Nhà sản xuất Motorola trước đây đã từng đề xuất một hệ thống mới gọi là 1Xtreme phát triển từ bộ tiêu chuẩn CDMA2000 1x, nhưng đã bị bác bỏ bởi thỏa thuận 3GPP2. Sau đó, một bộ tiêu chuẩn cạnh tranh khác là 1xEV-DV (được phát triển bởi Qualcomm, Lucent, Nokia, Motorola, ... trong 3GPP2) đã được đề xuất như là một chuẩn phát triển khác của công nghệ CDMA. 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 và IS-2000 (1xRTT), vì vậy nó cho phép triển khai ngay trên băng tần 1x hiện hữu. (Trong khi 1xEV-DO phải yêu cầu một băng tần riêng khi triển khai chung với 1x hiện có).
Về mặt lý thuyết, công nghệ 1xEV-DO cao hơn 1xEV-DV bởi vì nó không phải tương thích cấu trúc nền tảng với 1x, và vì vậy 1xEV-DO được khai thác, thiết kế, phát triển tự do hơn.
Ví dụ:
• kênh pilot được cấu trúc mới.
• khoảng thời gian chờ của kênh lên (reverse link) được thay đổi.
• kênh control được cải thiện…
Thêm vào đó, do 1xEV-DO dùng mạng IP và không cần hệ thống tổng đài MSC với mạng SS7 phức tạp, chi phí thiết lập mạng vì vậy giảm đáng kể so với 1xEV-DV. Một yếu tố khác ảnh hưởng đến quyết định đầu tư của các nhà khai thác đã chọn 1xEV-DO là việc ra đời sau của bộ tiêu chuẩn 1xEV-DV, trong khi 1xEV-DV còn đang được soạn thảo thì các thiết bị tổng đài, chip điện thoại của EV-DO đã sẵn sàng tung ra thị trường. Kết quả là, hệ thống 1xEV-DV không hấp dẫn được các nhà khai thác và vì vậy đã không được triển khai rộng rãi. Trên thực tế với việc hàng loạt các nhà khai thác như KT Telecom triển khai 1xEV-DO vào năm 2002, Verizon Wireless và Sprint vào năm 2004, và nhiều nhà khai thác nhỏ hơn vào năm 2005,
Qualcomm vào tháng 3 năm 2005 đã đình chỉ chương trình phát triển chip 1xEV-DV, tập trung hướng nghiên cứu vào dây chuyền sản xuất 1xEV-DO.
5.3 Từ GSM lên 3G_Con đường rộng mở cho
WCDMA
Xuất hiện đầu tiên trên thế giới vào đầu những năm 90 do Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) và sau này là tổ chức 3GPP hậu thuẫn. Mặc dù dung lượng và tốc độ không cao do đó đã có thời kỳ bị CDMA qua mặt, nhưng với tính mở và tính tiêu chuẩn hóa cao của GSM đã giúp nó dễ dàng triển khai trên mọi quốc gia, dễ dàng tương thích với nhiều nhà cung cấp từ thiết bị tổng đài cho đến điện thoại.
Sau một thời gian bị lấn át bởi CDMA, GSM đã tìm ra cho mình con đường phát triển riêng với công nghệ 3G là UMTS . UMTS là viết tắt của Universal Mobile Telecommunication System. UMTS là mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) sử dụng kỹ thuật trải phổ W(wideband)-CDMA. UMTS được chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP. UMTS đôi khi còn được gọi là 3GSM để chỉ khả năng "interoperability" giữa GSM và UMTS. UMTS được phát triển lên từ các nước sử dụng GSM. UMTS sử dụng băng tầng khác với GSM.
Như vậy con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng. Trên thị trường châu Âu, WCDMA được gọi là Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS). Trong cấu trúc dịch vụ 3G, cần có băng thông rất lớn và như thế cần nhiều phổ tần hơn. Các nhà cung cấp dịch vụ châu Âu dùng hơn 100 tỷ USD để mua phổ tần cho các dịch vụ 3G; các nhà cung cấp dịch vụ khác trên thế giới cũng đã phân bổ phổ 3G. ở Hoa Kỳ, FCC chưa thể nhanh chóng phân bổ bất cứ phổ nào cho các dịch vụ 3G. Hoa Kỳ có khoảng 190MHz phổ tần phân bổ cho các dịch vụ vô tuyến di động trong khi phần còn lại của thế giới chỉ được phân bổ 400 MHz. Vì thế có thể tin rằng sự phát triển lên 3G ở Hoa Kỳ sẽ rất khác với phần còn lại của thế giới.
Để đến 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2,5G. Nói chung, 2.5 G bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service), Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution).
HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ. Thay vì một khe thời gian, một trạm di động có thể sử dụng một số khe thời gian để kết nối dữ liệu. Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4 khe thời gian, một khe thời gian có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6kbit/s hoặc 14,4kbit/s. Đây là cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cấp phần mềm của mạng (dĩ nhiên là cả các máy tương thích HSCSD). Nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến. Bởi đây là hình thức chuyển mạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền.
Giải pháp tiếp theo là GPRS và dường như là giải pháp được nhiều nhà cung cấp lựa chọn. Tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbit/s bằng việc dùng 8 khe thời gian. Nó được quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì đó để gửi đi.
GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email, lướt Web. Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD. Mạng này cần các thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có nhưng nó được xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ. Một mạng GSM mà không có khả năng GPRS sẽ không tồn tại lâu trong tương lai.
Hình 5.2. Cấu trúc hệ thống GPRS
Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE), tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384kbit/s với 8 khe thời gian. Thay vì 14,4kbit/s cho mỗi khe thời gian, EDGE đạt tới 48kbit/s cho một khe thời gian. ý tưởng của EDGE là sử dụng một phương pháp điều chế mới được gọi là 8PSK. EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn đối với các mạng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc. Nó không thay thế hay nói đúng hơn cùng tồn tại với phương pháp điều chế khóa dịch tối thiểu Gaussian (GMSK), được sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di động cũ của mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn. Xét trên khía cạnh kỹ thuật, cũng cần giữ lại GMSK cũ vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùng rộng vẫn cần GMSK. Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này được gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS), còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD được gọi là ECSD.
WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng thông rộng sử dụng băng tần 5MHz để đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbit/s. Hiện tại cả châu Âu và Nhật Bản đều đang thử nghiệm và triển khai WCDMA và công nghệ này đang tiến triển nhanh trên con đường thương mại hoá.
Hình 5.3. Cấu trúc hệ thống UMTS
5.4 ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP 3G UMTS VÀ CDMA2000
1X EV_DO:
Nhìn chung thì UMTS và CDMA2000 1X EV_DO có nhiều điểm chung, nhiều mốc phát triển khá tương đồng. Nhìn qua thì thấy 2 công nghệ này đều sử dụng các kỹ thuật như: Direct sequence spread spectrum multiple access, orthogonal channelization codes, random access, fast uplink power control, rake receivers, soft handoff, single frequency,re-use,scrambling.
Về mặt kiến trúc mạng (architecture) của 2 công nghệ này khá giống nhau về nguyên tắc, tuy nhiên tên gọi các thực thể mạng hoặc các interface có thể khác nhau.
5.4.1 Những điểm khác nhau:
Những đặc điểm này ảnh hưởng đến thực hiện hệ thống, thông số của hệ thống và có thể ảnh hưởng đến những đặc điểm về năng suất. Tuy nhiên, dù có khác biệt, mỗi hệ thống phải bao gồm nhiều công nghệ cơ bản chung
CDMA2000 và WCDMA đều dùng kỹ thuật CDMA để access kênh truyền vật lý. Khác nhau quan trọng và cơ bản nhất chính là CDMA2000 dùng tiếp kỹ thuật CDMA để phân biệt cả user (trên cùng 1 kênh vật lý) còn WCDMA thì vẫn dùng TDMA.
Tính năng CDMA2000 1X
(IS-2000 Revision 0/A) WCDMA(WCDMA Release 99)
Băng thông danh
định 1,25 MHz (1X) hoặc5MHz (3X) 5MHz Cấu hình kênh tần
số vô tuyến
Trải phổ trực tiếp hoặc đa sóng mang
Trải phổ trực tiếp Tốc độ chip 1,2288 Mchip/s (1X) hoặc
3,6864 Mchip/s (3X) 3,84 Mchip/s
Đồng bộ hóa mạng Đồng bộ Không đồng bộ hoặc đồng bộ
Mạng lõi ANSI-41 GSM- MAP
Bảng 5.a : Những đặc điểm độc lập của CDMA2000 1X và WCDMA
5.4.1.1 Băng thông danh định
Tiêu chuẩn CDMA2000 đã được thiết kế để được vận hành với một băng thông là 1,25 MHz tương tự như cdmaOne, trong khi WCDMA được thiết kế để vận hành trong một kênh 5 MHz. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến năng suất tổng cộng của hệ thống và cả 2 công nghệ đều cung cấp những dung lượng tương tự khi được chuẩn hóa trong những băng thông tương tự.
Ngoài việc sử dụng kỹ thuật băng tần trải phổ dãy trực tiếp, các hệ thống CDMA2000 còn có thể chỉ định ba sóng mang 1,25 MHz cho một băng thông 5 MHz (3X). Trong kỹ thuật này, nhiều sóng CDMA2000 trải phổ trực tiếp (sóng mang 1,25 MHz) được kết hợp lại để tạo ra một tín hiệu CDMA giải rộng hỗn hợp (5MHz). Phân biệt sóng mang điển hình là 1,25 MHz. Cách tiếp cận nhiều sóng mang tương tự này có thể được dùng để chỉ định đến 15 sóng mang CDMA2000 trong một băng thông 20MHz.
5.4.1.2 Tốc độ chip
Vì băng thông danh định của WCDMA (5MHz) rộng hơn CDMA2000 (1,25MHz), tốc độ chip tương ứng cũng cao hơn. Tốc độ chip của WCDMA được chọn là 3,84 Mchip/s trong khi CDMA2000 dùng 1,2288 Mchip/s để giúp thực hiện tương thích ngược với các hệ thống cdmaOne.
Hình 5.4: Băng thông danh định, tốc độ chip và cấu hình kênh
5.4.1.3 Đồng bộ hóa mạng
Các mạng cdmaOne và CDMA2000 đều được đồng bộ hóa, nghĩa là tất cả trạm gốc đều có một định thời (Timing) chung. Cách dễ nhất để đồng bộ hóa các trạm gốc là dùng một hệ thống định thời dựa trên vệ tinh như GPS (vệ tinh định vị toàn cầu). WCDMA cho phép các trạm gốc của nó hoạt động không đồng bộ, độc lập với yêu cầu định thời GPS, mặc dù những hệ thống này cũng có lựa chọn bao gồm định thời đồng bộ.
5.4.1.4 Bộ mã hoá tiếng nói
Thiết bị CDMA tiếp tục duy trì tính tương thích ngược với những thiết bị cdmaOne hiện có bằng cách dùng một bộ mã hoá có tốc độ thay đổi (1/8, ¼, ½ , 1) nâng cao dữ liệu để biến đổi tiếng nói thành những tín hiệu truyền thông. Để duy trì tính tương thích ngược với các bộ mã hoá tiếng nói GSM, thiết bị WCDMA dùng một bộ mã hoá tiếng nói dạng tắt/ mở (on/off).
5.4.1.5 Mạng lõi
Giống như các hệ thống có trước như AMPS, TDMA, và cdmaOne, CDMA2000 tiếp tục giao tiếp với mạng lõi ANSI-41, cộng thêm khả năng giao diện với mạng lõi GSM_MAP và IP.
WCDMA chỉ giao diện với các mạng lõi GSM-MAP vì nó được thiết kế để làm tiến hóa các mạng GSM mặc dù một bộ tiêu chuẩn đã được phát triển để cho phép WCDMA dùng mạng lõi ANSI-41 và CDMA2000 dùng mạng lõi GSM-MAP đã không được triển khai thuơng mại.
Mạng lõi CDMA2000 gồm 2 phần, một phần giao diện với các mạng bên ngoài như PSTN và một phần giao diện với mạng IP. Phần giao diện với PSTN hỗ trợ những thông điệp và giao thức được định nghĩa trong tiêu chuẩn IS-41. Phần giao diện với
mạng IP hỗ trợ tiêu chuẩn mạng IP vô tuyến IS-835, và còn được gọi là mạng lõi gói (PCN).
5.4.2 Mối tương quan chung giữa công nghệ CDMA2000 và WCDMA:
Trước hết để nắm được nội dung của vấn đề này, chúng ta cần tham khảo bảng các tham số cơ bản của CDMA 2000 và WCDMA được trình bày dưới đây:
Tham số WCDMA CDMA2000
Băng tần kênh 1,25; 5; 10; 20 Mhz 1,25; 5; 10; 20 Mhz Cấu trúc kênh
RF hướng xuống
Trải phổ trực tiếp Trải phổ trực tiếp hoặc đa sóng mang
Tốc độ chíp (1,024)/4,096/8,192/16,384
Mc/s 1,2288/3,6864/7,3728/11,0593/14,7456 Mc/s cho trải phổ trực tiếp.
n x 1,2288 Mc/s (n=1,3,6,9,12) cho đa sóng mang
Lặp 0,22 Giống IS-95
Độ dài khung 10 ms/20 ms 20 ms cho khung dữ liệu và điều khiển /5 ms cho thông tin điều khiển trên kênh mã cơ sở và kênh điều khiển
Điều chế trải phổ QPSKcân bằng(hướng xuống) Kênh QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp
QPSKcân bằng(hướng xuống) Kênh QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp Điều chế dữ liệu QPSK (hướng xuống) BPSK (hướng lên) QPSK (hướng xuống) BPSK (hướng lên) Phát hiện kết
nối Kênh pilot ghép thời gian(hướng lên và hướng xuống);không có kênh pilot chung hướng xuống
Kênh pilot ghép thời gian với PC và EIB (hướng lên)
Kênh pilot chung và kênh pilot phụ (hướng xuống)
Ghép kênh hướng lên
Kênh điều khiển và pilot ghép thời gian
Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển
Kênh điều khiển, kênh pilot, kênh mã cơ sở và kênh mã phụ ghép
Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển
Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã Trải phổ biến đổi và đa mã
Hệ số trải phổ 4-256 4-256
Điều khiển
công suất Vòng hở và vòng khép kín(1.6 kHz ) Vòng hở và vòng khép kín(800 Hz , tốc độ cao hơn đang nghiên cứu)
Trải phổ (hướng
Trải phổ (hướng
lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh , mã Gold 241 Mã trực giao dài để phân biệt kênh ,M- sequences 215, M- sequences 241-1 phân biệt người dùng
Chuyển giao Chuyển giao mềm
Chuyển giao khác tần số Chuyển giao khác tần sốChuyển giao mềm Bảng 5.b : Bảng tham số cơ bản
Ở phần tiếp theo trình bày những kỹ thuật cơ bản chung của các công nghệ cdmaOne, CDMA2000 và WCDMA, cũng như dòng tiêu chuẩn của chúng. Ngoài ra, phần này còn chứng minh rằng những công nghệ này hoàn toàn chia sẻ những kỹ thuật cơ bản tương trợ.
Mặc dù mỗi dòng tiêu chuẩn tiếp tục phát triển để hỗ trợ các kỹ thuật truyền dữ liệu gói tốc độ cao, cả hai công nghệ đều tiếp tục dùng những phương pháp cơ bản tương tự trong khi vẫn nâng cao hiệu quả về mặt năng suất và chi phí của chúng để làm giảm chi phí cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phương tiện di động.
Phần này giới thiệu những phát minh cơ bản dựa trên công nghệ giao diện vô tuyến CDMA và những tương đồng chủ yếu giữa cdmaOne, CDMA2000 1X và WCDMA Release 99. Đồng thời cung cấp một bản tóm tắt về những tương đồng này và so sánh những kỹ thuật cơ bản được mỗi công nghệ giao diện vô tuyến CDMA sử dụng. Nó không bao gồm tất cả những chi tiết thực hiện và những bộ thông số, có thể khác nhau giữa các hệ thống nhưng không tác động đến sự tùy thuộc của chúng vào những kỹ thuật cơ bản tương tự.
Những tương đồng chủ yếu giữa cdmaOne, CDMA2000 1X và WCDMA:
Tính năng (IS-95 Rev.0/A/B)CdmaOne (IS 2000 Rev.0/A)CDMA2000 1X (WCDMA Rel.99)WCDMA Đa truy cập trải phổ dãy trực tiếp liên kết ngược Mã hóa PN đặc thù người dùng Kỹ thuật
tương tự Kỹ thuật tương tự
Chia kênh theo mã số trực giao liên kết xuôi Các mã số Walsh dùng để ghép các kênh liên kết xuôi Kỹ thuật
Chia kênh theo mã số trực giao liên kết ngược Các mã số Walsh dùng để ghép các kênh liên kết ngược trong một thiết bị di động Kỹ thuật
tương tự Kỹ thuật tương tự
Truy cập ngẫu nhiên Truy cập ngẫu nhiên khe Aloha với công suất tăng
Kỹ thuật tương tự với một khác biệt nhỏ:cũng hổ trợ chế độ