Bài 2: Hệ thống 3G

Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200 (International Mobile  elecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:

- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao;

- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...);

- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...);

- Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...)’

- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống.

Để thỏa mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao (hand over) rất khó, vì vậy chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối này, cònkhi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps.

Vậy chuyển giao là gì?

Trong mạng tế bào, mỗi một tràm phát sóng BTS có một vùng phủ giới hạn (vài km). Khi bạn ngồi trên ô tô/ xe bus và điện thoại cho bạn gái, thì chắc chắn bạn không thể nối kết với cùng 1 trạm BTS được. Khi bạn đi ra khỏi vùng phủ sóng của một trạm BTS A và đi vào vùng phủ của một trạm BTS B, lúc đó bạn sẽ kết nối với trạm B. Dĩ nhiên là cuộc gọi vẫn diễn ra bình thường. Quá trình chuyển đổi kết nối từ một trạm phát sóng này sang một trạm phát sóng khác được gọi chung là chuyển giao (handover).

Trong hầu hết các loại hình mạng không dây: tế bào, wifi, wimax, DVB-H..., đều có tính đến khái niệm chuyển giao. Chú ý là khái niệm chuyển giao luôn gắn liền với việc có thông tin liên lạc đang diễn ra.

Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ thống IMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên toàn thế giới. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạo: UMTS (W-CDMA) và CDMA2000.

UMTS (W-CDMA):

UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi 3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.

CDMA2000:

Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. Hệ thống CDMA2000 không có khả năng tương thích với các hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.

TD-SCDMA:

Chuẩn được it biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens.

Ngoài ra còn một số chuẩn khác ít phổ biến hơn như:

IMT-2000 FDMA/TDMA:

Công nghệ này còn có tên gọi là DECT, được ETSI phát triển và được triển khai ở một số nước châu Âu, châu á và châu Mỹ cho các hệ thống điện thoại không dây tổng đài cơ quan (PBX) và điện thoại vô tuyến nội thị công cộng.

IMT-2000 TDMA Single-Carrier:

Công nghệ này còn được gọi là WUC-136, được phát triển từ tiêu chuẩn IS-136 TDMA.

IMT-2000 OFDMA TDD WMAN:

Công nghệ này dựa trên tiêu chuẩn 802.16e-2005 hay còn gọi là Wimax di động được IEEE phát triển. Wimax là công nghệ có tiềm năng cạnh tranh cao trong việc cung cấp dịch vụ truy cập không dây băng rộng. Tuy nhiên Wimax có nhược điểm là băng tần cho Mobile Wimax không được thống nhất cao trên toàn cầu như UMTS nên quy mô thị trường bị phân mảnh, dẫn đến chi phí sản xuất cao, thiết bị có giá thành cao

Ở Việt Nam các nhà khai thác viễn thông như VNPT, Viettel, MobiFone đều dùng công nghệ phổ biến UMTS (W-CDMA), trở thành một ưu thắng trong trận chiến chuẩn 3G do tính phổ biến trong triển khai của các nhà khai thác viễn thông trên thế giới.

Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ một lượng lớn các khách hàng trong việc truyền tải âm thanh và dữ liệu – đặc biệt là ở các vùng đô thị - với tốc độ cao hơn và chi phí thấp hơn mạng 2G.

3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh.

Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.

UMTS sử dụng WCDMA, WCDMA như chuẩn phát vô tuyến. Nó có băng thông kênh là 5 MHz, có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc nó có thể mang dữ liệu tới 2Mbps. Tuy nhiên, với sự tăng cường HSDPA và HSUPA chính là trong những release sau này (R99/R4/R5/R6) của chuẩn, tốc độ phát dữ liệu tăng tới 14,4 Mbps.

UMTS cho phép cả 2 chế độ FDD và TDD. Chế độ đầu tiên là FDD là uplink và downlink trên các tần số khác nhau. Không gian giữa chúng là 190MHz cho mạng band1. Ở TDD uplink và downlink được chia theo thời gian với những trạm cơ sở (base station) và sau đó di động phát lần lượt trên cùng tần số, đặc biệt phù hợp tới nhiều loại ứng dụng khác nhau. Nó cũng thực hiện ở những cell nhỏ. Thời gian bảo vệ được yêu cầu giữa phát và thu. Hệ thống TDD có thể hiệu quả khi sử dụng trong picocell để mang dữ liệu internet.

Ưu điểm của công nghệ W-CDMA (3G) so với GSM (2G):

-Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.

-Có khả năng truyền tải đa phương tiện, (3) Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps.

-Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn.

-Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN.

-Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với GSM.

-CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin.

-Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với GSM.

Từ 3G  tiếp tục có bước “quá độ tiến lên 4G” thông qua khái niệm mạng di động tế bào thế hệ 3.5G, là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G. Công nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access). Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA.

HSDPA cho phép tải (download) dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thường. HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming.

Còn nữa