CÁC CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG SAU 3G

CÁC CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG SAU 3G

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II _____________ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ ĐÀO TẠO: VĂN BẰNG HAI Đề tài : CÁC CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG SAU 3G Mã số đề tài: 09406861003 Sinh viên thực hiện: PHẠM HOÀNG DŨNG Mã số sinh viên: 406861003 Lớp: Đ06VTK1 Giáo viên hướng dẫn: PHẠM THANH ĐÀM TPHCM – 2009 Các công nghệ không dây Sau 3G i Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Mục lục Lời nói đầu 1 Chương 1: Sự phát triển từ 2G qua 3G lên 4G 3 1.1. Nửa đầu thập kỷ 1990: Viễn thông chủ yếu là thoại 3 1.2. Từ 1995 đến 2000: sự cất cánh của viễn thông di động và Internet 3 1.3. Từ 2000 đến 2005: Dot Com suy sụp, xuất hiện Web 2.0 và Mobile Internet 4 1.4. Từ 2005 đến nay: thoại di động phủ sóng toàn cầu, VoIP và Mobile Broadband bắt đầu phổ biến 6 1.5. Tương lai – Nhu cầu đối với các hệ thống Sau 3G 7 1.6. Tất cả các hệ thống này đều dựa trên IP 10 Chương 2: Tổng quan các kiến trúc Sau 3G – Các hệ thống UMTS, HSPA, và HSPA+ 13 2.1. Tổng quan 13 2.2. UMTS 14 2.2.1. Giới thiệu 14 2.2.2. Kiến trúc mạng 14 2.2.3. Giao tiếp vô tuyến và mạng truy nhập vô tuyến 22 2.3. HSPA (HSDPA và HSUPA) 33 2.3.1. Các kênh dùng chung (shared channel) 33 2.3.2. Đa mã trải 34 2.3.3. Điều chế cấp cao hơn 35 2.3.4. Sắp đặt lịch truyền, điều chế và mã hóa, HARQ 36 2.3.5. Cập nhật và chuyển giao cell 37 2.3.6. HSUPA 38 2.4. HSPA+ và những cải tiến khác: Cạnh tranh với LTE 40 2.4.1. Điều chế cấp cao hơn nữa 40 2.4.2. MIMO 41 2.4.3. Khả năng truyền gói liên tục (Continuos Packet Connectivity) 41 2.4.4. Các trạng thái Enhanced Cell-FACH, Enhanced Cell/URA-PCH 44 2.4.5. Cải tiến mạng vô tuyến: Một đường hầm duy nhất (One-tunnel) 46 2.4.6. Cạnh tranh với LTE ở dải tần 5 MHz 47 Chương 3: LTE và LTE-Advanced 48 3.1. Giới thiệu 48 3.2. Kiến trúc mạng 49 3.2.1. Các trạm cơ sở cải tiến 49 3.2.2. Đường giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy nhập vô tuyến 50 3.2.3. Gateway nối với Internet 51 Các công nghệ không dây Sau 3G ii Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 3.2.4. Đường giao tiếp với cơ sở dữ liệu người dùng 52 3.2.5. Chuyển qua chuyển lại giữa những công nghệ vô tuyến khác nhau 52 3.2.6. Thuật ngữ “thiết lập cuộc gọi gói” trở thành lịch sử 52 3.3. Air Interface và mạng vô tuyến của LTE 53 3.3.1. Truyền dữ liệu hướng xuống 53 3.3.2. Truyền dữ liệu hướng lên 55 3.3.3. Các thông số vật lý 56 3.3.4. Từ khe đến khung 57 3.3.5. Các ký hiệu tham chiếu và các kênh truyền 58 3.3.6. Hướng xuống: Kênh quảng bá 59 3.3.7. Hướng xuống: Kênh nhắn tin 60 3.3.8. Hướng xuống và hướng lên: Các kênh truyền tải và kênh điều khiển dành riêng, và việc ánh xạ chúng vào kênh vật lý dùng chung 60 3.3.9. Hướng xuống: Các kênh điều khiển ở tầng vật lý 60 3.3.10: Hướng lên: Các kênh điều khiển ở tầng vật lý 61 3.3.11. Cấp phát lịch truyền linh động và cấp phát lịch truyền lâu dài 61 3.3.12. Truyền MIMO trong LTE 62 3.3.13. Tính toán thông suất LTE 63 3.3.14. Kiểm soát tài nguyên vô tuyến 64 3.3.15. Trạng thái tích cực RRC 65 3.3.16. Trạng thái rỗi RRC 65 3.3.17. Xử lý các gói dữ liệu ở eNodeB 66 3.4. Các thủ tục báo hiệu cơ bản 67 3.4.1. Tìm kiếm mạng và quảng bá các thông tin hệ thống 68 3.4.2. Liên hệ ban đầu với mạng 68 3.4.3. Xác minh thuê bao (authentication) 68 3.4.4. Yêu cầu cấp phát một địa chỉ IP 69 3.5. Tổng kết và so sánh với HSPA 69 3.6. LTE-Advanced 70 Chương 4: WiMAX (IEEE 802.16) 71 4.1. Giới thiệu 72 4.2. Kiến trúc mạng 72 4.2.1. Các mạng nhỏ dành cho khách hàng cố định 72 4.2.2. Các mạng từ vừa tới lớn và tính di động 72 4.2.3. ASN-GW 74 4.2.4. Xác minh và mã hóa 74 4.2.5. Cấp phát địa chỉ IP cho máy khách và các kênh R6 76 4.2.6. Quản lý tính di động ở tầm vi mô 76 4.2.7. Quản lý tính di động ở tầm vĩ mô 77 4.3. Giao tiếp vô tuyến và mạng vô tuyến của WiMAX cố định 802.16d 78 4.4. Giao tiếp và mạng vô tuyến của WiMAX di động 80 Các công nghệ không dây Sau 3G iii Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 4.4.1. OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 81 4.4.2. Truyền MIMO trong WiMAX 82 4.4.3. Các hệ thống ăng-ten thích nghi (AAS) 82 4.4.4. Các thủ tục chuyển giao 83 4.4.5. Chế độ tiết kiệm điện năng và chế độ ngủ 84 4.4.6. Chế độ rỗi 84 4.5. Các thủ tục báo hiệu cơ bản 85 4.6. Tổng kết và so sánh với HSPA và LTE 86 4.7. Các công nghệ này cạnh tranh lành mạnh 87 Danh mục các từ viết tắt 88 Tài liệu tham khảo 91 Các công nghệ di động Sau 3G 1 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Lời nói đầu Trong những năm gần đây, các mạng thoại tổ ong (cellular telephone network 1 , hay ngắn gọn hơn: cellular network) đã biến đổi thành những mạng truy cập chuyển gói rất mạnh mẽ, phục vụ cho cả truyền thoại lẫn truy cập Internet. Các mạng 3.5G hiện tại, chẳng hạn như UMTS/HSDPA và CDMA 1xEvDO, giờ đây đã cung cấp những thông lượng lên đến vài Mbps cho những người dùng riêng rẽ, và khả năng truy cập di động vào Internet từ các thiết bị cầm tay và máy tính xách tay không còn được xem là thấp hơn một mối nối kết DSL hoặc cáp nữa. Thế nhưng, yêu cầu về băng thông và dung lượng vẫn không ngừng tăng lên do bởi lượng người dùng gia tăng trong các mạng ấy và do những ứng dụng đòi hỏi cao về băng thông chẳng hạn như truyền phim ảnh và truy cập Internet di động từ máy tính xách tay. Vì vậy, các nhà chế tạo mạng và các nhà điều hành mạng viễn thông cần tìm ra những phương cách nào đó để làm tăng dung lượng và hiệu năng làm việc trên các mạng của họ, trong khi vẫn giữ giá thành thấp hay thậm chí còn giảm đi. Trong quá khứ, sự tiến hóa của mạng truyền thông không dây chủ yếu liên quan đến việc thiết kế các mạng truy nhập có dải tần cao hơn và thông lượng lớn hơn. Khi chúng ta tiến đến thời kỳ các kiến trúc mạng Sau 3G 2 , giờ đây có một sự tiến hóa còn nhanh hơn nữa ở các mạng lõi, và quan trọng nhất là ở các thiết bị và ứng dụng dành cho người dùng. Sự tiến hóa này tiếp tục những xu hướng công nghệ vốn đã “đụng trần” trong thế giới mạng Internet “đường truyền cố định” hiện nay. Các hệ thống điện thoại chuyển kênh đang được thay thế bởi các công nghệ VoIP, còn Web 2.0 thì khuyến khích người dùng trở thành những nhà sáng tạo nội dung và chia sẻ thông tin của mình với toàn thế giới. Trong tương lai, các mạng không dây broadband sẽ có một ảnh hưởng rất quan trọng đối với xu hướng này, bởi lẽ điện thoại di động và máy tính xách tay là những công cụ lý tưởng để sáng tạo và tiêu thụ nội dung. Phàn lớn các điện thoại di động và máy tính xách tay hiện nay đều đã được trang bị những máy ảnh số tiên tiến, và khả năng quay phim chụp ảnh của chúng ngày càng tốt hơn. Mặt khác, chúng ta đang chứng kiến các công nghệ mobile broadband ngày càng trở nên tương đồng về mặt giao tiếp vô tuyến (air interface) và kiến trúc nối mạng (networking architecture); chúng đang được hội tụ thành một kiến trúc mạng dựa trên IP cùng với công nghệ giao tiếp vô tuyến dựa trên OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access _ Đa truy cập phân tần trực giao). Mặc dù sự tiến hóa về kiến trúc mạng chưa đạt đến mức hội tụ đầy đủ và thực sự, nhưng các loại mạng truy cập không dây ở những giai đoạn khác nhau của quá trình tiến hóa này đamg được thiết kế để đáp ứng việc truyền các dịch vụ đa phương tiện ở khắp nơi thông qua việc nối kết liên mạng. 1 “Cellular” có căn ngữ là “cell”, còn cell ở đây có nghĩa là ngăn, ô, hoặc lỗ tổ ong. Gọi như vậy là vì, các cell trong mạng được mô hình bằng những hình lục giác sắp kế cận nhau để tái sử dụng tần số ở những vùng cách xa nhau theo nguyên tắc đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA). Cách sắp xếp này giống cách sắp xếp các lỗ hay ngăn trong cấu trúc của tổ ong (cellular construction of a beehive). 2 Thuật ngữ “Sau 3G” là được chuyển từ thuật ngữ “Beyond 3G” trong tiếng Anh sang. Thuật ngữ gốc này vốn chỉ được qui ước tạm chứ chưa có định nghĩa chính xác, dùng để chỉ các hệ thống công nghệ di động thuộc loại “Enhanced IMT-2000” theo qui định của ITU (xem Chương 1), nhưng đã trở nên phổ biến (thậm chí được dùng ở một số nước không nói tiếng Anh). Ở Việt Nam, thuật ngữ đó được chuyển thành “Hậu 3G” và “Sau 3G”, trong đó “Hậu 3G” phổ biến hơn so với “Sau 3G” (có thể kiểm chứng điều này bằng cách tìm kiếm các cụm từ đó trên Web thông qua các công cụ như Google, Yahoo! hoặc Bing chẳng hạn), tuy nhiên ở đây chúng tôi sẽ dùng “Sau 3G”. Các công nghệ di động Sau 3G 2 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Tuy các xu hướng tiến hóa công nghệ này đã và đang diễn ra, có rất ít tài liệu mô tả chúng về mặt kỹ thuật, nhất là ở Việt Nam. Luận văn này cố gắng mô tả sự tiến hóa của những công nghệ truyền thông không dây từ 3G trở về sau. Nó tập trung bàn về sự tiến hóa của truyền thông di động 3G và Sau 3G, như được xây dựng bởi tổ chức chuẩn hóa 3GPP (3rd Generation Partnership Project), lưu ý đến sự tiến hóa về kỹ thuật truy cập vô tuyến và mạng truy nhập. Luận văn này bao gồm bốn chương. Chương 1 điểm qua lịch sử tiến hóa của các mạng di động trong quá khứ, rồi liệt kê những xu hướng tiến hóa đang nổi lên hiện nay. Chương 2 bàn sâu về các công nghệ truy cập vô tuyến hậu duệ của công nghệ GSM phổ biến hiện nay: UMTS, HSPA và HSPA+. Chương 3 bàn tiếp về các thế hệ cải tiến của HSPA: LTE và LTE-Advanced. Cuối cùng, chương 4 bàn về công nghệ WiMAX với hai phiên bản đã được triển khai cho tới nay: 802.16d và 802.16e. Do khuôn khổ luận văn có hạn mà các lĩnh vực đề cập lại quá rộng lớn và mới mẻ, nên chúng tôi không dám bàn sâu vào một số khía cạnh kỹ thuật nền tảng trong các công nghệ, ví dụ như nền tảng lý thuyết của các phương thức điều chế và mã hóa, chi tiết về hệ thống báo hiệu số 7 (SS-7) vốn vẫn còn được dùng trong UMTS, chi tiết về các tầng giao thức trong các hệ thống mạng, và nguyên lý chi tiết của OFDM và OFDMA, chi tiết kỹ thuật của truyền MIMO, v.v . Do kiến thức còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Xin cảm ơn thầy Phạm Thanh Đàm đã tận tình hướng dẫn tôi trong thời gian làm luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Viễn Thông 2 đã giảng dạy, cung cấp kiến thức và giúp đỡ động viên để tôi có thể hoàn thành được luận văn này. Xin cảm ơn những người thân trong gia đình tôi, cảm ơn những người bạn thân thiết đã giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn nhất. Phạm Hoàng Dũng. Các công nghệ di động Sau 3G 3 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Chương 1: Sự phát triển từ 2G qua 3G lên 4G Trong 15 năm vừa qua, truyền thông qua đường dây cố định và không dây cũng như Internet đã phát triển có thể nói là rất nhanh nhưng cũng có thể nói là rất chậm, tùy theo người ta quan sát lĩnh vực này như thế nào. Để đánh giá khái quát về những sự phát triển cho đến hiện tại và trong tương lai trong lĩnh vực này, chương này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về những sự kiện chính đã giúp định hình ba lĩnh vực truyền thông này trong một thập kỷ rưỡi vừa qua. Tuy phần lớn những sự phát triển mô tả dưới đây đã diễn ra ở những nước công nghệ cao nhất, nhưng những yếu tố địa phương và chính sách điều chỉnh của mỗi quốc gia đã làm giảm đi hay tăng lên tốc độ xảy ra các sự kiện ấy. Vì vậy, khoảng thời gian đó có thể được phân chia thành một số giai đoạn, và những mốc thời gian cụ thể sẽ được cung cấp tùy theo mỗi quốc gia được xét. 1.1. Nửa đầu thập kỷ 1990: Viễn thông chủ yếu là thoại Mười lăm năm trước, vào năm 1993, việc truy cập Internet chưa phổ biến rộng khắp, và hầu hết những người dùng nó đều đang nghiên cứu hoặc làm việc tại các trường đại học hay trong một vài công ty chọn lọc trong ngành IT. Vào lúc đó, toàn bộ các trường đại học được nối kết với Internet ở một tốc độ truyền là 9.6 Kbit/s. Nhiều người trong số họ có máy tính tại nhà riêng, nhưng việc quay số nối vào mạng của nhà trường chưa được áp dụng rộng rãi. Các mạng diễn đàn chuyên đề (bulletin board) chẳng hạn như Fidonet 3 đã được sử dụng rộng rãi bởi lượng người dùng ít ỏi “online” được vào lúc đó. Vì thế, có thể nói rằng viễn thông 15 năm trước chủ yếu chỉ là thoại, xét theo quan điểm thị trường đại chúng. Một tạp chí trực tuyến về viễn thông đã cung cấp một số hình ảnh thú vị về giá cả dịch vụ viễn thông vào lúc đó, khi các công ty viễn thông độc quyền vẫn còn hiện diện ở hầu hết các nước châu Âu. Ví dụ, một cuộc gọi “đường dài nội địa” 10 phút ở Đức trong giờ làm việc, bị tính tiền là 3,25 Euro (nhưng vẫn còn rẻ hơn so với giá cả thoại đường dài ở Việt Nam vào lúc đó). Về phía truyền thông không dây, các mạng tương tự thế hệ đầu lúc đó đã có mặt được vài năm rồi, nhưng chi phí sử dụng chúng đắt hơn nhiều, và các thiết bị di động kềnh càng và có giá không với tới nổi, trừ các nhà doanh nghiệp. Vào năm 1992, các mạng GSM đầu tiên đã được triển khai ở một số nước châu Âu, nhưng chỉ một số ít người chú ý đến các mạng này. 1.2. Từ 1995 đến 2000: sự cất cánh của viễn thông di động và Internet Khoảng năm 1998, các công ty viễn thông độc quyền đã cáo chung ở nhiều nước châu Âu. Lúc đó, nhiều nhà cung cấp dịch vụ vốn đã chuẩn bị từ trước cho sự kiện này nhanh chóng nhảy 3 FidoNet (www.fidonet.org) là một mạng máy tính toàn cầu, được dùng để liên lạc giữa các hệ thống diễn đàn chuyên đề (bulletin board system _ BBS) bằng các giao thức FTP và Telnet. Nó được nhiều người biết đến nhất vào đầu những năm 1990, trước khi xuất hiện những khả năng truy cập dễ dàng và phải chăng vào Internet. Mạng này đến nay vẫn tiếp tục hoạt động, nhưng đã thu hẹp lại khá nhiều, chủ yếu là do sự đóng cửa của nhiều BBS. Các công nghệ di động Sau 3G 4 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 vào thay thế, và giá cả đã hạ xuống nhanh chóng trong vài tuần lễ và vài tháng đầu sau khi qui định mới (bãi bỏ viễn thông độc quyền) có hiệu lực. Kết quả là, giá cả của cuộc gọi đường dài nội địa 10 phút nhanh chóng rơi xuống chỉ còn một phần nhỏ của giá lúc đầu. Xu hướng này đến nay vẫn tiếp tục, và chi phí một cuộc gọi như thế hiện nay chỉ khoảng vài xu ở Mỹ. Hơn nữa, những cuộc gọi đường dài liên quốc gia ở châu Âu và thậm chí liên lục địa đến nhiều nước, như Mỹ và những nước công nghiệp hóa khác chẳng hạn, cũng được tính với giá tương tự. Cũng khoảng thời điểm đó, ngành viễn thông đã đạt đến một cột mốc quan trọng. Khoảng 5 năm sau khi các mạng di động GSM đầu tiên được triển khai, bảng giá các cuộc gọi điện thoại di động cũng như giá cả điện thoại di động đã đạt đến một mức khuyến khích được sự chấp nhận rộng rãi của thị trường đại chúng. Trong khi vào những năm đầu của GSM, việc sử dụng điện thoại di động đã được coi là xa xỉ và chủ yếu chỉ phục vụ nhu cầu làm ăn của các doanh nhân, thì vào cuối thập kỷ đó, việc chấp nhận của đại chúng đã tăng lên đến chóng mặt, và điện thoại di động đã nhanh chóng biến đổi từ một thiết bị giá cao dành cho doanh nhân thành một công cụ truyền thông không thể thiếu được đối với phần lớn người dân ở các nước tiên tiến. Công nghệ truyền tín hiệu số trên đường dây cố định cũng đã phát triển ở một mức độ nhất định trong khoảng thời gian này, và các modem với tốc độ 30–56 Kbit/s đã dần dần được chấp nhận bởi các sinh viên và những người dùng máy tính khác để truy cập Internet thông qua trường đại học hoặc thông qua các nhà cung cấp dịch vụ quay số Internet tư nhân. Khoảng thời điểm này, truyền thông dựa trên văn bản cũng bắt đầu phát triển, và các trình duyệt Web đua nhau xuất hiện, có thể hiển thị được các trang Web với nội dung đồ họa. Ngoài ra, e-mail cũng đã vượt qua cái mục tiêu giáo dục ban đầu của nó. Nội dung trên Internet vào lúc đó chủ yếu được công bố bởi những hãng thông tấn lớn và các tổ chức IT, và rất giống một mô hình phân phối từ trên xuống (top-down), trong đó người dùng chủ yếu là người tiêu thụ chứ không phải người cung cấp thông tin. Ngày nay, mô hình này được gọi là Web 1.0. Tuy các cuộc thoại qua các mạng di động đã nhanh chóng thành công, song truy cập Internet di động lúc ấy vẫn đang là những bước đi chập chững. Lúc đó, các mạng GSM chỉ cho phép truyền dữ liệu với tốc độ từ 9.6 đến 14.4 Kbit/s qua các đường nối kết chuyển kênh. Tuy nhiên khi ấy chỉ có một số ít người sử dụng dữ liệu di động, chủ yếu là do chi phí cao và thiếu thốn các ứng dụng và thiết bị. Tuy vậy, cuối thập kỷ đó người ta đã thấy những ứng dụng truyền dữ liệu di động đầu tiên, chẳng hạn như các trình duyệt Web và email di động trên các thiết bị như PDA (Personal Digital Assistants) chẳng hạn, vốn có thể truyền thông tin qua lại với các điện thoại di động thông qua các cổng hồng ngoại. 1.3. Từ 2000 đến 2005: Dot Com suy sụp, xuất hiện Web 2.0 và Mobile Internet Sự phát triển vẫn tiếp tục và thậm chí còn tăng tốc trong cả ba lĩnh vực truyền thông này, bất chấp sự suy sụp Dot Com (tức các trang Web) vào năm 2001, vốn đã làm cho cả hai ngành công nghiệp viễn thông và Internet rơi vào một giai đoạn suy thoái trong vài năm. Mặc cho thời kỳ đình đốn này, đã có nhiều bước phát triển quan trọng mới xảy ra trong thời gian này. Một trong những bước đột phá chính trong thời gian này là sự trỗi dậy mạnh mẽ của truy cập Internet thông qua DSL và các modem truyền hình cáp. Những kiểu truy cập này đã nhanh chóng thay thế các đường nối kết bằng modem quay số bởi vì chúng trở nên có giá cả phải chăng và cung cấp những tốc độ kết nối 1 MBit/s và cao hơn. So sánh với những đường nối kết bằng modem quay số 56 Kbit/s, thời gian tải xuống các trang Web có nội dung đồ họa và các file lớn đã được cải thiện rất nhiều. Vào cuối thời kỳ này, đa số người dùng ở nhiều quốc gia đã có được khả năng truy cập Internet băng rộng, cho phép họ xem được các trang Web phức tạp hơn thế nhiều. Ngoài ra, những dạng truyền thông mới như Blog và Wiki đã xuất hiện, nhanh chóng cách mạng hóa sự mất cân bằng giữa người tạo và người tiêu thụ nội dung. Đột nhiên, người dùng Các công nghệ di động Sau 3G 5 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 không còn chỉ là người tiêu thụ nội dung nữa mà đồng thời cũng là người tạo ra nội dung cho toàn thế giới thưởng thức. Đây là một trong những đặc điểm chính của cái được gọi với tính chất đại chúng là Web 2.0. Trong thế giới truyền thoại đường dây cố định, giá cả cho các cuộc gọi quốc nội và quốc tế tiếp tục sụt giảm. Vào cuối khoảng thời gian này, đã có những nỗ lực đầu tiên sử dụng Internet để truyền đi các cuộc thoại. Những người đầu tiên chấp nhận hình thức này đã khám phá ra công dụng của Internet telephony và thực hiện những cuộc gọi điện thoại qua Internet thông qua các đường kết nối DSL hoặc modem cáp của họ. Những chương trình độc quyền như Skype đột nhiên cho phép người dùng gọi cho bất kỳ thuê bao Skype nào trên thế giới miễn phí, với chất lượng thoại cực tốt trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, đối với chuyện này thì “miễn phí” là một khái niệm tương đối thôi, bởi vì cả hai bên tham gia cuộc gọi đều phải trả tiền truy cập Internet, nên các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông vẫn hưởng lợi từ những cuộc gọi này nhờ cước phí hàng tháng cho các mối nối kết DSL và modem cáp. Thêm vào đó, nhiều công ty mới thành lập đã bắt đầu cung cấp dịch vụ thoại tương tự cho các hãng chuyển đổi dữ liệu thoại qua giao thức IP bằng cách sử dụng giao thức SIP (Session Initiation Protocol) đã chuẩn hóa để truyền tải các cuộc thoại qua Internet. Các thiết bị media gateway bảo đảm rằng những thuê bao như vậy có thể liên lạc với nhau qua các số điện thoại bằng đường dây cố định thông thường, và có thể gọi đến bất kỳ điện thoại tương tự nào trên thế giới. Những hình thức truyền thông đường dài mới nổi này cũng khiến Internet được sử dụng một cách tích cực để truyền đi những cuộc thoại quốc tế, và vì thế đã giúp cho chi phí thoại thấp hơn. Năm 2001, dịch vụ GPRS (General Packet Radio Service) đã lần đầu tiên được đưa vào các mạng GSM công cộng. Khi những điện thoại di động có khả năng GPRS đầu tiên nhanh chóng xuất hiện sau đó, việc truy cập Internet di động đã trở nên khả thi trong thực tế đối với đông đảo người dùng hơn. Trước đó, truy cập Internet di động chỉ có thể thực hiện được thông qua những cuộc gọi dữ liệu chuyển kênh. Tuy nhiên, tốc độ truyền dữ liệu, thời gian thiết lập cuộc gọi, và việc nhất thiết phải duy trì kênh truyền ngay cả trong những quãng thời gian không tích cực cũng không thích hợp cho hầu hết các ứng dụng Internet. Những vấn đề này, cùng với những màn hình hiển thị nhỏ và đơn sắc của các điện thoại di động và phần mềm di động trong thời kỳ “thơ ấu” này của nó khiến cho những dịch vụ Internet không dây lúc đầu (WAP 1.0) chưa bao giờ trở nên phổ biến. Đến năm 2005, các thiết bị đã “trưởng thành” hơn, những màn hình màu độ phân giải cao đã được đưa vào các điện thoại di động tầm trung, và các trình duyệt Web di động WAP 2.0 cùng các chương trình khách e-mail di động dễ dùng kết hợp với GPRS thành một tầng vận chuyển chuyển gói, cuối cùng đã cho phép truy cập Internet di động đi vào thị trường đại chúng. Nhưng cho dù có những tiến bộ này, thì những mức giá và cuộc đấu tranh giữa những khu vực truy cập mở và đóng (lát nữa sẽ bàn kỹ hơn) đã làm giảm đáng kể sự phát triển Internet di động. Từ đây về sau, trong tài liệu này chúng tôi sẽ dùng các thuật ngữ “truy cập di động vào Internet” và “truy cập Internet di động” thay vì thuật ngữ “Internet di động”. Đó là vì thuật ngữ sau khiến người đọc lầm tưởng rằng có thể có một sự phân biệt giữa “Internet đường dây cố định” và “Internet di động”. Tuy đúng là một số dịch vụ được “cắt may” riêng để dùng trên các thiết bị điện thoại di động, thậm chí còn hưởng lợi từ và tận dụng tính di động của người dùng, nhưng xu hướng chung là ngày càng có nhiều ứng dụng, dịch vụ, và nội dung được cung cấp và hữu ích cho cả các thiết bị di động nhỏ nhắn lẫn các thiết bị cầm tay lớn hơn hoặc cố định. Một cột mốc quan trọng nữa đối với truy cập Internet không dây trong khoảng thời gian này là, các mạng 3G đã bắt đầu được đưa vào hoạt động ở nhiều nước vào các năm 2004 và 2005. Trong khi GPRS có tốc độ truyền gần với modem quay số, thì UMTS đã nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 384 Kbit/s trong thực tế, và sử dụng chúng có vẻ cũng nhanh như sử dụng DSL vậy. Nhưng chế độ giá cả của các nhà cung cấp dịch vụ mạng cũng làm cho sự chấp nhận rộng rãi 3G phải chậm lại vài năm. Các công nghệ di động Sau 3G 6 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 1.4. Từ 2005 đến nay: thoại di động phủ sóng toàn cầu, VoIP và Mobile Broadband bắt đầu phổ biến Từ 2005 đến nay, tỉ lệ dân chúng ở các nước công nghiệp hóa truy cập Internet thông qua các đường nối kết băng rộng DSL hoặc cáp đã tiếp tục gia tăng. Ngoài ra, nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng đã bắt đầu triển khai ADSL2+, và các modem mới cho phép tốc độ tải xuống vượt quá 15 Mbit/s đối với những người dùng sống gần các tổng đài. Những đường VDSL và cáp quang triển khai đến trạm phân phối hoặc đến tận nhà thuê bao còn cung cấp những tốc độ truyền lớn hơn nữa. Kể từ năm 2005, một hướng phát triển khác ngày càng gia tăng là Voice over IP (VoIP) thông qua một cổng điện thoại trên router DSL hoặc modem cáp. Điều này đang làm cho mạng điện thoại tương tự truyền thống đi đến chỗ cáo chung, và các nhà cung cấp dịch vụ thoại đường dây cố định nhìn thấy lượng khách hàng của họ ngày cảng sụt giảm. Vào đầu năm 2009 này, lượng người dùng điện thoại di động trên toàn thế giới đã đạt đến 3 tỉ. Thế có nghĩa là gần như cứ hai người trên địa cầu thì có một người sở hữu một điện thoại di động, một mức phát triển mà năm năm trước hiếm có ai tiên đoán được. Năm 2007, các nhà cung cấp dịch vụ mạng đã đăng ký mỗi phút 1000 thuê bao mới. Phần lớn sự tăng trưởng này là nhờ sự triển khai các mạng GSM/GPRS 2G và 2.5G ở các thị trường đang nổi lên. Do sự cạnh tranh toàn cầu giữa các nhà cung cấp, các thành phần thiết bị mạng cũng hạ đến mức có thể triển khai được các mạng không dây ở những nước có mức thu nhập trên đầu người rất thấp. Một yếu tố quan trọng khác đóng góp vào sự tăng trưởng chóng mặt này là sự xuất hiện ngày càng nhiều các điện thoại di động GSM giá cực rẻ, không đến 50 USD. Chỉ trong vài năm, các mạng di động đã thay đổi hình thức hoạt động và truy cập thông tin cho những những chủ doanh nghiệp nhỏ như tài xế tắc-xi và người buôn bán nhỏ ở các thị mới nổi. Các mạng GSM giờ đây có mặt ở hầu hết mọi nơi trên thế giới. Ở các nước công nghiệp hóa, các mạng 3G tiếp tục phát triển, và năm 2006 chứng kiến những cuộc nâng cấp mạng đầu tiên từ UMTS lên HSDPA (High Speed Data Packet Access). Thời gian đầu, điều này cho phép nâng tốc độ truyền dữ liệu của người dùng lên đến mức từ 1 đến 3 Mbit/s. Với các thiết bị đầu cuối di động cao cấp, tốc độ chắc chắn còn cao hơn nữa. Hiện nay, những tốc độ truyền cao như vậy chủ yếu chỉ có ích khi phối hợp với các máy tính xách tay cung cấp Internet băng rộng cho người dùng hầu như ở mọi nơi, nhưng sau này chắc chắn HSDPA cũng sẽ rất có ích cho những ứng dụng di động một khi việc tải xuống các file ghi âm bài thuyết trình (podcast), âm nhạc và phim ảnh trên các thiết bị di động trở thành nhu cầu phổ biến của quần chúng. Hình 1.1: Tỉ lệ doanh thu truyền dữ liệu di động của vài hãng dịch vụ viễn thông năm 2007. [...]... liệu này dùng thuật ngữ công nghệ Sau 3G hay B3G để chỉ tất cả các công nghệ mà có khả năng thỏa mãn yêu cầu dung lượng trong tương lai, bao gồm các công nghệ được xây dựng mới hoàn toàn cũng như phát triển từ các hệ thống hiện tại 1.6 Tất cả các hệ thống này đều dựa trên IP Tuy về mặt mạng vô tuyến (giao tiếp với thuê bao), khó đoán trước được tập hợp những công nghệ 4G hay 3G phát triển nào sẽ được... Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Các công nghệ di động Sau 3G 13 Chương 2: Tổng quan các kiến trúc mạng Sau 3G Các hệ thống UMTS, HSPA và HSPA+ 2.1 Tổng quan Như đã nói ở Chương 1, xu hướng chung phát triển trong viễn thông là chuyển dịch tất cả các ứng dụng sang một giao thức truyền chung, đó là IP Lợi ích to lớn của cách tiếp cận này là các ứng dụng không còn đòi hỏi một công nghệ mạng riêng nữa, mà sẽ... (trạm cơ sở) và Radio Network Controller (bộ điều khiển mạng vô tuyến) Các trạm cơ sở (được gọi là NodeB trong các tài liệu về chuẩn của 3GPP) nằm ở rìa ngoài của mạng, liên lạc với các thiết bị di động qua không trung Ở các thành phố, mỗi trạm cơ sở thường phủ sóng một vùng (area) với bán kính khoảng 1 Km, đôi khi Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Các công nghệ di động Sau 3G 15 ít hơn, tùy... khi các dịch vụ và thiết bị cho mạng tổ ong phát triển thêm Một số công nghệ không dây hiện đang được xây dựng hoặc đang trong giai đoạn triển khai ban đầu, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tương lai này: LTE (Long Term Evolution) của 3GPP, HSPA+ và WiMAX Tất cả các công nghệ này sẽ được bàn kỹ hơn trong Chương 2 Câu hỏi đặt Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Các công nghệ di động Sau 3G. .. đi trừ khi ở các hotspot không dây tại các sân bay và khách sạn) 1.5 Tương lai – Nhu cầu đối với các hệ thống Sau 3G Khi nhìn vào tương lai, câu hỏi chính đặt ra cho các nhà cung cấp dịch vụ và cung cấp thiết bị mạng là khi nào và tại sao người dùng cần đến các mạng không dây Sau 3G (Beyond 3G, viết tắt là B3G) Mười mấy năm trước, điện thoại là ứng dụng đầu tiên được di động hóa Vài năm sau đó thì SMS... công nghệ nào là 3G hiện nay, và công nghệ nào được xem là 4G trong tương lai? Cơ quan chịu trách nhiệm phân loại các mạng không dây là ITU (International Telecommunication Union) ITU phân loại các mạng viễn thông di động quốc tế (international mobile telecommunication _ IMT) như sau:  Các hệ thống IMT-2000: tức những hệ thống mà ta gọi là 3G hiện nay, ví dụ như UMTS và CDMA2000 Danh sách tất cả các. .. việc triển khai một mạng công nghệ mới cần một lượng thời gian đáng kể, và thường thì lúc đầu chỉ có một số ít thiết bị hậu thuẫn nó Do đó các công nghệ mạng khác nhau cần được triển khai không chỉ song song nhau mà còn cùng một chỗ nữa Ngoài ra, khi xuất hiện các công nghệ mới, các công nghệ mạng hiện có cũng tiếp tục phát triển để cung cấp hiệu năng cải thiện trong khi công nghệ mới chưa được triển... tương thích ngược với các thế hệ trước Vì thế, nó thích hợp hơn với nhu cầu của các công ty mới Do nghĩ rằng cả LTE lẫn WiMAX sẽ giành được thị phần lớn, chúng tôi sẽ bàn về cả hai công nghệ này để cho thấy những điểm tương đồng và khác biệt giữa chúng Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Các công nghệ di động Sau 3G 14 2.2 UMTS 2.2.1 Giới thiệu Những phác thảo đầu tiên của các tài liệu chuẩn... tương lai, nhưng tương lai của các mạng lõi cố định và di động lại dễ tiên đoán hơn nhiều Một trong những đặc điểm chính của các mạng 3G là việc hậu thuẫn cho cả các dịch vụ chuyển kênh lẫn các dịch vụ chuyển gói Trong các mạng di động trước 3G, bộ phận chuyển kênh của mạng lõi cùng với các dịch vụ chuyển kênh của mạng giao tiếp vô tuyến được thiết kế để chuyên vận chuyển các cuộc thoại (đơn thuần tiếng... Phạm Hoàng Dũng – Đ06VTK1 Các công nghệ di động Sau 3G 19 2.2.2.6 Các Điểm kiểm soát dịch vụ (Service Control Point _ SCP) Các thành phần không bắt buộc phải có, nhưng rất quan trọng, trong các mạng lõi chuyển kênh là các cơ sở dữ liệu và hệ thống luận lý kiếm soát tích hợp trên các SCP (Service Control Point _ Điểm kiểm soát dịch vụ) Ví dụ như, cần có một SCP để cung cấp các dịch vụ thoại trả trước,