Tổng quan về mạng thông tin di động 3g WCDMA luận văn tốt nghiệp đại học

LỜI CẢM ƠN
Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của
trường Đại học Vinh, khoa Điện Tử Viễn Thơng, nay em đã hồn thành khố
học của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
-

Quý thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo
em trong suốt quá trình học tập.

-

Q thầy cơ ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho em những
kiến thức cần thiết cho một sinh viên.

-

Trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện cho em học tập trong suốt
thời gian qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy LƯU

TIẾN HƯNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực
hiện đồ án tốt nghiệp này.
Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tơi và chia sẽ những khó khăn trong
q trình thực hiện đồ án này.
Vinh, tháng 05/2011
Sinh viên
Hồ Việt Anh

1

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................1
MỤC LỤC....................................................................................................2
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.......................................................................................5
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ......................................................................12
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................13
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN DI ĐỘNG 3G……………15
1.1 Q trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G........................15
1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G....................................................21
1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000.........................................................................22
1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000.............................................................24
1.2.3 Mơ hình tổng qt cho mạng IMT-2000.............................................25
1.2.4 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động thế hệ ba...............27
1.3 Kết luận chương......................................................................................29
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM. . .30
2.1 Giới thiệu chương...................................................................................30
2.2 Cấu trúc mạng GSM..............................................................................31
2.2.1 Trạm di động........................................................................................32
2.2.2.Hệ thống con trạm gốc.........................................................................33
2.2.3.Hệ thống mạng con

.......................................................................33

2.2.4 Đa truy cập trong GSM........................................................................34
2.2.5 Các thủ tục thông tin...........................................................................35
2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng............................................................35
2.2.5.2 Chuyển vùng.....................................................................................36
2.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi............................................................................36
2.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định .....................36

2.2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động.......................37
2.2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động...........................38
2.2.5.3.4 Kết thúc cuộc gọi..........................................................................38
2


2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G.........................................39
2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba........39
2.3.2 Các giải pháp nâng cấp...............................................................40
2.4 Kết luận chương ....................................................................................42
CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC HỆ THỐNG W - CDMA VÀ KỸ THUẬT
TRẢI PHỔ…………………………………………………………………43
3.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA…………………………………………..43
3.1.1 Thiết bị người sử dụng UE..................................................................43
3.1.2 Mạng lõi CN.......................................................................................44
3.1.3 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) ...........................45
3.1.3.1 Các thành phần của UTRAN...........................................................46
3.1.3.2 Các đặc tính chính của UTRAN......................................................47
3.2 Trải phổ trong W-CDMA......................................................................47
3.2.1 Khái quát về kỹ thuật trải phổ.............................................................47
3.2.2 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ................................................49
3.2.3 Các phương thức trải phổ....................................................................51
3.2.4 Nguyên lí cơ bản của kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS.............52
3.2.4.1 Các đặc tính của DS-CDMA...........................................................54
3.2.4.2 Ưu và nhược điểm của DS-CDMA..................................................55
3.3 Công nghệ CDMA băng rộng.................................................................56
3.4 Kết luận chương......................................................................................58
CHƯƠNG 4 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT VƠ TUYẾN......59
4.1 Giao diện vơ tuyến .................................................................................59
4.1.1 Các kênh truyền tải và sắp xếp chúng lên các kênh vật lý...................60

4.1.1.1 Kênh truyền tải riêng........................................................................61
4.1.1.2 Các kênh truyền tải chung.................................................................61
4.1.1.3 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý................................62
4.2 Kỹ thuật vô tuyến....................................................................................64
3


4.2.1 Vấn để điều khiển công suất................................................................64
4.2.2 Vấn đề chuyển giao..............................................................................71
4.3 Kết luận chương………………………………………………………..77
KẾT LUẬN………………………………………………………………...78
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….80

4


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đặt
ra các yêu mới đối với công nghệ viễn thông di động. Thông
tin di động thế hệ 2 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 dịch vụ mới này. 3G
(third-generation) công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba là
giai đoạn mới nhất trong sự tiến hóa của ngành viễn thơng di
động. Nếu 1G (the
first gerneration) của điện thoại di động là những thiết bị
analog, chỉ có khả năng truyền thoại. 2G (the second
generation) của ĐTDĐ gồm cả hai công năng truyền thoại và
dữ liệu giới hạn dựa trên kỹ thuật số. Trong bối cảnh đó ITU
đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thơng tin di động thế hệ

thứ 3 với tên gọi IMT – 2000. IMT – 2000 mở rộng đáng kể khả
năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiều phương
tiện thơng tin.
Mục đích của IMT – 2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng
cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000.
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 h.nh 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

5


nối đến máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với
chất lượng cao…

6


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACCH

Associated control channel

Kênh điều khiển liên kết

AICH

Acquisition indicator channel

Kênh chỉ thị bắt

ACIR

Adjacent channel interference ration Tỷ số nhiễu kênh lân cận

AS

Access stratum

Tầng truy nhập

AuC

Authentication Centre

Trung tâm nhận thực

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Chanel

Kênh quảng bá

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BS

Base Station

Trạm gốc

BSS

Base Station System

Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc (trong GSM)

CACH

Common Assignment Chanel

Kênh ấn định chung

CAICH

Kênh chỉ thị gán kênh CPCH

CCCH

CPCH Chanel Assignment
Indicator chanel
Common Control Chanel

CCPCH

Common Control Physical Chanel

Kênh vật lý điều khiển chung

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Chanel

Kênh gói chung

CS

Circuit Switched

Chuyển mạch kênh

CSMACD

Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection

Phương thức truy nhập đa sóng
mang kết hợp phát hiện va chạm

7

Kênh điều khiển chung


DCH

Dedicated Channel

Kênh dành riêng

DPCH

Dedicated Physical Chanel

Kênh vật lý dành riêng

DPCCH

Dedicated Physical Control Chanel

DPDCH

Dedicated Physical Data Chanel

Kênh vật lý điều khiển dành
riêng
Kênh vật lý dữ liệu dành riêng

DTCH

Dedicated Traffic Chanel

Kênh lưu lượng dành riêng

DHO

Diversity Handover

Chuyển giao phân tập

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Equipment Identity Register

Tốc độ bit tăng cường sử dụng
cho nhánh tiến hóa GSM
Thanh ghi nhận dạng thiết bị

FACH

Equivalent Isotropic Radiated
Power
European Telecommunications
Standards Instutute
Forward Access Channel

Công suất bức xạ đẳng hướng
tương đương
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
Kênh truy nhập đường xuống

FBI

Feedback Information

Thông tin phản hồi

FDD

Frequency Division Duplex

Song công phân chia theo tần số

FDMA
FEC

Frequency Division Multiple
Access
Forward Error Correction

Đa truy nhập phân chia theo
tần số
Mã sửa sai đường xuống

FER

Frame Error Rate

Tỷ lệ lỗi khung

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

GMSC

Gateway MSC

MSC cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vơ tuyến gói chung

GSM

Global System for Mobile
Communications
Header

Hệ thống thơng tin di động tồn
cầu
Mào đầu

EIR
EIRP
ETSI

HDR

8


HLR

Home Location Register

Thanh ghi định vị thường trú

HSDPA

High Speed Downling Packet
Access
High Speed Uploading Packet
Access
Handover

Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao
Truy nhập gói đường lên tốc
độ cao
Chuyển giao

HSUPA
HO
IEC

International Electrotechnical
Commission
IMT-2000 International Mobile
Telecommunications 2000
IN
Intelligent Network

Ủy ban kỹ thuật điện tử quốc tế

IS-95

Một phiên bản CDMA Bắc Mỹ

Iur

North American Version of the
CDMA Standard
International telecommunication
union
ITU Recommendation Working
Group 8F
UMTS Interface Between 3G MSC/SGSN and RNC
UMTS Interface Between RNC and
BS
UMTS Interface Between RNCs

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập trung gian

MAC

Message Authentication Code

Mã nhận thực bản tin

MAP

Mobile Application Part

Phần ứng dụng di động

ME

Mobile Equipment

Thiết bị di động

MS

Mobile Station

Trạm di động

MSC

Mobile Swithching Center

Trung tâm chuyển mạch di động

NMS

Network Management Subsystem

Phân hệ quản lý mạng

NMT

Nordic Mobile Telephone

Mạng điện thoại di động của
Nauy

ITU
ITU-R
WP8F
Iu
Iub

9

Tiêu chuẩn viễn thông di động
quốc tế 2000
Mạng thông minh

Hiệp hội viễn thơng quốc tế
Nhóm làm việc 8F của tổ chức
ITU
Giao diện UMTS giữa 3G MSC/SGSN với RNC
Giao diện UMTS giữa RNC với
BS
Giao diện UMTS giữa các RNC


OSI

Open System Interconnection

Kết nối các hệ thống mở

PCCH

Paging Control Chanel

Kênh điều khiển tìm gọi

P-CCPCH Primary Common Control Physical
Chanel
PCH
Paging Chanel

Kênh vật lý điều khiển chung cơ
sở
Kênh tìm gọi

PN

Pseudo Noise

Nhiễu giả ngẫu nhiên

PS

Packet Switched

Chuyển mạch gói

P-SCH

Physical Shared Chanel

Kênh vật lý dùng chung

RC

Radio Configuration

Cấu hình vơ tuyến

RANAP
RLC

Radio Access Network
Application Part
Radio Link Control

Phần ứng dụng mạng truy cập
vô tuyến
Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNSAP
RNS

Radio Network Subsystem
Application Part
Radio Network Subsystem

Phần ứng dụng phân hệ mạng
vô tuyến
Phân hệ mạng vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

RACH

Random Access Channel

Điều khiển tài nguyên vô
tuyến
Kênh truy cập ngẫu nhiên

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SIR

Signal to Interference Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SMS

Short Message Service

Dịch vụ bản tin ngắn

SSC

Secondary Synchronization
Protocol
Site Selection Diversity
Transmission
Space Time Transmit Diversity

Mã đồng bộ thứ cấp

SSDT
STTD

10

Truyền dẫn phân tậplựa chọn
trạm
Phân tập truyền dẫn theo thời
gian không gian

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút cung cấp GPRS phục vụ

SS

Spreading spectrum

Kỹ thuật trải phổ

SCCH

Synchronisation Control Chanel

Kênh đồng bộ

SCCP

Signalling Connection Control
Part
S-CCPCH Secondary Common Control
Physical Chanel
SCH
Synchronisation Chanel

Phần điều khiển kết nối báo

hiệu
Kênh vật lý điều khiển chung
thứ cấp
Kênh đồng bộ

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút phục vụ hỗ trợ GPRS

SHCCH

Shared Chanel Control Chanel

SIM

GSM Subcriber Identity Module

Kênh điều khiển phân chia
kênh
Modun chỉ thị thuê bao GSM

SOH

Soft Handover

Chuyển giao mềm

SRNC

Serving Radio Network
Controller
Serving RNS

Bộ điều khiển mạng vô tuyến
phục vụ
RNS phục vụ
Kênh đồng bộ thứ cấp

TCP

Secondary Synchronisation
Chanel
Transmission Control Protocol

TDD

Time Division Duplex

TFC

Transport Format Combination

TFCI

Transport Format Combination
Indicator
Time Hopping CDMA

SRNS
S- SCH

THCDMA
TPC

Transmit Power Control

Giao thức điều khiển truyền
dẫn
Song công phân chia theo thời
gian
Kết hợp khuôn dạng truyền
dẫn
Bộ chỉ thị kết hợp khuôn dạng
truyền dẫn
CDMA nhảy thời gian

TRAU

Transcoder Rate Adaptor

Điều khiển công suất truyền
dẫn
Khối thích ứng tốc độ

TAF

Terminal Adaptation Function

Chức năng thích ứng đầu cuối

11


UBR

Unspecified Bit Rate Service

UDP

User Datagram Protocol

UE

User Equipment

Dịch vụ không xác định tốc
độ bit
Giao thức gói dữ liệu người
sử dụng
Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

Um

Radio Interface for GSM BSS

UM

Unacknowledged Mode in RLC

UMTS

Universal Mobile
Telecommunication System
UTRAN Registration Area

Giao diện vô tuyến cho GSM
BSS
Chế độ khơng phúc đáp trong
RLC
Hệ thống viễn thơng di động
tồn cầu
Khu vực đăng ký UTRAN

UTRAN Radio Network
Temporary Identity
Uplink Shared Chanel

Chỉ thị tạm thời của mạng vô
tuyến UTRAN
Kênh chia sẻ đường lên

Universal Terrestrial Radio

Access
Radio interface for UTRA

VCI

Universal Terrestrial Radio
Access Network
Virtual Circuit Identifier

Truy nhập vơ tuyến mặt đất
tồn cầu
Giao diện vơ tuyến dùng cho
UTRA
Mạng truy nhập vơ tuyến mặt
đất tồn cầu
Bộ chỉ thị mạng ảo

VHE

Virtual Home Environment

Môi trường thường trú ảo

VLR

Visitor Location Register

Thanh ghi định vị tạm trú

VMS

Voice Mail System

Hệ thống thư thoại

VoD

Video On Demand

Truyền hình theo yêu cầu

WAP

Wireless Application Protocol

Thủ tục ứng dụng không dây

WCDMA

Wideband Code Division
Multiple Access
World Administrative Radio
Conference

Đa truy nhập phân chia theo
mã băng rộng
Hội nghị vô tuyến quản lý
toàn cầu

URA

U-RNTI
USCH
UTRA
Uu
UTRAN

WARC

12


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
1.1 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động......................................20
1.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 ở một số nước.........................................24
1.3 Mơ hình tổng qt cho mạng IMT-2000.................................................25
1.4 Các đề xuất đối với mạng truy cập vơ tuyến...........................................27

2.1 Mơ hình tổng qt cho mạng GSM.........................................................31
2.2 Mơ hình hệ thống thơng tin di động tế bào.............................................32
2.3 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định........................................37
2.4 Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động........................................38
2.5 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G...........................................40
2.6 Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA................................................41
3.1 Cấu trúc chi tiết hệ thống W-CDMA......................................................43
3.2 Cấu trúc UE ............................................................................................43
3.3 Cấu trúc mạng lõi CN.............................................................................44
3.4 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)................................45
3.5 Mơ hình hệ thống thơng tin trải phổ......................................................49
3.6 Khả năng loại trừ nhiễu...........................................................................51
3.7 Các chức năng phần phát trong hệ thống DS-CDMA............................54

3.8 Các chức năng phần thu trong hệ thống DS-CDMA..............................54
3.9 Hệ thống búp hướng ănten......................................................................57
4.2 Sắp xếp các kênh truyền tải lên kênh vật lý............................................64
4.3 Điều khiển cơng suất vịng hở cho tuyến lên..........................................68
4.4 Điều khiển cơng suất vịng kín cho tuyến lên.........................................70
4.5 Điều khiển cơng suất vịng kín cho tuyến xuống...................................71
4.6 Chuyển giao cứng cùng tần số và khác tần số........................................73
4.7 Chuyển giao mềm...................................................................................74
4.8 Chuyển giao mềm hơn............................................................................74
4.9 Trình tự thực hiện chuyển giao...............................................................75
4.10 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao...............................76
13


LỜI NĨI ĐẦU
Thơng tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với
những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong
cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng
nhu cầu của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế
giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công
nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình...
Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95. Những
công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin. Để
tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết
có một giải pháp trung chuyển. Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu
chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch
vụ vơ tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng
tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông
hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA.
3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng

thơng rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và
nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như
truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thơng
tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem
video chất lượng cao,… Truyền thơng di động ngày nay đã và đang đóng một
vai trị quan trọng trong cuộc sống. Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người
trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của
chúng ta.
Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại,
một dựa trên cơng nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự
án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét

14


tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2
sơ đồ truy nhập vơ tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thơng
rộng (WCDMA).
“Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây
dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD)
mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G. Theo đánh giá của các thành
viên phản biện, việc xây dựng và hồn thành cơng trình là một việc làm cần
thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu
phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động
mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet).
Xuất phát từ định hướng này mà em chọn đề tài nghiên cứu về 3G. Đề tài
“Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA” gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về thơng tin di động 3G
Chương 2: Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Chương 3: Cấu trúc hệ thống W-CDMA và kỹ thuật trải phổ

Chương 4: Giao diện vô tuyến và kỹ thuật vơ tuyến
Trong q trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
thầy giáo hướng dẫn Lưu Tiến Hưng, là giảng viên khoa ĐTVT trường ĐH
Vinh. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ án nhưng với
thời gian và trình độ có hạn nên đồ án cịn có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận
được các ý kiến đóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cơ và các bạn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lưu Tiến Hưng đã giúp
em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Hồ Việt Anh

15


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
1.1 Q trình phát triển của hệ thống thơng tin di động 3G
Ngày nay, thơng tin liên lạc đóng một vai trị hết sức quan trọng trong
đời sống xã hội lồi người. Cùng với sự đi lên của xã hội, nhu cầu thơng tin
của con người ngày càng tăng địi hỏi các hệ thống thơng tin liên lạc nói
chung, các hệ thống viễn thơng nói riêng phải khơng ngừng phát triển và cải
tiến để đáp ứng các nhu cầu đó. Thơng tin di động là một ứng dụng có nhu cầu
lớn nhất và đạt được sự phát triển mạnh mẽ nhất trong những năm gần đây.
Trước nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng, thông tin di động sẽ phát
triển theo xu hướng nào. Để có thể hiểu rõ cũng như có những có cái nhìn
chính xác về xu hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động, trước hết cần
phải nhìn lại lịch sử phát triển của nó từ khi mới ra đời đến nay.
Năm 1924, điện thoại vô tuyến di động đầu tiên ra đời nhưng mới chỉ
được sử dụng như là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ.
Đến những năm 1960 hệ thống điện thoại di động đầu tiên sử dụng

phương pháp điều tần mới xuất hiện nhưng chúng có dung lượng rất thấp so
với hiện nay và ít tiện lợi.
Đầu những năm 1980 đánh dấu sự ra đời của các hệ thống di động tổ
ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số
FDMA với chỉ duy nhất phục vụ thoại. Nhưng đây mới chỉ là các hệ thống tổ
ong tương tự có nhược điểm là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp, dung
lượng nhỏ, khơng có tính bảo mật thơng tin và các thiết bị cho người sử dụng
rất nặng và đắt tiền. Những hệ thống thông tin di động đầu tiên này, nay được
gọi là thế hệ thứ nhất (1G). Một số hệ thống trong thế hệ này là:
+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service - Dịch vụ điện thoại di động
cấp cao): triển khai ở Nhật (1979) và Mỹ (1983), băng tần 800MHz và vẫn còn
được sử dụng rỗng rãi ở Mỹ và nhiều phần khác trên thế giới.

16


+ NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu) triển
khai ở Thụy Điển, Na Uy, Đan Mạch và Phần Lan từ năm 1981 nhưng nay
phần lớn không còn được sử dụng.
+ TACS ( Total Access Communications System – Hệ thống truyền
thơng truy cập tồn phần) triển khai ở Anh năm 1985 và một số hệ thống
TACS-900 vẫn còn được sử dụng ở châu Âu.
Vào cuối thập niên 1980, người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong
tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu thông tin ngày càng tăng lúc đó.
Điều này đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
(2G). Đây là các hệ thống di động số sử dụng các cơng nghệ địn bẩy để tăng
dung lượng (nén thoại, xử lí tín hiệu số), thực thi và mở rộng khái niệm “mạng
thông minh”, tăng cường khả năng chống lỗi và thêm một số dịch vụ mới
nhưng chỉ giới hạn trong thoại và dữ liệu tốc độ thấp. Cho đến thời điểm hiện
nay trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống thông tin di động thế hệ 2 nhưng nhìn

chung có thể phân thành 2 loại hệ thống. Loại thứ nhất ra đời trước là các hệ
thống 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA.
Loại thứ hai ra đời muộn hơn vào giữa thập kỷ 1990 sử dụng công nghệ đa
truy nhập phân chia theo mã CDMA, nay gọi là cdmaOne. Một số hệ thống
trong thế hệ này là:
+ D-AMPS/ TDMA & PDC : hệ thống này sử dụng phương pháp
TDMA, có thể tiến hành 3 cuộc gọi trên một khe thời gian, triển khai năm
1993 (PDC 1994) có định hướng chuyển sang GSM và sau này là W-CDMA.
Hiện nay PDC là hệ thống tổ ong nội địa ở Nhật với mạng lưới rộng nhất của
NTT DoCoMo.
+ IDEN: hệ thống này sử dụng công nghệ TDMA về cơ bản vẫn dựa
trên thiết kế GSM và cung cấp giao thức đặc biệt cho “Nhấn-để-nói” một
cách nhanh chóng. Đây là hệ thống độc quyền của Motorola với băng tần
800 MHz.

17


+ DECT and PHS : đây là các hệ thống thông tin di động hạn chế cho
mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số. Các hệ thống này cơ bản vẫn
dựa trên công nghệ TDMA chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thương mại như
PBX không dây. Với băng tần rộng (các kênh 32 Kbps), thoại và số liệu ISDN
chất lượng cao, phục vụ cho các tế bào nhỏ và trong các toà nhà, hệ thống PSH
được sử dụng ở các thành phố có mật độ dân số cao ở Nhật Bản và hiện này
mới được triển khai ở Trung Quốc.
+ GSM: hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời
gian TDMA. Hệ thống này ban đầu có tên là “Groupe Special Mobile” về sau
đổi thành “Global System for Mobile – Hệ thống thơng tin di động tồn cầu.
GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT
để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz. Năm

1991, hệ thống chính thức được thử nghiệm với 8 người sử dụng cho 200Khz
và GSM đã đạt được nhiều thành công trên thị trường châu Âu ( hiện nay
chiếm 59% thuê bao) và châu Á (33%), trở thành một tiêu chuẩn chiếm ưu thế
vượt trội trên thế giới.Sau này hệ thống mở rộng đến băng tần 1800 MHz. Ở
Việt Nam, hệ thống thông tin di động GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện
nay đang được công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả. Hiện nay trên thế
giới 70% thuê bao sử dụng hệ thống này và thực hiện roaming quốc tế trên 140
nước với 400 mạng.
+ North American CDMA (cdmaOne): hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa
truy nhập phân chia theo mã CDMA. Vào đầu những năm 70, CDMA được
phát triển cho lĩnh vực quân đội vì nó có tính bảo mật cao. Đến năm 1989,
Qualcom chính thức đưa hệ thống ra thử nghiệm và tuyên bố sẽ nâng cao dung
lượng cũng như đơn giản hoá việc quy hoạch mạng. Hệ thống này được triển
khai đầu tiên là ở Hồng Kông vào năm 1994 nhưng đạt được sự thành công lớn
nhất là ở Hàn Quốc (1996) và được Verizon và Sprint sử dụng ở Mỹ.
+ CdmaOne - IS-95: Hệ thống CDMA thương mại được thử nghiệm ở
Mỹ với tiêu chuẩn nội địa của người Mỹ gọi là IS-95. IS-95 triển khai ở băng
18


tần 800 MHz. Ngồi truyền thoại có thể truyền số liệu. Phiên bản IS-95A cung
cấp tốc độ dữ liệu là 14.4 kbps.
Ngồi các hệ thống thơng tin di động mặt đất cịn có các hệ thống thơng
tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại
trong năm 1998.
Mặc dù thông tin di động thế hệ 2 đã đạt được những thành công vượt
bậc cả về mặt công nghệ cũng như là thương mại nhưng các hệ thống này vẫn
tồn tại một số nhược điểm sau:
+ Thứ nhất, vẫn xảy ra nghẽn mạng do có hơn 300 triệu thuê bao trên
khắp thế giới, do đó cần phải tăng dung lượng hệ thống.

+ Thứ hai, do tồn tại nhiều hệ thống di động cũng như nhiều mạng di
động nên nó giới hạn phạm vi di động của các thuê bao trên khắp thế giới, do
đó cần phải một chuẩn quốc tế.
+ Thứ ba, các hệ thống này cịn cung cấp ít các dịch vụ mà trong đó nhu
cầu về các dịch vụ mới nhất là Internet ngày càng tăng với hơn 200 triệu thuê
bao, do đó cần phải có thêm nhiều dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mới.
Để giải quyết các hạn chế của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai
mà ở phần trên đã đề cập đến, có 2 giải pháp, đó là:
Phát triển từ 2G lên 2,5 G (hay cịn gọi là thế hệ hai cộng): với giải
pháp này yêu cầu chi phí thấp nhưng ngắn hạn. Ví dụ như phát triển từ GSM
lên
HSCSD, GPRS, EDGE. Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng GSM đạt
được:
+ Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số
liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao,
dịch vụ vơ tuyến gói đa năng.
+ Các cơng việc liên quan đến dịch vụ thoại như : mã hoá và giải mã
tiếng tồn tốc cải tiến, mã hố và giải mã đa tốc độ thích ứng.
19


+ Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi,
chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.
+ Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn SMS như móc nối SMS,
mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.
+ Các cơng việc liên quan đến tính cước như các dịch vụ trả tiền trước,
tính cước nóng…
+ Tăng cường công nghệ SIM.
+ Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL.
+ Các cải thiện chung như : chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định

vị tương tác với các hệ thống thông tin vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.
+ Thiết kế một chuẩn mới hoàn toàn 3G: giải pháp này có chi phí cao,
dài hạn nhưng lại có một số lượng lớn các dịch vụ tiềm năng mới.
Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ cũng
như của xã hội, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng cả về
nhiều mặt, thông tin di động vẫn sẽ tiếp tục phát triển sang một thế hệ mới.
Hiện nay các hệ thống thông tin di động số đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ
2+ sang thế hệ 3.
Thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là hệ thống thông tin di động cho các
dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được
thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại
thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có
hình[3]...Dưới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động
thứ ba này:
+ Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thơng đa phương tiện.
Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mb/s.
+ Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo
u cầu. Ngồi ra cần đảm bao đường truyền vơ tuyến không đối xứng chẳng
hạn với: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc
ngược lại.
20