Bài 1: Các hệ thống thế hệ thứ 1 và thứ 2

Hệ thống 1G

Công nghệ di động thế hệ đầu tiên (1G- The 1st Generation)  là công nghệ tương tự, hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog), hệ thống mà các giá trị là liên tục chứ không phải rời rạc hoặc có hai giá trị (nhị phân) 0,1 như hệ thống tín hiệu số, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979.

Một số công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga, công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone System – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access Communication System – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.

Đặc điểm của hệ thống này là hầu hết các hệ thống đều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu là âm thanh. Một số chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, tốc độ chỉ khoảng 2.4kbps, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Thiết bị điện thoại thế hệ đầu này khá cồng kềnh, pin yếu.

Hệ thống 2G

Vào năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications Adminstrations) thành lập một nhóm nghiên cứu có tên gọi GSM (Group Speciale Mobile) với mục đích phát triển chuẩn mới về thông tin di động ở châu Âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991. Đánh dấu cột mốc ra đời mạng di động thế hệ thứ 2.

Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication Standards Institute) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn Châu Âu. Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA của 1G, 2G là kết hợp FDMA và TDMA.

Tất cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được định hướng thương

mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000). Trong đó khoảng 60% số mạng hiện tại là theo chuẩn của châu Âu.

Đặc điểm của hệ thống là Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890- 960MHz). Băng tần (dải tần dùng để phát sóng) được chia làm 2 phần: (1) Uplink band (dải tần truyền lên) từ (890 – 915) MHz, (2) Downlink band (dải tần truyền xuống) từ (935 – 960) MHz

Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz, khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa thiết bị và mạng GSM. Tốc độ mã hóa từ 6.5- 13 Kbps. 125 kênh tần số được đánh số từ 0 đến 124 được gọi là kênh tần số tuyệt đối ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number).

Khi truyền tín hiệu, người ta thường sử dụng các hình thức mã hóa kênh, thế hệ thứ hai có sự kết hợp của hai hình thức “truy cập đa kênh” (Multiple Access) FDMA và TDMA trong 3 hình thức cơ bản sau:

-Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple Access).

-Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access).

-Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access).

Các chuẩn và phương pháp truy cập kênh trên chỉ có kỹ sư viễn thông mới hiểu, mà cũng chưa chắc sâu về những chuẩn đó nếu không làm trực tiếp. Cho nên, các bạn chỉ cần nắm chuẩn này thuộc thế hệ nào là được.

Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 91 với mạng di động đầu tiên tại Phần Lan, xứ xở của hãng Nokia, sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ của thế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả về số lượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng. Các mạng thế thứ hai cho phép truyền dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps. Các mạng này được sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh.

Tương tự như trong 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G, hiện nay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn công nghệ chính sau:

D- AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng tại Bắc Mỹ. D-AMPS đang dần được

thay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000.

GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai GSM được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật). Hệ thống GSM dồn kênh phân chia tần số được sử dụng, với mỗi đầu cuối di động truyền thông trên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn (chênh lệch 80MHz trong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ thống, phương pháp dồn kênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp tần số, làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên, các kênh GSM rộng hơn các kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM cung cấp độ truyền dữ liệu cao hơn D-AMPS.

Các mạng Vinphone, MobiFone, Viettel đều sử dụng hệ thống GSM.

CDMA (code Division Multiple Access): CDMA sử dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã. Nhờ công nghệ này mà CDMA có thể nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn hẳn so với hai công nghệ trên.

S-Fone của Saigon Telecom sử dụng CDMA, Hanoi Telecom cũng dùng CDMA nhưng sau đó buộc chuyển sang GSM phổ biến hơn.

PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy nhất tại Nhật Bản. PDC sử dụng TDMA.

Những ưu nhược điểm của 2G so với 1G và tình hình phát triển:

Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số (Digital vs Analog) cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị

Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động mà khởi đầu là tin nhắn SMS. Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn chính: TDMA (Time – Divison Mutiple Access: đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA (Code Divison Multple Access: đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng.

Trường hợp CDMA vs GSM cho thấy không phải công nghệ có vẻ “tốt hơn” cũng có thể mang lại những lợi thế cạnh tranh trên thị trường viễn thông như trường hợp S-Fone và EVN Telecom.

2G còn một bước “quá độ tiến lên 3G’’ thông qua một giai đoạn tạm gọi là 2.5G
Trong đó có những công nghệ như:

-HSCSD = High Speed Circuit Switched Data: số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao;

-GPRS = General Packet Radio Service: dịch vụ vô tuyến gói chung;

Hệ thống GPRS - bước đầu tiên hướng tới 3G. Mở rộng kiến trúc mạng GSM. Truy cập tốc độ cao và hiệu quả tới những mạng chuyển mạch gói khác (tăng tới 115kbps);

-EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution: tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM.

EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đ. định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý tưởng. 384kbps tương ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian.

2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA. GPAS là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng. Và giao thức, như EDGE cho GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lượng như các dịch vụ 3G (ví dụ dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự.

Còn nữa