Bài giảng Hệ thống truyền thông di động: Giới thiệu chung

Chương 1 Giới thiệu chung Lịch sử và xu hướng phát triển thông tin di động Vào cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của Marconi Guglienmo Marchese Marconi (1874-1937): kỹ sư và nhà sáng chế người ý, chuyên về điện báo vô tuyến, giải Nobel về vật lý năm 1909. 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 Samuel Finley Breese Morse (1791-1872): nghệ sĩ và nhà sáng chế người Mỹ, người đầu tiên phát triển thành công điện báo tại Mỹ. , 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. Vào năm 1933, sở cảnh sát Bayonne Bayonne: Thành phố cảng nhỏ ở đông bắc bang New Jersey, miền đông nước Mỹ. đã thiết lập được một hệ thống điện thoại vô tuyến di động tương đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới. Hồi đó các thiết bị điện thoại di động rất cồng kềnh, nặng hàng chục kg, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do dùng các đèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn. Công tác trong dải thấp của băng VHF, các thiết bị này liên lạc được với khoảng cách vài chục dặm. Sau đó quân đội cũng đã dùng thông tin di động để triển khai và chỉ huy chiến đấu. Các dịch vụ di động trong đời sống như cảnh sát, cứu thương, cứu hoả, hàng hải, hàng không... cũng đã dần sử dụng thông tin di động để các hoạt động của mình được thuận lợi. Chất lượng thông tin di động hồi đó rất kém. Đó là do các đặc tính truyền dẫn sóng vô tuyến, dẫn đến tín hiệu thu được là một tổ hợp nhiều thành phần của tín hiệu đã được phát đi, khác nhau cả về biên độ, pha và độ trễ. Tại ăng-ten thu, tổng véc-tơ của các tín hiệu này làm cho đường bao tín hiệu thu được bị thăng giáng mạnh và nhanh. Khi trạm di động hành tiến, mức tín hiệu thu tức thời thường bị thay đổi lớn và nhanh làm cho chất lượng đàm thoại suy giảm trông thấy. Tất nhiên, tất cả các đặc tính truyền dẫn ấy ngày nay vẫn tồn tại song hồi đó chúng chỉ được chống lại bằng một kỹ nghệ còn trong thời kỳ sơ khai. Trong khi ngày nay công nghệ mạch tích hợp cỡ lớn VLSI (Very Large Scale Integrated circuit) cho phép sử dụng từ hàng trăm ngàn đến khoảng một triệu đèn bán dẫn cho việc loại bỏ các ảnh hưởng xấu của đặc tính truyền dẫn thì hồi đó các máy thu phát thường chỉ có không đến 10 đèn điện tử. Băng tần có thể sử dụng được bởi công nghệ đương thời cho thông tin vô tuyến luôn khan hiếm. Các băng sóng trung và dài đã được sử dụng cho phát thanh trong khi các băng tần số thấp và cao (LF và HF) thì bị chiếm bởi các dịch vụ thông tin toàn cầu. Công nghệ hồi đó thì chưa thích hợp để đạt được chất lượng liên lạc cao trên các băng sóng VHF và UHF. Khái niệm về tái dụng tần số đã được nhận thức song không được áp dụng để đạt được mật độ người sử dụng cao. Do đó, suốt vài chục năm, chất lượng của thông tin di động kém hơn nhiều so với thông tin hữu tuyến do công nghệ không thích hợp và các nhà tổ chức thông tin đã không sử dụng nổi độ rộng dải tần trên các băng tần số cao. Trong khi các mạng điện thoại tương tự cố định thương mại được số hoá nhờ sự phát minh ra các dụng cụ điện tử kích thước nhỏ bé và tiêu thụ ít nguồn dựa trên vật liệu bán dẫn thì tình trạng của vô tuyến di động vẫn còn biến đổi rất chậm chạp. Các hệ thống vô tuyến di động nội bộ mặt đất đã bắt đầu được sử dụng vào những năm 1940 song mới chỉ ở mức độ phục vụ các nhóm chuyên biệt chứ chưa phải cho các cá nhân trong cộng đồng. Mặc dầu Bell Laboratories đã thai nghén ý đồ về một mạng tế bào ngay từ năm 1947, song mãi cho tới tận năm 1979 công ty mẹ của nó vẫn không làm gì để khởi đầu việc phát triển một hệ thống liên lạc vô tuyến tế bào. Thời kỳ ấp ủ lâu dài đó là do phải chờ đợi các phát triển cần thiết trong công nghệ. Chỉ tới khi có các mạch tích hợp thiết kế được một cách tuỳ chọn, các bộ vi xử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn... mạng vô tuyến tế bào mới được biến thành hiện thực. Từ cuối những năm 1970, với sự ra đời của các công nghệ nói trên, các mạng vô tuyến di động tế bào đã được phát triển rất nhanh chóng Vào tháng 4 năm 1979, Uỷ ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC: Federal Communi-cation Committee) đã cấp phép cho Công ty điện thoại Bell bang Illinois điều hành một hệ thống điện thoại di động tế bào ở khu vực Chicago. . Chúng ta đang được chứng kiến sự phát triển hết sức nhanh chóng của thông tin vô tuyến di động tế bào, với nhịp độ cứ 10 năm lại có một thế hệ vô tuyến di động tế bào mới, với các dịch vụ ngày càng mở rộng, chất lượng dịch vụ ngày một cao và vùng cung cấp dịch vụ ngày một rộng lớn. Những năm thập kỷ 1980 đã chứng kiến sự ra đời của một số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự, thường được gọi là các mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMR (Public Land Mobile Radio). Các hệ thống loại này được gọi là hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G (1st Generation), tiêu biểu là Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS (Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ công tác trên dải tần 800 MHz và Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) công tác trên dải tần 450 MHz, rồi sau đó trên cả dải 900 MHz (NMT 900). Làm việc ở dải UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vượt bậc về độ phức tạp của các hệ thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép những người sử dụng có được các cuộc đàm thoại trong khi di động với nhau hay với bất kỳ đối tượng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network) hoặc các mạng thông tin số đa dịch vụ tích hợp ISDN (Integrated Services Digital Network). Trong những năm 1990 đã có những bước tiến hơn nữa với việc áp dụng các hệ thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system). Các hệ thống mới này được gọi là các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai 2G (2nd Generation), tiêu biểu là Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile communications) của Châu Âu công tác trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, các hệ thống của Mỹ IS IS (Interim Standard): Tiêu chuẩn tạm thời. -136 làm việc trên hai dải 800 MHz và 1900 MHz hay IS-95 công tác trên dải 800 MHz và các hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless telecommunication system) như Hệ thống viễn thông không dây số của Châu Âu DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong số các hệ thống 2G kể trên, hệ thống GSM được xem là hệ thống thành công nhất. Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ thứ hai cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác như thư thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ thấp, truyền fax, các tin ngắn (short message)... Thông tin di động đã và đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới, càng ngày càng tiến tới chia sẻ thị trường và thay thế từng mảng các dịch vụ thông tin cố định. Hình 1.1 thể hiện tương quan giữa các dịch vụ thông tin di động và thông tin cố định ở châu Âu, trong đó cho thấy chỉ từ năm 1998 trở đi lợi nhuận từ các dịch vụ thông tin di động của châu Âu đã bắt kịp và vượt rất nhanh lợi nhuận thu được từ các dịch vụ cố định. Lợi nhuận (tỷ đơn vị tiền tệ châu Âu ECU) 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Dịch vụ cố định Dịch vụ di động 100 200 300 400 Hình 1-1 Tương quan lợi nhuận một số loại hình dịch vụ thông tin (châu Âu) [] Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chủ yếu vẫn nhắm vào phục vụ dịch vụ thoại. Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng được chủ yếu là dịch vụ truyền số liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dưới 10 kb/s), không đáp ứng được các nhu cầu truyền số liệu ngày càng tăng. Trong suốt nhiều năm, người ta đã nói rất nhiều đến sự tăng trưởng vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ dữ liệu song mặt bằng về truy nhập vô tuyến là trở ngại lớn nhất làm cho điều này trở thành hiện thực. Chính sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu đối với các dịch vụ dữ liệu, nhất là đối với Internet, đã thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp vô tuyến và là động lực chính đối với sự phát triển các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ. Các nỗ lực phát triển thông tin di động 3G được phát động trước tiên tại Châu Âu. Vào năm 1988, dự án RACE 1043 đã được hình thành với mục đích ấn định công nghệ và dịch vụ cho hệ thống 3G gọi là Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS: Universal Mobile Telecommunications System), dự kiến triển khai vào năm 2000. Trong khi đó, chính phủ Mỹ đã không đề ra một chương trình quốc gia nghiên cứu phát triển 3G nào. Song song với dự án RACE 1043, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) cũng thành lập ban TG TG (Task Group): Nhóm công tác. 8/1, ban đầu đặt dưới sự bảo trợ của CCIR (Uỷ ban tư vấn quốc tế về vô tuyến), nhằm phối hợp hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G với tên gọi Hệ thống viễn thông di động mặt đất công cộng tương lai (FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu là xây dựng một tiêu chuẩn 3G chung cho toàn thế giới. Sự khác biệt quan trọng giữa TG8/1 và cơ quan dự án RACE 1043 là ở chỗ RACE là một dự án nghiên cứu và phát triển thực sự, còn TG8/1 thì lại giống như một diễn đàn về 3G hơn. Các chuyên gia của Châu Âu trong dự án RACE cũng tham gia TG8/1 và dần dần FPLMTS trở nên đồng nghĩa với UMTS. Sau này TG8/1 đã bỏ tên gọi FPLMTS, thay bằng Viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile Telecommunications-2000) và cũng từ bỏ mục tiêu chính trị khó khăn về một tiêu chuẩn chung duy nhất cho toàn cầu, thay vào đó là chấp nhận một họ các tiêu chuẩn miễn là các tiêu chuẩn đó phải có khả năng thoả mãn một tập các đòi hỏi tối thiểu. Dự án IMT-2000 đã xây dựng các yêu cầu chung nhất cho các hệ thống thông tin di động 3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s. Các yêu cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin di động 3G, một cách vắn tắt, bao gồm: + Có khả năng truyền thông đa phương tiện với các tốc độ: a) 384 kb/s (đi bộ) và 144 kb/s (trên xe) đối với môi trường ngoài trời (out-door) có vùng phủ sóng tương đối rộng; b) tới 2 Mb/s đối với môi trường trong nhà (in-door) có vùng phủ sóng hẹp; + Có khả năng cung cấp đa dịch vụ như thoại, hội nghị truyền hình (video conferencing), dữ liệu gói. Hỗ trợ cả các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói và truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ bít cao trên đường xuống và tốc độ bít thấp trên đường lên); + Có khả năng lưu động và chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế; + Có khả năng tương thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông; + Cơ cấu tính cước theo dung lượng truyền chứ không theo thời gian kết nối; Đã có tới mười sáu đề xuất tiêu chuẩn cho các hệ thống 3G, trong đó mười cho các mạng 3G mặt đất và sáu cho các hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite Systems). Đa số các đề xuất đều ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple Access-Đa truy nhập theo mã) làm phương thức đa truy nhập và ITU đã đồng ý rằng họ các tiêu chuẩn trong IMT-2000 sẽ bao gồm năm công nghệ sau: + IMT DS (Direct Sequence): Công nghệ này được gọi rộng rãi là UTRA FDD và W-CDMA, trong đó UTRA là Truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access), FDD là song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplex), còn W trong W-CDMA là băng rộng (Wideband); + IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống này (còn được gọi là cdma2000) là phiên bản 3G của IS-95 (nay được gọi là cdmaOne), sử dụng đa sóng mang; + IMT TC (Time Code): Đây là UTRA TDD, tức là kiểu UTRA sử dụng song công phân chia theo thời gian (Time Division Duplex); + IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ là một dạng của GSM pha 2+ gọi là EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution); + IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thời gian, là hệ thống viễn thông không dây tăng cường DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications). Tuy nhiên, theo một số chuyên gia [], các hệ thống 3G thực sự chỉ gồm IMT DS, IMT MC và IMT TC. Từ trước khi hệ thống 3G đầu tiên theo chuẩn W-CDMA được đưa vào khai thác ở Nhật bản vào tháng mười năm 2001, việc nghiên cứu chuyển hoá các hệ thống thông tin di động từ 2G lên 3G thông qua các hệ thống thế hệ hai rưỡi (2,5G) cũng đã được tiến hành, chủ yếu ở Mỹ và Châu Âu. ở Mỹ, hệ thống cdmaOne (tên gọi trước đó là IS-95) được dự định phát triển thành phiên bản 3G là cdma2000. Các dịch vụ cơ bản mà cdma2000 sẽ cung cấp là dịch vụ điện thoại di động truyền thống và các dịch vụ âm thanh tiên tiến như thư thoại (voice-mail) và hội nghị âm thanh (audio-confrencing). Thêm vào đó, ngoài các dịch vụ dữ liệu tốc độ thấp, cdma2000 sẽ cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ trung bình từ 64 kb/s đến 144 kb/s cho các ứng dụng như Internet và cả một tốc độ cao, lên tới 2 Mb/s cho các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói cao tốc. Cdma2000 sẽ cho phép các máy di động truyền các dịch vụ đa phương tiện, trong đó việc kết hợp các tín hiệu cả âm thanh, video và dữ liệu sẽ được xử lý đồng thời. Các dịch vụ 2 Mb/s hầu như sẽ được giới hạn cho môi trường trong nhà còn các tốc độ lên đến 144 kb/s sẽ hỗ trợ được cho mọi môi trường (trong nhà cũng như ngoài trời). Giữa cdma2000 và cdmaOne có sự tương thích hoàn toàn ở chỗ cả hai hệ thống có thể làm việc lẫn nhau đối với các dịch vụ tốc độ thấp được hỗ trợ trong dải thông 1,25 MHz của cdmaOne. Các trạm gốc của cdma2000 được đồng bộ với nhau và đồng bộ với các trạm gốc của cdmaOne. Tốc độ chíp của cdma2000 là bội số tốc độ chíp của cdmaOne (1,2288 Mchip/s) và phân cách sóng mang trong phương thức song công phân chia theo tần số của cdma2000 là N´1,25 MHz với N = 1, 3, 6, 9 và 12. Các phân cách sóng mang 1,25 MHz (như của IS-95), 3,75 MHz, 7,5 MHz, 11,25 MHz và 15 MHz nghĩa là cả CDMA băng hẹp lẫn băng rộng đều hỗ trợ được. Các dịch vụ CDMA băng rộng có thể được hỗ trợ theo hai cách: trải phổ trực tiếp hoặc trải phổ gián tiếp trên nhiều sóng mang con. Một bản tin dữ liệu tốc độ cao hoặc được truyền bằng cách tách thành N dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn, từng dòng dữ liệu con được trải phổ với tốc độ 1,2288 Mchip/s và điều chế lên một trong các sóng mang phân cách nhau 1,25 MHz, hoặc có thể được trải phổ trực tiếp với tốc độ chíp N´1,2288 Mchip/s và truyền đi bằng một sóng mang đơn. Phiên bản cdma2000-1x được xem là phiên bản thế hệ 2+ của cdma2000, với N = 1. Điểm khác biệt căn bản giữa cdma2000-1x và cdmaOne là ở chỗ do sử dụng sơ đồ điều chế khoá dịch pha 4 mức QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) và số mã Walsh gấp đôi nên số kênh của cdma2000-1x gấp đôi của cdmaOne. Thêm vào đó, cdma2000-1x còn áp dụng các kỹ thuật phân tập phát và điều khiển công suất hướng đi mà trong cdmaOne không có, vì vậy ngay cả với N = 1, cdma2000 cũng có dung lượng cao hơn của cdmaOne. ở Châu Âu, hệ thống thông tin di động GSM (thế hệ thứ hai) chỉ hỗ trợ được dịch vụ số liệu tốc độ thấp. Tốc độ dữ liệu của người sử dụng trên giao diện vô tuyến sử dụng một kênh vật lý đơn (một khe thời gian đơn trên một khung TDMA TDMA (Time Division Multiple Access): Đa truy nhập phân chia theo thời gian, xin xem khái niệm trong các mục sau. ) ban đầu chỉ là 9,6 kb/s. Tốc độ dữ liệu cực đại của người sử dụng trên một kênh vật lý đơn sau đó đã được nâng lên đến 14,4 kb/s nhờ giảm năng lực mã hoá kênh trên kênh toàn tốc bằng cách đục thủng symbol mã. Để khỏi phải nâng tiếp mức độ đục thủng symbol mã hơn nữa, các giải pháp khác nhằm cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn 14,4 kb/s là cho phép một trạm di động (MS) truy cập nhiều khe thời gian trong một khung TDMA hoặc sử dụng sơ đồ điều chế với số mức điều chế cao hơn, chẳng hạn như sơ đồ điều chế biên độ vuông góc hay 8-PSK. Đối với giải pháp thứ nhất (một MS có thể truy nhập hơn một khe thời gian trong khung TDMA), hai dịch vụ mới đã được đưa ra như một phần của hệ thống GSM pha 2+. Đó là dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh cao tốc (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data) và dịch vụ vô tuyến gói tổng quát (GPRS: General Packet Radio Service). Dịch vụ HSCSD cho phép một MS được chiếm một số khe thời gian trên một khung TDMA trên cơ sở chuyển mạch kênh, tức là một MS chiếm dụng toàn bộ nguồn lực của một số kênh vật lý đã được đặt cho nó trong suốt thời gian cuộc gọi. Trái lại, GPRS sử dụng các kết nối theo kiểu gói trên giao diện vô tuyến, bằng cách đó một người sử dụng được ấn định cho một hoặc một số kênh lưu lượng chỉ khi có yêu cầu chuyển thông tin. Kênh được giải phóng ngay sau khi việc chuyển tin hoàn thành. Giải pháp thứ hai nhằm nâng cao tốc độ dữ liệu của người sử dụng bằng cách sử dụng một sơ đồ điều chế với số mức điều chế cao được nghiên cứu trong dự án “Các tốc độ dữ liệu nâng cao cho việc phát triển GSM” (EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution). Các kiểu điều chế khác nhau đã được xem xét, thoạt tiên là điều chế biên độ vuông góc offset 4 mức (Q-O-QAM: Quaternary-Offset-Quadrature Amplitude Modulation) và điều chế biên độ vuông góc offset nhị phân (B-O-QAM: Binary-Offset-Quadrature Amplitude Modulation), cuối cùng dừng lại ở điều chế pha tám mức 8-PSK (Phase Shift Keying). Cũng cần nói thêm rằng, không chỉ Châu Âu phát triển EDGE từ GSM mà hệ thống IS-136 (TDMA) của Mỹ cũng được dự kiến phát triển theo hướng lên EDGE. Như vậy, việc phát triển EDGE được đặt dưới sự bảo trợ của cả Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunication Standard Institute) lẫn Tập đoàn thông tin vô tuyến hoàn cầu (UWC: Universe Wireless Communication Consortium), hệ quả là EDGE tương thích với cả GSM lẫn IS-136. Mục đích ban đầu của việc phát triển EDGE chỉ là tăng tốc độ bít của người sử dụng nhằm mở rộng hơn nữa dải các dịch vụ có thể cung cấp được song EDGE đã được tô vẽ thành một hệ thống 3G và hiện nay nó là một thành viên của họ các hệ thống IMT-2000 như đã trình bày ở trên. Lộ trình phát triển lên EDGE của các hệ thống GSM hay IS-136 được dự định là: trước hết triển khai GPRS, rồi đến GPRS tăng cường (EDPRS: Enhanced Data rates Packet Radio Services) và Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh tăng cường (ECSD: Enhanced Circuit Switch Data), cuối cùng là điều chế với số mức điều chế cao sẽ được triển khai để cho ra các dịch vụ EDGE 3G. Các hệ thống thông tin di động vẫn đang được phát triển không ngừng. Sau thế hệ thứ ba, hệ thống tốc độ dữ liệu cao (HDR: High Data Rate) truyền thông tin theo gói trên đường xuống với tốc độ cực đại 2,4 Mb/s đã được đề xuất và hệ thống truy nhập theo gói đường xuống cao tốc có thông lượng hơn 2 Mb/s hiện đang được 3GPP 3GPP (3rd Generation Partnership Project): Dự án hợp tác vì thế hệ thứ 3, một chương trình hợp tác chứ không phải là một cơ quan tiêu chuẩn hoá, do ETSI đề xuất năm 1998 nhằm liên kết với các cơ quan tiêu chuẩn hoá khác trên thế giới trong việc tiêu chuẩn hoá các hệ thống thông tin di động 3G. Các thành viên của 3GPP gồm: ETSI (Châu Âu), CWTS (Trung Quốc), T1 (Mỹ), ITA (Hàn Quốc), ARIB và TTC (Nhật Bản). tiêu chuẩn hoá. Các hệ thống này được xem như các hệ thống 3,5G. Ngoài ra, một loạt các hệ thống tạo nên các mạng cục bộ vô tuyến (WLAN: Wireless Local Area Network) như IEEE802.11a của Mỹ, LAN vô tuyến chất lượng cao kiểu 2 (HIPERLAN/2: HIgh-PERformance LAN type 2) của Châu Âu và Thông tin truy nhập vô tuyến đa phương tiện (MMAC: Multimedia Mobile Access Communication) của Nhật Bản đã được tiêu chuẩn hoá. Dựa trên kỹ thuật ghép theo tần số trực giao (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing), mặc dù có thể hỗ trợ các dịch vụ video hay âm thanh thời gian thực cho người sử dụng có thể di động đôi chút, các hệ thống này chủ yếu nhằm truyền tin giữa các máy tính trong môi trường trong nhà với tốc độ truyền số liệu lên đến 54 Mb/s trên băng tần 5 GHz. Các thế hệ sau thế hệ thứ 3 hiện đang được ráo riết nghiên cứu. Thế hệ thứ tư (4G) đã được dự kiến có thể sẽ trở thành hiện thực từ năm 2010. Theo nhiều nhà nghiên cứu [4G], kỹ thuật OFDM kết hợp với CDMA rất có thể là nền tảng công nghệ cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 với tốc độ bít của người sử dụng có thể lên tới 150 Mb/s. Mặc dù các hệ thống thế hệ thứ 4 vẫn còn chưa trở thành hiện thực, các nghiên cứu về kỹ thuật áp dụng cho thế hệ thứ 5 đã được xúc tiến ngày một mạnh mẽ hơn trên toàn thế giới. Theo ý kiến của một số nhà chuyên môn [4G], kỹ thuật nhiều đầu vào nhiều đầu ra-điều chế đơn sóng mang (MIMO-SCM: Multiple Input Multiple Output-Single Carrier Modulation) có thể sẽ là một ứng cử viên sáng giá cho các hệ thống thế hệ thứ 5. 1.2 phân loại các hệ thống thông tin di động Theo cấu trúc, đặc điểm và phương thức truy nhập các hệ thống thông tin vô tuyến di động có thể được phân chia thành nhiều loại khác nhau. Theo cấu trúc, chúng thường được phân thành: hệ thống mạng tế bào, hệ thống viễn thông không dây và vành vô tuyến nội hạt. Theo đặc tính tín hiệu, các hệ thống vô tuyến di động có thể được chia thành các hệ thống liên tục (analog) và các hệ thống số (digital). Trong thông tin di động, các phương thức đa truy nhập sau thường được sử dụng: 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) và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Do khuôn khổ có hạn, phần này chỉ điểm qua những đặc tính chủ yếu nhất của từng loại hệ thống vô tuyến di động theo các cách phân loại nêu trên. Phân loại theo cấu trúc hệ thống Vô tuyến di động tế bào (cellular mobile radio): Việc liên lạc trong thông tin vô tuyến di động tế bào được tiến hành giữa một hệ thống trạm gốc cố định BS (Base Station) được bố trí theo các vùng địa lý và các trạm di động MS (Mobile Station). Diện tích địa lý trong đó các MS liên lạc trực tiếp với một BS được gọi là một tế bào (cell), có thể coi biên của một tế bào được xác định bởi khoảng cách cực đại mà một MS có thể ra xa khỏi BS mà liên lạc vẫn còn chưa trở nên không thể chấp nhận được. Khi MS vừa liên lạc vừa di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác, hệ thống sẽ tự động chuyển giao cuộc gọi và MS sẽ tiếp tục cuộc gọi thông qua BS của tế bào mới. Về lý thuyết, các tế bào thường được bố trí có dạng tổ ong với kích thước thích hợp cho phép tái dụng tần số nhằm đạt được mật độ người sử dụng thích hợp. Trong thực tế, hình dáng thực và kích thước tế bào phụ thuộc vào địa hình, công suất phát, độ nhạy máy thu, mật độ người sử dụng, loại ăng-ten và độ cao ăng-ten... Thông thường, trong địa hình nông thôn, tế bào có thể có bán kính tới 35 km, trong các đô thị bán kính này chỉ còn một vài km, thậm chí chỉ vài trăm mét đến 1 km. Mạng vô tuyến tế bào được dùng để tổ chức PLMR. GSM, IS-54/IS-136, IS-95... là các hệ thống vô tuyến tế bào tiêu biểu. Viễn thông không dây CT (Cordless Telecommunications): Các mạng không dây được thiết kế cho thông tin di động phủ sóng trên những khoảng cách tương đối nhỏ như trong các môi trường công sở, nhà máy... Do kích thước tế bào nhỏ, tốc độ truyền số liệu có thể khá cao mà không cần các mạch san bằng phức tạp, thậm chí cũng không nhất thiết phải áp dụng mã hoá kênh. Các mạng không dây tiêu biểu là DECT (Digital European Cordless Telecommunications) của châu Âu, CT-2 của Anh... Vành vô tuyến nội hạt WLL (Wireless Local Loop): Được sử dụng để thực hiện nối các thuê bao hiện diện trong một vành đai địa lý quanh một trạm gốc đơn tới mạng liên lạc công cộng bằng các thiết bị vô tuyến. Các hệ thống WWL lẫn CT đều không có khả năng (hoặc không được phép) chuyển giao cuộc gọi. Chất lượng liên lạc, độ an toàn thông tin của vành vô tuyến nội hạt thì cũng tương tự như của mạng thuê bao hữu tuyến. Tuỳ lĩnh vực áp dụng, cự ly liên lạc có thể là 200 m đến 500 m trong địa hình đô thị và có thể tới 20 km trong vùng nông thôn. Thủ tục lắp đặt nhanh chóng, lắp đặt, bảo trì và điều phối khá rẻ. Tại những vùng nông thôn hoặc ngoại ô hẻo lánh, nơi có mật độ thuê bao thấp, khi việc đặt các đường dây thuê bao điện thoại mới không mấy kinh tế thì vành vô tuyến nội hạt trở nên rất hiệu quả [WWL]. Phân loại theo đặc tính tín hiệu Vô tuyến di động tương tự: Là các hệ thống điện thoại vô tuyến di động thế hệ thứ nhất. Tín hiệu thoại là tín hiệu tương tự, điều chế FSK (Frequency Shift Keying). Phương thức đa truy nhập chủ yếu là FDMA. Các kênh điều khiển thì đã được số hoá. Vô tuyến di động số: Cả tín hiệu thoại lẫn các kênh điều khiển đều là tín hiệu số. Ngoài dịch vụ điện thoại truyền thống, hệ thống vô tuyến di động số còn cho phép khai thác một loạt các dịch vụ khác như truyền các tin ngắn, truyền fax, truyền số liệu... Tốc độ truyền cao và có khả năng mã hoá thông tin. Phân loại theo phương thức đa truy nhập Đa truy nhập theo tần số (FDMA): Được sử dụng chủ yếu trong thông tin di động thế hệ thứ nhất, trong đó hai dải tần số có độ rộng W được sử dụng cho đường xuống (down-link) từ BS tới MS và đường lên (up-link) từ MS tới BS. Với mỗi một hướng liên lạc, mỗi một người sử dụng chiếm một dải tần con có độ rộng W/N gọi là kênh và sử dụng kênh đó trong suốt thời gian liên lạc. Đặc điểm của phương thức đa truy nhập theo tần số là tốc độ truyền thấp, khó áp dụng các dịch vụ phi thoại, hiệu quả sử dụng tần số thấp, có bao nhiêu kênh trong một tế bào thì phải có bấy nhiêu máy thu-phát làm việc trên bấy nhiêu tần số kênh đặt tại BS, do đó kết cấu BS cồng kềnh. Đa truy nhập theo thời gian (TDMA):