4.2.1. Khái niệm về công nghệ WCDMA
Để phát triển lên công nghệ 3G, các nhà mạng sẽ phát triển nó trên cơ sở sẵn có của công nghệ GSM, hoặc từ CDMA. Sự phát triển lên 3G từ GSM được gọi là WCDMA do cơ quan 3GPP quản lý nên nó còn được gọi là 3GPP.
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình... WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz.
Hiện nay có hai mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G là UMTS và CMDA2000. UMTS đang được triển khai trên mạng GSM hiện có, còn CDMA2000 được nâng cấp trên mạng CDMA hiện nay. Tốc độ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối DSL. Trong khi đó, các công nghệ di động tương lai như 3,5G và 4G (HSDPA và WiMax) sẽ có khả năng kết nối bằng modem cáp, và tốc độ kết nối tương đương với mạng Gigabyte Ethernet.
W-CDMA sử dụng công nghệ DS-CDMA băng rộng và mạng lõi được phát triển từ GSM và GPRS. W- CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến là: ghép song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Divison Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico).
Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920MHz đến 1980MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110MHz đến
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
2170MHz. Mặc dù 5MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200kHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa, nhất là khi băng tần 5MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác.
Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900MHz đến 1920MHz và từ 2010MHz đến 2025 Mhz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần.
Giao diện không gian của W-CDMA hoàn toàn khác với GSM và GPRS, WCDMA sử dụng phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chíp là 3,84 Mchip/s. Trong W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử của mạng truy nhập vô tuyến ở GSM. Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho W-CDMA. Đối với các nhà sản xuất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho W-CDMA. Một số rất ít nhà sản xuất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và W-CDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản xuất phải thay thế BSC trong GSM bằng RNC (Radio Network Controller) mới cho W-CDMA.
W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình. Kiến trúc mạng lõi của phát hành 3 GPP 1999 được xây dựng trên cơ sở kiến trúc mạng lõi của GSM/GPRS. Tuy nhiên cần phải nâng cấp mạng lõi để có thể hỗ trợ được các giao diện mới của mạng truy nhập vô tuyến, tuy nhiên không cần thiết phải có một kiến trúc mạng hoàn toàn mới.
Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời W-CDMA và GSM.
W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.
W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.
- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD (Time Division Duplex - Ghép song công phân chia theo thời gian) phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau.
4.2.2. Các chuẩn di động thuộc 3G:
Mạng 3G bao gồm 3 chuẩn: W-CDMA, CDMA2000 và TDSCDMA. Chuẩn W-CDMA có hai chuẩn con thành phần: UMTS và FOMA.
* W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): là chuẩn liên lạc di động 3G song hành với cùng với chuẩn GSM.
W-CDMA được tập đoàn ETSI NTT DoCoMo (Nhật Bản) phát triển riêng cho mạng 3G FOMA. Sau đó, NTT Docomo đã trình đặc tả này lên Hiệp hội truyền thông quốc tế (ITU) và xin công nhận dưới danh nghĩa một thành viên của chuẩn 3G quốc tế có tên IMT-2000. ITU đã chấp nhận W-CDMA là thành viên của IMT- 2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao diện nền tảng cho UMTS.
- UMTS:
UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM. UMTS do tổ chức 3GPP quản lý. 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE.
UMTS đôi khi còn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh sự liên kết giữa 3G và chuẩn GSM. UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920 Kbps (chứ không phải là 2 Mbps như một số tài liệu thường công bố), mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384 Kbps. Tuy nhiên, tốc độ này vẫn còn nhanh chán so với chuẩn GSM (14,4Kbps) và HSCSD (14,4Kbps); và là lựa chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập Internet giá rẻ bằng thiết bị di động.
Trong tương lai không xa, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải xuống tới 10 Mbps.
- FOMA:
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
dịch vụ 3G thương mại đầu tiên của thế giới. Mặc dù cũng dựa vào nền tảng WCDMA nhưng FOMA lại không tương thích với UMTS.
* CDMA2000: Một trong những chuẩn 3G quan trọng là CDMA2000, thực chất là sự kế tục và phát triển từ chuẩn 2G CDMA IS-95. 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. Năm 2000, CDMA2000 là công nghệ 3G đầu tiên được chính thức triển khai.
CDMA2000 gồm 3 phiên bản:
- Phiên bản 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.
- Phiên bản 1xEV (1X Evolution)
Công nghệ 1xEV cung cấp tốc độ tải xuống và tải lên lớn hơn theo hai gian đoạn triển khai
+ Giai đoạn một: 1xEV-DO (Cách mạng về Dữ liệu) - tăng tốc độc tải xuống tối đa tới 2,4 Mbps.
+ Giai đoạn hai: 1xEV-DV (Cách mạng về Dữ liệu thoại) - tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một mạng cung cấp với tốc độ truyền tải tối đa 4,8 Mbps.
- Phiên bản 3X
CDMA2000 3x sử dụng 3 kênh CDMA 1,25MHz. Công nghệ này là một chuẩn của đặc tả CDMA2000, dành cho các nước cần băng thông 5MHz cho mục địch sử dụng mạng 3G. CDMA2000 3X còn có tên là 3XRTT, MC-3X và IMT- CDMA MultiCarrier 3X.
* TD-SCDMA: Một chuẩn 3G khác ít được biết đến là TD-SCDMA, do Công ty Datang (Trung Quốc) và Siemens phát triển. Dự kiến trong năm nay, chuẩn này sẽ được đưa vào hoạt động.
4.2.3. Các nhà cung cấp dịch vụ 3G trên thế giới
UMTS, CDMA2000 mang đến khả năng truyền tải dữ liệu ở mức 3G cho mạng CDMA. Cả UMTS và CDMA 2000 đã được triển khai tại Mỹ từ cách đây hơn 1 năm. Tốc độ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
DSL (tốc độ số Bắc Mỹ). Trong khi đó, các công nghệ di động tương lai như 3,5G và 4G (HSDPA và WiMax) sẽ có khả năng kết nối bằng modem cáp, và tốc độ kết nối tương đương với mạng Gigabyte Ethernet.
Dĩ nhiên để có thể "chu du" trên mạng 3G, chiếc điện thoại di động của bạn cũng phải hỗ trợ công nghệ này. Sau một thời gian khởi động lặng lẽ, các chủng loại ĐTDĐ hỗ trợ 3G cũng được tung ra với tần suất nhiều hơn, điển hình hiện nay trong số này là LG VX8000 và Motorola A845.
Người dùng máy tính xách tay cũng có thể sử dụng được mạng 3G, thay cho kết nối băng rộng mà không cần tới mạng Wi-Fi. Tất cả những gì bạn cần là một chiếc PC Card được nhà cung cấp dịch vụ hỗ trợ.
Bốn nhà cung cấp dịch vụ lớn dưới đây đang cho triển khai các dịch vụ khả dụng trên mạng 3G, tuy nhiên kế hoạch và thời điểm triển khai có khác nhau đôi chút. Bốn nhà cung cấp dịch vụ 3G bao gồm: Cingular/AT&T Wireless (Cingular sát nhập với AT&T Wireless), T-Mobile, Verzon và Sprint Nextel.
* Cingular/AT&T Wireless
Mạng hiện tại: GSM/GPRS/EDGE Mạng 3G dự kiến: UMTS/HSPDA
Kế hoạch 3G: Cingular/AT&T WirelessThe đã ký kết hợp tác với Ericsson và Lucent Technologies để triển khai dịch vụ UMTS/HSDPA, dự kiến sẽ bắt đầu vào nửa đầu năm nay (2005).
Các thiết bị di động hỗ trợ: Nokia 6651, Motorola A845
* Sprint/Nextel
Mạng hiện tại: CDMA/1xRTT
Mạng 3G dự kiến: 1xEV-DO, tương lai sẽ nâng cấp lên 1xEV-DV
Kế hoạch 3G: Sprint vừa ký kết một hợp đồng trị giá 3 tỷ USD với Lucent, Motorola, và Nortel để nghiên cứu và thực hiện chiến lược 3G.
* T-Mobile
Mạng hiện tại: GSM/GPRS
Mạng 3G dự kiến: UMTS/HSPDA
Kế hoạch 3G: T-Mobile đang đối mặt với nhiều thách thức và cạnh tranh khi triển khai mạng 3G. Theo đại diện của hãng này, dải tần cho mạng di động 3G của
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
T-Mobile hiện không còn đủ, và chỉ có thể khắc phục được vào năm 2007.
* Verizon
Mạng hiện tại: CDMA/1xRTT Mạng 3G dự kiến: 1xEV-DO
Kế hoạch 3G: Verizon đã cho triển khai mạng 3G từ khá sớm với dịch vụ 1xEV-DO tại San Diego và Washington D.C. từ tháng 10/2003.
Các thiết bị di động hỗ trợ: LG VX8000, Samsung SCH-A890, UTStarcom CDM-8940.
4.3. Các dịch vụ trong W-CDMA
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác.
KBit/s
Đối xứng Không đối xứng Đa phương
Điểm đến điểm Đa điểm
Đa phương tiện di động Quảng bá
Truyền hình hội nghị (Chất lượng cao) Truyền hình hội nghị (Chất lượng thấp) Đàm thoại hội nghị Điện thoại Truy nhập Internet WWW Thư điện tử FTP Điện thoại IP vv… Y tế từ xa Thư tiếng
Truy nhập cơ sở dữ liệu Mua hàng theo Catalog Video Video theo yêu cầu Báo điện tử Karaoke ISDN Xuất bản điện tử
Thư điện tử FAX
Các dịch vụ phân phối thông tin Tin tức Dự báo thời tiết Thông tin lưu lượng Thông tin nghỉ ngơi Truyền hình di động Truyền thanh di động Tiếng Số liệu H.ảnh 1.2 2.4 9.6 16 32 64 384 2M
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…
Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề án CODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã) và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme: Kỹ thuật đa truy cập vô tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90. Các dự án này đã tiến hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền.
Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là WCDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động phải trải qua giai đoạn 2,5G. Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE).
4.4. Cấu trúc mạng W-CDMA
Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM. Uu Iu USIM ME USIM Nút B Nút B Nút B Nút B RNC RNC MSC/ VLR GMSC GGSN SGSN HLR PLMN, PSTN,ISDN… Internet UE Cu I ur UTRAN Iub CN Các mạng ngoài
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
USIM (UMTS Subscriber Identity Module): Modul nhận dạng thuê bao UMTS
MS (Mobile Station): Trạm di động
RNC (Radio Network Controller): Bộ điều khiển mạng vô tuyến
MSC (Mobile Service Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động
VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị tạm trú
SGSN (Serving GPRS Support Node): Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS.
CN (Core Network): Mạng lõi
PLMN (Public Land Mobile Network): Mạng di động công cộng mặt đất PSTN (Public Switch Telephone Network): Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng.
ISDN (Integrated Service Digital Networ
4.4.1. UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:
- Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
4.4.2. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
Chương 4:Công nghệ di động thế hệ 3 - WCDMA
- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các