Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G – Wcdma

hiện nghiờn cứu, ứng dụng, cấp phộp và triển khai hệ thống IMT-2000 kể từ năm 2001 và 2002. Điều đú đó giỳp hoàn thiện cỏc yờu cầu kỹ thuật đối với hệ thống IMT-2000, phỏt triển cựng yờu cầu, kỳ vọng của thị trường cũng như sự phỏt triển mạnh mẽ của cụng nghệ. Hiện nay số thuờ bao di động đó tăng nhanh, đặc biệt là thụng tin di động mặt đất. Dự đoỏn độn năm 2010 số thuờ bao kà trờn 1.7 tỷ thuờ bao. Trong thời gian tới xu thế phỏt triển chung đối với lưu lượng của hệ thống mạng TTDĐ là sự chuyển dịch của xu thế hướng thoại sang xu thế đa phương tiện. Sự kỳ vọng cũn nằm ở vai trũ nổi bật của truy nhập khụng dõy di động, cho phộp đến một thời điểm khụng xa số thiết bị cầm tay di động truy cập Internet sẽ vượt quỏ số mỏy tớnh cỏ nhõn được kết nối Internet. Trong tương lai khụng xa, thiết bị đầu cuối di động sẽ cú giao diện người mỏy thõn thiện, thay thế cho chiếc mỏy tớnh cỏ nhõn. Cỏc mạng và cỏc hệ thống sẽ được thiết kế để truyền tảI cỏc gúi dữ liệu kinh tế hiệu quả dựa trờn nền tảng IP, cỏc dịch vụ truyền dữ liệu mới sẽ chiếm dụng băng tần lớn hơn. Điều này đũi hỏi yờu cầu yờu cầu tốc độ dữ liệu cao hơn đối với cỏc hệ thống trong tương lai. Cỏc nghiờn cứu thị trường cho thấy vào năm 2010 Chõu Âu sẽ cú lớn hơn 90 triệu thuờ bao di động sử dụng cỏc dịch vụ đa phương tiện, chiếm khoảng 60% lưu lượng TTDĐ. IMT-2000 và cỏc hệ thống trờn IMT-2000 sẽ vẫn được tiếp tục phỏt triển. Chẳng hạn một số giao diện vụ tuyờn mặt đất đạng được mở rộng hướng tới tốc độ 10Mbps và thậm chớ cũn được dự đoỏn sẽ tiếp tục phỏt triển trong một thập niờn nữa. Sự phỏt triển của IMT sẽ hướng tới việc nõng cao tốc độ đường xuống, dự tớnh là 30Mb/s vào năm 2005. Sự phỏt triển của IMT-2000 cú liờn hệ mật thiết với sự phỏt triển của cỏc hệ thống vụ tuyến khỏc. Cỏc hệ thống trờn IMT-2000 sẽ đũi hỏi cỏc cụng nghệ truy cập vụ tuyến mới bổ sung cho cụng nghệ của IMT-2000 đối với cỏc thành phần mặt đất phỏt triển sau năm 2010. Cỏc hệ thống tế bào số hiện tại sẽ được nõng cấp phỏt triển bổ sung dần cỏc khả năng của hệ thống cho giống với cỏc khả năng của hệ thống IMT-2000. CHƯƠNG 2: Giới thiệu tổng quan cỏc chuẩn của hệ thống 3G trờn thế giới 2.1. Cỏc yờu cầu cơ bản đối với hệ thống 3G. Cỏc hệ thống thụng tin di động thế hệ 3 được thiết kế là nhằm phục vụ cho truyền thụng đa phương tiện với tốc độ dữ liệu cao, truy cập được vào cỏc mạng dữ liệu cụng cộng. Hệ thống này cú thể cung cấp đa dịch vụ một cỏch đồng thời cho một user và cung cấp nhiều loại dịch vụ cú yờu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) khỏc nhau. Đặc biệt là phảI cú khả năng dễ dàng liờn kết với cỏc mạng di động khỏc trờn phạm vi quốc gia, khu vực, cũng như toàn cầu. Để xõy dựng được một hệ thống di động như thế, hệ thống 3G theo chuẩn IMT-2000 phảI đảm bảo cỏc yờu cầu sau: Tiờu chuẩn thống nhất toàn cầu Hiệu suất sử dụng phổ tần cao Hỗ trợ dịch vụ dữ liệu với tốc độ đường truyền tối thiểu là 144Kbps trong mụI trường di động ngoàI trời và 2Mbps trong mụI trường cố định trong nhà. Cung cấp cả hai khả năng truyền dữ liệu đối xứng và bất đối xứng. Cung cấp cả kết nối chuyển mạch (Circuit Switched Connection) và chuyển mạch gúi (Packet Switched Connection). Cung cấp băng thụng theo yờu cầu nhằm hỗ trợ một dảI rộng cỏc dịch vụ yờu cầu tốc độ bit khỏc nhau. Khả năng Roaming toàn cầu Dễ dàng hỗ trợ cỏc dịch vụ và ứng dụng mới (Cỏc yờu cầu tốc độ bit được xỏc định dựa trờn tốc độ mạng ISDN. Tốc độ dữ liệu 144Kbps dành cho cấu hỡnh kờnh ISDN 2B+D; tốc độ 384kbps dành cho kờnh ISDN- H0 và 1.92 Mbps cho cỏc kờnh ISDN - H12.) Thụng tin băng rộng Phương tiện Dữ liệu/Internet Thụng tin di động -Phỏt thanh -Truyền hỡnh theo yờu cầu -Video tương tỏc -Thu và phỏt TV/Vụ tuyến và dữ liệu -Dịch vụ (B-) ISDN -Điện thoại hỡnh -Hội nghị truyền hỡnh -Truyền hỡnh theo yờu cầu -Thoại -Bản tin ngắn -Di động đầu cuối -Di động cỏ nhõn -Dịch vụ tốc độ thấp -Truy nhập Internet -Thư điện tử -ảnh thời gian thực -Đa phương tiện 2.2. Chuẩn giao diện vụ tuyến và phõn bổ tần số 2.2.1. Cỏc cụng nghệ truy cập vụ tuyến mạng di dộng 3G. Hiện tại đó cú rất nhiều đề xuất cho chuẩn giao diện vụ tuyển của mạng thụng tin di động thế hệ 3. Nếu xột về mặt cụng nghệ truy cập vụ tuyến được sử dụng trong mỗi chuẩn thỡ ta thấy nú nằm trong một trong cỏc cụng nghệ sau: WCDMA Băng thụng của cụng nghệ WCDMA được quy định là từ 5MHz trở nờn. Băng thụng 5MHz được lấy là chuẩn cho tất cả cỏc đề xuất cho tiờu chuẩn mạng 3G-WCDMA. Lý do chọn băng thụng 5MHz là vỡ: Nú cho phộp tốc độ dữ liệu từ 144kbps đề 384kbps và cú thể đạt được tốc độ 2Mbps. TàI nguyờn tần số cú hạn, cựng với sự chiếm dụng cỏc băng tần của cỏc hệ thống đó xõy dựng từ trước như cỏcmạng 2G, nờn chỉ cú thể dựng độ rộng băng tần tối thiểu cho phộp. Với băng tần này cú thể giảI quyết ảnh hưởng của Fading tốt hơn so với băng hẹp. Cỏc đề xuất cho giao diện vụ tuyến của 3G- CDMA cú thể chia thành hai nhúm: Cỏc mạng đồng bộ và cỏc mạng khụng đồng bộ. Trong cỏc mạng đồng bộ, tất cả cỏc trạm gốc BS được đồng bộ về mặt thời gian với nhau. Nú mang lại sự hiệu quả nhưng yờu cầu chi phi tốn kộm phần cứng ở BS. Vớ dụ cú thể đạt được sự đồng bộ nhờ vào cỏc bộ thu của hệ thống GPS ở tất cả cỏc trạm gốc. Cỏc đặc trưng khỏc của WCDMA là cú điều khiển cụng suất nhanh và cú khả năng thay đổi tốc độ bit và cỏc tham số dịch vụ đỗi với từng Frame sử dụng trảI phổ biến đổi. Cú một đề xuất cho chuẩn hệ thống 3G khỏ thịnh hành là ETSI/ARIB WCDMA do cỏc hóng nổi tiếng thể giới như Errisson, Nokia, và cỏc cụng ty viễn thụng lớn của Nhật bản (NTT DoCoMo) phối hợp nhiờn cứu và xõy dựng. Nú được cỏc nhà sản xuất thiết bị viễn thụng Chõu Âu chấp nhận và được đổi tờn thành UTRAN. Đõy là hệ thống được xõy dựng trờn nền tảng mạng GSM cú sẵn nờn sẽ tiết kiệm chi phớ đầu tư cho cỏc nhà khai thỏc hơn so với cỏc đề xuất khỏc. Chớnh vỡ võy đối với nhà khai thỏc nú là sự lựa chọn số một cho hệ thống 3G tương lai. Cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của UTRAN do nhúm 3GPP xõy dựng và phỏt triển. Họ coi hệ thống IMT-2000 như là hệ thống thụng tin di động toàn cầu UMTS. Đối với cỏc quốc gia xõy dụng mạng 3G từ cỏc hệ thống IS-95 (chủ yếu ở Bắc Mỹ) họ lại rất quan tõm đến đề xuất CDMA2000, do cỏc cụng ty lớn như Qualcomm, Lucent, và Motorola phối hợp nghiờn cứu và phỏt triển. 3GPP2 là nhúm được ITU giao nhiệm vụ đưa ra cỏc thụng số kỹ thuật cho đề xuất này. TDMA Theo tiến trỡnh của IMT-2000, chỉ cú chuẩn UWC-136 là chuẩn 3G sử dụng cụng nghệ TDMA. UWC-136 là chuẩn tương thớch với chuẩn IS-136 cú thị phần chủ yếu ở Bắc Mỹ và nằm trong bộ chuẩn của IMT-2000 cú tờn là hệ thống ITM-SC. Nú sử dụng ba loại súng mang khỏc nhau là: 30 KHz, 200KHz, và 1,6MHz. Loại 30KHz giống IS-136 là cựng súng mang nhưng sử dụng phương phỏp điều chế khỏc. Loại 200KHz sử dụng cỏc tham số giống với hệ thống GSM EDGE và cung cấp tốc độ 384Kbps được thiết kế cho mụI trường ngoàI trời. Cũn súng mang 1.6MHz chỉ dành cho mụI trường trong nhà và cú thể đạt tốc độ 2Mbps. CDMA/ TDMA ( Hybrid CDMA / TDMA). Đõy là giảI phỏp được thử nghiệm trong dự ỏn FRAMES ở Chõu Âu. Nguyờn lý là mỗi khung TDMA được chia thành 8 Ts và trong mỗi Ts cú cỏc kờnh khỏc nhau được ghộp theo nguyờn lý CDMA. Cấu trỳc dạng khung như vậy sẽ khụng tương thớch với hệ thống GSM. Nờn đề xuất của ETSI này đó sớm bị từ chối. Mặc dự vậy, cụng nghệ này vẫn được sử dụng trong chế độ UTRAN TDD của cụng nghệ WCDMA, ở đú mỗi khung được chia thành 15 Ts và mỗi Ts chứa nhiều kờnh khỏc nhau được ghộp theo nguyờn lý CDMA. OFDM Đõy là cụng nghệ dựa trờn nguyờn lý điều chế đa súng mang (Multi-carrier Modulation). Tức là chia luồng dữ liệu lớn thành cỏc luồng dữ liệu con nhỏ hơn (Substream) cú tốc độ bit thấp hơn rất nhiều so với luồng ban đầu. Cỏc luồng con sau đú được điều chế sử dụng bộ mó trực giao. Nhờ tớnh trực giao mà cỏc súng mang mặc dự rất gần nhau (thậm chớ cũn chồng lờn nhau) trờn phổ tần số mà khụng gõy nhiễu cho nhau. Hơn nữa, vỡ chu kỳ ký hiệu (symbol) của cỏc kờnh tốc độ thấp là lớn nờn sẽ khụng cú hiện tượng nhiễu giữa cỏc ký tự ISI. Do đú hệ thống sử dụng phổ rất hiệu quả. Trong thực tế đó cú rất nhiều ứng dụng sử dụng cụng nghệ OFDM. Vớ dụ cỏc hệ thống truyền thanh và truyền hỡnh số quảng bỏ (DAB – Digital Audio Broadcasting và DVB- Digital Video Broading). NgoàI ra nú cũn được sử dụng trong cỏc chuẩn 802.11a, 802.11g, và trong cỏc hệ thống HiperLAN2, WLAN, ADSL. Bản thõn OFDM dựa trờn cả hai cụng nghệ TDMA và CDMA. Với việc kết hợp này thỡ cụng nghệ này mang lại những ưu điểm sau: Sử dụng phổ tần hiệu quả, cỏc súng mang trực giao cú thể chồng lờn nhau một phần. Chống nhiễu băng hẹp (Narrowband Interference) Chống nhiễu đa đường (Multipath Interference) Nhược điểm chớnh của cụng nghệ OFDM là nú yờu cầu cụng suất phỏt trung bỡnh cao. Mặc dự OFDM khụng được IMT-2000 chọn làm cụng nghệ cho hệ thống thụng tin di động thế hệ 3. Nhưng cú một số cụng nghệ WLAN sử dụng cụng nghệ OFDM, và trong tương lai kết nối liờn mạng WLAN - hệ thống di động tổ ong là con đường để OFDM xõm nhập vào mạng thụng tin di động tổ ong. Cỏc chuẩn giao diện vụ tuyến của IMT-2000 Theo chuẩn IMT-2000 , cú một số để suất cho chuẩn của giao diện vụ tuyến dựa trờn cỏc cụng nghệ đa truy nhập CDMA hoặc TDMA và hai kỹ thuật truyền song cụng TDD và FDD. Cú thể túm tắt bằng hỡnh vẽ sơ đồ sau : IMT-2000 TDMA CDMA SC MC DS 3.84Mcps MC 3.6864Mcps TDD Hỡnh 2.2.2. Phõn nhúm IMT-2000 theo ITU-R HIện nay ITU đó chấp nhận 5 họ cụng nghệ khỏc nhau cho phần mạng truy nhập vụ tuyến , đú là: IMT-MC: CDMA2000 IMT-DS: WCDMA- FDD IMT-TC: WCDMA-TDD IMT-SC: TDMA một súng mang, cũn gọi là UWC-136 và EDGE IMT-FT: DECT Chuẩn IMT-2000 được chia làm hai nhúm thực hiện nghiờn cứu và phỏt triển 3GPP (3rd Generation Partnership Project) và 3GPP2, nhằm đưa ra cỏc thụng số kỹ thuật mang tớnh chất chuẩn quốc tế. Việc xõy bộ tiờu chuẩn 3GPP là docỏc tổ chức chuẩn hoỏ gồm: ARIB (Nhật Bản), ESTI (Chõu Âu), TTA( Hàn quốc), TTC( Nhật Bản) và TIPI (Mỹ) và cỏc nhà sản suất và khai thỏc trực thuộc cỏc tổ chức này làm thành viờn. Đối với 3GPP xõy dựng mạng IMT-2000 dựa trờn hệ thống GSM và IMT-2000 được xem như là hệ thống viờn thụng di động toàn cõu UMTS hoặc là W-CDMA. Nhiệm vụ của dự ỏn 3GPP là phảI xõy dựng bốn nhúm thụng số kỹ thuật cần phảI xõy dựng, đú là cỏc nhúm thụng số kỹ thuật cho cỏc phần: mạng truy nhập vụ tuyến (RAN); mạng lừi (CN); dịch vụ ; và đầu cuối. Thực hiện đồng thời với dự ỏn 3GPP là dự ỏn 3GPP2. Dự ỏn này tập trung vào xõy dựng mạng 3G từ mạng CDMA2000 ở chế độ trảI phổ trực tiếp (DS)và đa súng mang(MC). Cụng nghệ CDMA 2000 cung cấp dịch vụ 3G, bao gồm hai nhúm cụng nghệ CDMA20001X và CDMA20001XEV. Mạng CDMA 20001X cú khả năng cung cấp dung lượng thoại gấp đụI so với mạng cdmaOne và cú tốc độ truyền gúi dữ liệu là 307Kbps trong mụI trường di động. Trong khi đú CDMA2000 -xEVgồm hai dũng cụng nghệ là CDMA2000 1xEV-DO cho phộp tốc độ truyền gúi dữ liệu 2Mbps, hỗ trợ truyền tảI MP3 và hội nghị truyền hỡnh và CDMA2000 1xEV-DV cung cấp đồng thời dịch vụ thoại và dịch vụ Multi-media tốc độ cao lờn đến 3.09Mbps. Uu điểm của CDMA2000 là khụng chỉ cho phộp cung cấp cỏc dịch vụ 3G mà mức độ chiếm dụng phổ tần cũng rất nhỏ(125MHz /1 Carrier)cho phộp nhà khai thỏc tiết kiệm được phổ tần. Hơn nữa, phổ tần của CDMA2000 khụng chỉ nằm trong phổ tần IMT-2000 mà cũn hoạt động ở hầu hết cỏc băng tần dành cho dịch vụ wireless, dảI băng tần: 450MHz – 2100MHz. Tỡnh hỡnh chuẩn húa mạng lừi 3G 2.3.1.Mạng lừi theo hướng lờn WCDMA Kiến trỳc mạng lừi GPRS/WCDMA được trỡnh bày trong hỡnh 2.3.1 dưới đõy: GGSN HLR PSTN/IDSN Networks Data Networks (Internet, X.25, private networks) Gb Gs Gr Gc lu Radio Access Network (RAN) Core Network (CN) 2.5G Radio Access Network 3G Radio Access Network acc MSC/VLR SGSN Hỡnh 2.3.1. Cấu trỳc mạng lừi GPRS/WCDMA Mạng lừi WCDMA về mặt logic cú thể chia làm hai miền chuyển mạch kờnh (CS) và chuyển mạch gúi (PS) riờng biệt. Miền chuyển mạch kờnh về cơ bản phự hợp với mạng GSM đó được triển khai ở Chõu Âu và trờn khắp thế giới nhằm tận dụng giao thức quản lý tớnh di động đó được định nghĩa thành GSM-MAP. Miền chuyển mạch giú tận dụng mạng lừi của GPRS với hai nỳt cơ sở hạ tầng cơ bản là GGSN và SGSN, và dựa trờn giao thức IPv6. Số liệu thờu bao và thụng tin định tuyến được giữ trong một HLR chung, HLR này được chia sẻ giữa GPRS và cỏc chức năng chuyển mạch kờnh của GSM. Vỡ WCDMA chia sẻ mạng lừi chung với GPRS/EDGE, mọi dịch vụ như: tớnh cước, bảo mật và chuyển vựng được triển khai để hỗ trợ cỏc dịch vụ GPRS dựa trờn GSM cũng sẽ hỗ trợ cỏc dịch vụ WCDMA. Cụng suất phỏt cực đại Nội dung báo cáo thực tập tốt nghiệp Đề tài: “ Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G – WCDMA” Mở đầu Chương 1: Lịch sử và xu hướng phát triển hệ thống thông tin di dộng Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G lên 3G Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di dộng. Chương 2: Giới thiệu tổng quan các chuẩn cho hệ thống 3G trên thế giới 2.1. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống 3G 2.2. Chuẩn giao diện vô tuyến cho các hệ thống 3G. 2.3. Tình hình chuẩn hóa mạng lõi hệ thống 3G 2.3.1. Mạng lõi theo hướng lên WCDMA 2.3.2. Mạng lõi theo hướng lên CDMA2000 Chương 3: Giới thiệu hệ thống di dộng 3G - WCDMA 3.1. Cấu trúc hệ thống di dộng 3G - WCDMA 3.1.1. Cấu trúc mạng UTRAN và các giao diện cơ bản 3.1.2. Cấu trúc phân lớp của WCDMA 3.2. Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống 3G-WCDMA 2.2.1. Kỹ thuật trải phổ (spreading/despreading) và đa truy nhập CDMA 2.2.2. Kỹ thuật điều khiển công suất (Power Control) 2.2.3. Kỹ thuật chuyển giao (Handover) 2.2.4. Kỹ thuật MUD (Multi-User Detection) 3.3. Các dịch vụ và ứng dụng cơ bản 2.3.1. Các dịch vụ mang (Bearer Services) 2.3.2. Yêu cầu QoS của các loại dịch vụ 3.4. So sánh WCDMA với CDMA2000 Kết luận Chương 1 Lịch sử và xu hướng phát triển hệ thống thông tin di dộng Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G lên 3G Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Thế hệ đầu tiên của hệ thống thông tin di động tổ ong xuất hiện vào những năm 1980. Trước đó đã có một số hệ thống thông tin di động nhưng không có dạng tổ ong. Dung lượng của các mạng di động thế hệ đầu tiên này rất nhỏ so với hệ thống di động tổ ong, cũng như hỗ trợ tính di động kém. Hơn nữa, các chúng chiếm phổ tần lớn và hiệu quả sử dụng phổ tần số rất thấp. Đó là điều không thể chấp nhận trong điều kiện hiện nay khi mà tàI nguyên vô tuyến được chia cho nhiều hệ thống viễn thông khác nhau. Các hệ thống di động đầu tiên sử dụng kỹ thuật truyền tương tự và chủ yếu là để truyền thoại. Có một số chuẩn nổi tiếng cho hệ thống này như: NMT (Nordic Mobile Telephone, TACS (Total Access Communications System), và AMPS (Advanced Mobile Phone Service ). Một số chuẩn khác thường do một nước xây dựng và sử dụng riêng. 1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 và 2.5 Khác với hệ thống thế hệ 1, ở hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng kỹ thuật truyền dẫn số và chuyển mạch kênh. Các hệ thống này hoạt động ở băng tần 900Mhz( UpLink Band: 890-915MHz ; DownLink Band: 935-960MHz ) với hiệu quả sử dụng phổ tần cao bởi sự kết hợp hai kỹ thuật TDMA-FDMA và các ưu điểm của hệ thống tổ ong. Mục đích của hệ thống này là giải quyết sự hạn chế về dung lượng tồn tại ở hệ thống thế hệ 1. Tồn tại bốn chuẩn chính cho hệ thống 2G đó là : GSM ; D-AMPS; CDMA IS-95, và PDC (Personal Digital Cellular). Trong đó chuẩn GSM là được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới và thành công nhất hiện nay. Trong khi đó ở Bắc Mỹ lại nghiên cứu và xây dựng hệ thống PCS-1900 (Personal Communication System- 1900MHz) đây thực chất là hệ thống GSM sử dụng ở băng tần 1900MHz. Hệ thống GSM đầu tiên đưa vào sử dụng là vào nâm 1991 ở Phần Lan. Đến tháng 9-1992 đã có tổng cộng 460 mạng GSM trên toàn cầu, phục vụ 747.5 triệu thuê bao. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội so với hệ thống 1G, hệ thống 2G –GSM cũng tồn tại một số nhược điểm cụ thể là: chuyển mạch kênh không thích ứng được với các tốc độ cao, và sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng đi qua. Hơn nữa, sự phát triển của Internet cũng đòi hỏi khả năng hỗ trợ truy cập Internet và thực hiện thương mại điện tử di động. Từ những yêu cầu trên đã xuất hiện hệ thống di động GPRS( General Packet Radio System ), được coi là hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G. Khắc phục nhược điểm chính của hệ thống GSM là chuyển mạch kênh, hệ thống GPRS là hệ thống sử dụng chuyển mạch gói , tức là chia nhỏ khối dữ liệu thành các gói nhỏ rồi truyền đi theo một trật tự quy định, và chỉ chiếm tài nguyên vô tuyến khi thật sự cần phát hoặc thu. Do đó nhiều user có thể chia sẻ chung một băng thông tăng hiệu quả sử dụng vô tuyến, và tốc độ tối đa theo lý thuyết là 170kbps gấp 10 lần tốc độ cao nhất của GSM hiện nay và gấp đôI tốc độ truy cập Internet theo cách truyền thống. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) Khi số lượng thuê bao di động và sự xuất hiện các loại dịch vụ dữ liệu tốc độ cao ngày càng tăng, thì năng lực của hệ thống 2G càng thể hiện rõ sự hạn chế của mình. Chính vì xu thế này mà ITU đã bắt tay vào xây dựng và phát triển hệ thống 3G từ năm 1985. Các mạng 3G còn có các tên gọi là hệ thống IMT -2000 theo ITU hay UMTS ở Châu Âu Các hệ thống 3G hoạt động ở băng tần 2GHz được thiết kế cho truyền thông đa phương tiện (Multi-media), cho phép truyền hình ảnh tĩnh và động chất lượng cao, có khả năng truy cập các mạng dữ liệu công cộng với tốc độ bit cao. Cùng với việc tiếp tục phát triển các hệ thống 2G và 2.5G lên 3G, nó còn tạo ra các cơ hội kinh doanh mới không chỉ cho các nhà sản xuất và khai thác mạng mà cả những nhà cung cấp thông tin và ứng dụng khi sử dụng các mạng này. Mạng 3G là sự tích hợp và kết hợp của một loạt các kỹ thuật tiên tiến như: kỹ thuật đa truy nhập CDMA; kỹ thuật chuyển giao; kỹ thuật điều khỉên công suất ; kỹ thuật chuyển giao mềm và mềm hơn sẽ làm tăng dung lượng hệ thống và sử dụng phổ tần số rất hiệu quả . IMT-2000 là một chuẩn quốc tế cho hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3 do ITU xây dựng. Nó được trông đợi là một mạng có các thành phần do nhiều nhà sản xuất cung cấp và có sự vượt trội trong việc chuẩn hóa giao diện kết nối giữa các thành phần chức năng trong mạng. Với những ưu điểm của mình IMT-2000 được xây dựng và triển khai mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới và được đánh giá là công nghệ của thế kỷ 21. Cuối cùng qua 2 hình vẽ dưới đây ta có thể thấy được các con đường khác nhau đI đến mạng 3G và các dảI tần số mà các hệ thống thông tin di động sử dụng từ 1G đến 3G. Hình 1.1: Quá trình phát triển hệ thống di động tiến tới 3G Hình 1.1.2. Các băng tần sử dụng từ thế hệ 1G đến 3G Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động Các thông số kỹ thuật cũng như giao diện vô tuyến ban đầu của IMT-2000 được xây dựng và hoàn thành nằm trong khuyến nghị của ITU là ITU-2000-R M.1457. Trên cơ sở đó một số nước đã bắt tay thực hiện nghiên cứu, ứng dụng, cấp phép và triển khai hệ thống IMT-2000 kể từ năm 2001 và 2002. Điều đó đã giúp hoàn thiện các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống IMT-2000, phát triển cùng yêu cầu, kỳ vọng của thị trường cũng như sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ. Hiện nay số thuê bao di động đã tăng nhanh, đặc biệt là thông tin di động mặt đất. Dự đoán đén năm 2010 số thuê bao kà trên 1.7 tỷ thuê bao. Trong thời gian tới xu thế phát triển chung đối với lưu lượng của hệ thống mạng TTDĐ là sự chuyển dịch của xu thế hướng thoại sang xu thế đa phương tiện. Sự kỳ vọng còn nằm ở vai trò nổi bật của truy nhập không dây di động, cho phép đến một thời điểm không xa số thiết bị cầm tay di động truy cập Internet sẽ vượt quá số máy tính cá nhân được kết nối Internet. Trong tương lai không xa, thiết bị đầu cuối di động sẽ có giao diện người máy thân thiện, thay thế cho chiếc máy tính cá nhân. Các mạng và các hệ thống sẽ được thiết kế để truyền tảI các gói dữ liệu kinh tế hiệu quả dựa trên nền tảng IP, các dịch vụ truyền dữ liệu mới sẽ chiếm dụng băng tần lớn hơn. Điều này đòi hỏi yêu cầu yêu cầu tốc độ dữ liệu cao hơn đối với các hệ thống trong tương lai. Các nghiên cứu thị trường cho thấy vào năm 2010 Châu Âu sẽ có lớn hơn 90 triệu thuê bao di động sử dụng các dịch vụ đa phương tiện, chiếm khoảng 60% lưu lượng TTDĐ. IMT-2000 và các hệ thống trên IMT-2000 sẽ vẫn được tiếp tục phát triển. Chẳng hạn một số giao diện vô tuyên mặt đất đạng được mở rộng hướng tới tốc độ 10Mbps và thậm chí còn được dự đoán sẽ tiếp tục phát triển trong một thập niên nữa. Sự phát triển của IMT sẽ hướng tới việc nâng cao tốc độ đường xuống, dự tính là 30Mb/s vào năm 2005. Sự phát triển của IMT-2000 có liên hệ mật thiết với sự phát triển của các hệ thống vô tuyến khác. Các hệ thống trên IMT-2000 sẽ đòi hỏi các công nghệ truy cập vô tuyến mới bổ sung cho công nghệ của IMT-2000 đối với các thành phần mặt đất phát triển sau năm 2010. Các hệ thống tế bào số hiện tại sẽ được nâng cấp phát triển bổ sung dần các khả năng của hệ thống cho giống với các khả năng của hệ thống IMT-2000. Chương 2: Giới thiệu tổng quan các chuẩn của hệ thống 3G trên thế giới 2.1. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống 3G. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 được thiết kế là nhằm phục vụ cho truyền thông đa phương tiện với tốc độ dữ liệu cao, truy cập được vào các mạng dữ liệu công cộng. Hệ thống này có thể cung cấp đa dịch vụ một cách đồng thời cho một user và cung cấp nhiều loại dịch vụ có yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau. Đặc biệt là phảI có khả năng dễ dàng liên kết với các mạng di động khác trên phạm vi quốc gia, khu vực, cũng như toàn cầu. Để xây dựng được một hệ thống di động như thế, hệ thống 3G theo chuẩn IMT-2000 phảI đảm bảo các yêu cầu sau: Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu Hiệu suất sử dụng phổ tần cao Hỗ trợ dịch vụ dữ liệu với tốc độ đường truyền tối thiểu là 144Kbps trong môI trường di động ngoàI trời và 2Mbps trong môI trường cố định trong nhà. Cung cấp cả hai khả năng truyền dữ liệu đối xứng và bất đối xứng. Cung cấp cả kết nối chuyển mạch (Circuit Switched Connection) và chuyển mạch gói (Packet Switched Connection). Cung cấp băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dảI rộng các dịch vụ yêu cầu tốc độ bit khác nhau. Khả năng Roaming toàn cầu Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng mới (Các yêu cầu tốc độ bit được xác định dựa trên tốc độ mạng ISDN. Tốc độ dữ liệu 144Kbps dành cho cấu hình kênh ISDN 2B+D; tốc độ 384kbps dành cho kênh ISDN- H0 và 1.92 Mbps cho các kênh ISDN - H12.) Thông tin băng rộng Phương tiện Dữ liệu/Internet Thông tin di động -Phát thanh -Truyền hình theo yêu cầu -Video tương tác -Thu và phát TV/Vô tuyến và dữ liệu -Dịch vụ (B-) ISDN -Điện thoại hình -Hội nghị truyền hình -Truyền hình theo yêu cầu -Thoại -Bản tin ngắn -Di động đầu cuối -Di động cá nhân -Dịch vụ tốc độ thấp -Truy nhập Internet -Thư điện tử -ảnh thời gian thực -Đa phương tiện 2.2. Chuẩn giao diện vô tuyến và phân bổ tần số 2.2.1. Các công nghệ truy cập vô tuyến mạng di dộng 3G. Hiện tại đã có rất nhiều đề xuất cho chuẩn giao diện vô tuyển của mạng thông tin di động thế hệ 3. Nếu xét về mặt công nghệ truy cập vô tuyến được sử dụng trong mỗi chuẩn thì ta thấy nó nằm trong một trong các công nghệ sau: WCDMA Băng thông của công nghệ WCDMA được quy định là từ 5MHz trở nên. Băng thông 5MHz được lấy là chuẩn cho tất cả các đề xuất cho tiêu chuẩn mạng 3G-WCDMA. Lý do chọn băng thông 5MHz là vì: Nó cho phép tốc độ dữ liệu từ 144kbps đề 384kbps và có thể đạt được tốc độ 2Mbps. TàI nguyên tần số có hạn, cùng với sự chiếm dụng các băng tần của các hệ thống đã xây dựng từ trước như cácmạng 2G, nên chỉ có thể dùng độ rộng băng tần tối thiểu cho phép. Với băng tần này có thể giảI quyết ảnh hưởng của Fading tốt hơn so với băng hẹp. Các đề xuất cho giao diện vô tuyến của 3G- CDMA có thể chia thành hai nhóm: Các mạng đồng bộ và các mạng không đồng bộ. Trong các mạng đồng bộ, tất cả các trạm gốc BS được đồng bộ về mặt thời gian với nhau. Nó mang lại sự hiệu quả nhưng yêu cầu chi phi tốn kém phần cứng ở BS. Ví dụ có thể đạt được sự đồng bộ nhờ vào các bộ thu của hệ thống GPS ở tất cả các trạm gốc. Các đặc trưng khác của WCDMA là có điều khiển công suất nhanh và có khả năng thay đổi tốc độ bit và các tham số dịch vụ đỗi với từng Frame sử dụng trảI phổ biến đổi. Có một đề xuất cho chuẩn hệ thống 3G khá thịnh hành là ETSI/ARIB WCDMA do các hãng nổi tiếng thể giới như Errisson, Nokia, và các công ty viễn thông lớn của Nhật bản (NTT DoCoMo) phối hợp nhiên cứu và xây dựng. Nó được các nhà sản xuất thiết bị viễn thông Châu Âu chấp nhận và được đổi tên thành UTRAN. Đây là hệ thống được xây dựng trên nền tảng mạng GSM có sẵn nên sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư cho các nhà khai thác hơn so với các đề xuất khác. Chính vì vây đối với nhà khai thác nó là sự lựa chọn số một cho hệ thống 3G tương lai. Các chỉ tiêu kỹ thuật của UTRAN do nhóm 3GPP xây dựng và phát triển. Họ coi hệ thống IMT-2000 như là hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS. Đối với các quốc gia xây dụng mạng 3G từ các hệ thống IS-95 (chủ yếu ở Bắc Mỹ) họ lại rất quan tâm đến đề xuất CDMA2000, do các công ty lớn như Qualcomm, Lucent, và Motorola phối hợp nghiên cứu và phát triển. 3GPP2 là nhóm được