4.4.1 Tổng quan
Tin nhắn đa ph−ơng tiện là kỹ thuật truyền thông đa ph−ơng tiện sử dụng công nghệ truyền dẫn kiểu "l−u trữ và truyền tiếp" đ−ợc gọi là nhắn tin. Kỹ thuật này khác biệt với các kỹ thuật truyền thông thời gian thực, nh− điện thoại hình và hội nghị từ xa, là các dạng thông tin trực tiếp. Thông tin đa ph−ơng tiện tích hợp nhiều thông tin truyền thông đại chúng bao gồm văn bản, video, hình ảnh và thoại trong một đơn vị
GPRS: Dịch vụ vô tuyến gói chung HTTP: Giao thức truyền siêu văn bản IP: Giao thức liên mạng (Internet) TCP: Giao thức điều khiển truyền TLS : An ninh lớp truyền tải
WAE: Môi tr−ờng ứng dụng vô tuyến
WAP: Giao thức ứng dụng vô tuyến
XHTML: Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản mở rộng
Mạng vô tuyến ( ví dụ GPRS/3G)
TCP vô tuyến TCP vô tuyến
Gateway WAP Máy chủ Máy khách
theo một khuôn dạng cụ thể. Khuôn dạng MINE là một kiểu khuôn dạng tin nhắn điển hình.
4.4.2 Các xu h−ớng tiêu chuẩn hóa
Tiêu chuẩn hóa dịch vụ tin nhắn đa ph−ơng tiện (MMS) trên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo đ−ợc đ−a ra bởi 3GPP và WAP Forum. Phần này sẽ trình bày tổng quan về các xu h−ớng của 3GPP.Năm 1999, 3GPP đã qui định các yêu cầu cơ bản của dịch vụ MMS.
4.4.3 Mô hình nguyên lý
Mô hình nguyên lý của cấu trúc MMS đ−ợc mô phỏng ở hình 4.19. Toàn bộ các phần tử chức năng đ−ợc yêu cầu để cung cấp cho dịch vụ MMS đ−ợc coi nh− môi tr−ờng MMS (MSSE). Các phần tử chính của MMSE bao gồm MMS server để l−u trữ và xử lý tin nhắn đa ph−ơng tiện, MMS relay để chuyển tiếp các bản tin giữa hệ thống tin nhắn và cơ sở dữ liệu ng−ời sử dụng MMS để giữ lại thông tin liên quan đến ng−ời sử dụng cũng nh− lý lịch và vị trí hiện tại của họ. Một ứng dụng c− trú trên điện thoại di động hoặc một thiết bị đ−ợc kết nối với điện thoại di động để cung cấp cho ng−ời sử dụng các khả năng nh− gửi, nhận, xóa các tin nhắn đa ph−ơng tiện, đ−ợc gọi là MMS user agent.
MMSE: Nhóm phần tử chức năng cung cấp dịch vụ MMS MMS Server: Xử lý và l−u trữ tin nhắn đa ph−ơng tiện
MMS Relay: Chuyển tiếp tin nhắn giữa các hệ thống nhắn tin
MMS User Database: Cơ sở dữ liệu thông tin liên quan đến ng−ời sử dụng MMS User Agent: Phần ứng dụng MMS trên điện thoại di động
Hình 4.19 Mô hình nguyên lý của cấu trúc MMS
Hộp th− Máy khách th− điện tử hữu tuyến Mạng di động A (3G) Mạng di động B Mạng di động A (2G) Cơ sở dữ liệu thuê bao L−u bản tin Mạng IP/Internet Phần ứng dụng MMS chuyển giao
4.4.4 Mô hình triển khai
3GPP MMS chỉ ra hai mô hình triển khaị Một dựa trên công nghệ IP, một dựa trên công nghệ WAP.
Mô hình triển khai dựa trên IP
Mô hình triển khai IP dựa trên các giao thức tiêu chuẩn IP đ−ợc quy định bởi IETF. Mô hình này yêu cầu lắp đặt Gateway IP để thực hiện chuyển đổi giữa giao thức không dây và giao thức mạng cố định nh− chỉ ra trong hình 4.20. Các giao thức truyền th− đơn giản (SMTP), POP3, IMAP4 và HTTP đ−ợc sử dụng nh− giao thức chuyển đổi giữa MMS User Agent và MMS Relay, phục thuộc vào dịch vụ.
Mô hình triển khai dựa trên WAP
Giao thức chuyển đổi bản tin trong mô hình triển khai WAP trong hình 4.21 dựa trên các tiêu chuẩn đ−ợc quy định bởi WAP Forum và IETF. Giao thức phiên vô tuyến (WSP) đ−ợc sử dụng nh− một giao thức chuyển đổi giữa MMS User Agent và WAP gatewaỵ HTTP là giao thức đ−ợc sử dụng giữa WAP gateway và MMS relaỵ
Hình 4.20 Mô hình triển khai dựa trên IP
Các bản tin
Gatway dựa
trên IP Chuyển tiếp MMS
Máy chủ MMS Máy chủ th− điện tử Máy chủ MMS Gateway dựa
trên IP Chuyển tiếp MMS Thiết bị đầu cuối Intranet Khung ứng dụng bản tin Giao thức truyền MM TCP IP Kiểu ứng dụng MMS IP ( vô tuyến) TCP ( tối −u) Giao thức truyền Thông tin MMS Các ứng dụng MMS MMS UI Phần ứng dụng MMS trên thuê bao
Tải giao thức bản tin A
Giao thức truyền MM IP (vô tuyến) TCP ( tối −u)
Hình 4.21 Mô hình triển khai dựa trên WAP
4.4.5 Kỹ thuật phát tin quảng bá
Cốt lõi của công nghệ MMS bao gồm khả năng t−ơng thích và phát tin quảng bá. Phần này giải thích tóm tắt sự phát tin quảng bá. Phát tin quảng bá là khả năng thông báo cho User Agent thông tin từ MMSE mà không theo một yêu cầu nào từ User Agent. Sự phát tin quảng bá trong MMS bao gồm việc thông báo và phân phối bản tin đa ph−ơng tiện. Việc thông báo là để báo cho ng−ời sử dụng biết đã đến đích khi bản tin đến MMS server. Việc phân phối bản tin đa ph−ơng tiện là chức năng phân phối bản tin tự động tới user agent theo cài đặt của ng−ời sử dụng. MMS phiên bản 1999 quy định giao thức WAP Push là một giao thức cho sự phát tin quảng bá.
Máy chủ MMS Chuyển tiếp MMS Gateway dựa trên WAP Thiết bị đầu cuối Máy chủ MMS Khung ứng dụng bản tin
Tải giao thức bản tin A
Phần ứng dụng MMS trên thuê bao Các dịch vụ vô tuyến Các lớp chuyển tiếp Giao thức truyền tải Thông tin MMS Các ứng dụng MMS Gateway
WAP Chuyển tiếp MMS Các dịch vụ vô tuyến Các lớp chuyển tiếp Giao thức truyền MM Các bản tin Kiểu ứng dụng MMS Giao thức truyền MM
Ch−ơng 5
Viễn cảnh công nghệ của các hệ thống thông tin di động W-CDMA
5.1. Tổng quan
Như đó thảo luận trong cỏc chương trước, Hệ thống Viễn thụng di động quốc tế 2000 (IMT-2000) đang hoạt động và phỏt triển sau những nghiờn cứu về hệ thống thụng tin di động tương lai từ năm 1985. IMT-2000 dự kiến sẽ phỏt triển hơn nữa, trở thành một hệ thống đa dạng và tiờn tiến nhằm đỏp ứng nhu cầu và tính cấp thiết ngày càng tăng. Những cố gắng để hệ thống IMT-2000 trở nờn hoàn thiện hơn đang được ITU và nhiều tổ chức khỏc tiếp tục thực hiện. Một tổ chức trực thuộc Bộ phận chuẩn hoỏ viễn thụng trong liờn minh viễn thụng quốc tế (ITU–T), cú tờn là IMT-SSG (Nhúm
nghiờn cứu đặc biệt) đó bắt đầu nghiờn cứu về những viễn cảnh của IMT-2000. Trong ITU-R, Nhúm nghiờn cứu (WP) 8F đang tiến hành những nghiờn cứu phỏt triển và
hoàn thiện IMT-2000 sau khi Nhúm nhiệm vụ (TG) 8/1 hoàn thành nhiệm vụ của mỡnh.
Dự ỏn Đối tỏc Thế hệ 3 (3GPP) đang thực hiện nghiờn cứu phiên bản 4/5 với mục tiờu
đạt được sự hội tụ với những công nghệ của giao thức Internet (IP) và cung cấp cỏc
dịch vụđa phương tiện IP, các kết quả nghiên cứu đã đ−ợc áp dụng để xõy dựng phiên bản Release99- phiờn bản đầu tiờn của Đặc tả IMT-2000.
Đặc biệt, cỏc cụng nghệ hướng tới thụng tin gúi nhanh hơn và cú chất lượng cao hơn với thụng tin IP sẽ thu hỳt sự quan tõm trong nhiều lĩnh vực. Một số cụng nghệ
nh− vậyđó được đưa vào ứng dụng với cỏc thụng số tiờu chuẩn đó được thụng qua trên
các băng tần đã phõn bổ, như cơ chế truyền dẫn song cụng phõn chia theo thời gian (TĐ) phự hợp cho lưu lượng khụng đối xứng. Mặt khỏc, cỏc tổ chức cũng nỗ lực nõng cao cỏc đặc tớnh và chất lượng của IMT-2000, bao gồm cỏc cụng nghệ truyền dẫn vụ tuyến dành cho truyền dẫn gúi tốc độ cao, cỏc cụng nghệ mạng định hướng IP, cỏc cụng nghệ xử lý tớn hiệu liờn quan đến CODEC õm thanh/ thoại cú độ phõn giải cao và truyền dẫn gúị
Chương này sẽ xem xột một số cụng nghệ tương lai hiện đang được nghiờn cứu nhằm giỳp cho IMT-2000 phỏt triển hơn nữạ
5.2. Viễn cảnh về các công nghệ vô tuyến
5.2.1 Ph−ơng thức TĐ
IMT-2000 CDMA TĐ đó được ITU chấp nhận là một trong những cụng nghệ
truyền dẫn vụ tuyến cho IMT-2000, cùng với phương thức đa truy nhập phõn chia theo
mó băng rộng (W-CDMA) song cụng phõn chia theo tần số (FĐ). Sự chuẩn hoỏ
phương thức này đang được thực hiện trong 3GPP song song với W-CDMA. Ph−ơng
thức TĐ dự kiến sẽ phỏt triển sau khi W-CDMA ra đời, đặc biệt ở Chõu Âu, nơi
băng tần dành cho TĐ đó được phõn bổ cho cỏc nhà khai thác viễn thông.
Hỡnh 5.1 so sỏnh nguyờn lý của CDMA TĐ với FĐ. Trong khi FĐ phõn
chia cỏc kờnh hướng lờn (đ−ờng lên) và hướng xuống (đ−ờng xuống) theo tần số thì
TĐ phõn chia mỗi khung (10 miligiõy) thành 15 khe trờn trục thời gian và phõn bổ
mỗi kờnh hướng lờn và hướng xuống theo mỗi khe thời gian. FĐ và TĐ giống nhau
ở chỗ cỏc kờnh được mó hoá bằng cỏc mó trải phổ. Do đú, TĐ cú cỏc đặc tớnh sau: 1. FĐ cần một cặp băng tần cho hướng lờn và hướng xuống. Ngược lại,
TĐ cú thểđược sử dụng với các băng tần khụng theo cặp, cú nghĩa là điều kiện cho việc sử dụng cỏc băng tần sẽ linh hoạt hơn.
2. Do cỏc khe thời gian cú thể được phõn bổ tự do cho hướng lờn và hướng
xuống nờn hiệu quả truyền cú thể được đảm bảo khi lượng thụng tin ở hướng lờn khụng cõn bằng với lượng thụng tin ở hướng xuống.
3. FĐ cú thể hoạt động với cỏc trạm gốc khụng đồng bộ. TĐ đũi hỏi sự
đồng bộgiữa các trạm gốc để trỏnh nhiễụ
4. FĐ cú thể nộn cụng suất phỏt ở mức thấp do việc phỏt liờn tục. Ng−ợc lại,
TĐ cú cụng suất phỏt đỉnh cao do phỏt theo cụm tin ( phát tức thời). Thời gian trễ truyền dẫn cũng khụng được vượt quỏ khoảng thời gian bảo vệ giữa cỏc khe, điều này khiến cho việc phủ súng cho cả một vựng rộng gặp nhiều khú khăn.
5. Cỏc đặc tả tiờu chuẩn của CDMA TĐ và W-CDMA (FĐ) của 3GPP cú
1 cũng được thiết kế với mức độ giống nhất cú thể, vớ dụ: cựng tốc độ chip, cấu trỳc khung, v.v…)
Hình 5.1 Nguyên lý của CDMA FĐ và TĐ
Nhờ những đặc tớnh này, TĐ phự hợp với hệ thống hỗ trợ thụng tin dữ liệu trong một khu vực hẹp hơn là với một hệ thống thụng tin tế bào cú phạm vi bao phủ
một quốc giạ Do cú nhiều điểm chung với W-CDMA, TĐ cú thể được sử dụng
trong một hệ thống kép cựng với W-CDMA cú cấu hỡnh hệ thống bổ sung cho W-
CDMẠ
Hình 5.2 Ví dụ về cấu trúc khung của IMT-2000 CDMA TĐ
Hỡnh 5.2 mụ tả vớ dụ về cấu trỳc khung CDMA TĐ theo 3GPP. Mỗi khung
được chia thành 15 khe thời gian và một tớn hiệu giữa kheđược chốn vào giữa mỗi khe Đ−ờng xuống Thời gian
Thời gian Đ−ờng xuống Đ−ờng xuống Đ−ờng lên Đ−ờng xuống Đ−ờng lên Mã Mã Tần số Tần số
Khoảng bảo vệ (96 chip) Tín hiệu giữa khe (512 chip)
1 Khe
đểđồng bộ và giải điều chế. Cú ớt nhất 1 khe được gỏn với một kờnh hướng xuống bao
gồm Kờnh đồng bộ (SCH) và Kờnh điều khiển chung (CCCH). Cỏc khe khỏc cú thể
được gỏn cho hướng lờn hoặc hướng xuống.
Bảng 5.1 mụ tả cỏc thụng số cơ bản của CDMA TĐ theo 3GPP. Hướng lờn sử dụng cỏc hệ số trải phổ khỏc nhau để nộn hệ số đỉnh của cỏc tớn hiệu phỏt, trong khi hướng xuống sử dụng truyền dẫn đa mó vỡ nú cho phộp đơn giản hoỏ quỏ trỡnh nhận. Để đạt được tốc độ dữ liệu khoảng 8 kbit/giõy với 1 khe và một mó, SF khụng được
lớn hơn 16. Tốc độ chip, cấu trỳc khung, ph−ơng pháp hiệu chỉnh lỗi hướng đi (FEC),
mó hoỏ thoại, v.v… giống với W-CDMẠ
Bảng 5.1 Cỏc thụng số cơ bản của IMT-2000 CDMA TĐ
Thông số Đặc tính
Tốc độ chip 3,84 Mc/s
Khe thời gian 15 khe/ khung
Hệ số trải phổ
Hướng lờn: (1), 2, 4, 8,16 Hướng xuống: (1), 16
Độ dài tín hiệu giữa khe 512, 256 chip
Sửa lỗi hướng đi Kết hợp cỏc mó turbo và mó xoắn
Bộ mó hoỏ/giải mó thoại AMR
* Chỳ thớch: AMR= đa tốc độ thớch ứng
CDMA TĐ cú thể sử dụng cỏc cụng nghệ truyền dẫn vụ tuyến độc nhất bằng cỏch khai thỏc SF nhỏ và sử dụng cựng tần số cho hướng lờn và hướng xuống. Dưới
đõy là cỏc cụng nghệ chớnh của CDMA TĐ.
5.2.1.1 Các kỹ thuật chống nhiễu
Trong CDMA TĐ việc thực hiện cỏc kỹ thuật chống nhiễu trờn điện thoại di động tương đối dễ dàng do SF nhỏ. Trong khi 3GPP thiết lập một cấu trỳc khe sử dụng việc tỏch dũ điểm ghộp (joint detection) để chống nhiễu, ngoài ra, thiết bị khử đa hướng (multi-path canceller) cũng được coi là một hứa hẹn để chống nhiễu hướng xuống.
5.2.1.2 Điều khiển công suất phát theo vòng mở (TPC)
Trong FĐ, quá trình TPC theo vũng kínthực hiện điều khiển cụng suất phỏt của
cỏc trạm di động (MS) dựa trên các lệnh từ trạm gốc là rất quan trọng đối với các MS, vỡ cỏc đ−ờng truyền giữa hướng lờn và hướng xuống là khỏc nhau do chúng sử dụng
cỏc tần số khỏc nhaụ Trong TĐ, điện thoại di động cú thể sử dụng TPC theo vũng mở, trong đó việc quyết định cụng suất phát hướng lờn dựa trờn cụng suất thu hướng
xuống, do TĐ sử dụng chung một tần số ở cả hai hướng truyền, dẫn đến suy hao
truyền lan sóng ở trên hai h−ớng truyền là giống nhau. TPC vũng mở cú thểđiều khiển
mức thu của cỏc tớn hiệu hướng lờn nhưng khụng thểước tớnh chất lượng tớn hiệu theo SIR, tỷ lệ lỗi bit (BER) v.v… Do đó, TĐ cũng phụ thuộc vào các kỹ thuật thu, cỏc cơ
chế nhưđiều khiển vũng ngoài v.v… giống như trong trường hợp FĐ.
5.2.2 Truy nhập gói đ−ờng xuống tốc độ cao (HSPDA)
HSDPA đang được nghiờn cứu như một ph−ơng thức truyền dẫn gúi nhanh hơn cho IMT-2000 nhằm cung cấp tốc độđỉnh đ−ờng xuống nhanh hơn, trễ truyền dẫn nhỏ hơn và thụng lượng cao hơn. Dưới đõy là cỏc đặc điểm kỹ thuật chớnh của HSPDẠ
5.2.2.1 Cấu trúc kênh
Về cơ bản, một kờnh vật lý được sử dụng chung bởi nhiều điện thoại di dộng bằng cỏch phõn chia theo thời gian, như trong trường hợp kờnh vật lý chung đ−ờng xuống (PDSCH). Hàng loạt thuật toỏn cú thể được xột khi quyết định thuê bao di động mà thụng tin cần truyền tới tại một thời điểm nhất định: đó cú thể là thuê bao di động yờu cầu tốc độ truyền dẫn cao nhất dựa trờn ph−ơng pháp mó hoỏ và điều chế tương thớch
(AMC) được mụ tả trong phần sau hoặc cú thể là bất cứ thuê bao nào được quyết định
khi xột bình đẳng giữa cỏc thuê bao.
5.2.2.2 M∙ hoá và điều chế t−ơng thích (AMC)
AMC là một ph−ơng thức truyền dẫn làm thay đổi ph−ơng thức điều chế và tốc độ FEC một cỏch nhanh chúng và tương thớch theo sự biến đổi của mụi trường truyền
lan sóng. Trong mụi trường truyền lan sóng thuận tiện, một ph−ơng thức điều chế
nhanh hơn được ỏp dụng và tốc độ FEC được tăng lờn để làm tăng tốc độ truyền. Đặc biệt, điện thoại di động (hoặc BS) sẽ đo trạng thỏi đ−ờng truyền xuống của mỗi MS
theo định kỳ. Trờn cơ sở kết quảđo đ−ợc, BS sẽ xỏc định điện thoại di động mà thụng tin nờn được truyền tới và tốc độ truyền tối ưu ở mỗi khoảng thời gian xen kẽ. Để hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn, cỏc cơ chế điều chế đang được nghiờn cứu khụng chỉ
bao gồm điều chế pha 4 trạng thái (QPSK) nh− hiện nay mà cũn cú điều chế pha 8
trạng thái (8PSK), điều biên trực giao16 mức ( 16QAM) và cả 64QAM. Tốc độ mó hoỏ
đangđược xem xột giữa ẳ và ắ. Hỡnh 5.3 minh hoạ vớ dụ về hoạt động của AMC, cho
thấy AMC được sử dụng như thế nào khi tintức được truyền tới hai điện thoại di động
cựng lỳc.
Trong trường hợp điều khiển công suất phát (TPC) nhanh, tốc độ truyền dẫn cần phải được kiểm soỏt thường xuyờn để thích ứng với những thay đổi trong mụi trường truyền lan. Việc kiểm soỏt tốc độ truyền dẫn theo những khoảng thời gian định kỳ
đang được nghiên cứu vỡ độ chớnh xỏc của phép đo mụi trường truyền lan do điện thoại di động hoặc BS thực hiện cú ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của cơ chế truyền dẫn.