Thông tin di động

HỌC VIỆN CNBCVT THÔNG TIN DI ĐỘNG PT IT TS Nguyễn Phạm Anh Dũng - 6/2013 - TS Nguyễn Phạm Anh Dũng LỜI NÓI ĐẦU PT IT Từ đời thông tin di động trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh Để đáp ứng nhu cầu chất lượng dịch vụ ngày nâng cao, thông tin di động không ngừng cải tiến Đến thông tin di động trải qua nhiều hệ Thế hệ thứ hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo hệ hai hệ ba đưa vào hoạt động Thế hệ bốn tích cực nghiên cứu chuẩn bị đưa vào hoạt động Thông tin di động hệ hai sử dụng kĩ thuật số với công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) mã (CDMA) Đây hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin người sử dụng 8-13kbit/s Hai thông số quan trọng đặc trưng cho hệ thống thông tin di động số tốc độ bit thơng tin người sử dụng tính di động Ở hệ hệ hai thông số ngày cải thiện Thông tin di động hệ ba sử dụng công nghệ đa truy nhập CDMA có tốc độ bit lên tới hàng chục Mbit/s Thế hệ bốn sử dụng công nghệ OFDMA có tốc độ lên tới 100Mbit/s cao Các hệ thống thông tin di động phải đạt mục tiêu sau đây:  Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng truy nhập internet nhanh ứng dụng đa phương tiện, yêu cầu ngày tăng dịch vụ  Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ đánh số cá nhân tồn cầu điện thoại vệ tinh Các tính cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ hệ thống thông tin di động  Tương thích với hệ thống thơng tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Các mạng 3G triển khai nhiều nước giới, nhiên chí trước chúng triển khai, hoạt động nâng cấp chúng tiến hành 3GPP (the Third Generation Partnership Project: đề án cộng tác hệ ba) Ngoài nhiều hội thảo bàn luận 4G cho năm thập niên 2010 tích cực tiến hành tổ chức quốc tế diễn đàn như: ITU WWRF (Wireless World Research Forum) Các trường đại học, viện nghiên cứu phịng thí nghiệm giới tích cực tiến hành hoạt động nghiên cứu lĩnh vực Các hoạt động nghiên cứu sơi động hồn tồn phù hợp với phát triển mạnh mẽ thông tin di động TS Nguyễn Phạm Anh Dũng PT IT HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) mở rộng hệ thống 3G UMTS cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps đường xuống HSDPA chuẩn tăng cường 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống cách thay điều chế QPSK 3G UMTS 16QAM HSDPA HSDPA hoạt động sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã sử dụng AMC (Adaptive Modulation and Coding: mã hóa kênh điều chế thích ứng) Nó đưa kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự áp dụng cho đường lên chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access) Hai công nghệ truy nhập HSDPA HSUPA gọi chung HSPA (High Speed Packet Data) Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh (chủ yếu để cạnh tranh với công nghệ 3GPP2 WiMAX), 3GPP định phát triển E-UTRA E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) gọi siêu 3G (Super3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển tiến hành 10 năm sau phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn tốc độ số liệu đạt 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) phát triển, thời kỳ phát triển 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps băng thông 100MHz Môn học "Thơng tin di động" mơn học giảng cho sinh viên viễn thông năm cuối Đại học Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Giáo trình "Thơng tin di động" cung cấp kiến thức hệ thống thông tin di động từ hệ hai hệ bốn Giáo trình giảng sau sinh viên học giáo trình như: "Truyền dẫn vô tuyến số" "Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vơ tuyến" Giáo trình bao gồm 12 chương Chương đầu trình bày khái quát chung phát triển hệ thống thông tin di động, kiến trúc hệ thống thông tin di động ứng dụng IP cho hệ thống thông tin di động Chương nghiên cứu công nghệ tạo nội dung truyền nội dung cho dịch vụ thông tin di động như: tiếng, hình ảnh, truyền đa phương tiện Chương trình bày hệ thống thông tin di động 2G GSM/GPRS Chương trình bày vấn đề liên quan đến hệ thống thông tin di động 3G WCDMA UMTS như: giao diện vơ tuyến miền chuyển mạch gói mạng lõi Chương sáu bảy có nội dung tương tự chương ba bốn dành cho cdma2000 1x/1xEVDO Chương chương đề cập đến giao diện vô tuyến 3G+ HSPA 4G LTE Chương 10 đề cập đến LTE Advanced Chương 11 trình bày kiến trúc mạng giao thức 4G LTE Chương cuối cùng, chương 12, trình bày tổng quan hệ thống khai thác bảo dưỡng cho mạng di động TS Nguyễn Phạm Anh Dũng PT IT Các chương tài liệu kết cấu hợp lý để sinh viên tự học Mỗi chương có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi vài tập Cuối tài liệu đáp án cho tập TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Chương TỔNG QUAN THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Các chủ đề trình bầy chương IT  Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động tử 1G đến 3G lộ trình phát triển lên 4G  Các kiến trúc cuả hệ thống thông tin di động 2G, 3G 4G  Các vấn đề nối mạng thông tin di động sở IP: đánh địa chỉ, truyền tunnel MIP  Phân chia vùng địa lý mạng thông tin di động 1.1.2 Hướng dẫn  Học kỹ tư liệu đựơc trình bầy chương  Tham khảo thêm [5],[6] PT 1.1.3 Mục đích chương  Hiểu tổng quan hệ thống thông tin di động hệ khác từ 1G đến 4G  Hiểu kiến trúc mạng 2G , 3G 4G  Hiểu vấn đề nối mạng thông tin di động sở IP  Hiểu cách phân chia vùng địa lý mạng thơng tin di động 1.2 Q TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG Các cơng nghệ TTDĐ chia thành ba hệ: thứ nhất, thứ hai, thứ ba thứ tư viết tắt 1G, 2G, 3G 4G Các hệ thống 1G đảm bảo truyền dẫn tương tự dựa FDM với kết nối mạng lõi dựa TDM Thí dụ 1G AMPS (Advanced Mobile Phone System: hệ thống điện thoại di động tiên tiến) sử dụng toàn nước Mỹ NMT (Nordic Mobile Telephone System: hệ thống điện thoại di động Bắc Âu) Thông thường công nghệ 1G triển khai nước nhóm TS Nguyễn Phạm Anh Dũng PT IT nước, không tiêu chuẩn hóa quan tiêu chuẩn quốc tế khơng có ý định dành cho sử dụng quốc tế Khác với 1G, công nghệ 2G thiết kế để triển khai quốc tế Thiết kế 2G nhấn mạnh lên tính tương thích, khả chuyển mạng phức tạp sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa vơ tuyến Tính cuối u cầu 2G Các thí dụ điển hình hệ thống 2G là: GSM (Global System for Mobile Communications: thơng tin di động tồn cầu) cdmaOne (dựa tiêu chuẩn TIA IS95) Có thể coi hệ thống TTDĐ 3G đáp ứng số yêu cầu ITU đề ra:  Hoạt động trong số tần số ấn định cho dịch vụ 3G  Phải cung cấp dẫy dịch vụ số liệu cho người sử dụng bao gồm đa phương tiện, độc lập với công nghệ giao diện vô tuyến  Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động 144 kbps cho người sử dụng di động tốc độ cao truyền dẫn số liệu lên đến 2Mbps (ít lý thuyết) cho người sử dụng cố định di động tốc độ thấp  Phải cung cấp dịch vụ số liệu gói (các dịch vụ khơng dựa kết nối CS đến mạng số liệu mà dựa dịch vụ mang dựa gói bẩm sinh)  Phải đảm bảo tính độc lập mạng lõi với giao diện vô tuyến Một số hệ thống 2G tiến hóa đến phần u cầu Điều dẫn đến hậu không mong muốn: làm sai lệch thuật ngữ "các hệ" Chẳng hạn GSM với hỗ trợ số liệu kênh đươc phân loại hệ thống 2G túy Khi tăng cường thêm GPRS (General Packet Radio Service), trở nên phù hợp với nhiều tiêu chuẩn 3G Dẫn đến khơng 2G 3G mà loại "giữa hệ", hệ thống GSM tăng cường GPRS gọi hệ thống 2,5G, thực tế thuộc loại 2G, từ phương diện công nghệ truyền dẫn vô tuyến Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G phát triển tiến dần đến 4G việc đưa công nghệ HSPA (High Speed Packet Access: đa truy nhập gói tốc độ cao) LTE (Long term Evolution: phát triển dài hạn) cho phần vô tuyến SAE (System Architecture Evolution: phát triển kiến trúc hệ thống) cho phần mạng Hình 1.1 tổng kết vấn đề trình bầy cách minh họa hệ thống TTD Đ q trình phát triển chúng từ hệ lên hệ hình 1.2 cho thấy lộ trình phát triển lên hệ 10 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng 3G 1G 2G 2,5G NMT GSM GSM+ GPRS TACS TDMA (IS-136) TDMA IS136+GPRS cdmaOne (IS95-A) EDGE/ GPRS WCDMA/FDD CDPD CDMA (IS95-B) EDGE tăng cường/GPRS AMPS ETSI UMTS/W-CDMA WCDMA/HSPA TD-SCDMA WCDMA/TDD PDC/ PDC-P cdma20003x(5MHz) cdma20001x(1,25MHz) cdma20001xEV-DO 1985 1989 IT cdma20001xEV-DV 1995 2001 ARIB WCDMA (Nhật) 2003 2004+ PT Ký hiệu: AMPS: Advanced Mobile Phone Service , TACS: Total Access Communication System NMT: Nodic Mobile Telephone, PDC: Personal Digital Cellular: hệ thông tổ ong số nhân PDC-P: PDC-Packet, GSM: Global System for Mobile Telecommunications CDPD: Cellular Digital Packet Data, GPRS: General Radio Packet Service EDGE: Enhanced Data Rate for GSM Evolution, WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access HSPA: High Speed Paket Access, UMTS: Universal Mobile Telecommunications System cdma20001xEV-DO: cdma20001xEvolution-Data Only (Optimized), cdma20001xEV-DV: cdma20001xEvolution-Data and Voice FDD: Frequency Division Duplex TDD: Time Division Duplex Hình 1.1 Q trình phát triển hệ thống thơng tin di động từ hệ (1G) lên hệ (3G) 11 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Khả di động 1985 2000 2005 1G 2G 2010 HSPA 1xEVDO GSM cdmaOne Cao Trung bình 1995 LTE/UMB Triển khai LTE 3G + 3G WCDMA cdma20001x AMPS TACS Thấp 2015 E3G Thời gian IMT-Advanced 4G WiMAX/ IEEE 802.16e WIFI/ IEEE802.11