5G Tổng quan về các tiêu chuẩn, thí nghiệm, thách thức, phát triển và thực hiện

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT 3GPP ENGLISH TIẾNG VIỆT AR BI BS BTS CDMA 3rd Generation Partnership Project Advanced Mobile Phone System Application Programming Interface Augmented Reality Business Intelligence Base Station Base Tranceiver Station Code Division Multiple Access CDN Content Distribution Network CQI C-RAN Channel Quality Indicator Cloud Radio Access Network CSI Channel State Information D2D Divice to Divice Communication Denial of Service Dự án đối tác hệ thứ Dịch vụ điện thoại di động cao cấp Giao diện lập trình ứng dụng Thực tế tăng cường Kinh doanh thông minh Trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng phân phối nội dung Chỉ số chất lượng kênh Mạng truy nhập vô tuyến đám mây Thông tin trạng thái kênh Truyền thông thiết bị thiết bị Từ chối dịch vụ EE Digital Unit Enhanced Data Rates for GSM Evolution Energy Efficiency Đơn vị số Cải tiến tốc độ liệu cho phát triển GSM Hiệu suất lượng eMBB Enhanced Mobile Broadband FBMC Filter Bank Multi-Carrier FDD Frequency Division Duplex FDMA GPRS Frequency Division Multiple Access General Packet Radio Service GPS Global Positioning System GPU Graphics Processing Unit Băng rộng di động nâng cao Đa sóng mang lọc băng tần Ghép song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Hệ thống định vị tồn cầu Bộ xử lý đồ họa AMPS API DoS DU EDGE GSM ITM Global System for Mobile Communication High Speed Downlink Packet Access High Speed Uplink Packet Access Institute of Electrical and Electronics Engineers International Mobile Telecommunications Intelligent Traffic Management IoT Internet of Things IP IS ISDN Internet Protocol Interim Standard Integrated Services Digital Network International Telecommunication Union Long Term Evolution Medium Access Control HSDPA HSUPA IEEE IMT ITU LTE MAC METIS MIMO MMS Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty (2020) Information Society Multi-input Multi-output Multimedia Messaging Service MMT MPEG Media Transport Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Viện kỹ nghệ điện điện tử Viễn thông di động quốc tế Quản lý lưu lượng thông minh Mọi vật kết nối internet Giao thức internet Tiêu chuẩn tạm thời Mạng số tích hợp đa dịch vụ Liên minh viễn thơng quốc tế Phát triển dài hạn Lớp điều khiển truy cập môi trường Thông tin di động truyền thông không dây ứng dụng vào năm 2020 Đa đầu vào – đa đầu Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Cơng nghệ xử lý hình ảnh kỹ thuật số mMTC MN MRN MS MVC NFV NI NOMA Massive Machine Type Communications Moving Network Moving Relay Node Mobile Station Multi-view Video Encoding Network Functions Virtualization Network Intelligence Non-Orthogonal Multiple Access Truyền thông máy số lượng lớn Mạng di chuyển Điểm chuyển tiếp di động Trạm di động Mã hóa đa video Ảo hóa mạng Mạng thơng minh Đa truy nhập khơng trực giao OAM OFDM QoS RAN RAT Operation and Management Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Physical Layer Packet Optical Transport Network Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Radio Access Network Radio Access Technology SDMA Space Division Multiple Access SDN Software Defined Networks SE SIC TCP Spectral Efficiency Self – Interference Cancellation Subcriber Indentification Module Signal to Interference plus Noise Ratio Short Message Service Self - Organizing Network Total Access Communications System Transmission Control Protocol TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access uCTN Unified Converged Transport Network User Equipment Ultra Mobile Broadband OFDMA PHY POTN QAM SIM SINR SMS SON TACS UE UMB UMTS URLLC Universal Mobile Telecommunications System Ultra-Reliable and LowLatency Communications Tổ chức quản lý Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Lớp vật lý Mạng truyền tải quang packet Điều chế biên độ cầu phương Chất lượng dịch vụ Mạng truy nhập vô tuyến Công nghệ truy cập vô tuyến Đa truy nhập phân chia theo không gian Công nghệ mạng xác định phần mềm Hiệu quang phổ Kỹ thuật tự hủy nhiễu Mô-đun nhật thực thuê bao Tín hiệu nhiễu cộng với tạp âm Dịch vụ tin nhắn ngắn Mạng tự tổ chức Hệ thống thơng tin truy nhập tồn Giao thức điều khiển truyền vận Ghép song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Mạng vận tải hội tụ hợp Thiết bị người sử dụng Siêu băng thông rộng di động Hệ thống viễn thông di động tồn cầu Truyền thơng thời gian trễ thấp tin cậy cực cao UX User Experience VR WCDMA Virtual Reality Wideband Code Division Multiple Access Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMax Trải nghiệm người dùng Thực tế ảo Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Tương tác toàn cầu truy nhập viba CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử đời phát triển Ở cuối kỷ thứ 19 Marconi thơng tin vơ tuyến liên lạc cự ly xa, máy phát máy thu có khả liên lạc di động với Nhưng thời người ta liên lạc chủ yếu điện báo Morse Trong năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây hệ thống phát triển nhanh thông tin liên lạc thời xưa Nó sử dụng dịch vụ băng thơng rộng di động Các khái niệm hệ thống di động phát triển nhà nghiên cứu Phòng thí nghiệm AT & T Bell để giải vấn đề công suất hệ thống thông tin di động đầu Trái ngược với thông tin di động: Đầu tiên hệ thống, mà có trạm trung tâm (BS) bao phủ tồn vùng phủ sóng khu vực, hệ thống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào tế bào không chồng chéo hoạt động với BS riêng Bằng cách khai thác thực tế sức mạnh tín hiệu truyền với khoảng cách, tần số tương tự tái sử dụng tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu liên cell nặng hệ quả, khả làm tăng đáng kể việc sử dụng gói phổ tần số Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ bắt đầu triển khai mạng vô tuyến truyền Do mạng vô tuyến truyền nên máy di động tốn nguồn cồng kềnh đặt ô tô để liên lạc trạm gốc BS trung tâm Chất lượng liên lạc lại đặc điểm địa hình truyền sóng di động phức tạp mà máy gồm 10 đèn điện tử thực chức tối thiểu Hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh hình thành mạng PSTN (Public Switching Telephone Network) song suốt thời gian dài vô tuyến di động không phát triển hạn chế công nghệ Mạng PSTN bao gồm đường dây điện thoại, cáp quang, truyền dẫn vi ba liên kết, mạng di động, vệ tinh thông tin liên lạc, dây cáp điện thoại đáy biển, tất kết nối với trung tâm chuyển mạch, cho phép hầu hết máy điện thoại để liên lạc với Ban đầu mạng lưới đường dây cố định tương tự hệ thống thoại Mạng PSTN gần hoàn toàn kỹ thuật số mạng lõi bao gồm điện thoại di động mạng khác, điện thoại cố định Trong năm 1947 Bell Labs cho ý tưởng mạng điện thoại di động tế bào: Các máy động tự chuyển vùng từ vùng tế bào sang vùng tế bào khác Các tế bào thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng (là vùng địa lý cung cấp dịch vụ di động), kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch tổng đài động bố trí trung tâm vùng Những người sử dụng di động di chuyển vùng phủ sóng trạm gốc (Base station) Nhưng ý tưởng Bell Labs không sử dụng hạn chế mặt cơng nghệ Năm 1979 mạng di động tế bào đưa vào sử dụng Mỹ phát triển nhanh doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện việc sử dụng Mạng động tế bào đời nhờ tiến kỹ thuật về: - Có hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lương cao - Sử dụng kỹ thuật vi mạch: VLSI đời (Very Large Scale Integrated Circuit) tích hợp linh kiện từ hàng trăm ngàn đến 10 transistor máy điện thoại di động Do giải khó khăn việc truyền sóng di động Hệ thống thơng tin di động tế bào số hay gọi hệ thống thông tin di động (Mobile Systems) hệ thống thông tinliên lạc truy cập với nhiều điểm khác (access point or base stations) vùng tế bào hay gọi Cell Cell (tế bào hay ô): đơn vị sở mạng mà trạm MS (trạm di động) tiến hành việc trao đổi thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Stations) Hình 1.1: Cấu trúc mạng tế bào 1.2 Phân loại hệ thống thông tin di động 1.2.1 Phân loại theo đặc tính tín hiệu - Analog: Thế hệ 1, thoại điều tần analog, tín hiệu điều khiển số hóa tồn - Digital: Thế hệ 2, cao hơn, thoại, điều khiển số hóa Ngồi dịch vụ thoại có khả phục vụ dịch vụ khác truyền số liệu … 1.2.2 Phân loại theo cấu trúc hệ thống - Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp cac dịch vụ diện rộng với khả lưu động (roaming) toàn cầu (liên mạng) - Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụ diện hẹp, giải pháp kỹ thuật đơn giản, khơng có khả roaming - Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến với chất lương điện thoại cố định cho vành đai quanh tram gốc, khơng có khả roaming Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố định chưa phát triển 1.2.3 Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến a Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Mỗi thuê bao truy nhập mạng tần số, băng tần chung W chia thành N kênh vô tuyến Mỗi thuê bao truy nhập liên lạc kênh liên lạc kênh suốt thời gian liên lạc +Ưu điểm: yêu cầu đồng không cao, thiết bị đơn giản +Nhược điểm: - Thiết bị tram gốc cồng kềnh có kênh (tần số sóng mang kênh con) trạm gốc phải có nhiêu máy thu phát - Cần phải đảm bảo khoảng cách bảo vệ kênh bị sóng mang chiếm nhằm mục đích phòng ngừa khơng hoàn thiện lọc dao động Các máy thu đường lên đường xuống chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp Như để đảm bảo FDMA tốt tần số phải phân chia quy hoạch thống toàn giới b Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Các phổ mà quy định cho liên lạc thông tin di động chia thành dải tần liên lạc, dải tần liên lạc dùng chung cho N kênh liên lạc Trong kênh liên lạc khe thời gian chu kỳ khung Các thuê bao dùng chung tần số song luân phiên thời gian, thuê bao định cho khe thời gian cấu trúc khung +Ưu điểm: -Trạm gốc đơn giản với tần số cần máy thu phát phục vụ nhiều người truy nhập phân biệt thời gian - Các tín hiệu thuê bao truyền dẫn số -Giảm nhiễu giao thoa +Nhược điểm: -Yêu cầu đồng ngặt nghèo - Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp loại máy điện thoại di động dùng kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số tín hiệu MS tương tự có khả xử lý không 106 lệnh giây, MS số TDMA phải có khả xử lý 50x106/s c Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Các thuê bao dùng chung tần số suốt thời gian liên lạc CDMA phân biệt nhờ kỹ thuật mã trải phổ khác nhau, nhờ không gây nhiễu lẫn Những thiết bị mà người sử dụng phân biệt với nhờ dùng mã đặc trưng, riêng biệt không trùng với +Ưu điểm: -Hiệu sử dụng phổ cao, có khả chuyển vùng miền đơn giản kế hoạch phân bổ tần số - Khả chống nhiễu bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thu phát) - Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz - Những kỹ thuật trải phổ hệ thống truy nhập cho phép tín hiệu vơ tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu FDMA, TDMA +Nhược điểm: - Yêu cầu đồng điều khiển công suất ngặt nghèo, chênh lệch công suất thu trạm gốc từ máy di động tế bào phải nhỏ 1dB, trái lại số kênh phục vụ -Kỹ thuật trải phổ phức tạp Hình 1.2: Các công nghệ đa truy nhập 1.2.4 Phân loại theo phương thức song song + FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số) Nó đượcthu phát đồng thời tần số khác nhau, phát tần số thu tần số Băng tần công tác gồm dải tần dành cho đường lên up-link từ MS tới BS đường xuống down-link từ BS tới MS Đường lên ln dải tần thấp MS có cơng suất nhỏ hơn, thường di động có khả bị che khuất Khi với giải pháp tần thấp (bước sóng lớn hơn) khả bị che khuất giảm + TDD (Time Divition Duplex: Song công phân chia theo thời gian) Một tần số chia khe thời gian Khung thời gian công tác chia đôi, nửa cho đường lên, nửa cho đường xuống Một số hệ mạng di động Các hệ di động khác có bốn khía cạnh là: - Truy cập vơ tuyến - Tốc độ liệu - Băng thơng - Cấu hình chuyển mạch Hình 1.3: Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động tế bào Thế hệ đời vào thập niên 80 mạng thông tin hệ 1G, mạng dùng tín hiệu tương tự (analog), băng thông khác từ 10 đến 30 Khz tùy thuộc vào loại hệ thống dịch vụ, dịch vụ chủ yếu thoại Tuy mạng chứa đựng nhiều khuyết điểm kỹ thuật đánh dấu đổi bước ngoặt quan trọng lịch sử truyền thơng Chính thế, để chứng kiến chuyển biến, thay đổi mạng thơng tin di động khắp giới vào đầu năm 90 người ta người ta cho đời hệ thứ hai mạng 2G với băng thông số 200 MHz Mạng 2G phân làm loại: dựa tảng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA dựa tảng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Để đánh dấu điểm mốc thời điểm bắt đầu mạng 2G đời công nghệ D-AMPS (hay IS-136) tảng TDMA áp dụng Mỹ Sau mạng CdmaOne (hay IS-95) tảng CDMA áp dụng phổ biến châu Mỹ phần châu Á Tiếp theo công nghệ mạng GSM dựa tảng TDMA đời châu Âu sau triển khai tồn giới Mạng 2G đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, tiêu biểu khả di động, chất lượng thoại hình ảnh đen trắng Tiếp nối mạng 2G mạng thông tin di động hệ di động thứ ba mạng 3G Sự cải tiến bật nhấtcủa mạng 3G dịch vụ so với hệ 2G khả đáp ứng truyền thơng với chuyển mạch gói tốc độ cao với băng thông rộng MHz giúp cho việc triển khai dịch vụ truyền thơng đa phương tiện với hình ảnh động Mạng 3G với mơ hình mạng UMTS dựa kỹ thuật công nghệ WCDMA mạng CDMA2000 CDMA Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền Shannon: C=B.log2(1+S/N) Trong đó: - C dung lượng kênh (bit/s) - B băng thông hệ thống thông tin (Hz) - S/N tỉ số cơng suất tín hiệu cơng suất tạp âm Theo chuẩn ITU tỉ số S/N tầm 12 dB Hình 4.15: Kỷ nguyên vật kết nối internet Dịch vụ IoT tảng cở sở để dịch vụ khác đời 4.2.2 Hình ba chiều dịch vụ gọi 3D hologram Hiện tại, dịch vụ gọi điện video độ nét cao (HD) dịch vụ thoại âm chất lượng cao sử dụng rộng rãi 4G Tuy nhiên, gọi video thoại có số cách để mang lại cho người dùng giống họ nói chuyện trực tiếp Tương lai 5G có bước tiến lớn phát triển giác quan, để cung cấp trải nghiệm giao tiếp thực tế cho người dùng, cho phép họ cảm thấy thể người khác bên cạnh họ Như vậy, mạng 5G có khả truyền thơng cực nhanh, hình ảnh có độ phân giải cao 4K-UHD cung cấp gấp lần độ phân giải UHD 8K-UHD, mở rộng sang hình ảnh 3D dịch vụ ba chiều Hình 3.16 cho thấy dung lượng liệu độ phân giải hình ảnh Cùng với chất lượng hình ảnh cải thiện, dịch vụ tương tác thời gian thực tùy chỉnh hỗ trợ năm giác quan dạng đa phương tiện dự kiến thực Hình 4.16: Khối lượng liệu yêu cầu theo loại hình ảnh Trong trường hợp dịch vụ truyền trực tuyến độ nét cao, dịch vụ streaming nội dung đa phương tiện UHD theo thời gian thực đáp ứng nhu cầu xem buổi hòa nhạc kiện thể thao theo góc nhìn khác trở thành xu hướng 4.2.3 Dịch vụ AR / VR hấp dẫn quy mô lớn Một dịch vụ không xa lạ thời điểm tại, nội dung AR / VR thu thập tạo sẵn người dùng tái sử dụng Nhưng kỷ nguyên 5G, dịch vụ tương tác thời gian thực Nghĩa nội dung AR VR thu phát trực tiếp đến người xem Hình 4.17: Cơng nghệ AR Tuy nhiên, mạng 5G tương lai thu thập thơng tin cảm biến khác bao gồm hình ảnh, liệu chiều sâu 3D, quay hồi chuyển, vv thời gian thực từ thiết bị khác điện thoại thông minh, xe hơi, camera quan sát, công suất siêu cao, thời gian thực kết nối masive Bằng cách nhận chúng theo thời gian thực thông qua phân tích số liệu trình bày thơng tin xử lý tối ưu hóa theo mục đích sử dụng sở thích người dùng thơng qua hình khác nhau, cung cấp trải nghiệm người dùng kết hợp với thực tế thời gian thực Dịch vụ AR quy mô lớn liên quan đến việc nhận dạng đối tượng khác mốc / tòa nhà, sản phẩm, áp phích mơi trường xung quanh người sử dụng dựa điện toán đám mây thời gian thực xử lý phương tiện thơng tin có liên quan chất lượng cao bao gồm (U)HD audio / video 3D theo người sử dụng truyền tải chúng đến thiết bị để cung cấp thực tế gia tăng Công nghệ VR dựa 5G dự kiến cho phép 'dịch vụ triển lãm nhập vai', theo tác phẩm, hình ảnh, phương tiện, đồ tạo tác trưng bày bảo tàng hay show diễn xem trực tiếp nhà cảm giác đứng bảo tàng hay show diễn Người dùng cần trả tiền trước xem thiết bị VR với hình ảnh âm 3D chí 7D Ngồi ra, “dịch vụ chăm sóc hàng ngày AR”, theo số lượng loại thực phẩm tủ lạnh thời hạn sử dụng ln hiển thị Hình 3.18: Dịch vụ VR streaming 4.2.4 Dịch vụ trễ cực thấp Các hoạt động khơng thể thực mạng có dây hạn chế không gian, thay vào dịch vụ điều khiển từ xa có độ trễ thấp Ví dụ, dịch vụ kiểm sốt robot điều khiển từ xa, nhờ robot triển khai địa điểm xây dựng nguy hiểm để thay cho cho người, điều khiển từ xa không dây phản ứng nhanh thay đổi mơi trường dựa hình ảnh thơng tin có độ phân giải cao theo thời gian thực Ở đây, truyền thơng D2D sử dụng cách triệt để, nơi thiết bị đầu cuối gần (robot điều khiển từ xa gần nhau) Trong quản lý, điều khiển mạng liên lạc trực tiếp mong đợi Do đó, cơng nghệ khác bao gồm truyền thông D2D giảm thiểu tương tác trung gian không cần thiết với mạng thiết bị để giảm độ trễ đầu cuối Hình 4.19: Ví dụ robot cứu hộ điều khiển từ xa Một vấn đề tương tự điều trị bệnh nhân nơi xa xôi, nơi bác sĩ dễ dàng ghé thăm robot Nhiều dịch vụ chăm soc y tế hay phẫu thuật điều khiển từ xa có độ trễ thấp tích cực sử dụng Bệnh nhân cần đến trạm y tế gần có trang thiết bị đại Sau đó, bác sĩ thơng qua robot hình ba chiều tiến hành khám chữa bệnh cho bệnh nhân Hình 4.20: Dịch vụ y tế từ xa cần kiểm soát độ trễ thấp Dịch vụ kết nối ô tô ví dụ điển hình sử dụng độ trễ thấp 5G phép tự động lái xe dựa nhận dạng hình ảnh truyền thơng V2V (Vehicle to Vehicle - Xe đến xe) hay V2I (Vehicle to Infrastructure - Xe đến sở hạ tầng) Đồng thời gửi báo động tai nạn thơng tin tình trạng đường xây dựng sở hạ tầng an tồn giao thơng thơng minh hỗ trợ giao tiếp gần trường thiết bị đầu cuối trường hợp mạng kết nối Cuối cùng, cải tiến thực dịch vụ thông tin giải trí tơ thực tế ảo, trò chơi 3D, gọi điện 3D… Hình 4.21: Các dịch vụ xe kết nối 4.2.5 Dịch vụ thông minh dựa phân tích liệu Trong kỷ nguyên 5G, tiến công nghệ liệu dựa nhiều thông tin thu thập trước điều làm tăng dịch vụ thông minh khác Các dịch vụ thông minh trước chủ yếu sử dụng cho mục đích báo cáo cách thu thập số liệu thống kê Cơng nghệ phân tích liệu phát triển nhanh chóng năm gần đây, phát triển theo cách mà phân tích thơng tin q khứ dự đốn thơng tin tương lai Hiện tại, cơng nghệ phân tích liệu chủ yếu sử dụng để nâng cao hiệu kinh doanh hoạt động quản lý mạng tổng thể Sự kết hợp 5G công nghệ liệu lớn vượt xa việc đơn giản cung cấp thông tin dịch vụ điều hướng, hướng dẫn nơi ăn uống tốt nhất, đưa khuyến nghị sản phẩm dịch vụ để làm cho sống hàng ngày trở nên tiện lợi thoải mái Ngồi ra, lồng ghép vào sống người dân thông qua dịch vụ cá nhân để có sống thơng minh giúp tiết kiệm thời gian chi phí Cơng nghệ cơng nghệ phân tích liệu kỷ nguyên 5G phát triển thành dịch vụ trí tuệ nhân tạo cung cấp dịch vụ liên quan không nhận thức tình hình mà dự đốn tương lai với xác suất cao biện pháp phòng ngừa thích hợp cho thuận tiện an tồn người dùng Ví dụ, AI (trí thơng minh nhân tạo) việc kết hợp phân tích liệu công nghệ nhận diện bối cảnh áp dụng chúng vào hệ thống 5G Dịch vụ nhận thức tình thời gian thực qua thơng tin cung cấp thông qua nhận thức môi trường xung quanh bao gồm khn mặt, đối tượng, trò chuyện, âm thanh, sử dụng công nghệ nhận thức học tập suy diễn xác tình hình nhu cầu người sử dụng Cụ thể hơn, loạt thiết bị đầu cuối đeo (như Smart Glass, Badge Camera, nằm thể loại IoT thu thập số lượng lớn liệu thời gian thực Các liệu khác bao gồm hình ảnh có độ phân giải cao gửi tới lưu trữ đám mây dung lượng cao Sau đó, thơng qua phân tích liệu, kỹ thuật học sâu trí tuệ nhân tạo điện tốn đám mây, thông tin môi trường xung quanh người dùng mặt, trò chuyện, âm thanh, đối tượng, vị trí, vv trở nên có sẵn thời gian thực dựa ngữ cảnh suy Do ngữ cảnh làm sở cho việc suy nhu cầu người dùng, cho phép cung cấp thông tin tùy chỉnh cho người dùng (ví dụ: AR, âm thanh, video, v.v.) thời gian thực khơng chậm trễ Hình 4.22: Dịch vụ nhận thức ngữ cảnh thời gian thực thông minh nhân tạo 4.2.6 An tồn cơng cộng dịch vụ cứu trợ tai hoạ Trong mạng 5G giống mạng 4G-LTE, cho phép giao tiếp nút dịch vụ tạo cấu trúc lệnh thống khả giao tiếp giúp thu thập gửi nhiều liệu tai nạn, thảm hoạ cách sử dụng cảm biến, camera micrơ Ngồi ra, thơng tin phân tích xác nhận dạng thiên tai khả tiên đốn đạt thơng qua phân tích liệu cách kết nối cảnh xảy truyền tải lưu lượng truy cập với sở liệu hãng vận chuyển phủ có Và cách liên kết với cơng nghệ đo vị trí, cung cấp dịch vụ khác biệt theo dõi tình thảm họa dịch vụ hướng dẫn thoát hiểm Hình 4.23: Sự tiến triển dịch vụ cứu trợ thiên tai 5G 4.3 Phổ 4.3.1 Các băng tần số yêu cầu 5G Phân tích yêu cầu tần số mong muốn lưu lượng truy cập tăng lên thời kỳ 5G cho thấy băng thông lên đến 1960 MHz đó, xem lại băng tần số khác bao gồm băng tần siêu cao 6GHz để truyền thông 5G ITU-R xem xét phổ tần 6GHz băng tần ứng cử viên tiềm cho 5G cho quốc gia công ty đề xuất băng tần IMT GHz ITUR WP5D (Nhóm công tác 5D) để đề xuất băng tần ứng cử viên 5G WRC-15 Hàn Quốc đề xuất băng tần số 1452-1492 MHz, 1980 ~ 2010 MHz, 2170-2200 MHz, 3,6 ~ 4,2 GHz 4,4-5,0 GHz cho ITU-R băng tần 1,5 GHz 3,6 ~ 4,2 GHz, dường ứng cử viên mạnh xem xét yêu cầu tần số tại, yêu cầu 5G hài hòa tồn cầu Dải tần số siêu cao 6GHz giai đoạn đầu việc xem xét dự kiến thảo luận WRC-18 Hàn Quốc đề xuất băng tần 13.25-14 GHz, 18.1-18.6 GHz, 24.25-29.5 GHz 38-39.5 GHz cho ITU-R chưa đạt thỏa thuận Các băng tần 27-29 GHz 70-80 GHz đầy hứa hẹn xem xét phổ ứng viên METIS, FCC 4.3.2 Dự báo nhu cầu tương lai băng tần 5G Người ta dự đoán vào năm 2020, tổng yêu cầu phổ phát sinh từ tăng trưởng lưu lượng truy cập thời kỳ 5G từ 1340 MHz đến 1960 MHz dựa phân tích mật độ người dùng có tính đến nhu cầu thị trường, tiến công nghệ, cách tiếp cận để xây dựng mạng Ngoài ra, cần phải có băng thơng bổ sung khoảng 1000 MHz băng siêu cao tần, điều khác tùy thuộc vào lưu lượng truy cập thực tế ITU-R dự báo khoảng 1340 đến 1960 MHz cần đến việc phân tích yêu cầu RATG (Radio Access Technique Group) (IMT-2000) & RATG (IMT-Advanced) - thể Bảng 3.2 - xem xét nhu cầu thị trường, tiến công nghệ xây dựng mạng Cần thêm dải phổ tần 1000 MHz cho dải tần số siêu cao (cmWave, mmWave) GHz giả định 30% tải mạng WLAN vv dựa phân tích yêu cầu phổ cho băng tần GHz Bảng 4.2: Dự báo yêu cầu phổ tần theo ITU-R (2020) Phân loại Yêu cầu phổ tần Yêu cầu phổ tần Tổng phổ yêu RATG RATG cầu Cài đặt mật độ người 440 MHz 900 MHz 1,340 MHz dùng thấp Cài đặt mật độ người 540 MHz 1,420 MHz 1,960 MHz dùng cao 4.4 Kết luận chương Mạng thông tin di động 5G hứa hẹn đem lại thay đổi lớn cho ngành công nghiệp dịch vụ thông tin di động Sự thay đổi mạng 5G không đơn cải thiện tốc độ liệu mà thay đổi vị trí, vai trò thông tin di động việc cung cấp dịch vụ ứng dụng công nghệ Với kết nghiên cứu triển khai thử nghiệm công nghệ 5G cho thấy nỗ lực tinh thần hợp tác lớn quan quản lý, tổ chức quốc tế, viện nghiên cứu, nhà khoa học doanh nghiệp q trình thực hóa tầm nhìn mạng thông tin di động 5G, nhằm hướng tới giới thông minh hơn, sống đơn giản thứ kết nối hiểu biết lẫn Chương trình bày cơng nghệ tương ứng với giá trị 5G Đi kèm với công nghệ kỹ thuật tương ứng tiêu biểu Dựa kỹ thuật 4G cần nâng cấp lên để hỗ trợ cho 5G số kỹ thuật để đáp ứng cho dịch vụ IoT Tuy nhiên, kỹ thuật có nhược điểm chung tính phức tạp việc xử lý lượng tín hiệu khổng lồ thiết kế phần cứng cho hợp lý mặt chi phí kích thước nhỏ gọn Ngồi chương đễ cập dịch vụ tiên tiến mà có 5G đáp ứng nổi, đặc biệt dịch vụ IoT Bên cạnh đó, tài nguyên phổ tần số vấn đề cần phải quan tâm Việt Nam cần nghiên cứu xác định dải tần số mong muốn hệ thống thông tin di động triển khai vào năm tới KẾT LUẬN Sau nghiên cứu qua đề tài:" TÌM HIỂU MẠNG DI ĐỘNG 5G "nhờ giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo Ths Mai Văn Lập em hiểu thêm nhiều cấu trúc công nghệ áp dụng mạng di động từ mạng 1G, 2G, 3G, 4G 5G Nhờ phát triển công nghệ qua thời kỳ mà giúp cho người gắn kết với nhau, sống văn minh hiểu biết thêm lịch sử Cũng nhờ mạng di động làm cho người khơng khoảng cách Ví dụ người khoảng cách xa nhờ vào công nghệ mạng thiết bị đầu cuối khác giúp ta trao đổi tài liệu, thông tin cách đơn giản nhất, thuận tiện TÀI LIỆU THAM KHẢO - ITU-T Focus Group IMT-2020 Deliverables www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/tut/T-TUT-IMT-2017-2020-PDF-E.pdf - ITU towards “IMT for 2020 and beyond” www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx - 5G PPP architecture 5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2017/07/5G-PPP-5G-Architecture-White-Paper-2-Summer2017_For-Public-Consultation.pdf - 5G SKT 5g.co.uk/white-papers/sk-telecom-5g-whitepaper/ - ITU www.itu.int - 5G PPP of Huawei 5g-ppp.eu - IEEE – 5G www.ieeexplore.ieee.org LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 13 Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử đời phát triển 1.2 Phân loại hệ thống thông tin di động 1.2.1 Phân loại theo đặc tính tín hiệu 1.2.2 Phân loại theo cấu trúc hệ thống 1.2.3 Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến 1.2.4 Phân loại theo phương thức song song 13 13 14 14 15 15 17 Một số hệ mạng di động 2.1 Hệ thống thông tin di động hệ 1G (First Generation) 2.2 Hệ thống thông tin di động hệ 2G (Second Generation) 2.3 Hệ thống thông tin di động hệ 3G (Third Generation) 17 19 22 23 Kết luận chương I 25 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 26 Giới thiệu chung 26 Mơ hình cấu trúc mạng 4G 27 2.1 Yêu cầu cấu trúc mạng mạng 4G 27 2.1.1 Hệ thống mạng có tính tích hợp 27 2.1.2 Hệ thống mạng có tính mở 28 2.1.3 Hệ thống mạng phải đảm bảo chất lượng dich vụ cho ứng dụng đa phương tiện IP 28 2.1.4 Hệ thống mạng phải đảm bảo tính an tồn, bảo mật thơng tin 28 2.1.5 Hệ thống mạng phải đảm bảo tính di động tốc độ 29 2.2 Một số kỹ thuật nhằm làm tăng tốc độ đường truyền 29 2.2.1 Sử dụng anten thông minh 29 2.2.2 Sử dụng điều chế mã hóa thích ứng (AMC - Adaptation and Modulation Coding) 30 2.2.3 Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM 2.3 Mơ hình cấu trúc mạng 4G 30 33 Công nghệ mạng 4G 35 3.1 Công nghệ tiền 4G 35 3.1.1 Giới thiệu 35 3.1.2 Cấu trúc mạng LTE 35 3.1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến 37 3.1.2.2 Mạng Core 38 3.1.2.3 Kiến trúc Roaming 38 3.2.Công nghệ LTE Advanced hệ 4G 39 3.2.1.Kết hợp sóng mang 41 3.2.2.Giải pháp đa anten cải tiến - MIMO 42 3.2.2.1.Mơ hình hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output)43 3.2.2.2.Hệ thống Single user MIMO (SU-MIMO) 44 3.2.2.3.Hệ thống Multi User MIMO (MU – MIMO) 45 3.2.2.4.Sự khác thu nhận LTE LTE-Advanced45 3.2.3.Truyền dẫn đa điểm phối hợp 46 3.2.4 Các lặp nút chuyển tiếp 47 3.2.4.1 Các lặp 47 3.2.4.2 Các nút chuyển tiếp 47 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 50 3.1 SỐ LIỆU THỰC TẾ VÀ THÁCH THỨC 50 3.1.1 Những số liệu thực tế 50 3.1.2 Thách thức hệ thống thông tin di động thứ 52 3.2 CÁC YÊU CẦU CHÍNH CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 53 3.3 KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC 55 3.3.1 Dịch vụ đổi 56 3.3.2 Nền tảng cho phép (Enabling Platform) 57 3.3.3 Cơ sở hạ tầng siêu kết nối 58 3.4 CÁC CÔNG NGHỆ CHO PHÉP 60 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 62 4.1 CÁC CÔNG NGHỆ 5G 63 4.1.1 Trải nghiệm người dùng thực tế xử lý nội dung 5G 63 4.1.2 Xử lý hiệu truyền tải đa phương tiện 65 4.1.3 Mạng toàn cầu dựa tảng đám mây 66 4.1.4 Mạng thông minh tối ưu hóa mạng dựa phân tích 67 4.1.5 Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh 68 4.1.6 Kiến trúc mạng ngồi 4.1.6.1 Truyền thơng Trực tiếp D2D 4.1.6.2 Multi-RAT 4.1.6.3 Mạng di chuyển MN 70 70 72 73 4.1.7 Hoạt động nâng cao cho Multi-cell 74 4.1.8 Cell nhỏ, siêu dày đặc 75 4.1.9 Băng tần rộng RF & chùm tia 3D 76 4.1.10 Tăng cường công nghệ nhiều anten Massive MIMO 78 4.1.11 Nâng cao IoT dạng sóng 82 4.2 DỊCH VỤ 84 4.2.1 Dịch vụ IoT (Internet of Things) 84 4.2.2 Hình ba chiều dịch vụ gọi 3D hologram 85 4.2.3 Dịch vụ AR / VR hấp dẫn quy mô lớn 86 4.2.4 Dịch vụ trễ cực thấp 87 4.2.5 Dịch vụ thơng minh dựa phân tích liệu 89 4.2.6 An tồn cơng cộng dịch vụ cứu trợ tai hoạ 90 4.3 PHỔ 91 4.3.1 Các băng tần số yêu cầu 5G 91 4.3.2 Dự báo nhu cầu tương lai băng tần 5G 92 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 92 KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 ... người dùng Thực tế ảo Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Tương tác toàn cầu truy nhập viba CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử đời phát triển Ở cuối... tương tự điện thoại di động tiêu chuẩn phát triển phòng thí nghiệm Bell Đã thức giới thiệu vào châu Mỹ năm 1983 +TACS (Total Access Communications System: hệ thống tổng truy nhập thông tin) hệ... nghệ Năm 1979 mạng di động tế bào đưa vào sử dụng Mỹ phát triển nhanh doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện việc sử dụng Mạng động tế bào đời nhờ tiến kỹ thuật về: - Có hệ thống chuyển mạch tự động