TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
Lý do chọn đồ án
Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yêu trong xã hội hiện đại Các hệ thống thông tin di động với khả năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thông tin ngày nay Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1946, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di đồng trên toàn cầu hiện nay Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá thông tin thoại Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS), … Đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên Thế Giới Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 cũng được triển khai vào cuối năm 2009 Dịch vụ internet di động băng thông rộng thế hệ thứ tư (còn được gọi là 4G) được MobiFone cung cấp lần đầu tiên từ 1/7/2016 Tiếp đó là VinaPhone và Viettel là nhà mạng đầu tiên tuyên bố cung cấp dịch vụ 4G trên toàn quốc từ tháng 4/2017 Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 10 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn. Mạng 5G được tung ra vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh và người tiêu dùng.
Trên đây là những khó khăn thách thức thực sự cho các nhà mạng, và đây cũng lý do mà em chọn đề tài “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG5G”làm đề tài cho bài tập lớn.
Mục tiêu của đồ án
Mô phỏng được thiết bị đèn và một số thiết bị khác trên Packet Tracer.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể Để hoàn thành đề tài "Các công nghệ truyền thông 1G đến 5G”.
- Tìm hiểu về ứng dụng Packet tracer
Giới hạn và phạm vi của đồ án
- Mô phỏng các thiết bị tương thích vs người dùng.
Nội dung thực hiện
- Tìm hiểu về ứng dụng Packet tracer
1.4.2 Triển khai và cài đặt
Mô phỏng trên Packet Tracer
Phương pháp tiếp cận
Bước 1: Tìm hiểu về công nghệ mạng 1G đến 5G thông qua các phương pháp: tra cứu qua internet, báo đài, … và ghi chép chi tiết các kiến thức về công nghệ mạng 1G đến 5G.
Bước 2: Phân tích khái niệm nhằm đề xuất công nghệ 1G đến 5G sao cho phù hợp.
Bước 3: Xây dựng giải pháp.
Bước 4: Triển khai, cài đặt / mô phỏng hệ thống.
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G
Hệ thống thông tin di động 1G là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979 Hệ thống thông tin di động 1G ứng dụng các công nghệ truyền dẫn tương tự để truyền tín hiệu thoại, sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và điều chế tần số (FM). Đặc điểm:
- Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch tương tự.
- Dịch vụ đơn thuần là thoại.
- Mỗi máy di động được cấp phát đổi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận là đáng kể.
- Trạm thu phát gốc phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi máy di động. Một số hệ thống thông tin di động 1G điển hình:
NMT (Nordic Mobile Telephone): được phát triển ở một số nước Bắc Âu vào năm 1982 Có hai tiêu chuẩn khác nhau là NMT-450 và NMT-900 NMT-450 là hệ thống được phát triển trước, sử dụng dải tần 450MHz và NMT-900 được phát triển so với dải tần 900MHz.
TACS (Total Access Communications System) được triển khai đầu tiên tại Anh vào năm 1985, sau đó được phát triển ở một số nước Trung Âu và Nam Âu Hệ thống này sử dụng dải tần 900MHz, đây là một dải tần số vô tuyến được cấp phép cho các dịch vụ di động mặt đất.
AMPS (Advanced Mobile Phone System): được triển khai đầu tiên ở Bắc Mỹ vào năm 1978 và phát triển ở một số quốc gia Nam Mỹ, Úc và New Zealand, AMPS sử dụng dải tần 800MHz.
Những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G:
- Phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
- Gây tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động dịch chuyển.
- Không đảm bảo tính bí mật cuộc gọi.
- Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.
- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau.
- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
- Kích thước thiết bị di động lớn.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
Hệ thống thông tin di động 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số Thông tin di động 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Các kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn nhiều so với 1G Hầu hết thuê bao di động hiện nay vẫn còn sử dụng công nghệ 2G này. Đặc điểm:
- Phương thức đa truy nhập: Sử dụng đa truy nhập TDMA và CDMA băng hẹp.
- Sử dụng chuyển mạch kênh.
- Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn, hỗ trợ các dịch vụ truyền dữ liệu.
Một số hệ thống thông tin di động 2G điển hình:
GSM (Global System for Mobile Communication): được triển khai đầu tiên tại Châu Âu vào năm 1990 GSM sử dụng kỹ thuật đa truy nhập TDMA có tốc độ từ 6,5 –13 kb/s.
Các hệ thống GSM phổ biến:
- GSM 900: có dải tần cơ bản (890 – 960)MHz Trong đó:
Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á.
- GSM 1800: có dải tần cơ bản (1.710 – 1.880)MHz Trong đó:
Hệ thống này cũng được sử dụng ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á, tuy nhiên phổ biến nhất là ở Châu Mỹ và Canada.
- GSM 1900: có dải tần cơ bản (1.850 – 1.990)MHz Trong đó:
Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ.
IS-136 (Interim Standard – 136): Do AT&T (American Telephone and Telegraph Corporation) đề xuất vào năm 1990 Chuẩn IS-136, được biết đến với cái tên khác là D- AMPS (Digital – Advanced Mobile Phone System), sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), có tốc độ dữ liệu lên đến 30 kb/s.
IS-136 được nâng cấp từ hạ tầng mạng AMPS hoạt động ở băng tần 1900MHz,trong đó:
CdmaOne hay IS-95 (Interim Standard – 95A): là tiêu chuẩn thông tin di động CDMA băng hẹp của Mỹ do Qualcomm đề xuất và được chuẩn hóa vào năm 1993.IS-95 sử dụng dải tần (869 – 894)MHz và độ rộng kênh là 1,25MHz cho mỗi hướng lên và xuống Tốc độ dữ liệu tối đa của IS-95A là 14,4 kb/s.
Hệ thống thông tin di động 2G được ứng dụng rộng rãi tại các quốc gia như Mỹ, Hàn Quốc, Hồng Kông, Nhật Bản, Singapore và một số nước Đông Á Lợi ích của hệ thống này bao gồm:
Hệ thống thông tin di động 2G ra đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G Hệ thống thông tin di động 2G co những ưu điểm sau:
- Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.
- Hệ thống số chống nhiễu kênh cùng tần số (CCI: Co-Channel Interference) và chống nhiễu kênh kề (ACI: Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn, làm tăng dung lượng hệ thống, đảm bảo chất lượng thông tin.
- Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục giúp cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn.
- Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu dễ dàng xử lý bằng phương pháp số.
- Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN).
Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 2G:
- Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống còn nhỏ nên các dịch vụ ứng dụng cũng bị hạn chế (không đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai).
- Tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 2G là không thống nhất, do đó việc chuyển giao toàn cầu khó thực hiện được.
2.3 Hệ thống thông tin di động 2.5G
Hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ hệ thống thông tin di động 2G Sự nâng cấp này đôi khi được coi là sự chuẩn bị để tiến tới hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G). Đặc điểm của hệ thống thông tin 2,5G:
- Các dịch vụ số liệu được cải tiến:
+ Tốc độ bit cao hơn.
+ Hỗ trợ kết nối Internet.
- Hỗ trợ thêm phương thức chuyển mạch gói.
Một số hệ thống thông tin di động 2,5G điển hình:
GPRS (General Packet Radio Service)
GPRS là bước tiến tiếp theo của GSM và IS-136 nhằm mục đích cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao do Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu đưa ra vào năm 1999 Tốc độ dữ liệu của GPRS có thể đạt tới 14,4 - 115 kb/s, thậm chí theo lý thuyết là 171,2 kb/s Là một giải pháp chuyển mạch gói, GPRS đóng vai trò cầu nối trong quá trình chuyển đổi từ thế hệ 2G sang 3G của các nhà cung cấp dịch vụ GSM/IS-136.
Được triển khai vào năm 2003, EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) nâng cấp từ công nghệ GPRS trước đó, cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên tới 384 kb/s đối với người dùng cố định hoặc di chuyển chậm, và 144 kb/s đối với người dùng di chuyển tốc độ cao Trong quá trình chuyển đổi dần sang thế hệ 3G, EDGE được coi là công nghệ 2.75G.
IS-95B là hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ IS-95A và triển khai rộng rãi vào năm 1999 IS-95B là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ cao lên đến 115 kb/s.
CDMA2000 1xRTT là giai đoạn đầu của CDMA2000, được nâng cấp từ IS-95B và được triển khai từ năm 2000 nhằm cải thiện dung lượng thoại của IS-95B và hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2 kb/s Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuối thương mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ đỉnh lên tới 153,6 kb/s. Cũng giống như EDGE, CDMA2000 1xRTT được xem như hệ thống 2,75G. Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2,5G:
- Cung cấp các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng.
- Cung cấp các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.
- Cải thiện các dich vụ liên quan đến SMS (Short Message Service) như: mở rộng bản chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.
- Tăng cường công nghệ SIM (Subscriber Identification Module).
- Hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh.
- Cải thiện các dịch vụ chung như: dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.
2.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G
Kết luận
Chương 2 trình bày về "Tổng quan về hệ thống thông tin di động", tập trung vào lịch sử phát triển và quá trình hình thành hệ thống này từ thế hệ 1G đến 3G Các công nghệ truy cập đa dạng được nhắc đến bao gồm FDMA, TDMA, CDMA, là những công nghệ phổ biến trong các thế hệ trước đó.
Từ đó giúp em hiểu thêm, nắm bắt những vấn đề cơ bản, cốt lõi trọng tâm nhất mà một phần nào đó nó làm tiền đề để còn áp dụng cho các hệ thống sau này.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG
Giới thiệu chung
Do ở thế hệ 3G tuy có nhiều cải tiến mới nhưng nó vẫn còn nhiều nhược điểm như:
- Khó khăn trong việc tăng băng thông liên tục cùng với sự tồn tại của các dịch vụ khác nhau cần có băng thông và chất lượng dịch vụ QoS khác nhau, rất khó tăng tốc độ dữ liệu cao để có thể đáp ứng được yêu cầu của các dịch vụ đa phương tiện.
- Bị giới hạn phổ và phân bố phổ.
- Khả năng lưu động (roaming) từ môi trường dịch vụ này tới môi trường dịch vụ khác ở các băng tần là rất khó.
Cho nên cho ra đời thế hệ 4G sẽ phải có tốc độ truyền thông tin dữ liệu cao hơn, với những công nghệ trong mạng 4G người dùng di động tốc độ có thể đạt tới 100Mbps Còn đối với người dùng cố định tốc độ có thể đạt tới 1Gbps.
Mạng di động 4G, triển khai từ năm 2012, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ 1-1,5 Gbit/s, cho phép người dùng truy cập dịch vụ băng thông rộng, chất lượng cao, bao gồm video màu chất lượng cao, trò chơi 3D, âm thanh số, MMS Nó cũng hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện, như hội nghị truyền hình, Internet không dây và các dịch vụ không cần băng tần rộng.
Sự phát triển của mạng di động 4G sẽ thay thế mạng Internet cố định, thậm chí cả cáp quang, mang đến tốc độ không thua kém, tính di động cao và vùng phủ sóng rộng hơn, tác động mạnh đến nhiều lĩnh vực, bao gồm:
- Trong lĩnh vực khoa học giáo dục: với sự tiên tiến của các thiết bị đầu cuối. Các sinh viên, học sinh, nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi thông tin, hình ảnh cần thiết cho việc học tập cũng như nghiên cứu.
- Trong lĩnh vực giải trí: có thể truy cập trò chơi, hình ảnh, âm nhạc online ,
… ở bất cứ nơi nào trong hay ngoài nước có hệ thống 4G với nội dung phong phú đa dạng.
- Trong lĩnh vực thương mại: ứng dụng trao đổi hàng hóa như thông tin về sản phẩm, đặt hàng thông qua thiết bị di động.
Trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe, dữ liệu sức khỏe cá nhân được truyền trực tiếp đến các cơ sở y tế hoặc bác sĩ từ các thiết bị đeo theo người Điều này cho phép các chuyên gia y tế theo dõi tình trạng sức khỏe của bệnh nhân theo thời gian thực, cung cấp tư vấn và điều trị kịp thời, góp phần cải thiện hiệu quả điều trị và chăm sóc sức khỏe.
Mô hình cấu trúc mạng 4G
3.2.1 Yêu cầu cấu trúc mạng mới của mạng 4G Để đảm bảo mục đích cho phép người sử dụng có thể truy nhập và khai thác các tính năng mới trong mạng với chất lương tốt, tính di động, tốc độ cao, an toàn và bảo mật Do vậy mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết như sau: a) Hệ thống mạng có tính năng tích hợp
Hình 3.2: Sự tích hợp của các mạng khác nhau dẫn đến 4G
Mạng 4G kết hợp các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP, đảm bảo với tốc độ cao, cung cấp các dịch vụ đa dạng, ứng dụng chất lượng cao, … Sự kết hợp này giúp người sử dụng có thể kết nối tới nhiều loại mạng, sử dụng được nhiều dịch vụ khác nhau như ISDN, PSTN, internet, WLAN, WiMax, …
Hình 3.3: Sự kết hợp của các mạng khác nhau b) Hệ thống mạng có tính mở
Cấu trúc mở trong mạng 4G cho phép cài đặt các thành phần mới cùng với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp.Nó giúp cho tối ưu các dịch vụ trong mạng di động với liên kết không dây và đặc tính di động chính vì vậy mô hình xây dựng ra phải có tính mở.
Hình 3.4: Các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống c) Hệ thống mạng phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP
Cần phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụ internet để đảm bảo chất lượng dịch vụ Do mạng 4G yêu cầu độ trễ nhỏ, tốc độ dữ liệu cao, dịch vụ thời gian thực cho nên phải tránh các trường hợp về vấn đề trễ mạng, băng thông dịch vụ. d) Hệ thống mạng phải đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin
Khi hệ thống thông tin ngày càng phát triển, có nhiều người dùng của các mạng khác nhau truy nhập vào thì những dữ liệu thông tin cần được phải đảm bảo an toàn Tính an toàn được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn, riêng tư dữ liệu người dùng cũng như khả năng giám sát và quản lý hệ thống. e) Hệ thống mạng phải đảm bảo tính di động và tốc độ
Vấn đề quan trọng trong mạng di động 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di động và không dây khác nhau Có 3 cách để đảm bảo tính di động là sử dụng thiết bị đa chế độ, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểm truy nhập chung UAP (Universal Access Point) hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung.
Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể đạt tới 100Mbps và 160Mbps khi sử dụng MIMO.
Hình 3.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G
3.2.2 Một số kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đường truyền a) Sử dụng anten thông minh
Anten thông minh là là sự kết hợp của nhiều phần tử anten với một khả năng xử lý tín hiệu để tự động tối ưu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trường tín hiệu Mục đích sử dụng anten thông minh là để làm tăng dung lượng bằng cách truyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lượng tức là tăng việc dùng lại tần số Nó là một thành phần quan trọng trong mạng 4G Một hệ thống anten thông minh có những đặc tính và lợi ích cơ bản như:
Bảng 3.2: Đặc điểm của anten thông minh Đặc tính Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu được đưa vào từ nhiều anten sau đo được kết hợp lại để tối ưu công suất có sẵn nhằm thiết lập mức vùng phủ đã cho.
Phân tập không gian: Thông tin được tập hợp từ mảng anten được
Tập trung năng lượng phát trong một tế bào sẽ gia tăng vùng phủ sóng của trạm gốc, cải thiện chất lượng kết nối Ngoài ra, công suất tiêu thụ thấp hơn ở 5G cũng giúp người dùng tiết kiệm pin hơn cho thiết bị của họ.
Loại bỏ các thành phần đa đường:
Cho phép truyền với tốc độ bit cao dùng để tối thiểu fading và các tác động của truyền đa đường không mong muốn.
Hiệu quả công suất: Kết hợp các ngõ vào đến nhiều thiết bị để tối ưu tăng ích xử lý có sẵn trên đường xuống
Sự loại bỏ nhiễu: Anten pattern có thể loại bỏ các nguồn nhiễu đồng kênh, cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu thu được. hơn mà không cần dùng bộ cân bằng và làm giảm tác động trả trễ của kênh.
Chi phí giảm: Chi phí giảm cho các bộ khuếch đại công suất, độ tin cây cao hơn.
Tăng dung lượng:Việc điều khiển chất lượng các null tín hiệu chính xác và giảm nhiễu kết hợp với việc sử dụng lại tần số sẽ làm tăng dung lượng mạng Kỹ thuật thích nghi (như là đa truy cập phân chia theo không gian) hỗ trợ việc sử dụng lại tần số trong cùng một tế bào. b) Sử dụng các điều chế và mã hóa thích ứng (AMC - Adaptation and Modulation Coding)
Với kỹ thuật này, tỉ lệ mã hóa và quá trình điều chế được thích ứng theo một cách liên tục và chất lượng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất Trong việc truyền dẫn, sử dụng nhiều mã Walsh trong quá trình thích ứng liên kết.Việc kết hợp kỹ thuật thích ứng liên kết đã góp phần thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên của truyền dẫn vô tuyến không dây tốc độ cao. c) Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM
OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế FDM
- Mỗi một sóng mang con là một dạng sóng hình sin cùng biên độ và pha thay đổi tại khoảng độ dài của mỗi symbol T, 66.7ms (trong miền tần số là một hàm sinx/x).
- Khoảng cách giữa các sóng mang con lân cận gọi là khoảng sóng mang con Df nếu Df = 1/T thì các sóng mang con sẽ chồng lấn trong miền tần số nhưng đáp ứng đỉnh của mỗi sóng mang con sẽ trùng với thời điểm 0 của các sóng mang con khác.
Hình 3.6: Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
Công nghệ mạng 4G
3.3.1 Công nghệ tiền 4G a) Giới thiệu
Trước khi chuyển sang công nghệ 4G, chuẩn Wimax2 (802.11m) và Long Term Evolution (LTE) được xem như những công nghệ tiền 4G (Pre-4G hoặc 3.9G) Trong đó, LTE được phát triển bởi 3GPP, đạt tốc độ bit net lý thuyết 100 Mbit/s khi tải xuống và 50 Mbit/s khi tải lên Còn Wimax 2 do IEEE phát triển, cho phép kết nối không dây nhanh hơn WiFi, ứng dụng rộng hơn, phủ sóng xa hơn, không chịu ảnh hưởng địa hình.
Hình 3.10: Tốc độ của 2 công nghệ Wimax và
LTE b) Cấu trúc mạng LTE
Công nghệ LTE được sử dụng để cung cấp tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp bằng cách tối ưu hóa băng thông Nó hỗ trợ tốc độ dữ liệu tối đa 326 Mb/s cho hệ thống 4x4 MIMO, băng thông 20 MHz và khả năng di chuyển lên đến 350 km/h.
Hình 3.11: Cấu trúc mạng LTE Cấu trúc này rất đơn giản với 2 nút:
- Mobility Management Entity/Gateway (MME/GW)
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC:radio network controller) được loại bỏ khỏi mạng truy cập và chức năng của nó được thực hiện trong nhiều eNB. Tất cả các giao diện dựa trên giao thức IP, các eNBs được kết nối với MME/
GW bằng các cách thức của giao diện S1 và X2 Cấu trúc LTE bao gồm 2 cổng logic là cổng phục vụ (S-GW:serving gateway) và cổng mạng dữ liệu gói (P-GW: packet data network gateway) SGW chuyển tiếp và nhận gói dữ liệu từ eNB để đưa đến UE P-GW với mạng dữ liệu gói bên ngoài (external packet data networks :PDNs )còn thực hiện một số chức năng IP như phân bố địa chỉ, thực thi chính sách, lọc gói và định tuyến MME là một sự tồn tại duy nhất mà tín hiệu nơi người dùng gói tin IP không đi qua.Lưu lượng mạng của truyền tín hiệu và lưu lượng truy cập có thể phát triển một cách độc lập như là một lợi thế của sự tồn tại mạng riêng biệt.
Sự phát triển của hệ thống chuyển mạch gói Evolved Packet SwitchedSystem (EPS) bao gồm một Evolved Packet Core (EPC) và Evolved UTRAN (E-UTRAN), cung cấp các liên kết IP giữa một UE và mạng dữ liệu gói bên ngoài.external packet data networks (PDNs).
Hình 3.12: Liên kết IP giữa một UE với PDNs Trong đó:
- UE: máy đầu cuối (user equipment)
- E-UTRAN: mạng truy nhập radio
- EPC: Evolved Packet Core Mạng Core cũng là thành phần giao tiếp với các mạng packet khác như internet, mạng riêng của các công ty, hoặc hệ thống truyền thông đa phương tiện IP IMS (Ip multimedia system).
Giao diện giữa các thành phần khác nhau của hệ thống LTE là các giao diện
Mạng truy nhập vô tuyến
Hình 3.13: Mạng truy nhập vô tuyến
- Trạm gốc evolved node B (eNB): điều khiển giao tiếp với máy đầu cuối trên
1 hay nhiều cell, điều khiển chuyển giao (no soft HO).
- Giao tiếp với mạng lõi EPC qua giao diện S1.
- Tích hợp tính năng RNC trong WCDMA.
- HSS (home subscriber server) DATABASE
- P-GW hay PDN (packet data network) gateway là điểm giao tiếp của mạng Core EPC với các mạng ngoài khác
- Serving – Gateway (S-GW) hoạt động như một router để chuyển tiếp data từ eNB đến PDN gateway
- MME (mobility management entity) điều khiển các hoạt động mức cao của thuê bao thông qua các bản tin báo hiệu: Authen, ciphering, signalling…
- Kiến trúc thứ nhất đó là PDN gateway nằm tại mạng chủ, toàn bộ dữ liệu của thuê bao sẽ được định tuyến về P-GW này.
+ Ưu điểm: dễ quản lý, tính cước
+ Nhược điểm : trễ truyền dẫn
- Trường hợp thứ 2 là PDN của thuê bao sẽ được cấu hình ngay tại mạng khách, trong trường hợp thuê bao roaming HSS sẽ lựa chọn P-GW nào cho thuê bao (APN)
+ Ưu điểm: giảm độ trễ, tài nguyên nhà mạng
+ Nhược điểm : khó quản lý tính cước
3.3.2 Công nghệ LTE Advanced của thế hệ 4G
3GPP bắt đầu nghiên cứu với một mục được gọi mà LTE – Advanced với các nhiệm vụ xác định yêu cầu và nghiên cứu thành phần công nghệ của sự tiến triển của LTE để đáp ứng tất cả các yêu cầu của IMT – Advanced theo định nghĩa bởiITU LTE-Advanced ( phiên bản R10,R11) là công nghệ mạng di động 4G cònLTE (phiên bản R8, R9) chỉ được xem như là công nghệ 3.9G.
Hình 3.16: Công nghệ 4G Nhưng thực chất nó là bản nâng cấp của LTE nhằm thỏa mãn các yêu cầu của IMT-Advanced, vẫn sử dụng các công nghệ như: OFDMA, SC – FDMA, MIMO, AMC, …và dùng thêm một số kỹ thuật mới như :
- Các bộ lặp và nút chuyển tiếp.
- Đa anten cải tiến MIMO.
- Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất).
Việc áp dụng các công nghệ mới giúp LTE – Advanced vượt trội so với LTE về các đặc tính tốc độ, băng thông, độ trễ xử lý, hiệu suất sử dụng phổ tần.
- Băng thông sử dụng : 20 MHz – 100 MHz.
- Tốc độ dữ liệu là 1 Gbps cho đường xuống và 500 Mbps cho đường lên.
- Hiệu quả phổ đỉnh: 15 b/s/Hz cho uplink và 30 b/s/Hz cho downlink với một anten cấu hình 4x4 hoặc ít hơn trong uplink và 8x8 hoặc ít hơn trong downlink.
- Khả năng tương thích: công nghệ LTE – Advanced có khả năng liên kết mạng với LTE và các hệ thống của 3GPP.
- Thời gian chờ : nhỏ hơn 50 ms khi chuyển từ trang thái rỗi sang trạng thái kết nối và nhỏ hơn 5ms kh chuyển mạch gói riêng lẻ.
Công nghệ LTE mở rộng phổ linh hoạt để hỗ trợ tối đa băng thông 100 Mhz, nâng cao giải pháp đa anten, tăng lên đến tám lớp truyền dẫn trong Downlink và bốn lớp truyền dẫn trong uplink, phối hợp đa điểm truyền/ nhận, việc sử dụng các trạm lặp/chuyển tiếp.
Hình 3.17: Tổng số di động được kết nối của các thế hệ theo từng năm ( theo GSMA Intelligence)
Bảng 3.3: So sánh các tham số của LTE và LTE-Advanced Đặc tính LTE LTE - Advanced
Tốc độ Downlink 326 Mbps 1 Gbps chỉ định Uplink 86 Mbps 500 Mbps
Hiệu suất sử dụng Downlink 6.3 (4x4 MIMO) 30 (8x8 MIMO) phổ tần (b/s/Hz) Uplink 4.32 (SISO) 15 (4x4 MIMO) Độ trễ ~ 10 ms ~ 5 ms
Cấu hình MIMO Downlink 4x4 MIMO 8x8 MIMO
Bảng 3.4: So sánh các tham số của LTE-Advanced với công nghệ khác a) Kết hợp sóng mang
Việc kết hợp sóng mang giúp cho công nghệ LTE-Advanced chia sẻ phổ tần và truyền dẫn băng được rộng hơn.
Hình 3.18: Các sóng mang thành phần trong truyền dẫn băng rộng trong LTE-
Băng thông kênh truyền đạt 100 MHz cho Downlink và 40 MHz cho Uplink Mỗi sóng mang sử dụng băng thông 1,4; 3; 5; 10; 15 hoặc 20 MHz, không vượt quá 100 MHz Ở lớp vật lý, chỉ có tối đa 5 sóng mang được kết hợp để đạt băng thông cần thiết.
Hình 3.19: Khối tập hợp sóng mang Việc tăng độ rộng băng truyền giúp cho thỏa mãn hướng đến mục tiêu đạt tốc độ đỉnh trong khi vẫn duy trì được tính tương thích phổ (không bị nhiễu sóng mang).Nó còn là công cụ cho việc mở rộng độ phủ sóng với các tốc độ số liệu trung bình.
Có các kiểu kết hợp sóng mang:
Hình 3.20: Các kiểu kết hợp sóng mang
Kết hợp sóng mang trong cùng băng tần và liên tục (Intra-band, contiguous) là loại kết hợp đơn giản nhất, trong đó mỗi thiết bị đầu cuối chỉ cần một bộ thu phát Loại kết hợp này dễ dàng triển khai với các sóng mang liền kề nhau, tạo nên vùng phủ sóng liền mạch, tránh chồng chéo và nhiễu sóng.
- Intra-band, non-contiguous:là loại kết hợp sóng mang cùng băng tần và không liên tục Các sóng mang thành phần không thể truyền như một tín hiệu đơn do vậy cần tới 2 bộ thu phát, loại này phức tạp hơn.
Kết luận
Sau khi đi sâu vào nghiên cứu chương II:“Nghiên cứu công nghệ trong hệ thống thông tin di động 4G” thì công nghệ 4G có nhiều ưu điểm mới so với hệ thống 1G, 2G, 3G.
Công nghệ LTE-Advanced của mạng 4G mang lại nhiều dịch vụ mới với tốc độ xử lý nhanh hơn hiệu quả hơn.
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
Giới thiệu chung
Sự phát triển của công nghệ thông tin di động không dừng lại ở công nghệ 4G/LTE - Advanced Mỗi phiên bản mới sẽ tiếp tục nâng cao hiệu suất hệ thống với lĩnh vực ứng dụng mới.Công nghệ mới sẽ bổ sung thêm ứng dụng như kết nối điện thoại di động, tự động hóa nhà, giao thông vận tải thông minh, an ninh và sách điện tử,…
Cho đến nay tổ chức Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) vẫn chưa công bố rộng rãi các yêu cầu cụ thể và chi tiết những công nghệ sẽ được tích hợp vào mạng 5G.Công nghệ 5G vẫn còn đang được nghiên cứu và các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm giải pháp thích hợp nhất.Dự kiến, việc triển khai mạng 5G có thể sẽ bắt đầu vào năm 2020 và tới năm 2025 sẽ được phổ biến toàn cầu.
Hình 4.31: Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 2020 Theo dự kiến yêu cầu của mạng 5G, sẽ có sự khác biệt lớn giữa các thế hệ hiện tại với thế hệ 5G bao gồm:
- Mức tiêu thụ pin thấp hơn, tăng tuổi thọ của pin.
- Xác suất tắc nghẽn thấp.
- Độ trễ được giảm bớt đáng kể so với LTE.
- Tốc độ nhanh hơn, cung cấp nhiều kết nối ổn định và đáng tin cậy hơn, phạm vi bao phủ tốt hơn và tốc độ dữ liệu cao ở viền tế bào giúp cho giải quyết các vấn đề liên quan đến diện tích phủ sóng (thậm chí ngay cả trên biển, nơi các trạm phát sóng trên đất liền không thể phủ sóng cũng bắt được tín hiệu 5G).
- An toàn hơn, tiết kiệm năng lượng, bổ sung thêm tính năng cho phần cứng.
- Đồng thời truyền được nhiều đường truyền dữ liệu.
- Khoảng tốc độ dữ liệu 1Gbps khi di động.
- Hiệu quả phổ hệ thống cao hơn đáng kể so với 4G.
- Web không dây trên toàn cầu (WWWW: World Wide Wireless Web), các ứng dụng web không dây dựa trên bao gồm đầy đủ các khả năng đa phương tiện vượt quá tốc độ 4G để kết nối mọi nơi trên trái đất.
Những ứng dụng tích hợp cảm biến thông minh nhân tạo (AI) sẽ phủ khắp mọi nơi trong cuộc sống, tạo nên một hệ sinh thái cảm biến có thể giao tiếp thông suốt với điện thoại thông minh Các cảm biến này có khả năng tương tác linh hoạt và tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau như máy tính bảng, thiết bị đeo tay, đem lại tiện ích tối đa cho người dùng.
- Không gây hại cho sức khỏe con người.
- Lệ phí lưu lượng truy cập rẻ hơn do chi phí triển khai cơ sở hạ tầng thấp.
Thế hệ 5G là một công nghệ mới mà sẽ cung cấp tất cả các ứng dụng có thể, bằng cách sử dụng một thiết bị bao quát, kết nối hầu hết các cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đã tồn tại.Các thiết bị đầu cuối 5G sẽ là một đa cấu hình lại và được kích hoạt nhận thức vô tuyến.Nó sẽ có phần mềm xác định phương pháp điều chế vô tuyến.Các mạng di động 5G sẽ tập trung vào việc phát triển các thiết bị đầu cuối sao cho có thể truy cập công nghệ mạng không dây khác nhau cùng một lúc và sẽ kết hợp các luồng khác nhau từ các công nghệ khác nhau. Điểm đặc biệt về cải tiến của thế hệ 5G so với những mạng thế hệ trước(dùng các trạm cở sở trên mặt đất) là mạng 5G có thể sử dụng các trạm HAPS(High Altitude Stratospheric Platform Stations).
Hình 4.32: Mô hình trạm HAPS Các trạm HAPS có thể là những chiếc máy bay hoặc quả bóng được thiết kế để hoạt động ở độ cao rất thấp, treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong thời gian dài, khoảng cách từ 17km – 22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh HAPS được cung cấp nguồn bằng pin, động cơ hoặc tế bào năng lượng mặt trời Nó làm việc như một trạm phát có thể so sánh với anten cao và truyền tín hiệu bằng giao tiếp không dây Đó là kỹ thuật mới và rất tốt trong việc phục vụ dịch vụ thông tin không dây băng thông rộng Trạm HAPS cung cấp một phạm vi với bán kính khoảng tầm 30 Km Do đó có thể thiết lập duy nhất trạm HAPS thay vì phải dùng một số trạm cơ sở đặt trên mặt đất ở khu vực ngoại ô và nông thôn như ở các thế hệ trước Trạm HAPS không yêu cầu bệ phóng đắt tiền như vệ tinh mà cung cấp cho các hiệu quả chi phí cũng như có thể dễ dàng triển khai, vì vậy nó cũng được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc tai nạn HAPS cung cấp các tuyến liên kết quan sát với công suất cao của các ứng dụng băng thông rộng Do ở trên cao có tác động của gió nên trạm HAPS sẽ thay đổi tùy ở vị trí theo chiều dọc và chiều ngang.
Sự chuyển động này làm thay đổi, sai lệch góc nhìn các thiết bị đầu cuối trên mặt đất Nếu sự thay đổi này lớn hơn bề rộng chùm tia của anten thì yêu cầu tăng hoạt động liên kết.Nhờ sử dụng cách này nó sẽ khắc phục được nhiều hạn chế và sẽ giúp đường truyền tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những nhà cao tầng Do các trạm nằm ở trên cao nên sẽ có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn giúp cho làm giảm những vấn đề về diện tích phủ sóng.
Hình 4.33: Mô hình trạm HAPS trong tương lai ( ảnh : Internet) Mặc dù đã có một số cải tiến mới ở công nghệ không dây thế hệ 5G nhưng nó vẫn có những thách thức cho sự phát triển đó là :
- Tối ưu hóa phép đo hiệu suất: việc đánh giá của các mạng thông tin liên lạc không dây thường được đặc trưng bằng cách tính toán một hoặc hai phép đo hiệu suất, do độ phức tạp cao Đối với một đánh giá đầy đủ và công bằng của hệ thống không dây 5G, số liệu hiệu suất hơn nên được xem xét.Chúng bao gồm hiệu quả quang phổ, hiệu quả năng lượng, độ trễ, độ tin cậy, tính công bằng của người dùng, QoS, độ phức tạp thực Như vậy, có một khuôn khổ chung được để đánh giá hiệu suất của hệ thống không dây 5G
- Mô hình kênh thực tế của hệ thống không dây 5G: mô hình thực tế kênh với độ chính xác hoàn toàn, độ phức tạp cao Chẳng hạn như hệ thống MIMO lớn, mô hình không thể áp dụng trực tiếp cho kênh MIMO lớn.
- Tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau: Mỗi thực hành kỹ thuật có tiêu chuẩn riêng của họ (F.eks Telecom có 3GPP, 3GPP2, ITU, IETF, vv) Để tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau, đòi hỏi phải có cách tiếp cận có hệ thống tiêu thụ và thời gian.
Nền tảng chung cho việc thực hành kỹ thuật khác nhau là điều không thể thiếu, bởi vì các giải pháp kết nối thực hành kỹ thuật không có kiến trúc chung Do đó, một cơ quan quản lý hợp nhất đóng vai trò là nền tảng chung để giải quyết nhu cầu này.
6 chung cho tất cả các thực hành kỹ thuật để hợp thức các vấn đề kết nối liên thông cũng như chia sẻ kiến thức.
Nhận thức vô tuyến –cách thức mới để sử dụng quang phổ: Các thế hệ di động mới thường được gán dải tần số mới và quang phổ băng thông rộng hơn cho mỗi kênh tần số Nhưng có rất ít chỗ cho các băng tần mới hoặc băng thông lớn hơn bởi vì quang phổ đã, đang và sẽ tiếp tục là một nguồn lực khan hiếm cho các ngành công nghiệp điện thoại di động thông tin liên lạc Tuy ngành công nghiệp di động có quang phổ dành riêng cho thông tin di động và được cấp phép cho một nhà điều hành nhất định Những điều này có thể bao gồm việc sử dụng phổ không có giấy phép hoặc phổ chủ yếu sử dụng cho các dịch vụ truyền thông khác như là một bổ sung cho hoạt động trong phổ tần được cấp phép.Tuy nhiên, các ứng dụng của nhận thức vô tuyến để truyền thông di động là một khu vực tương đối mới và tiếp tục nghiên cứu và đánh giá tính khả thi và tác động của việc sử dụng như vậy.
Cấu trúc mạng 5G
Hình 4.34: Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore a) Flatter IP network
Mạng Flat IP chắc chắn là giải pháp quan trọng để làm cho 5G có thể áp dụng được đối với tất cả các loại công nghệ Để đáp ứng nhu cầu khách hàng cho các ứng dụng thời gian thực dữ liệu gửi qua mạng điện thoại di động băng thông rộng, các nhà khai thác không dây đang chuyển sang cấu trúc mạng flat
IP Mạng này cung cấp phương thức để nhận biết thiết bị sử dụng tên ký hiệu, khác với cấu trúc có phân cấp như được sử dụng trong “ normal” của địa chỉ IP.
Với việc chuyển sang kiến trúc flat IP, các nhà khai thác di động có thể:
- Giảm số lượng các phần tử mạng trong các dữ liệu đường dẫn đến giảm chi phí hoạt động.
- Giảm độ trễ hệ thống và cho phép các ứng dụng hoạt động với độ sai lệch thấp của trễ.
- Phát triển truy cập vô tuyến và gói mạng lõi độc lập với nhau đến một mức độ lớn hơn so với trước đây tạo linh hoạt hơn trong kế hoạch lập mạng và triển khai.
Phát triển một mạng lõi linh hoạt phục vụ như nền tảng cho sự đổi mới dịch vụ qua cả dữ liệu di động và mạng truy cập IP chung, giúp doanh nghiệp dễ dàng thích ứng với nhu cầu thị trường đang thay đổi và cung cấp dịch vụ mới sáng tạo cho khách hàng.
- Tạo ra một nền tảng cho phép nhà khai thác dịch vụ di động băng thông rộng để có thể cạnh tranh với mạng dây.
Mạng 5G sử dụng Flat IP làm cho dễ dàng hơn cho RAN (Radio Access Network) khác nhau để nâng cấp trong một mạng NanoCore duy nhất. b) Hệ thống Aggregator
Mạng lưới viễn thông hiện nay theo hình thức phân cấp, lưu lượng truy cập thuê bao gộp chung lại tại tập hợp điểm (BSC/RNC) và sau đó chuyển đến cổng Hệ thống Flat IP làm giảm công suất trên tập hợp điểm và lưu
6 lượng sẽ chuyển trực tiếp từ trạm gốc đến các cổng phương tiện truyền thông.Tất cả các mạng sử dụng (GSM, CDMA, Wimax và Wireline) có thể được kết nối với một Super Core với công suất lớn.Điều này thực hiện ở các cơ sở hạ tầng mạng duy nhất.Giải pháp về Super Core sẽ loại bỏ tất cả các chi phí liên kết và sự phức tạp cho các nhà điều hành mạng.Nó cũng sẽ làm giảm số lượng của sự tồn tại mạng khi kết thúc kết nối, do đó làm giảm đáng kể về độ trễ.
Tuy nhiên hệ thống này cũng có yêu cầu :
- Yêu cầu dự phòng cao: theo giải pháp Super Core, tất cả các nhà khai thác mạng sẽ được dịch chuyển đến cơ sở hạ tầng duy nhất Do đó yêu cầu dự phòng cao và an toàn trong lõi mạng.
- Tính minh bạch giữa các nhà khai thác mạng: liên quan đến dữ liệu thuê bao và khâu quản lý, vv… Kết cấu Super Core do cơ quan điều hành chính phủ quản lý. c) Công nghệ 5G
Cloud Computing ( điện toán đám mây)
Cloud Computing là một công nghệ sử dụng internet và máy chủ từ xa trung tâm để duy trì dữ liệu và các ứng dụng điện toán đám mây.Trong 5G mạng máy chủ từ xa trung tâm này sẽ lưu trữ nội dung mà chúng ta cung cấp. Điện toán đám mây cho phép người dùng và doanh nghiệp sử dụng các ứng dụng mà không cần cài đặt và truy nhập các tập tin cá nhân ở bất kỳ máy nào có truy cập internet.Điều đó sẽ được sử dụng trong Nanocore, nơi mà người dùng truy cập vào tài khoản riêng của mình thì nhà cung cấp nội dung toàn cầu thông qua Nanocore dưới hình thức của đám mây.
Hình 4.35: Điện toán đám mây Điện toán đám mây là kỹ thuật mới và duy nhất để truy cập dữ liệu văn bản, ứng dụng, file video, file nhạc,…từ bất kỳ nơi nào mà không cần mang theo bất kỳ thiết bị lưu trữ dữ liệu Bởi tất cả các thông tin về người sử dụng điện toán đám mây có thể truy cập tất cả các dữ liệu từ bất cứ nơi nào trên thế giới vào bất kỳ lúc nào.Ví dụ như là Gmail, tất cả tài liệu được lưu trữ trên máy chủ Gmail và các quy trình được thực hiện trên đám mây.Người sử dụng cung cấp cho các lệnh sau đó quá trình xảy ra trên máy chủ của Gmail và kết quả được hiển thị trên màn hình.
Sự phát triển của điện toán đám mây cung cấp cho nhà khai thác những cơ hội to lớn.Kể từ khi điện toán đám mây liên kết trên mạng, nó cho thấy tầm quan trọng của mạng lưới và thúc đẩy phát triển mạng lưới Nó cũng đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ an toàn và đáng tin cậy, Người sử dụng điện toán đám mây có thể tránh được chi phí vốn cho các Nanocore, do đó cũng làm giảm chi phí mua cơ sở hạ tầng vật lý bằng cách cho thuê sử dụng từ một nhà cung cấp bên thứ ba. Các phân đoạn của điện toán đám mây, được chia làm 3 phân đoạn chính như sau:
- Cơ sở hạ tầng (Infrastructure)
Mỗi phân đoạn phục vụ cho các sản phẩm khác nhau phục vụ cho các doanh nghiệp và cá nhân với mục đích ứng dụng khác nhau. Ứng dụng
Nhu cầu về dịch vụ phần mềm đóng vai trò nền tảng cho sự phát triển của phần mềm Các dịch vụ này bao gồm nhiều loại khác nhau để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng Phương thức phân phối phần mềm cho người dùng cuối cũng là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận, sử dụng và hiệu quả của phần mềm.
Phân đoạn nền tảng của điện toán đám mây đề cập đến các sản phẩm được sử dụng để triển khai internet Net Suite, Amazon, Google và Microsoft cũng đã phát triển nền tảng cho phép người dùng truy cập các ứng dụng từ máy chủ tập trung Google, Net Suite, Rackspace cloud, amazon.com là những nền tảng hoạt động
Phân đoạn thứ 3 trong điện toán đám mây được gọi là cơ sở hạ tầng và là phần quan trọng.Cơ sở hạ tầng cho phép người sử dụng xây dựng các ứng dụng.
Mạng All-IP (AIPN) là sự tiến hóa của hệ thống 3GPP hướng đến đáp ứng nhu cầu dịch vụ gia tăng của thị trường di động Tập trung chính vào việc cải tiến công nghệ chuyển mạch gói, AIPN mang lại giải pháp tối ưu hóa liên tục cho hệ thống, tạo lợi thế cạnh tranh về hiệu suất và chi phí AIPN tạo nền tảng cho các ứng dụng di động và các dịch vụ như cổng thông tin di động, thương mại di động, chăm sóc sức khỏe, chính phủ, ngân hàng và nhiều lĩnh vực khác.
Những lợi ích của cấu trúc Flat IP là:
- Chi phí truy cập thấp.
- Kinh nghiệm người dùng cải thiện
- Giảm độ trễ hệ thống
- Truy cập vô tuyến được tách riêng và phát triển mạng lõi Các vấn đề quan trọng của All IP:
- Hỗ trợ cho một loạt các hệ thống truy cập khác nhau.
- Khả năng thích ứng và di chuyển từ thiết bị đầu cuối khác.
- Khả năng lựa chọn các hệ thống truy cập thích hợp.
- Cung cấp các dịch vụ ứng dụng tiên tiến.
- Khả năng xử lý hiệu quả và tối ưu.
- Mức độ bảo mật cao.
Cấu trúc mạng 5G giải định
4.3.1 Thiết bị đầu cuối đa cấu hình lại
Hình 4.37: Cấu trúc của máy thu phát của UE Trong đó:
- Analog-to-digital conversion (ADC): Bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
- Digital-to-analog conversion (DAC): Bộ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự
- Digital down converter (DDC) : Bộ biến đổi xuống tín hiệu số.
- Digital up-converter (DUC) : Bộ biến đổi lên tín hiệu số
Tín hiệu nhận được từ anten đi qua bộ thu Rx của bộ RF sau đó được đưa đến bộ ADC để chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, tiếp đến đưa vào bộ DDC để biến đổi xuống của tín hiệu số và các tín hiệu này được đưa vào bộ xử lý băng gốc ( Base-band Processing) và bộ xử lý dữ liệu để đưa tới người sử dụng. Nếu từ người sử dụng thì tín hiệu đi qua bộ xử lý dữ liệu sau đó đến bộ xử lý băng gốc rồi cho đi qua bộ DUC để biến đổi lên của tín hiệu số và được cho qua bộ DAC là để biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự, sau đó đưa đến bộ phát
4.3.2 Công nghệ đa lõi cấu hình lại (Reconfigurable Multi-Technology Core: RMTC)
Thách thức chính đối với một công nghệ đa lõi cấu hình lại là để giải quyết việc gia tăng số thuê bao Các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau dựa trên khả năng tương tác và cơ chế.Cốt lõi của sự hội tụ của công nghệ Nano nói trên, điện toán đám mây, nhận thức vô tuyến và dựa trên tất cả các nền tảng IP.Lõi cấu hình lại thay đổi các chức năng truyền thông tùy thuộc và mạng trạng thái và người dùng yêu cầu.Việc cấu hình lại có thể trong cả hai phần cứng và phần mềm Cấu hình lại phần cứng chủ yếu là thực hiện bởi nhà điều hành, thêm các thiết bị bổ sung để tăng năng lực mạng lưới cụ thể trong một thời gian Tuy nhiên, trong việc cấu hình lại ở phần mềm với sức mạnh của SDR thì là tự động cấu hình lại Có nghĩa là các chương trình (chạy về việc xử lý cấu hình lại các yếu tố) cũng như các liên kết truyền thông giữa các yếu tố chế biến được cấu hình lại tại thời gian chạy.Các yếu tố xử lý khác nhau được sử dụng cho các mục đích khác nhau Mục đích chung của bộ vi xử lý là hoàn toàn có thể lập trình để thực hiện các nhiệm vụ tính toán khác nhau.
Hình 4.38: Cấu trúc của công nghệ đa lõi cấu hình lại Trong đó:
- Local Reconfiguration Database (LRD): Cơ sở dữ liệu thiết lập lại cấu hình địa phương
- Reconfiguration Data models (RDM):Mô hình dữ liệu cấu hình lại
- Reconfiguration Control and Management unit (RCM): Điều khiển tái cấu hình lại và đơn vị quản lý.
- Cloud Computing Resources (CCR): Nguồn tài nguyên điện toán đám mây
- Reconfigurable Serving Gateway (RS-GW): Cổng phục vụ cấu hình lại
- Reconfigurable Packet data network Gateway (RP-GW):Cổng mạng dữ liệu gói cấu hình lại
- Reconfigurable-Interoperability Control (RIC): Điều khiển tương tác cấu hình lại
- Mobility Management Entity (MME) : Tổ chức quản lý tính di động
- Home Subscriber Database (HSD): Cơ sở dữ liệu nhà thuê bao
Hình vẽ cho thấy một cấu trúc cấp cao của mạng lõi cấu hình lại, một sự tiến hóa của các Evolved Packet Core (EPC) của mạng 4G Cơ sở dữ liệu cấu hình lại địa phương (LRD) gắn liền với mô hình dữ liệu cấu hình lại (RDM) được kết nối với cổng thông qua kiểm soát và quản lý đơn vị (RCM) RCM cũng được kết nối với nguồn tài nguyên điện toán đám mây (CCR) để liên kết mạng lõi với cơ sở dữ liệu cấu hình lại từ xa (RRD). Các đơn vị cơ bản của EPC được tăng cường với khả năng cấu hình lại như cổng phục vụ cấu hình lại (RS-GW) và cổng mạng dữ liệu gói cấu hình lại (RP-GW) RS-GW được liên kết với các công nghệ truy cập khác nhau thông qua đơn vị điều khiển tương tác cấu hình lại (RIC) RIC kiểm soát quá trình liên kết khả năng hoạt động giữa các công nghệ truy cập không đồng nhất và cho phép RS-GW để chuyển tiếp và nhận các gói tin đến và đi từ các trạm cơ sở lựa chọn eNB để phục vụ cho UE Để phục vụ người sử dụng với tất cả IP dựa trên các ứng dụng di động và dịch vụ, giao diện RP-GW, qua CCR với Internet và các mạng dữ liệu gói khác ( PDNs) Các tổ chức quản lý di động MME như là chỉ có một đối tượng để truyền tín hiệu, liên kết RS-GW cho chủ thuê bao cơ sở dữ liệu (HSD).
Hình 4.39: Cấu trúc mạng 5G giả địnhHình 4.9 Cho thấy một đề xuất cấu trúc mạng 5G Tất cả các IP dựa trên các ứng dụng di động và các dịch vụ như cổng thông tin di động, thương mại di động,chăm sóc sức khỏe di động, … được cung cấp thông qua đám nguồn tài nguyên điện toán đám mây (CCR) CCR nối công nghệ đa lõi cấu hình lại (RMTC) với dữ liệu cấu hình lại từ xa (RRD) gắn liền với mô hình dữ liệu cấu hình lại ( RDM).RMTC được kết nối với công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, từ 2G/GERAN đến 3G/UTRAN và 4G/EUTRAN ngoài ra 802.11 x WLAN và 802.16 x WMAN.Tiêu chuẩn khác cũng được kích hoạt như IS/95, EV-DO, CDMA2000,… Khả năng tương tác quá trình tiêu chuẩn và cơ chế cho phép cả hai thiết bị đầu cuối vàRMTC để lựa chọn từ các hệ thống truy cập không đồng nhất ở trên.
Kết luận
Sau khi tìm hiểu chương 4: “Hệ thống thông tin di động 5G” thì mạng thế hệ di động 5G là một mạng mới, phải đến năm 2020 mới chính thức đưa vào sử dụng nên trong bài nghiên cứu chỉ là giả định, do vậy không thể nghiên cứu kỹ mặt công nghệ.
Nhưng trong quá trình nghiên cứu thì mạng này so với mạng di động thế hệ trước thì nó sử dụng trạm HAPS được treo lơ lửng giống như một vệ tinh tầm thấp.Giúp cho diện tích phủ sóng rộng hơn.Đổi mới trong việc truyền dẫn góp phần mang lại nhiều ứng dụng mới.
