3GPP và 3GPP2 hợp tỏc lần đầu tiờn vào năm 1999 nhằm giải quyết những vấn đề về kết nối liờn mạng, chuyển vựng toàn cầu và tập trung vào 3 khớa cạnh chớnh sau đõy:
- Truy nhập vụ tuyến. - Thiết kế đầu cuối. - Mạng lừi.
Hiện nay, IETF là một nhõn tố mới để cựng với 3GPP và 3GPP2 giải quyết hướng mạng lừi chung toàn IP. Mới đõy, sau khi nghiờn cứu thớch ứng HSDPA (3GPP) và 1xEv-DO (3GPP2) thỡ cả hai đang tiếp tục nỗ lực theo hướng mạng lừi IP chung qua cỏc cuộc họp năm 2002.
Về phớa ITU cú 2 đơn vị chịu trỏch nhiệm trực tiếp là: - ITU-T SSG (Special Study Group).
- ITU-R WP8F (Working Party 8F).
Trong đú ITU-T SSG cú 3 Working Party với 7 Question, giải quyết 90% cụng tỏc chuẩn hoỏ về mạng (Network Aspects), tập trung theo cỏc mảng:
- Giao diện NNI. - Quản lý di động. - Yờu cầu giao thức. - Phỏt triển giao thức.
Ngược lại, ITU-R WP8F giải quyết 90% cụng tỏc chuẩn hoỏ về giao diện vụ tuyến (Radio Interface Aspects), tập trung vào cỏc nhiệm vụ:
- Cỏc chỉ tiờu toàn diện của 1 hệ thống IMT-2000.
- Tiếp tục chuẩn hoỏ toàn cầu bằng cỏch kết hợp với cỏc cơ quan tiờu chuẩn SDO và cỏc Project (3GPP, 3GPP2).
- Xỏc định mục tiờu sau IMT-2000: 3.5G và 4G.
- Tập trung vào phần mạng mặt đất (tăng tốc dữ liệu, mạng theo hướng IP...).
- Phối hợp ITU-R WP8D về vệ tinh, với ITU-T và ITU-D về vấn đề liờn quan.
Đỏnh giỏ vai trũ của cỏc tổ chức:
♦ 3GPP&3GPP2: đảm bảo phỏt triển cụng nghệ và chỉ tiờu giao diện vụ tuyến cho toàn cầu.
♦ Cỏc tổ chức tiờu chuẩn SDO: thớch ứng cỏc tiờu chuẩn chung cho từng khu vực. Kết quả là cỏc tiờu chuẩn IMT-2000 trờn cơ sở chỉ tiờu kỹ thuật của 3GPP và 3GPP2.
♦ ITU-T&ITU-R: đảm bảo khả năng tương thớch và roaming toàn cầu với cỏc chỉ tiờu chớnh yếu, cụ thể phõn cụng rừ trỏch nhiệm qua ITU-R M.1457 và ITU-T Q.REF.
Hiện nay, cả 3GPP, 3GPP2, ITU và IETF tiếp tục phối hợp chặt để giải quyết mạng lừi chung toàn IP theo cỏc cụng nghệ 3.5G và 4G, dựa trờn những cơ sở sau đõy:
- Cỏc nhà khai thỏc và thị trường mong muốn cú ngay mạng lừi chung toàn IP, tuy nhiờn chắc chắn là chưa khả thi trong thời gian ngắn (5-7 năm).
- Cú nhiều đề xuất cho cụng nghệ này, song giải phỏp đưa ra chưa thỏa đỏng.
2.2. Tỡnh hỡnh chuẩn húa cụng nghệ 2.5G và 3G • Về cỏc cụng nghệ 2.5G:
- 3GPP đó hoàn thiện chỉ tiờu kỹ thuật GPRS, hiện cỏc SDO như ETSI đó cú bộ tiờu chuẩn kỹ thuật GPRS. Một số nước thuộc nhúm cụng nghệ này như Chõu Âu, Hồng Kụng đó biờn soạn hoặc chấp thuận ỏp dụng nguyờn vẹn cho phự hợp với điều kiện cụng nghệ của mỡnh.
- 3GPP2 đó hoàn thiện cỏc chỉ tiờu kỹ thuật cdma2000 1x. Cỏc SDO và cỏc nước cú cụng nghệ IS-95A hoặc IS-95B hầu hết đó cú tiờu chuẩn chấp thuận ỏp dụng nguyờn vẹn cụng nghệ 2.5G.
• Về cụng nghệ 3G tỡnh hỡnh chuẩn hoỏ phức tạp hơn nhiều trờn 3 mảng chớnh: - Cụng nghệ truy nhập vụ tuyến.
- Mạng lừi.
- Giao diện với cỏc hệ thống khỏc.
Về cụng nghệ truy nhập vụ tuyến, cú 5 họ cụng nghệ được ITU-R chấp nhận.
Cỏc tổ chức xõy dựng đề xuất để đệ trỡnh lờn ITU: - Theo hướng dẫn ITU-R M.1225.
- Thực hiện tự đỏnh giỏ chỉ tiờu chất lượng hệ thống đề xuất.
Kết quả là một họ bao gồm 5 tiờu chuẩn được chấp nhận theo khuyến nghị ITU-R M.1457:
- IMT-2000 CDMA DS ⇔ WCDMA FDD (Chõu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc).
- IMT-2000 CDMA TDD ⇔ WCDMA TDD (Chõu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc).
- IMT-2000 MC ⇔ cdma2000 (Bắc Mỹ, Hàn Quốc).
- IMT-2000 TDMA một súng mang ⇔ UWC-136 (Bắc Mỹ). - IMT-2000 FDMA/TDMA ⇔ DECT (Chõu Âu, Nam Mỹ). - Hai cụng nghệ chủ đạo được quan tõm chủ yếu là:
+ WCDMA FDD/TDD: theo 3GPP. + cdma2000 1x EV: theo 3GPP2.
Với việc nõng cao tốc độ đỏng kể, cụng nghệ cdma2000 1x EV đó thoả món yờu cầu về tốc độ truyền dẫn đối với yờu cầu 3G của ITU. Thực tế, nhu cầu về dịch vụ multimedia trong 3G nhỏ nờn đa số nghiờn cứu và hướng triển khai 3G theo nhỏnh cdma2000 đều nhằm đến cdma2000 1x EV.
Cấu trỳc mạng tương lai được xỏc định trờn cơ sở hai động lực chớnh là cỏc hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 và internet (vớ dụ, triển khai cỏc cụng nghệ IP như là thoại và đa phương tiện qua IP trờn cỏc mạng di động). Hướng phỏt triển tới cấu trỳc mạng toàn IP cung cấp cỏc dịch vụ 3G được xỏc định với một khỏi niệm mới là mụi trường thường trỳ ảo (VHE). Theo hướng này, cú hai phương ỏn để hỗ trợ cỏc dịch vụ VoIP trong cỏc cấu trỳc mạng 3G: Phương ỏn thứ nhất được dựa trờn cấu trỳc dịch vụ IN
tập trung truyền thống. Phương ỏn thứ hai triển khai trờn cơ sở một cấu trỳc mạng phõn bố mới cú thiết bị điều khiển cỏc cuộc gọi VoIP sử dụng cỏc giao diện trỳc dịch vụ mở.
Chỳng ta sẽ tập trung phõn tớch khả năng phỏt triển từ mạng lừi GSM với cỏc kết quả thu nhận của 3GPP. Theo lộ trỡnh này, chỳng ta sẽ cú hai giai đoạn triển khai chớnh. Giai đoạn 1 chủ yếu dựa trờn cỏc chỉ tiờu của Release 99 được đưa ra vào cuối năm 1999 và đầu năm 2000, từ đú triển khai thương mại bắt đầu vào cuối năm 2001. Thực chất, về mặt cụng nghệ thỡ giai đoạn này là bước phỏt triển logic từ mạng di động thế hệ 2. Giai đoạn 2 tập trung cho bước triển khai hoàn thiện trờn cơ sở Release 2000 hay cũn gọi là R00. Để phõn tớch hướng phỏt triển về mạng, chỳng ta sẽ tập trung xem xột cấu trỳc mạng được đề xuất trờn cơ sở R00 (sau này được tỏch thành 2 bản R4 và R5).
Thực ra, kể từ giữa năm 1999 thỡ trong việc tiờu chuẩn hoỏ 3G theo 3GPP đó cho thấy hai xu hướng phỏt triển về mạng cú ảnh hưởng đến bản thõn cỏc tiờu chuẩn 3G. Xu hướng thứ nhất là phỏt triển mạng theo hướng toàn IP, và đõy chớnh là yếu tố cơ bản được xem xột trong R00. Về mặt cụng nghệ, cấu trỳc mạng toàn IP theo R00 sẽ thay thế toàn bộ cụng nghệ truyền tải theo chuyển mạch kờnh thành chuyển mạch gúi và tăng khả năng hỗ trợ đa phương tiện cho cỏc mạng lừi 3G. Xu hướng thứ hai là yờu cầu phỏt triển hướng tới một cấu trỳc dịch vụ mở (OSA). Xu hướng này đũi hỏi cỏc nhà khai thỏc mạng phải cú khả năng cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ thuộc bờn thứ ba cú thể truy nhập tốt vào cấu trỳc mạng 3G qua cỏc giao diện chuẩn húa cú tớnh mở. Cỏc cơ quan quản lý viễn thụng trờn khắp thế giới hiện đang quan tõm tới việc thỳc đẩy triển khai xu hướng này vỡ nú giỳp đẩy nhanh quỏ trỡnh tự do húa thị trường viễn thụng bằng cỏch tăng cường khả năng cung cấp dịch vụ giữa cỏc mạng và đầu cuối khỏc nhau. Trong chuẩn húa của 3GPP thỡ khả năng cung cấp dịch vụ này được hiểu qua khỏi niệm Mụi trường thường trỳ ảo (VHE). Cú thể hiểu khỏi niệm này là mụi trường cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ bờn thứ ba cú thể phỏt triển cỏc ứng dụng và dịch vụ 3G trờn một vài loại mạng và đầu cuối.
2.3. Lộ trỡnh phỏt triển từ cỏc hệ thống 2G lờn 3G
Cú nhiều con đường đưa nhà khai thỏc mạng phỏt triển lờn 3G, hoặc là phỏt triển qua giai đoạn trung gian 2,5G (2G đ 2,5G đ 3G), hoặc là phỏt triển thẳng lờn 3G (2G đ 3G).
Phương thức phỏt triển mạng qua thế hệ 2,5G chủ yếu đặt ra với cỏc nước, cỏc cụng ty đó phỏt triển mạng 2G hoặc cú vốn nhỏ. Hai cụng nghệ giao diện vụ tuyến chiếm ưu thế đều hướng theo con đường thẳng nhất cú thể để lờn 3G. Nhà khai thỏc GSM cú thể chọn một vài sự kết hợp GSM, GPRS, EDGE và tiến lờn WCDMA để hỡnh thành UMTS, nghĩa là lộ trỡnh sẽ là: GSM, TDMA đ GPRS đ EDGE đ WCDMA. Cũn nhà khai thỏc cdmaOne cú sự chọn lựa cdma2000 1x, 1xEV-DO, 1xEV-DV và 3x (cũng thụng qua quỏ trỡnh từ IP đơn giản (Simple IP) lờn IP di động (Mobile IP)) và cụ thể lộ trỡnh là: cdmaOne (IS-95A/B) đ cdma2000 1x EV/EV DO/EV DV đ cdma2000 3x.
Ưu điểm:
Đỏp ứng nhu cầu về truyền dữ liệu “dạng 3G” với chi phớ đầu tư thấp. Kộo dài thời gian và tăng nhu cầu về 3G.
Tăng kinh nghiệm và khả năng khai thỏc mạng di động chuyển mạch gúi và tớnh cước đối với cỏc dịch vụ này.
Việc chuyển từ 2,5G lờn 3G dễ hơn từ 2G lờn 3G, nhất là từ cdma2000 1x lờn cdma2000 3x.
Hạn chế:
Nhu cầu về 2,5G là nhất thời, khụng lõu. Khú nõng cấp cỏc giải phỏp 2,5G.
Cũn phương thức tiến thẳng lờn 3G thường ỏp dụng đối với những cụng ty, những nhà khai thỏc mới cú giấy phộp 3G. ý tưởng nằm sau phương thức này là
làm tăng khả năng cạnh tranh và đảm bảo sự phục vụ tốt hơn cho khỏch hàng. Cỏc cụng ty mới sẽ ứng dụng luụn mạng 3G.
Ưu điểm: Cụng nghệ hiện đại, tăng khả năng làm chủ cụng nghệ và khai thỏc.
Hạn chế: chi phớ lớn, nhu cầu chưa cao và tăng chậm.
II. 2.3.1. Lộ trỡnh phỏt triển từ hệ thống thụng tin di động GSM thế hệ hai lờn WCDMA thế hệ ba
2.3.1.1. Mở đầu
Sự phỏt triển nhanh chúng của cỏc dịch vụ số liệu mà trước hết là sự bựng nổ của Internet đó đặt ra cỏc yờu cầu mới đối với cụng nghiệp viễn thụng di động. Hệ thống thụng tin di động thế hệ 2 GSM ra đời vào những năm 80 của thế kỷ 19 đó được triển khai và phỏt triển mạnh. GSM sử dụng dải tần 900 và 1800, là sự kết hợp của phương thức đa truy nhập phõn chia theo tần số (FDMA) và phương thức đa truy nhập phõn chia theo thời gian (TDMA).
Hiện tại, cú 3 phương thức để truyền số liệu trong mạng GSM:
- Sử dụng cỏc dịch vụ mang GSM UDI (Unrestricted Digital Information -Thụng tin số khụng bị hạn chế).
- Sử dụng một dịch vụ mang tiếng GSM 3,1 KHz (GSM 3,1 KHz Audio Bearer Service).
- Sử dụng dịch vụ tin nhắn SMS (Short Message Service). Ưu thế mà hệ thống thụng tin di động GSM đạt được là:
- GSM giải quyết được sự hạn chế về dung lượng so với cỏc mạng di động thế hệ trước nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và hiệu quả hơn.
- GSM là tiờu chuẩn điện thoại di động số do ETSI quy định và là một tiờu chuẩn chung, nờn vấn đề roaming giữa cỏc mạng di động GSM trờn toàn thế giới trở nờn đơn giản.
- Ngoài dịch vụ thoại truyền thống, GSM cú thể cung cấp cỏc dịch vụ số liệu như tin nhắn SMS, fax, hộp thư thoại (Voice mail), WAP và nhiều dịch vụ giỏ trị gia tăng khỏc như chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị số chủ gọi…
Mặc dự là hệ thống sử dụng cụng nghệ số nhưng vỡ là hệ thống băng hẹp và được xõy dựng trờn cơ chế chuyển mạch kờnh nờn GSM cũng cú những hạn chế chủ yếu:
- Cung cấp cỏc dịch vụ thoại và số liệu trờn cơ sở chuyển mạch kờnh. Đối với dịch vụ số liệu, GSM phải mụ phỏng modem giữa thiết bị của người sử dụng và mạng số liệu. Tốc độ truyền số liệu cao nhất là 9,6kbps, tốc độ số liệu thấp này chỉ phự hợp cho Internet giai đoạn trước.
- Quản lý tài nguyờn khụng hiệu quả vỡ mỗi thuờ bao cần phải cú một TCH trong suốt thời gian kết nối. Mỗi cuộc gọi chỉ cú thể chiếm một khe thời gian, khụng cú phõn bổ động khe thời gian.
- GSM sử dụng kỹ thuật điều chế GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying: Điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian) nguyờn thủy làm hạn chế tốc độ truyền.
- Thuờ bao phải sử dụng mạng điện thoại PSTN làm mạng chuyển tiếp và phải trả tiền cho kết nối chuyển mạch kờnh.
- Thời gian thiết lập cuộc gọi tăng khi phải sử dụng modem để kết nối tới mạng Internet. Khụng cú SMS - Internet Interworking (chức năng tương tỏc giữa SMS và Internet). Độ dài của tin nhắn SMS bị hạn chế.
- Cỏc nhà điều hành mạng PLMN khụng thể trực tiếp cung cấp cỏc dịch vụ Internet. GSM là mạng kết nối mang tớnh chất truyền thụng (chỉ kết nối giữa cỏc thuờ bao với nhau).
Hỡnh 2.3 - Lộ trỡnh phỏt triển từ GSM lờn WCDMA
II.3.1.2. Hệ thống thụng tin di động 2G GSM
Giai đoạn đầu của quỏ trỡnh phỏt triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn. Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu: chuyển mạch kờnh (CS: Circuit Switched) và chuyển mạch gúi (PS: Packet Switched) như sau:
• Cỏc dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kờnh đảm bảo:
- Dịch vụ SMS.
- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4Kbps.
- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4Kbps./ Thuc te 9,6Kbps. / • Cỏc dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch gúi đảm bảo:
- Chứa cả cỏc dịch vụ của chế độ chuyển mạch kờnh.
- Dịch vụ Internet, E-mail…
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này cú thể sử dụng giao thức ứng dụng vụ tuyến WAP.
WAP chứa cỏc tiờu chuẩn hỗ trợ truy nhập trực tiếp mạng Internet từ trạm di động. Trong tương lai GPRS sẽ hỗ trợ WAP phỏt và thu số liệu nhanh hơn. Hệ thống WAP phải cú cổng WAP và chức năng kết nối mạng hỡnh 2.4.
Hỡnh 2.4 - Cấu hỡnh hệ thống WAP
2.3.1.3 Hệ thống thụng tin di động 2,5G
• Dịch vụ số liệu chuyển mạch kờnh tốc độ cao - HSCSD
Mạng HSCSD vẫn sử dụng chế độ chuyển mạch kờnh như mạng GSM. Song cú một số cải tiến so với mạng GSM là:
- Tăng thụng lượng dữ liệu hệ thống: mó hoỏ kờnh được cải thiện (9,6Kbps ->
14Kbps).
- Dữ liệu chuyển mạch kờnh tốc độ cao (HSCSD): + Cú thể sử dụng nhiều kờnh lưu lượng.
+ Tốc độ dữ liệu tối đa đạt được là 40 -50Kbps.
Tuy nhiờn, vỡ khụng cải thiện được đỏng kể tốc độ cũng như chất lượng trong việc truyền số liệu của người sử dụng so với mạng GSM nờn nhiều nhà khai thỏc ở nhiều quốc gia đó bỏ qua giai đoạn trung gian này.
• Dịch vụ vụ tuyến gúi chung - GPRS
GPRS là cầu nối giữa hệ thống thụng tin GSM thế hệ 2 và thế hệ 3.GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gúi trờn cơ sở hạ tầng GSM. Cụng nghệ
MSC và
BSC Kết nối mạng (IWF)
Cổng WAP
Internet
chuyển mạch gúi được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn.
Về mặt lý thuyết, GPRS cú thể cung cấp tốc độ số liệu lờn đến 171Kbps ở giao diện vụ tuyến, mặc dự cỏc mạng thực tế khụng bao giờ cú thể đạt được tốc độ này (do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trờn đường truyền vụ tuyến). Trong thực tế, giỏ trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100Kbps một chỳt với tốc độ khả thi thường vào khoảng 40Kbps hoặc 50Kbps. Tuy nhiờn, cỏc tốc độ núi trờn cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại ở GSM.
GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vụ tuyến giống GSM (cựng kờnh tần số 200 KHz được chia thành 8 khe thời gian). Tuy nhiờn bằng GPRS, MS cú thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn.
Ngoài ra, mó húa kờnh của GPRS cũng hơi khỏc với mó húa kờnh của GSM. GPRS định nghĩa một số sơ đồ mó húa kờnh khỏc nhau. Sơ đồ mó húa kờnh thường được dựng nhất cho truyền số liệu gúi là Sơ đồ mó húa (Coding Scheme) 2 (CS-2). Sơ đồ mó húa này cho phộp một khe thời gian cú thể mang số