Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM 4
Đề: Trình bày công nghệ truyền hình LTE/5G.
Trang 22.Giới thiệu mạng di động LTE (4G) và 5G: 4
II.Nguyên lý hoạt động và công nghệ mạng LTE (4G) và 5G: 5
III.So sánh đặc điểm kỹ thuật LTE (4G) và 5G: 8
IV.Ưu điểm và nhược điểm 8
VI.Tác động của LTE (4G) và 5G đến đời sống xã hội 13
1.Kết nối internet tốc độ cao: 13
2.Mở ra cơ hội viêc làm cho các ứng dụng sáng tạo: 13
3.Nâng cao năng suất làm việc và học tập: 13
4.Thúc đẩy phát triển kinh tế: 13
5.Thay đổi các thức giải trí: 13
VII.Xu hướng phát triển của LTE (4G) và 5G trong tương lai 14
1.Dự báo những thay đổi về công nghệ, ứng dụng và tác động của LTE (4G) và 5G trong 5 – 10 năm tới 14
2. Xác định các thách thức và cơ hội trong việc phát triển và ứng dụng LTE (4G) và 5G 14
3.Đề xuất các định hướng nghiên cứu và phát triển cho công nghệ truyền hình di động thế hệ tiếp theo.15 VIII.Nghiên cứu các vấn đề an ninh mạng trong LTE (4G) và 5G 16
1.Tấn công xâm nhập mạng: 16
2.Giám sát và thu thập dữ liệu: 17
3.Tấn công mạng di động ảo (MVNO): 17
4.Nguy cơ từ thiết bị IoT: 17
IX.Tài liệu tham khảo 18
Trang 3MỞ ĐẦU
Công nghệ truyền hình LTE (4G) và 5G đang ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong đời sống hiện đại Việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ này mang lại nhiều lợi ích cho xã hội, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội Nghiên cứu công nghệ truyền hình LTE (4G) và 5G là một đề tài quan trọng, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Đề tài này hứa hẹn mang lại nhiều kiến thức hữu ích cho quá trình học tập và làm việc sau này của sinh viên chúng em Vì vậy Nhóm 4 xin thực hiện phần tìm hiều về đề tài “ Công nghệ truyền hình LTE (4G) và 5G”.
Mục đích chung của đề tài là nắm bắt kiến thức toàn diện về công nghệ LTE (4G) và 5G, đánh giá tiềm năng tác động của chúng đến đời sống xã hội Mục tiêu cụ thể bao gồm: phân tích nguyên lý hoạt động, đặc điểm kỹ thuật, ưu nhược điểm, ứng dụng và tác động của LTE (4G) và 5G; so sánh chi tiết sự khác biệt giữa hai công nghệ này; xác định xu hướng phát triển trong tương lai.
Ngoài ra, việc nghiên cứu đề tài này còn mang lại nhiều ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn như: Bổ sung kiến thức về công nghệ LTE (4G) và 5G, cung cấp cơ sở khoa học cho nghiên cứu phát triển công nghệ truyền hình thế hệ tiếp theo; cung cấp thông tin hữu ích cho việc triển khai, ứng dụng LTE (4G) và 5G, giúp doanh nghiệp phát triển sản phẩm, dịch vụ mới, nâng cao nhận thức của người dân về lợi ích của công nghệ này.
Đề tài được thực hiện dựa trên các tài liệu khoa học, nghiên cứu khoa học, dữ liệu thực tế về công nghệ LTE (4G) và 5G, đảm bảo tính chính xác và khoa học.
Trang 4I.Khái quát về mạng di động và sự phát triển của LTE (4G) và 5G:
1 Khái quát các thế hệ mạng di động:
Mạng di động là một hệ thống viễn thông cung cấp khả năng kết nối không dây cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng, Mạng di động sử dụng các tháp di động để truyền tín hiệu âm thanh và dữ liệu giữa các thiết bị di động và các trạm cơ sở.
Sự phát triển của mạng di động được thể hiện qua các thế hệ:
Thế hệ 1 (1G): Mạng 1G sử dụng công nghệ analog và cung cấp dịch vụ thoại cơ bản Thế hệ 2 (2G): Mạng 2G cũng sử dụng công nghệ analog nhưng cung cấp chất lượng âm thanh tốt hơn và giới thiệu dịch vụ tin nhắn SMS.
Thế hệ 3 (3G): Mạng 3G sử dụng công nghệ kỹ thuật số và cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn cho phép truy cập internet và các dịch vụ dự liệu khác.
Thệ hệ 4 (4G): Mạng 4G cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều so với 3G, cho phép truyền phát video, chơi game và sử dụng các ứng dụng đòi hỏi nhiều dữ liệu khác.
Thế hệ 5 (5G): Mạng 5G là thế hệ mạng di động mới nhất, cung cấp tốc độ dữ liệu cực cao, độ trễ thấp và khả năng kết nối nhiều thiết bị hơn.
Thế hệ 6 (6G): Mạng thế hệ tiếp theo sau mạng 5G, mạng 6G hiện vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển ban đầu, dự kiến sẽ được triển khai vào năm 2030
2 Giới thiệu mạng di động LTE (4G) và 5G: a Mạng LTE (4G):
Mạng LTE (4G) được triển khai từ năm 2010, là sự phát triển từ 3G LTE cho tốc độ truy cập Internet nhanh hơn nhiều so với 3G do sử dụng nhiều kỹ thuật điều chế và DPS (xử lý tín hiệu số), cho phép tải dữ liệu mượt mà, trải nghiệm video HD, chơi game online, v.v…
LTE – Long Term Evolution (Tiến hóa dài hạn) là tiêu chuẩn công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G) được phát triển để nâng cao dung lượng được cung cấp dịch vụ truy cập internet di động nhanh chóng, ổn định.
LTE-A (LTE – Advanced) là phiên bản nâng cấp của mạng LTE, mạng được phát triển nhằm nâng cao băng thông, tốc độ dữ liệu và giảm độ trễ so với mạng LTE tiêu chuẩn Hiên tại (tháng 4 năm 2024), các nhà mạng di động tại Việt Nam đang sử dụng chính 3 băng tần LTE, LTE – A để cung cấp dịch vụ 4G cho người dùng:
- Băng tần 1800 Mhz: Đây là băng tần được sử dụng phổ biến nhất cho mạng LTE ở Việt Nam Băng tần này có phạm vi phủ sóng rộng và cung cấp tốc độ dữ liệu tương đối cao, đáp ứng nhu cầu sử dụng cơ bản của người dùng.
- Băng tần 2600 Mhz: Băng tần này cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn so với băng tần 1800 MHz, tuy nhiên phạm vi phủ sóng của nó hẹp hơn Băng tần 2600 MHz thường được sử dụng ở các khu vực đô thị và nơi tập trung đông dân cư.
Trang 5- Băng tần 700 Mhz: Băng tần này có phạm vi phủ sóng rộng nhất trong 3 băng tần LTE, tuy nhiên tốc độ dữ liệu của nó thấp hơn so với hai băng tần còn lại Băng tần 700 MHz được sử dụng để phủ sóng khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa Ngoài 3 băng tần chính này, một số nhà mạng cũng đang thử nghiệm sử dụng các băng tần khác nhau như:
- Băng tần 800 Mhz: Băng tần này có thể cung cấp tốc độ dữ liệu tương đương với băng tần 1800 MHz và có phạm vi phủ sóng tương đối rộng.
- Băng tần 3500 Mhz: Băng tần này có thể cung cấp tốc độ dữ liệu rất cao, tuy nhiên phạm vi phủ sóng của nó hẹp Băng tần 3500 MHz có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ 5G trong tương lai.
b Mạng 5G:
Mạng 5G là thế hệ tiếp theo sau thế hệ LTE (4G), là mạng di động không dây thế hệ thứ 5 Mạng 5G hứa hẹn mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối nhiều thiết bị hơn.
Hiện nay có 2 loại băng tần 5G chính được sử dụng tại Việt Nam:
- Băng tần thấp (sub-5 Ghz) 2500 – 2600 Mhz: Băng tần này có độ phủ sóng rộng, tốc độ truyền tải dữ liệu cao, độ trễ thấp Nhà mạng Viettel đang sử dụng băng tần này.
- Băng tần cao (mmWave) trên 24Ghz: Băng tần có tốc độ truyền tải dữ liệu cực cao, độ trễ cực thấp nhưng vùng phủ sóng hẹp Hiện chưa có nhà mạng nào ở Việt Nam sử dụng loại băng tần này
Ngoài ra còn có một số loại băng tần khác cũng được sử dụng cho mạng 5G tại Việt Nam như: 700 Mhz, 2300 – 2400 Mhz, 3700 – 3800 Mhz, 3800 – 3900 Mhz Tuy nhiên việc triển khai các băng tần này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm Dự kiến vào năm 2025, 5G sẽ được phủ sóng rộng rãi trên toàn quốc, mang đến cho người dùng trải nghiệm internet di dộng hoàn toàn mới.
Việc sử dụng các loại băng tần LTE, LTE – A hay 5G khác nhau sẽ mang lại nhiều lợi ích như mở rộng phạm vi phủ sóng, tăng tốc độ dữ liệu hay giảm độ trễ
II.Nguyên lý hoạt động và công nghệ mạng LTE (4G) và 5G:
1 Sơ đồ khối công nghệ OFDM và và nguyên lý hoạt động:
LTE (4G) và 5G sử dụng công nghệ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) và 5G sử dụng công nghệ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access Advanced) Dưới đây là sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động :
Trang 6Sơ đồ khối công nghệ OFDM.
Nguyên lý hoạt động:
- Đầu tiên, dòng dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc dộ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi S/P(Serial/Parallel) Mỗi dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử dụng thuật toán FEC (Forward Error Correcting) và được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp Những ký tự hỗn hợp được đưa đến đầu vào của khối IFFT Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh nhánh trong miền tần số.
- Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyền trên các kênh vô tuyến di động đa đường Cuối cùng bộ lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh
- Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu Gausian trắng cộng AWGN
- Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ lọc thu Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT
- Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của sóng mang nhánh sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh (Channel Equalization) Các ký tự hỗn hợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã Cuối cùng, chúng ta nhận được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu.
Trang 72 Công nghệ mạng LTE (4G) và 5G:
Mạng LTE (4G) và 5G sử dụng nhiều công nghệ để đáp ứng nhu cầu về dữ liệu của người dùng Dưới đây là các công nghệ được sử dụng:
a Mạng LTE (4G):
Về việc truy cập vô tuyến, LTE (4G) sử dụng:
- Công nghệ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) để chia kênh tần số thành nhiều phân kênh nhỏ, cho phép nhiều thiết bị truy cập đồng thời mà không bị nhiễu lẫn nhau
- MIMO (Multiple-Input Multiple-Output): Sử dụng nhiều ăng-ten ở cả thiết bị di động và trạm thu phát để truyền và nhận nhiều tín hiệu cùng lúc, giúp cải thiện độ tin cậy và hiệu suất.
- Beamforming: Tập trung tín hiệu đến thiết bị di động cụ thể, giúp tăng cường tốc độ và dung lượng mạng.
Để truyền dẫn dữ liệu, LTE (4G) sử dụng:
- QAM (Quadrature Amplitude Modulation) để truyền tải nhiều dữ liệu hơn trên mỗi kênh.
- Turbo Codes: Sử dụng mã hóa sửa lỗi để cải thiện độ tin cậy của truyền dẫn dữ liệu.
- Adaptive Modulation and Coding: Tự động điều chỉnh phương thức điều chế và mã hóa dựa trên điều kiện kênh, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn.
Để quản lý mạng, LTE (4G) sử dụng:
- EPC (Evolved Packet Core): Kiến trúc mạng lõi mới cho 4G, cung cấp hiệu suất và khả năng mở rộng cao hơn so với mạng lõi 3G
- MME (Mobility Management Entity): Quản lý kết nối giữa thiết bị di động và mạng
- S – GW (Serving Gateway): Định tuyến lưu lượng dữ liệu giữa thiết bị di động và mạng lõi.
b Mạng 5G:
Truy cập vô tuyến mạng 5G sử dụng các công nghệ:
- NR (New – Radio): Tiêu chuẩn truy cập vô tuyến mới cho 5G, sử dụng OFDMA nâng cao và Massive MIMO để hỗ trợ nhiều thiết bị hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn - Beamforming hướng chùm tia: Tập trung tín hiệu đến thiết bị di động cụ thể với
độ chính xác cao hơn, giúp tăng cường hiệu suất và tiết kiệm năng lượng
- MU – MIMO (Multi-User MIMO): Cho phép nhiều thiết bị di động truy cập cùng một kênh tần số đồng thời, giúp tăng dung lượng mạng.
Để truyền dẫn dữ liệu 5G sử dụng các công nghệ:
Trang 8- Polar Codes: Sử dụng mã hóa tiên tiến hơn so với Turbo Codes, giúp cải thiện độ tin cậy và hiệu suất truyền dẫn
- LDPC (Low Density Parity-Check) Codes: Mã hóa sửa lỗi hiệu quả hơn, giúp giảm độ trễ và tăng cường dung lượng mạng
- Beamforming mmWave: Tận dụng sóng mmWave để truyền dữ liệu tốc độ cao với tầm ngắn.
Để quản lý mạng 5G sử dụng các công nghệ:
- 5GC (5G – Core): Kiến trúc mạng lõi mới cho 5G, được thiết kế để hỗ trợ các yêu cầu mạng phức tạp và đòi hỏi cao hơn của 5G
- NFV (Network Function Virtualization): Ảo hóa các chức năng mạng, giúp tăng cường tính linh hoạt và khả năng mở rộng của mạng
- SDN (Software Defined Networking): Cho phép điều khiển mạng bằng phần mềm, giúp quản lý mạng hiệu quả và nhanh chóng hơn.
III.So sánh đặc điểm kỹ thuật LTE (4G) và 5G:
trong giai đoạn đầu triển khai.
IV.Ưu điểm và nhược điểm
1 Mạng LTE (4G): Ưu điểm của mạng LTE 4G:
- Tốc độ cao: LTE 4G có tốc độ truy cập internet nhanh hơn nhiều so với mạng 3G, lên đến 100Mbps khi di chuyển và 1Gbps khi đứng yên Nhờ vậy, bạn có thể tải xuống tệp nhanh chóng, xem video HD mượt mà và chơi game trực tuyến mà không bị lag
Trang 9- Độ trễ thấp: LTE 4G có độ trễ thấp hơn mạng 3G, giúp bạn có trải nghiệm tốt hơn khi sử dụng các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực như gọi video, chơi game trực tuyến và truyền hình trực tiếp
- Dung lượng cao: LTE 4G có thể hỗ trợ nhiều người dùng cùng lúc hơn mạng 3G, giúp giảm nghẽn mạng và đảm bảo chất lượng kết nối ổn định
- Phủ sóng rộng: Mạng LTE 4G đang được phủ sóng rộng rãi trên khắp thế giới, giúp bạn có thể truy cập internet ở nhiều nơi
- Tiết kiệm pin: LTE 4G sử dụng công nghệ tiết kiệm pin hơn mạng 3G, giúp bạn sử dụng điện thoại lâu hơn
- Hỗ trợ nhiều ứng dụng: LTE 4G hỗ trợ nhiều ứng dụng mới đòi hỏi băng thông rộng như Internet of Things (IoT), xe tự lái và thực tế ảo
Nhược điểm của mạng LTE 4G:
- Chi phí cao: Chi phí sử dụng mạng LTE 4G có thể cao hơn mạng 3G
- Tương thích: Không phải tất cả các thiết bị di động đều hỗ trợ mạng LTE 4G - Phụ thuộc vào vị trí: Tốc độ và độ ổn định của mạng LTE 4G có thể phụ thuộc vào
vị trí của bạn
- An ninh: Mạng LTE 4G có thể dễ bị tấn công hơn mạng 3G
Tóm lại, mạng LTE 4G có nhiều ưu điểm vượt trội so với mạng 3G, tuy nhiên cũng có một số nhược điểm cần lưu ý Nếu bạn cần truy cập internet nhanh chóng, mượt mà và ổn định, LTE 4G là lựa chọn tốt nhất cho bạn.
Ngoài ra, bạn cũng nên cân nhắc các yếu tố như chi phí, thiết bị di động và vị trí của mình trước khi quyết định sử dụng mạng LTE 4G.
2 Mạng 5G:
Ưu điểm của mạng 5G:
- Tốc độ siêu nhanh: Mạng 5G có tốc độ truy cập internet nhanh hơn nhiều so với mạng 4G, lên đến 20Gbps khi di chuyển và 100Gbps khi đứng yên Nhờ vậy, bạn có thể tải xuống tệp tin lớn chỉ trong vài giây, xem video 8K mượt mà và chơi game VR/AR mà không bị lag
- Độ trễ siêu thấp: Mạng 5G có độ trễ thấp hơn nhiều so với mạng 4G, chỉ khoảng 1 mili giây Điều này giúp bạn có trải nghiệm tốt hơn khi sử dụng các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực như gọi video 3D, điều khiển xe tự lái và phẫu thuật từ xa D - ung lượng lớn: Mạng 5G có thể hỗ trợ hàng triệu thiết bị kết nối cùng lúc trên một
diện tích nhỏ Nhờ vậy, nó sẽ mở ra cánh cửa cho Internet of Things (IoT), với hàng tỷ thiết bị được kết nối với nhau để thu thập và chia sẻ dữ liệu
- Phủ sóng rộng: Mạng 5G đang được triển khai trên toàn thế giới và dự kiến sẽ phủ sóng rộng rãi trong vài năm tới
Trang 10- Tiết kiệm pin: Mạng 5G sử dụng công nghệ tiết kiệm pin hơn mạng 4G, giúp bạn sử dụng điện thoại lâu hơn
- Hỗ trợ nhiều ứng dụng: Mạng 5G hỗ trợ nhiều ứng dụng mới đòi hỏi băng thông rộng và độ trễ thấp như xe tự lái, thực tế ảo/thực tế tăng cường, và trí tuệ nhân tạo Nhược điểm của mạng 5G:
- Chi phí cao: Chi phí sử dụng mạng 5G có thể cao hơn mạng 4G, đặc biệt trong giai đoạn đầu triển khai
- Tương thích: Không phải tất cả các thiết bị di động đều hỗ trợ mạng 5G
- Phụ thuộc vào vị trí: Tốc độ và độ ổn định của mạng 5G có thể phụ thuộc vào vị trí của bạn
- An ninh: Mạng 5G có thể dễ bị tấn công hơn mạng 4G do sử dụng nhiều công nghệ mới
- Tác động đến sức khỏe: Một số lo ngại về tác động của sóng vô tuyến 5G đối với sức khỏe con người, tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có bằng chứng khoa học nào chứng minh điều này
Tóm lại, mạng 5G có nhiều ưu điểm vượt trội so với mạng 4G, hứa hẹn sẽ mang đến một cuộc cách mạng trong cách chúng ta sử dụng internet Tuy nhiên, cũng có một số nhược điểm cần lưu ý, đặc biệt là chi phí cao và tính tương thích Nếu bạn là người dùng internet đòi hỏi tốc độ cao, độ trễ thấp và dung lượng lớn, mạng 5G là lựa chọn tốt nhất cho bạn trong tương lai Tuy nhiên, bạn cũng nên cân nhắc các yếu tố như chi phí, thiết bị di động và vị trí của mình trước khi quyết định sử dụng mạng 5G.
1 Mạng LTE (4G):
Mạng LTE 4G được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và doanh nghiệp Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của mạng LTE 4G:
Truy cập internet:
- Truy cập internet tốc độ cao:
- LTE 4G cung cấp tốc độ truy cập internet cao hơn nhiều so với mạng 3G, giúp người dùng tải xuống tệp tin nhanh chóng, xem video HD mượt mà, chơi game trực tuyến mà không bị lag
- Kết nối ổn định: LTE 4G có độ trễ thấp và khả năng kết nối ổn định, giúp người dùng duy trì kết nối internet liên tục, hạn chế tình trạng gián đoạn
- Hỗ trợ nhiều thiết bị: LTE 4G có thể hỗ trợ nhiều thiết bị kết nối cùng lúc, đáp ứng nhu cầu truy cập internet của nhiều người dùng trong cùng một khu vực
Giải trí: