Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về công nghệ 3G LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại. Các hệ thống thông tin di động với khản năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thông tin ngày nay. Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1946, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số lệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khản năng vượt quá thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng sẽ được triển khai trong cuối năm 2009 này. Đối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000. 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 thông tin di động 3G Chương 2: Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G Chương 3: Cấu trúc hệ thống W-CDMA và kỹ thuật trải phổ Chương 4: Giao diện vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hướng dẫn Nguyễn Thị Minh. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ án nhưng với thời gian và trình độ có hạn nên đồ án còn có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Hoàng Văn Võ Hoàng Văn Võ 46kdtvt-khoa công nghệ-dhv Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về công nghệ 3G CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội loài người. Cùng với sự đi lên của xã hội, nhu cầu thông tin của con người ngày càng tăng đòi hỏi các hệ thống thông tin liên lạc nói chung, các hệ thống viễn thông nói riêng phải không ngừng phát triển và cải tiến để đáp ứng các nhu cầu đó. Thông 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, không có tính bảo mật thông 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. + NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu) triển khai ở Thuỵ Điển, Nauy, Đan Mạch và Phần Lan từ năm 1981 nhưng nay phần lớn không còn được sử dụng. Hoàng Văn Võ 46kdtvt-khoa công nghệ-dhv Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về công nghệ 3G + TACS ( Total Access Communications System – Hệ thống truyền thông truy cập toàn 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 công nghệ đòn 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. + 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 thông tin di động toàn 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 Hoàng Văn Võ 46kdtvt-khoa công nghệ-dhv Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về công nghệ 3G 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 tần 800 MHz. Ngoài truyền thoại có thể truyền số liệu. Phiên bản IS-95A cung cấp tốc độ dữ liệu là 14.4 kbps. Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất còn có các hệ thống thông 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 còn 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 còn 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: Hoàng Văn Võ 46kdtvt-khoa công nghệ-dhv Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về công nghệ 3G + 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 vô tuyến gói đa năng. + Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như : mã hoá và giải mã tiếng toàn tốc cải tiến, mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng. + 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 công 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 .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 khản năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mb/s. + Mạng phải có khản năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Ngoài ra cần đảm bao đường truyền vô 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. Hoàng Văn Võ 46kdtvt-khoa công nghệ-dhv