PHÂN TÍCH HỆ THỐNG THÔNG TIN 5G , 4G

Hệ thống thông tin di động hiện tại đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Cho đến bây giờ mạng 4G đã được triển khai khắp cả nước, nhờ đó mà cuộc cách mạng công nghê thông tin ngày càng bùng nổ. Nhiều thiết bị thông minh đã gắn liến với công việc hay cuộc sống mỗi người như đồng hồ, tivi, đồ gia dụng, nhà thông minh...

Sinh viên thực hiện : Trần Quốc Thế Nguyễn Hữu Minh

Nguyễn Trọng Anh Ngọc TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-Đề tài:

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG THÔNG TIN 5G 5G

Giáo viên hướng dẫn: Đàm Mỹ Hạnh

Lớp: Kỹ thuật Viễn thông 1– K62

Năm học:2023-2024

-2022

5.Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) 10

6.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) 10

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG 11

4.Hệ thống 5G so với các hệ thống trước đây 16

Bảng 1.1: Tổng quan mạng thông tin di động 17

CHƯƠNG III: CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN 5G 17

Hình 3 1:Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore 18

1.Flatter IP network 18

2.Hệ thống Aggregator 18

3.Công nghệ 5G 19

3.1.Cloud Computing ( điện toán đám mây) 19

Hình 3 2: Điện toán đám mây 19

3.1.1.Ứng dụng 20

3.1.2.Nền tảng 20

3.1.3.Cơ sở hạ tầng 20

3.2.All IP Network 20

3.3.Nano technology 21

Hình 3 4:Các thiết bị Nano (Morph (Nokia) Nokia Humanform) 23

4.Cấu trúc mạng 5G giả định 23

4.1 Thiết bị đầu cuối đa cấu hình lại 23

Hình 3 5:Cấu trúc của máy thu phát của UE 23

4.2 Công nghệ đa lõi cấu hình lại(Reconfigurable Multi-Technology Core: 23

RMTC) 23

Hình 3 6:Cấu trúc của công nghệ đa lõi cấu hình lại 24

Hình 3 7: Cấu trúc mạng 5G giả định 25

CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT TRONG TRUYỀN DẪNVÔ TUYẾN SỐ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 5G 26

Hình 4 2: Các thành phần của giao diện vô tuyến mới 27

1 Filtered – OFDM 27

Hình 4 3: Filtered-OFDM giúp mềm dẻo các tham số dạng sóng 28

2 Đa truy nhập mã thưa ( SCMA ) 28

Hình 4 4: Ghép kênh SCMA và chòm sách mã thấp 29

3.Mã kênh mới - Mã cực 29

4.Kỹ thuật phân chia chùm tín hiệu đa truy nhập – BDMA 29

5.Đa truy cập không trực giao ( NOMA ) cho mạng 5G 30

5.1.Đa truy cập không trực giao (NOMA) 30

Hình 4 5: Phổ chia sẻ cho OFDMA và NOMA cho hai người dùng 31

Hình 4 6: Kỹ thuật tự hủy nhiễu (SIC) 31

5.2.NOMA cho đường xuống 32

Hình 4 7: Downlink NOMA cho người dùng K 32

5.3.NOMA cho đường lên 32

Hình 4 8: Uplink NOMA cho người dùng K 33

6.Giao tiếp di động bằng sóng MMWAVE 33

7.Một số kỹ thuật khác trong 5G và dịch vụ 5G 33

7.1.Song công toàn phần và công nghệ massive MIMO 33

7.2.Ảo hóa truy nhập vô tuyến 34

Hình 4 9: Loại bỏ vùng biên của tế bào 34

7.3.Kỹ thuật tiết kiệm năng lượng cho 5G 35

7.4.Đòn bẩy SDN và 5G 36

7.5.Dịch vụ 5G 38

7.5.1.Dịch vụ IoT (Internet of Things) 38

7.5.2Hình ba chiều và dịch vụ gọi 3D hologram 39

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

Lời mở đầu

Hệ thống thông tin di động hiện tại đã đạt được nhiều thành tựu to lớn Cho đến bây giờ mạng 4G đã được triển khai khắp cả nước, nhờ đó mà cuộc cách mạng công nghê thông tin ngày càng bùng nổ Nhiều thiết bị thông minh đã gắn liến với công việc hay cuộc sống mỗi người như đồng hồ, tivi, đồ gia dụng, nhà thông minh Mạng 4G đã đáp ứng được tốc độ dữ liệu nhanh hơn, lên đến chục thậm chí hàng trăm Mbps, khối lượng dữ liệu lớn hơn Mặc dù vậy, với tốc độ phát triển các công nghệ phần cứng tăng lên chóng mặt về tốc độ xử lý và số lượng thiết bị hiện nay thì tương lai không xa mạng 4G vẫn sẽ không đáp ứng nổi Đó là một thách thức lớn đối với nhà mạng, điều đó đặt ra hệ thống thông tin di động tiếp theo gọi tắt là 5G, phải đạt tốc độ nhanh hơn gấp nhiều lần so với 4G, độ trễ thấp, hiệu suất hoạt động cao hơn và mang đến những trải nghiệm tiến tiến hơn cho người dùng.

5G (Thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc hệ thống không dây thứ 5) là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 100 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn Lúc đó, xe tự lái có thể đưa ra những quyết định quan trọng tùy theo thời gian và hoàn cảnh Tính năng chat video sẽ có hình ảnh mượt mà và trôi chảy hơn, làm cho chúng ta cảm thấy như đang ở trong cùng một mạng nội bộ Các cơ quan chức năng trong thành phố có thể theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm và nhu cầu tại các bãi đậu xe, do đó có thể gửi những thông tin này đến những chiếc xe thông minh của mọi người dân theo thời gian thực

Mạng 5G được xem là chìa khóa để chúng ta đi vào thế giới mạng lưới vạn vật kết nối internet, trong đó các bộ cảm biến là những yếu tố quan trọng để trích xuất dữ liệu từ các đối tượng và từ môi trường Hàng tỷ bộ cảm biến sẽ được tích hợp vào các thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khỏe, khóa cửa, xe hơi và thiết bị đeo Tuy nhiên, để cung cấp 5G, các nhà mạng sẽ cần phải tăng cường hạ tầng cơ sở hạ tầng (gọi là trạm gốc) Họ có thể bắt đầu bằng cách khai thác dải phổ hiện còn trống Sóng tín hiệu với tần số đo MHz sẽ được nâng cao lên thành GHz hay thậm chí nhanh hơn Mạng 5G đã được tung ra vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh và người tiêu dùng.

CHƯƠNG I: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNGTHÔNG TIN DI ĐỘNG

Hệ thống thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện từ, tại đó người dùng có thể vừa liên lạc, vừa di chuyển được Các dịch vụ điện thoại di động xuất hiện vào đầu những năm 1960 và phát triển không ngừng cho đến thời điểm hiện tại Cứ trung bình một thập kỷ, chúng ta sẽ chứng kiến sự xuất hiện của một thế hệ thông tin di động mới Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm cuối của thập kỷ 70 và đầu thập kỷ 80, đây là thệ thống thông tin di động tương tự cung cấp các dịch vụ thoại Thế hệ thứ 2 (2G) bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90,

thế hệ thứ 2 là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ thoại và cả dữ liệu Thế hệ thứ 3 (3G) bắt đầu xuất hiện từ năm 2001 tại Nhật Bản, đặc trưng bởi việc cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phương tiện với tốc độ cao Thế hệ 4G được thương mại hóa vào những năm 2012 trở đi, cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn thế hệ 3G rất nhiều.

Hình 1 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động

*Trên thế giới, ở những khu vực khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau cho

từng thế hệ thông tin di động, được thể hiện qua hình 1.1.

*Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động được phát triển theo hướng: 1G GSM (2G) GPRS (2.5G) EDGE (2.75G) UMTS (3G) LTE (4G).

1.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)

*Ra đời đầu tiên tại Nhật Bản năm 1979 Hệ thống thông tin di động 1G ứng dụng các công nghệ truyền dẫn tương tự để truyền tín hiệu thoại, sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và điều chế tần số (FM).

*Đặc điểm:

- Băng tần khoảng 150 MHz.

- Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch tương tự.- Dịch vụ đơn thuần là thoại.

- Mỗi máy di động được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận là đáng kể.

- Trạm thu phát gốc phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi máy di động.

*Một số hệ thống thông tin di động 1G điển

hình: - NMT (Nordic Mobile Telephone

- TACS (Total Access Communications System)- AMPS (Advanced Mobile Phone System)

*Những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G:- Phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.

- Gây tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động dịch chuyển.- Không đảm bảo tính bí mật cuộc gọi.

- Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau.

- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp - Kích thước thiết bị di động lớn.

2.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)

*Hệ thống thông tin di động 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số Thông tin di động 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Các kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn nhiều so với 1G Hầu hết thuê bao di động hiện nay vẫn còn sử dụng công nghệ 2G này.

*Đặc điểm:

- Phương thức đa truy nhập: Sử dụng đa truy nhập TDMA và CDMA băng hẹp.- Sử dụng chuyển mạch kênh.

- Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn, hỗ trợ các dịch vụ truyền dữ liệu *Một số hệ thống thông tin di động 2G điển hình:

- GSM (Global System for Mobile Communication)- IS-136 (Interim Standard – 136)

- CdmaOne hay IS-95 (Interim Standard – 95A)

*Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2G:Hệ thống thông tin di động 2G ra

đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G Hệ thống thông tin di động 2G có những ưu điểm sau:

- Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.- Hệ thống số chống nhiễu kênh cùng tần số (CCI: Co-Channel Interference) và

chống nhiễu kênh kề (ACI: Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn, làm tăng dung lượng hệ thống, đảm bảo chất lượng thông tin.

- Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục giúp cho việc sử dụng tần số

hiệu quả hơn.

- Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu dễ

dàng xử lý bằng phương pháp số.

- Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN).

*Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 2G:

- Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống còn nhỏ nên các dịch vụ ứng dụng cũng

bị hạn chế (không đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai).

- Tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 2G là không thống nhất, do đó việc

chuyển giao toàn cầu khó thực hiện được.

3.Hệ thống thông tin di động 2,5G

*Hệ thống thông tin di động 2,5G được nâng cấp từ hệ thống thông tin di động 2G

*Đặc điểm của hệ thống thông tin 2,5G:

- Các dịch vụ số liệu được cải tiến:- Tốc độ bit cao hơn.

- Hỗ trợ kết nối Internet.

- Hỗ trợ thêm phương thức chuyển mạch gói *Một số hệ thống thông tin di động 2,5G điển hình: - GPRS (General Packet Radio Service)- EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)- IS-95B

- CDMA2000 1xRTT

*Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2,5G:

- Cung cấp các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số

liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng.

- Cung cấp các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi,

chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.

- Cải thiện các dich vụ liên quan đến SMS (Short Message Service) như: mở rộng

bản chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.

- Tăng cường công nghệ SIM (Subcriber Indentification Module).- Hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh.

- Cải thiện các dịch vụ chung như: dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông

tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.

4.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)

*Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thông tin di động ngày càng tăng cả về số lượng, tốc độ lẫn chất lượng của người sử dụng, Liên minh viễn thông quốc tế ITU

(International Telecommunication Union) đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) với tên gọi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications for the Year 2000) nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loại hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động.

*Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và được đưa vào hoạt động vào những năm đầu của thập kỷ 2000 Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn cầu cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động 3G.

*Một số hệ thống thông tin di động 3G điển hình:• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)• CDMA2000

• TD-SCDMA (Time Division – Synchronous Code Division Multiple Access)

5.Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G)

*Công nghệ tiền 4G là bước chuẩn bị để nâng cấp từ công nghệ 3G lên 4G, ở một số nơi, người ta còn gọi đây là mạng 3,9G Một số công nghệ tiền 4G có thể kể đến là: LTE (Long Term Evolution), WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), UMB (Ultra Mobile Broadband).

*Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 3G:

- Việc đạt được tốc độ truyền số liệu cao là rất khó đối với công nghệ CDMA do

can nhiễu giữa các dịch vụ.

- Khó có thể tạo ra một dải đầy đủ các dịch vụ đa tốc độ với yêu cầu về hiệu năng

và QoS khác nhau do những hạn chế đối với mạng lõi gây ra bởi tiêu chuẩn giao diện vô tuyến.

- Yêu cầu băng thông lớn.- Phí dịch vụ tương đối cao.

6.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G)

*Vào tháng 3 năm 2008, tổ chức ITU-R đã đưa ra các yêu cầu tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) với tên gọi IMT – Advanced Theo IMT – Advanced, hệ thống thông tin di động 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Xây dựng dựa hệ thống mạng IP chuyển mạch gói.

- Đáp ứng được tốc độ dữ liệu đỉnh lên đến 100 Mb/s khi di chuyển với tốc độ

nhanh, và 1 Gb/s khi di chuyển với tốc độ chậm (hoặc đứng yên).

- Có thể linh hoạt trong việc sử dụng và chia sẽ tài nguyên mạng để hỗ trợ số lượng

lớn người sử dụng đồng thời trong một Cell.

- Độ rộng băng thông có thể thay đổi được một cách linh hoạt, phạm vi thay đổi có

thể lên đến 40 MHz.

- Có hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh lên đến 15 b/s/Hz đối với đường xuống và 6,75

b/s/Hz đối với đường lên (tức nếu đường xuống đạt tốc độ 1Gb/s thì chỉ chiếm dụng khoảng 67 MHz băng thông).

- Hiệu suất sử dụng phổ tần của hệ thống, trường hợp trong nhà, là 3 b/s/Hz/cell cho

đường xuống và 2,25 b/s/Hz/cell cho đường lên.

- Dễ dàng thực hiện chuyển giao giữa những mạng phức tạp.

- Khả năng cung cấp các dịch vụ chất lượng cao cho thế hệ đa phương tiện tiếp

*Hiện nay, chỉ có hai hệ thống đáp ứng được các yêu cầu trên và được ITU công nhận là hệ thống thông tin di động 4G, đó là: LTE-Advanced (được phát triển bởi 3GPP) và WirelessMAN-Advanced (được phát triển bởi IEEE).

*4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch vụ khác Nócho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số.

*Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 4G:

- Yêu cầu thiết bị tương thích để có thể kết nối với mạng 4G.- Thiết bị di động tiêu hao năng lượng hơn.

- Yêu cầu thành phần hệ thống phức tạp.

- Chi phí dịch vụ và giá thành thiết bị tương đối cao.CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG

1.Thế Hệ 5G.

*Sự phát triển của công nghệ thông tin di động không dừng lại ở công nghệ

4G/LTE-Advanced Mỗi phiên bản mới sẽ tiếp tục nâng cao hiệu suất hệ thống với lĩnh vực ứng dụng mới.Công nghệ mới sẽ bổ sung thêm ứng dụng như kết nối điện thoại di động, tự động hóa nhà, giao thông vận tải thông minh, an ninh và sách điện tử,…

Hình 2 1:Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 2020

*Theo yêu cầu của mạng 5G, sẽ có sự khác biệt lớn giữa các thế hệ hiện tại với thế hệ 5G bao gồm:

- Mức tiêu thụ pin thấp hơn, tăng tuổi thọ của pin - Xác suất tắc nghẽn thấp.

- Độ trễ được giảm bớt đáng kể so với LTE.

- Tốc độ nhanh hơn, cung cấp nhiều kết nối ổn định và đáng tin cậy hơn, phạm vi bao phủ tốt hơn và tốc độ dữ liệu cao ở viền tế bào giúp cho giải quyết các vấn đề liên quan đến diện tích phủ sóng (thậm chí ngay cả trên biển, nơi các trạm phát sóng trên đất liền không thể phủ sóng cũng bắt được tín hiệu 5G)

- An toàn hơn, tiết kiệm năng lượng, bổ sung thêm tính năng cho phần cứng - Đồng thời truyền được nhiều đường truyền dữ liệu.

- Khoảng tốc độ dữ liệu 1Gbps khi di động

- Hiệu quả phổ hệ thống cao hơn đáng kể so với 4G

- Web không dây trên toàn cầu (WWWW: World Wide Wireless Web), các ứng dụng web không dây dựa trên bao gồm đầy đủ các khả năng đa phương tiện vượt quá tốc độ 4G để kết nối mọi nơi trên trái đất.

- Các ứng dụng kết hợp với cảm biến nhân tạo thông minh (AI), cuộc sống của con người sẽ được bao phủ bởi các cảm biến nhân tạo có thể giao tiếp được với điện thoại di động thông minh Khả năng tương tác linh hoạt và hỗ trợ nhiều loại thiết bị khác nhau như máy tính bảng, thiết bị đeo tay, … - Không gây hại cho sức khỏe con người.

- Lệ phí lưu lương truy cập rẻ hơn do chi phí triển khai cơ sở hạ tầng thấp

*Thế hệ 5G là một công nghệ mới mà sẽ cung cấp tất cả các ứng dụng có thể, bằng cách sử dụng một thiết bị bao quát, kết nối hầu hết các cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đã tồn tại.Các thiết bị đầu cuối 5G sẽ là một đa cấu hình lại và được kích hoạt nhận thức vô tuyến.Nó sẽ có phần mềm xác định phương pháp điều chế vô tuyến.Các mạng di động 5G sẽ tập trung vào việc phát triển các thiết bị đầu cuối sao cho có thể truy cập công nghệ mạng không dây khác nhau cùng một lúc và sẽ kết hợp các luồng khác nhau từ các công nghệ khác nhau.

2.Đặc điểm thế hệ 5G.

*Điểm đặc biệt về cải tiến của thế hệ 5G so với những mạng thế hệ trước (dùng các trạm cở sở trên mặt đất) là mạng 5G có thể sử dụng các trạm HAPS (High Altitude Stratospheric Platform Stations)

Hình 2 2:Mô hình trạm HAPS.

*Các trạm HAPS có thể là những chiếc máy bay hoặc quả bóng được thiết kế để hoạt động ở độ cao rất thấp, treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong thời gian dài, khoảng cách từ 17km – 22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh HAPS được cung cấp nguồn bằng pin, động cơ hoặc tế bào năng lương mặt trời Nó làm việc như một trạm phát có thể so sánh với anten cao và truyền tín hiệu bằng giao tiếp không dây Đó là kỹ thuật mới và rất tốt trong việc phục vụ dịch vụ thông tin không dây băng thông rộng Trạm HAPS cung cấp một phạm vi với bán kính khoảng tầm 30 Km Do đó có thể thiết lập duy nhất trạm HAPS thay vì phải dùng một số trạm cơ sở đặt trên mặt đất ở khu vực ngoại ô và nông thôn như ở các thế hệ trước Trạm HAPS không yêu cầu bệ phóng đắt tiền như vệ tinh mà cung cấp cho các hiệu quả chi phí cũng như có thể dễ dàng triển khai, vì vậy nó cũng được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc tai nạn HAPS cung cấp các tuyến liên kết quan sát với công suất cao của các ứng dụng băng thông rộng Do ở trên cao có tác động của gió nêntrạm HAPS sẽ thay đổi tùy ở vị trí theo chiều dọc và chiều ngang Sự chuyển động này làm thay đổi, sai lệch góc nhìn các thiết bị đầu cuối trên mặt đất Nếu sự thay đổi này lớn hơn bề rộng chùm tia của anten thì yêu cầu tăng hoạt

động liên kết.Nhờ sử dụng cách này nó sẽ khắc phục được nhiều hạn chế và sẽ giúp đường truyền tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những nhà cao tầng Do các trạm nằm ở trên cao nên sẽ có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn giúp cho làm giảm những vấn đề về diện tích phủ sóng.

Hình 2 3: Mô hình trạm HAPS trong tương lai ( ảnh : Internet).3.Thách thức của thế hệ 5G.

*Mặc dù đã có một số cải tiến mới ở công nghệ không dây thế hệ 5G nhưng nó vẫn có những thách thức cho sự phát triển đó là :

+ Tối ưu hóa phép đo hiệu suất: việc đánh giá của các mạng thông tin liên lạc không dây thường được đặc trưng bằng cách tính toán một hoặc hai phép đo hiệu suất, do độ phức tạp cao Đối với một đánh giá đầy đủ và công bằng của hệ thống không dây

5G, số liệu hiệu suất hơn nên được xem xét.Chúng bao gồm hiệu quả quang phổ, hiệu quả năng lượng, độ trễ, độ tin cậy, tính công bằng của người dùng, QoS, độ phức tạp thực Như vậy, có một khuôn khổ chung được để đánh giá hiệu suất của hệ

thống không dây 5G

+ Mô hình kênh thực tế củahệ thống không dây 5G: mô hình thực tế kênh với độ chính xác hoàn toàn, độ phức tạp cao Chẳng hạn như hệ thống MIMO lớn, mô hình không thể áp dụng trực tiếp cho kênh MIMO lớn.

+ Tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau: Mỗi thực hành kỹ thuật có tiêu chuẩn riêng của họ (F.eks Telecom có 3GPP, 3GPP2, ITU, IETF, vv) Để tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau, đòi hỏi phải có cách tiếp cận có hệ thống tiêu thụ và thời gian + Nền tảng phổ biến: Không có kiến trúc chung cho kết nối thực hành kỹ thuật khác nhau Một cơ quan quản lý chung là cần thiết, mà tạo ra một nền tảng chung cho tất cả các thực hành kỹ thuật để hợp thức các vấn đề kết nối liên thông cũng như chia sẻ kiến thức.

*Nhận thức vô tuyến – cách thức mới để sử dụng quang phổ: Các thế hệ di động mới thường được gán dải tần số mới và quang phổ băng thông rộng hơn cho mỗi kênh tần số Nhưng có rất ít chỗ cho các băng tần mới hoặc băng thông lớn hơn bởi vì quang phổ đã, đang và sẽ tiếp tục là một nguồn lực khan hiếm cho các ngành công nghiệp điện thoại di động thông tin liên lạc Tuy ngành công nghiệp di động có quang phổ dành riêng cho thông tin di động và được cấp phép cho một nhà điều hành nhất định Nhưng điều này có thể bao gồm việc sử dụng phổ không có giấy phép hoặc phổ chủ yếu sử dụng cho các dịch vụ truyền thông khác như là một bổ sung cho hoạt động trong phổ tần được cấp phép.Tuy nhiên, các ứng dụng của nhận thức vô tuyến để truyền thông di động là một khu vực tương đối mới và tiếp tục nghiên cứu và đánh giá tính khả thi và tác động của việc sử dụng như vậy.

*Software Defined Radio (SDR): Lợi ích từ tốc độ sử lý ngày càng cao để phát triển nhiều băng, cơ sở trạm đa tiêu chuẩn và thiết bị đầu cuối Mặc dù trong tương lai các thiết bị đầu cuối sẽ được thích ứng giao diện không gian cho các công nghệ truy nhập vô tuyến có sẵn.Hiện tại, điều này được thực hiện bởi các cơ sở hạ tầng.Một số lợi ích cở sở hạ tầng dự kiến từ SDR Ví dụ để tăng dung lương mạng tại một thời điểm cụ thể ( như trong các lễ hội hoặc các sự kiện thể thao), một nhà điều hành sẽ cấu hình lại mạng lưới của mình thêm một số modem tại một trạm thu phát gốc (BTS) Trong hệ thống 5G dự kiến, SDR sẽ trở thành một khả năng cho thiết bị đầu cuối và mạng thông qua phần mềm tải về.Đối với nhà sản xuất điều này có thể là một sự trợ giúp mạnh mẽ để cung cấp đa tiêu chuẩn, thiết bị đa băng tần với giảm nỗ lực phát triển và chi phí.

*Khả năng tương tác giữa một số loại truy cập không dây: Khả năng tương tác liền mạch giữa các mạng không đồng nhất giúp cho thành công của hệ thống 5G với công nghệ truy cập phát triển khác nhau Một giải pháp mới nhằm đảm bảo khả năng tương tác giữa một số loại truy cập mạng không dây được đưa ra bởi các phát triển chuẩn IEEE 802.21.IEEE 802.21 đang tập trung vào việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao giữa mạng không dây khác nhau trong các môi trường không đồng nhất bất kể các loại phương tiện nào.Mục đích của IEEE 802.21 là để giảm bớt việc sử dụng các nút di động bằng cách cung cấp chuyển giao không bị gián đoạn trong mạng không đồng nhất.Nó sẽ đóng góp một phần quan trọng trong việc hướng đến các khả năng tương tác lại của mạng không dây 5G và hệ thống truyền thông di động.Khả năng tương tác thiết lập lại cấu hình cung cấp cho các nhà mạng với một khả năng để lựa chọn, với các khoản đầu tư tối thiểu giữa các mạng truy cập không dây thay thê.

Việc lựa chọn có thể được thực hiện dựa trên một số tiêu chí như: - Kiểm soát tắc nghẽn.

- Chia sẻ phổ hiệu quả.

- Sự cân bằng và chia sẻ giữa các mạng không dây cùng tồn tại trong không gian khác nhau.

- So sánh giữa các truy cập tài nguyên sẵn có và truy nhập dịch vụ riêng biệt *Nói chung các yêu cầu chính cho khả năng tương tác mà cần phải được đưa vào xem xét như sau:

- Initial Network Selection (INS):lựa chọn mạng ban đầu (INS ) là một trong các chức năng cơ bản của khả năng tương tác xử lý giữa các mạng không đồng nhất Một lựa chọn thông minh của một mạng phù hợp bởi người sử dụng sẽ cho kết quả chặn thấp hơn, dung lượng cao hơn và tăng cường chất lường dịch vụ.

- Hỗ trợ tính di động: khi một mạng lưới đã được lựa chọn , người dùng có thể thay đổi mạng ban đầu đã chọn theo điều kiện khác nhau.

- Hợp tác hay thỏa thuận chuyển vùng giữa các nhà khai thác mạng khác nhau Khai thác phải cung cấp cho người sử dụng những lợi ích tương tự được xử lý trong một nhà điều hành mạng.

- Xử lý thuê bao thanh toán giữa hệ thống chuyển vùng.

- Xác định các thuê bao phải được thực hiện trong một hệ thống môi trường tinh khiết.

*Sự tích hợp giữa các khớp nối: Tùy thuộc vào mức độ tích hợp được yêu cầu giữa các công nghệ truy cập vô tuyến có sẵn Một loạt các phương pháp tiếp cận có thể được thực hiện cho khả năng tương tác hiệu quả.Nếu sự tích hợp giữa công nghệ khác nhau là chặt chẽ, cung cấp các dịch vụ thêm hiệu quả và lưa chọn mạng cũng như quá trình chuyển giao nhanh hơn.Tuy nhiên, với mức độ tích hợp cao đòi hỏi phải nỗ lực đáng kể và cơ chế có thể hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu cần thiết và báo hiệu giữa các đài truy cập mạng khác nhau.

*Hiệu quả năng lượng mạng: Tiêu thụ năng lượng thấp cho thiết bị đầu cuối như điện thoại di động là một yêu cầu quan trọng, phải làm sao cho giảm kích thước pin và cải thiện thời gian pin.

4.Hệ thống 5G so với các hệ thống trước đây.

*Hệ thống 5G trong tương lai sẽ đem lại cho người sử dụng những trải nghiệm hoàn toàn mới về chất lượng dịch vụ, nơi mà chúng ta có thể kết nối với mọi vật xung quanh mọi lúc, mọi nơi Mạng 5G sẽ là một mạng lưới hoàn chỉnh cho mạng di động không dây, hướng đến một thế giới không dây “thực sự”, một thế giới Internet of Things (IoT).

Bảng 1.1: Tổng quan mạng thông tin di động

CHƯƠNG III: CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN 5G.

Hình 3 1:Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore1.Flatter IP network

*Mạng Flat IP chắc chắn là giải pháp quan trọng để làm cho 5G có thể áp dụng được đối với tất cả các loại công nghệ Để đáp ứng nhu cầu khách hàng cho các ứng dụng thời gian thực dữ liệu gửi qua mạng điện thoại di động băng thông rộng, các nhà khai thác không dây đang chuyển sang cấu trúc mạng flat IP Mạng này cung cấp phương thức để nhận biết thiết bị sử dụng tên ký hiệu, khác với cấu trúc có phân cấp như được sử dụng trong “ normal” của địa chỉ IP.

*Với việc chuyển san kiến trúc flat IP, các nhà khai thác di động có thể:

-Giảm số lượng các phần tử mạng trong các dữ liệu đường dẫn đến giảm chi phí hoạt động.

-Giảm độ trễ hệ thống và cho phép các ứng dụng hoạt động với độ sai lệch thấp của trễ.

-Phát triển truy cập vô tuyến và gói mạng lõi độc lập với nhau đến một mức độ lớn hơn so với trước đây tạo linh hoạt hơn trong kế hoạch lập mạng và triển khai.

-Phát triển một mạng lõi linh hoạt có thể phục vụ như là cơ sở cho sự đổi mới dịch vụ thông qua cả điện thoại di động và mạng truy nhập IP chung.

-Tạo ra một nền tảng cho phép nhà khai thác dịch vụ di động băng thông rộng để có thể cạnh tranh với mạng dây.

*Mạng 5G sử dụng Flat IP làm cho dễ dàng hơn cho RAN (Radio Access Network) khác nhau để nâng cấp trong một mạng NanoCore duy nhất.

2.Hệ thống Aggregator

*Mạng lưới viễn thông hiện nay theo hình thức phân cấp, lưu lương truy cập thuê bao gộp chung lại tại tập hợp điểm (BSC/RNC) và sau đo chuyển đến cổng Hệ thống Flat IP làm giảm công suất trên tập hợp điểm và lưu lương sẽ chuyển trực tiếp từ trạm gốc đến các cổng phương tiện truyền thông.Tất cả các mạng sử dụng (GSM, CDMA, Wimax và Wireline) có thể được kết nối với một Super Core với công suất lớn.Điều này thực hiện ở các cơ sở hạ tầng mạng duy nhất.Giải pháp về Super Core sẽ loại bỏ tất cả các chi phí liên kết và sự phức tạp cho các nhà điều hành mạng.Nó cũng sẽ làm giảm số lượng của sự tồn tại mạng khi kết thúc kết nối, do đó làm giảm đáng kể về độ trễ.

*Tuy nhiên hệ thống này cũng có yêu cầu :

- Yêu cầu dự phòng cao: theo giải pháp Super Core, tất cả các nhà khai thác mạng sẽđược dịch chuyển đến cơ sở hạ tầng duy nhất Do đó yêu cầu dự phòng cao và an toàn trong lõi mạng.

- Tính minh bạch giữa các nhà khai thác mạng: liên quan đến dữ liệu thuê bao và khâu quản lý, vv… Kết cấu Super Core do cơ quan điều hành chính phủ quản lý.

3.Công nghệ 5G.

3.1.Cloud Computing ( điện toán đám mây).

*Cloud Computing là một công nghệ sử dụng internet và máy chủ từ xa trung tâm để duy trì dữ liệu và các ứng dụng điện toán đám mây.Trong 5G mạng máy chủ từ xa trung tâm này sẽ lưu trữ nội dung mà chúng ta cung cấp Điện toán đám mây cho phép người dùng và doanh nghiệp sử dụng các ứng dụng mà không cần cài đặt và truy nhập các tập tin cá nhân ở bất kỳ máy nào có truy cập internet.Điều đó sẽ được sử dụng trong Nanocore, nơi mà người dùng truy cập vào tài khoản riêng của mình thì nhà cung cấp nội dung toàn cầu thông qua Nanocore dưới hình thức của đám mây.

Hình 3 2: Điện toán đám mây.

*Điện toán đám mây là kỹ thuật mới và duy nhất để truy cập dữ liệu văn bản, ứng dụng, file video, file nhạc,…từ bất kỳ nơi nào mà không cần mang theo bất kỳ thiết bị lưu trữ dữ liệu Bởi tất cả các thông tin về người sử dụng điện toán đám mây có thể truy cập tất cả các dữ liệu từ bất cứ nơi nào trên thế giới vào bất kỳ lúc nào.Ví dụ như là Gmail, tất cả tài liệu được lưu trữ trên máy chủ Gmail và các quy trình được thực hiện trên đám mây.Người sử dụng cung cấp cho các lệnh sau đó quá trình xảy ra trên máy chủ của Gmail và kết quả được hiển thị trên màn hình.

*Sự phát triển của điện toán đám mây cung cấp cho nhà khai thác những cơ hội to lớn.Kể từ khi điện toán đám mây liên kết trên mạng, nó cho thấy tầm quan trong của mạng lưới và thúc đẩy phát triển mạng lưới Nó cũng đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ an toàn và đáng tin cậy, Người sử dụng điện toán đám mây có thể tránh được chi phí vốn cho các Nanocore, do đó cũng làm giảm chi phí mua cơ sở hạ tầng vật lý bằng cách cho thuê sử dụng từ một nhà cung cấp bên thứ ba.

*Các phân đoạn của điện toán đám mây, được chia làm 3 phân đoạn chính như sau: - Ứng dụng (Applications)

- Nền tảng (Platform)

- Cơ sở hạ tầng (Infrastructure)

*Mỗi phân đoạn phục vụ cho các sản phẩm khác nhau phục vụ cho các doanh nghiệp và cá nhân với mục đích ứng dụng khác nhau.

3.1.1.Ứng dụng.

*Về cơ bản dựa trên yêu cầu dịch vụ phần mềm.Các dịch vụ phần mềm này phải đa dạng, khác nhau và làm thế nào để phần mềm được phân phối cho người dùng cuối.

3.1.2.Nền tảng.

*Phân đoạn nền tảng của điện toán đám mây đề cập đến các sản phẩm được sử dụng để triển khai Internet Net Suite, Amazon, Google và Microsoft cũng đã phát triển nền tảng cho phép người dùng truy cập các ứng dụng từ máy chủ tập trung Google, Net Suite, Rack space cloud, amazon.com là những nền tảng hoạt động

3.1.3.Cơ sở hạ tầng.

*Phân đoạn thứ 3 trong điện toán đám mây được gọi là cơ sở hạ tầng và là phần quan trọng.Cơ sở hạ tầng cho phép người sử dụng xây dựng các ứng dụng.

3.2.All IP Network.

Hình 3 3:All-IP Network

*All-IP Network (AIPN) là một sự tiến hóa của hệ thống 3GPP để đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày càng tăng của thị trường viễn thông di động Nó chủ yếu tập trung vào cải tiến của công nghệ chuyển mạch gói, mạng AIPN cung cấp một sự phát triển liên tục và tối ưu hóa các giải pháp hệ thống nhằm tạo ra một lợi thế cạnh tranh cả về hiệu suất và chi phí All-IP dựa trên ứng dụng điện thoại di động và các dịch vụ như cổng thông tin điện thoại di động, thương mại di động, chăm sóc sức khỏe, chính phủ, ngân hàng và một số lĩnh vực khác.

*Những lợi ích của cấu trúc Flat IP là: - Chi phí truy cập thấp.

- Truy cập liền mạch