đồ án : NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG TRÊN MẠNG 3G WCDMA

đồ án :NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG TRÊN MẠNG 3G WCDMA

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I -*** -

ĐỒ ÁNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HÀ NỘI - 2008

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

LỜI NÓI ĐẦU viii

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ 1

TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG 1

1.1 Tổng quan về truyền hình di động 1

1.1.1 Truyền hình di động: Một khái niệm hiện thực mới 1

1.1.2 Truyền hình di động là gì? 1

1.1.3 Truyền hình di động khác với truyền hình vệ tinh hoặc truyền hình mặt đất thông thường như thế nào? 1

1.1.4 Sự khác biệt của truyền hình di động là gi? 3

1.1.5 Các tiêu chuẩn đối với truyền hình di động 3

1.1.6 Các tài nguyên để phát truyền hình di động 4

1.1.7 Cộng đồng truyền hình di động 5

1.1.8 Các khu vực phát triển mới đối với truyền hình di động 5

1.1.9 Truyền hình di động có thực sự quan trọng không? 6

1.2 Tại sao các công nghệ mới được sử dụng cho truyền hình di động 6

1.2.1 Tại sao các công nghệ mới được sử dụng cho Mobile TV 6

1.2.2 Chuyển mã TV sang màn hình di động 8

1.2.3 Nguồn pin cho máy cầm tay di động 8

1.2.4 Môi trường di động và bất động 8

1.2.5 Yêu cầu của dịch vụ truyền hình di động 9

1.3 Các công nghệ truyền hình di động 9

1.3.1 Tổng quan về các công nghệ truyền hình di động 9

1.3.2 Truyền hình di động sử dụng nền tảng mạng 3G 11

1.3.3 Công nghệ DVB-H 14

1.3.4 Công nghệ T-DMB 16

1.3.5 Truyền hình số di động MediaFLO 17

1.3.6 Các công nghệ truyền hình di động khác 18

1.3.7 So sánh các công nghệ truyền hình di động 19

Kết luận chương I 21

CHƯƠNG II: KHẢ NĂNG CỦA MẠNG THÔNG TIN 22

DI ĐỘNG 3G WCDMA 22

2.1 Giới thiệu 22

2.2 Quá trình phát triển thông tin di động 24

2.2.1 Kiến trúc GSM 26

2.2.2 Kiến trúc GPRS 29

2.2.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 30

2.2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 36

2.2.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 38

2.2.6 3GPP Phiên bản 6 và các hướng nghiên cứu cho các phiên bản 7 và 8 40

2.3 Khả năng của mạng tế bào trong việc truyền tải truyền hình di động 42

2.3.1 Dịch vụ dữ liệu trong mạng 2G và 2.5G 42

2.3.2 Khả năng của mạng 3G 43

Kết luận chương II 49

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG TRÊN MẠNG 3G WCDMA 50

3.1 Tiêu chuẩn hoá truyền tải đa phương tiện qua mạng 3G WCDMA 50

3.1.1 Các tiêu chuẩn 3GPP 50

3.1.2 Hệ thống đa phương tiện IP 50

3.1.3 Dịch vụ phát thanh trong các mạng 3GPP 51

3.1.4 Tạo luồng Mobile TV sử dụng chuẩn 3GPP - Dịch vụ luồng chuyển mạch gói 51 3.1.5 Chất lượng các lớp dịch vụ UMTS 52

3.2 Kênh hồi tiếp và vai trò của mạng di động với dịch vụ truyền hình di động tương tác 55

3.2.1 Tương tác trong phát thanh truyền hình di động 55

3.2.2 Truyền hình di động tương tác 55

3.3 Các dịch vụ đa phương tiện Broadcast và multicast MBMS 57

3.3.1 Nhu cầu về broadcast/multicas 57

3.3.2 Kiến trúc MBMS 60

3.3.3 Các thực thể chức năng hỗ trợ MBMS 61

3.3.4 MBMS trong mạng di động 67

3.3.5 Các bước làm việc cơ bản của MBMS 69

3.3.6 Phương pháp truyền tải broadcast và multicast trong mạng truy nhập vô tuyến 72

3.4 Các kỹ thuật nâng cao mạng truy nhập vô tuyến RAN cho truyền tải MBMS 76

3.4.1 Cải thiện sự quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) 76

3.4.2 Các kỹ thuật lặp 80

3.4.3 Sự sử dụng thông tin định vị 81

3.4.4 Quản lý sự di động ở MBMS 81

3.4.5 Tăng cường dải tần cơ sở máy thu 82

3.4.6 Tăng cường dải tần cơ sở máy phát 82

3.5 Các dịch vụ truyền hình di động và đa phương tiện qua mạng 3G 84

3.5.1 SMS và MMS 85

3.5.2 Flashcasts 86

3.5.3 Mobile VoIP 86

3.5.4 Video clips 86

3.5.5 Live TV 87

3.5.6 Video Demand 87

3.5.7 Video calls 87

3.5.8 Games 87

3.5.9 Tải âm thanh 88

3.5.10 Podcasting 88

3.5.11 Sự hiện diện 89

Kết luận chương III 90

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các máy điện thoại di động với bộ thu truyền hình tương tự 7

Hình 1.2 Các công nghệ truyền hình di động 10

Hình 1.3 Truyền hình di động dựa trên nền mạng 3G 11

Hình 1.5 Dịch vụ ISDB-T ở Nhật Bản 19

Hình 2.1 Lộ trình tiến hoá của các hệ thống thông tin di động 25

Hình 2.2 Kiến trúc mạng GSM 26

Hình 2.3 Kiến trúc GPRS 29

Hình 2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 31

Hình 2.5 Kiến trúc mạng phân bố 3G WCDMA UMTS R4 37

Hình 2.6 Kiến trúc WCDMA UMTS R5 39

Hình 2.7 Kiến trúc hỗ trợ các dịch vụ kênh mang MBMS 41

Hình 2.8 Sự phát triển của tốc độ dữ liệu của mạng di động lên mức cao hơn (hệ thống 3G) 44

Hình 2.9 Các kênh truyền tải WCDMA 46

Hình 2.10 Khả năng của mạng HSPDA để phục vụ các khách hàng đồng thời 47

Hình 2.11 Khán giả đối với các kênh quảng bá và unicast 48

Hình 3.1 Truyền hình di động Unicast 54

Hình 3.2 Truyền hình di động Multicast 54

Hình 3.3 Tạo truyền hình di động tương tác 56

Hình 3.4 Dịch vụ TV di động không có MBMS hỗ trợ 58

Hình 3.5 Dịch vụ mobile TV với MBMS hỗ trợ 59

Hình 3.6 kiến trúc tham khảo hỗ trợ dịch vụ kênh mang MBMS 60

Hình 3.7 Cấu trúc chức năng BM-SC 62

Hình 3.8 Các pha trong một dịch vụ multicast MBMS 69

Hình 3.9 Các phiên trong dịch vụ broadcast MBMS 71

Hình 3.10 Hiệu năng của phương thức truyền GERAN MBMS 73

Hình 3.11 Vùng tác dụng MBMS WCDMA và công suất cho máy A3,64kbps, 80ms TTI một antenna thu 75

Hình 3.12 Xây dựng doanh thu thông qua các dịch vụ đa phương tiện 85

DANH MỤC BẢNG BIỂU

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

1.1.8 Các khu vực phát triển mới đối với truyền hình di động

Khi truyền hình di động xuất hiện, nó là một phần danh mục các dịch vụ đaphương tiện mà có thể được phát bởi thế hệ các mạng di động mới Vì vậy cùng vớinhắn tin đa phương tiện, cuộc gọi thấy hình, tải âm thanh và hình ảnh, phục vụclient đa phương tiện hoặc Java, vị trí hiện tại, thông báo khẩn cấp, danh sách là vôtận Ngày nay đa phương tiện trao quyền hợp pháp cho người sử dụng thực hiện vàtruyền các hình ảnh và phim, chuẩn bị và vận chuyển các trình diễn và chạy cácứng dụng văn phòng Thực tế việc sử dụng đa phương tiện ngày càng tăng đã làmột kết quả tất yếu sau thành công của dịch vụ i-Mode ở Nhật Bản, nơi mà đãchứng minh năng lực về khả năng truyền dữ liệu của mạng vô tuyến truyền số liệu.Khởi động các dịch vụ FOMA (tự do đa truy nhập di động) với các mạng 3G của

nó đã thực hiện các ứng dụng tương tác và các ứng dụng đa phương tiện lên mộtmức mới Các mạng thế hệ mới trao quyền cho các khách hàng tự tạo ra các dịch

vụ cho chính họ, các dịch vụ này có thể được quảng bá hoặc chia sẻ với nhau Cácdịch vụ thông tin phong phú đã trở thành một phần của tất cả các mạng 3G tiêntiến

Truyền hình di động cung cấp một cơ hội mới cho rất nhiều người sử dụng.Người sử dụng nhận được các chức năng mới từ các khả năng đa phương tiện đãđược tích hợp vào máy di động thông qua ứng dụng âm thanh, hình ảnh và đaphương tiện trong máy cầm tay, các ứng dụng có thể cấu hình hợp lý để vậnchuyển TV trực tuyến hoặc hội nghị truyền hình Bản chất nội dung cần cho cácmạng di động là khác nhau, nên ngành công nghiệp thôgn tin cũng có một cơ hội đểtạo nền tảng phân phối mới, hướng tới quảng cáo và tái sử dụng sẵn có cho cácmạng mới Các nhà khai thác di động và quảng bá đang nhận thấy một thị trườngtăng trưởng mới và cân nhắc cơ hội mới cho sản xuất và các ngành công nghiệpphần mềm

1.1.9 Truyền hình di động có thực sự quan trọng không?

Một câu hỏi đã đặt ra trong trong hàng triệu các blog truyền hình di động làtruyền hình di động có thực sự quan trong hay không Thực sự bất kỳ một aixem truyền hình trên các máy một lần có say mê ngay từ đầu? Từ những phản ứngban đầu, câu trả lời có chiều hướng tích cực Đó là vì truyền hình di động có thể sửdụng được rộng rãi qua các mạng quảng bá và cũng xem được tương tự mà khôngnhất thiết phải mở rộng Ngày nay người sử dụng di chuyển cùng mới mong muốnlàm mới nội dung, cập nhật thông tin, giải trí, và âm nhạc, đã tạo cơ hội cho các thế

hệ mới của các máy điện thoại thông minh Bổ sung liên tục các khả năng của máyđiện thoại di động, đầu tiên với một máy quay đơn giản, máy nghe nhạc MP3, ngheđài FM và đến bây giờ là truyền hình di động đã làm thay đổi một điện thoại diđộng từ một thiết bị “A lô” (chỉ nghe và nói) thành một thiết bị tiên tiến với các

chức năng giải trí, truy cập Internet, trò chơi, ứng dụng văn phòng, thương mại khiđộng và tiện ích

Trong khi truyền hình di động là một công cụ rất quan trọng, không chỉ chotruyền hình trực tuyến mà còn cho truyền hình hội nghị, chia sẻ file video, làmviệc nhóm thì đa phương tiện di động tạo ra một nền tảng công nghệ vậnchuyển là một sự mở rộng quan trọng hơn nữa Hiện tại chúng ta dứt khoát đang ởmột kỷ nguyên mới

1.2 Tại sao các công nghệ mới được sử dụng cho truyền hình di động

1.2.1 Tại sao các công nghệ mới được sử dụng cho Mobile TV

Tháng 10 năm 2003, Vodafone KK của nhật bản đã giới thiệu máy di động cóthể bắt được tín hiệu truyền hình tương tự đó là loại V601N của NEC Chiếc điệnthoại di động này có thể được dùng để nhận tín hiệu tương tự quảng bá NTSC từcác trạm địa phương Trong năm 2004, Vodafone KK tiếp tục mở rộng phát triểnloại điện thoại này với với sự xuất hiện điện thoại di động của SHARP với loạiV402SH và V602SH V402SH có màn hình LCD QVGA với 320x260 pixel cókhả năng trình diễn 30 khung trong một giây Ví dụ với tốc độ khung của chươngtrình truyền hình bình thường Bộ phận thu của các máy di động cũng được thiết

kế cho việc tiếp nhận NTSC Các máy cũng có bộ phận thu FM để nhận các tínhiệu phát thanh FM V602SH là một loại điện thoại 3G Loại điện thoại này cókhả năng nhận các tín hiệu phát thanh truyền hình analog từ các trạm địa phương.Các máy cầm tay loại này còn có thể nhận được tín hiệu quảng bá PAL Các PCpocket sử dụng hệ điều hành window mobile OS và bộ điều chỉnh thu SDIO dànhcho việc thu nhận tín hiệu của PAL và NTSC Nếu các máy di động có thể nhậnđược tín hiệu tương tự vô tuyến quả đất từ các trạm phát thanh quảng bá, cũngnhư với trạm FM, tại sao chúng ta cần các công nghệ mới cho mobile TV?

Truyền hình được truyền qua các mạng vô tuyến quả đất là một công nghệ đượcthiết lập tốt với hàng tá các kênh được phát đi ở các thành phố chính Phát thanhtruyền hình tương tự vẫn tồn tại cho đến ngày nay ở nhiều nước khác nhau với cácđịnh dạng PAL, NTSC và SECAM, song song với truyền hình số và không hi vọngloại bỏ ngay lập tức (ở châu âu là trước năm 2012) Nếu chúng ta có thể nhận được cácđường truyền vô truyến khi sử dụng máy cầm tay di động, câu trả lời được tìm kiếmmột cách tự nhiên là cần một công nghệ mới, một loịa chip mới, vv Các câu trả lời đó

là cách tạo ra các chức năng của máy di động và chức năng nhận tín hiệu truyền hìnhquảng bá

Bộ thu tín hiệu tương tự của truyền hình cho máy cầm tay di động có một antenna,được thiết kế cho băng tần VHF (từ kênh 2 đến 13) và băng tần UHF (kênh 14-83) vànhư vậy cần cung cấp các bước sóng từ 35cm đến 5m Điều này bao hàm cả điện thoại

sử dụng tai nghe không dây như các antenna thực tế với dải băng FM/VHF Nhìnchung, sóng khoẻ là yêu cầu cho việc tiếp nhận chương trình phát thanh truyền hìnhcủa tín hiệu phát thanh truyền hình tương tự Việc tiếp nhận này có thể thay đổi theo vịtrí Gần các toà nhà, máy điện thoại phải được nối với một socket RF được kết nối vớimột antenna ngoài Chất lượng việc tiếp nhận cũng phụ thuộc vào hướng và thời tiếtkhi máy di động di chuyển Việc truyền dẫn thực chất được thiết kế cho người dùng ởtại chỗ thu nhận hơn là cho sự tiếp nhận khi di chuyển vì hiệu ứng fading co truyềndẫn sẽ tăng cao

1.2.3 Nguồn pin cho máy cầm tay di động

Các công nghệ truyền dẫn TV bình thường được thiết kế cho một máy thu socket-connected cái mà sự hạn chế về năng lượng là chuyện không thành vấn đề Sửdụng nút điều chỉnh máy thu hình truyền thống và nút giải mã theo kiểu analog sẽ hạnchế người sử dụng điện thoại trong khoản thời gian từ 1 dến 2 giờ thậm chí với cả loạinguồn pin mới tiên tiến, đó là do công nghệ hiện tại của bộ chỉnh kênh tuner Ví dụ,trong năm 2006, bộ chỉnh kênh Sony BTF-ZJ401 vẫn cần 800mW, cái mà nhờ sự tiến

wall-bộ đã hạ xuống hợp lý còn 200mW Cũng với tốc độ khung của việc truyền dẫn NTSC

là 30fps,cái mà do đặc trưng của màn ảnh đã loại bỏ các vạch vệt tin trên màn hình củamáy di động, để được điều đó cần có hệ số khởi tạo mong muốn là 50fps

1.2.4 Môi trường di động và bất động

Điện thoại di động được hiểu theo nghĩa là sử dụng khi di chuyển, điều đó cónghĩa là được sử dụng trong ô tô hay trên tàu hoả đang chạy, những nơi chuyển độnglên tới 200km/h hoặc hơn nữa Thậm chí với các loại antenna bên trong tiên tiến Sựlưu động có nghĩa làm mờ ảnh do hiệu ứng doppler và fading do truyền dẫn trong việctiếp nhận tín hiêu TV tương tự

Thực tế là ta sử dụng việc truyền dẫn TV bằng sóng quả đất, truyền tương tự hoặc

là số Sử dụng sự truyền dẫn này chỉ có nghĩa với các màn ảnh rộng và vốn không cóhiệu quả nếu hiển thị trên các thiết bị di động, cái bị hạn chế bởi kích thước màn ảnh,

độ phân giải, và nguồn tiêu thụ Các máy cầm tay cũng có một yêu cầu là có thể sửdụng được trong môi trường di động mà tốc độ có thể lên tới 200km/h hay cao hơn

Xa hơn nữa, người sử dụng di động có thể chuyển các máy phát truyền hình địaphương sang vùng tiếp cận Công nghệ mobile TV cần sự hỗ trợ tiếp nhận kéo dàitrong vùng rộng lớn

1.2.5 Yêu cầu của dịch vụ truyền hình di động

Các yêu cầu với bất kỳ công nghệ nào có thể hỗ trợ cho việc truyền dẫn mobile TVbao gồm :

mobile TV Via dụ như QCIF,CIF hay QVGA với hiệu suất mã hoá cao

 Chất lượng hình ảnh rõ nét dù tín hiệu bị tổn thất nhiều do fading và các hiệuứng đa đường

Không một công nghệ nào đã và đang sử dụng , dù là truyền hình tương tự haytruyền hình số (Digital Video Broadcast for Television (DVB-T) or ATSC) có khảnăng cung cấp các đặc tính này mà không có sựu nâng cao nhất định dưới dạng sửchữa lỗi linh hoạt, nén tốt hơn, và các công nghệ nguồn lưu tiên tiến và các đặc tính hỗtrợ việc di chuyển và đi lòng vòng Đây là sự tiến hoá của các công nghệ được thiết kếđặc biệt cho truyền hình di động

Sự tiến hoá của các công nghệ còn phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ và cácnhà khai thác trong các lĩnh vực riêng lẻ của dịch vụ di động, các dịch vụ phát thanh,

và không dây băng rộng Mỗi thành phần này kích thích mở rộng phạm vi các mạnghiện hữu của nó bao gồm cả truyền hình di động như một dịch vụ bổ sung Ví dụ, cácnhà khai thác di động bắt đầu triển khai Mobile TV dựa trên các mạng 3G, trong khi

đó các nhà phát thanh lại triển khai thử nghiệm TV cầm tay dựa trên các công nghệ

dành cho thiết bị cầm tay được khởi nguồn từ các mạng truyền hình phát thanh vôtuyến quả đất DVB-T Một số nhà khai thác khác sử dụng phát thanh tiếng nói số(DAB) và kích thích mở rộng các dịch vụ DAB để phát triển tiến lên tiêu chuẩn DMB(digital multimedia broadcast) dựa trên cả về tinh và các phương pháp truyền sóng quảđất DAB-IP là một dạng mở rộng khác của công nghệ DAB nhằm cung cấp phátthanh truyềnhình dựa trên DAB.

1.3 Các công nghệ truyền hình di động

1.3.1 Tổng quan về các công nghệ truyền hình di động

Đã có một số công nghệ được sử dụng để cung cấp các dịch vụ Mobile TV hiện nay.Đây chỉ là một phần vì có rất nhiều các nhóm nhà khai thác khác nhau như các nhà khaithác di động, các nhà khai thác phát thanh truyền hình truyền thống, và các nhà khaithác không dây băng tần rộng dang tìm kiếm tác dụng các mạng của họ để có thể phátMobile TV được như các dịch vụ đa phương tiện.Các nhà khai thác di động có cácmạng bao phủ diện rộng ở hầu hết các nơi có người trên thế giới Đó là một thuận lợi để

họ tiếp tục phát triển các mạng đó để cung cấp các dịch vụ Mobile TV Cũng ở thờiđiểm này, các nhà khai thác phát thanh truyền hình, những người có truyền thống kinhdoanh về phát thanh truyền hình cũng đang mở rộng, phát triển các mạng phát thanh vôtuyến quả đất của họ để có sự mở rộng tương đương bởi vậy có thể suy ra, Mobile TVđược triển khai dựa trên phát thanh vô tuyến quả đất đang thúc đẩy các mạng hiện tạiphát triển, như DVB-H hay ISDB-T Tất nhiên cũng có một số nhà khai thác chọnmạng trên mặt đất với cách bố trí,cấu trúc hoàn toàn mới hay các mạng vệ tinh chodịch vụ Mobile TV Các nhà khai thác băng rộng cũng không ngừng gia tăng các đềxuất về các dịch vụ TV dựa trên nền IP, họ có các mạng và các công nghệ để cung cấpinternet băng rộng, cùng với đó là Mobile TV Bởi vậy ta có thể thấy Mobile TV đangđược đề xuất sử dụng một số công nghệ Các công nghệ đa phương tiện này đựơc phânloại theo hình 1.2

Mạng 3G

Multicast &

Broadcast Unicast

Truyền dẫn vệ tinh

Truyền dẫn sóng quả đất

Broadcast

Broadcast

3G-UMTS CDMA2000 HSUPA EV-DO 1X ISDB-S DMB-T

HSDPA EV-DO 1x MBMS BCMBS DAB ISDB-T

DAB-IP

MediaFLO

Băng rộng

Unicast & Multicast

Wi-Max

WiBro

UWB

Nhà khai thác mạng băng rộng

Nhà khai thác mạng truyền hình

Nhà khai thác mạng điện thoại di động

1.3.2 Truyền hình di động sử dụng nền tảng mạng 3G

a MobiTV

Hình 1.3 Truyền hình di động dựa trên nền mạng 3G

MobiTV có lẽ một ví dụ tốt nhất về dịch vụ truyền hình di động dụa trên mạng 3G(Hình 1.3)

MobiTV cung cấp hơn 50 kênh trực tiếp phổ thông từ các nhà cung cấp dịch vụquảng bá, bao gồm CNN, CNBC, ABC News, Fox News, ESPN, Kênh thời tiết vàDiscovery và với hàng loạt kênh khác nữa đang tiếp tục được bổ sung vào danh sách.MobiTV cung cấp dịch vụ này qua một số nhà khai thác ở nhiều nước sử dụng mạng3G Chúng bao gồm:

 United States-Sprint, Cingular, Midwest Wireless, Alltel, Cellular, South,Verizon

ITU đã chấp nhận các mạng 3G dựa trên cơ sở nền tảng IMT–2000 hoạt độngxung quanh hai công nghệ lõi UMTS và CDMA2000 Con đường phát triển công nghệUMTS (WCDMA) dành riêng cho các quốc gia sử dụng mạng GSM (trong đó có Việt

Khối nội dung

cung cấp Dịch vụ Các mạng di động khai thác người sử dụng

Nam) và các tần số 3G trong UMTS đã được phân bổ cho phổ tần UMTS Còn cơ sởnền tảng CDMA2000 được thiết kế phù hợp cho mạng cdmaOne Các mạng 3G đượcđựa trên sử dụng băng thông rộng (ví dụ: 5MHz trong WCDMA–3G) cho một sóngmang WCDMA Đa truy nhập phân chia theo mã sử dụng băng thông rộng cho phépvận chuyển video, âm thanh và các dịch vụ dữ liệu qua mạng Cơ sở nền tảng 3G đangđược sử dụng cho các ứng dụng truyền hình di động nhờ có được băng thông rộng cho3G hay các dịch vụ của UMTS Cơ sở nền tảng 3G đang khai thác ở Châu Âu, Mỹ,Hàn Quốc, và Nhật Bản và triển khai mạnh nhất cũng như các thử nghiệm dịch vụ 3Gnằm ở các khu vực trên Tuy nhiên mạng 3G hay UMTS không phải là tối ưu cho vậnchuyển dữ liệu kiểu video cho một số lượng lớn người dùng đồng thời Sử dụng truyềntải “trong băng” một số lượng phiên truyền unicast thường bị giới hạn ở 6 luồng 256K

và cũng giới hạn số lượng người sử dụng trong 1 tế bào cho video unicast

Sử dụng cơ sở nền tảng 2,5G được đặc trưng bởi các clip ngắn, tin tức, các đầu đề,hoặc nội dung nội bộ xem được trên các thiết bị 3G Các dịch vụ này khác biệt với cáckênh truyền hình trực tiếp-kênh do các mạng quảng bá mặt đất hoặc vệ tinh cung cấp

Đó là do các mạng 3G sử dụng cùng băng thông thoại cho vận chuyển video tốt bằngcác công nghệ vận chuyển 3G như MBMS MBMS là công nghệ quảng bá trong băngcủa di động

Các công nghệ khác sử dụng phổ tần ngoài của băng tần UMTS Vì sở hữu phổ tầnhữu hạn, băng thông 3G trở nên đắt đỏ Dung lượng đang được tăng lên nhờ đưa ra các

kỹ thuật mới như HSDPA và các công nghệ 3G LTE (Long-Term Evolution) mà3GPP đang triển khai Khi sử dụng các công nghệ này và sử dụng mã hoá các tín hiệuvideo theo tiêu chuẩn 3GPP có thể sử dụng tới 10-12 kênh multicast trong băng5MHz

b Mạng 3+ cho truyền hình di động

Các mạng 3G cung cấp nội dung video và TV theo luồng Tuy nhiên, kiểu vậnchuyển này tạo ra một lưu lượng đáng kể và có thể mạng nhanh chóng bị quá tải Nhậnthấy rằng truyền hình di động sẽ được sử dụng nhiều hơn rất nhiều so với thời điểmkết thúc các tiêu chuẩn 3G, các nhà khai thác đang yêu cầu mở rộng tiêu chuẩn 3G baogồm cả MBMS (phổ tần cho dữ liệu trong băng) và HSDPA (phổ tần mở rộng cho dữliệu)

MBMS dự tính sử dụng một kênh phát quảng bá trong mỗi ô hơn là sử dụng kếtnối điểm-điểm riêng biệt cho từng máy di động

Công nghệ MBMS có nghĩa là xác định một số vấn đề nảy sinh đối với các tần số

và các tài nguyên phổ tần trái ngược lại với công nghệ HSDPA Ví dụ về các dịch vụMBMS:

truyền tải dữ liệu

c Truyền hình di động sử dụng 3G HSDPA

HSDPA là sự phát triển của công nghệ 3G cho truyền tải dữ liệu tốc độ cao hỗ trợtốt cho dịch vụ video HSDPA có thể mở rộng tốc độ bít lên đến 10Mb/s hoặc thậm chícao hơn (đường xuống) trong các mạng 3G với độ rộng băng là 5MHz Sở dĩ đạt đượcnhư vậy là do sử dụng các kỹ thuật lớp vật lý mới như điều chế thích ứng và mã hóa,lập lịch đóng gói nhanh và chọn ô nhanh Trung bình một người dùng có thể kỳ vọngtốc độ tải xuống 550-1000 kb/s Các tốc độ này có thể vận chuyển được video chấtlượng DVD cho các màn hình nhỏ của truyền hình di động

Vào giữa năm 2006, 52 mạng HSDPA đã đi vào hoạt động tại 35 quốc gia và 120mạng đã có những bước tiến dài trong kế hoạch Cingular Wireless ở Mỹ đã có kếhoạch triển khai HSDPA ở hầu hết các thành phố của Mỹ vào cuối năm 2006

Các công nghệ như HSDPA không cố định mà luôn được cải tiến Các nhà khaithác có mạng HSDPA hay có kế hoạch triển khai bao gồm:

các kênh trực tiếp cho người xem Mạng MBMS dùng hình thức multicast để quảng bánội dung tốt hơn là sử dụng chỉ một phiên unicast cho từng cặp Hình thức unicast vốn

đã bị hạn chế bởi dung lượng của các tài nguyên tần số mạng di động Multicast nhưvậy đặc biệt có tác dụng cho các sự kiện đặc biệt như thể thao hoặc hoà nhạc, trong khihàng triệu khách hàng có thể muốn truy nhập sự kiện đồng thời MBMS đã đượcErisson trình diễn thành công ở Stockholm

1.3.3 Công nghệ DVB-H

Tháng 11/2004, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu (ETSI) đã công bố tiêuchuẩn để chuyển tải nội dung đa phương tiện đến các thiết bị cầm tay, tiêu chuẩnDVB-H

Tiêu chuẩn DVB-H có thể chia sẻ các bộ hợp kênh quảng bá với tiêuchuẩn DVB-T; DVB-H có tần số vô tuyến RF tương thích với DVB-T và có thểchia sẻ cùng môi trường vô tuyến

DVB-H sử dụng kỹ thuật lát cắt thời gian (Time Slice) để tiết kiệm công suấttrung bình của thiết bị đầu cuối và có thể chuyển giao tần số (kỹ thuật này là bắtbuộc cho truyền hình di động DVB-H) DVB-H sử dụng kỹ thuật sửa lỗi trước cho

dữ liệu đa giao thức MPE-FEC để cải thiện tỷ số C/N và Doppler trong cáckênh di động cũng như cải thiện được dung sai nhiễu xung, cho phép máy thuđương đầu với những tình huống thu khó

Các kỹ thuật Time slice và MPE-FEC được thực hiện ở lớp liên kết nênkhông ảnh hưởng đến lớp vật lý của DVB-T, nó tương thích hoàn toàn với lớp vật

lý của DVB-T đang tồn tại (DVB-T, DVB-S & DVB-C)

Time Slice và MPE-FEC có thể sử dụng cùng một bộ hợp kênh với các dịch

vụ không có Time Slice và MPE-FEC DVB truyền thống có thể tiếp tục thu nhậncác dịch vụ không có Time Slice và MPE-FEC

DVB-H sử dụng thêm chế độ 4k (DVB-T chỉ có chế độ 2K, 8K) để cânbằng khả năng di động và kích cỡ tế bào mạng SFN Chế độ 4k là chế độ trunggian giữa chế độ 2k và 8k Việc thêm chế độ 4k có ảnh hưởng đến lớp vật lý, tuynhiên không làm tăng độ cồng kềnh của thiết bị (chỉ cần thêm cổng lôgic và bộnhớ) Phổ của chế độ 4k tương tự 2k và 8k nên không cần thay đổi bộ lọc phát

Máy phát DVB-H sẽ bao gồm các tham số hệ thống DVB-T và 1 ít mạch lôgicđiều khiển trang thiết bị và nó hoàn toàn tương thích với các khối khác của hệ thống.Tuy nhiên đối với máy thu chế độ 2k, 8k không thể thu được tín hiệu chế độ 4k,điều này không hạn chế khắt khe đối với bất kỳ mạng DVB-H mới sử dụng chế

độ 4k vì mục đích chính là cho dịch vụ mới và loại mới của thiết bị xách tay,cầm tay Chỉ có hạn chế trong trường hợp nhu cầu dung lượng tăng phải chia sẻ

bộ hợp kênh giữa dịch vụ DVB-T và dịch vụ DVB-H

Bộ Ghép

MPE-Lát cắt thời gian

Giải đóng gói IP DVB-H TS

vụ IP có thể được giành riêng nhờ bộ hợp kênh hoặc sử dụng điều chế phân cấp.Nếu không có đủ băng thông cho DVB-H, yêu cầu phải thiết lập mạng DVB-Hriêng

Trong trường hợp chia sẻ băng thông giữa dòng truyền tải MPEC-2 vớidịch vụ DVB-H, thì bộ điều chế DVB-T phải điều chỉnh sao cho có thể nhận tínhiệu DVB-H (ít nhất có một dòng truyền tải sử dụng Time Slice)

DVB-H phù hợp cho các kênh có độ rộng băng thông là 5, 6, 7 và 8 MHz, hoạtđộng trên các băng tần III, IV, V và băng L

Băng UHF là phù hợp với mô hình phủ sóng tế bào, băng UHF nằm ngaydưới băng tần dành cho GSM Tuy nhiên, phải xem xét đến khả năng can nhiễucủa truyền hình di động khi sử dụng kênh tần số gần với băng tần thu của GSM900MHz và CDMA 800MHz Hơn nữa, với công suất tín hiệu truyền hình quálớn có thể gây ra cản trở cho các máy thu GSM, CDMA, trừ khi bộ lọc RF được

sử dụng

Tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở Châu Âu do mật độ sử dụng băngUHF quá cao, nên một vài nước đã xem xét ấn định 2 hoặc 3 kênh UHF chodịch vụ truyền hình di động Hai kênh này họ sử dụng mạng đơn tần để phủsóng Mặc dù mạng đơn tần có cấu hình mạng khá phức tạp, nhưng bù lại hiệu quả

sử dụng phổ tần số rất cao và họ đã sử dụng với hai hoặc 3 mạng đơn tần để phủ gốilên nhau

Băng VHF có ưu điểm về đặc điểm truyền sóng hơn băng UHF Nhưng nólại không phù hợp với mô hình phủ sóng tế bào bởi vì anten của nó khá lớn khi đặttại các trạm Gốc (Base stations) tồn tại.

Đối với băng L có đặc điểm truyền sóng suy giảm hơn so với băng tần UHF,VHF Tuy nhiên, do băng tần UHF, VHF đã sử dụng với mật độ cao nên ở một sốnước đã sử dụng băng L cho dịch vụ truyền hình di động thương mại tiêu chuẩnDVB-H Với băng tần này có thể ảnh hưởng đến vùng lân cận băng tần cao củaGSM, CDMA và UMTS

1.3.4 Công nghệ T-DMB

Tháng 12/2002, Hàn Quốc đã công bố tiêu chuẩn truyền hình số đaphương tiện T-DMB Công bố này đã được các nhà quảng bá và các nhà sảnxuất thiết bị tán thành mạnh mẽ Tiêu chuẩn T-DMB đã được hiệp hội côngnghệ viễn thông TTA đồng ý thông qua Mùa thu năm 2003, Hàn Quốc đã chophát thử nghiệm trên kênh 12 (204-210MHz) (kênh này chia làm 3 khối) tạiSeoul Kết quả thử nghiệm cường độ trường cho thấy rằng hệ thống T-DMBcung cấp thành công thu truyền hình di dộng và có thể thu tốt tại tốc độ chuyểnđộng 100km/h Mức cường độ trường tối thiểu để thu tín hiệu DMB là 48-54dBµV/m

Sau khi luật về phát thanh truyền hình DMB được Chính phủ Hàn Quốcthông qua vào tháng 8/2004, DMB bắt đầu phát triển mạnh Dịch vụ phát thanhtruyền hình đa phương tiện có hai loại: S-DMB (DMB vệ tinh) và T-DMB(DMB mặt đất)

T-DMB đã đáp ứng yêu cầu thu xem của người sử dụng trên các phương tiệnnhư máy cầm tay, máy tính xách tay và máy thu trên ô tô

Theo kết quả điều tra của Hiệp hội báo chí và viễn thông KSJCS thì tỷ lệ xem

TV trong nhà là 86.2% và xem nơi công cộng, thiết bị thu di động, cầm tay khoảng 13.8% Bên cạnh đó, tâm lý của người Hàn Quốc thích dùng cộng nghệ cao

và mới cũng sẽ giúp cho việc phát triển DMB Thêm vào đó, các dịch vụ DMBđược đánh giá là thích hợp nhất để truyền các thông báo khẩn vì người dùng có thểnhận tín hiệu từ bất cứ lúc nào và bất cứ ở đâu qua máy thu cá nhân

1.3.5 Truyền hình số di động MediaFLO

Kỹ thuật FLO do Qualcomm phát triển sử dụng kỹ thuật gói dữ liệu, được thiết kếđặc biệt cho việc phân phối hiệu quả và kinh tế chương trình đa phương tiện tới hàngtriệu thuê bao không dây, đồng thời kỹ thuật này thực sự làm giảm giá phân phối nộidung, cho phép người dùng nhận các kênh trên cùng các thiết bị cầm tay di động mà

họ sử dụng các dịch vụ thoại và dữ liệu tế bào truyền thống FLO thực hiện tốt cho diđộng và hiệu quả phổ tần với công suất tiêu thụ nhỏ nhất FLO dựa trên dòng chương

trình sử dụng 30khung/1s cung cấp chương trình 14 kênh phát thanh quốc gia thờigian thực và 5 kênh chương trình truyền hình địa phương với thời gian thực (chươngtrình thời gian thực hỗ trợ các sự kiện nóng hổi như thể thao) trên một kênh tần số6MHz và có thể cung cấp 50 kênh chương trình quốc gia và 15 chương trình địaphương thời gian không thực (nội dung đã được ghi lại), mỗi kênh cung cấp 20 phútnội dung trong một ngày, người dùng có thể truy cập vào các chương trình thời giankhông thực theo một bản hướng dẫn (bao gồm ca nhạc, thời tiết, tin tức tổng hợp ).Ngoài các kênh chương trình truyền hình còn có thêm một số lượng lớn các kênh dữliệu thông qua giao thức mạng, bao gồm thông tin cập nhật về giao thông, tài chính,thời tiết

- Kiến trúc hệ thống FLO bao gồm 4 hệ thống nhỏ : Trung tâm điều hành mạng(NOC) (gồm trung tâm điều hành mạng quốc gia và 1 hoặc nhiều trung tâm điều hànhmạng địa phương); các máy phát FLO; mạng 3G và các thiết bị đầu cuối máy cầm tayFLO NOC có chức năng tính cước, cơ sở hạ tầng quản lý nội dung cho mạng

- FLO sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM, số sóng mang con 4K, thông tin đượcđiều chế trên mỗi sóng mang con là QPSK, 16QAM Các tín hiệu được tổ chức thànhcác siêu khung, mỗi siêu khung gồm 4 khung, mỗi siêu khung gồm 200symbols/1MHz

- Về kênh tần số, FLO sử dụng các kênh tần số có độ rộng kênh 5, 6, 7, 8MHz.Với kênh 6MHz, FLO có thể cung cấp tốc độ lên đến 11,2Mb/s tương ứng với vàichục kênh chương trình phát sóng đồng thời

- Về băng tần số FLO có thể sử dụng đoạn băng tần từ 450MHz-2GHz Tuy nhiênđoạn băng tần trên suy hao rất lớn nên thông thường sử dụng băng IV, V

Ở Mỹ, FCC đã cấp phép đoạn tần số 698-746MHz, với khối 6MHz cho nghiệp vụquảng bá, di động, cố định, với công suất phát tối đa 50Kw, độ cao anten phát 300m.Với các thông số độ cao anten thu khoảng 1m, hệ số nhiễu 8dB, tỷ số tín hiệu trênnhiễu SNR :16dB ; gain anten thu bao gồm cả suy hao cầm tay khoảng : -5,4dBi ; vớitần số trung tâm 716MHz, tính theo mô hình truyền sóng Okamura Hata khu vựcngoại ô thì vùng phủ sóng khoảng 1937km2

Ở Mỹ đang phát triển FLO với kênh tần 6MHz, với tần số thấp hơn 700MHz ; các

vị trí có độ cao anten phát trung bình khoảng 100m

1.3.6 Các công nghệ truyền hình di động khác

a Tiêu chuẩn ATSC cho phát truyền hình quảng bá mặt đất

Tiêu chuẩn ATSC sử dụng lược đồ điều chế khác gọi là 8 mức dải biên sótlại(8VSB) Tốc độ dữ liệu 19,29Mb/s có thể thích ứng với băng thông 5,38MHz baogồm mã hóa RS 187/207 ATSC là “tiêu chuẩn ô”, nó định rõ các thành phần hợpthành của phát quảng bá luồng

 Mã hóa âm thanh - nén âm thanh Dolby AC-3 (tiêu chuẩn độc quyền

được dùng dưới bản quyền ATSC A/53).

Do sự thiểu tương thích của tiêu chuẩn ATSC cho sự cải tiến truyền tải TV diđộng, nhiều nước sử dụng công nghệ này có khuynh hướng tiến tới dùng các côngnghệ thay thế khác Một ví dụ là công nghệ MediaFLO (được nâng cấp bởiQualcomm), đó có nền tảng quản lý giao diện không gian CDMA trong khebăng thông 6MHz Hệ thống sử dụng tần số 700MHz ở Mỹ với tháp vô tuyếnđược cung cấp tín hiệu nguồn qua vệ tinh Hàn Quốc, nước này cũng sử dụngATSC đã di chuyển tới công nghệ DMB và Nhật Bản tiến tới DMB - S, ISDB - T.Một trong những ưu điểm của DVB - T đó là có thể chia sẻ chung cơ sở hạ tầngvới DVB - H Tuy nhiên, mặc dù thực tế thấy rằng ưu điểm ghép thêm phát quáng

bá đa phương tiện di động vào mạng truyển tải mặt đất sắn có là không thể đối vớiATSC nhưng các công ty vẫn thực hiện việc cài đặt thêm DVB-H, ví dụ CrownCastle ở Mỹ Mạng mới có cơ sở sử dụng trên băng L và độc lập với mạng truyềndẫn ATSC trong nước Mỹ

b Công nghệ ISDB-T

Truyền hình di động sử dụng ISDB-T phát quảng bá mặt đất đang được cung cấp ởNhật Bản ISDB-T có nghĩa là phát quảng bá số dịch tích hợp và là một tiêu chuẩnriêng

Mạng ISDB-T sử dụng một phần của băng thông mặt đất số (1/13), nó được gọi làmột đoạn Hiện tại các dịch vụ này đang được cung cấp dưới cái tến OneSeg, phản ánhkết quả việc sử dụng một đoạn băng thông mặt đất

Phát quảng bá số mặt đất (DTTB) bắt đầu ở Nhật vào tháng 12 năm 2003 và bắtđầu quá trình thay thế dần truyền tải tương tự theo khuôn dạng NTSC Phổ tần quảng

bá bao gồm các kênh 6MHz và vì thế bỏ trống truyền tải tương tự, chúng được sửdụng cho các dịch vụ DTTB Đa số của phát quảng bá trên DTTB bây giờ là HDTV.Dịch vụ truyền hình di động sử dụng ISDB-T ở Nhật bắt đầu vào năm 2006 sửdụng 1/13 trong một kênh 5,6MHz Tham số mã hoá âm thanh và video cho ISDB-Tlà:

 Video-mã hoá sử dụng H.264 MPEG–4/AVC L1.2 tại độ phân giải QVGA(320 x 240) 15fps;

Một phân đoạn có băng thông 5,6/13 = 0,43MHz, hay 430kHz, có thể hỗ trợ mang312kb/s với điều chế QPSK và tỉ lệ mã ½ (đưa ra khoảng bảo vệ 1/8) 312kb/s dữ liệu

có thể truyền video chuẩn được mã hoá ở tốc độ 180kb/s và âm thanh ở 48kb/s, dữliệu Internet và thông tin luồng chương trình ở 80kb/s Một đoạn riêng lẻ có thể mangmột kênh video và dữ liệu đi cùng với thông tin chương trình (Hình 1.5)

Một phân đoạn DTTB TV & HDTV

Điện thoại truyền hình di động

Hình 1.5 Dịch vụ ISDB-T ở Nhật Bản

1.3.7 So sánh các công nghệ truyền hình di động

Bất kỳ sự so sánh nào của các công nghệ dịch vụ truyền hình di động là một côngviệc khó khăn vì các công nghệ hiện nay được cung cấp dịch vụ dựa trên nhiều ràngbuộc như sự sẵn sàng phổ tần Các đặc điểm của các dịch vụ dựa trên unicast và cácđặc điểm của các dịch vụ dựa trên multicast và broadcast là hoàn toàn khác nhau Tiêubiểu các tham số sau đây quan trọng trong đánh giá công nghệ :

trời

cơ sở (như 3G)

 Các yêu cầu của khách hàng nhue khả năng phủ sóng, khả năng chuyển vùng,các kiểu máy cầm tay và khả năng sử dụng dịch vụ.

Bảng 1.1 So sánh tổng quan các công nghệ dịch vụ truyền hình di động.

Các thuộc

tính

Giao diện vô

tuyến

DVBT,COFDM

COFDM

UTRAWCDMA

độc quyền,CDMA

1Mbps/kênh1,5MHz

384kbpstrong kênh5MHz

6Mbps inkênh25MHz

Công nghệ

tiết kiệm

nguồn

Cắt thờigian

CDMAQualcomm,chọn mãCDMA

Giải ghépkênh, chuyểnđổi Fourierchọn lọc

Các băng tần

khai thác

UHF, Band

L-700 MHz(Mỹ), UHF,L-Band

(Hànquốc),IMTS(Châu Âu)

Các dịch vụ truyền hình di động có thể vận chuyển dòng video với chất lượngchấp nhận được ở tốc độ 300Kbps, tương đương với tiêu dùng tài nguyên cho 10 cuộcthoại trên mạng Vì vậy khi một khách hàng thiết lập phiên dòng thì anh ta mở đầu sửdụng băng thông bị tính cước Cước này nằm trong khoảng 0,1-0,2USD/phút Mộtkhách hàng xem trung bình 15 phút truyền hình di động một này thì sẽ tiêu mất ít nhất45USD/1 tháng cho 450 phút xem TV Đúng là các nhà khai thác 3G đang tính cướcdựa trên cước thuê bao tháng hơn là tính sử dụng nhưng những nỗ lực này của họ là đểquảng cáo Các dịch vụ MBMS sẽ là bắt buộc đối với các dịch vụ 3G Truyền hìnhquảng bá không phải là ứng dụng tốt nhất đối với các mạng 3G, đặc biệt khi có các sựkiện quan trọng được phát quảng bá cho hàng triệu người xem

Mặt khác, các mạng di động có thuận lợi rất lớn Đầu tiên, các mạng cung cấp vùngphủ sóng của quốc gia rộng và các vùng địa lý trên thế giới Vì vậy các khách hànggần như nằm trong một vùng phủ sóng dịch vụ Thứ hai, bản chất unicast của dịch vụcung cấp hỗ trợ tốt hơn đối với các dịch vụ video theo yêu cầu Các máy cầm tay đã cócác ăng ten cần thiết và các bộ điều hưởng cho dịch vụ di động và không bị vướng víucác ăng ten bổ sung và các bộ điều hưởng cho các băng tần khác nhau Mức liên kết vàphủ sóng rất cao trong mạng di động Sự tương tác cũng cao với việc sử dụng đườnghồi tiếp di động Các công nghệ MBMS và MCBCS khắc phục các giới hạn của dịch

vụ unicast cho nhiều khách hàng

Các mạng đang khai thác có thể vận chuyển không chỉ dịch vụ truyền hình di động mà trong sự phát triển không ngừng có thể vận chuyển cả các dịch vụ đa phương tiện với nội dung phong phú hơn và nhiều hoạt ảnh hơn.

Mỗi công nghệ truyền hình di động đều có những ưu điểm, những hạn chế cùng với những thuận lợi và khó khăn khác nhau Mạng 3G nói chung và mạng 3G WCDMA nói riêng có những ưu điểm và những thuận lợi lớn như về cơ sở hạ tầng mạng, hỗ trợ truyền dẫn unicast cho dịch vụ tốt đối với các dịch vụ theo yêu cầu, mức liên kết và phủ sóng rất cao trong mạng di động, có thuận lợi về máy cầm tay của người sử dụng, công nghệ MBMS khắc phục tốt các hạn chế của dịch vụ unicast Các

ưu điểm và thuận lợi trên của mạng 3G WCDMA hứa hẹn cho việc triển khai dịch vụ truyền hình di động và các dịch vụ đa phương tiện trên nền mạng này đạt được nhiều thành công.

Hình 2.1 Lộ trình tiến hoá của các hệ thống thông tin di động

Có thể coi một hệ thống thông tin di động là 3G nếu nó đáp ứng một số yêu cầuđược ITU đề ra :

đa phương tiện, độc lập với công nghệ giao diện vô tuyến

cao và truyền dẫn số liệu trên 2 Mbps (ít nhất là lý thuyết ) cho người sửdụng cố định hay di động tốc độ thấp

 Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói (các dịch vụ không dựa trên kết nối CSđến mạng số liệu mà dựa trên dịch vụ mang trên gói bẩm sinh)

Một số hệ thống 2G đang tiến hoá đến ít nhất một phần các yêu cầu trên Điều này dẫnđến một hậu quả không mong muốn : Làm sai lệch thuật ngữ “các thế hệ” Chẳng hạn,GSM hỗ trợ số liệu kênh được phân loại như hệ thống 2G thuần tuý Khi tăng cườngthêm GPRS (general packet radio service), nó trở nên phù hợp với nhiều tiêu chuẩncủa 3G, dẫn đến nó không hẳn là 2G hay 3G mà là loại “lai giữa các thế hệ ”, vì thế hệ

thống GSM được tăng cường GPRS hiện nay được gọi là hệ thống 2.5G, trong khithực tế vẫn thuộc loại 2G, ít nhất là từ phương tiện đến công nghệ truyền dẫn vô tuyến.

2.2.1 Kiến trúc GSM

GSM là mạng thông tin di động số đầu tiên được xây dựng trên phương pháp đatruy nhập TDMA Một hệ thống GSM được vận hành bởi ba phần tử chính : MS, hệthống con trạm gốc (BSS : Base Station System) và hệ thống con chuyển mạch (SS :Switching Subsystem) như hình 2.2

Hình 2.2 Kiến trúc mạng GSM

a Trạm di động MS

Trạm di động MS là thiết bị mà người sử dụng dùng để xử lý cuộc gọi MS chứađầu cuối di động với SIM card SIM là một thiết bị an ninh chứa tất cả các thông tincần thiết và các giải thuật để nhận thực thuê bao cho mạng Để nhận thực thuê bao chomạng, SIM chứa một máy vi tính gồm CPU và ba kiểu nhớ ROM được lập trình chứa

hệ điều hành, chương trình cho ứng dụng GSM và các giải thuật an ninh A3 và A8.RAM được sử dụng để thực hiện các giải thuật và nhớ đệm cho truyền dẫn số liệu Các

số liệu nhạy cảm như Ki (khóa bí mật), IMSI (international mobile station identity - sốnhận dạng thuê bao di động ), các số để quay, các bản tin ngắn, thông tin về mạng vàthuê bao như TMSI (temporary mobile station identity - số nhận dạng thuê bao tạmthời), LAI (Location area identity - nhận dạng vùng định vị) được lưu trong bộ nhớROM xóa được bằng điện (EEPROM)

Abis A

Hệ thống con chuyển mạch

(SS)

Um, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu phát và quản lý các chức năng này Mặt khác,BSS kết nối với trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC thông qua giao diện

A Như vậy BSS thực hiện việc kết nối MS tới MSC, qua đó các MS không chỉ có thểliên lạc với nhau mà còn có thể liên lạc với các thuê bao ở các mạng viễn thông khác.BSS bao gồm các thiết bị BTS, BSC, ngoài ra còn có thêm khối chuyển đổi tốc độ mãthích ứng

BTS : Mỗi trạm BTS phục vụ cho một ô tế bào để cung cấp đường truyền vô tuyến.

Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, antenna, các thiết bị xử lý tín hiệu của giaodiện vô tuyến Um.BTS có các chức năng cơ bản sau :

từ thông số RAND và khóa tiêng của thuê bao

vô tuyến Um

BSC : BSC có nhiệm vụ kết nối, quản lý một số trạm gốc phát BTSqua giao diện

Abis BSC thực hiện các chức năng ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lýchuyển giao các cuộc gọi Mặt khác, BSC kết nối với trung tâm chuyển mạch di độngMSC qua giao diện A Có thể coi BSC như một tổng đài nhỏ có khả năng tính toánđáng kể.BSC có một ma trận chuyển mạch số để nối các kênh vô tuyến ở giao diện vôtuyến với mạch hữu tuyến từ MSC Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chụcBTS, tùy thuộc vào dung lượng các BTS này

TRAU : Khối này có nhiệm vụ chuyển đổi lưu lượng tốc độ 16 kbps bên phía

BSS sang 64 kbps bên phía MSC đối với thoại và thích ứng tốc độ giữa các khung

số liệu V110 của CCITT được dùng ở phía MSC với các khung 3.6, 6, 12 kbps sửdụng ở phía BSS

c Hệ thống con chuyển mạch (SS)

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSMcũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý sự di động của cácthuê bao SS bao gồm các khối chức năng sau :

MSC : MSC có nhiệm vụ điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử

dụng mạng GSM Một mặt, MSC giao tiếp với hệ thống BSS, mặt khác nó giao tiếpvới các mạng viễn thông khác như PSTN, ISDN, … MSC làm nhiệm vụ kết nối vớimạng ngoài gọi là MSC cổng (GateWay MSC) Để kết nối MSC với các mạng kháccần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng đó Các đặc điểm

thích ứng này gọi là các chức năng tương tác (IWF) IWF bao gồm một thiết bị thíchứng các giao thức và truyền dẫn IWF có thể được tích hợp trong MSC hay có thể làthiết bị riêng.

HLR : Ngoài MSC, SS còn có các cơ sở dữ liệu Bộ định vị thường trú HLR mang

tất cả các thông tin về thuê bao trong vùng của GMSC tương ứng Các phần tử mạngnhư MSC, VLR và các phần tử khác của mạng có thể truy nhập đến dữ liệu của HLRthông qua mã số nhận dạng quốc tế IMSI, số thuê bao di động MSISDN Thôngthường HLR có các số liệu sau đây :

trạng thái thuê bao, các khoá nhận thực và chức năng nhận thực

VLR : Bộ ghi định vị tạm trú VLR chứa tất cả các chi tiết tạm thời về MS làm

khách tại MSC tạm thời VLR cũng chứa nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI.VLR được nối với một hay nhiều MSC Khi một MS thuộc sự quản lý của VLR nàothì nó có bản sao dữ liệu của HLR về MS đó Các dữ liệu trong VLR bao gồm :

Mỗi VLR điều hành nhiều vùng định vị (LAI), khi MS thay đổi vùng thì VLR phảicập nhật lại vị trí của MS Khi MS thay đổi VLR thì VLR phải giúp HLR cập nhật lại

vị trí

AuC : Trung tâm nhận thực AuC (authentication center) được đặt tại HLR và là

một trong những nơi phát đi các thông số an ninh quan trọng nhất vì nó đảm bảo tất cảcác thông số cần thiết cho nhận thực và mật mã hoá giữa MS và BTS TMSI cho phép

từ chối một kẻ xấu tìm cách lấy trộm thông tin về các tài nguyên được người sử dụng

sử dụng và không cho kẻ xấu theo dõi vị trí người sử dụng

EIR : Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (equipment identity register) dùng để nhận

dạng xem có đúng là thiết bị di động hay không EIR chứa tất cả các số seri máy củatất cả các máy di động bị mất hoặc bị mất cắp mà hệ thống sẽ không cho phép Cácngười sử dụng sẽ được nhận dạng là đen (không hợp lệ), trắng (hợp lệ) hay xám (bịnghi ngờ)

2.2.2 Kiến trúc GPRS

GPRS sử dụng lại mạng truy nhập của GSM để truyền số liệu gói bằng cách ghépnhiều khe thời gian vào một kênh truyền Kiến trúc của mạng GPRS được mô tả ởhình 2.3 dưới đây

Hình 2.3 Kiến trúc GPRS

MS gồm thiết bị đầu cuối (TE : terminal Equipment) (máy tính PC cầm tay chẳnghạn) và đầu cuối di động MT MS có thể hoạt động trong ba chế độ phụ thuộc vào khảnăng của mạng và máy di động

 Chế độ A, có thể đồng thời khai thác cả chuyển mạch kênh lẫnchuyển mạch gói

chuyển mạch kênh CS nhưng không đồng thời ở cả hai chế độ Khi MS phátcác gói, nếu kết nối CS được yêu cầu thì truyền dẫn PS tự động được đặtvào chế độ treo

lưu lượng PS (GPRS) thì nó hoạt động ở chế độ C

Trong BSS, BTS xử lý cả lưu lượng PS và CS BTS truyền số liệu PS đến SGSN

và số liệu CS đến MSC Ngoài các tính năng GSM, HLR cũng đựơc dùng để xác địnhxem thuê bao GPRS có địa chỉ IP tĩnh hay động và điểm truy nhập nào được sử dụng

để nối đến mạng ngoài Đối với GPRS, các thông tin về thuê bao được trao đổi giữaHLR và SGSN

SGSN xử lý lưu lượng các gói IP đến và từ MS đó đăng nhập vào vùng phục vụcủa nó và nó cũng đảm bảo định tuyến gói nhận được và gửi đi từ nó

GGSN đảm bảo kết nối với mạng chuyển mạch gói bên ngoài như internet hay cácmạng riêng khác Nút kết nối với mạng đường trục GPRS dựa trên IP Nó cũng chuyển

đi tất cả các gói IP và được sử dụng trong quá trình nhận thực và trong các thủ tục mật

mã hoá…

VLR

SMS-GMSC SMS-IWMSC

AuC hoạt động giống như trong mạng GSM Nó chứa thông tin để nhận dạng cácngười sử dụng được phép sử dụng mạng GPRS và vì thế ngăn chặn việc sử dụng tráiphép mạng.

3G UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính gọi là R3, R4,R5,R6 Trong đó,mạng lõi R3, R4 bao gồm hai miền : miền chuyển mạch kênh CS và miền chuyểnmạch gói PS Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt cácdịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này, miền CS sẽ đảm nhận các dịch

vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CSchuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyểnmạch đều trên IP Mạng truy nhập cho UMTS có thể là TDMA hoặc CDMA

2.2.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói : Lên đến 384Mbps trong miền CS và 2 Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảocung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong mạng điện thoại

cố định và internet Các dịch vụnày bao gồm : Điện thoại có hình (hội nghị video), âmthanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũngđược đưa ra cùng với GPRS là “ luôn luôn kết nối ” tới internet UMTS cũng cung cấpthông tin định vị tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí

Một mạng UMTS bao gồm ba phần : Thiết bị di động (UE : User Equipment),mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UTRAN : UMTS Terrestrial RadioNetwork), mạng lõi (CN : Core Network) (hình 1.4) UE gồm ba thiết bị : thiết bị đầucuối TE, thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao UMTS USIM (USIM :UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS :Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (RNC Radio Network Controller)cùng các BTS nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyểnmạch gói và HE (HE : Home Environment : môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở

dữ liệu : Trung tâm nhận thực AuC, Bộ ghi định vị thường trú HLR và bộ ghi nhậndạng thiết bị EIR

Nút B Nút B

HE HLR/AuC

Gn

PSTN ISDN

Internet

Hình 2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

a Thiết bị người sử dụng UE

Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) là đầu cuối mạng UMTS của người

sử dụng.Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó

sẽ ảnh hưởng lớn đến các người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này đạt đượcnhờ tiêu chuẩn hoá giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card thông minh

Các đầu cuối TE

Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điẹn thoại mà còn cung cấpcác dịch vụ số liệu mới nên tên của nó được chuyển thành đầu cuối Các nhà sản suấtchính đã đưa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên các khái niệm mới nhưng trong thực tế chỉmột số ít là được đưa vào sản xuất Mặc dù các đầu cuối dự kiến khác nhau về kíchthước và thiết kế, nhưng tất cả chúng đều có màn hình lớn và ít phím hơn so với 2G

Lý do chính là để tăng cường sử dụng đầu cuối cho các dịch vụ số liệu hơn và vì thếđầu cuối trở thành tổ hợp của máy điện thoại di động, modem và máy tính xách tay.Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diệnWCDMA), nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai làgiao diện Cu giữa UMTS IC card và đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn chocác card thông minh

Mặc dù các nhà sản xuất có nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phải tuân theo một tậphợp tối thiểu các định nghĩa tiêu chuẩn để các người sử dụng bằng các đầu cuối khácnhau có thể truy nhập đến một số các chức năng cơ sở theo cùng một cách Các tiêuchuẩn này gồm :