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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG HẢI PHỊNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: Hồ Hải Hồng Người hướng dẫn: TS Mai Văn Lập HẢI PHỊNG - 2019 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Hồ Hải Hoàng – MSV : 1412103011 Lớp : ĐT1801 - Ngành Điện Tử Truyền Thông Tên đề tài : 5G – Tổng quan tiêu chuẩn, thí nghiệm, thách thức, phát triển thực NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải qu yết nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác Nội dung hướng dẫn : : : : Mai Văn Lập Tiến sĩ Trường Đại học dân lập Hải Phòng Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác Nội dung hướng dẫn : : : : Đề tài tốt nghiệp giao ngày 15 tháng 10 năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 07 tháng 01 năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Hồ Hải Hoàng TS Mai Văn Lập Hải Phòng, ngày tháng nă m 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) 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 khơng 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 đị a 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 tơ 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 khuyế n 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 thíc h 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 cu ng 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, thơng tin mơi 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 v 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 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 thơng 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 ITU - R WP5D (Nhóm cơng 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 Ngồi 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) P hâ nC Y cầ Y cầ iC 05 01, 4 i T ổ n1, 1, 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 Grou p IMT-2020 Deliverables www.itu.int/dms_ pub/itu -t/opb/tut/ T-TUT-IM T-2017 -2020-PDF-E pd f - ITU t owards “ IMT for 2020 and beyond” www.itu.int/en/ITU -R/stud y-grou ps/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.ieeexplor e.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 thơng tin di động 1.2.1 Phân loại theo đặc tính tín hiệu 13 13 14 14 1.2.2 Phân loại theo cấu trúc hệ thống 1.2.3 Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến 15 15 1.2.4 Phân loại theo phương thức song song 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 u 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 thông 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 35 C 335 335 1335 2337 2338 2338 3239 341 2342 3.2.2.1.Mô 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 346 2347 2347 4347 4 49 K C 50 H 50 50 52 3.2 CÁC YÊU CẦU CHÍNH CHO HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 5G 53 55 3 56 3 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 90 91 91 92 92 K 94 Ế T 95 ÀI ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC... tài : 5G – Tổng quan tiêu chuẩn, thí nghiệm, thách thức, phát triển thực NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải qu yết nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Hồ Hải Hoàng – MSV : 1412103011 Lớp : ĐT1801 - Ngành Điện Tử Truyền Thông Tên đề tài : 5G – Tổng quan tiêu chuẩn,