Tổng quan về mạng 5G

Table of Contents LỜI NĨI ĐẦU Tơi học chun ngành Điện tử viễn thông, hỗ trợ khóa học Kỹ thuật số, phù hợp để chọn chủ đề cho luận án kết hợp lĩnh vực khác Mục tiêu tổng thể luận án khám phá hệ mạng di động, 5G khía cạnh kinh tế Điểm khởi đầu nghiên cứu văn học có, để hiểu cách 5G định nghĩa Dựa tổng quan tài liệu này, khía cạnh kinh tế cần nghiên cứu thêm xác định Như thực khóa học giới thiệu Nghiên cứu tối ưu hóa hoạt động, tơi chọn mơ hình hóa vấn đề lập kế hoạch cho nhà cung cấp mạng di động bối cảnh 5G Đây đóng góp định lượng tơi, phần cịn lại luận án dựa đánh giá tài liệu tiến hành Người đọc luận văn thạc sĩ cho có kiến thức khía cạnh kinh tế kinh doanh viễn thông cấp đại học, số kiến thức chung mạng di động lĩnh vực tối ưu hóa Tơi xin cảm ơn người giám sát tơi, Đồn Văn Tuấn giúp đỡ Thầy cho tơi tất khía cạnh luận án này, đặc biệt với mơ hình vấn đề lập kế hoạch CHÚ THÍCH - AI (Artificial Intelligence): Trí tuệ thông minh nhân tạo - AWA-HetNet (Advanced Wireless Access Heterogeneous Network): Mạng không đồng truy cập không dây nâng cao - CAPEX (Capital Expenditure): Chi phí vốn - CMaaS (Connectivity Management-as-a-Service): Quản lý kết nối dịch vụ - CN (Core Network): Mạng lõi - CR (Cognitive Radio): Nhận diện vô tuyến - D2D(Device-to-Device): Từ thiết bị đến thiết bị - DC-DC (Direct D2D Communication with Device Controlled Link Establishment): Giao tiếp trực tiếp D2D với thiết lập liên kết điều khiển thiết bị - DC-OC (Direct D2D Communication with Operator Controlled Link Establishment): Giao tiếp trực tiếp D2D với thiết lập liên kết điều khiển bời nhà điều hành - DR-DC (Device Relaying with Device Controlled Link Establishment): Chuyển tiếp thiết bị với thiết lập liên kết điều khiển thiết bị - DR-OC (Device Relaying with Operator Controlled Link Establishmen): Chuyển tiếp thiết bị với người thiết lập liên kết điều khiển - EE (Energy Efficiency): Hiệu lượng - HetNet (Heterogeneous Network): Mạng không đồng - ICT (Information and Communications Technology): Công nghệ truyền thông thông tin - IP (Internet Protocol): Giao thức mạng - ISP (Internet Service Provider): Nhà cung cấp dịch vụ Internet - IT (Information Technology): Công nghệ thông tin - 3GGP (The 3rd Generation Partnership Project): Dự án hợp tác hệ thức - M2M(Machine-to-Machine): Máy tới máy - METIS (The Mobile and Wireless Communications Enablers for the TwentyTwenty Information Society): Công cụ truyền thông tin không dây cho Hiệp hôi thông tin 2020 - MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output): Đa truy nhập đa truy xuất - MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input and Multiple-Output): Nhiều người dùng, đa truy nhập, đa truy xuất - NVNO (Mobile Virtual Network Operators): Nhà khai thác mạng di động ảo - NGMN (The Next Generation Mobile Networks Alliance): Liên minh mạng di động hệ - NFV (Network Functions Virtualization): Ảo hóa chức mạng - OPEX (Operating Expenditure): Chi phí hoạt động - RAN (Radio Access Network): Mạng truy cập vô tuyến - RANaaS (Radio Access Network-as-a-Service): Mạng truy cập vô tuyến dịch vụ - RAT (Radio Access Technology): Công nghệ truy cập vô tuyến - RRM (Radio Resource Management): Quản lý tài Nguyên vô tuyến - SDN (Software-Defined Networking): Mạng xác định phần mềm - SDR (Software-Defined Radio): Đài phát xác định phần mềm - SE (Spectral Efficiency): Hiệu quang phổ - SINR (Signal-to-Interference-and-Noise Ratio): Tỷ lệ tín hiệu-nhiễu với nhiễu - UDRANETs (Ultra-Dense Radio Access Networks): Mạng truy cập vô tuyến siêu dày đặc - QoE (Quality of Experience): Chất lượng trải nghiệm - QoS (Quality of Service): Chất lượng dịch vụ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG 5G Truyền thơng điện tử đặc biệt Internet có vị trí quan trọng xã hội chúng ta, 5G chủ đề nhiều người quan tâm, không riêng ngành công nghiệp viễn thơng Mạng truyền thơng khơng dây có lẽ yếu tố quan trọng chiến lược CNTT toàn cầu (Wang et al., 2014), ngành công nghiệp viễn thông năm qua phát triển để trở thành ngành công nghiệp khổng lồ sở toàn cầu, ngành phát triển mạnh lĩnh vực giới Hôm nay, tất người, khu vực, với lên IOT, thứ trực tuyến - nơi lúc Có nhu cầu truy cập phổ biến vào dịch vụ di động Như lời giới thiệu điểm khởi đầu để hiểu đường hướng tới 5G, phát triển hệ mạng di động trước giải thích Kể từ 1G xuất vào năm 1980, hệ mạng di động mắt khoảng mười năm lần Ban đầu, dịch vụ thoại điện thoại di động trọng năm qua, thay đổi rõ ràng từ điện thoại di động sang điện thoại di động xảy Vào cuối năm 2010, số lượng thuê bao cho điện thoại di động nhiều bốn lần so với Điện thoại đường dây, khơng có chứng tình nói xu hướng đảo ngược (Sharma, 2013) Giờ đây, dịch vụ thoại đơn giản phần tổng số nhu cầu liên lạc mà người dùng dựa vào mạng di động để trang trải Thiết bị người dùng khơng cịn chủ yếu điện thoại di động mà máy tính nhỏ Người dùng mong đợi kết nối khơng dây có chất lượng tương đương với mức tối đa thiết bị có khả năng, tương tự chất lượng kết nối có dây (Pateletal., 2012) Hơn nữa, người dùng bị kết nối WiFi có dây nằm khu vực có vùng phủ sóng di động tốt, họ dễ dàng chuyển sang kết nối di động, dựa thực tế điều giải vấn đề kết nối họ Theo Sharma (2013), hệ không dây di động (G) đề cập đến thay đổi chất dịch vụ, công nghệ truyền dẫn khơng tương thích ngược dải tần số Điều hỗ trợ Ch hèavez-Santiago et al (2015), người mô tả phát triển từ 1G sang 4G, chủ yếu đặc trưng thay đổi phương thức đa truy cập, cải tiến sơ đồ điều chế mã hóa 1.1 Sự phát triển mạng di động Thế hệ công nghệ điện thoại không dây hệ thống tương tự sử dụng phương pháp điều chế tần số phân tích tần số (FDMA) (Hossain, 2013) Những hệ thống thiết kế theo quy định cho ứng dụng (Nokia, 2014) Sapakal (2013) mô tả 1G với đặc điểm sau: dung lượng thấp, liên kết giọng nói khơng có bảo mật theo góc nhìn Điều cho thấy hệ thống 1G đơn giản nào, so với tiêu chuẩn hệ thống 4G Hệ thống di động giới mắt Nippon Điện thoại Điện báo (NTT) Nhật vài năm sau Châu Âu Hoa Kỳ (Sharma, 2013) Thế hệ mạng di động thứ hai giới thiệu vào cuối năm 1980 (Sharma, 2013) Hệ thống 2G sử dụng sơ đồ điều chế kỹ thuật số: đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA) đa truy nhập phân chia mã (CDMA) (Sapakal, 2013) Các tín hiệu kỹ thuật số sử dụng để truyền giọng nói cải thiện dịch vụ thoại Đây hệ cung cấp tin nhắn văn bản, thường gọi Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) cho phép truy cập liệu chuyển mạch kênh (Nokia, 2014) So với hệ thống 1G, 2G cung cấp hiệu phổ cao chuyển vùng nâng cao (Sharma, 2013), dẫn đến cải thiện dịch vụ thoại 2G liên kết với tiêu chuẩn tồn cầu cho truyền thơng di động (GSM), mơ tả giao thức 2G Một bước quan trọng 2G 3G triển khai dịch vụ chuyển mạch gói chính, dịch vụ vơ tuyến gói chung (GPRS), với GSM Sau gọi 2.5G, cơng nghệ mở rộng đáng kể hệ thống 2G có Do dịch vụ tốc độ liệu thấp, 2G không đáp ứng nhu cầu truy cập Internet di động với chất lượng tốt Điều dẫn đến yêu cầu nhu cầu tiêu chuẩn 3G Mạng 3G mắt vào năm 1998 Đặc điểm 3G dung lượng dịch vụ thoại nhiều Internet di động giá phải với dịch vụ liệu nhanh (Nokia, 2014) Sharma (2013) mô tả 3G không đơn giản tiêu chuẩn, mà nhóm tiêu chuẩn kết hợp với Mạng 3G cho phép nhà điều hành mạng giả mạo người dùng phạm vi rộng dịch vụ tiên tiến hơn, cải thiện hiệu phổ giúp cho việc đạt dung lượng mạng lớn Tốc độ liệu nâng cao cho công nghệ GSM Evolution (EDGE) phần định hướng 3G, coi cơng nghệ tiền 3G Một số tiêu chuẩn liên kết với 3G, tiêu chuẩn quan trọng có lẽ hệ thống Dịch vụ Viễn thơng Di động Tồn cầu (UMTS), phát triển để bổ sung cho tiêu chuẩn GSM cũ Thế hệ thứ tư mạng di động 4G, chủ yếu liên kết với hệ thống LTE (Sapakal, 2013), cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao dung lượng cao cho đa phương tiện di động (Nokia, 2014) Mạng di động bao gồm hai thành phần mạng truy cập vơ tuyến (RAN) mạng lõi (CN) Trong mạng 4G, thành phần RAN CN gọi LTE System Architecture Evolution (SAE), tương ứng Hai thành phần gọi Hệ thống gói phát triển (EPS), mạng khơng dây IP, hỗ trợ kết nối chuyển mạch gói (Yazici et al., 2014) Điều có nghĩa khơng có phần hệ dựa chuyển mạch, ý định quan trọng với 4G Mục tiêu 4G cung cấp giải pháp dựa IP mạch lạc an toàn, hỗ trợ dịch vụ thoại, liệu đa phương tiện cho người dùng nơi, lúc Thực tế 4G dựa IP cho phép truyền liệu nhanh hệ trước Cùng với LTE, Khả tương tác toàn cầu cho WiMax coi công nghệ 4G quan trọng Tuy nhiên, công nghệ thực công nghệ tiền 4G LTE Advanced tiêu chuẩn cải tiến đáp ứng yêu cầu Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) để tuân thủ 4G thực Ở số quốc gia, tiêu chuẩn bán thị trường 4G + Theo dự định, trải nghiệm liệu cải thiện 4G khác biệt đáng ý so với 3G theo quan điểm người dùng Điều cho thấy trường hợp sử dụng liệu trở nên quan trọng so với dịch vụ thoại nhắn tin Trong 3G khái niệm tập trung vào nhà điều hành, 4G khái niệm tập trung vào dịch vụ (Janevski, 2009) 1.2 Tại 5G cần thiết Nếu 4G cung cấp băng thông rộng di động khá, có thực cần 5G khơng? Đúng vậy, điều số lý Khi 4G phát triển, băng thơng rộng động lực Đối với 5G, băng thơng rộng trình điều khiển quan trọng, với trọng độ bền, độ trễ, thông lượng, khối lượng liệu tính di động (Rostetal., 2014) Các hệ thống 5G dự kiến mang lại lợi ích đáng kể so với tốc độ liệu cao 4G, mức độ kết nối tốt vùng phủ sóng cải thiện (Ch Muffavez-Santiago cộng sự, 2015) Nhìn chung, nhu cầu tăng dung lượng mạng mà 5G phải giải Đã có tăng trưởng lớn việc sử dụng Internet không dây năm qua, khơng có dấu hiệu cho thấy tăng trưởng to lớn chậm lại, tăng trưởng nhu cầu tốc độ liệu người dùng dung lượng mạng tiếp tục Sự tăng trưởng liệu khối lượng thiết bị kết nối ngày tăng đòi hỏi phát triển LTE theo hướng 5G (Yazicietal., 2014) Rostrial (2014) tóm tắt lý nhu cầu liệu di động tăng: - Nhiều thiết bị kết nối (đặc biệt Internet of Things) - Các thiết bị kết nối mạnh phức tạp trước - Các dịch vụ theo yêu cầu đa dạng hơn, phức tạp nhiều độ rộng băng tần - Các thiết bị tích hợp vào nhiều mặt xã hội, bao gồm ngành công nghiệp - Thiết bị đầu cuối người dùng sử dụng làm cổng để truy cập dịch vụ đám mây Việc sử dụng công nghệ không dây bùng nổ, với tăng trưởng 92% băng thông rộng di động năm kể từ năm 2006 (Wang et al., 2014) Với tăng trưởng tại, giới hạn dung lượng mạng di động sớm đạt Vì ngày nay, mạng 4G xử lý kết nối dự đoán tương lai, 5G cần thiết để vượt qua giới hạn hệ thống (Nokia, 2014) Để có gia tăng đáng kể khả hệ thống không dây, cần phải tăng số lượng nút sở hạ tầng không dây, tăng cường sử dụng phổ vô tuyến cải thiện hiệu liên kết (Bhushan et al., 2014) Yazici cộng (2014) mô tả mạng, thiết bị đắt tiền sử dụng thực tế giải pháp cho mặt phẳng điều khiển mạng phức tạp không linh hoạt, hai lý quan trọng cho vấn đề công suất Những yếu tố làm cho khó cải thiện khả mạng có Chiến lược tăng trưởng lực hiệu suất 5G phải bền vững kinh tế Điều có nghĩa cung cấp vùng phủ sóng ngày tốt trải nghiệm người dùng vượt trội với chi phí thấp hệ thống khơng dây có, bao gồm LTE (Bangerter et al., 2014 Mục đích 5G thiết kế xã hội hoàn toàn di động kết nối (NGMN, 2014) giới không dây tốt nhất, không bị giới hạn cản trở hệ trước (Hossain, 2013), để có World Wide Wireless Web (WWWW ) (Sharma, 2013) 5G định vị để trao quyền cho chuyển đổi kinh tế xã hội theo nhiều cách khác nhau, bao gồm biến đổi cho suất, tính bền vững hạnh phúc (NGMN, 2014) So với khái niệm 4G tập trung vào dịch vụ, 5G coi lấy người dùng làm trung tâm, tức người dùng đứng đầu tất (Janevski, 2009) Dường có đồng thuận nghiên cứu 5G dự kiến phát hành vào khoảng năm 2020 (Sapakal, 2013), giới hạn 4G dự đoán đạt (Nokia, 2014) Điều có ý nghĩa dựa thực tế hệ mạng di động trước tung khoảng năm thứ mười Hiện cho thấy Hàn Quốc quốc gia triển khai 5G Nhà điều hành lớn họ, SKTelecom, hợp tác với đối tác hàng đầu Ericsson, Intel, Nokia, Samsung, Qualcomm Deutche Telecom để thử nghiệm công nghệ 5G CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G 2.1 Các trường hợp sử dụng mạng 5G Các trường hợp sử dụng tương tác tác nhân, điển hình người dùng hệ thống, để đạt mục tiêu Họ làm cho rõ ràng để hiểu tảng cho yêu cầu 5G họ có khả người điều khiển công nghệ 5G 10 ... (Janevski, 2009) 1.2 Tại 5G cần thiết Nếu 4G cung cấp băng thơng rộng di động khá, có thực cần 5G không? Đúng vậy, điều số lý Khi 4G phát triển, băng thơng rộng động lực Đối với 5G, băng thơng rộng... triển khai 5G Nhà điều hành lớn họ, SKTelecom, hợp tác với đối tác hàng đầu Ericsson, Intel, Nokia, Samsung, Qualcomm Deutche Telecom để thử nghiệm công nghệ 5G CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G 2.1... dụng mạng 5G Các trường hợp sử dụng tương tác tác nhân, điển hình người dùng hệ thống, để đạt mục tiêu Họ làm cho rõ ràng để hiểu tảng cho yêu cầu 5G họ có khả người điều khiển cơng nghệ 5G 10 phát