Niên luận tìm hiểu công nghệ 3g

Tìm hiểu công nghệ 3G Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Ở Việt Nam năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông nói chung thông tin di động nói riêng có bước phát triển vượt bậc Từ chỗ có hai nhà cung cấp dịch vụ di động, có bảy nhà cung cấp dịch vụ di động Cùng với đó, số lượng thuê bao di động không ngừng tăng lên, yêu cầu khách hàng sử dụng dịch vụ di động ngày cao Điện thoại di động không để dùng để nghe gọi trước nữa, mà trở thành thiết bị đầu cuối di động với đầy đủ tính để phục vụ nhu cầu người Thông tin di động đóng vai trò quan trọng sống Nhờ có thông tin di động mà người toàn giới liên lạc với cách dễ dàng, nhiên nhu cầu người lớn, người không đơn liên hệ với mà họ muốn có dịch vụ truyền thông đa phương tiện Để đáp ứng nhu cầu người công nghệ thông tin di động đời ngày phát triển, ban đầu với công nghệ 0G, 1G cho phép người liên lạc với thuận tiện hơn, sau công nghệ 2G (như GSM) cho phép người sử dụng nhiều dịch vụ qua mạng thông tin di động, nhiên công nghệ 3G (UMTS) công nghệ 3.5G đời phát triển mạnh cho phép nhiều dịch vụ đa phương tiện truyền hình ảnh, âm chất lượng cao, phần thỏa mãn nhu cầu lớn người dùng Với niên luận “Tìm hiểu công nghệ 3G” cho phép hiểu rõ giai đoạn phát triển công nghệ thông tin di động qua việc so sánh chúng Do thời GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G gian nghiên cứu có hạn nên niên luận không tránh khỏi thiếu sót định mong đóng góp ý kiến thầy cô người quan tâm tới đề tài Em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Cần Thơ, ngày… tháng……năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Vĩnh Thành THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1G The First Generation Hệ thống di động hệ 2G The Second Generation Hệ thống di động hệ 3G The Third Generation Hệ thống di động hệ 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án đối tác hệ thứ 3GPP2 Third Generation Partnership Project Dự án đối tác hệ thứ ADSL Asymmmetic Digital Subscriber Line Dường dây thuê bao số bất đối xứng BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access CS Circuit Switch Đa truy nhập phân chia theo mã Chuyển mạch kênh EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM DSL Digital Subscriber Line Đường thuê bao số GPRS GPS GSM General Packt Radio Services Global Position System Global System for Moblie Communications Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 International Mobile Telecommunications-2000 Interim Standard – 54 Viễn thông di động quốc tế 2000 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến Mỹ (do IS-54 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G AT&T đề xuất) Tiêu chuẩn thông tin di động TDAM Mỹ Mạng số dịch vụ tích hợp Liên minh viễn thông quốc tế IS-95 Interim Standard – 95 ISDN ITU LAN Integrated Services Digital Netword International Telecommunication Union Local Area Network MMS Multimedia Messaging Services Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu WCDMA Wideband Cosw Division Multiple Access Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã Mạng cục GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Chương SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG 1G VÀ MẠNG 2G I Công nghệ mạng 1G Là mạng thông tin di động không dây giới Nó hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog giới thiệu lần vào năm đầu thập niên 80s Nó sử dụng ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua module gắn máy di động Chính mà hệ máy di động giới có kích thước to cồng kềnh tích hợp lúc module thu tín phát tín hiệu Hình Tiêu biểu cho hệ mạng di động 1G thiết bị thu phát tin hiệu analog to kềnh Mặc dù hệ mạng di động với tần số từ 150MHz mạng 1G phân nhiều chuẩn kết nối theo phân vùng riêng giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) chuẩn dành cho nước Bắc Âu Nga; GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G AMPS (Advanced Mobile Phone System) Hoa Kỳ; TACS (Total Access Communications System) Anh; JTAGS Nhật; C-Netz Tây Đức; Radiocom 2000 Pháp; RTMI Ý II Công nghệ mạng 2G Khái niệm 2G (Second-Generation wireless telephone technology) mạng điện thoại di động hệ thứ Đặc điểm khác biệt bật mạng điện thoại hệ (1G) mạng 2G chuyển đổi từ điện thoại dùng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Tùy theo kỹ thuật đa truy cập, mạng 2G phân loại: mạng 2G dựa TDMA (Time Division Multiple Access) mạng 2G dựa CDMA (Code Division Multiple Access) Trong đó, TDMA phương thức đa truy cập phân chia theo thời gian CDMA phương thức đa truy cập phân chia theo mã Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu người dùng (user) dàn trải (spreading) mã xác định trực giao (hoặc giả trực giao) với Tín hiệu truyền tín hiệu chồng chập nhiều người dùng khác theo thời gian băng tần số Đặc điểm công nghệ 2G Công nghệ 2G (bao gồm GSM (Global system Mobile Communication) CDMA (Code Division Multiple Access)) Thế hệ dùng giới - Kỹ thuật chuyển mạch số - Dung lượng lớn - Siêu bảo mật (High Security) - Nhiều dịch vụ kèm theo truyền liệu, fax, SMS (tin nhắn),… - Phần lớn điện thoại di động ngày có tiêu chuẩn 2G sử dụng GSM – hệ thống di động kỹ thuật số sử dụng rộng rãi Các chuẩn chủ yếu công nghệ 2G bao gồm GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G a GSM GSM (thuộc TDMA) có nguồn gốc từ châu Âu, sử dụng tất quốc gia lục địa Ngày nay, công nghệ GSM sử dụng với 80% điện thoại di động giới GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới Khả phủ sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng giới GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu tốc độ, chất lượng gọi Nó xem hệ thống ĐTDĐ hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM chuẩn mở, phát triển 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng phía quan điểm khách hàng, lợi GSM chất lượng gọi tốt hơn, giá thành thấp dịch vụ tin nhắn Thuận lợi nhà điều hành mạng khả triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng sẵn sàng dịch vụ khắp nơi, người sử dụng sử dụng điện thoại họ khắp nơi giới * Giao diện vô tuyến: GSM mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào (cell) máy điện thoại di động kết nối với mạng cách tìm kiếm cell gần Các mạng di động GSM hoạt động tần số Hầu hết hoạt động tần số 900 MHz 1800 MHz Vài nước Châu Mỹ sử dụng tần số 850 MHz 1900 MHz tần số 900 MHz 1800 MHz nơi bị sử dụng trước Và có mạng sử dụng tần số 400 MHz hay 450 MHz có Scandinavia sử dụng băng tần khác bị cấp phát cho việc khác Các mạng sử dụng tần số 900 MHz đường lên (từ thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số dải 890–915 MHz đường xuống downlink sử dụng tần số dải 935–960 MHz Và chia băng tần thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, kênh cách khoảng 200 kHz Khoảng cách song công (đường lên & xuống cho thuê bao) 45 MHz GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Ở số nước, băng tần chuẩn GSM900 mở rộng thành E-GSM, nhằm đạt dải tần rộng E-GSM dùng 880–915 MHz cho đường lên 925–960 MHz cho đường xuống Như vậy, thêm 50 kênh (đánh số 975 đến 1023 0) so với băng GSM-900 ban đầu E-GSM sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (time division multiplexing), cho phép truyền kênh thoại toàn tốc hay 16 kênh thoại bán tốc kênh vô tuyến Có khe thời gian gộp lại gọi khung TDMA Các kênh bán tốc sử dụng khung luân phiên khe thời gian Tốc độ truyền liệu cho kênh 270.833 kbit/s chu kỳ khung 4.615 m Công suất phát máy điện thoại giới hạn tối đa watt băng GSM 850/900 MHz tối đa watt băng GSM 1800/1900 MHz * Mã hóa âm thanh: GSM sử dụng nhiều kiểu mã hóa thoại để nén tần số audio 3,1 kHz vào khoảng 6.5 and 13 kbit/s Ban đầu, có kiểu mã hoá bán tốc (haft rate -5.6 kbps)và toàn tốc (Full Rate -13 kbit/s)) Để nén họ sử dụng hệ thống có tên mã hóa dự đoán tuyến tính (linear predictive coding -LPC) GSM cải tiến vào năm 1997 với mã hóa EFR (mã hóa toàn tốc cải tiến -Enhanced Full Rate), kênh toàn tốc nén 12.2 kbit/s Sau đó, với phát triển UMTS, EFR tham số lại kiểu mã hóa biến tốc, gọi AMR-Narrowband Có tất bốn kích thước cell site mạng GSM macro, micro, pico umbrella Vùng phủ sóng cell phụ thuộc nhiều vào môi trường Macro cell lắp cột cao nhà cao tầng, micro cell lại lắp khu thành thị, khu dân cư, pico cell tầm phủ sóng khoảng vài chục mét trở lại thường lắp để tiếp sóng nhà Umbrella lắp bổ sung vào vùng bị che khuất hay vùng trống cell GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Bán kính phủ sóng cell tuỳ thuộc vào độ cao anten, độ lợi anten thường từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế khả phủ sóng xa trạm GSM 35 km (22 dặm) Một số khu vực nhà mà anten trời không thề phủ sóng tới nhà ga, sân bay, siêu thị người ta dùng trạm pico để chuyển tiếp sóng từ anten trời vào * Cấu trúc mạng GSM: Hình Cấu trúc mạng GSM Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ dịch vụ cho khách hang phức tạp sau chia thành phần sau: chia theo phân hệ: - Phân hệ chuyển mạch NSS: Network switching SubSystem GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G - Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS: Radio SubSystem - Phân hệ vận hành bảo dưỡng OMS: Operation and Maintenance SubSystem + BSS Base Station Subsystem = TRAU + BSC + BTS TRAU: Bộ chuyển đổi mã phối hợp tốc độ BSC: Bộ điều khiển trạm gốc + MS: Chính di động gồm ME SIM ME (Mobile Equipment): Phần cứng phần mềm SIM: Lưu trữ thông tin thuê bao mật mã / giải mật mã Chức BSC: - Điều khiển số trạm BTS xử lý tin báo hiệu - Khởi tạo kết nối - Điều khiển chuyển giao: Intra & Inter BTS HO - Kết nối đến MSC, BTS OMC Chức BTS: - Thu phát vô tuyến - Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý - Mã hóa giải mã - Mật mã / giải mật mã 10 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Các tiêu chí hệ thống hệ thứ ba: - Tốc độc bit lên tới 2Mbps - Tốc độ bit khác để đề xuất băng thông theo yêu cầu - Các dịch vụ ghép kênh với yêu cầu chất lượng khác kết nối đơn, chẳng hạn tiếng nói, video gói liệu - Yêu cầu chất lượng từ 10% tốc độ lỗi khung 106 tốc độ lỗi bit - Cùng tồn hệ thống hệ thứ hai hệ thứ ba hệ thống chuyển giao cho bao quát gia tăng chất lượng cân tải - Cung cấp tính không tương xứng cho đường lên đường xuống, chẳng hạn việc duyệt web làm cho dung lượng đường xuống nhiều đường lên - Hiệu trải phổ cao - Cùng tồn FDD TDD Bảng liệt kê khác W-CDMA GSM Ở bảng so sánh giao diện vô tuyến đề cập tới GSM bao gồm dịch vụ diện mạo lõi mạng, GSM sử dụng với giao diện vô tuyến W-CDMA W-CDMA Độ rộng băng tần Hệ số tái sử dụng tần số Tần số điều khiển công suất Điều khiển chất lượng 5MHz 1500Hz GSM 200KHz - 18 2Hz thấp Những giải thuật quản lí Network planning nguồn tài nguyên vô tuyến (frequency planning) Phân tập tần số Băng thông 5MHz cung Nhảy tần số cấp phân tập đa đường với máy thu Ranke Phân tập truyền dẫn đường Không cung cấ để cải Không cung cấp tiêu xuống thiện dung lượng đường chuẩn ứng xuống dụng Bảng Những khác giao diện W-CDMA GSM Sự khác giao diện vô tuyến phản ánh yêu cầu hệ thống hệ thứ ba, băng thông MHz rộng cung cấp tốc độ bit cao Phân tập truyền tin WCDMA để cải thiện dung lượng đường xuống để hỗ trợ yêu cầu dung lượng không đối xứng đường lên đường xuống Phân tập truyền tin 17 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G không cung cấp tiêu chuẩn hế thứ hai Sự kết hợp tốc độ bit khác nhau, dịch vụ yêu cầu chất lượng hệ thống hệ thứ ba đòi hỏi phương pháp quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến tiên tiến để đảm bảo chất lượng dịch vụ làm cực đại lưu lượng hệ thống Hiệu việc cung cấp gói liệu phi thời gian thực quan trọng cho dịch vụ * Các thông số W-CDMA: Bảng Các thông số giao diện vô tuyến W-CDMA Thông số Sơ đồ da truy nhập Độ rộng băng tần (MHz) Tốc độ chip (Mcps) Độ dài khung (ms) Đồng BTS Điều chế đường lên / đường xuống Trải phổ đường lên / đường xuống Vocoder Tổ chức tiêu chuẩn W-CDMA DS-CDMA băng rộng 5/10/10/20 (1.28)/3.84/7.68/11.25/15.36 10 Dị / đồng BPSK/QPSK QPSK/OCQPSK (HPSK) CS-ACELP/(AMR) 3GPP/ETSI/ARIB - WCDMA hệ thống DS-CDMA băng rộng, bit liệu user trải băng thông rộng cách nhân liệu người dùng với bit ngẫu nhiên (gọi chip) lấy từ mã trải phổ CDMA Để cung cấp tốc độ bit cao (lên đến Mbps) , việc sử dụng hệ số trải phổ khác kết nối đa mã cung cấp Hình thể phân bố dải thông WCDMA - Với tốc độ chip 3.84 Mcps sử dụng cho phép dải thông sóng mang xấp xỉ khoảng MHz Những hệ thống DS-CDMA thông thường IS-95 dải thông khoảng 1.25 MHz nên gọi hệ thống CDMA băng hẹp Với dải thông rộng WCDMA gắn liền với tốc độ liệu người sử dụng cao có hiệu nâng cao khả phân tập tần số Các nhà quản lý mạng tăng dung lượng nhờ dải thông sóng mang MHz Khoảng cách sóng mang hoạt động chọn khoảng 200 KHz khoảng 4.4 tới MHz tuỳ thuộc vào nhiễu sóng mang 18 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G - WCDMA cung cấp tốc độ khả biến cho người sử dụng, nói cách khác khái niệm băng thông theo yêu cầu (Bandwidth on Demand – BoD) cung cấp Tốc độ liệu người sử dụng giữ cố định khung có chu kỳ 10ms Tuy nhiên liệu người sử dụng thay đổi từ khung sang khung khác Sự phân bố dung lượng vô tuyến điều khiển mạng để đạt tối ưu lưu lượng cho dịch vụ gói liệu Hình Sự phân bố băng thông W-CDMA - WCDMA sử dụng hai phương pháp bản: ghép song công phân chia theo tần số (FDD) ghép song công phân chia theo thời gian (TDD) Ở FDD, khoảng tần số sóng mang MHz phân chia để sử dụng cho đường lên đường xuống, TDD truyền dẫn đường lên đường xuống sử dụng luân phiên tần số 5MHz Với đường lên đường nối từ di động tới trạm gốc, đường xuống đường từ trạm gốc tới di động - WCDMA hỗ trợ trạm gốc hoạt động không đồng nên không đồng IS-95, không cần thời gian chuẩn toàn cầu GPS - WCDMA sử dụng tách sóng kết hợp đường lên đường xuống dựa vào kí hiệu hoa tiêu hay kênh hoa tiêu thông thường, với WCDMA tách sóng kết hợp 19 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G dùng cho đường lên nét hệ thống CDMA dẫn tới gia tăng dung lượng vùng phủ sóng - WCDMA thiết kế để phát triển nâng cấp cho chuẩn GSM chuyển giao mạng GSM mạng WCDMA * Cấu trúc mạng W-CDMA Hình Sơ đồ khối tổng quát mạng thông tin di động hệ thứ ba Sơ đồ khối tổng quát mạng thông tin di động hệ ba WCDMA cho hình Từ hình ta thấy mạng thông tin di động hệ ba gồm hai phần: mạng lõi mạng truy nhập vô tuyến Mạng lõi gồm trung tâm chuyển mạch kênh MSC (Mobile Service Switching Center) nút hỗ trợ chuyển mạch gói SGSN (Serving General Packet Service Support Node) Các kênh thoại truyền số liệu chuyển mạch gói kết nối với mạng qua trung tâm chuyển mạch kênh nút chuyển mạch gói cổng : GMSC 20 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G GGSN Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng cần có thêm phần tử làm chức tương tác mạng (IWF) Ngoài trung tâm chuyển mạch kênh nút chuyển mạch gói, mạng lõi chứa sở liệu cần thiết cho mạng di động như: HLR, AUC EIR Mạng truy nhập vô tuyến gồm phần tử sau: - RNC ( Radio Network Controller): điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò BSC mạng thông tin di động - NB ( Node B ): nút B, đóng vai trò BTS mạng thông tin di động - MS ( Mobile Station): trạm di động - TE ( Terminal Equipement): thiết bị đầu cuối * Kỹ thuật CDMA: Kỹ thuật đa truy xuất phân chia theo mã – CDMA (Code Division Multiple Access) không phân chia nhỏ phổ tần, không chia thời gian thành khe, mà tất user khác phép sử dụng toàn băng tần thời gian CDMA dựa kỹ thuật trải phổ tín hiệu (SS – Spread Spectrum), nghĩa làm cho độ rộng phổ tăng lên nhiều lần so với độ rộng ban đầu Nguyên tắc CDMA sử dụng chuỗi tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên (gọi chuỗi giả nhiễu – PN – Pseudo Noise) để chuyển đổi tín hiệu băng tần gốc có băng thông hẹp thành tín hiệu có băng thông rộng phát Mỗi user sử dụng chuỗi tín hiệu PN khác nhau, gọi tín hiệu mã hay đơn giản mã Chính mã sở để đầu thu phân biệt user với user khác Ở đầu thu, máy thu sử dụng chuỗi mã ngẫu nhiên giống đầu phát để giải mã tín hiệu thu khôi phục lại tín hiệu ban đầu Đối với user tín hiệu mã tín hiệu thu giống can nhiễu Vì vậy, hệ thống CDMA có khả bảo mật cao Ưu điểm CDMA : - Khả chống nhiễu cao - Dung lượng cao : dung lượng số lượng mã định mà số lượng mã không giới hạn 21 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G - Giảm thiểu ảnh hưởng Fading - Tín hiệu theo nhiều đường khác nhau, độ trễ khác máy thu thu giải mã tín hiệu thu tương ứng với mã đầu phát dẫn đến giải mã -Hiệu sử dụng tần số cao - Có tín bảo mật cao : kênh tín hiệu, đầu thu giải mã tín hiệu đầu phát biết mã đầu phát, máy khác thu không giải mã Trải phổ làm cho độ rộng phổ tín hiệu tăng lên gấp nhiều lần so với độ rộng ban đầu Mục đích ban đầu trải phổ để bảo mật thông tin hệ thống vô tuyến Về sau kỹ thuật ứng dụng đa truy xuất với tên gọi CDMA Trong hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần vấn đề quan tâm hệ thống thiết kế để sử dụng độ rộng băng tần tốt Để nâng cao hiệu sử dụng phổ, nhiều kỹ thuật điều chế khác ứng dụng Đối với hệ thống tương tự, kiểu điều chế đơn biên SSB thay cho kiểu song biên DSB Đối với hệ thống số, việc áp dụng kiểu điều chế nhiều mức QPSK,QAM… phương pháp nén tín hiệu sử dụng phổ biến cho mục đích Trong thông tin trải phổ, độ rộng băng tần tín hiệu mở rộng khoảng vài trăm lần so với ban đầu trước phát Do đó, kênh tín hiệu chiếm khoảng tần số lớn Khi có user truy xuất vào nguồn tài nguyên thông tin hiệu sử dụng tần số không cao Tuy nhiên, môi trường nhiều user, user sử dụng chung băng tần nên hiệu sử dụng tần số cải thiện nhiều Đây ưu điểm kỹ thuật trải phổ Tại đầu thu, để khôi phục lại tín hiệu ban đầu máy thu phải thực trình ngược với đầu phát : giải điều chế tín hiệu, nén tín hiệu thực phép xử lý số khác Hiện có nhiều kỹ thuật trải phổ, trải phổ dãy trực tiếp (direct sequence spread spectrum – DSSS), trải phổ nhảy tần số (frequency hopping spread spectrum – FHSS), trải phổ nhảy thời gian (time hopping spread spectrum – THSS) trải phổ dùng 22 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G kỹ thuật lai (hybrid), kết hợp kỹ thuật Trong WCDMA kỹ thuật trải phổ trực tiếp sử dụng Hệ thống DSSS đạt trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên hệ thống DSSS nhiều người sử dụng dùng chung băng tần phát tín hiệu họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên xác để lấy tín hiệu mong muốn cách giải trải phổ Đây hệ thống biết đến nhiều hệ thống thông tin trải phổ Chúng có dạng tương đối đơn giản chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh tốc độ tổng hợp tần số cao - UMTS (Universal Mobile Telephone System): dựa cộng nghệ W-CDMA, giải pháp tổng quát cho nước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS tổ chức 3GPP quản lí 3GPP đồng thời chịu trách nhiệm chuẩn mạng di động GSM, GPRS EDGE + UMTS có tên 3GSM, dùng để nhấn mạnh liên kết 3G chuẩn GSM UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải liệu đến 1920 Kbps, thực tế hiệu suất đạt vào khoảng 384 Kbps + Trong tương lai không xa, mạng UMTS nâng cấp lên HSDPA (High Speed Dowlink Packet Access) – gọi với tên 3.5G HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải xuống tới 10 Mbps - FOMA: FOMA NTT DoCoMo đưa vào ứng dụng từ năm 2001, coi dịch vụ 3G thương mại giới Mặc dù dựa vào tảng WCDMA FOMA lại không tương thích với UMTS b CDMA2000 Một chuẩn 3G quan trọng CDMA2000, thực chất kế tục phát triển từ chuẩn 2G CDMA IS-95 Chuẩn CDMA2000 quản lí 3GPP2, tổ chức hoàn toàn độc lập riêng lẽ với 3GPP CDMA2000 công nghệ nâng cấp từ CDMA, cho phép truyền tải liệu mạng di động Năm 2000, CDMA2000 công nghệ 3G thức triển khai CDMA2000 gồm phiên bản: 23 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G - 1xRTT: phiên CDMA2000, cho phép tải liệu với tốc độ 307 Kbps (tải xuống) 153Kbps (tải lên) CDMA2000 11RTT mang lại chất lượng thoại tốt kênh CDMA 1,25MHz đơn lẻ - 1xEV (1X Evolution) Công nghệ 1xEV cung cấp tốc độ tải xuống tải lên lớn theo giai đoạn triển khai: + Giai đoạn 1: 1xEV-DO (cách mạng liệu) – tăng tốc độ tải xuống tối đa tới 2,4Mbps + Giai đoạn 2: 1xEV-DV (cách mạng liệu thoại) – tích hợp thoại liệu mạng cung cấp với tốc độ truyền tải tối da 4,8Mbps - 3x: CDMA2000 3x sử dụng kênh DMA 1,25MHz Công nghệ chuẩn đặc tả CDMA2000, dành cho nước cần băng thông 5MHz cho mục dích sử dụng mạng 3G CDMA2000 3x có tên 3XRTT, MC-3X, IMT-CDMA MultiCarrier 3X c TD-SCDMA Một chuẩn 3G khác biết đến công ty Datang (Trung Quốc) Siemens phát triển Tiêu chuẩn 3G thương mại Công nghệ 3G nhắc đến chuẩn IMT-2000 Tốc chức viễn thông giới ITU (International Tlecommunication Union) Tuy nhiên, thực tế nhà sản xuất thiết bị viễn thông lớn giới xây dựng thành chuẩn 3G thương mại chính: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) CDMA 2000 (Code Division Multiple Access 2000) TD-CDMA (Time-Division-CDMA) TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) 24 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G IV Các yêu cầu bảo mật 3G Bảo mật để đảm bảo an ninh thông tin kẻ không phép Khi số lượng thuê bao không ngừng tăng lên cho gọi cá nhân lẫn kinh doanh (ví dụ dịch vụ trực tuyến trao đổi ngân hàng,…) nhu cầu bảo mật thông tin ngày trở nên thiết Các mục tiêu bảo mật chủ yếu mà ITU đưa đơn giản Bất chuẩn 3G phải thỏa mãn hai yêu cầu sau: - Bảo mật 3G phải tương đương bảo mật mạng cố định ISDN (Intergrated Services Digital Network) - Thông tin cá nhân người dùng phải bảo vệ liên lạc Yêu cầu cho thấy có điểm khác biệt việc bảo mật mạng vô tuyến việc bảo mật mạng cố định Những điểm khác biệt số nguyên nhân Mạng cố định có hàng rào bảo vệ mặt vật lý Để chặn đường truyền mạng cố định, cần có xâm nhập vật lý vào mạng, mạng vô tuyến, kẻ xâm nhập cần vùng phủ sóng Quan trọng hơn, giới hạn với trạm mạng vô tuyến không rõ ràng mạng cố định Bốn điểm khác mạng vô tuyến mạng cố định là: - Băng thông - Tốc độ lỗi cho phép - Sự ngầm định thay đổi - Giới hạn công suất Bởi khác biệt này, giao thức thuật toán sử dụng cho mạng cố định thường có nhiều lợi so với giao thức thuật toán sử dụng cho mạng vô tuyến Điều tạo thách thức lớn cho việc thiết kế cấu trúc bảo mật cho mạng vô tuyến Yêu cầu thứ hai thực tế chuyển vùng, kết nối an toàn mạng người dùng Các liệu thuê bao gửi kết nối không an toàn, bị sử dụng để xâm phạm thông tin cá nhân người dùng Việc thiết kế trở nên phức tạp hơn, cần phải tương thích với công nghệ vô tuyến cũ 25 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G V Ưu điểm nhược điểm 3G Ưu điểm - 3G tiện dụng linh hoạt - Nhiều tiện ích dịch vụ bật, sử dụng điện thoại video (video call), dịch vụ Internet di động, xe phim, nghe nhạc,…theo yêu cầu người dùng, phù hợp với người động, người hay công tác xa, thường xuyên phải di chuyển - Internet 3G tiện lợi, tốc độ truy cập Internet không đường truyền ADSL, di chuyển, sử dụng lúc, nơi Nhược điểm - Tầm phủ sóng bị giới hạn - Giá cước, giá thiết bị đầu cuối cao - Chất lượng chưa ổn định Mặt khác, nhiều người truy cập sóng trạm BTS (Base Transceiver Station – Trạm thu phát sóng di động) tốc độ truyền dẫn 3G bị chia dẫn tới tốc độ truy cập giảm đi, khó khăn mà nhà mạng cần phải giải VI.Các tổ chức chuẩn hóa 3G Hiện giới, tham gia vào việc chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động 2.5G 3G có tổ chức sau: + ITU-T (T-Telecommunication): Cụ thể nhóm SSG (Special Study Group) +ITU-R (R-Radio): Cụ thể nhóm Working Group 8F-WG8F + 3GPP: 3rd Global Partnership Project + 3GPP2: 3rd Global Partnership Project + IETF: Internet Engineering Task Force + Các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khu vực (SDO-Standard Development Oganization) + Và số tổ chức khác Trong đó, hai tổ chức chịu trách nhiệm việc xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 3G 3GPP 3GPP2 Hai tổ chức có nhiệm vụ hình 26 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G thành phát triển kỹ thuật lĩnh vực riêng, nhầm thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống thông tin di động 3G thống VII Các loại thiết bị đầu cuối cho 3G - Tiếng: 8/16/32 kbit/s - Số liệu (chẳng hạn PCM CIA) + Truyền dẫn số liệu mô đem tiếng cho tốc độ: 1,2 kbit/s, 2,4 kbit/s, 4,8 kbit/s, 9,6 kbit/s, 19,2 kbit/s, 28,8 kbit/s + Truyền dẫn số liệu số chuyển mạch theo mạch cho tốc độ: 64 kbit/s, 128 kbit/s, đầu cuối video thấp Mbit/s - Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN) - Ảnh động: Được phân loại theo cấp bậc chất lượng (32/64/128 kbit/s) - Thoại có hình chất lượng cao với tốc độ không thấp 128 kbit/s Thiết bị đầu cuối giống máy thu hình: - Đầu cuối kết hợp máy thu hình máy vi tính - Máy thu hình cầm tay có khả thu MPEG Thiết bị đầu cuối số liệu gói: - PC có cửa thông tin cho phép: + Điện thoại có hình + Văn bản, hình ảnh, truy nhập sở liệu, video - Đầu cuối PDA: + PDA tốc độ thấp + PDA tốc độ cao trung bình + PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi - Máy nhắn tin hai chiều: - Sách điện tử bỏ túi có khả thông tin 27 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G VIII Công nghệ 3G Việt Nam Công nghệ 3G cho Việt Nam Chuẩn 3G mà Bộ Thông tin Truyền thông Việt Nam cấp phép WCDMA băng tần 2100 MHz Công nghệ hoạt động dựa CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao video, truy cập Internet, hội thảo có hình,… W-CDMA nằm dải tần 1920 MHz – 1980 MHz, 2110 MHz – 2170 MHz,… Đây lựa chọn đắn, theo phân tích ta thấy băng tần cấp phép (1900 - 2200 MHz) cho mạng 3G Việt Nam có công nghệ W-CDMA sẵn sàng Các công nghệ khác, kể CDMA2000-1x EV-DO chưa sẵn sàng đoạn băng tần vào thởi điểm Công nghệ EV-DO sớm có khả có mặt băng tần 1900 – 2200 MHz vào năm 2010 Rev.C thương mại hóa Mặc dù số nước giới cấp phép băng tần 3G theo tiêu chí độc lập công nghệ (không gắn việc cấp băng tần với công nghệ nào) thực tế triển khai nhiều nước cho thấy băng tần 1900 – 2000 MHz, công nghệ W-CDMA/HSPA công nghệ chủ đạo, đa số nhà khai thác lựa chọn Quy mô thị trường lớn công nghệ đảm bảo tiếp tục phát triển tương lai - Công nghệ W-CDMA có tính sở sau: + Hoạt động CDMA băng rộng với băng tần MHz + Lớp vật lý linh hoạt để tích hợp tất tốc độ sóng mang + Tái sử dụng - Ngoài công nghệ có tính tăng cường sau: + Phân tập phát + Ăng ten thích ứng + Hỗ trợ cấu trúc thu tiên tiến W-CDMA nhận ủng hộ lớn trước hết nhờ tính linh hoạt lớp vật lý việc hỗ trợ kiểu dịch vụ khác nhau, đặc biệt dịch vụ tốc độ bit thấp trung bình Nhược điểm W-CDMA hệ thống không cấp phép băng tần TDD 28 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G với phát tín hiệu liên tục, công nghệ W-CDMA không tạo điều kiện cho kỹ thuật chống nhiễu phương tiện làm việc máy điện thoại không dây Ưu điểm công nghệ hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau: 144 Kbps di chuyển nhanh, 384 Kbps (ngoài trời) cao Mbps không di chuyển (trong nhà) Với tốc độ cao, W-CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ băng rộng truy cập Internet tốc độ cao, xem phim, nghe nhạc với chất lượng không thua kết nối mạng có dây W-CDMA nằm dải tần 1920 MHz – 1980 MHz, 2110 MHz – 2170 MHz Các dịch vụ công nghệ 3G Việt Nam Công nghệ 3G trải qua vài năm tồn phát triển Việt Nam Hiện có đơn vị là: EVT Telecom – Vietnamobile, MobiFone, Viettel, Vinaphone phép khai thác dịch vụ 3G điện thoại di động băng tần 1900 – 2200 MHz Các dịch vụ 3G phổ biến nay: Video Call: Là dịch vụ cho phép người dùng nhìn thấy hình ảnh trực tiếp đàm thoại thông qua camera tích hợp điện thoại di động Mobile Internet: Là dịch vụ truy cập Internet trực tiếp từ điện thoại di động thông qua mạng 3G Nhiều người sử dụng dịch vụ cảm thấy hài lòng tốc độ truyền tốc độ tải ứng dụng Mible TV: Là dịch vụ giúp người dùng xem truyền hình thiết bị điện thoại di động Wap Portal: Là dịch vụ Cổng thông tin giúp người dùng sử dụng nhiều dịch vụ liên quan đọc tin tức, nghe nhạc, xem phim, lưu trữ, tải ứng dụng, email, game… Đánh giá chất lượng dịch vụ 3G: Chất lượng: Đã cải tiến nhiên chưa thỏa mãn nhu cầu người sử dụng Do nhà khai thác dịch vụ 3G cần tập trung nân cấp hệ thống sở vật chất tốt để đảm bảo chất lượng đường truyền, hỗ trợ tối đa cho tiện ích phục vụ người dùng 29 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Giá dịch vụ: Ngày giảm, tín hiệu đáng mừng cho người dùng IX Vai trò lợi ích 3G 3G đóng vai trò quan trọng phát triển công nghệ truyền thông Việt Nam, tảng vững để tiến lên công nghệ 4G Đối với công ty khai thác dịch vụ viễn thông, 3G đóng vai trò quan trọng việc tăng số lượng thuê bao có, tăng số lượng dịch vụ cho khách hàng, tất nhiên doanh thu tăng Đối với nhà sản xuất thiết bị hỗ trợ 3G hiển nhiên số lượng người dùng 3G nhiều họ bán nhiều hàng lợi nhuận tăng lên Đối với người dùng, 3G mang lại nhiều tiện ích mới, giúp họ xử lý nhiều công việc lúc, giảm thiểu thời gian, cắt giảm chi phí X Kết luận 3G giúp nhiều nhà khai thác toàn giới cung cấp dịch vụ liệu thoại sinh lãi, góp phần nâng cao trãi nghiệm người sử dụng Các công nghệ 3G chứng minh phù hợp cho thị trường phát triển phát triển Hơn nữa, phát triển ấn tượng 3G thuê bao, hạ tầng, thiết bị doanh thu dịch vũ chứng minh vị trí chủ đạo mạnh mẽ nhà khai thác 3G Những câu chuyện triển khai thành công giới minh chứng cụ thể cho 3G, giải pháp lý tưởng cho thị trường không dây toàn cầu Hệ thống kinh tế to lớn 3G khả băng rộng không dây tiên tiến tiếp tục mang lại ưu điểm cạnh tranh thị trường không dây tăng trưởng nhanh chóng 30 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G TÀI LIỆU THAM KHẢO Cuốn “Bài giảng thông tin di động 3G” – Tiến sĩ Phạm Công Hùng Cuốn “Mạng viễn thông hệ sau” Nhà xuất Bưu Điện 2002 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, sách “cdmaOne cdma2000”, Nhà xuất Bưu Điện, 2003 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, giáo trình “Thông tin di động hệ ba”, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn thông, Nhà xuất Bưu Điện, 2004 TS Trịnh Anh Vũ – Thông tin di động – 2006 Trường Đại ọc Công Nghệ - ĐHQGHN PGS.TS Nguyễn Bích Lân Nghiên cứu tiền khả thi dự án thông tin di động hệ thứ ba ITM-2000 tổng công ty, 2001 Nguyễn Hải Yến (Dịch) Hệ thống thông tin di động tương lai Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, 2001 https://vi.wikipedia.org/wiki/2G https://vi.wikipedia.org/wiki/3G 10 https://vi.wikipedia.org/wiki/3GPP … 31 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành [...]... bỏ túi - Máy nhắn tin hai chiều: - Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin 27 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G VIII Công nghệ 3G tại Việt Nam 1 Công nghệ 3G nào cho Việt Nam Chuẩn 3G mà Bộ Thông tin và Truyền thông Việt Nam đã cấp phép chính là WCDMA ở băng tần 2100 MHz Công nghệ này hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy... Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Chương 2 CÔNG NGHỆ MẠNG 3G I Khái niệm 3G, hay 3-G (Third Generation Technology) là công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh,…) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền,... Năm 2000, CDMA2000 là công nghệ 3G đầu tiên được chính thức triển khai CDMA2000 gồm 3 phiên bản: 23 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G - 1xRTT: là phiên bản đầu tiên của CDMA2000, cho phép tải dữ liệu với tốc độ 307 Kbps (tải xuống) và 153Kbps (tải lên) CDMA2000 11RTT cũng mang lại chất lượng thoại tốt hơn trên một kênh CDMA 1,25MHz đơn lẻ - 1xEV (1X Evolution) Công nghệ 1xEV cung cấp... thích với các công nghệ vô tuyến cũ hơn 25 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G V Ưu điểm và nhược điểm của 3G 1 Ưu điểm - 3G tiện dụng và linh hoạt - Nhiều tiện ích và dịch vụ nổi bật, đó là sử dụng điện thoại video (video call), dịch vụ Internet di động, xe phim, nghe nhạc,…theo yêu cầu người dùng, phù hợp với những người năng động, nhất là đối với những người hay đi công tác xa, thường... trong việc xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 3G là 3GPP và 3GPP2 Hai tổ chức này có nhiệm vụ hình 26 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G thành và phát triển các kỹ thuật ở các lĩnh vực riêng, nhầm thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống thông tin di động 3G thống nhất VII Các loại thiết bị đầu cuối cho 3G - Tiếng: 8/16/32 kbit/s - Số liệu (chẳng hạn PCM CIA) + Truyền... Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G b IS 95 Tiêu chuẩn tạm thời 95 (IS-95) là công nghệ di động kỹ thuật số CDMA đầu tiên Nó được phát triển bởi Qualcomm và sau đó thông qua như là một tiêu chuẩn của Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông trong TIA / EIA / IS-95 phát hành xuất bản vào năm 1995 Tên độc quyền cho IS-95 là cdmaOne Nó là một 2G tiêu chuẩn viễn thông di động có sử dụng công nghệ CDMA, một chương... MHz) cho mạng 3G ở Việt Nam hiện tại mới chỉ có công nghệ W-CDMA là đã sẵn sàng Các công nghệ khác, kể cả CDMA2000-1x EV-DO là chưa sẵn sàng ở đoạn băng tần này vào thởi điểm hiện nay Công nghệ EV-DO sớm nhất cũng chỉ có khả năng có mặt ở băng tần 1900 – 2200 MHz vào năm 2010 khi Rev.C được thương mại hóa Mặc dù một số nước trên thế giới cấp phép băng tần 3G theo tiêu chí độc lập về công nghệ (không... lập về công nghệ (không gắn việc cấp băng tần với bất kỳ công nghệ nào) nhưng thực tế triển khai ở nhiều nước cho thấy trong băng tần 1900 – 2000 MHz, công nghệ W-CDMA/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo, được đa số các nhà khai thác lựa chọn Quy mô thị trường lớn của công nghệ này cũng đảm bảo rằng nó sẽ được tiếp tục phát triển trong tương lai - Công nghệ W-CDMA có các tính năng cơ sở sau: + Hoạt động ở CDMA... nhà khai thác dịch vụ 3G cần tập trung nân cấp hệ thống cơ sở vật chất tốt hơn nữa để đảm bảo chất lượng đường truyền, hỗ trợ tối đa cho các tiện ích phục vụ người dùng 29 GVHD: Thầy Nguyễn Vĩnh Thành Tìm hiểu công nghệ 3G Giá dịch vụ: Ngày càng giảm, đây cũng là tín hiệu đáng mừng cho người dùng IX Vai trò và lợi ích của 3G 3G đóng một vai trò quan trọng đối với sự phát triển công nghệ truyền thông tại... chuẩn di động thuộc 3G 3G bao gồm 3 chuẩn chính: W-CDMA, CDMA2000, và TDSCDMA Chuẩn WCDMA có hai chuẩn con thành phần là UMTS và FOMA a W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) Là chuẩn liên lạc 3G song hành cùng với chuẩn GSM W-CDMA là công nghệ nền tảng cho các công nghệ 3G khác như UMTS và FOMA W-CDMA được tập đoàn ETSI NTT DoCoMo (Nhật Bản) phát triển riêng cho mạng 3G FOMA Sau đó, NTT DoCoMo