2.3.2. Xu hướng chuyển đổi từ mạng CDMA lên mạng NGN-Mobile [9, 10]
Mạng CDMA (Code Division Multiple Access) và mạng GSM tồn tại song song, góp phần vào sự tăng trưởng bùng nổ trên thị trường không dây trong thập kỷ qua. Hiện tại cả hai mạng GSM và CDMA đang trong quá trình chuyển giao sang các hệ thống thế hệ 3G trên toàn cầu, cho phép nhiều dung lượng và các dịch vụ dữ liệu hơn.
Trong khi ngành công nghiệp truyền thông di động bắt đầu với sự chuyển tiếp từ công nghệ Analog thế hệ thứ nhất đến kiến trúc số thế hệ thứ hai, thì tại châu Âu, kiến trúc GSM đã trở thành phổ thông, trong khi tại nước Mỹ, một phần châu Á và một số nơi khác, công nghệ CDMA đã chiếm thị phần lớn trên thị trường. Do sử dụng băng rộng, các tín hiệu dạng nhiễu thường rất khó phát hiện. Ngoài ra, các tín hiệu thường khó khăn hơn khi gây nhiễu so với các tín hiệu băng hẹp. Cả hai công nghệ mạng GSM và CDMA ngày càng được cải tiến về băng thông, thêm các tính năng và độ tin cậy với giá thành thấp.
Chuẩn CDMA IS-95 của TIA/EIA (công bố vào tháng 7/1993) thiết lập những nguyên tắc nền tảng cho hệ thống truyền thông không dây số đầu cuối. Kiến
trúc hệ thống mạng thương mại dựa trên chuẩn này được biết với tên CdmaOne. IS-95 của TIA/EIA và phiên bản có sửa đổi tiếp theo IS-95A (công bố vào tháng
3/1995) tạo ra cơ sở cho phần lớn các mạng trên nền tảng CDMA 2G được triển khai trên toàn thế giới.
Từ quan điểm các dịch vụ thoại, công nghệ CdmaOne cung cấp những tính năng quan trọng cho các nhà điều hành mạng di động như: Sự quy hoạch mạng được đơn giản hoá, với cùng tần số được sử dụng trong mỗi vùng của mỗi ô phủ sóng (cell).
Cơ sở hạ tầng CDMA 2G lúc đầu đã chứng tỏ tính hiệu quả trong việc chuyển giao với chất lượng cao, lưu lượng thoại mất mát thấp. Tuy vậy, CDMA 2G cũng không tồn tại được lâu do người dùng di động bắt đầu có những nhu cầu về các dịch vụ dữ liệu cơ bản như các dịch vụ Internet và Intranet, các ứng dụng đa phương tiện hay các giao dịch thương mại tốc độ cao được bổ sung thêm vào các dich vụ thoại đơn thuần trên các máy điện thoại. Chuẩn IS-95A của TIA/EIA đã đáp ứng đòi hỏi này với việc định ra các kênh CDMA 1.25 MHz băng rộng, điều khiển nguồn, xử lý cuộc gọi. IS-95A TIA/EIA đã đem đến các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh phù hợp cho các thuê bao CDMA. Tuy nhiên, các dịch vụ này bị giới hạn với tốc độ tối đa là 14.4 Kbit/s cho mỗi người dùng.
Giai đoạn thứ hai của phiên bản sửa đổi cho đặc tả gốc đã cho ra đời chuẩn IS-95B TIA/EIA. Chuẩn này đã cung cấp cho các thuê bao các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói với các tốc độ lên đến 64 Kbit/s cho mỗi thuê bao ngoài các dịch vụ thoại hiện có. Với tốc độ dữ liệu tăng lên, các mạng tương thích IS-95B TIA/EIA được xem như công nghệ CDMA 2.5G.
Sự chuyển tiếp sang thế hệ mạng 3G hiện vẫn đang được thực thi với một số lượng lớn các chuẩn mới được đề nghị. Một số được thiết kế dựa trên cơ sở hạ tầng GSM và số khác ra đời trực tiếp từ công nghệ CDMA. Cuối cùng tổ chức ITU cũng định ra một chuẩn IMT-2000 bao gồm 5 giao diện vô tuyến khác nhau trong đó có CDMA2000.
ITU định nghĩa một mạng 3G là một mạng truyền thông trong đó dung lượng hệ thống và hiệu suất phổđược cải tiến so với các hệ thống 2G. 3G hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu với các tốc độ truyền tối thiểu là 144 Kbit/s trong môi trường di động và 2 Mbit/s trong môi trường cố định. Kiến trúc CDMA2000 phải đối mặt với các mục tiêu trên và bao gồm cả một số bổ sung mà một nhà khai thác có thể lựa chọn để
CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95.
Công nghệ CDMA 2000 1x EV-DO đã được ứng dụng tại nhiều nước phát triển như Hoa Kỳ, Canada, Úc, Nhật Bản, Hàn Quốc, …và những tiện ích của công nghệ này đã được triển khai trong đời sống hàng ngày của người dân như các dịch vụ: xem ti vi trực tiếp trên điện thoại di động, rút tiền từ máy ATM, thanh toán tiền mua hàng hóa dịch vụ, định vị GPS, mua hàng từ máy bán hàng tự động, kết nối Internet….
CDMA2000 có đến ba phiên bản: CDMA2000 1X, CDMA2000 1xEV-DO và CDMA2000 1xEV-DV. CDMA2000 1X dành cho thoại và dữ liệu, hoạt động trên kênh CDMA 1,25MHz chuẩn, cho phép truyền dữ liệu đạt 307Kbps. CDMA2000 1xEV-DO là phiên bản cao hơn, tối ưu cho những dịch vụ dữ liệu dung lượng lớn và tốc độ cao dựa trên công nghệ CDMA High Data Rate (tốc độ tối đa vượt 2Mbps). CDMA2000 1xEV-DV thì đạt tốc độ truyền dữ liệu vượt 10Mbps.
CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức hoàn toàn độc lập và riêng rẽ với 3GPP. CDMA2000 là công nghệ nâng cấp từ CDMA, cho phép truyền tải dữ liệu trên mạng di động.
Con đường là cdmaOne -> cdma2000 1X -> cdma2000 3X. hoặc cdma2000 RTT1X -> cdma2000RTT3X. Việc chuyển đổi cho phép tận dụng hầu như toàn bộ các thiết bị sẵn có của mạng mà không cần phải nâng cấp, lắp đặt thêm nhiều khối chức năng nhưđối với các hệ thống GSM.
Cdma2000 được cấu trúc theo cách để cho phép nhiều mức dịch vụ 3G trên kênh IS-95 1,25MHz truyền thống. Các dịch vụ này là cdma2000 1xRTT (một thời được gọi là công nghệ truyền dẫn vô tuyến kích thước kênh IS-95). Với công suất 3G tối đa, cdma2000 sử dụng một kênh 3,75 MHz, lớn gấp 3 lần kênh truyền thống, gọi là 3xRTT.
Hệ thống 1xRTT sử dụng một sơđồđiều chế hiệu quả hơn để tăng gấp đôi số lượng thuê bao thoại và tạo ra các kênh dữ liệu lên tới 144kbit/s. Tốc độ này đã cho phép một số nhà cung cấp dịch vụ cho rằng mình đang thực hiện 3G. Trong thực tế,
tốc độ người dùng sẽở trong khoảng 50-60kbit/s. Dữ liệu theo sơđồ 1xRTT sẽđược chuyển mạch gói đểđảm bảo sử dụng kênh hiệu quả.
Tốc độ lên tới 2,4Mbit/s có thể đạt được bằng cách triển khai 1xEV-DO tức là dịch vụ chỉ có dữ liệu - không có thoại trên kênh này. Khi 1xEV-DV được triển khai thì ta sẽ có kênh đa phương tiện thực sự.
Xa hơn 1xEV-DV, 3xRTT là một kênh 3,75MHz trên phổ 5MHz - 1,25 MHz còn lại được dùng cho dải tần bảo vệ trên và dưới.
CDMA2000 1X tăng gấp đôi dung lượng thoại so với các mạng CdmaOne, phân bổ các tốc độ dữ liệu tối đa là 307 Kbit/s cho mỗi thuê bao trong môi trường di động. PSTN PSTN /PLMN /PLMN BTS BTS BSC BSC BTS BTS BTS BTS BTS BTS BSC BSC IWF IWF AAA AAA Internet Internet HA HA DCN DCN PDSN(FA) PDSN(FA) SMSC SMSC HLRHLR MSC/VLR MSC/VLR VMS VMS Radio Access Network
Radio Access Network
Voice Core Network
Voice Core Network
WIN/LBS WIN/LBS MS MS MS MS PSTN PSTN /PLMN /PLMN PSTN PSTN /PLMN /PLMN BTS BTS BSC BSC BTS BTS BTS BTS BTS BTS BSC BSC IWF IWF AAA AAA Internet Internet HA HA DCN DCN PDSN(FA) PDSN(FA) SMSC SMSC HLRHLR MSC/VLR MSC/VLR VMS VMS Radio Access Network
Radio Access Network
Voice Core Network
Voice Core Network
WIN/LBS WIN/LBS MS MS MS MS Hình 2.9: Hệ thống CDMA2000 1X
Các thành phần trong hệ thống CDMA2000 1X bao gồm:
Trạm di động (MS - Mobile Station): Trong một mạng CDMA2000 1X, trạm di động MS - chính là máy thu phát của thuê bao hay thiết bị di động mạng CDMA - hoạt động như một client IP di động .
nguyên vô tuyến bao gồm “active” (hoạt động), “stand-by” (dự phòng), “dormant” (không hoạt động).
Nhờ vào việc cấp nguồn điện, trạm di động tựđộng đăng ký với HLR (Home Location Register) để xác thực thiết bị di động đang trong môi trường của mạng đang truy nhập. Cung cấp cho HLR vị trí hiện tại của thiết bị di động. Cung cấp cho MSC-S (Serving Mobile Switching Centre) để quản l ý các thiết bị di động.
Sau khi đăng ký thành công với HLR, thiết bị di động sẵn sàng thực hiện các cuộc gọi dữ liệu và thoại. Những cuộc gọi này có thể ở hai dạng CSD (circuit- switched data - dữ liệu chuyển mạch kênh) hoặc PSD (packet-switched data - dữ liệu chuyển mạch gói), phụ thuộc vào sự tương thích của bản thân thiết bị di động (hoặc không tương thích) với chuẩn IS-2000.
Các trạm di động MS phải tuân theo các chuẩn IS-2000 để bắt đầu một phiên dữ liệu dạng gói tin khi sử dụng mạng 1xRTT1.
Dữ liệu chuyển mạch kênh có một tốc độ tối đa là 19.2 Kbit/s và được thực hiện qua các kênh TDM truyền thống.
Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói có một tốc độ dữ liệu tối đa là 144 Kb/s. Đối với mỗi phiên dữ liệu, một phiên PPP (Point-to-Point Protocol) được tạo ra giữa trạm di động và PDSN (Packet Data Serving Node). Việc chỉ định địa chỉ IP cho mỗi thiết bị di động có thểđược cung cấp bởi PDSN hoặc một máy phục vụ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) qua một HA (Home Agent).
RAN (Radio Access Network): là điểm vào của thuê bao di động cho truyền thông dữ liệu hay thoại.
RAN phồi hợp với PDSN để xác nhận tính hợp lệ trạm di động cho dịch vụ truy nhập và duy trì các liên kết truyền đã thiết lập.
BTS (Base Station Transceiver Subsystem): có chức năng giao diện giữa mạng và thiết bị di động. Các tài nguyên RF như sự ấn định tần số, phân chia khu vực và điều khiển nguồn truyền được quản lý bởi BTS. Ngoài ra, BTS còn quản lý lưu lượng về từ vị trí ô phủ sóng đến BSC (Base Station Controller) để giảm thiểu bất cứ thời gian trễ nào giữa hai thành phần này.
BSC (Base Station Controller): định tuyến các thông điệp thoại và dữ liệu chuyển mạch kênh giữa các vị trí ô phủ sóng và MSC. BSC có vai trò quản lý tính di động là điều khiển và chi phối các thiết bị di động từ một vị trí ô phủ sóng tới một vị trí ô phủ sóng khác nếu thấy cần thiết. BSC kết nối với mỗi MTX có sử dụng các đường T1 phân kênh cho thoại và dữ liệu chuyển mạch kênh và với các đường T1 không phân kênh cho báo hiệu và điều khiển các thông báo đến PDSN có sử dụng giao thức Ethernet 10BaseT.
PCF (Packet Control Function): định tuyến dữ liệu gói IP giữa trạm di động trong phạm vi các vị trí ô phủ sóng (cell) và PDSN (Packet Data Serving Node). Trong thời gian các phiên dữ liệu dạng gói tin, PCF sẽ phân bổ các kênh phụ sẵn có nếu thấy cần để tuân theo các dịch vụđược yêu cầu từ thiết bị di động và trả trước từ các thuê bao. PCF duy trì một trạng thái kết nối giữa RN và trạm di động để đảm bảo một liên kết bền vững cho các gói tin, làm vùng đệm cho gói tin đến từ PDSN trong khi các tài nguyên vô tuyến không có hay không đủđể hỗ trợ lưu lượng từ PDSN và chuyển tiếp các gói tin giữa MS và PDSN.
Năm 2000, CDMA2000 là công nghệ 3G đầu tiên được chính thức triển khai. CDMA2000 gồm 3 phiên bản:
+ CDMA 1xRTT: 1xRTT là phiên bản đầu tiên của CDMA2000, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ 307 Kbps (tải xuống) và 153 Kbps (tải lên). CDMA2000 1xRTT cũng mang lại chất lượng thoại tốt hơn trên một kênh CMDA 1,25MHz đơn lẻ.
Tăng gấp đôi dung lượng thoại so với các mạng CdmaOne, phân bổ các tốc độ dữ liệu tối đa là 307 Kbit/s cho mỗi thuê bao trong môi trường di động.
+ CDMA 1xEV (1X Evolution): Công nghệ 1xEV cung cấp tốc độ tải xuống và tải lên lớn hơn theo hai gian đoạn triển khai. Tương thích ngược với các công nghệ CDMA2000 1X và CdmaOne
Giai đoạn một: CDMA2000 1xEV-DO - là phiên bản cao hơn, tối ưu cho những dịch vụ dữ liệu dung lượng lớn và tốc độ cao dựa trên công nghệ CDMA High Data Rate (tốc độ lên tới 2.4 Mbit/s).
CDMA2000 1xEV-DO (Data Only - chỉ dữ liệu) có khả năng phân bổ các dịch vụ dữ liệu đa phương tiện như truyền MP3, hội nghị truyền hình với tốc độ dữ liệu tối đa là 2.4 Mbit/s cho mỗi thuê bao trong môi trường di động.
Công nghệ EV-DO hoặc 1xEV-DO, hoặc DO, được viết tắt từ 1xEVolution- Data Optimized (1x Phát triển - Tối ưu hóa Dữ liệu), vốn ban đầu được đặt tên là Evolution-Data Only, là một tiêu chuẩn truyền dữ liệu băng rộng vô tuyến cho các thiết bị không dây được nhiều nhà cung cấp dịch vụ CDMA của Nhật, Hàn Quốc, Brazil, Israel, Mỹ, úc, Canada, New Zealand, Venezuela, và Mexico thực hiện. Công nghệ này được tiêu chuẩn hóa bởi thỏa thuận 3GPP2 thành một phần của bộ các tiêu chuẩn CDMA2000.
Thiết kế đầu tiên về công nghệ 1xEV-DO được Qualcomm phát triển vào năm 1999 để đáp ứng các yêu cầu của IMT-2000 (bộ tiêu chuẩn toàn cầu về các giao tiếp không dây thế hệ thứ 3 - 3G) về tốc độ tải xuống dữ liệu của các thiết bị di động hơn 2Mbits/s. Đầu tiên, tiêu chuẩn này được gọi là HDR (High Data Rate), tuy nhiên khi đưa ra Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) để phê chuẩn, nó được đặt tên lại là 1xEV-DO, và được đặt mã tiêu chuẩn là IS-856.
So sánh với mạng 1x (1xRTT hay CDMA2000 1x) vốn đang dùng hiện nay, hoặc các mạng GPRS và EDGE của mạng GSM, 1xEV-DO thật sự nhanh hơn nhiều, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu trong không gian lên đến 2,4576 Mb/s với Phiên bản Rev. 0, và lên đến 3,1 Mb/s với phiên bản Rev.A. Để sử dụng được tốc độ này thì máy đầu cuối phải được trang bị các chip 1xEV-DO tương ứng.
Khi triển khai với mạng di động thoại hiện có, 1xEV-DO yêu cầu một khoảng băng thông 1,25MHz riêng. Ví dụ S-Fone, băng tần 1x hiện nay là 222 có tần số trung tâm là 831,66 MHz (Rx), 876,66MHz (Tx), trong khi hệ thống EV-DO đang thử nghiệm có băng tần 304 với tần số là 834,12MHz (Rx), 879,12MHz (Tx). Phiên bản 1xEV-DO Rev. A, vốn được phát triển từ phiên bản đầu tiên 1xEV-DO Rev.0, đã được triển khai thực tế tại Nhật Bản và Hàn Quốc. Rev.A đưa ra cách thức thiết lập truyền dữ liệu gói tốc độ cao ở cả 2 chiều tải lên và tải xuống. So sánh cụ thể như sau:
Kênh tải xuống (downlink, forward link): - Rev. 0: 2,4576 Mbit/s
- Rev. A: 3,1 Mbit/s
Kênh tải lên (uplink, reverse link): - Rev. 0: 0,15 Mbit/s
- Rev. A: 1,8 Mbit/s
Đồng thời kỹ thuật giao tiếp vô tuyến của Rev. A cũng được nâng cao nhằm giảm độ trễ và nâng cao tốc độ. Nhờ vào đó hỗ trợ được các dịch vụ VoIP và điện thoại có hình (Video Telephony) trên cùng một kênh sóng mang trên nền công nghệ dữ liệu gói Internet truyền thống.
Vận hành đồng thời 2 chếđộ EV-DO và 1x: Khi một hệ thống 1x nâng cấp lên EV-DO thì các cuộc gọi thoại sẽ sử dụng kênh băng tần 1x cũ (các cuộc gọi dữ liệu 1x cũng vậy), còn các cuộc gọi dữ liệu EV-DO sẽ sử dụng kênh tần số mới. Một thiết bị 1xEV-DO có thể thiết lập trên máy mình chếđộ EVDO (only EVDO) hoặc đồng thời 2 chếđộ (dual mode) vừa thoại 1x và dữ liệu EVDO.
Khi đang thực hiện 1 cuộc gọi dữ liệu EV-DO, khi có 1 cuộc gọi gọi đến, trên kênh EV-DO sẽ gửi 1 bản tin đến điện thoại báo hiệu. Nếu người dùng nhận cuộc gọi, cuộc gọi dữ liệu sẽ chấm dứt và giao tiếp vô tuyến giữa điện thoại và BTS sẽ chuyển sang kênh thoại.
Công nghệ 1x chủ yếu sử dụng thuật toán CDM (Code-division multiplexing, chia kênh theo mã) trong khi EV-DO có sử dụng TDM (Time-division multiplexing, chia kênh theo khe thời gian) để phân biệt các thuê bao.
1xEV-DV là viết tắt của 1x Evolution-Data and Voice (1x Phát triển - Dữ liệu và thoại), vì cấu trúc kênh vô tuyến của nó tương thích với với tiêu chuẩn IS-95