công nghệ mạng không dây phần 1

Chia sẻ: Nguyen Nam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

117
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1.1 LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG Vào cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của Marconi đã cho thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau và di động. Thông tin vô tuyến thời bấy giờ sử dụng mã Morse , chủ yếu cho quân sự và hàng hải. Mãi cho tới năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thanh mới được thiết lập, thoạt tiên cho cảnh sát.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: công nghệ mạng không dây phần 1

Ch¬ng 1 Giíi thiÖu chung 1.1 LÞch sö vµ xu híng ph¸t triÓn th«ng tin di ®éng Vµo cuèi thÕ kû XIX, c¸c thÝ nghiÖm cña Marconi1 ®· cho thÊy th«ng tin v« tuyÕn cã thÓ thùc hiÖn gi÷a c¸c m¸y thu ph¸t ë xa nhau vµ di ®éng. Th«ng tin v« tuyÕn thêi bÊy giê sö dông m· Morse2, chñ yÕu cho qu©n sù vµ hµng h¶i. M·i cho tíi n¨m 1928 hÖ thèng v« tuyÕn truyÒn thanh míi ®îc thiÕt lËp, tho¹t tiªn cho c¶nh s¸t. Vµo n¨m 1933, së c¶nh s¸t Bayonne 3 ®· thiÕt lËp ®îc mét hÖ thèng ®iÖn tho¹i v« tuyÕn di ®éng t¬ng ®èi hoµn chØnh ®Çu tiªn trªn thÕ giíi. Håi ®ã c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tho¹i di ®éng rÊt cång kÒnh, nÆng hµng chôc kg, ®Çy t¹p ©m vµ rÊt tèn nguån do dïng c¸c ®Ìn ®iÖn tö tiªu thô nguån lín. C«ng t¸c trong d¶i thÊp cña b¨ng VHF, c¸c thiÕt bÞ nµy liªn l¹c ®îc víi kho¶ng c¸ch vµi chôc dÆm. Sau ®ã qu©n ®éi còng ®· dïng th«ng tin di ®éng ®Ó triÓn khai vµ chØ huy chiÕn ®Êu. C¸c dÞch vô di ®éng trong ®êi sèng nh c¶nh s¸t, cøu th¬ng, cøu ho¶, hµng h¶i, hµng kh«ng... còng ®· dÇn sö dông th«ng tin di ®éng ®Ó c¸c ho¹t ®éng cña m×nh ®îc thuËn lîi. ChÊt lîng th«ng tin di ®éng håi ®ã rÊt kÐm. §ã lµ do c¸c ®Æc tÝnh truyÒn dÉn sãng v« tuyÕn, dÉn ®Õn tÝn hiÖu thu ®îc lµ mét tæ hîp nhiÒu thµnh phÇn cña tÝn hiÖu ®· ®îc ph¸t ®i, kh¸c nhau c¶ vÒ biªn ®é, pha vµ ®é trÔ. T¹i ¨ng-ten thu, tæng vÐc-t¬ cña c¸c tÝn hiÖu nµy lµm cho ®êng bao tÝn hiÖu thu ®îc bÞ th¨ng gi¸ng m¹nh vµ nhanh. Khi tr¹m di ®éng hµnh tiÕn, møc tÝn hiÖu thu tøc thêi thêng bÞ thay ®æi lín vµ nhanh lµm cho chÊt lîng ®µm tho¹i suy gi¶m tr«ng thÊy. TÊt nhiªn, tÊt c¶ c¸c ®Æc tÝnh truyÒn dÉn Êy ngµy nay vÉn tån t¹i song håi ®ã chóng chØ ®îc chèng l¹i b»ng mét kü nghÖ cßn trong thêi kú s¬ khai. Trong khi ngµy nay c«ng nghÖ m¹ch tÝch hîp cì lín VLSI (Very Large Scale Integrated circuit) cho phÐp sö dông tõ hµng tr¨m ngµn ®Õn kho¶ng mét triÖu ®Ìn b¸n dÉn cho viÖc lo¹i bá c¸c ¶nh hëng xÊu cña ®Æc tÝnh truyÒn dÉn th× håi ®ã c¸c m¸y thu ph¸t thêng chØ cã kh«ng ®Õn 10 ®Ìn ®iÖn tö. 1 Guglienmo Marchese Marconi (1874-1937): kü s vµ nhµ s¸ng chÕ ngêi ý, chuyªn vÒ ®iÖn b¸o v« tuyÕn, gi¶i Nobel vÒ vËt lý n¨m 1909. 2 Samuel Finley Breese Morse (1791-1872): nghÖ sÜ vµ nhµ s¸ng chÕ ngêi Mü, ngêi ®Çu tiªn ph¸t triÓn thµnh c«ng ®iÖn b¸o t¹i Mü. 3 Bayonne: Thµnh phè c¶ng nhá ë ®«ng b¾c bang New Jersey, miÒn ®«ng níc Mü. 1
B¨ng tÇn cã thÓ sö dông ®îc bëi c«ng nghÖ ®¬ng thêi cho th«ng tin v« tuyÕn lu«n khan hiÕm. C¸c b¨ng sãng trung vµ dµi ®· ®îc sö dông cho ph¸t thanh trong khi c¸c b¨ng tÇn sè thÊp vµ cao (LF vµ HF) th× bÞ chiÕm bëi c¸c dÞch vô th«ng tin toµn cÇu. C«ng nghÖ håi ®ã th× cha thÝch hîp ®Ó ®¹t ®îc chÊt lîng liªn l¹c cao trªn c¸c b¨ng sãng VHF vµ UHF. Kh¸i niÖm vÒ t¸i dông tÇn sè ®· ®îc nhËn thøc song kh«ng ®îc ¸p dông ®Ó ®¹t ®îc mËt ®é ngêi sö dông cao. Do ®ã, suèt vµi chôc n¨m, chÊt lîng cña th«ng tin di ®éng kÐm h¬n nhiÒu so víi th«ng tin h÷u tuyÕn do c«ng nghÖ kh«ng thÝch hîp vµ c¸c nhµ tæ chøc th«ng tin ®· kh«ng sö dông næi ®é réng d¶i tÇn trªn c¸c b¨ng tÇn sè cao. Trong khi c¸c m¹ng ®iÖn tho¹i t¬ng tù cè ®Þnh th¬ng m¹i ®îc sè ho¸ nhê sù ph¸t minh ra c¸c dông cô ®iÖn tö kÝch thíc nhá bÐ vµ tiªu thô Ýt nguån dùa trªn vËt liÖu b¸n dÉn th× t×nh tr¹ng cña v« tuyÕn di ®éng vÉn cßn biÕn ®æi rÊt chËm ch¹p. C¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng néi bé mÆt ®Êt ®· b¾t ®Çu ®îc sö dông vµo nh÷ng n¨m 1940 song míi chØ ë møc ®é phôc vô c¸c nhãm chuyªn biÖt chø cha ph¶i cho c¸c c¸ nh©n trong céng ®ång. MÆc dÇu Bell Laboratories ®· thai nghÐn ý ®å vÒ mét m¹ng tÕ bµo ngay tõ n¨m 1947, song m·i cho tíi tËn n¨m 1979 c«ng ty mÑ cña nã vÉn kh«ng lµm g× ®Ó khëi ®Çu viÖc ph¸t triÓn mét hÖ thèng liªn l¹c v« tuyÕn tÕ bµo. Thêi kú Êp ñ l©u dµi ®ã lµ do ph¶i chê ®îi c¸c ph¸t triÓn cÇn thiÕt trong c«ng nghÖ. ChØ tíi khi cã c¸c m¹ch tÝch hîp thiÕt kÕ ®îc mét c¸ch tuú chän, c¸c bé vi xö lý, c¸c m¹ch tæng hîp tÇn sè, c¸c chuyÓn m¹ch nhanh dung lîng lín... m¹ng v« tuyÕn tÕ bµo míi ®îc biÕn thµnh hiÖn thùc. Tõ cuèi nh÷ng n¨m 1970, víi sù ra ®êi cña c¸c c«ng nghÖ nãi trªn, c¸c m¹ng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo ®· ®îc ph¸t triÓn rÊt nhanh chãng4. Chóng ta ®ang ®îc chøng kiÕn sù ph¸t triÓn hÕt søc nhanh chãng cña th«ng tin v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo, víi nhÞp ®é cø 10 n¨m l¹i cã mét thÕ hÖ v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo míi, víi c¸c dÞch vô ngµy cµng më réng, chÊt lîng dÞch vô ngµy mét cao vµ vïng cung cÊp dÞch vô ngµy mét réng lín. Nh÷ng n¨m thËp kû 1980 ®· chøng kiÕn sù ra ®êi cña mét sè hÖ thèng v« tuyÕn tÕ bµo t¬ng tù, thêng ®îc gäi lµ c¸c m¹ng v« tuyÕn di ®éng mÆt ®Êt c«ng céng PLMR (Public Land Mobile Radio). C¸c hÖ thèng lo¹i nµy ®îc gäi lµ hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo thÕ hÖ thø nhÊt 1G (1st Generation), tiªu biÓu lµ HÖ thèng c¸c dÞch vô ®iÖn tho¹i di ®éng tiªn tiÕn AMPS (Advanced Mobile Phone Service) cña Mü c«ng t¸c trªn d¶i tÇn 800 MHz vµ HÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng B¾c ¢u NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) c«ng t¸c trªn d¶i tÇn 450 MHz, råi sau ®ã trªn c¶ d¶i 900 MHz (NMT 900). Lµm viÖc ë d¶i UHF, c¸c m¹ng nµy cho thÊy mét sù thay ®æi vît bËc vÒ ®é phøc t¹p cña c¸c hÖ thèng th«ng tin liªn l¹c d©n sù. Chóng 4 Vµo th¸ng 4 n¨m 1979, Uû ban truyÒn th«ng liªn bang Mü (FCC: Federal Communi-cation Committee) ®· cÊp phÐp cho C«ng ty ®iÖn tho¹i Bell bang Illinois ®iÒu hµnh mét hÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ bµo ë khu vùc Chicago. 2
cho phÐp nh÷ng ngêi sö dông cã ®îc c¸c cuéc ®µm tho¹i trong khi di ®éng víi nhau hay víi bÊt kú ®èi tîng nµo cã nèi tíi c¸c m¹ng ®iÖn tho¹i chuyÓn m¹ch c«ng céng PSTN (Public Switched Telephone Network) hoÆc c¸c m¹ng th«ng tin sè ®a dÞch vô tÝch hîp ISDN (Integrated Services Digital Network). Trong nh÷ng n¨m 1990 ®· cã nh÷ng bíc tiÕn h¬n n÷a víi viÖc ¸p dông c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng tÕ bµo sè (digital cellular system). C¸c hÖ thèng míi nµy ®îc gäi lµ c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng thÕ hÖ thø hai 2G (2nd Generation), tiªu biÓu lµ HÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu GSM (Global System for Mobile communications) cña Ch©u ¢u c«ng t¸c trªn d¶i tÇn 900 MHz vµ 1800 MHz, c¸c hÖ thèng cña Mü IS5-136 lµm viÖc trªn hai d¶i 800 MHz vµ 1900 MHz hay IS-95 c«ng t¸c trªn d¶i 800 MHz vµ c¸c hÖ thèng viÔn th«ng kh«ng d©y sè (digital cordless telecommunication system) nh HÖ thèng viÔn th«ng kh«ng d©y sè cña Ch©u ¢u DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong sè c¸c hÖ thèng 2G kÓ trªn, hÖ thèng GSM ®îc xem lµ hÖ thèng thµnh c«ng nhÊt. Ngoµi c¸c dÞch vô ®iÖn tho¹i truyÒn thèng, c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng sè thÕ hÖ thø hai cung cÊp mét m¶ng c¸c dÞch vô míi kh¸c nh th tho¹i (voice- mail), truyÒn sè liÖu tèc ®é thÊp, truyÒn fax, c¸c tin ng¾n (short message)... Th«ng tin di ®éng ®· vµ ®ang ph¸t triÓn hÕt søc m¹nh mÏ trªn ph¹m vi toµn thÕ giíi, cµng ngµy cµng tiÕn tíi chia sÎ thÞ trêng vµ thay thÕ tõng m¶ng c¸c dÞch vô th«ng tin cè ®Þnh. H×nh 1.1 thÓ hiÖn t¬ng quan gi÷a c¸c dÞch vô th«ng tin di ®éng vµ th«ng tin cè ®Þnh ë ch©u ¢u, trong ®ã cho thÊy chØ tõ n¨m 1998 trë ®i lîi nhuËn tõ c¸c dÞch vô th«ng tin di ®éng cña ch©u ¢u ®· b¾t kÞp vµ vît rÊt nhanh lîi nhuËn thu ®îc tõ c¸c dÞch vô cè ®Þnh. (tû ® n vÞ tiÒn tÖ ch© ¢u u Lîi nhuËn ECU) ¬ 40 0 30 DÞch vô cè0 ®Þnh H×nh 1-1 T¬ng quan lîi nhuËn mét sè lo¹i h×nh dÞch vô th«ng tin (ch©u 20 0 ¢u) [] 10 DÞch vô di ®éng 0 199 1992 1994 1996 1998 2000 2002 5 IS (Interim Standard): Tiªu chuÈn t¹m thêi. 0 3
C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø hai chñ yÕu vÉn nh¾m vµo phôc vô dÞch vô tho¹i. DÞch vô sè liÖu mµ chóng ®¸p øng ®îc chñ yÕu lµ dÞch vô truyÒn sè liÖu chuyÓn m¹ch kªnh tèc ®é thÊp (díi 10 kb/s), kh«ng ®¸p øng ®îc c¸c nhu cÇu truyÒn sè liÖu ngµy cµng t¨ng. Trong suèt nhiÒu n¨m, ngêi ta ®· nãi rÊt nhiÒu ®Õn sù t¨ng trëng v« cïng m¹nh mÏ cña c¸c dÞch vô d÷ liÖu song mÆt b»ng vÒ truy nhËp v« tuyÕn lµ trë ng¹i lín nhÊt lµm cho ®iÒu nµy trë thµnh hiÖn thùc. ChÝnh sù ph¸t triÓn nhanh chãng vÒ nhu cÇu ®èi víi c¸c dÞch vô d÷ liÖu, nhÊt lµ ®èi víi Internet, ®· thóc ®Èy m¹nh mÏ c«ng nghiÖp v« tuyÕn vµ lµ ®éng lùc chÝnh ®èi víi sù ph¸t triÓn c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø ba 3G (3rd Generation) ®a dÞch vô. C¸c nç lùc ph¸t triÓn th«ng tin di ®éng 3G ®îc ph¸t ®éng tríc tiªn t¹i Ch©u ¢u. Vµo n¨m 1988, dù ¸n RACE 1043 ®· ®îc h×nh thµnh víi môc ®Ých Ên ®Þnh c«ng nghÖ vµ dÞch vô cho hÖ thèng 3G gäi lµ HÖ thèng viÔn th«ng di ®éng v¹n n¨ng (UMTS: Universal Mobile Telecommunications System), dù kiÕn triÓn khai vµo n¨m 2000. Trong khi ®ã, chÝnh phñ Mü ®· kh«ng ®Ò ra mét ch¬ng tr×nh quèc gia nghiªn cøu ph¸t triÓn 3G nµo. Song song víi dù ¸n RACE 1043, Liªn minh viÔn th«ng quèc tÕ ITU (International Telecommunication Union) còng thµnh lËp ban TG68/1, ban ®Çu ®Æt díi sù b¶o trî cña CCIR (Uû ban t vÊn quèc tÕ vÒ v« tuyÕn), nh»m phèi hîp ho¹t ®éng nghiªn cøu ph¸t triÓn hÖ thèng 3G víi tªn gäi HÖ thèng viÔn th«ng di ®éng mÆt ®Êt c«ng céng t¬ng lai (FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunications System), môc ®Ých ban ®Çu lµ x©y dùng mét tiªu chuÈn 3G chung cho toµn thÕ giíi. Sù kh¸c biÖt quan träng gi÷a TG8/1 vµ c¬ quan dù ¸n RACE 1043 lµ ë chç RACE lµ mét dù ¸n nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn thùc sù, cßn TG8/1 th× l¹i gièng nh mét diÔn ®µn vÒ 3G h¬n. C¸c chuyªn gia cña Ch©u ¢u trong dù ¸n RACE còng tham gia TG8/1 vµ dÇn dÇn FPLMTS trë nªn ®ång nghÜa víi UMTS. Sau nµy TG8/1 ®· bá tªn gäi FPLMTS, thay b»ng ViÔn th«ng di ®éng quèc tÕ cho n¨m 2000 (IMT-2000: International Mobile Telecommunications- 2000) vµ còng tõ bá môc tiªu chÝnh trÞ khã kh¨n vÒ mét tiªu chuÈn chung duy nhÊt cho toµn cÇu, thay vµo ®ã lµ chÊp nhËn mét hä c¸c tiªu chuÈn miÔn lµ c¸c tiªu chuÈn ®ã ph¶i cã kh¶ n¨ng tho¶ m·n mét tËp c¸c ®ßi hái tèi thiÓu. Dù ¸n IMT-2000 ®· x©y dùng c¸c yªu cÇu chung nhÊt cho c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng 3G nh»m phôc vô nhiÒu lo¹i h×nh dÞch vô, víi tèc ®é tèi ®a lªn tíi 2 Mb/s. C¸c yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng 3G, mét c¸ch v¾n t¾t, bao gåm: + Cã kh¶ n¨ng truyÒn th«ng ®a ph¬ng tiÖn víi c¸c tèc ®é: a) 384 kb/s (®i bé) vµ 144 kb/s (trªn xe) ®èi víi m«i trêng ngoµi trêi (out-door) cã vïng phñ sãng t¬ng ®èi réng; b) tíi 2 Mb/s ®èi víi m«i trêng trong nhµ (in-door) cã vïng phñ sãng hÑp; 6 TG (Task Group): Nhãm c«ng t¸c. 4
+ Cã kh¶ n¨ng cung cÊp ®a dÞch vô nh tho¹i, héi nghÞ truyÒn h×nh (video conferencing), d÷ liÖu gãi. Hç trî c¶ c¸c dÞch vô chuyÓn m¹ch kªnh lÉn chuyÓn m¹ch gãi vµ truyÒn d÷ liÖu kh«ng ®èi xøng (tèc ®é bÝt cao trªn ®êng xuèng vµ tèc ®é bÝt thÊp trªn ®êng lªn); + Cã kh¶ n¨ng lu ®éng vµ chuyÓn vïng quèc gia lÉn quèc tÕ; + Cã kh¶ n¨ng t¬ng thÝch, cïng tån t¹i vµ liªn kÕt víi vÖ tinh viÔn th«ng; + C¬ cÊu tÝnh cíc theo dung lîng truyÒn chø kh«ng theo thêi gian kÕt nèi; §· cã tíi mêi s¸u ®Ò xuÊt tiªu chuÈn cho c¸c hÖ thèng 3G, trong ®ã m- êi cho c¸c m¹ng 3G mÆt ®Êt vµ s¸u cho c¸c hÖ thèng di ®éng vÖ tinh MSS (Mobile Satellite Systems). §a sè c¸c ®Ò xuÊt ®Òu ñng hé chän CDMA (Code Division Multiple Access-§a truy nhËp theo m·) lµm ph¬ng thøc ®a truy nhËp vµ ITU ®· ®ång ý r»ng hä c¸c tiªu chuÈn trong IMT-2000 sÏ bao gåm n¨m c«ng nghÖ sau: + IMT DS (Direct Sequence): C«ng nghÖ nµy ®îc gäi réng r·i lµ UTRA FDD vµ W-CDMA, trong ®ã UTRA lµ Truy nhËp v« tuyÕn mÆt ®Êt cho UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access), FDD lµ song c«ng ph©n chia theo tÇn sè (Frequency Division Duplex), cßn W trong W-CDMA lµ b¨ng réng (Wideband); + IMT MC (MultiCarrier): HÖ thèng nµy (cßn ®îc gäi lµ cdma2000) lµ phiªn b¶n 3G cña IS-95 (nay ®îc gäi lµ cdmaOne), sö dông ®a sãng mang; + IMT TC (Time Code): §©y lµ UTRA TDD, tøc lµ kiÓu UTRA sö dông song c«ng ph©n chia theo thêi gian (Time Division Duplex); + IMT SC (Single Carrier): IMT ®¬n sãng mang, nguyªn thuû lµ mét d¹ng cña GSM pha 2+ gäi lµ EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution); + IMT FT (Frequency Time): IMT tÇn sè-thêi gian, lµ hÖ thèng viÔn th«ng kh«ng d©y t¨ng cêng DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications). Tuy nhiªn, theo mét sè chuyªn gia [], c¸c hÖ thèng 3G thùc sù chØ gåm IMT DS, IMT MC vµ IMT TC. Tõ tríc khi hÖ thèng 3G ®Çu tiªn theo chuÈn W-CDMA ®îc ®a vµo khai th¸c ë NhËt b¶n vµo th¸ng mêi n¨m 2001, viÖc nghiªn cøu chuyÓn ho¸ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng tõ 2G lªn 3G th«ng qua c¸c hÖ thèng thÕ hÖ hai rìi (2,5G) còng ®· ®îc tiÕn hµnh, chñ yÕu ë Mü vµ Ch©u ¢u. ë Mü, hÖ thèng cdmaOne (tªn gäi tríc ®ã lµ IS-95) ®îc dù ®Þnh ph¸t triÓn thµnh phiªn b¶n 3G lµ cdma2000. C¸c dÞch vô c¬ b¶n mµ cdma2000 sÏ cung cÊp lµ dÞch vô ®iÖn tho¹i di ®éng truyÒn thèng vµ c¸c dÞch vô ©m thanh tiªn tiÕn nh th tho¹i (voice-mail) vµ héi nghÞ ©m thanh (audio- confrencing). Thªm vµo ®ã, ngoµi c¸c dÞch vô d÷ liÖu tèc ®é thÊp, cdma2000 sÏ cung cÊp c¸c dÞch vô d÷ liÖu tèc ®é trung b×nh tõ 64 kb/s 5
®Õn 144 kb/s cho c¸c øng dông nh Internet vµ c¶ mét tèc ®é cao, lªn tíi 2 Mb/s cho c¸c dÞch vô chuyÓn m¹ch kªnh lÉn chuyÓn m¹ch gãi cao tèc. Cdma2000 sÏ cho phÐp c¸c m¸y di ®éng truyÒn c¸c dÞch vô ®a ph¬ng tiÖn, trong ®ã viÖc kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu c¶ ©m thanh, video vµ d÷ liÖu sÏ ®îc xö lý ®ång thêi. C¸c dÞch vô 2 Mb/s hÇu nh sÏ ®îc giíi h¹n cho m«i tr- êng trong nhµ cßn c¸c tèc ®é lªn ®Õn 144 kb/s sÏ hç trî ®îc cho mäi m«i tr- êng (trong nhµ còng nh ngoµi trêi). Gi÷a cdma2000 vµ cdmaOne cã sù t- ¬ng thÝch hoµn toµn ë chç c¶ hai hÖ thèng cã thÓ lµm viÖc lÉn nhau ®èi víi c¸c dÞch vô tèc ®é thÊp ®îc hç trî trong d¶i th«ng 1,25 MHz cña cdmaOne. C¸c tr¹m gèc cña cdma2000 ®îc ®ång bé víi nhau vµ ®ång bé víi c¸c tr¹m gèc cña cdmaOne. Tèc ®é chÝp cña cdma2000 lµ béi sè tèc ®é chÝp cña cdmaOne (1,2288 Mchip/s) vµ ph©n c¸ch sãng mang trong ph¬ng thøc song c«ng ph©n chia theo tÇn sè cña cdma2000 lµ N× 1,25 MHz víi N = 1, 3, 6, 9 vµ 12. C¸c ph©n c¸ch sãng mang 1,25 MHz (nh cña IS-95), 3,75 MHz, 7,5 MHz, 11,25 MHz vµ 15 MHz nghÜa lµ c¶ CDMA b¨ng hÑp lÉn b¨ng réng ®Òu hç trî ®îc. C¸c dÞch vô CDMA b¨ng réng cã thÓ ®îc hç trî theo hai c¸ch: tr¶i phæ trùc tiÕp hoÆc tr¶i phæ gi¸n tiÕp trªn nhiÒu sãng mang con. Mét b¶n tin d÷ liÖu tèc ®é cao hoÆc ®îc truyÒn b»ng c¸ch t¸ch thµnh N dßng d÷ liÖu tèc ®é thÊp h¬n, tõng dßng d÷ liÖu con ®îc tr¶i phæ víi tèc ®é 1,2288 Mchip/s vµ ®iÒu chÕ lªn mét trong c¸c sãng mang ph©n c¸ch nhau 1,25 MHz, hoÆc cã thÓ ®îc tr¶i phæ trùc tiÕp víi tèc ®é chÝp N× 1,2288 Mchip/s vµ truyÒn ®i b»ng mét sãng mang ®¬n. Phiªn b¶n cdma2000-1x ®îc xem lµ phiªn b¶n thÕ hÖ 2+ cña cdma2000, víi N = 1. §iÓm kh¸c biÖt c¨n b¶n gi÷a cdma2000-1x vµ cdmaOne lµ ë chç do sö dông s¬ ®å ®iÒu chÕ kho¸ dÞch pha 4 møc QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) vµ sè m· Walsh gÊp ®«i nªn sè kªnh cña cdma2000-1x gÊp ®«i cña cdmaOne. Thªm vµo ®ã, cdma2000-1x cßn ¸p dông c¸c kü thuËt ph©n tËp ph¸t vµ ®iÒu khiÓn c«ng suÊt híng ®i mµ trong cdmaOne kh«ng cã, v× vËy ngay c¶ víi N = 1, cdma2000 còng cã dung lîng cao h¬n cña cdmaOne. ë Ch©u ¢u, hÖ thèng th«ng tin di ®éng GSM (thÕ hÖ thø hai) chØ hç trî ®îc dÞch vô sè liÖu tèc ®é thÊp. Tèc ®é d÷ liÖu cña ngêi sö dông trªn giao diÖn v« tuyÕn sö dông mét kªnh vËt lý ®¬n (mét khe thêi gian ®¬n trªn mét khung TDMA7) ban ®Çu chØ lµ 9,6 kb/s. Tèc ®é d÷ liÖu cùc ®¹i cña ngêi sö dông trªn mét kªnh vËt lý ®¬n sau ®ã ®· ®îc n©ng lªn ®Õn 14,4 kb/s nhê gi¶m n¨ng lùc m· ho¸ kªnh trªn kªnh toµn tèc b»ng c¸ch ®ôc thñng symbol m·. §Ó khái ph¶i n©ng tiÕp møc ®é ®ôc thñng symbol m· h¬n n÷a, c¸c gi¶i ph¸p kh¸c nh»m cung cÊp tèc ®é d÷ liÖu cao h¬n 14,4 kb/s lµ cho phÐp mét tr¹m di ®éng (MS) truy cËp nhiÒu khe thêi gian trong 7 TDMA (Time Division Multiple Access): §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian, xin xem kh¸i niÖm trong c¸c môc sau. 6
mét khung TDMA hoÆc sö dông s¬ ®å ®iÒu chÕ víi sè møc ®iÒu chÕ cao h¬n, ch¼ng h¹n nh s¬ ®å ®iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc hay 8-PSK. §èi víi gi¶i ph¸p thø nhÊt (mét MS cã thÓ truy nhËp h¬n mét khe thêi gian trong khung TDMA), hai dÞch vô míi ®· ®îc ®a ra nh mét phÇn cña hÖ thèng GSM pha 2+. §ã lµ dÞch vô d÷ liÖu chuyÓn m¹ch kªnh cao tèc (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data) vµ dÞch vô v« tuyÕn gãi tæng qu¸t (GPRS: General Packet Radio Service). DÞch vô HSCSD cho phÐp mét MS ®îc chiÕm mét sè khe thêi gian trªn mét khung TDMA trªn c¬ së chuyÓn m¹ch kªnh, tøc lµ mét MS chiÕm dông toµn bé nguån lùc cña mét sè kªnh vËt lý ®· ®îc ®Æt cho nã trong suèt thêi gian cuéc gäi. Tr¸i l¹i, GPRS sö dông c¸c kÕt nèi theo kiÓu gãi trªn giao diÖn v« tuyÕn, b»ng c¸ch ®ã mét ngêi sö dông ®îc Ên ®Þnh cho mét hoÆc mét sè kªnh lu lîng chØ khi cã yªu cÇu chuyÓn th«ng tin. Kªnh ®îc gi¶i phãng ngay sau khi viÖc chuyÓn tin hoµn thµnh. Gi¶i ph¸p thø hai nh»m n©ng cao tèc ®é d÷ liÖu cña ngêi sö dông b»ng c¸ch sö dông mét s¬ ®å ®iÒu chÕ víi sè møc ®iÒu chÕ cao ®îc nghiªn cøu trong dù ¸n “C¸c tèc ®é d÷ liÖu n©ng cao cho viÖc ph¸t triÓn GSM” (EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution). C¸c kiÓu ®iÒu chÕ kh¸c nhau ®· ®îc xem xÐt, tho¹t tiªn lµ ®iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc offset 4 møc (Q-O-QAM: Quaternary-Offset-Quadrature Amplitude Modulation) vµ ®iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc offset nhÞ ph©n (B-O-QAM: Binary-Offset-Quadrature Amplitude Modulation), cuèi cïng dõng l¹i ë ®iÒu chÕ pha t¸m møc 8-PSK (Phase Shift Keying). Còng cÇn nãi thªm r»ng, kh«ng chØ Ch©u ¢u ph¸t triÓn EDGE tõ GSM mµ hÖ thèng IS-136 (TDMA) cña Mü còng ®îc dù kiÕn ph¸t triÓn theo híng lªn EDGE. Nh vËy, viÖc ph¸t triÓn EDGE ®îc ®Æt díi sù b¶o trî cña c¶ ViÖn tiªu chuÈn viÔn th«ng Ch©u ¢u (ETSI: European Telecommunication Standard Institute) lÉn TËp ®oµn th«ng tin v« tuyÕn hoµn cÇu (UWC: Universe Wireless Communication Consortium), hÖ qu¶ lµ EDGE t¬ng thÝch víi c¶ GSM lÉn IS-136. Môc ®Ých ban ®Çu cña viÖc ph¸t triÓn EDGE chØ lµ t¨ng tèc ®é bÝt cña ngêi sö dông nh»m më réng h¬n n÷a d¶i c¸c dÞch vô cã thÓ cung cÊp ®îc song EDGE ®· ®îc t« vÏ thµnh mét hÖ thèng 3G vµ hiÖn nay nã lµ mét thµnh viªn cña hä c¸c hÖ thèng IMT-2000 nh ®· tr×nh bµy ë trªn. Lé tr×nh ph¸t triÓn lªn EDGE cña c¸c hÖ thèng GSM hay IS-136 ®îc dù ®Þnh lµ: tríc hÕt triÓn khai GPRS, råi ®Õn GPRS t¨ng cêng (EDPRS: Enhanced Data rates Packet Radio Services) vµ DÞch vô d÷ liÖu chuyÓn m¹ch kªnh t¨ng cêng (ECSD: Enhanced Circuit Switch Data), cuèi cïng lµ ®iÒu chÕ víi sè møc ®iÒu chÕ cao sÏ ®îc triÓn khai ®Ó cho ra c¸c dÞch vô EDGE 3G. C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng vÉn ®ang ®îc ph¸t triÓn kh«ng ngõng. Sau thÕ hÖ thø ba, hÖ thèng tèc ®é d÷ liÖu cao (HDR: High Data Rate) truyÒn th«ng tin theo gãi trªn ®êng xuèng víi tèc ®é cùc ®¹i 2,4 Mb/s ®· ®- îc ®Ò xuÊt vµ hÖ thèng truy nhËp theo gãi ®êng xuèng cao tèc cã th«ng l- 7
îng h¬n 2 Mb/s hiÖn ®ang ®îc 3GPP8 tiªu chuÈn ho¸. C¸c hÖ thèng nµy ®- îc xem nh c¸c hÖ thèng 3,5G. Ngoµi ra, mét lo¹t c¸c hÖ thèng t¹o nªn c¸c m¹ng côc bé v« tuyÕn (WLAN: Wireless Local Area Network) nh IEEE802.11a cña Mü, LAN v« tuyÕn chÊt lîng cao kiÓu 2 (HIPERLAN/2: HIgh-PERformance LAN type 2) cña Ch©u ¢u vµ Th«ng tin truy nhËp v« tuyÕn ®a ph¬ng tiÖn (MMAC: Multimedia Mobile Access Communication) cña NhËt B¶n ®· ®îc tiªu chuÈn ho¸. Dùa trªn kü thuËt ghÐp theo tÇn sè trùc giao (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing), mÆc dï cã thÓ hç trî c¸c dÞch vô video hay ©m thanh thêi gian thùc cho ngêi sö dông cã thÓ di ®éng ®«i chót, c¸c hÖ thèng nµy chñ yÕu nh»m truyÒn tin gi÷a c¸c m¸y tÝnh trong m«i trêng trong nhµ víi tèc ®é truyÒn sè liÖu lªn ®Õn 54 Mb/s trªn b¨ng tÇn 5 GHz. C¸c thÕ hÖ sau thÕ hÖ thø 3 hiÖn ®ang ®îc r¸o riÕt nghiªn cøu. ThÕ hÖ thø t (4G) ®· ®îc dù kiÕn cã thÓ sÏ trë thµnh hiÖn thùc tõ n¨m 2010. Theo nhiÒu nhµ nghiªn cøu [4G], kü thuËt OFDM kÕt hîp víi CDMA rÊt cã thÓ lµ nÒn t¶ng c«ng nghÖ cho c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 4 víi tèc ®é bÝt cña ngêi sö dông cã thÓ lªn tíi 150 Mb/s. MÆc dï c¸c hÖ thèng thÕ hÖ thø 4 vÉn cßn cha trë thµnh hiÖn thùc, c¸c nghiªn cøu vÒ kü thuËt ¸p dông cho thÕ hÖ thø 5 ®· ®îc xóc tiÕn ngµy mét m¹nh mÏ h¬n trªn toµn thÕ giíi. Theo ý kiÕn cña mét sè nhµ chuyªn m«n [4G], kü thuËt nhiÒu ®Çu vµo nhiÒu ®Çu ra-®iÒu chÕ ®¬n sãng mang (MIMO-SCM: Multiple Input Multiple Output-Single Carrier Modulation) cã thÓ sÏ lµ mét øng cö viªn s¸ng gi¸ cho c¸c hÖ thèng thÕ hÖ thø 5. 1.2 ph©n lo¹i c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng Theo cÊu tróc, ®Æc ®iÓm vµ ph¬ng thøc truy nhËp c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn di ®éng cã thÓ ®îc ph©n chia thµnh nhiÒu lo¹i kh¸c nhau. Theo cÊu tróc, chóng thêng ®îc ph©n thµnh: hÖ thèng m¹ng tÕ bµo, hÖ thèng viÔn th«ng kh«ng d©y vµ vµnh v« tuyÕn néi h¹t. Theo ®Æc tÝnh tÝn hiÖu, c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng cã thÓ ®îc chia thµnh c¸c hÖ thèng liªn tôc (analog) vµ c¸c hÖ thèng sè (digital). Trong th«ng tin di ®éng, c¸c ph¬ng thøc ®a truy nhËp sau thêng ®îc sö dông: ®a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè FDMA (Frequency Division Multiple Access), ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA (Time Division Multiple Access) vµ ®a truy nhËp ph©n chia theo m· CDMA (Code Division Multiple Access). 8 3GPP (3rd Generation Partnership Project): Dù ¸n hîp t¸c v× thÕ hÖ thø 3, mét ch¬ng tr×nh hîp t¸c chø kh«ng ph¶i lµ mét c¬ quan tiªu chuÈn ho¸, do ETSI ®Ò xuÊt n¨m 1998 nh»m liªn kÕt víi c¸c c¬ quan tiªu chuÈn ho¸ kh¸c trªn thÕ giíi trong viÖc tiªu chuÈn ho¸ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng 3G. C¸c thµnh viªn cña 3GPP gåm: ETSI (Ch©u ¢u), CWTS (Trung Quèc), T1 (Mü), ITA (Hµn Quèc), ARIB vµ TTC (NhËt B¶n). 8
Do khu«n khæ cã h¹n, phÇn nµy chØ ®iÓm qua nh÷ng ®Æc tÝnh chñ yÕu nhÊt cña tõng lo¹i hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng theo c¸c c¸ch ph©n lo¹i nªu trªn. Ph©n lo¹i theo cÊu tróc hÖ thèng V« tuyÕn di ®éng tÕ bµo (cellular mobile radio): ViÖc liªn l¹c trong th«ng tin v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo ®îc tiÕn hµnh gi÷a mét hÖ thèng tr¹m gèc cè ®Þnh BS (Base Station) ®îc bè trÝ theo c¸c vïng ®Þa lý vµ c¸c tr¹m di ®éng MS (Mobile Station). DiÖn tÝch ®Þa lý trong ®ã c¸c MS liªn l¹c trùc tiÕp víi mét BS ®îc gäi lµ mét tÕ bµo (cell), cã thÓ coi biªn cña mét tÕ bµo ®îc x¸c ®Þnh bëi kho¶ng c¸ch cùc ®¹i mµ mét MS cã thÓ ra xa khái BS mµ liªn l¹c vÉn cßn cha trë nªn kh«ng thÓ chÊp nhËn ®îc. Khi MS võa liªn l¹c võa di chuyÓn tõ tÕ bµo nµy sang tÕ bµo kh¸c, hÖ thèng sÏ tù ®éng chuyÓn giao cuéc gäi vµ MS sÏ tiÕp tôc cuéc gäi th«ng qua BS cña tÕ bµo míi. VÒ lý thuyÕt, c¸c tÕ bµo thêng ®îc bè trÝ cã d¹ng tæ ong víi kÝch thíc thÝch hîp cho phÐp t¸i dông tÇn sè nh»m ®¹t ®îc mËt ®é ngêi sö dông thÝch hîp. Trong thùc tÕ, h×nh d¸ng thùc vµ kÝch thíc tÕ bµo phô thuéc vµo ®Þa h×nh, c«ng suÊt ph¸t, ®é nh¹y m¸y thu, mËt ®é ngêi sö dông, lo¹i ¨ng-ten vµ ®é cao ¨ng-ten... Th«ng thêng, trong ®Þa h×nh n«ng th«n, tÕ bµo cã thÓ cã b¸n kÝnh tíi 35 km, trong c¸c ®« thÞ b¸n kÝnh nµy chØ cßn mét vµi km, thËm chÝ chØ vµi tr¨m mÐt ®Õn 1 km. M¹ng v« tuyÕn tÕ bµo ®îc dïng ®Ó tæ chøc PLMR. GSM, IS-54/IS-136, IS-95... lµ c¸c hÖ thèng v« tuyÕn tÕ bµo tiªu biÓu. ViÔn th«ng kh«ng d©y CT (Cordless Telecommunications): C¸c m¹ng kh«ng d©y ®îc thiÕt kÕ cho th«ng tin di ®éng phñ sãng trªn nh÷ng kho¶ng c¸ch t¬ng ®èi nhá nh trong c¸c m«i trêng c«ng së, nhµ m¸y... Do kÝch thíc tÕ bµo nhá, tèc ®é truyÒn sè liÖu cã thÓ kh¸ cao mµ kh«ng cÇn c¸c m¹ch san b»ng phøc t¹p, thËm chÝ còng kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i ¸p dông m· ho¸ kªnh. C¸c m¹ng kh«ng d©y tiªu biÓu lµ DECT (Digital European Cordless Telecommunications) cña ch©u ¢u, CT-2 cña Anh... Vµnh v« tuyÕn néi h¹t WLL (Wireless Local Loop): §îc sö dông ®Ó thùc hiÖn nèi c¸c thuª bao hiÖn diÖn trong mét vµnh ®ai ®Þa lý quanh mét tr¹m gèc ®¬n tíi m¹ng liªn l¹c c«ng céng b»ng c¸c thiÕt bÞ v« tuyÕn. C¸c hÖ thèng WWL lÉn CT ®Òu kh«ng cã kh¶ n¨ng (hoÆc kh«ng ®îc phÐp) chuyÓn giao cuéc gäi. ChÊt lîng liªn l¹c, ®é an toµn th«ng tin cña vµnh v« tuyÕn néi h¹t th× còng t¬ng tù nh cña m¹ng thuª bao h÷u tuyÕn. Tuú lÜnh vùc ¸p dông, cù ly liªn l¹c cã thÓ lµ 200 m ®Õn 500 m trong ®Þa h×nh ®« thÞ vµ cã thÓ tíi 20 km trong vïng n«ng th«n. Thñ tôc l¾p ®Æt nhanh chãng, l¾p ®Æt, b¶o tr× vµ ®iÒu phèi kh¸ rÎ. T¹i nh÷ng vïng n«ng th«n hoÆc ngo¹i « hÎo l¸nh, n¬i cã mËt ®é thuª bao thÊp, khi viÖc ®Æt c¸c ®êng d©y thuª bao ®iÖn tho¹i míi kh«ng mÊy kinh tÕ th× vµnh v« tuyÕn néi h¹t trë nªn rÊt hiÖu qu¶ [WWL]. Ph©n lo¹i theo ®Æc tÝnh tÝn hiÖu 9
V« tuyÕn di ®éng t¬ng tù: Lµ c¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i v« tuyÕn di ®éng thÕ hÖ thø nhÊt. TÝn hiÖu tho¹i lµ tÝn hiÖu t¬ng tù, ®iÒu chÕ FSK (Frequency Shift Keying). Ph¬ng thøc ®a truy nhËp chñ yÕu lµ FDMA. C¸c kªnh ®iÒu khiÓn th× ®· ®îc sè ho¸. V« tuyÕn di ®éng sè: C¶ tÝn hiÖu tho¹i lÉn c¸c kªnh ®iÒu khiÓn ®Òu lµ tÝn hiÖu sè. Ngoµi dÞch vô ®iÖn tho¹i truyÒn thèng, hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng sè cßn cho phÐp khai th¸c mét lo¹t c¸c dÞch vô kh¸c nh truyÒn c¸c tin ng¾n, truyÒn fax, truyÒn sè liÖu... Tèc ®é truyÒn cao vµ cã kh¶ n¨ng m· ho¸ th«ng tin. Ph©n lo¹i theo ph¬ng thøc ®a truy nhËp §a truy nhËp theo tÇn sè (FDMA): §îc sö dông chñ yÕu trong th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø nhÊt, trong ®ã hai d¶i tÇn sè cã ®é réng W ®îc sö dông cho ®êng xuèng (down-link) tõ BS tíi MS vµ ®êng lªn (up-link) tõ MS tíi BS. Víi mçi mét híng liªn l¹c, mçi mét ngêi sö dông chiÕm mét d¶i tÇn con cã ®é réng W/N gäi lµ kªnh vµ sö dông kªnh ®ã trong suèt thêi gian liªn l¹c. §Æc ®iÓm cña ph¬ng thøc ®a truy nhËp theo tÇn sè lµ tèc ®é truyÒn thÊp, khã ¸p dông c¸c dÞch vô phi tho¹i, hiÖu qu¶ sö dông tÇn sè thÊp, cã bao nhiªu kªnh trong mét tÕ bµo th× ph¶i cã bÊy nhiªu m¸y thu- ph¸t lµm viÖc trªn bÊy nhiªu tÇn sè kªnh ®Æt t¹i BS, do ®ã kÕt cÊu BS cång kÒnh. §a truy nhËp theo thêi gian (TDMA): §îc sö dông trong hÇu hÕt c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng thÕ hÖ thø hai, hoµn toµn sè ho¸. Víi lo¹i ®a truy nhËp theo thêi gian nµy, mçi ngêi sö dông chiÕm c¶ gi¶i tÇn W trong mét khe thêi gian nhÊt ®Þnh, tuÇn hoµn trong suèt thêi gian liªn l¹c. §Æc ®iÓm: DÔ dµng më c¸c dÞch vô phi tho¹i, thiÕt bÞ tr¹m BS kh¸ ®¬n gi¶n do chØ cÇn mét m¸y thu ph¸t lµm viÖc trªn mét cÆp tÇn sè øng víi c¸c ®êng lªn, xuèng cho nhiÒu ngêi sö dông, hiÖu qu¶ sö dông tÇn sè cao h¬n so víi c¸c hÖ thèng FDMA. §èi víi lo¹i ®a truy nhËp nµy, do tèc ®é truyÒn sè liÖu kh¸ cao, ISI tån t¹i trong qu¸ tr×nh liªn l¹c, do ®ã trong nhiÒu trêng hîp c¸c m¹ch san b»ng kh¸ phøc t¹p lµ cÇn thiÕt. §ång bé còng lµ mét vÊn ®Ò ®èi víi ph¬ng thøc ®a truy nhËp nµy. §a truy nhËp theo m· (CDMA): Lµ mét d¹ng cña ®a truy nhËp sö dông kü thuËt tr¶i phæ SSMA (Spread Spectrum Multiple Access), trong ®ã mçi mét ngêi sö dông dïng toµn bé phæ tÇn nh víi TDMA, trong toµn bé thêi gian cña cuéc gäi nh ®èi víi FDMA. C¸c ngêi sö dông ®îc ph©n biÖt víi nhau nhê viÖc sö dông c¸c m· gi¶ nhiÔu PN (PseudoNoise) kh¸c nhau. C¸c u ®iÓm næi bËt cña CDMA lµ hiÖu qu¶ sö dông phæ rÊt cao, kh¶ n¨ng t¸i dông tÇn sè rÊt cao, ph¬ng ¸n bè trÝ tÇn sè sö dông trong c¸c tÕ bµo rÊt ®¬n gi¶n, ®é an toµn th«ng tin vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc trong c¸c ®iÒu kiÖn nhiÔu m¹nh rÊt cao... MÆc dÇu cã c¸c u ®iÓm næi bËt nh vËy, cho ®Õn nay CDMA chØ ®îc sö dông ë mét sè h¹n chÕ c¸c hÖ thèng do c¸c vÊn ®Ò liªn quan tíi ®iÒu khiÓn c«ng suÊt, ®ång bé vµ viÖc t×m ra c¸c m· PN cung 10
cÊp sè kªnh lín. Còng cÇn ph¶i nhÊn m¹nh thªm r»ng, do hoµn c¶nh lÞch sö, hÖ thèng GSM (TDMA) ra ®êi tríc vµ ®· ®îc chÊp nhËn ë ch©u ¢u vµ nhiÒu níc kh¸c trªn thÕ giíi, b¶o ®¶m tÝnh lu ®éng (roaming) quèc tÕ trªn mét diÖn rÊt réng trªn toµn cÇu nªn kh¶ n¨ng chiÕm lÜnh thÞ trêng vµ c¹nh tranh cña c¸c hÖ thèng CDMA thÕ hÖ thø hai ban ®Çu cßn cha cao. Tuy nhiªn, trong t¬ng lai rÊt gÇn, khi nhu cÇu vÒ thuª bao di ®éng còng nh c¸c nhu cÇu liªn l¹c ®a dÞch vô t¨ng lªn rÊt lín, c¸c biÖn ph¸p kü thuËt vµ c«ng nghÖ ®ñ m¹nh th× c¸c hÖ thèng CDMA sÏ chiÕm u thÕ tuyÖt ®èi. Ph¬ng thøc ®a truy nhËp CDMA ®· ®îc lùa chän sö dông trong nhiÒu tiªu chuÈn th«ng tin di ®éng 3G (W-CDMA hay cdma2000...). Theo ý kiÕn cña c¸c chuyªn gia hµng ®Çu thÕ giíi, c¸c thÕ hÖ tiÕp theo cña th«ng tin di ®éng sÏ lµ c¸c hÖ thèng CDMA vµ c¸c ph¸t triÓn cña nã. Kh¸i niÖm vÒ c¸c ph¬ng thøc ®a truy nhËp ®îc minh ho¹ trªn h×nh 1.2. Trong thùc tÕ, c¸c hÖ thèng TDMA vµ CDMA thêng ®îc thiÕt kÕ ë d¹ng lai TDMA/FDMA vµ CDMA/FDMA nh»m t¨ng sè thuª bao cã thÓ phôc vô ®ång thêi t¹i mét vïng phñ sãng cña mét tr¹m. FDMA f TDMA f CDMA f t t t H×nh 1-2 C¸c ph¬ng thøc ®a truy nhËp Ph©n lo¹i theo ph¬ng thøc song c«ng C¸c ph¬ng thøc song c«ng trong th«ng tin di ®éng bao gåm song c«ng ph©n chia theo tÇn sè FDD (Frequency Division Duplex) vµ song c«ng ph©n chia theo thêi gian TDD (Time Division Duplex). FDD sö dông chñ yÕu trong th«ng tin v« tuyÕn tÕ bµo hay trong vµnh v« tuyÕn néi h¹t, trong ®ã liªn l¹c ®i vµ vÒ gi÷a BS vµ MS thùc hiÖn trªn hai tÇn sè kh¸c nhau bè trÝ trªn hai d¶i tÇn kh¸c nhau. TDD thêng ®îc sö dông trong c¸c m¹ng liªn l¹c kh«ng d©y CT hoÆc trong mét sè phiªn b¶n cña th«ng tin di ®éng 3G. Víi TDD, chØ mét d¶i tÇn sè ®îc dµnh cho liªn l¹c c¶ ®i lÉn vÒ vµ cÊu tróc 11
khung thêi gian ®îc ¸p dông. ViÖc ph¸t tõ BS tíi MS diÔn ra trong mét nöa khung thêi gian vµ nöa khung thêi gian kia th× dµnh cho viÖc ph¸t theo chiÒu ngîc l¹i. Trong thùc tÕ, ®Ó ®¹t ®îc dung lîng thÝch hîp, trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng c¸c ph¬ng thøc ®a truy nhËp vµ c¸c ph¬ng thøc song c«ng ®îc sö dông trén lÉn, t¹o ra c¸c lo¹i hÖ thèng TDMA/FDD/FDMA (nh GSM), FDMA/TDD (nh CT-2), TDMA/TDD/FDMA (nh DECT), hay CDMA/FDD (nh IS-95 hay cdma2000). 1.3 mét sè vÊn ®Ò vÒ th«ng tin di ®éng tÕ bµo C¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng truyÒn thèng tríc ®©y (kh«ng cã cÊu tróc tÕ bµo) gÆp ph¶i mét sè nhîc ®iÓm quan träng nh h¹n chÕ vÒ kh¶ n¨ng cung cÊp dÞch vô, chÊt lîng dÞch vô kÐm vµ hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn thÊp. Nh÷ng ®iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch mét c¸ch t¬ng ®èi v¾n t¾t nh sau. VÒ mÆt kh¶ n¨ng cung cÊp dÞch vô, c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng truyÒn thèng lu«n ®îc thiÕt kÕ theo c¸ch Ên ®Þnh mét sè kªnh cho mét vïng ®Þa lý thêng ®îc ho¹ch ®Þnh cµng réng cµng tèt, dÉn ®Õn c«ng suÊt ph¸t ph¶i lín ®Õn møc c¸c tiªu chuÈn kü thuËt cho phÐp. Mét ngêi sö dông khëi ph¸t mét cuéc gäi t¹i mét vïng sÏ ph¶i khëi ph¸t l¹i cuéc gäi khi di chuyÓn sang mét vïng míi do cuéc gäi bÞ rít v× sãng ®· qu¸ yÕu. §iÒu nµy h¼n lµ kh«ng mong muèn v× ch¼ng cã g× b¶o ®¶m r»ng cuéc gäi cña ng- êi sö dông cã thÓ hoµn thµnh ®îc khi kh«ng cã kh¶ n¨ng chuyÓn giao cuéc gäi9 tõ vïng nµy sang vïng kh¸c. VÒ chÊt lîng dÞch vô (liªn quan tíi tû lÖ nghÏn cuéc gäi), c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng truyÒn thèng cã sè kªnh kh¸ h¹n chÕ cho mét vïng rÊt réng. Khi sè thuª bao t¹i mét vïng t¨ng lªn qu¸ lín th× kh¶ n¨ng nghÏn cuéc gäi trong giê cao ®iÓm lµ rÊt lín. §é ®o hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn ®îc x¸c ®Þnh nh sè thuª bao lín nhÊt cã thÓ phôc vô ®îc bëi mét kªnh tÝnh t¹i giê cao ®iÓm. §èi víi c¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng truyÒn thèng, mçi mét kªnh tÇn sè nhÊt thêi chØ phôc vô ®îc mét kh¸ch hµng, do vËy kh«ng thÓ tËn dông phæ tÇn sè mét c¸ch hiÖu qu¶. TÊt c¶ nh÷ng nhîc ®iÓm trªn ®· dÉn tíi ý tëng vÒ c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo mµ nã cho phÐp t¸i sö dông b¨ng tÇn sè t¹i c¸c vïng ®Þa lý kh¸c nhau. ChÝnh nhê viÖc t¸i sö dông tÇn sè mµ hiÖu qu¶ sö dông tÇn sè cña mét hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo cã thÓ ®¹t lín h¬n h¼n, mÆt kh¸c cho phÐp thu hÑp kÝch thíc vïng ®Þa lý phñ sãng cña mét tr¹m (gäi lµ mét tÕ bµo hay mét «), nhê vËy sè thuª bao trong mét tÕ bµo cã thÓ gi÷ ®îc ë møc thÝch hîp sao cho kh¶ n¨ng nghÏn cuéc gäi lµ chÊp nhËn ®îc, b¶o ®¶m chÊt lîng dÞch vô theo yªu cÇu. Kh¶ n¨ng chuyÓn giao lµ mét ®Æc trng cña c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng tÕ bµo vµ nhê ®ã 9 ChuyÓn giao cuéc gäi (Hand-Over theo tiÕng Anh Anh hay Hand-Off theo tiÕng Anh Mü, viÕt t¾t lµ HO): Qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi kªnh tù ®éng khi mét m¸y di ®éng di chuyÓn tõ tÕ bµo nµy sang tÕ bµo kh¸c sao cho cuéc gäi cã thÓ tiÕp tôc mµ kh«ng cÇn khëi ph¸t l¹i (kh«ng cÇn quay sè l¹i). 12
chóng cã thÓ b¶o ®¶m cuéc gäi th«ng suèt trong qu¸ tr×nh m¸y di ®éng di chuyÓn tõ vïng nµy sang vïng kh¸c. Trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo, mét sè vÊn ®Ò ®· n¶y sinh nh vÊn ®Ò vÒ hiÖu suÊt trung kÕ vµ chiÕn lîc cÊp phÐp cho c¸c nhµ khai th¸c, c¸c tiªu chuÈn chÊt lîng, c¸c kh¸i niÖm, vÊn ®Ò quy ho¹ch hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo… Díi ®©y, chóng ta sÏ xem xÐt mét c¸ch v¾n t¾t c¸c vÊn ®Ò nµy. HiÖu suÊt trung kÕ vµ chiÕn lîc cÊp phÐp cho c¸c nhµ khai th¸c ChiÕn lîc cÊp phÐp cho c¸c nhµ khai th¸c (c«ng ty ®iÖn tho¹i di ®éng) liªn quan ®Õn viÖc ph©n ®Þnh phæ tÇn sè dµnh cho dÞch vô ®iÖn tho¹i di ®éng, hiÖu qu¶ trung kÕ vµ lîi thÕ cña viÖc thóc ®Èy c¹nh tranh. Tríc ®©y, vµo thêi kú ®Çu tiªn cña c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo, Uû ban truyÒn th«ng liªn bang Mü FCC (Federal Communication Committee) ®· thùc hµnh chÝnh s¸ch ph©n ®Þnh toµn bé phæ tÇn cho mét nhµ khai th¸c trªn mét vïng thÞ trêng. §iÒu nµy liªn quan tíi viÖc dù ®o¸n vÒ thÞ tr- êng ®iÖn tho¹i di ®éng håi ®ã vÉn cßn cha râ rµng, viÖc Ên ®Þnh phæ tÇn vµ cÊp phÐp chØ dùa trªn lîi thÕ vÒ hiÖu suÊt trung kÕ. XÐt vÒ hiÖu suÊt trung kÕ, viÖc ph©n ®Þnh 1 nhµ khai th¸c/thÞ trêng cho hiÖu suÊt trung kÕ tèt h¬n trêng hîp 2 nhµ khai th¸c/thÞ trêng. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch ®îc theo thÝ dô sau []. Trong thÝ dô nµy chóng ta sÏ xÐt ®Õn sù suy gi¶m hiÖu suÊt trung kÕ gi÷a hai ph¬ng ¸n 1 vµ 2 nhµ khai th¸c/thÞ trêng. Trong trêng hîp ®Çu, gi¶ sö trªn mét vïng thÞ trêng gåm 7 tÕ bµo, nhµ khai th¸c ®îc Ên ®Þnh toµn bé b¨ng tÇn víi tæng sè 666 kªnh. Trong trêng hîp thø hai, hai nhµ khai th¸c cïng khai th¸c trªn vïng thÞ trêng nãi trªn vµ ®îc ph©n ®Þnh mçi nhµ khai th¸c mét nöa ®é réng b¨ng tÇn tæng céng, tøc lµ mçi nhµ khai th¸c cã 333 kªnh. Gi¶ sö thêi gian trung b×nh cña mét cuéc gäi lµ 1,76 phót10 vµ x¸c suÊt chÆn cuéc gäi cho phÐp ®èi víi mét tÕ bµo lµ 2%. Víi sè kªnh trªn mét tÕ bµo cho trêng hîp ®Çu N1 = 666/7 ≈ 95, cho trêng hîp sau N2 = 333/7 ≈ 47,5 vµ x¸c suÊt chÆn11 B = 0,02, tra b¶ng Erlang12 B (phô lôc 1) chóng ta ®îc t¶i cã thÓ chÞu ®ùng cña c¸c trêng hîp 10 C¸c con sè trong thÝ dô nµy hoµn toµn mang tÝnh gi¶ ®Þnh, chØ phï hîp trong tÝnh to¸n ë Mü vµo thêi kú ®Çu cña ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ bµo. C¸c con sè thèng kª vÒ thêi gian trung b×nh mét cuéc gäi hiÖn nay thay ®æi theo thãi quen sö dông cña kh¸ch hµng còng nh chÝnh s¸ch cíc. ë ViÖt Nam hiÖn nay (2005), con sè nµy lµ qu·ng gÇn 1 phót. 11 X¸c suÊt chÆn (blocking probability): Lµ x¸c suÊt cña viÖc cuéc gäi bÞ tõ chèi do hÖ thèng kh«ng ®ñ nguån lùc ®Ó phôc vô. 12 Erlang: §¬n vÞ ®o lu lîng viÔn th«ng dïng trong lÜnh vùc ®iÖn tho¹i, ®Æt theo tªn cña nhµ to¸n häc, nhµ thèng kª häc, kü s ngêi §an M¹ch Agner Krarup Erlang (1878-1929), ngêi ®Æt nÒn mãng cho ngµnh kü thuËt lu lîng vµ lý thuyÕt hµng ®îi. Erlang lµ ®¬n vÞ thèng kª kh«ng thø nguyªn, lµ lu lîng mét ng- êi sö dông ®iÖn tho¹i trong mét giê. Erlang thêng ®îc sö dông trong tÝnh to¸n cÊp ®é dÞch vô (GOS: Grade Of Service) vµ chÊt lîng dÞch vô (QoS: Quality 13
lÇn lît lµ A1 = 83,1 Erlang vµ A2 = 38 Erlang. §èi víi trêng hîp thø hai, t¶i cã thÓ chÞu ®ùng tæng céng cña c¶ hai nhµ khai th¸c lµ 2A2. Nh vËy, ta cã A1 ≥ 2A2. Sè cuéc gäi cã thÓ phôc vô ®îc trong giê cao ®iÓm víi thêi gian trung b×nh mét cuéc gäi 1,76 phót sÏ lµ: Ai × 60 Qi = cuéc gäi/giê (1.1) 1,76 Do vËy, Q1 = 2832,95 cuéc gäi/giê vµ Q2 = 1295,45 × 2 = 2590,9 cuéc gäi/giê. HÖ sè suy gi¶m hiÖu suÊt trung kÕ gi÷a trêng hîp thø hai so víi trêng hîp thø nhÊt víi x¸c suÊt chÆn 2% cã thÓ tÝnh ®îc nh sau: 2832,95 − 2590,9 η= = 8,5% (1.2) 2832,95 MÆc dÇu hiÖu suÊt trung kÕ gi¶m khi sè nhµ khai th¸c trªn mét vïng thÞ trêng t¨ng lªn song trong n¨m 1980 FCC ®· xÐt l¹i chiÕn lîc mét hÖ thèng/mét thÞ trêng cña m×nh vµ nghiªn cøu kh¶ n¨ng ¸p dông chiÕn lîc h¬n mét hÖ thèng/mét thÞ trêng nh»m tËn dông c¸c lîi thÕ do c¹nh tranh mang l¹i. Râ rµng viÖc tiÕt kiÖm chi phÝ do hiÖu suÊt trung kÕ lín dÉn ®Õn viÖc mét hÖ thèng/mét thÞ trêng cã vÎ cã lîi h¬n, song khi c©n b»ng c¸c lîi Ých cña tÝnh kinh tÕ nhê quy m« (economy of scale), cã ®îc trong trêng hîp chØ mét nhµ khai th¸c/mét thÞ trêng, víi c¸c lîi Ých do c¹nh tranh mang l¹i (c¸c nhµ khai th¸c ®Òu ph¶i cè g¾ng phÊn ®Êu gi¶m cíc dÞch vô, do ®ã toµn x· héi ®îc lîi lín), FCC ®· ®i ®Õn kÕt luËn vÒ u thÕ vît tréi cña chiÕn lîc hai nhµ khai th¸c/mét vïng thÞ trêng. HiÖn t¹i, chiÕn lîc cÊp phÐp nµy ®îc ¸p dông réng r·i víi sè nhµ khai th¸c/mét vïng thÞ trêng lªn tíi 3. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo CÊu tróc c¬ b¶n cña mét hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng tÕ bµo ®îc m« t¶ trªn h×nh 1.3, bao gåm ba phÇn chÝnh: tr¹m di ®éng MS (Mobile Station), tr¹m gèc cña tÕ bµo BS (Base Station, hay cßn gäi lµ cell site) vµ tæng ®µi cña hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng MSC (Mobile Switching Centre) víi c¸c kÕt nèi ®Ó nèi c¸c thµnh phÇn nãi trªn víi nhau vµ nèi tíi c¸c m¹ng viÔn th«ng kh¸c. C¸c tÕ bµo cã thÓ cã h×nh d¹ng thùc tÕ of Service) trong ®iÖn tho¹i, viÖc tÝnh to¸n lu lîng b»ng Erlang thêng ®îc tÝnh víi giê cao ®iÓm. 14
15