(Tiểu luận) báo cáo đồ án môn học 2 đề tài tổng quan mạng thông tin di động (5g)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - - h BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG (5G) Sinh viên thực hiện: Đào Anh Hào Giáo viên hướng dẫn: Ths Phan Thanh Minh TPHCM, – 2020 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG 5G CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG 5G 2.1 Mạng truy cập vô tuyến 2.2 Mạng lõi 2.2.1 AMF 2.2.2 SMF 10 2.2.3 UPF 10 2.2.4 PCF 11 2.2.5 AF 11 2.2.6 NSSF 11 2.2.7 AUSF 11 2.2.8 UDM 11 2.2.9 NEF 12 2.2.10 NRF 12 h CHƯƠNG 3: GIAO THỨC MẠNG 5G 13 3.1 Lớp PHY 14 3.2 Lớp 5G MAC, RLC, PDCP 16 3.2.1 MAC 17 3.2.2 RLC 19 3.2.3 PDCP 20 3.3 RRC 23 CHƯƠNG 4: PHỔ BĂNG TẦN, CÔNG SUẤT TRONG MẠNG 5G 24 CHƯƠNG 5: THUẬN LỢI VÀ THÁCH THỨC TRONG MẠNG 5G 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .28 LỜI MỞ ĐẦU Theo Tổng Cục Thống kê, tổng số thuê bao điện thoại thời điểm cuối tháng 3/2020 ước tính đạt 129,2 triệu thuê bao Với nhu cầu ngày cao người sử dụng tốc độ truy cập truyền tải tín hiệu nhu chất lượng hiển thị ngày ổn định qua trải qua nhiều năm phát triển qua hệ mạng di động 1G với cơng nghệ tương tự, 2G với số hóa liệu, 3G di động băng thông, 4G internet di động Với việc kế thừa cơng nghệ có phát triển thêm 5G hứa hẹn đem lại trải nghiệm đảm bảo tốc độ truy cập tốt đến người dùng so với hệ mạng di động trước Vậy 5G hình thành nào? Gồm phần gì? Chúng hoạt động nào? Tất giải đáp qua đề tài “TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G” làm rõ qua chương:  Chương1: Giới thiệu tổng quan mạng thông tin di động 5G  Chương 2: Kiến trúc mạng 5G  Chương 3: Giao thức mạng 5G h  Chương 4: Phổ băng tần, công suất hệ thống mạng 5G  Chương 5: Thuận lợi thách thức mạng di động 5G THUẬT NGỮ VIẾT TẮT THIRD GENARATION PARTNERSHIP PROJECT 5G-NEW RADIO ACCESS AND MOBILITY FUNCTION SESSION MANAGEMENT FUNCTION USER PLANE FUNCTION PCF POLICY CONTROL FUNCTION APPLICATION FUNCTION UNIFIED DATA MANAGEMENT AUTHENTICATION SEVER FUNCTION DATA NETWORK NETWORK SLICE SELECTION PROTOCOL DATA UNIT QUALITY OF SERVICE RADIO ACCESS NETWORK NETWORK EXPOSURE FUNCTION NF REPOSITORY FUNCTION USER EQUIPMENT INFORMATION AF UDM AUSF DN NSSF PDU QOS RAN NEF NRF UE CHF DHCP MEC h 3GPP 5G-NR AMF SMF UPF PBCH CHARGING FUNCTION DYNAMIC HOST CONFIGURATION PROTOCOL MOBILE EDGE COMPUTING PHYSICAL BROADCAST CHANNEL PDSCH PDCCH PRACH PUSCH PUCCH MAC RLC PDCP SDAP NAS PCCH BCCH CCCH DCCH PHYSICAL DOWNLINK SHARE CHANNEL PHYSICAL DOWNLINK CONTROL CHANNEL PHYSICAL RANDOM ACCESS CHANNEL PHYSICAL UPLINK SHARE CHANNEL PHYSICAL UPNLINK CONTROL CHANNEL MEDIUM ACCESS CONTROL RADIO LINK CONTROL PACKET DATA CONVERGENCE PROTOCOL SERVICE DATA ADAPTATION PROTOCOL NON – ACCESS STRATUM PAGING CONTROL CHANNEL BROADCAST CONTROL CHANNEL COMMON CONTROL CHANNEL DEDICATED CONTROL CHANNEL DTCH RACH SCH HARQ SDU ARQ PDCP-SAP C-SAP RLC AM-SAP RLC AM-SAP DEDICATED TRAFFIC CHANNEL RANDOM ACCESS CHANNEL SYNCHRONIZATION CHANNEL AUTOMATIC REPEAT REQUESTS SERVICE DATA UNIT AUTOMATIC REPEAT REQUEST SERVICE ACCESS POINT CONTROL SERVICE ACCESS PONINT RLC SAPACRECLEDGED MODE RLC SAPACRECLEDGED MODE SAP h BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng 5G h 5G (Thế hệ mạng di động thứ hệ thống không dây thứ 5) hệ công nghệ truyền thông di động sau hệ 4G,3G,2G,1G Kể từ hệ thống 1G Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần vào nă, 1981 khoảng 10 lại xuất hệ điện thoại di động Các hệ thống 2G bắt đầu tung vào năm 1991, 3G tiên xuất lần đầu vào năm 2001 hệ thống 4G chuẩn hóa vào năm 2012 Sự phát triển hệ thống tiêu chuẩn mạng 2G (GSM) 3G (IMT-2000 UMTS) khoảng 10 năm kể từ R & D thức bắt đầu q trình phát triển hệ thống 4G năm 2001 2002 Các công nghệ tiền đề cho hệ thường giới thiệu thị trường từ vài năm trước Theo nhà phát minh, mạng 5G có tốc độ nhanh khoảng 100 lần so với mạng 4G nay, giúp mở nhiều khả hấp dẫn Lúc đó, xe tự lái đưa định quan trọng tùy theo thời gian hoàn cảnh Tính chat video có hình ảnh mượt mà trôi chảy hơn, làm cho cảm thấy mạng nội Các quan chức thành phố theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thơng, mức độ nhiễm nhu cầu bãi đậu xe, gửi thơng tin đến xe thông minh người dân theo thời gian thực Mạng 5G xem chìa khóa để vào giới mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) cảm biến yếu tố quan trọng để trích xuất liệu từ đối tượng từ môi trường Hàng tỷ cảm biến yếu tố quan trọng để trích xuất liệu từ đối tượng mơi trường Hàng tỷ cảm biến tích hợp vào thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khẻo, khóa cửa, xe thiết bị đeo Tuy nhiên để cung cấp 5G mạng cần phải tăng cường hạ tầng sở mạng lưới ( gọi trạm gốc) Họ bắt đầu cách khai thác dải phổ cịn trống Sóng tín hiệu với tần số đo MHz nâng cao lên thành GHz hay chí nhanh Tần số giao tiếp điện thoại mức 3GHz mạng 5G yêu cầu băng tần cao Mạng 5G tung vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh người tiêu dùng Ngoài việc cung cấp kết nối nhanh dung lượn lớn hơn, lợi quan trọng 5G thời gian phản hồi nhanh gọi độ trễ Độ trễ thời gian dành cho thiết bị phản hồi với qua mạng khơng dây Mạng 3G có thời gian phản hồi thông thường 100 ms, 4G khoảng 30 ms 5G thấp đến ms Điều gần mở giới ứng dụng kết nối SVTH: Đào Anh Hào BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Công nghệ 1G 2G 3G 4G 5G Năm đời 1970-1980 1990-2004 2004-2010 2010-2020 2020 Dải Tần số 8401900MHz 64Kbps 1.8-2.5GHz 2-8GHz 3-300 GHz Tốc độ 824894MHz 2.4Kbps Tương tự Số 100M1Gbps Số 10Gbps Tín hiệu 144K2Mbps Số Số Hình 1: Bảng thống kê hệ thông tin di động Hiện tại Việt Nam, Viettel thử nghiệm thành công gọi mạng 5G vào đầu năm 2020 thức nhà cung cấp thứ giới sản xuất thiết bị này, vừa nhà khai thác viễn thơng vừa có khả sản xuất thiết bị mạng sau Ericsson, Nokia, Huawei, Samsung ZTE h Công nghệ mạng 5G đánh giá cất cánh từ năm 2020, theo báo cáo tổng quan xu hướng tiếp thị 2020 công ty tiếp thị Blue C (Mỹ) Bên cạnh xu hướng công nghệ khác chat bot, blockchain… 5G dự kiến tác động đến nhiều lĩnh vực kinh tế toàn cầu SVTH: Đào Anh Hào BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Chương 2: Kiến trúc mạng 5G h Hình 2: Mơ hình kiến trúc mạng 5G Hầu hết nhà khai thác ban đầu tích hợp mạng 5G với mạng 4G có để cung cấp cấp kết nối liên tục Kiến trúc mạng 5G minh họa 5G 4G hoạt động với máy chủ trung tâm cục cung cấp nội dung nhanh cho người dùng ứng dụng có độ trễ thấp.Về mạng di động khơng dây 5G có hai thành phần là: Mạng truy cập vơ tuyến (Radio Access Network) mạng lõi (Core Network) 2.1 Mạng truy cập vô tuyến (Radio Access Network) Mạng truy cập vô tuyến (RAN) bao gồm nhiều loại phương tiện khác bao gồm tế bào nhỏ, tháp hệ thống nhà hệ thống chuyên dụng kết nối người dùng di động thiết bị khơng dây vói mạng lõi Các nhỏ tính mạng 5G, đặc biệt tần số sóng milimet (mmWave) phạm vi kết nối ngắn Để cung cấp kết nối liên tục ô nhỏ phân phối theo cụm tùy thuộc vào nơi người dùng yêu cầu kết nối bổ sung cho mạng macro cung cấp vùng phủ sóng rộng SVTH: Đào Anh Hào BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Các tế bào macro 5G sử dụng ăng-ten MIMO (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra) có nhiều thành phần kết nối để gửi nhận nhiều liệu lúc Lợi ích cho người dùng nhiều người kết nối với mạng trì thơng lượng cao Trong ăng-ten MIMO sử dụng số lượng lớn phần ăng-ten, chúng thường gọi MIMO lớn Tuy nhiên, kích thước vật lý tương tụ ăng-ten trạm gốc 3G 4G có h Hình 3:Mơ hình truyền tín hiệu từ người dùng lên trạm phát hệ thống massive MIMO Một kiến trúc 5G mạng truy cập vô tuyến (RAN) bao gồm macrocell, picocell femtocell chồng chéo lên Kiến trúc tách thành mặt phẳng điều khiển liệu Được hình femtocell có độ bao phủ nhỏ bị chồng chéo hồn tồn picocell picocell có độ bao phủ lớn bị chồng chéo hồn tồn macrocell Mỗi RAN có kết nối với đám mây, đám mây (Cloud Network) với CC (cognition cycle) bổ sung cho mạng 5G SVTH: Đào Anh Hào BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Hình 4: Mơ tả RAN mạng thông tin di động 5G h Đường liền nét với mũi tên biểu thị giao tiếp với trạm gốc, đường chấm chấm với mũi tên biểu thị giao tiếp hai nút Cấu trúc phân tách điều khiển liệu (control/ data separation architecture) giúp giảm tải thông điệp điều khiển từ picocell femtocell sang macrocell để cung cấp dung lượng kênh cao cho việc truyền liệu Đường chấm chấm với mũi tên biểu thị trao đổi thông điệp điều khiển, đường liền nét với mũi tên biểu thị truyền liệu SVTH: Đào Anh Hào BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh 3.1 Lớp PHY Có hai thành phần mạng 5G NR UE (tức thuê bao di động) gNB (tức trạm gốc) gNB kết nối với lõi 5G phần phụ trợ Kết nối từ gNB đến UE gọi đường xuống sử dụng kênh PBCH, PDSCH PDCCH để mang thông tin liệu / điều khiển khác Kết nối từ UE đến gNB gọi đường lên sử dụng kênh PRACH, PUSCH PUCCH ➢ 5G NR xử lý lớp vật lý kênh PDSCH h Hình 9: Quá trình xử lý lớp vật lý kênh PDSCH ➢ Quá trình xử lý kênh đường xuống PDSCH diễn sau:  Đầu tiên CRC thêm vào khối vận chuyển để cung cấp phát lỗi  Lựa chọn biểu đồ sở LDPC theo kích thước khối vận chuyển (nhỏ lớn)  Khối vận chuyển phân thành khối mã CRC gắn vào khối mã SVTH: Đào Anh Hào 14 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh  Mỗi khối mã mã hóa riêng mã hóa LDPC khớp với tốc độ sau q trình mã hóa Từ mã đơn sử dụng lớp từ mã sử dụng số lớp  Ghép khối mã thực để tạo thành từ mã từ mã để truyền qua kênh PDSCH Khoảng từ mã truyền đồng thời kênh PDSCH  Tất từ mã xáo trộn điều chế để tạo ký hiệu liệu phức tạp trước ánh xạ lớp Nó sử dụng sơ đồ điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM 256QAM  Các ký hiệu liệu điều chế ánh xạ tới lớp  Các lớp ánh xạ với số lượng cổng ăng ten dành riêng cho sử dụng PDSCH ký hiệu liệu điều chế phức tạp ánh xạ tới RB (Khối tài nguyên) lưới tài nguyên theo khoảng cách sóng mang  PDSCH đường xuống UE nhận, bao gồm mô đun đảo ngược lớp vật lý 5G NR để giải mã khối vận chuyển trở lại trước truyền thông tin đến lớp ➢ 5G NR xử lý lớp vật lý kênh PUSCH h Hình 10: Quá trình xử lý lớp vật lý kênh PUSCH SVTH: Đào Anh Hào 15 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh ➢ Quá trình xử lý kênh đường lên PUSCH diễn sau:  Kênh PUSCH sử dụng để truyền thông tin điều khiển UL SCH lớp lớp Dữ liệu kênh PUSCH (tức khối vận chuyển) xử lý thông qua mô-đun khối vật lý 5G NR Quy trình cho khối vận chuyển UL xử lý PUSCH giống mơ tả Nó sử dụng sơ đồ điêu chế π / 2-BPSK bổ sung sơ đồ liệt kê quy trình PDSCH Nó sử dụng tín hiệu DMRS cho q trình ước tính cân kênh để giúp giải mã q trình  Ngồi khối trên, xử lý PUSCH sử dụng tiền mã hóa biến đổi sau hoạt động ánh xạ lớp Đây tùy chọn thực UE cụ thể Tiền mã hóa biến đổi DFT sử dụng để truyền lớp PUSCH hỗ trợ từ mã đơn ánh xạ tối đa lớp  5G NR UE sử dụng truyền dẫn dựa codebook truyền không dựa codebook  Trong ánh xạ 5G NR vào lưới tài nguyên thực tần số trước tiên trước thời gian để có q trình giải mã dễ dàng máy thu gNB h ➢ Các chức lớp vật lý (PHY)  Phát lỗi kênh vận chuyển báo cho lớp cao  Mã hóa / giải mã FEC kênh vận chuyển  Kết hợp mềm ARQ  Kết hợp tỷ lệ kênh vận chuyển mã hóa với kênh vật lý  Ánh xạ kênh vận chuyển mã hóa vào kênh vật lý  Nguồn trọng số kênh vật lý  Đồng hóa tần số thời gian  Đo thị đặc tính vơ tuyến cho lớp cao  Xử lý ăng-ten nhiều đầu (MIMO)  Đa dạng truyền ( đa dạng Tx)  Xử lý RF 3.2 Lớp 5G MAC, RLC, PDCP Lớp NR chia thành lớp phụ sau: Service Data Adaptation Protocol (SDAP) Packet Data Convergence Protocol (PDCP) Radio Link Control (RLC) Medium Access Control (MAC) Hai hình mơ tả tổng quan lớp cho đường xuống đường lên, đó: Lớp vật lý cung cấp cho kênh vận chuyển lớp MAC Lớp MAC cung cấp cho kênh logic lớp RLC Lớp RLC cung cấp cho kênh RLC lớp PDCP Lớp PDCP cung cấp radio bearers cho lớp SDAP Lớp com SDAP cung cấp luồng QoS 5GC SVTH: Đào Anh Hào 16 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Hình 11: Mơ tả tổng quan lớp thứ 5G NR h 3.2.1 MAC (Medium Access Control) Hình 12: Kiến trúc lớp MAC 5G NR cho MCG (Master Cell Group) SVTH: Đào Anh Hào 17 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh ➢ Chức lớp MAC bao gồm:  Quản lý chùm tia  Quy trình truy cập ngẫu nhiên  Ánh xạ kênh logic kênh vận chuyển  Ghép nhiều SDU MAC thuộc kênh logic vào khối vận chuyển (TB)  Ghép kênh SDU 5G-MAC thuộc kênh logic khác vào khối vận chuyển (TB) gửi đến lớp vật lý kênh truyền tải  Tách kênh SDU 5G-MAC thuộc kênh logic khác từ cac khối vận chuyển (TB) gửi từ lớp vật lý kênh truyền tải  Lập kế hoạch báo cáo thông tin  Sửa lỗi thông qua HARQ  Xử lý ưu tiên kênh logic UE cách ưu tiên kênh logic  Xử lý ưu tiên UE phương pháp lập lịch động  Lựa chọn định dạng vận chuyển  Đệm h ➢ Kênh Logic Các loại dịch vụ chuyển liệu khác cung cấp MAC Mỗi loại kênh logic xác định loại thông tin truyền Các kênh logic phân thành hai nhóm kênh điều khiển kênh lưu lượng Các kênh điều khiển sử dụng để chuyển thông tin mặt phằng điều khiển  Kênh điều khiển phát sóng (BCCH): kênh đường xuống để truyền thông tin điều khiển hệ thống  Kênh điều khiển phân trang (PCCH): kênh đường xuống truyền thông tin phân trang, thông báo thay đổi thông tin hệ thống dẫn phát sóng PWS diễn  Kênh điều khiển chung (CCCH): kênh để truyền thông tin điều khiển UE mạng Kênh sử dụng cho UE khơng có kết nối RRC với mạng  Kênh điều khiển chuyên dụng (DCCH): kênh hai chiều point-to-point truyền thông tin điều khiển chuyên dụng UE mạng, sử dụng cac UE có kết nối RRC Các kênh lưu lượng sử dụng để chuyển thông tin máy bay người dùng  Kênh lưu lượng dành riêng (DTCH): kênh point-to-point dành riêng cho UE để truyền thông tin người dùng DTCH tồn đường lên đường xuống ➢ Ánh xạ tới kênh vận chuyển Trong Downlink, tồn kết nối sau kênh logic kênh truyền tải:  BCCH ánh xạ tới BCH  BCCH ánh xạ tới DL-SCH  PCCH ánh xạ tới PCH SVTH: Đào Anh Hào 18 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh  CCCH ánh xạ tới DL-SCH  DCCH ánh xạ tới DL-SCH  DTCH ánh xạ tới DL-SCH Trong Uplink, tồn kết nối sau kênh logic kênh truyền tải:  CCCH ánh xạ tới UL-SCH  DCCH ánh xạ tới UL-SCH  DTCH ánh xạ tới UL-SCH Ngoài chức HARQ đảm bảo phân phối thực thể ngang hàng lớp 1(lớp vật lý) Một quy trình HARQ hỗ trợ TB lớp vật lý không định cấu hình cho ghép kênh khơng gian đường xuống / đường kên lớp vật lý định cấu hình cho ghép kênh khơng gian đường xuống / đường kên, HARQ trình hỗ trợ nhiều TB 3.2.2 RLC h RLC viết tắt gia thức Radio Link Control Nó lớp giao thức vơ tuyến 5G NR Nó đặt lớp MAC bên lớp PDCP ( mặt phẳng người dùng) lớp RRC ( mặt phẳng điều khiển) Radio Protocol Stack 5G-NR Các chế độ truyền:  Chế độ suốt (TM)  Chế độ chưa xác nhận (UM)  Chế độ công nhận (AM) Các dịch vụ chức lớp phụ RLC phụ thuộc chế độ truyền bao gồm:  Chuyển PDU lớp  Đánh số thứ tự độc lập với PDCP (UM AM)  Sửa lỗi thông qua ARQ ( AM)  Phân đoạn (AM UM) phân đoạn lại (chỉ AM) RLC SDU  Lắp ráp lại SDU (AM UM)  Loại bỏ SDU RLC (AM UM)  Thiết lập lại RLC  Phát lỗi giao thức (chỉ AM) ➢ ARQ ARQ truyền lại phân đoạn RLC SDU RLC SDU dựa báo cáo trạng thái RLC Bỏ phiếu cho báo cáo trạng thái RLC sử dụng RLC cần Bộ thu RLC kích hoạt báo cáo trạng thái RLC sau phát đoạn RLC SDU RLC SDU bị thiếu SVTH: Đào Anh Hào 19 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh 3.2.3 PDCP (Packet Data Convergence Protocol) h PDCP lớp giao thức vơ tuyến 5G NR, đặt lớp RLC bên SDAP ( mặt phẳng người dùng) lớp RRC ( mặt phẳng điều khiển) Radio Protocol Stack 5G-NR Lớp PDCP chịu trách nhiệm cho thứ bảo mật mã hóa tính tồn vẹn Lớp PDCP cung cấp dịch vụ cho lớp ( RRC SDAP) là:  Chuyển liệu máy bay người dùng  Chuyển liệu máy bay điều khiển  Nén tiêu đề  Mật mã  Bảo vệ toàn vẹn Lớp PDCP mong đợi dịch vụ từ lớp RLC  Dịch vụ chuyển liệu công nhận, bao gồm việc cung cấp PDU PDCP thành công  Dịch vụ chuyển liệu chưa xác nhận ➢Chức thực lớp PDCP: Truyền liệu (mặt phẳng người dùng mặt phẳng điều khiển) Bảo trì PDCP SNs Nén giải nén tiêu đề giao thức ROHC Mật mã giải mật mã Bảo vệ tồn vẹn xác minh tính tồn vẹn Loại bỏ SDU dựa định thời Cho người mang chia, định tuyến Sao chép Sắp xếp lại phân phối theo thứ tự Loại bỏ trùng lặp Hình 13: Ảnh cấu trúc thực thể PDCP SVTH: Đào Anh Hào 20 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Thực thể PDCP sử dụng để thực chức lớp phụ PDCP (như đánh số thứ tự, nén / giải nén tiêu đề, mã hóa / giải mã,…) định cấu hình hai mặt truyền nhận (mang theo hai hướng vô tuyến hai chiều) số họ (cho người mang radio đơn hướng) PDCP-SAP ? SAP viết tắt Service Access Point Ở PDCP SAP giao diện SDAP PDCP C-SAP viết tắt Control Service Access Point ( điểm truy cập dịch vụ điều khiển) kết nối logic (giao diện) PDCP RRC RLC AM-SAP viết tắt RLC Acrecledged Mode SAP, kết nối logic (giao diện) RLC PDCP RLC AM-SAP viết tắt RLC Acrecledged Mode SAP, kết nối logic(giao diện) RLC PDCP PDCP SDU/PDU ? SDU viết tắt Service Data Unit (đơn vị liệu dịch vụ) PDU viết tắt Packet Data Unit (đơn vị liệu gói) Đầu vào lớp PDCP gọi PDCP SDU đầu lớp PDCP gọi PDCP PDU RLC SDU RLC SDU/PDU ? Đầu vào lớp RLC gọi RLC SDU đầu lớp RLC gọi RLC PDU MAC SDU h Hình 14: Mơ tả sơ đồ chức cho lớp PDCP SVTH: Đào Anh Hào 21 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh h Đầu tiên ta bắt đầu sơ đồ từ Tx (đường xuống)  PDCP SDU vào lớp PDCP lưu trữ trước tiên đệm truyền, sau qua chức Sequence numbering Điều có nghĩa PDCP thêm số thứ tự cho PDU SDU đến, sau sử dụng chức PDCP Khi thêm số thứ tự, phải trì số thứ tự đầu thu Với trợ giúp số thứ tự, tìm nhiều thứ liệu có xếp theo thứ tự hay khơng? Có liệu trùng lặp không ? Làm để kết hợp nhiều khối liệu thành khối liệu lớn ban đầu ?  Sau trải qua quy trình đánh số thứ tự, trải qua quy trình nén tiêu đề, áp dụng cho liệu mặt phẳng người dùng, điều có nghĩa liệu mặt phẳng điều khiển thông báo báo hiệu không qua thủ tục nén tiêu đề Chúng tơi vơ hiệu hóa thủ tục nén / giải nén tiêu đề khơng thực UE  Sau nén tiêu đề, có hai đường dẫn qua tính tồn vẹn / mã hóa trực tiếp đến thêm tiêu đề PDCP  Bảo vệ tính toàn vẹn áp dụng cho tin nhắn báo hiệu tức liệu mặt phẳng điều khiển (có nghĩa tin nhắn RRC / NAS liệu DCCH, khơng phải liệu DTCH) Tại đây, bạn vơ hiệu hóa bảo vệ tính tồn vẹn cách áp dụng thơng báo báo hiệu  Tiếp đến qua mã hóa, áp dụng liệu mặt phẳng người dùng liệu mặt phẳng điều khiển Tại đây, bạn vơ hiệu hóa mật mã cách áp dụng thông điệp báo hiệu  Sau đó, đến thêm PDCP Header, thêm tiêu đề PDCP vào liệu  Nếu phần tử phân tách bật, chức định tuyến PDCP định tuyến PDCP PDU đến phần tử dự định bên quy trình chép định tuyến đưa vào hình ảnh Cần thực thao tác đảo ngược đầu thu để lấy liệu gốc Tóm lại sơ đồ chức cho lớp PDCP có vấn đề cần ý đến là: Mục đích việc đánh số thứ tự : Số thứ tự hữu ích để phát trùng lặp đặt hàng lại Nó trì giá trị Count theo thủ tục Bảo vệ toàn vẹn ( Integrity Protection) loại thuật tốn mã hóa đặc biệt sử dụng để báo hiệu tin nhắn, nhằm cung cấp bảo mật Mã hóa thuật tốn dựa khóa, sử dụng cho liệu mặt phẳng người dùng liệu mặt phẳng điều khiển để cung cấp bảo mật Mục đích thêm tiêu đề PDCP sau thực chức lớp phụ PDCP, việc thêm tiêu đề PDCP để tạo PDU PDCP Mục đích định tuyến / chép để phần tử phân tách bật chức định tuyến PDCP định tuyến PDCP PDU đến phần mang dự định SVTH: Đào Anh Hào 22 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh 3.3 RRC (Radio Resource Control) Chức lớp RRC bao gồm:  Phát thông tin hệ thống liên quan đến AS NAS  Thiết lập, bảo trì phát hành kết nối RRC UE NG-RAN bao gồm  Bổ sung, sửa đổi giải phóng tập hợp sóng mang  Bổ sung, sửa đổi giải phóng kết nối kép NR E-UTRA NR  Chức bảo mật bao gồm quản lý khóa  Thiết lập, cấu hình, bảo trì phát hành phát tín hiệu vơ tuyến (SRB) truyền phát liệu (DRBs)  Chức di động bao gồm:  Bàn giao chuyển ngữ cảnh  Lựa chọn tế bào UE tái định hình kiểm soát lựa chọn tái tạo tế bào  Tính động RAT  Chức quản lý QoS  Báo cáo đo lường UE kiểm soát báo cáo  Phát phục hồi lỗi từ lỗi liên kết vô tuyến  Truyền tin nhắn trực tiếp NAS đến NAS từ UE  Truyền tin nhắn trực tiếp NAS từ NAS đến UE h SVTH: Đào Anh Hào 23 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Chương 4:Phổ băng tần, công suất hệ thống mạng 5G h Phổ băng tầng 5G loạt tần số vô tuyến phạm vi GHz dải tần số sóng milimet 24.25 GHz trở lên Phổ 5G đề cập đến tần số vô tuyến mang liệu từ thiết bị người dùng (UE) đến trạm gốc di động đến điểm cuối liệu Mạng LTE sử dụng tần số phạm vi GHz phụ chia sẻ không gian lưu lượng với 5G Các dải tần số thấp sử dụng cho cá khu vực đông dân cư liệu di chuyển xa chậm 5G hoạt động ba dải phổ khác Đối với người tiêu dùng trung bình điều khơng quan trọng cấu trúc có tác dụng khác việc sử dụng ngày  Phổ dải thấp: Điều mổ tả phổ tần 1GHz Sub-bit, sử dụng chủ yếu nhà mạng Mỹ cho 3G LTE Phổ băng tần thấp cung cấp cho người tiêu dùng vùng phủ sóng rộng với khả thâm nhập tịa nhà tốt, tốc độ liệu cao đạt tới 100Mbps Do phổ ần nhanh chóng bị cạn kiệt để thu hổi chủ yếu cho 5G năm tới với hoạt động diễn 3G Tại Mỹ, nhà mạng T-Mobile người chơi khơng gian phổ tần thấp, mua khối lớn khoảng 600 MHz đấu giá FCC vào năm 2017 Công ty xây dựng mạng 5G toàn quốc khối phổ nhà đầu tư người tiêu dùng theo dõi chặt chẽ để xem T-Mobile quản lý việc triển khai 5G minh  Phổ dải giữa: Phổ 1GHz 6GHz cung cấp thông lượng nhanh độ trễ thấp so với phổ băng tần thấp Theo xu hương số truyền phát băng tần phù hợp để thâm nhập tốt tịa nhà tốc độ tối đa đạt tới GHz Sprint sở hữu phần lớn phổ tần không sử dụng Hoa Kỳ sử dụng Massive MIMO để tăng cường khu vực thâm nhập phủ sóng với phổ Cơng nghệ nhóm số ăng-ten vào hộp tháp di động tạo nhiều chùm cho nhiều người dùng khác lúc  Phổ dải cao: Đây thực chất hầu hết người nghĩ họ nghĩ 5G hay gọi mmWave, phổ tần cao cho phép tăng tốc phạm vi hàng chục Gbps độ trễ cực thấp Tuy nhiên, vùng phủ sóng băng tần cao bị hạn chế khả thâm nhập tòa nhà Để thiết bị di động mmWave hoạt động, tế bào thiết bị di động phải sử dụng công nghệ ăng-ten có khả điều khiển linh hoạt hình thành chùm sóng vơ tuyến đến từ tháp di động SVTH: Đào Anh Hào 24 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Châu Âu xác định băng tần tiên phong cho 5G là: băng tần 700 MHz, 3,6 GHz 26 GHz Đối với băng tần 700 MHz (băng tần thấp), European 5G Observatory xác định phù hợp cho quốc gia Đức, Pháp, Phần Lan, Ý, Thụy Điển Đan Mạch Đối với băng tần 3,6 GHz (băng tần trung), ấn định quốc gia Áo, Cộng hòa Séc, Phần Lan, Đức, Hungary, Ireland, Ý, Latvia Tây Ban Nha Riêng băng tần 26 GHz (băng tần cao hay băng tần sóng milimet - mmWave), có Ý quốc gia EU ấn định tần số cho 5G Tuy nhiên, nhiều quốc gia có động thái đưa băng tần vào đấu giá vào cuối năm năm tới h Đối với băng tần sóng milimet, tác giả báo cáo lưu ý rằng: Phổ tần số băng tần sóng milimet biết đến băng tần cho dung lượng cực lớn với lượng phổ tần lớn có sẵn để cung cấp tốc độ dung lượng liệu cao vùng phủ sóng lại bị hạn chế, vấn đề bù đắp phần cách sử dụng hệ thống nhiều anten MIMO Liên minh viễn thông quốc tế ITU định thông số mạng 5G Theo đó, tổng cơng suất download cho cell 5G đơn phải đạt 20Gbps tải lên 10Gbps Về lý thuyết, người dùng băng thơng rộng khơng dây cố định đạt đến gần mức tốc độ với 5G, họ có kết nối point-to-point dành riêng Trên thực tế, dung lượng 20Gbps phân chia cho người dùng phạm vi phủ sóng cell Các trạm phát sóng 5G phải hỗ tợ cho triệu thiết bị kết nối kilomet vuông Con số nghe lớn, phần lớn số thiết bị IoT không thiết bị cá nhân người dùng Bên cạnh trạm phát sóng 5G hỗ trợ truy cập mạng cho thứ di chuyển đường với tốc độ từ km/h phương tiện tốc độ cao tới 500km/h Dù công suất đỉnh cell 5G đến 20Gbps, đặc điểm kỹ thuật thiết lập tốc độ download người dùng 100Mbps tốc độ upload 50Mbps Con số gần tương tự với tốc độ bạn đạt với mạng LTE-Advanced, nhiên với mạng 5G bạn ln đạt tốc độ thay vào ngày đẹp trời trước Dự thảo thông số kỹ thuật 5G thiết lập việc tăng tính ổn định ( ví dụ gói tin ln tới trạm phát sóng 1ms) thời gian bị gián đoạn di chuyển cell 5G 0ms – tức kết nối luôn tức thời, không bị ngắt quảng SVTH: Đào Anh Hào 25 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh Chương 5: Thuận lợi thách thức mạng di động 5G h Với 5G tải phim vịng vài giây Theo lý thuyết, tốc độ mạng 5G đạt đến 20Gbp/s chí cao vùng biên phủ sóng tốc độ cần đạt từ đến vài trăm Mbps Ngoài tốc độ băng thơng cao hơn, dự kiến 5G có nhiều tính giao tiếp tốt thiết bị Ví dụ ngơi nhà thơng minh trang bị cơng nghệ 5G giao tiếp với cản biến để cập nhật trạng thái tức thời mà không cần đến băng thơng cực lớn để nhận tín hiệu từ khoảng cách xa, điều mà nhà thông minh cần thời gian đáp ứng phải nhanh Các thiết bị hỗ trợ 5G có khả chọn tần số thích hợp để gửi tín hiệu dựa loại liệu gửi Mạng 5G xem chìa khóa để vào giới mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) Hàng tỷ cảm biến tích hợp vào thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khẻo, khóa cửa, xe thiết bị đeo,… Trong trình quản lý sử dụng có thách thức cho mạng 5G tác động nhiều vấn đề vật lý trình sử dụng liệu người dùng Ví dụ như:  Sự kết nối dày đặc, số lượng kết nối nhiều thiết bị di động  Phạm vi truy cập lưu lượng truy cập khác vị trí khác nhau, điều làm cân hiệu suất quyền hạn truy cập thiết bị  Những giới hạn truy cập riêng chung tầng khác tạo nhiều mức nhiễu giao thoa khác  Vấn đề ưu tiên truy cập kênh tần số khác ưu tiên chiến lược phân bổ tài nguyên Để khắc phục thách thức đó, mạng 5G phải thiết kế xây dựng đảm bảo yếu tố sau:  Thiết kế tối ưu hóa hệ thống mạng di động đa tầng: Đồng tối ưu hóa mạng di động, thiết kế theo mơ hình đa tầng để hỗ trợ lẫn truyền tải liệu đến người dùng tốt Tăng cường sử dụng thiết bị mới, sử dụng lượng độ bền cao Các thiết bị phải tối ưu môi điểm mạng để đảm bảo trình khai thác sử dụng không bị tắc nghẽn, giảm thiểu tiêu thụ lượng Quá trình sử dụng phải tối ưu đảm bảo phân bổ tài nguyên hợp lý để cung cấp cho thiết bị di động, lúc có chế kiểm soát tầng phải đảm bảo tối ưu  Thiết kế phương pháp hiệu để hỗ trợ đồng thời nhiều thiết bị kết nối: Mạng 5G đa tầng tăng thông lượng hệ thống giảm tỷ lệ hao hụt, tăng hiệu tài nguyên cho người sử dụng gần Vì vậy, cần thiết kế thiết bị sử dụng cơng nghệ đại đảm bảo tiêu thụ lượng cho phép kết nối lúc nhiều thiết bị với SVTH: Đào Anh Hào 26 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh  Thiết kế phương pháp hợp tác hiệu tầng: Hợp tác hiệu tầng khác đảm bảo linh hoạt trình truyền liệu, làm giảm thiểu can thiệp mạng 5G Hợp tác macrocell tầng nhỏ femtocells đảm bảo mạng mềm dẻo liên thông Một thiết bị đồng thời tải liệu macrocell tầng femtoceell khác gần Điều phát triển để giảm thiểu can thiêp sử dụng tải mạng Tuy nhiên, cần phải tích hợp chặt chẽ nút mạng thành hệ thống sử dụng đáng tin cậy, nhanh chóng độ trễ  Quản lý giao thoa mạng đa tầng 5G cho người dùng khác tầng số khác khoảng thời gian khác đảm bảo linh hoạt, không trùng lặp liệu tải điểm (tại femtocell người dùng cuối) Các thiết kế phải vượt qua hạn chế để trở thành mạng tối ưu  Các thách thức việc xây dựng quản lý mạng 5G xử lý để có mạng rộng lớn, hiệu nhiều tính Đây mạng gồm nhiều tầng đặc trưng macrocell, femtocell người dùng cuối ưu tiên đồng thời gian Để nhiều địa kết nối truy cập tài nguyên khác tế bào mạng hỗ trợ để liệu thông suốt không bị trễ h SVTH: Đào Anh Hào 27 BÁO CÁO ĐAMH2 GVHD: Ths Phan Thanh Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO 5G Core Networks: Powering Digitalization 1st Edition, Kindle Edition 5G Radio Access Networks: Centralized RAN, Cloud-RAN and Virtualization of Samll Cells 1st Edition, Kindle 5G NR Architecture, technology, implementation, and operation of 3GPP new radio standards( sassan ahmadi) https://www.metaswitch.com/ https://www.rfwireless-world.com/ http://www.advancecomputing.co.in/ h SVTH: Đào Anh Hào 28