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 Bayonne3 ®·
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.
H×nh 1-1 T¬ng quan lîi nhuËn mét sè lo¹i h×nh dÞch vô th«ng tin (ch©u
¢u) []
5 IS (Interim Standard): Tiªu chuÈn t¹m thêi.
3
Lîi nhuËn
(tû ®¬n vÞ tiÒn tÖ ch©u ¢u
ECU)
199
0
1992 1994 1996 1998 2000 2002
DÞch vô cè
®Þnh
DÞch vô di
®éng
10
0
20
0
30
0
40
0
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 thom·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