Trong tiến trình phát triển của xã hội loài người, sự ra đời của thông tin di động là một bước ngoặt lớn và thông tin di động đã nhanh chóng trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển, là lĩnh vực tiên phong, điều kiện kiên quyết cũng như cơ hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy cơ lạc hậu, tăng cường năng lực cạnh tranh. Cho đến nay, thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA). Ngày nay, công nghệ thông tin di động 3G đã được đưa vào thương mại hóa, nhưng nhu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ dữ liệu vẫn ngày càng tăng. Do đó, sự phát triển sau 3G đang được các tổ chức đặc biệt là 3GPP nghiên cứu triển khai. Tiểu biểu cho công nghệ thông tin di động sau 3G là HSPA phát hành 7 (HSPA+) và LTE. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng dịch vụ và tốc độ dữ liệu, các công nghệ này đã được bổ sung thêm nhiều đặc tính mới và tiến bộ, một trong số đó là kỹ thuật đa anten MIMO.
Những năm gần đây các hệ thống đa anten MIMO đã trở thành các chủ đề thu hút nhiều tổ chức nghiên cứu trên toàn cầu. Hệ thống MIMO rất có triển vọng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ sau bởi lẽ nó không chỉ cho phép đạt được hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn nữa mà còn có tính khả thi về phần cứng cũng như phần mềm do sự tiến bộ của các công nghệ xử lý tín hiệu số DSP và biến đổi tương tự số tốc ADC độ cao.
Với mục đích tìm hiểu sâu về kỹ thuật MIMO và ứng dụng thực tiễn của nó cũng như xu hướng phát triển của thông tin di động, em đã chọn đề tài “Kỹ thuật đa anten trong công nghệ thông tin di động 3G+”
Nội dung tìm hiểu của đồ án gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày các vấn đề sau:
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+
Chương 1 của đồ án sẽ giới thiệu một cách khái quát về sự phát triển của hệ thống thông tin di động đồng thời trình bày những nét cơ bản nhất của hai công nghệ HSPA+ và LTE.
Chương 2:Tổng quan về kỹ thuật đa anten
Trong chương này, đồ án sẽ trình bày một số kỹ thuật đa anten cơ bản nhất cũng như các kỹ thuật đa anten được sử dụng trong hệ thống thông tin di động sau 3G.
Chương 3:Kỹ thuật đa anten trong HSPA+ và LTE
Chương 3 của đồ án trình bàykỹ thuật đa anten sử dụng trong HSPA+ và LTE và một số các vấn đề liên quan.
Do nhiều mặt còn hạn chế đồng thời trong quá trình tìm hiểu cũng mang nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn đọc để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Tiến sỹ Nguyễn Phạm Anh Dũng và các thầy cô giáo trong bộ môn Vô tuyến đã tạo điều kiện tốt trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã dành cho tôi sự quan tâm, giúp đỡ trong thời gian vừa qua và mong muốn tiếp tục nhận được những tình cảm quý báu đó trong cuộc sống và trong công tác.
94 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1517 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Kỹ thuật đa anten trong công nghệ thông tin di động 3G+, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1
-------***-------
§å ¸n
tèt nghiÖp ®¹i häc
Đề tài:
KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN
DI ĐỘNG 3G+
Giáo viên hướng dẫn:TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng
Sinh viên thực hiện :Bùi Thị Thùy Dương
Lớp :D04VT1
Hà Nội, 11-2008
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ
BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
KHOA VIỄN THÔNG 1
-------***-------
-------***-------
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên: Bùi Thị Thùy Dương
Lớp: D04VT1
Khoá: 2004 – 2008
Ngành học: Điện Tử - Viễn Thông
Tên đề tài:
KỸ THUẬT ĐA ANTEN TRONG THÔNG TIN
DI ĐỘNG 3G+
Nội dung đồ án:
Nội dung của đồ án được chia thành ba phần chính như sau:
Tổng quan về thông tin di động 3G+
Tổng quan về kỹ thuật đa anten
Kỹ thuật đa anten trong HSPA+ và LTE
Ngày giao đồ án:……/...../2008
Ngày nộp đồ án: ……/11/2008
Ngày …. tháng 11 năm 2008
Giáo viên hướng dẫn
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Điểm: ........ (bằng chữ ………………..)
Ngày..........tháng 11 năm 2007
Giáo viên hướng dẫn
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Điểm: ........ (bằng chữ ………………..)
Ngày..........tháng 11 năm 2008
Giáo viên phản biện
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự phát triển công nghệ thông tin di động 3
Hình 1.2. Các phát hành của 3GPP 4
Hình 1.3.Hoạt động giảm HS-SCCH 8
Hình 1.4. Chuyển đổi trạng thái trong LTE 11
Hình 1.5. Yêu cầu trễ mặt bằng U trong LTE 11
Hình 1.6. Băng tần hoạt độngcủa LTE 14
Hình 1.7. Trạng thái UE và các quá trình chuyển đổi 16
Hình 1.8. Các trạng thái UE trong UMTS 16
Hình 2.1.Mô hình kênh MIMO với Nt anten phát và Nr anten thu 19
Hình 2.2. Phân chia kênh phađinh phẳng MIMO thành các kênh phađinh phẳng song song tương đương dựa trên SVD 23
Hình 2.3. Mô hình SVD MIMO tối ưu 24
Hình 2.4. Sơ đồ kết hợp chọn lọc 26
Hình 2.5. Kết hợp anten thu tuyến tính 28
Hình 2.6. Kịch bản đường xuống với một nguồn nhiễu trội 30
Hình 2.7. Kịch bản phía thu với một nguồn nhiễu mạnh từ máy đầu cuối di động 31
a) Nhiễu trong ô. B) Nhiễu ngoài ô 31
Hình 2.8. Xử lý tuyến tính không gian/thời gian 2 chiều (2 anten thu) 32
Hình 2.9. Xử lý tuyến tính không gian/ tần số 2 chiều (2 anten thu) 32
Hình 2.10. Sơ đồ Alamouti hai anten phát và một anten thu 34
Hình 2.11.Sơ đồ Alamouti hai anten phát và hai anten thu 37
Hình 2.12. Phân tập trễ 2 anten 41
Hình 2.13. Phân tập trễ vòng 2 anten (CDD) 42
Hình 2.14. Phân tập phát không gian- thời gian WCDMA (STTD) 43
Hình 2.15. Phân tập phát không gian/tần số 2 anten 43
Hình 2.16. Tạo búp song cổ điển với độ tương cao anten cao: 44
a) Cấu hình anten. b) Cấu trúc búp sóng 44
Hình 2.17. Tạo búp sóng dựa trên tiền mã hóa trong trường hợp tương quan anten thấp 45
Hình 2.18.Tiền mã hóa trên mỗi sóng mang con của OFDM (2 anten phát) 47
Hình 2.19. Cấu hình anten 2x2 49
Hình 2.20. Thu tuyến tính/Giải ghép kênh các tính hiệu được ghép không gian 50
Hình 2.21. Ghép kênh không gian dựa trên tiền mã hóa 51
Hình 2.22. Trực giao hóa tín hiệu ghép không gian thông qua tiền mã hóa. 52
Hình 2.23. Truyền dẫn một từ mã (a) và đa từ mã (b) 53
Hình 2.24. Giải ghép kênh/giải mã tín hiệu ghép không gian dựa trên SIC 54
Hình 3.1. Xử lý kênh HS-DSCH trong trường hợp truyền dẫn MIMO 56
Hình 3.2. Sơ đồ D-TxAA 57
Hình 3.3. Mẫu điều chế kênh hoa tiêu chung với A=1+j 59
Hình 3.4. Thông tin kênh HS-DSCH khi hỗ trợ MIMO 61
Hình 3.5.Mã hóa kênh cho kênh HS-DPCCH 64
Hình 3.6.Ví dụ về báo cáo PCI/CQI loại A và B cho UE có cấu hình MIMO 68
Hình 3.7.Tổ hợp PCI/CQI 69
Hình 3.8.Quan hệ giữa HSPA và LTE 71
Hình 3.9. Sơ đồ tổng quát tạo tín hiệu băng gốc đường xuống 72
Hình 3.10.Mã hóa khối không gian-tần số SFBC trong cơ cấu đa anten LTE 73
Hình 3.11.Tạo búp sóng trong trong cơ cấu đa anten LTE 73
Hình 3.12.Ghép kênh không gian trong khung hoạt động đa anten LTE (NL=3, NA=4) 74
Hình 3.13. Tín hiệu hoa tiêu ghép kênh không gian đường xuống 76
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.Các đặc tính chủ yếu của HSPA+ 5
Bảng 1.2. Tốc độ dữ liệu HSPA+ 6
Bảng 1.3. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường xuống và HSDPA 12
Bảng 1.4. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường lên và HSDPA 12
Bảng 1.5. Yêu cầu gián đoạn cho LTE 15
Bảng 2.1. Mã hóa và chuỗi ký hiệu phát cho sơ đồ phân tập phát hai anten 38
Bảng 2.2 .Định nghĩa các kênh giữa anten phát và anten thu 38
Bảng 2.3. Ký hiệu các tín hiệu thu tại hai anten thu 38
Bảng 3.1. Biên dịch thông tin sơ đồ điều chế và thông tin khối truyền tải từ HS-DSCH 63
Bảng 3.2. Kết hợp các quá trình HARQ cho truyền dẫn đa luồng (12 quá trình HARQ) 63
Bảng 3.3 .Biên dịch HARQ trong hoạt động MIMO 65
Bảng 3.4. Bảng CQI cho UE loại 15 trong trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) 66
Bảng 3.5. Bảng CQI cho UE loại 16 trong trường hợp truyền hai luồng (bản tin loại A) 67
Bảng 3.6. Bảng ánh xạ trọng số tiền mã hóa sang giá trị PCI 69
Bảng 3.7 .UE phát hành 7 từ 15-18 hỗ trợ MIMO 71
Bảng 3.8. Bảng mã tiền mã hóa cho trường hợp hai anten phát 75
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3GPP
Third Generation Partnership Project
Nhóm cộng tác 3GPP
A
ACK
Acknowledgement
Xác nhận
AMPS
Advanced Mobile Phone System
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
ARIB
Association of Radio Industries and Businesses
Hiệp hội các doanh nghiệp và công nghiệp vô tuyến
ARQ
Automatic Repeat reQuest
Yêu cầu phát lại tự động
ATIS
Alliiance for Telecommunications Industry Solutions
Liên minh cho các giải pháp công nghiệp viễn thông
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Tạp âm Gauss trắng cộng
B
BPSK
Binary Phase-Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
C
CCSA
China Communications Standards Association
Hiệp hội chuẩn truyền thông Trung Quốc
CDD
Cyclic Delay Diversity
Phân tập trễ vòng
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CEPT
European Conference of Postal and Telecommunications Administations
Hội nghị Châu Âu về quản lý Bưu chính Viễn thông
CPC
Continuous Packet Connectivity
Kết nối gói liên túc
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh hoa tiêu chung
CQI
Channel Quality Indicator
Chỉ thị chất lượng kênh
D
DPCCH
Dedicated Physical Control Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DRX
Discontinuous Reception
Thu không liên tục
DTX
Discontinuous Transmission
Phát không liên tục
D-TxAA
Dual Transmit -Diversity Adaptive Array
E
E-AGCH
E-DCH Absolute Grant Channel
Kênh cấp phát tuyệt đối E-DCH
E-DCH
Enhanced Dedicated Channel
Kênh riêng nâng cao
EDGE
Enhanced Data rates for GSM Evolution and Enhanced Data rates for Global Channel
Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS
E-RGCH
E-DCH Relative Grant Channel
Kênh cấp phát tương đối E-DCH
F
FDD
Frequency Division Duplex
Ghép song công phân chia theo tần số
FDM
Frequency Division Multiplex
Ghép kênh phân chia theo tần số
FDMA
Frequency Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
G
GERAN
GSM EDGE RAN
Mạng truy nhập vô tuyến GSM/ EDGE
GPRS
General Packet Radio Services
Dịch vụ vô tuyến gói chuntg
GSM
Global System for Mobile communications
Hệ thống thông tin di dộng toàn cầu
H
HARQ
Hybrid ARQ
ARQ lai ghép
HOM
High Order Modulation
Điều chế bậc cao
HSDPA
High Speed Downlink Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống
HS-DPCCH
High Speed Dedicated Physical Control Channel
Kênh vật lý điều khiển riêng tốc độ cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HS-DSCH
High Speed Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao
HS-PDSCH
High Speed Physical Downlink Shared Channel
Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao
HS-SCCH
High Speed Shared Control Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao
HSUPA
High Speed Uplink Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao đường lên
I
IRC
Interference Rejection Combining
Kết hợp triệt nhiễu
IMS
Internet Multimedia Subsystem
Phân hệ đa phương tiện Internet
J
J-TACS
Japanese Total Access Communication System
Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn Nhật bản
L
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
M
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
MBMS
Multimedia Broadcast/Multicast Service
Dịch vụ quảng bá /đa phương
MIMO
Multi Input Multi Output
Đa đầu vào đa đầu ra
ML
Maximum Likelihood
Khả năng giống cực đại
MMSE
Minimum Mean Square Error
Sai lỗi trung bình bình phương cực tiểu
MRC
Maximum Ratio Combining
Kết hợp tỷ lệ lớn nhất
MU-MIMO
Multi User MIMO
MIMO đa người dùng
N
NACK
Negative Acknowledgement
Không xác nhận
O
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplex
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
P
PARC
Per-Antenna Rate Control
PCI
Precoding Control Indicator
Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa
P-CPICH
Primary CPICH
Kênh CPICH sơ cấp
PDC
Personal Digital Cellular
R
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RLC
Radio Link Control
Điều khiển liên kết vô tuyến
S
SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc hệ thống
SC
Selective Combining
Kết hợp lựa chọn
S-CPICH
Secondary CPICH
Kênh CPICH thứ cấp
SDMA
Spatial Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia không gian
SIC
Successive Interference Combining
Kết hợp nhiễu thành công
SMS
Short Message Service
Dịch vụ nhắn tin
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
STBC
Space-Time Block Coding
Mã hóa khối không gian thời gian
STTD
Space-Time Transmit Diversity
Phân tập phát không gian thời gian
SU-MIMO
Single User MIMO
MIMO đơn người dùng
SVD
Sigular Value Decomposition
Phân chia giá trị đơn
T
TACS
Total Access Communication System
Hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn
TDD
Time Division Duplex
Ghéo song công phân chia theo thời gian
TDM
Time Division Multiplex
Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TTA
Telecommunication Technology Association
Liên hiệp công nghệ viễn thông
TTC
Telecommunication Technology Committee
Ủy ban công nghệ viễn thông
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền dẫn
U
UE
User Eqipment
Thiết bị người dùng
UMTS
Universal Mobile Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di dộng toàn cầu
UTRAN
Universal Terrestrial Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu
V
VoIP
Voice over IP
Thoại qua IP
W
WCDMA
Wideband Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng cục bộ không dây
Z
ZF
Zero Forcing
Cưỡng bức không
LỜI NÓI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của xã hội loài người, sự ra đời của thông tin di động là một bước ngoặt lớn và thông tin di động đã nhanh chóng trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển, là lĩnh vực tiên phong, điều kiện kiên quyết cũng như cơ hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy cơ lạc hậu, tăng cường năng lực cạnh tranh. Cho đến nay, thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA). Ngày nay, công nghệ thông tin di động 3G đã được đưa vào thương mại hóa, nhưng nhu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ dữ liệu vẫn ngày càng tăng. Do đó, sự phát triển sau 3G đang được các tổ chức đặc biệt là 3GPP nghiên cứu triển khai. Tiểu biểu cho công nghệ thông tin di động sau 3G là HSPA phát hành 7 (HSPA+) và LTE. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng dịch vụ và tốc độ dữ liệu, các công nghệ này đã được bổ sung thêm nhiều đặc tính mới và tiến bộ, một trong số đó là kỹ thuật đa anten MIMO.
Những năm gần đây các hệ thống đa anten MIMO đã trở thành các chủ đề thu hút nhiều tổ chức nghiên cứu trên toàn cầu. Hệ thống MIMO rất có triển vọng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ sau bởi lẽ nó không chỉ cho phép đạt được hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn nữa mà còn có tính khả thi về phần cứng cũng như phần mềm do sự tiến bộ của các công nghệ xử lý tín hiệu số DSP và biến đổi tương tự số tốc ADC độ cao.
Với mục đích tìm hiểu sâu về kỹ thuật MIMO và ứng dụng thực tiễn của nó cũng như xu hướng phát triển của thông tin di động, em đã chọn đề tài “Kỹ thuật đa anten trong công nghệ thông tin di động 3G+”
Nội dung tìm hiểu của đồ án gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày các vấn đề sau:
Chương 1:Tổng quan về thông tin di động 3G+
Chương 1 của đồ án sẽ giới thiệu một cách khái quát về sự phát triển của hệ thống thông tin di động đồng thời trình bày những nét cơ bản nhất của hai công nghệ HSPA+ và LTE.
Chương 2:Tổng quan về kỹ thuật đa anten
Trong chương này, đồ án sẽ trình bày một số kỹ thuật đa anten cơ bản nhất cũng như các kỹ thuật đa anten được sử dụng trong hệ thống thông tin di động sau 3G.
Chương 3:Kỹ thuật đa anten trong HSPA+ và LTE
Chương 3 của đồ án trình bàykỹ thuật đa anten sử dụng trong HSPA+ và LTE và một số các vấn đề liên quan.
Do nhiều mặt còn hạn chế đồng thời trong quá trình tìm hiểu cũng mang nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn đọc để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Tiến sỹ Nguyễn Phạm Anh Dũng và các thầy cô giáo trong bộ môn Vô tuyến đã tạo điều kiện tốt trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã dành cho tôi sự quan tâm, giúp đỡ trong thời gian vừa qua và mong muốn tiếp tục nhận được những tình cảm quý báu đó trong cuộc sống và trong công tác.
Hà Nội, ngày… tháng… năm 2008
Sinh viênBùi Thị Thùy Dương
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+
1.1. Mở đầu
Bắt đầu từ những thử nghiệm đầu tiên với truyền dẫn vô tuyến của Guglielmo Marcono trong những năm 1980, con đường cho truyền thông vô tuyến di động đã thực sự trải dài. Để hiểu được hệ thống truyền thông di động 3G phức tạp ngày nay, điều quan trọng là phải hiểu được điểm xuất phát cũng như hiểu được hệ thống tế bào đã phát triển thế nào từ một công nghệ đắt đỏ dành cho một số cá nhân đặc biệt tới các hệ thống truyền thông di động toàn cầu với hơn một nửa dân số thế giới sử dụng như ngày nay. Sự phát triển các công nghệ di động đã có sự thay đổi, từ một vấn đề mang tính quốc gia hoặc khu vực trở thành một nhiệm vụ phức tạp do tổ chức phát triển các chuẩn quốc tế đảm nhiệm, như là 3GPP và liên quan tới hàng nghìn con người. Các công nghệ tế bào mà 3GPP nghiên cứu được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới, với số lượng người sử dụng trên 2 tỷ trong năm 2006. Bước tiến mới nhất của 3GPP là nghiên cứu phát triển 3G lên LTE và SAE. Đi ngược lại thời gian, đồ án sẽ trình bày lịch sử phát triển của hệ thống tế bào khi mới bắt đầu hình thành, ngoài ra đồ án sẽ trình bày tổng quan về mạng truy nhập vô tuyến của 3G+, đó là HSPA+ và LTE.
1.2. Sự phát triển của thông tin di động
Sự phát triển của công nghệ thông tin di động tính đến nay được tóm tắt như sau:
Công nghệ thông tin di động 1G
Các hệ thống 1G đảm bảo truyền dẫn tương tự dựa trên FDM với kết nối mạng lõi dựa trên TDM. Hệ thống truyền dẫn di động đầu tiên trên thế giới là hệ thống NMT tương tự (Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu), được giới thiệu ở các quốc gia Bắc Âu năm 1981 cùng thời điểm với AMPS tương tự (Hệ thống di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ. Các công nghệ tế bào khác đã triển khai rộng rãi trên thế giới là TACS và J-TACS. Chúng có chung đặc điểm là thiết bị cồng kềnh, chất lượng thoại thường không ổn định, “xuyên âm” giữa các người dùng là vấn đề phổ biến.
Thông thường các công nghệ 1G được triển khai tại một số nước hoặc nhóm các nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế và không có ý định sử dụng cho quốc tế.
Công nghệ thông tin di động 2G
Khác với 1G, các công nghệ 2G được thiết kế để triển khai quốc tế. Thiết kế 2G nhấn mạnh đến tính tương thích, khả năng chuyển mạng phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên vô tuyến. Tính năng cuối cùng chính là yêu cầu đối với 2G. Các thí dụ điển hình về hệ thống 2G là GSM và CDMAone (dựa trên tiêu chuẩn TIA IS95). Ở Châu Âu, CEPT đã đề xướng dự án GSM để phát triển một hệ thống di động toàn Châu Âu. Các hoạt động của GSM tiếp tục được thực hiện trong năm 1989 với ETSI. Sau khi tính toán các đề xuất dựa trên TDMA, CDMA và FDMA giữa những năm 1980, chuẩn GSM cuối cùng đã được xây dựng trên TDMA. Cùng lúc đó, việc phát triển chuẩn tế bào cũng được TIA thực hiện ở Mỹ với chuẩn IS-54 dựa trên TDMA, sau này được gọi đơn giản là US-TDMA. Tiếp sau đó, sự phát triển chuẩn CDMA đã được TIA hoàn thành trong năm 1993 với tên gọi là IS-95. Ở Nhật Bản, chuẩn TDMA 2G cũng được phát triển với tên gọi là PDC.
Các chuẩn này có chiều hướng “băng hẹp”, với các dịch vụ “băng thông thấp” như voice. Hệ thống 2G cũng mang lại cơ hội để cung cấp các dịch vụ dữ liệu thông qua mạng di động. Các dịch vụ dữ liệu đầu tiên được giới thiệu trong 2G là tin nhăn văn bản SMS và dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh cho phép truyền e-mail và các ứng dụng dữ liệu khác. Tốc độ dữ liệu đỉnh vào thời gian đầu là 9,6 kbps. Các tốc độ cao hơn được đưa ra sau đó bằng cách gán nhiều khe thời gian cho người dùng và thay đổi sơ đồ mã hóa.
Truyền dữ liệu thông qua hệ thống tế bào trở thành sự thật trong suốt nửa sau những năm 1990 với GPRS được đưa ra trong GSM và dữ liệu gói cũng được đưa vào các công nghệ tế bào khác như chuẩn PDC. Những công nghệ này thường được gọi là 2,5G. Sự thành công của dịch vụ dữ liệu không dây iMode ở Nhật Bản là một dấu hiệu về khả năng của các ứng dụng truyền gói trong hệ thống di động, mặc dù trong thời điểm đó tốc độ dữ liệu còn rất thấp.
Công nghệ thông tin di động 3G
Sự xuất hiện của 3G và các giao diện vô tuyến băng tần cao hơn của UTRA mang lại khả năng cho một loạt các dịch vụ mới chỉ được đề xuất ở 2G và 2,5G. Ngày nay, việc phát triển truy nhập vô tuyến 3G được chuyển giao cho 3GPP. Tuy nhiên thì các bước khởi tạo cho 3G đã được thực hiện từ đầu những năm 1990, trước khi 3GPP hình thành một thời gian khá dài.
Ở Châu Âu, 3G được đặt tên là UMTS. Đầu năm 1998, ETSI đã lựa chọn WCDMA là công nghệ cho UMTS. WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số và ghép song công phân chia theo thời gian. Chuẩn WCDMA được thực hiện song song trong ETSI và ARIB cho đến cuối năm 1998 khi 3GPP được hình thành bởi các tổ chức phát triển chuẩn từ các vùng khác nhau trên thế giới : ARIB (Nhật), CCSA (Trung Quốc), ETSI (Châu Âu), ATIS (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và TTC (Nhật).
Hình 1.1 đã trình bày sự phát triển của thông tin di động và xu hướng tiến vào 4G.
Hình 1.1. Sự phát triển công nghệ th