(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu giải pháp công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy trong mạng 5g

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

NGUYỄN HỒNG VĂN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRUYỀN
THÔNG SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY TRONG
MẠNG 5G

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2021

download by :


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

NGUYỄN HỒNG VĂN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRUYỀN
THÔNG SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY TRONG
CHUN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THƠNG
MÃ SỐ:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. ĐẶNG THẾ NGỌC

download by :


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn: "Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ truyền thơng sử
dụng ánh sáng nhìn thấy trong mạng 5G" là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi.
Việc sử dụng kết quả, trích dẫn tài liệu tham khảo trên các tạp chí, các trang web
tham khảo đảm bảo theo đúng quy định. Các nội dung trích dẫn và tham khảo các tài liệu,
sách báo, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục
tài liệu tham khảo của luận văn.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Học viên

Nguyễn Hồng Văn

download by :


ii

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy, cô Học viện Công nghệ
Bưu chính Viễn thơng trong thời gian qua đã dìu dắt và tận tình truyền đạt cho em những
kiến thức, kinh nghiệm vơ cùng q báu mà em có được kết quả ngày hôm nay.
Xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Đặng Thế Ngọc, người hướng dẫn khoa học của
luận văn, đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ về mọi mặt để hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô trong Khoa Đào tạo Sau Đại học

đã tận tình truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong q trình học
tập nghiên cứu, hồn thành luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hồn thành luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và khả
năng của mình, tuy nhiên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính
mong nhận được sự chia sẻ và đóng góp ý kiến của các thầy, cơ giáo và các bạn đồng
nghiệp.
Trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng

năm 2021

Học viên

Nguyễn Hồng Văn

download by :


iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................
MỤC LỤC ..........................................................................................................................
DANH MỤC VIẾT TẮT .....................................................................................................
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................
MỞ ĐẦU

................................................

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G ......................................................................

1.1. Giới thiệu chung về mạng di động 5G .........

1.2. Cấu trúc mạng 5G ........................................

1.3. Một số kịch bản trong mạng di động 5G .....
1.3.1. Những kịch trong mạng di động 5G ................................................................
1.3.2. Những yêu cầu kỹ thuật trong mạng di động 5G ...........................................

1.4. Kết luận chương 1 .......................................
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY
............................................................................................................................................

2.1.

Tổng quan về công nghệ VLC

2.1.1. Khái niệm về công nghệ VLC ........................................................................
2.1.2. Những ưu điểm của công nghệ VLC .............................................................
2.2.

Ứng dụng của công nghệ VLC

2.2.1.LiFi .......................................

2.2.2.Giao tiếp giữa các phương tiệ

download by :


iv

2.2.3.

Giao tiếp dưới nước...................................................................................... 19

2.2.4. Truyền thông trong môi trường đặc biệt....................................................... 19
2.2.5. Mạng cục bộ WLAN..................................................................................... 19
2.3.

Mơ hình hệ thống VLC.................................................................................... 20

2.3.1. Bộ phát trong hệ thống VLC......................................................................... 21
2.3.2. Mơ hình kênh thơng tin trong VLC............................................................... 23
2.3.3. Bộ thu trong hệ thống VLC............................................................................. 24
2.4.

Những phương pháp điều chế sử dụng trong hệ thống.....................................27

2.4.1. Giới thiệu...................................................................................................... 27
2.4.2. Cơ chế điều chế khóa đóng mở (OOK)......................................................... 28
2.4.2. Phương pháp điều chế vị trí xung biến đổi (Variable Pulse Position
Modulation – VPPM)................................................................................................ 31
2.4.4. Phương pháp điều chế Khóa dịch màu (Color-Shift Keying)........................33
2.5.

Kết luận chương 2............................................................................................ 36

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TÍCH HỢP CƠNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG
ÁNH SÁNG NHÌN THẤY VÀO TRONG MẠNG 5G.................................................... 36
3.1. Giải pháp tích hợp VLC trong mạng 5G.............................................................. 36
3.1.1. Giới thiệu hệ thống giao thông thông minh (ITS)......................................... 37
3.1.2. Truyền thông trong mạng lưới các phương tiện............................................ 38
3.1.3.

Ứng dụng VLC vao trong hệ thống giao thông thông minh.........................41

3.1.4. Thử nghiệm mạng 5G................................................................................... 42
3.2.

Mơ hình tích hợp VLC trong mạng 5G............................................................ 46

3.2.1. Mơ hình tích hợp VLC trong mạng 5G......................................................... 46
3.2.2. VLC cho dịch vụ giao thông thông minh...................................................... 47
3.2.3. Kiến trúc thử nghiệm tích hợp VLC trong mạng 5G..................................... 49

download by :


v

3.3. Phân tích và đánh giá........................................................................................... 50
3.4. Kết luận chương 3............................................................................................... 55
KẾT LUẬN...................................................................................................................... 55
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................. 56

download by :

vi

DANH MỤC VIẾT TẮT
Từ viết tắt
3GPP
AAU
APD
AWGN
BBU
BER
BIC
BS
CDF

CPC
CPE
CPRI
CSK
C-V2X
D2D
E2E
eMBB
FDM
FOV
IM/DD


IMT

IoT
ISI
ITS
ITU
KPI

download by :


LAN
LED
Li-Fi
LOS
LTE
LTE-M
MBB
MEC
MIMO

MMC
MME
mMTC
MMWAVE
NB-IoT

NOMA
NR
NRZ
NS
NSA

O&M


OFDM
OOK
PDF
PER
PoE
PPM
PSD
QoE
QoS
RAN

download by :


viii

RAT
RF
RSU
SA
SLA
SMS
SNR
SNR
TDM
UDN
UE

URC
uRLLC
UV
V2I

V2N

V2V

V2X

VLC

VPPM


Wi-Fi

download by :


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mạng di động qua các thế hệ.............................................................................. 3
Hình 1.2: Lưu lượng di động tồn cầu................................................................................ 5
Hình 1.4. Kiến trúc mạng 5G theo mạng lát cắt.................................................................. 8
Hình 1.5: Ba kịch bản trong mạng di động 5G [18]............................................................ 9
Hình 1.6: Khác biệt từ tiêu chuẩn IMT-Advanced lên IMT-2020 [19]..............................13
Hình 1.7: Vai trị của các khả năng chính trong các kịch bản khác nhau [19]...................14

Hình 2.1: Quang phổ ánh sáng nhìn thấy.......................................................................... 16
Hình 2.2: VLC dành cho liên lạc giữa các phương tiện.................................................... 18
Hình 2.3: Mơ hình cơ sở của hệ thống VLC..................................................................... 20
Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống VLC................................................................................. 21
Hình 2.5: Mơ hình thành phần nguồn phát trong một hệ thống VLC................................ 21
Hình 2.6: Hai phương pháp tạo phát xạ trắng từ đèn LED................................................ 22
Hình 2.7: Mơ hình hóa kênh VLC với IM/DD.................................................................. 23
Hình 2.8: Mơ hình bộ thu tín hiệu trong VLC.................................................................. 24
Hình 2.9: Bộ tập trung quang CPC................................................................................... 24
Hình 2.10: Qúa trình phản xạ tại CPC.............................................................................. 25
Hình 2.11: Phía thu của hệ thống VLC............................................................................. 26
Hình 2.12: Cấu tạo của PIN- Photodiode.......................................................................... 26
Hình 2.13: Cấu tạo của Diode quang thác APD................................................................ 27
Hình 2.14: Sơ đồ khối của máy thu của hệ thống IM/DD điển hình................................. 28
Hình 2.15: Biểu diễn khoảng cách nhỏ nhất..................................................................... 30
Hình 2.16: Hàm cơ sở của 2-PPM.................................................................................... 32
Hình 2.17. Hàm gán màu XYZ......................................................................................... 34
Hình 2.18. Khơng gian màu CIE với hai trục xy và 7 dải màu (000 đến 110)..................35
Hình 3.1: Mơ hình cấu trúc liên kết mạng VLC-5G......................................................... 46
Hình 3.2: Chiến dịch đo I2V sử dụng đèn giao thông dựa trên VLC................................ 48
Hình 3.3: Kiến trúc thử nghiệm tích hợp VLC trong mạng 5G......................................... 49
Hình 3.4: Độ trễ tối đa được đo từ đầu cuối [3]................................................................ 50
Hình 3.5: Độ trễ tối thiểu được đo từ đầu cuối [3]............................................................ 51

download by :


x

Hình 3.6: Phân phối thực nghiệm về độ trễ của liên kết 5G và tệp PDF của các phân phối

phù hợp [3]....................................................................................................................... 52
Hình 3.7: Phân phối thực nghiệm độ trễ của hệ thống tổng thể (liên kết 5G và liên kết
VLC) và các tệp PDF của các phân phối phù hợp [3]....................................................... 52
Hình 3.8: CDF và CDF lỗi độ trễ cho dữ liệu thực nghiệm và phân phối phù hợp. Chỉ liên
kết 5G [3]......................................................................................................................... 54
Hình 3.9: CDF và CDF lỗi độ trễ cho dữ liệu thực nghiệm và phân phối phù hợp. Hệ
thống tổng thể (liên kết 5G và liên kết VLC) [3].............................................................. 54

download by :


xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các chỉ số đánh giá năng suất của mạng 5G..................................................... 10
Bảng 1.2: Các chỉ số hiệu suất chính của mạng 5G.......................................................... 12
Bảng 1.3: Các giá trị yêu cầu cho mỗi khả năng chính trong IMT-2020........................... 13
Bảng 2.1. Các dải màu trong không gian màu CIE 1931 với tọa độ màu (x, y)................35
Bảng 3.1: Các dịch vụ của ITS......................................................................................... 39
Bảng 3.2: Phân phối phù hợp nhất cho công nghệ 5G và VLC......................................... 53

download by :


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, truyền thông không dây đang hát triển rất nhanh trên toàn Thế Giới và đã
trở thành một phần trong cuộc sống của chúng ta vì những lợi ích mà nó mang lại là vơ
cùng to lớn. Tuy nhiên, cách truyền thông tin không dây ngày nay chủ yếu là bằng sóng

vơ tuyến và tồn tại một số nhược điểm như băng thông sẽ dần bị sử dụng hết, hạn chế khi
sử dụng trong một số môi trường đặc biệt như bệnh viện, trên máy bay,…Mặt khác, sự
phát triển mạnh của diode phát quang LED cùng với những ưu điểm của nó như hiệu quả
chiếu sáng cao, độ bền cao và tiết kệm năng lượng đang mở ra một hướng đi mới trong
truyền thơng khơng dây đó là truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn thấy VLC. VLC đang
nổi lên như là một công nghệ truyền thông tin trong tương lai và đặc biệt cho mạng 5G,
khi mà chúng ta sử dụng nguồn phát là các bóng đèn LED thì vừa có thể dùng để chiếu
sáng, vừa có thể dùng để truyền thông tin với độ tin cậy cao. Những nghiên cứu về VLC
còn tương đối mới và có nhiều khả năng mở rộng nghiên cứu.
Với mục đích đưa những tiến bộ công nghệ vào phục vụ cho cuộc sống, tôi xin
chọn đề tài nghiên cứu “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG
SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY TRONG MẠNG 5G”.
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Hoạt động thương mại của 5G dự kiến sẽ bắt đầu trên toàn cầu vào năm 2021, với sự
ra đời của Internet of Things (IoT) và các dịch vụ UHD thực tế, truyền thơng di động thế hệ
mới được ước tính cung cấp công suất gấp 1000 lần và hỗ trợ các thiết bị thông minh gấp 100
lần so với mạng di động hiện tại. Sự gia tăng ngoạn mục này kêu gọi cải thiện mạnh mẽ khả
năng mạng di động ngoài mạng 3G/4G hiện tại tới thế hệ tiếp theo của tiêu chuẩn vô tuyến
không dây. Thế hệ thứ 5 sắp tới (5G) được coi là một tích hợp hệ thống kết hợp các hệ thống
truyền thông không dây đã triển khai cụ thể là, LTE và Wi-Fi dưới một giao diện vơ tuyến
hồn tồn mới. Từ đó mạng 5G sẽ giúp những công nghệ quan trọng như: xe tự lái, phương
tiện giao thông thông minh trở nên phổ biến hơn. Đặc biệt, cơng nghệ truyền sử dụng ánh
sáng nhìn thấy VLC có thể cung cấp tốc độ dữ liệu rất cao, tiêu thụ năng lượng thấp, độ trễ và
chi phí triển khai thấp. Như vậy, cơng nghệ VLC khơng dây

download by :


2

đang trở thành một lựa chọn hấp dẫn dành cho liên lạc giữa các phương tiện , vì thơng tin
có thể được truyền qua lại bằng cách sử dụng ánh sáng đèn như đèn giao thơng, đèn xe,…
Mục đích nghiên cứu
-

Nắm bắt được tổng quan về mạng 5G di động.

-

Có cái nhìn cụ thể về cơng nghệ truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn thấy ứng
dụng trong mạng 5G.

-

Đưa ra một số khảo sát, đánh giá hiệu năng hệ thống truyền thơng sử dụng ánh
sáng nhìn thấy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ truyền thông sử dụng ánh sáng nhìn thấy.

-

Phạm vi nghiên cứu: Cơng nghệ truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn thấy ứng
dụng trong mạng di động 5G.

Phương pháp nghiên cứu
-

Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các cơng nghệ truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn
thấy và ứng dụng trong mạng 5G.

-

Sử dụng các công cụ mô phỏng, khảo sát và đánh giá trên một tập dữ liệu đã có sẵn.

Bố cục của luận văn
-

Nội dung của luận văn bao gồm các chương như
sau: Chương 1: Tổng quan về mạng 5G.
Chương 2: Công nghệ truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn thấy.
Chương 3: Giải pháp tích hợp cơng nghệ truyền thơng sử dụng ánh sáng nhìn thấy
vào trong mạng 5G.

download by :


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G
1.1.

Giới thiệu chung về mạng di động 5G
Cho đến nay, các mạng di động đã trải qua 4 thế hệ với nhiều thay đổi trong cơng

nghệ và tính năng. Hình 1.1 thể hiện các thế hệ mạng di động cùng một số đặc điểm chính
của chúng. Vào đầu những năm 1980 mạng thơng tin di động không dây cơ bản đầu tiên
trên thế giới xuất hiện và được gọi là mạng thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G), đây là

hệ thống giao tiếp thơng tin qua kết nối tín hiệu analog. Hệ thống này sử dụng các ăng
-ten thu phát sóng gắn ngồi, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và
nhận tín hiệu xử lý thoại thơng qua các module gắn trong máy di động. Chính vì thế mà
các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to và cồng kềnh do tích
hợp cùng lúc 2 module thu tín hiệu và phát tín hiệu.

Hình 1.1: Mạng di động qua các thế hệ

Mạng di động không dây thế hệ thứ 2 (2G) được xuất hiện vào năm 1991, là thế hệ kết
nối thơng tin di động mang tính cải cách cũng như khác hồn tồn so với thế hệ đầu tiên.
Cơng nghệ này sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog của thế hệ 1G. Mạng
2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: mã hoá
dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin
nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo đó, các tín hiệu thoại khi được

download by :


4

thu nhận sẽ đuợc mã hố thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu, cho phép
nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi
phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng
lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong
thiết bị hơn…
Kế tiếp mạng di động 2G thế giới đã đột phá bằng mạng thông tin di động 3G vào
khoảng những năm đầu của thế kỷ XXI. Đây là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên
tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó. Hệ thống này cho phép người dùng di động truyền tải cả
dữ liệu thoại và dữ liệu phi thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm
thanh, video clips. Giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi mà các cuộc

bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ Euro cho các chính phủ. Bởi vì chi phí cho bản quyền
về các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại,
nên một khối lượng vốn đầu tư khổng lồ là cần thiết để xây dựng mạng 3G.
Đầu năm 2017 cả ba nhà mạng lớn tại Việt Nam đã khai thác thành công mạng di
động thế hệ thứ 4. Đây chính là mạng thơng tin di động 4G. Công nghệ này cho phép
truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 - 1,5 Gbit/s. Cách đây
khơng lâu thì một nhóm gồm 26 cơng ty trong đó có Vodafone (Anh), Siemens (Đức),
Alcatel (Pháp), NEC và DoCoMo (Nhật Bản), đã ký thỏa thuận cùng nhau phát triển một
tiêu chí cao cấp cho điện thoại di động, một thế hệ thứ 4 trong kết nối di động – đó chính
là nền tảng cho kết nối 4G. Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị
không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể
nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cũng như
cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên các hình ảnh, video clips chất lượng cao.
Hình 1.2 dưới đây dự đoán nhu cầu gia tăng dung lượng người dùng trên tồn cầu đến
năm 2022, qua hình dưới đây ta thấy dung lượng người dùng ngày càng tăng nhanh và
đến năm 2022 sẽ đạt mức gần 77 Exabytes/tháng.

download by :


5

Hình 1.2: Lưu lượng di động tồn cầu

Theo thống kê mới nhất từ GSA[17] tính đến tháng 02/2019, có 201 nhà mạng
thuộc 83 quốc gia trên thế giới đã và đang tiến hành đầu tư vào công nghệ 5G (bao gồm
thử nghiệm, kiểm thử, chứng minh công nghệ, cấp phép băng tần cho 5G hoặc triển khai
dịch vụ 5G.
Trong số đó, các nhà mạng đã cơng bố tiến hành 562 thử nghiệm, kiểm thử, chứng
minh công nghệ 5G. Các tiêu chuẩn 3GPP cho mạng 5G NR có khả năng hoạt động cùng

với các mạng LTE hiện có, sử dụng chế độ không độc lập (NSA) cho trường hợp nâng cao
di động băng thông rộng (eMBB), đã được thống nhất vào tháng 12/2017. Các tiêu chuẩn
3GPP Release 15 cho mạng 5G NR sử dụng chế độ độc lập (SA) dành cho trường hợp
eMBB đã được hoàn thành vào tháng 6/2018. Phát triển tiêu chuẩn 5G trong bản Release
16 của 3GPP hoàn thành vào tháng 12/2019 với các tiêu chuẩn hoàn thiện cho cả chế độ
NSA và SA. Vì thế, việc chính thức triển khai thương mại hóa mạng 5G của hầu hết các
nhà mạng trên thế giới đều sẽ diễn ra vào năm 2021 sau khi đã hoàn thiện các tiêu chuẩn
cần thiết cho công nghệ 5G.
Các công nghệ nổi bật sử dụng trong mạng 5G đó là sử dụng cơng nghệ bước sóng
milimet NR (mmWave New Radio) cho phép thiết bị hoạt động ở băng tần rất cao (vài
chục GHz), và công nghệ phân lớp mạng NS (Network Slicing) giúp cung cấp riêng từng
dịch vụ cụ thể cho từng phân khúc khách hàng khác nhau. Ba yếu tổ nổi bật đặc trưng cho
mạng 5G so với mạng thế hệ trước đó là tốc độ cao, độ trễ thấp và mật độ kết nối thiết bị
cực kỳ lớn. Công nghệ massive MIMO kết hợp với điều khiển búp sóng

download by :


6

(Beamforming), ghép sóng mang (Carrier Aggregation) cho phép tăng dung lượng mạng
và tốc độ dữ liệu. Tiếp theo đó, sự phát triển về backhaul, công nghệ truyền dẫn mới kết
hợp với thực hiện các xử lý tính tốn phân tán (cloud-computing và edge-computing) cho
phép giảm độ trễ E2E, tăng độ tin cậy của thiết bị. Khả năng hỗ trợ mật độ kết nối dày đặc
của 5G giúp phát triển các ứng dụng IoT, đặc biệt là IoT mạng tế bào (Cellular IoT) như
NB-IoT, LTE-M.
1.2.

Cấu trúc mạng 5G
Mạng 5G cần đáp ứng được những đòi hỏi của một xã hội di động và hoàn toàn kết

nối. Sự gia tăng của các đối tượng và thiết bị kết nối sẽ mở đường cho một loạt các dịch
vụ mới và các mơ hình kinh doanh liên quan cho phép tự động hóa trong các ngành công
nghiệp khác nhau và các thị trường dọc (ví dụ như năng lượng, sức khỏe điện tử, thành
phố thông minh, xe hơi kết nối, sản xuất công nghiệp, v.v.). Ngoài các ứng dụng tập trung
vào con người, phổ biến hơn cả là thực tế ảo và thực tế tăng cường, truyền video 4K, v.v.,
mạng 5G sẽ hỗ trợ các nhu cầu liên lạc của các ứng dụng kiểu “máy và máy” để làm cuộc
sống của chúng ta trở nên an tồn hơn và thuận tiện hơn.

Hình 1.3. Kiến trúc mạng 5G theo phân vùng và kiểu kết nối

download by :


7

Tất cả các thay đổi của các thế hệ di động cho đến nay đều được dựa trên một khái
niệm liên kết vô tuyến mới và đã cung cấp sự gia tăng tốc độ dữ liệu đỉnh khoảng hai bậc
độ lớn. Hệ thống 5G phải đáp ứng các yêu cầu về tỷ lệ tăng và năng lực cần thiết trong
những năm 2021 và các yêu cầu về độ trễ giảm. Tuy nhiên, việc tích hợp các dịch vụ và
lĩnh vực ứng dụng mới cũng quan trọng như tăng tỷ lệ và giảm độ trễ vậy. Hệ thống 5G sẽ
là môi trường khơng dây thúc đẩy Internet of Things và, ngồi phục vụ nhu cầu của con
người, 5G phải phục vụ cho các giao tiếp kiểu máy khác nhau với các yêu cầu khác nhau.
Tựu chung lại, phạm vi yêu cầu sẽ tăng lên đáng kể so với các công nghệ Mobile Broad
Band (MBB) hiện tại. Ví dụ, tốc độ dữ liệu sẽ dao động từ rất thấp đối với dữ liệu cảm
biến đến mức rất cao cho video độ nét cao. Độ trễ sẽ dao động từ cực kỳ thấp đối với các
ứng dụng quan trọng về an toàn đến các ứng dụng mà độ trễ không thực sự là một hạn
chế. Kích thước gói sẽ thay đổi từ nhỏ, ví dụ: ứng dụng dành cho điện thoại thơng minh,
cho đến kích thước lớn, ví dụ: chuyển tập tin. 5G sẽ là một hệ thống công nghệ đa truy
nhập vô tuyến, Hình 1.3, tích hợp hiệu quả các khối xây dựng cơ bản như sau:

- Băng thông rộng di động được phát triển (eMBB) sẽ cung cấp tốc độ dữ liệu cao

và truyền thông độ trễ thấp cải thiện chất lượng trải nghiệm (QoE) cho người dùng.
- Truyền thông kiểu máy số lượng lớn (MMC) sẽ cung cấp các giải pháp kết nối có

thể mở rộng và khả năng mở rộng cho hàng chục tỷ thiết bị hỗ trợ mạng, trong đó khả
năng kết nối có thể mở rộng là quan trọng đối với các hệ thống liên lạc di động và không
dây trong tương lai.
- Phương tiện cho xe cộ, thiết bị và cơ sở hạ tầng (V2X) và dịch vụ hỗ trợ lái xe yêu

cầu sự hợp tác giữa xe cộ với nhau và với môi trường của chúng (ví dụ: giữa xe và người
dùng dễ bị tổn thương trên điện thoại thông minh) để cải thiện an tồn giao thơng và hiệu
quả giao thơng trong tương lai. Các dịch vụ V2X cho mạng di chuyển (moving networks)
yêu cầu các liên kết truyền thông đáng tin cậy cho phép truyền các gói dữ liệu với độ trễ
tối đa được đảm bảo ngay cả ở tốc độ xe cao.
- Truyền thông siêu tin cậy (URC) sẽ cho phép mức độ sẵn sàng cao. Nó được yêu cầu

để cung cấp các giải pháp có thể mở rộng và tiết kiệm chi phí cho các mạng hỗ trợ các dịch
vụ có yêu cầu cao về tính khả dụng và độ tin cậy. Phân tích dịch vụ đáng tin cậy cung cấp các
cơ chế để giảm tốc độ và tăng độ trễ, thay vì bỏ các kết nối, khi số lượng người dùng

download by :


8

tăng lên, bằng cách sử dụng kiến trúc hệ thống hỗ trợ triển khai truyền thông D2D (device
to device) và mạng mật độ siêu cao (UDN).
Các thiết bị giao tiếp tự động sẽ tạo ra lưu lượng truy cập vào mạng di động với các đặc
điểm khác biệt đáng kể so với lưu lượng truy cập theo kiểu “người với người” hiện nay. Sự

cùng tồn tại của các ứng dụng kiểu “con người là trung tâm” và kiểu máy móc sẽ đề ra các
chỉ số hiệu năng (KPI) rất đa dạng và quan trọng mà các mạng 5G sẽ phải hỗ trợ. Do đó, tầm
nhìn của mạng lát cắt (network slicing) sẽ đáp ứng nhu cầu của các ngành dọc, địi hỏi phải
có các dịch vụ viễn thơng riêng biệt, bằng cách cung cấp các lát cắt mạng theo yêu cầu của
các nhà khai thác như được mô tả trong Hình 1.4. Sự cần thiết phải ánh xạ các thỏa thuận
mức đáp ứng dịch vụ cho khách hàng với các mô tả slice mạng hướng tới tài nguyên, tạo
thuận lợi cho việc khởi tạo và kích hoạt các cá thể slice, trở nên hiển nhiên. Trong quá khứ,
các nhà khai thác thực thi ánh xạ như vậy theo cách thủ công đối với một số loại dịch vụ /
slice giới hạn (chủ yếu là băng rộng di động - MBB, dịch vụ thoại và SMS). Với số lượng
yêu cầu của khách hàng tăng lên và theo đó là số lượng các slice mạng, khung điều khiển và
quản lý mạng di động do đó sẽ phải thể hiện mức tự động hóa tăng lên đáng kể để phục vụ
cho việc quản lý tồn bộ vịng đời của các slice mạng.

Hình 1.4. Kiến trúc mạng 5G theo mạng lát cắt

download by :


9

1.3.

Một số kịch bản trong mạng di động 5G

1.3.1. Những kịch trong mạng di động 5G
Mạng di động 5G hướng đến kết nối hầu như mọi thứ, vượt xa nhu cầu của con
người hiện nay, để đáp ứng các yêu cầu cho các lớp dịch vụ mới, với mức độ tin cậy và độ
trễ mới, và mang đến những khả năng mới hỗ trợ cho việc kiểm soát và khám phá để tiếp
cận với nhận thức mới về cuộc sống. Một tầm nhìn về tầm quan trọng này khơng chỉ đòi
hỏi một cách suy nghĩ mới mà còn đòi hỏi một kiểu hạ tầng mạng khác. 4G LTE ban đầu

cung cấp băng thông rộng di động tốt hơn, nhưng LTE-Advanced theo nhiều cách đã đi
theo hướng chuyển đổi tương tự như 5G.

Hình 1.5: Ba kịch bản trong mạng di động 5G [18]

Yêu cầu của các dịch vụ đã tồn tại và các dịch vụ mới khác nhau rất lớn từ nhiều
khía cạnh. Cải tiến cực đoan trong một khía cạnh thường địi hỏi sự trả giá trong một khía
cạnh khác. Nói cách khác, người ta khơng thể có được độ tin cậy cực cao và chi phí cực
thấp cùng một lúc, vì vậy 5G phải mở rộng đến mức hiệu suất phù hợp cho một dịch vụ,
nhưng giảm chi phí cho một dịch vụ khác.

download by :