 82

8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Kiến trúc chung của hệ thống GPRS .......................................................... 15
Hình 1.2: Cấp phát địa chỉ IP tĩnh trong GPRS ......................................................... 17
Hình 1.3: Cấp phát địa chỉ IP động trong GPRS ....................................................... 17
Hình 1.4: Phân bố tần số trong FDD và TDD............................................................ 26
Hình 1.5: Mô hình cấu trúc hệ thống 3G.................................................................... 27
Hình 1.6: Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA. ......... 28
Hình 1.7: Cấu trúc quản lý tài nguyên. ...................................................................... 29
Hình 1.8: Cấu trúc dịch vụ......................................................................................... 30
Hình 1.9: Tín hiệu trải phổ. ....................................................................................... 31
Hình 2.1: Xác đinh vị trí bằng giao điểm ba đường tròn. ........................................... 37
Hình 2.2: Phương pháp xác định vị trí dựa trên giao của ba đường Hyperbol........... 39
Hình 2.3: Xác định vị trí dựa vào góc ........................................................................ 40
Hình 2.4: Hệ thống vệ tinh GPS xung quanh Trái đất. ............................................... 41
Hình 2.5: Ba thành phần cơ bản của GPS ................................................................. 42
Hình 2.6: Các loại vệ tinh của các hệ thống định vị. .................................................. 43
Hình 2.7: Các trạm điều khiển GPS........................................................................... 44
Hình 2.8: Hệ trục tọa độ máy thu - vệ tinh................................................................. 46
Hình 2.9: Kỹ thuật định vị tuyệt đối ........................................................................... 47
Hình 2.10: Tính toán tọa độ máy thu ......................................................................... 47
Hình 2.11: Tính toán tọa độ máy thu với 3 vệ tinh ..................................................... 48
Hình 2.12: Kỹ thuật định vị tương đối........................................................................ 48

Hình 2.13: Kỹ thuật định vị động............................................................................... 49
Hinh 2.14: Tóm tắt độ chính xác của định vị GPS...................................................... 50
Hình 2.15: Cấu trúc tín hiệu GPS .............................................................................. 52
Hình 2.16: Các phương pháp định vị dựa trên cell .................................................... 54
Hình 2.17: Phương pháp đo OTDoA- IPDL............................................................... 55
9


Hình 2.18: Cơ sở hạ tầng A-GPS............................................................................... 56
Hình 3.1: Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH ...................................................... 58
Hình 3.2: Quá trình truy nhập CPCH. ....................................................................... 59
Hình 3.3: Sơ đồ khối của máy phát vô tuyến trong WCDMA...................................... 59
Hình 3.4: Sơ đồ khối của máy thu vô tuyến trong WCDMA........................................ 60
Hình 4.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống........................................................................... 61
Hình 4.2: Vi điều khiển ATMEGA128 ........................................................................ 62
Hình 4.3: Module SIM5218A ..................................................................................... 62
Hình 4.4: Sơ đồ chân của Atmega128........................................................................ 66
Hình 4.5: Cấu trúc của ATMEGA128 ........................................................................ 67
Hình 4.6: Sơ đồ khối của bộ truyền/nhận UART ........................................................ 68
Hình 4.7: Bộ dồn kênh ............................................................................................... 69
Hình 4.8: Sơ đồ của bộ timer/counter 0 8 bit ............................................................. 70
Hình 4.9: Sơ đồ của bộ timer/counter1 16 bit ............................................................ 70
Hình 4.10: Sơ đồ của bộ timer/counter2 8bit ............................................................. 71
Hình 4.11: Sơ đồ khối SIM5218A .............................................................................. 72
Hình 4.12. Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho mạch....................................................... 73
Hình 4.13: Sơ đồ chân của IC LM317........................................................................ 74
Hình 4.13: Kết nối camera module với SIM5218A..................................................... 76
Hình 4.14: Kết nối USIM và SIM5218 ....................................................................... 76
Hình 4.15: Kết nối MIC và SIM5218 ......................................................................... 77
Hình 4.16: Kết nối SIM5218A với Vi điều khiển ........................................................ 77

Hình 4.17: Kết nối SIM5218A với cổng USB ............................................................. 78
Hình 4.18: Sơ đồ khối hệ thống.................................................................................. 84
Hình 4.19: Mạch in nhìn từ trên xuống (top view)...................................................... 85
Hình 4.20:Mạch in nhìn từ dưới lên (bottom view) .................................................... 85
Hình 4.21: Mạch hoàn chỉnh ..................................................................................... 86
Hình 4.22: Mạch hoàn chỉnh với antenna 3G và antenna GPS .................................. 86
10


MỞ ĐẦU
Vào những năm 40 của thế kỷ XX, sự ra đời của thông tin di động được coi như
là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị
đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng.
Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong
việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, mà các
nhà cung cấp dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động còn đang
nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất
lượng dịch vụ cao.
Hiện nay, tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang
phát triển với tốc độ nhanh chóng. Tính đến đầu năm 2009, cùng với các “đại gia” di
động Vinaphone, Mobifone và Viettel, đã có thêm nhiều doanh nghiệp tham gia vào
thị trường này như EVNTelecom, S-fone và HanoiTelecom. Bên cạnh đó còn có một
số doanh nghiệp đã được cấp phép triển khai cung cấp dịch vụ di động theo mô hình
MVNO như Đông Dương Telecom và VTC. Mặc dù vậy, các nhà mạng vẫn chỉ sử
dụng 2 công nghệ chính là GSM (Vinaphone, Mobifone, Viettel) và CDMA
(EVNTelecom, S-fone, HanoiTelecom).
Khi nhu cầu sử dụng dịch vụ thoại đã dần trở nên đơn giản và bão hòa đối với
phần lớn bộ phận khách hàng thì các tính năng khác của dịch vụ di động, trong đó đặc
biệt là dịch vụ dữ liệu đã và đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của các tầng lớp
khách hàng. Với GSM, các nhà mạng cũng chỉ có thể triển khai dịch vụ dữ liệu trên

nền GPRS, còn với công nghệ CDMA, tuy có hỗ trợ dịch vụ dữ liệu CDMA20001x
nhưng tốc độ còn hạn chế. Trong khi đó, số lượng trạm EVDO không nhiều dẫn đến
vùng phủ hạn chế, hơn nữa do khó khăn về thiết bị đầu cuối EVDO nên có thể nói khả
năng đáp ứng của các nhà cung cấp là rất hạn chế so với đòi hỏi từ phía khách hàng.
Có thể nói, nhu cầu về tăng tốc độ truyền dữ liệu (thoại, dữ liệu, ảnh…) của người sử
dụng qua mạng di động đang trở nên ngày càng bức thiết.
Cho đến tháng 4/2009, Bộ Thông tin và Truyền thông đã tổ chức thi tuyển và cấp
phép triển khai mạng 3G cho 5 nhà mạng. Viettel, Vinaphone và Mobifone dành được
giấy phép riêng, tiếp đó là EVN Telecom và Vietnammobile (tiền thân là
HanoiTelecom) sở hữu chung một giấy phép. Trong đó Vinaphone là nhà mạng cung
cấp 3G chính thức đầu tiên vào 12/10/2009 và Vietnammobile hiện tại là nhà mạng
11


sau cùng nhập cuộc đua 3G và tuyên bố là nhà mạng có tốc độ truyền tải dữ liệu 3G
nhanh nhất, còn EVN Telecom chính thức sát nhập vào Viettel kể từ 01/01/2012. Tuy
nhiên chính xác nhất, thì phải có tới 6 nhà mạng bởi S-Fone mặc dù từ bỏ đấu thầu 3G
trong cuộc chạy đua lấy giấy phép 3G năm 2009 nhưng họ hiện đang triển khai khá
nhiều dịch vụ giá trị gia tăng trên nền công nghệ CDMA2000 1xEVDO vốn có thể
được xem như một dạng 3G của CDMA với tốc độ và chất lượng tốt hơn khá nhiều so
với 3G của các mạng dùng công nghệ GSM. Ngoài ra, cùng trong “họ” nhà CDMA,
hãng S-Fone mặc dù không có tên trong cuộc đua 3G, nhưng lại cung cấp khoảng 20
dịch vụ giá trị gia tăng khác nhau trên nền cộng nghệ CDMA2000 1xEVDO của mình.
Các giấy phép thiết lập mạng 3G theo tiêu chuẩn IMT-2000 đã mở ra một kỷ
nguyên mới trong lộ trình triển khai và cung cấp các ứng dụng dữ liệu băng rộng cho
khách hàng, tất cả các nhà mạng giành được giấy phép đều đã triển khai hạ tầng và
chính thức cung cấp dịch vụ cho khách hàng trên nền công nghệ WCDMA.
Xuất phát từ thực tế triển khai mạng thông tin di động dựa trên công nghệ
WCDMA tại Việt Nam và nhu cầu về truyền dữ liệu, tăng tốc độ truyền dữ liệu (thoại,
dữ liệu, ảnh) của người sử dụng qua mạng di động, tôi xin trình bày luận văn tốt

nghiệp với đề tài “Thiết kế thiết bị tích hợp thông tin-định vị qua mạng thông tin di
động”.
Trên thế giới, nhiều hãng sản xuất thiết bị đầu cuối hỗ trợ 3G như Nokia, Sony
Ericsson, LG, Samsung, Apple…đã cho ra đời các sản phẩm chạy ứng dụng truyền dữ
liệu qua mạng 3G. Tuy nhiên, đó là các thiết bị mang tính sản phẩm công nghệ hoàn
chỉnh và có bản quyền chúng ta rất khó tìm hiểu cách thức thiết kế và thực hiện sản
phẩm đó. Với những kiến thức học hỏi và tiếp thu được trong quá trình học tập và
nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi quyết định chọn và thực hiện
đề tài này với mong muốn tìm hiểu công nghệ và chế tạo thử nghiệm các thiết bị đầu
cuối truyền nhận dữ liệu qua mạng thông tin di động. Trong tương lai không xa, dịch
vụ 3G sẽ trở nên phổ biến rộng khắp ở nước ta, cho nên tôi hy vọng rằng, với đề tài
này cùng những kết quả thực nghiệm của nó, tôi sẽ góp phần vào công cuộc cách
mạng sản xuất những thiết bị đầu cuối 3G do chính Việt Nam chúng ta sản xuất trong
thời gian tới.
Nội dung luận văn gồm có 4 chương:
- Chương I: Tổng quan về mạng di động thế hệ thứ 3.

12


- Chương II: Công nghệ GPS trong mạng WCDMA.
- Chương III: Truyền dữ liệu trong mạng di động thế hệ thứ 3.
- Chương IV: Thiết kế và chế tạo thiết bị tích hợp thông tin-định vị qua mạng
thông tin di động cho hệ thống WCDMA.
Với tất cả lòng biết ơn, kính trọng và yêu mến tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất
đến Thầy giáo, PGS, TS Vũ Văn Yêm đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi những
kiến thức bổ ích và định hướng cho tôi thực hiện đề tài của mình. Tôi cũng xin chân
thành cảm ơn các thầy cô tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã dạy dỗ và truyền
đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình tôi học tập tại đây, những kiến
thức đó đã góp phần không nhỏ giúp tôi thực hiện, hoàn thành được đề tài của mình.

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, các đồng nghiệp, thủ trưởng công tác tại
Trường Đại học Thành Đô, đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá
trình làm và hoàn thành luận văn của mình
Và cuối cùng tôi muốn nói lời cảm ơn chân thành đến gia đình vì đã quan tâm,
động viên và giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài
này.
Do đây là một đề tài tương đối phức tạp và đề cập đến nhiều nội dung, trong khi
đó thời gian nghiên cứu còn hạn chế, do đó chắc luận văn này không tránh khỏi những
thiếu sót. Kính mong các thầy giáo, anh chị và các bạn cho ý kiến góp ý để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 3 năm 2012
Học viên

Lê Văn Quyết

13


Chương I: Tổng quan về mạng di động thế hệ thứ 3.
Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của Internet đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghệ viễn thông di động.
Thông tin di động thế hệ 2 (2G-second generation) mặc dù sử dụng công nghệ số
nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên
không thể đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng. Công nghệ 3G (third
generation), công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, là giai đoạn mới nhất trong sự tiến
hóa và hiện đang phát triển một cách mạnh mẽ của ngành viễn thông di động. Nếu 1G
(the first gerneration), điện thoại di động là những thiết bị analog, chỉ có khả năng
truyền thoại, 2G, điện thoại di động gồm cả hai công năng truyền thoại và dữ liệu giới
hạn dựa trên kỹ thuật số, “2.5G” là hệ thống di động 2G kết hợp với GPRS (General

Packet Radio Service), cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu vừa phải, thì 3G (third
Generation), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3, đã mở rộng đáng kể khả năng
cung cấp dịch vụ và chất lượng dịch vụ cho người dùng. 3G mang lại cho người dùng
các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ
liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng
tần cao. Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ
thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn;
tải tệp tin video và MP3; thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA
và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao… Công nghệ di động 3G đã được triển khai
thành công trên thế giới từ vài năm qua. Tại Việt Nam, từ năm 2010 cho đến nay, đã
có 5 nhà khai thác viễn thông là Viettel, Vinaphone, Mobifone, EVNTelecom (hiện
nay đã sát nhập vào Viettel) và Vietnammobile chính thức cung cấp dịch vụ 3G.
1. GPRS (General Packet Radio Service)
GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp) là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói
dành cho những người dùng hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) và điện thoại
di động IS-136. Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 kbps.
GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy cập giao thức ứng dụng
không dây (WAP), dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
(MMS), và với các dịch vụ liên lạc Internet như email và truy cập Web. Dữ liệu được
truyền trên GPRS thường được tính theo từng megabyte đi qua, trong khi dữ liệu liên
lạc thông qua chuyển mạch truyền thống được tính theo từng phút kết nối, bất kể

14


người dùng có thực sự đang sử dụng dung lượng hay đang trong tình trạng chờ. GPRS
là một dịch vụ chuyển mạch gói nỗ lực tối đa, trái với chuyển mạch, trong đó một mức
chất lượng dịch vụ (QoS) được bảo đảm trong suốt quá trình kết nối đối với người
dùng cố định.
Khi hệ thống di động 2G kết hợp với GPRS có thể gọi là công nghệ "2.5G", có

nghĩa là, một công nghệ trung gian giữa thế hệ điện thoại di động thứ hai (2G) và thứ
ba (3G). Nó cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu vừa phải, bằng cách sử dụng các kênh
đa truy cập theo phân chia thời gian (TDMA) đang còn trống, ví dụ, hệ thống GSM.
Trước đây đã có suy nghĩ sẽ mở rộng GPRS để bao trùm những tiêu chuẩn khác,
nhưng thay vào đó những mạng đó hiện đang được chuyển đổi để sử dụng chuẩn
GSM, do đó GSM là hình thức mạng duy nhất sử dụng GPRS. GPRS được tích hợp
vào GSM Release 97 và những phiên bản phát hành mới hơn. Ban đầu nó được Viện
tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) đặt tiêu chuẩn, nhưng nay là dự án đối tác thế
hệ thứ 3 (3GPP).
1.1. Kiến trúc hệ thống GPRS chung

Hình 1.1: Kiến trúc chung của hệ thống GPRS
GPRS không phải là một mạng hoàn toàn tách biệt với GSM. Nhiều thiết bị như
trạm thu phát gốc (BTS), bộ điều khiển trạm thu phát gốc (BSC) vẫn được sử dụng.
Việc triển khai dịch vụ GPRS thường là nâng cấp về phần mềm, phần cứng hoặc cả
hai. Việc nâng cấp phần mềm hầu như có thể được thực hiện từ xa.

15


Có hai bộ phận chức năng quan trọng trong hoạt động của GPRS: Serving GPRS
Support Node – SGSN và Gateway GPRS Support Node – GGSN. Hai thành phần này
là những thay đổi lớn nhất và hoàn toàn mới so với mạng GSM.
Dịch vụ dữ liệu GPRS hoạt động song song với dịch vụ thoại trên GSM. Trong
mạng GSM thường có nhiều trạm điều khiển trạm thu phát gốc (BSC). Khi triển khai
dịch vụ GPRS, tại các trạm BSC được bổ sung các bộ đơn vị điều khiển gói tin PCU –
Packet Control Unit. Bộ phận này sẽ phân biệt dữ liệu của mạng GSM chuẩn (hay
chuyển mạch kênh) và dữ liệu của dịch vụ GPRS (hay chuyển mạch gói). Trong vài
trường hợp, PCU có thể là các bộ phận riêng biệt.
a) SGSN

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) đảm nhận các tác nhiệm quan trọng, bao gồm
định tuyến (routing), chuyển giao và cấp phát địa chỉ IP.
SGSN có một kết nối logic tới các thiết bị GPRS. Khi thiết bị đang sử dụng dịch
vụ GPRS di chuyển, từ ô tế bào này sang ô tế bào khác, SGSN có nhiệm vụ đảm bảo
kết nối của thiết bị di động tới mạng không bị ngắt. Khi thiết bị di chuyển vào một
vùng mạng được điều khiển bởi một SGSN khác, nó sẽ thực hiện chuyển giao cho
SGSN mới. Quá trình này được thực hiện rất nhanh. Bất kỳ gói dữ liệu nào bị mất
trong quá trình chuyển giao này cũng sẽ được truyền lại.
SGSN chuyển đổi dữ liệu di động thành IP và được kết nối với GGSN qua giao
thức đường hầm (tunneling protocol)
b) GGSN
Nút hỗ trợ cổng vào GPRS (GGSN) là cổng cuối cùng trong mạng GPRS trước
khi kết nối với một ISP hay bộ định tuyến của mạng doanh nghiệp. GGSN về cơ bản là
một cổng vào (gateway), bộ định tuyến (router) và tường lửa (firewall) kết hợp làm
một. GGSN cũng làm nhiệm vụ xác nhận chi tiết người dùng với máy chủ RADIUS
cho quá trình bảo mật, thường xảy ra trong mạng IP, hay bên ngoài mạng GPRS.
c) Kết nối giữa SGSN và GGSN
Kết nối giữa hai nút hỗ trợ GPRS sử dụng giao thức gọi là GPRS Tunneling
Protocol (GTP). GTP nằm trên TCP/IP và có trách nhiệm thu thập các thông tin tính
cước và dàn xếp. Trong thực tế hai khối GSN có thể nằm cùng trong một khối đơn.
d) HLR – Home Location Register

16


Bộ đăng ký vị trí trung tâm (HLR) là một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin thuê
bao, khi một thiết bị di động kết nối tới mạng sử dụng số nhận dạng MSISDN, trạng
thái của thuê bao, hay đôi khi là địa chỉ IP.
1.2. Địa chỉ IP
a) Cấp phát địa chỉ IP

Có 3 cách khác nhau để cấp phát địa chỉ IP cho các thiết bị di động
- Cấp phát IP tĩnh:
Địa chỉ IP tĩnh cho thiết bị di động không được sử dụng do sự hạn chế của địa chỉ
IPv.4. Thông tin này được lưu giữ trong HLR.

Hình 1.2: Cấp phát địa chỉ IP tĩnh trong GPRS
- Cấp phát IP động:
Thiết bị di động được cấp phát địa chỉ IP động. Địa chỉ IP này không được lưu
giữ tại HLR, mà được chuyển cho GGSN.

Hình 1.3: Cấp phát địa chỉ IP động trong GPRS
- Phương pháp cấp phát IP thứ 3, cũng là một dạng cấp phát động, trong đó địa
chỉ IP được cấp phát bởi máy chủ RADIUS, thường được đặt ngoài mạng thông tin di
động, trong mạng IP.
17


b) Liên lạc giữa SGSN và GGSN
Một thiết bị di động được lập trình với một hay nhiều tên điểm truy cập – Access
Point Name (APN). Một APN có chứa một tên máy chủ tên miền DNS. Khi thiết bị di
động muốn truy cập một địa chỉ web, SGSN tìm kiếm máy chủ tên miền DNS và phân
giải tên tới đúng GGSN tương ứng.
1.3. Các lớp thiết bị GPRS
Có 3 lớp khác nhau của thiết bị GPRS
Lớp A:
Các thiết bị đầu cuối lớp A có hai bộ thu phát, cho phép gửi/nhận dữ liệu thoại và
dữ liệu GPRS đồng thời.
Lớp B:
Các thiết bị đầu cuối lớp B có thể gửi/nhận dữ liệu thoại hoăc dữ liệu GPRS
nhưng không đồng thời cả hai.

Lớp C:
Các thiết bị này chỉ cho phép thực hiện 1 trong 2 kết nối thoại hoặc dữ liệu.
1.4. Thông số chất lượng dịch vụ (QoS) GPRS
a) Kiến trúc mạng
Các mạng lưới cần được nâng cấp trong GPRS, trong đó có các nút hỗ trợ GSN.
GPRS đã đáp ứng sự trông đợi của người sử dụng về hiệu suất mạng.
b) Giao diện vô tuyến
Bảng 1.1: Các mô hình mã hóa trong GPRS
User Data Rate

CS1

CS2

CS3

CS4

1 Timeslot

9.05 kbps

13.4 kbps

15.6 kbps

21.4 kbps

8 Timeslot

72.4 kbps

107.2 kbps

124.8 kbps

171.2 kbps

ETSI đã cho ra đời 3 sơ đồ mã hóa mới cho giao diện vô tuyến. Khi thiết bị
GPRS liên lạc với trạm thu phát gốc, chúng có thể sử dụng 1 trong 4 sơ đồ. Các sơ đồ
CS-1 tới CS-3 trong đó CS-1 giống như chuẩn GSM. Một cách đơn giản, CS-1 có độ
dư thừa lớn, trong khi CS-2 và CS-3 có ít dư thừa hơn. Trong khi CS-4 có ít dư thừa
nhất, gỡ bỏ tất các điều khiển lỗi, trong khi đạt khả năng truyền tải lớn nhất. Nếu chất
lượng sóng vô tuyến thấp, CS-1 được sử dụng, với các điều khiển lỗi giúp tăng chất
lượng dịch vụ.

18


c) Các lớp dịch vụ GPRS
Các thiết bị di động có thể yêu cầu các loại truyền tải khác nhau được ưu tiên,
trong nỗ lực mang đến cho người sử dụng mức độ kết nối mong muốn. Có 4 lớp truyền
tải khác nhau:
- Lớp ưu tiên: Một ứng dụng có thể được gán cho một lớp ưu tiên 1, 2 hay 3. Nếu
một ứng dụng có độ ưu tiên cao hơn (1) các ứng dụng khác (3) thì quá trình truyền tải
của nó sẽ có thứ tự ưu tiên cao hơn.
- Lớp trễ: Các ứng dụng có thể yêu cầu các lớp trễ, đảm bảo độ trễ trung bình
95%. Có 4 lớp, lớp 1 là nhanh nhất.
- Lớp tin cậy: Các ứng dụng có thể yêu cầu các mức khác nhau của độ tin cậy cho
dữ liệu của nó, phụ thuộc vào mức độ mất mát dữ liệu.

- Lớp dung lượng: Các ứng dụng có thể chọn các cấu hình khác nhau cho lưu
lượng. Có hai lớp: đỉnh và trung bình. Lớp lưu lượng đỉnh được sử dụng chủ yếu cho
các truyền dẫn tức thời với số lượng octet biến đổi trong một giây. Lớp trung bình là
tốc độ truyền dẫn trung bình trong một khoảng thời gian, tính bằng sô octet trong một
giờ.
Ngoài ra, các nhân tố khác cũng có thể ảnh hưởng tới QoS, như chất lượng sóng
vô tuyến, nghẽn mạng internet, LAN/WAN, lỗi trong mạng GSM/GPRS, .v.v.
1.5. Các dịch vụ hỗ trợ
Dịch vụ GPRS trên nền GSM cung cấp các dịch vụ mới:
- Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS – Multimedia messaging service).
- Dịch vụ đàm thoại Push to Talk (PTT).
- Các ứng dụng internet trên thiết bị thông minh, qua giao thức ứng dụng không
dây (WAP – Wireless Application Protocol).
- Dịch vụ Point to Point (PTP): liên mạng với mạng internet (giao thức IP).
GPRS cho phép tăng hiệu quả sử dụng đường truyền và tốc độ truyền dữ liệu.
Khi sử dụng dịch vụ nhắn tin ngắn SMS bằng GPRS có thể đạt được tốc độ truyền tin
30 bản tin / phút, trong khi với dịch vụ SMS truyền thống trên GSM, tốc độ chỉ đạt
được từ 6-10 bản tin / phút.

19


2. Công nghệ 3G
2.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động và khái niệm 3G
3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3. Để hiểu
thế nào là công nghệ 3G, chúng ta hãy xét qua đôi nét về lịch sử phát triển của các hệ
thống điện thoại di động. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên
đựơc sử dụng vào những năm 1930-1940 trong trong các sở cảnh sát Hoa Kỳ nhưng
các hệ thống điện thoại di động thương mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng cuối những
năm 1970 đầu những năm 1980. Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụng công nghệ

tương tự và người ta gọi các hệ thống điện thoại kể trên là các hệ thống 1G. Đặc điểm
của công nghệ 1G là:
- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
- Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong ô
tế bào.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản, do đó
không thể thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc
độ. Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1:
- Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
- Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi
trường fading đa tia.
- Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng.
- Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho
thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác.
- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ
thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy nhập mới ưu điểm
hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện hệ thống
thông tin di động thế hệ 2.
Ở châu Âu, vào năm 1982 tổ chức các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông châu Âu
(CEPT – Conférence Européene de Postes et Telécommunications) đã thống nhất

20


thành lập một nhóm nghiên cứu đặc biệt gọi là Groupe Spéciale Mobile (GSM) có
nhiệm vụ xây dựng bộ các chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng điện thoại di động toàn châu Âu

hoạt động ở dải tần 900 MHz. Nhóm nghiên cứu đã xem xét nhiều giải pháp khác nhau
và cuối cùng đi đến thống nhất sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã băng
hẹp (Narrow Band TDMA). Năm 1988 phiên bản dự thảo đầu tiên của GSM đã được
hoàn thành và hệ thống GSM đầu tiên được triển khai vào khoảng năm 1991. Kể từ khi
ra đời, các hệ thống thông tin di động GSM đã phát triển với một tốc độ hết sức nhanh
chóng, có mặt ở 140 quốc gia và có số thuê bao lên tới gần 1 tỷ. Lúc này thuật ngữ
GSM có một ý nghĩa mới đó là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System
Mobile).
Cũng trong thời gian kể trên, ở Mỹ các hệ thống điện thoại tương tự thế hệ thứ
nhất AMPS được phát triển thành các hệ thống điện thoại di động số thế hệ 2 tuân thủ
tiêu chuẩn của hiệp hội viễn thông Mỹ IS-136. Khi công nghệ CDMA (Code Division
Multiple Access – IS-95) ra đời, các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động ở Mỹ
cung cấp dịch vụ ở chế độ song song, cho phép thuê bao có thể truy cập vào cả hai
mạng IS-136 và IS-95.
Do nhận thức rõ về tầm quan trọng của các hệ thống thông tin di động mà ở Châu
Âu, ngay khi quá trình tiêu chuẩn hoá GSM chưa kết thúc người ta đã tiến hành dự án
nghiên cứu RACE 1043 với mục đích chính là xác định các dịch vụ và công nghệ cho
hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 cho năm 2000. Hệ thống 3G của châu Âu được
gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Những người thực
hiện dự án mong muốn rằng hệ thống UMTS trong tương lai sẽ được phát triển từ các
hệ thống GSM hiện tại. Ngoài ra người ta còn có một mong muốn rất lớn là hệ thống
UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng khác nhau như PMR, MSS, WLAN…
thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ số liệu tốc độ cao và quan
trọng hơn đây sẽ là một mạng hướng dịch vụ.
Song song với châu Âu, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU – International
Telecommunications Union) cũng đã thành lập một nhóm nghiên cứu để nghiên cứu
về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3, nhóm nghiên cứu TG8/1. Nhóm nghiên cứu
đặt tên cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của mình là Hệ thống Thông tin Di
động Mặt đất Tương lai (FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunications
System). Sau này, nhóm nghiên cứu đổi tên hệ thống thông tin di động của mình thành

21


Hệ thống Thông tin Di động Toàn cầu cho năm 2000 (IMT-2000 – International
Mobile Telecommunications for the year 2000).
2.2. Các tiêu chí chung để xây dựng IMT – 2000:
IMT-2000 cung cấp hạ tầng kỹ thuật cho các dịch vụ gia tăng và các ứng dụng
trên một chuẩn duy nhất cho mạng thông tin di động.
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: Đuờng lên: 1885 – 2025 MHz;
đường xuống: 2110-2200 MHz. IMT-2000 hỗ trợ tốc độ đường truyền cao hơn: tốc độ
tối thiểu là 2Mbps cho người dùng văn phòng hoặc đi bộ; 348Kbps khi di chuyển trên
xe. Trong khi đó, hệ thống viễn thông 2G chỉ có tốc độ từ 9,6Kbps tới 28,8Kbps.
- 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.
 Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông từ cố định, di động, thoại, dữ liệu,
Internet đến các dịch vụ đa phương tiện.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
 Các phương tiện tại nhà ảo trên cơ sở mạng thông minh, di động các nhân và
chuyển mạng toàn cầu.
 Đảm bảo chuyển mạng quốc tế cho phép người dùng có thể di chuyển đến bất
kỳ quốc gia nào cũng có thể sử dụng một số điện thoại duy nhất.
 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch
kênh và số liệu chuyển mạch gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
Môi trường hoạt động của IMT – 2000 được chia thành 4 vùng với tốc độ bit R
như sau:
- Vùng 1: Trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbit/s.
- Vùng 2: Thành phố, ô macrô, R b ≤ 384 kbit/s.
- Vùng 2: Ngoại ô, ô macrô, Rb ≤ 144 kbit/s.

- Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 9,6 kbit/s.

22


Bảng 1.2: Tổng quan 3G/IMT-2000
ITU IMT-2000
TDMA

Single-Carrier

(IMT-SC)
CDMA Multi-Carrier (IMTMC)
CMDA

Tên thông dụng
EDGE (UWT-136)
CDMA 2000

Direct-Spread

Băng thông

Mô tả

Vùng sử dụng chính

EDGE

Còn gọi TDMA một sóng mang. Là tiêu chuẩn được phát

Hầuhết trên thế giới, trừ

Evolution

triển từ các hệ thống GSM/GPRS hiện có lên GSM 2+

Nhật Bản và Hàn Quốc

Còn gọi là CDMA đa sóng mang. Đây là phiên bản

Một vài quốc gia ở

3G của hệ thống IS-95 (hiện nay gọi là CDMAOne)

Châu Mỹ và Châu Á

dữ liệu

EV-DO

Đây thực chất là 2 tiêu chuẩn “họ hàng). Chuẩn IMT-DS

WCDMA

(IMT-DS)

còn gọi là CDMA trải phổ dãy trực tiếp, hay UTRA FDD
hoặc WCDMA. Chuẩn IMT-TC còn gọi là CDMA

TD-CDMA
UMTS
CDMA TDD (IMT-TC)

HSPA
TD-SCDMA

Toàn cầu
Châu Âu

TDD, hay UTRA TDD, nghĩa là hệ thống UTRA sử
dụng phương pháp song công phân chia theo thời gian
(Time-division duplex). UTRA là từ viết tắt của UMTS

Trung Quốc

Terrestrial Radio Access.
FDMA/TDMA (IMT-FT)

DECT

IP-OFDMA

WiMAX (IEEE 802.16)

Đây là tiêu chuẩn cho các hệ thống thiết bị điện
thoại số tầm ngắn ở Châu Âu

Châu Âu, Hoa Kỳ

Công nghệ 3G được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn
thông Thế giới (ITU), thống nhất trên thế giới. Tuy nhiên, trên thực tế các nhà sản xuất
thiết bị viễn thông lớn trên thế giới đã xây dựng thành 4 chuẩn 3G thương mại chính:
- W-CDMA
Tiêu chuẩn W-CDMA là nền tảng của chuẩn UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System), dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ dãy trực tiếp, trước
đây gọi là UTRA FDD, được xem như là giải pháp thích hợp với các nhà khai thác
dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu
và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức
3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE.
FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001,
được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên. Tuy nhiên, tuy là dựa trên công
nghệ W-CDMA, công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc dù có các
bước tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này).
- CDMA 2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn
2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại
Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập
với 3GPP. Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong
CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV.
CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này
đã được chấp nhận bởi ITU.

23


Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là tại KDDI
của Nhật Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G. Kể từ năm 2003,
KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA2000-1xEV-DO (EVDO) với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbit/s. Năm 2006, AU dự kiến nâng cấp mạng lên tốc
độ Mbit/s. SK Telecom của Hàn Quốc đã đưa ra dịch vụ CDMA2000-1x đầu tiên năm

2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO vào tháng 2 năm 2002.
- TD-CDMA
Chuẩn TD-CDMA, viết tắt từ Time-division-CDMA, trước đây gọi là UTRA
FDD, là một chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phân chia theo thời gian (Timedivision duplex). Đây là một chuẩn thương mại áp dụng hỗn hợp của TDMA và
CDMA nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn cho truyền thông đa phương tiện
trong cả truyền dữ liệu lẫn âm thanh, hình ảnh.
Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, tiêu chuẩn
hóa bởi 3GPP, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể. Các
giao thức của UMTS là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theo chuẩn TDCDMA.
- TD-SCDMA
Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code
Division Multiple Access) đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty
Datang và Siemens, nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho W-CDMA. Nó
thường xuyên bị nhầm lẫn với chuẩn TD-CDMA. Cũng giống như TD-CDMA, chuẩn
này dựa trên nền tảng UMTS-TDD hoặc IMT 2000 Time-Division (IMT-TD). Tuy
nhiên, nếu như TD-CDMA hình thành từ giao thức mang cũng mang tên TD-CDMA,
thì TD-SCDMA phát triển dựa trên giao thức của S-CDMA.
2.3. Các đặc điểm của mạng 3G
- 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 2Mbit/s.
- Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu
và cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn: 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.
- Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định.

24