Thông tin di động đã phát triển từ hệ thống tượng tự (analogue) thế hệ thứ nhất (1G) đến các thế hệ thống thế hệ thứ hai (2G) như CDMA và GSM. Hiện nay, thế hệ thứ ba (3G) đã bắt đầu được đưa vào sử dụng, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao và hứa hẹn cho phép khả năng roarming toàn cầu. Mặc dù có chậm trễ trong việc triển khai do sự suy thoái kinh tế trên toàn thế giới nhưng triển vọng phát triển các thế hệ công nghệ kế tiếp - với khả năng đáp ứng băng rộng cũng như chất lượng dịch vụ ngày càng cao - là rất lớn.
DAB and DVB-T Sateline 2G, 3G Wireless LANs Wireless PANs Global Layer Regioal layer National layer Local layer
Persional network layer
Horizontal Handover
Vertical Handover
a. Thế hệ thứ nhất (1G)
Thế hệ thông tin di động đầu tiên (1G) là các hệ thống tương tự, sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), bắt đầu xuất hiện vào đầu thập niên 80 và hoạt động cho đến khi bị thay thế bởi các thế hệ hai (2G).
Các chuẩn công nghệ phổ biến nhất của thế hệ này là: Hệ thống điện thoại di động cao cấp (AMPS - Advance Mobile Phone System) phát minh bởi Bell Labs và cài đặt tại Mỹ năm 1982 [3,40]. Phiên bản được sử dụng tại châu Âu của AMPS có tên TACS (Total Access Communication System).
b. thế hệ thứ hai (2G)
Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên, sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ của thế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả về số lượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng. Các mạng thế thứ hai cho phép truyền dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps. Các mạng này được sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh.
Tương tự như trong 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G, hiện nay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn công nghệ chính sau:
D- AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng tại Bắc Mỹ. D-AMPS đang dần được thay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000. D-AMPS sử dụng kênh AMPS sẵn có và cho phép sự chuyển đổi giữa các hệ thống số và tương tự trong cùng một khu vực diễn ra APMS chia mỗi cặp kênh 30kHz thành 3 khe thời gian và nén giữ liệu thoại theo các phương pháp số. Hệ thống số cũng làm cho các cuộc gọi trở nên an toàn hơn cho người sử dụng các phương pháp mã mật.
GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai GSM
được sưe dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật). Hệ thống GSM dồn kênh phân chia tần số được sử dụng, với mỗi đầu cuối di động truyền thông trên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn (chênh lệch 80MHz trong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ thống, phương pháp dồn kênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp tần số, làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên, các kênh GSM rộng hơn các kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM cung cấp độ truyền dữ liệu cao hơn D-AMPS
- CDMA (code Division Multiple Access): D-AMPS và GSM là các hệ thống
tần số ra thành các kênh và các kênh này được gán với các khe thời gian. CDMA sử dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã [3]. Nhờ công nghệ này mà CDMA có thể nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn hẳn so với hai công nghệ trên.
Thông qua Qualcomm, CDMA đã phát triển và trở thành một giải pháp công nghệ tốt nhất và trở thành nền tảng của các hệ thống di động thế hệ thứ 3 (3G).
- PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy nhất
tại Nhật Bản. Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA. Chuẩn PDC được NTTDoCoMo đưa vào triển khai trong dịch vụ Digital MOVA vào tháng 3/1993. PDC sử dụng tần số mạch gói là 28.8kHz, 3 khe thời gian, đạt tốc độ chuyển mạch kênh là 9.6kbps và chuyển mạch gói là 28.8kHz. PDC hoạt động hai băng tần 800MHz và 1.5 Ghz.
Cải tiến từ các mạng 2G, các mạng 2.5G như GPRS sử dụng chuyển mạch kênh cho thoại và chuyển mạch gói cho dữ liệu, đã trở nên phổ biến vì phương thức chuyển mạch gói sử dụng băng thông hiệu quả hơn rất nhiều, băng thông tốc độ tối đa lên tới 171.2 kbps (thực tế là 33 kbps). Trong hệ thống này, tất cả các gói tin của mỗi người dùng đều cạnh tranh băng thông với nhau và người dùng chỉ bị tính cước cho lượng dữ liệu được gửi đi.
c. Thế hệ thứ 3 (3G)
Tiếp theo, các mạng 3G đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểm của các mạng 2G và 2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và không tương thích giữa các công nghệ như TDMA và CDMA giữa các nước.
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200 (International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao
- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...)
- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...) - Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...)
- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy
chỉ có các người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps. Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ thống IMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên toàn thế giới. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạo: UMTS (W-CDMA) và CDMA2000.
UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi 3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.
CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. Hệ thống CDMA2000 không có khả năng tương thích với các hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.
Hiện nay, đã có nhiều nỗ lực hướng đến thống nhất hai chuẩn này thành một chuẩn chung, nhưng thực tế thì vấn đề ngăn cản tiến trình thống nhất này không đến từ các vấn đề kỹ thuật công nghệ mà chủ yếu từ vấn đề trong các lĩnh vực nhạy cảm như: kinh tế, chính trị.
Các ích lợi đem lại từ việc triển khai 3G là không thể chối cãi, tuy nhiên, các khó khăn trong việc duy trì nguồn ngân sách cho triển khai các hệ thống này (chi phí mua quyền sử dụng băng tần (licese), chi phí triển khai hệ thống) trong bối cảnh suy thoái kinh tế thế giới đã cản trở việc triển khai 3G tại nhiều quốc gia. Hiện tại chỉ có Nhật Bản và Hàn Quốc đã triển khai thành công các hệ thống điện thoại di động thế hệ 3.