ĐỒ án tốt NGHIỆP hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5 và sự vượt trội của 5g về trạm HAPS

GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)

Page | 1


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện )
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

Hà Nội, ngày......tháng......năm 20..
Giảng viên phản biện
(ký, ghi rõ họ tên)

Page | 2

GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã tìm hiểu, bổ sung và học hỏi được
thêm nhiều kiến thức đó là một cơ hội rất thiết thực và bổ ích để em có thể cọ xát với
thực tế,làm quen với môi trường làm việc, từ đó có mục tiêu, kế hoạch rõ ràng cho công
việc tương lai.
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã tham khảo ý kiến giáo viên
hướng dẫn, tìm hiểu tài liệu . Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi
những sai sót, rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô và các bạn để báo
cáo thực tập được hoàn thiện hơn.
Qua đây, em xin gửi tới lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.S Trần Vũ Kiên và
các giảng viên khoa Điện Tử Viễn Thông - trường đại học Điện Lực đã trực tiếp hỗ trợ,
tận tình hướng dẫn, bổ sung kiến thức mà bản thân em còn thiếu và giúp đỡ em trong suốt
quá trình em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp.
Trong quá trình thực nghiên cứu đồ án tốt nghiệp khó có thể tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô. Một lần nữa em xin chân
thành cảm ơn các thầy cô !

Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2017
Sinh viên thực hiện
(ký, ghi rõ họ tên)

Phạm Văn Thành
Page | 3


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

MỤC LỤC
NHẬN XÉT ......................................................................................................................... 1
NHẬN XÉT ......................................................................................................................... 2
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................... 6
DANH MỤC VIẾT TẮT..................................................................................................... 7
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ........................ 11
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................................... 11

1.2.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ..... 13

1.3.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................... 17

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G ................................................. 18
2.1.

GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................................... 18

2.1.1.

Khái niệm về hệ thống di động thứ 5 ............................................................ 18

2.1.2.

Bối cảnh của hệ thống thông tin di động 5G ................................................. 18

2.2.

NỀN TẢNG CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G ................................................... 20

2.3. KIẾN TRÚC GIẢ ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G – THE
NANOCORE.................................................................................................................. 22
2.3.1.

Flatter IP network .......................................................................................... 22

2.3.2.

Hệ thống Aggregator ..................................................................................... 23

2.3.3.

Công nghệ trong hệ thống di động 5G .......................................................... 24

2.3.4.

Cấu trúc mạng 5G giả định ........................................................................... 27

2.4.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................... 32

CHƯƠNG 3 : SỰ VƯỢT TRỘI CỦA 5G VỀ TRẠM HAPS .......................................... 33
3.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 33

3.2.

TRẠM HAPS ....................................................................................................... 35

3.2.1.

Mô hình trạm HAPS...................................................................................... 35

3.2.2.

Hệ Thống kiến trúc mạng HAPS .................................................................. 37

3.2.3.

Phân bố dải tần của HAPS ............................................................................ 38
Page | 4


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

3.2.4.

Vùng phủ của HAPS ..................................................................................... 39

3.2.5.

Ưu điểm trạm HAPS so với trạm mặt đất và vệ tinh .................................... 41

3.3.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................... 42

KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 44

Page | 5


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Cấu trúc mạng tế bào......................................................................................... 13
Hình 2. 1 Nền tảng của hệ thống di động 5G .................................................................... 20
Hình 2. 2 Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore.................................................................. 22
Hình 2. 3 Điện toán đám mây ........................................................................................... 24
Hình 2. 4 All-IP Network .................................................................................................. 25
Hình 2. 5 Cấu trúc của máy thu phát của UE .................................................................... 27
Hình 2. 6 Cấu trúc của công nghệ đa lõi cấu hình lại ....................................................... 29
Hình 2. 7 Cấu trúc mạng 5G giả định ............................................................................... 30

Hình 3. 1 Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 2020 ................................ 33
Hình 3. 2 Mô hình trạm HAPS.......................................................................................... 35
Hình 3. 3 Mô hình trạm HAPS trong tương lai................................................................. 36
Hình 3. 4 Kiến trúc của HAPS .......................................................................................... 38
Hình 3. 5 Phạm vi phủ sóng cho một hệ thống dựa trên HAPS........................................ 40

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 6


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

DANH MỤC VIẾT TẮT
--------------------o0o--------------------

Ký hiệu

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

1G

First Generation

Thế hệ thứ nhất

2G

Second Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third Generation

Thế hệ thứ 3

4G

Fourth Generation

Thế hệ thứ 4

5G

Fifth Generation

Thế hệ thứ 5

BS

Base Station

Trạm gốc

MS

Mobile Station

Trạm di động

BTS

Base Transceiver Stations

Trạm thu phát gốc

DCMCS

Digital Cellular Mobile

Hệ thống thông tin di động tế bào

Communication Systems

số

CT

Cordless Telecome

Vô tuyến viễn thông không dây

WLL

Wireless Local Loop

Vành vô tuyến địa phương

FDMA

Frequency Divition Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

TDMA

Time Divition Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

CDMA

Code Divition Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

FDD

Frequecy Divition Duplex

Song công phân chia theo tần số.

TDD

Time Divition Duplex

Song công phân chia theo thời
gian

TACS

Total Access Communications

Hệ thống tổng truy nhập thông tin

System
AMPS

Advanced Mobile Phone System

Hệ thống điện thoại di động nâng
cao

GSM

Global System for Mobile

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hệ thống toàn cầu cho truyền
Page 7

GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

Communication

thông di động

High-Speed Downlink Packet

Truy cập gói đường xuống tốc độ

Access

cao

HSUPA

High-Speed Uplink Packet Access

Truy cập gói đường lên tốc độ cao

QoS

Quality of Service

Chất lượng của dịch vụ

AMC

Adaptation and Modulation Coding

Điều chế và mã hóa thích ứng

OFDM

Orthogonal frequency-division

Ghép kênh phân chia tần số trực

multiplexing

giao

Orthogonal Frequency Division

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia

Multiple Access

theo tần số trực giao

MMS

Multimedia Messaging Service

Tin nhắn đa phương tiện

FDM

Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh theo tần số

LTE

Long Term Evolution

Công nghệ LTE

ITU

International Telecommunication

Tổ chức Liên minh Viễn thông

Union

Quốc tế

UAP

Universal Access Point

Nhiều điểm truy nhập chung

RAP

Radio Access Point

Điểm truy nhập vô tuyến

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao không đối

HSDPA

OFDMA

xứng
DVB

Digital Video Broadcasting

Truyền hình kỹ thuật số

WLAN

Wireless Local Area Network

Mạng nội bộ không dây

PSTN

Public Switching Telephone

Mạng điện thoại chuyển mạch

Network

công cộng

3GPP

3rd Generation Partnership Project

Dự án đối tác thế hệ thứ 3

IEEE

Institute of Electrical and Electronic Viện kỹ sư điện và điện tử
Engineers

STE

Space – Time Encoder

Bộ mã hóa không gian thời gian

STD

Space – Time Decoder

Bộ giải mã hóa không gian thời

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 8


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

gian
V-BLAST

Vertical Bell labs layered space –

Ghép kênh không gian

time
MIMO

Multiple Input Multiple Output

Hệ thống thông tin đa đầu vào và
đa đầu ra

INS

Initial Network Selection

Lựa chọn mạng ban đầu

WWWW

World Wide Wireless Web

Web không dây trên toàn thế giới

BSS

Base Station Systems

Hệ thống trạm gốc

MSC

Mobile Switching Centre

Tổng đài thông tin di động

AUC

Authentication Centre

Trung tâm nhận thực

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi số nhận diện thiết bị

VLR

Visistor Location Register

Bộ ghi định vị tạm trú

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

S-GW

Serving Gateway

Cổng dịch vụ

S-GW

Packet Data Network Gateway

Cổng mạng dữ liệu gói

EPS

Evolved Packet Switched System

Hệ thống chuyển mạch gói

BSC

Base Station Controller

Đài điều khiển trạm gốc

ISDN

Intergrated Service Digital Network

Mạng tích hợp số đa dịch vụ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 9


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

LỜI MỞ ĐẦU
Các công nghệ giao tiếp không dây ngày nay gần như không thể thiếu trong
cuộc sống thường nhật, sự ra đời của nó đã thay đổi cách liên lạc, làm việc và giải
trí truyền thống của con người. Qua thời gian các thế hệ di động sau ra đời theo chu
kì 10 năm bắt đầu từ những năm 1990. Con người có thể nói chuyện với nhau hoặc

gửi các tin nhắn text bằng sóng vô tuyến với tần số và băng thông thấp. Các thế hệ
di động không dây tiếp theo như 2G( WAP), 3G (GPRS) hay 4G (LTE) sử dụng các
công nghệ truyền tin ngày càng nhanh hơn, WAP, CDMA2000, GPRS, Long term
Evolution-LTE, WiMax (IEEE 802.16). Thực tế nhu cầu sử dụng các dịch vụ thiết
bị đầu cuối hiện nay ngày càng đa dạng và gia tăng, năng lực truyền tải dữ liệu
cũng được nâng cao hơn để đáp ứng nhu cầu người sử dụng. Các yêu cầu này
hướng đến một công nghệ giao tiếp di động mới trong tương lai, thế hệ truyền
thông di động thứ năm (5G). Do vậy em chọn đề tài " Hệ Thống Thông Tin Di
Động Thế Hệ Thứ 5 và Sự Vượt Trội Của 5G về Trạm HAPS "
Nội dung đề tài gồm các chương sau:
Chương I : Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Chương II : Hệ thống thông tin di động 5G
ChươngIII: Sự vượt trội của 5G về công nghệ về trạm HAPS
Do một vài yếu tố khách quan và chủ quan nên đồ án còn có những hạn chế. Em rất
mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các bạn để đồ án của em
được hoàn thiện hơn nữa.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 10


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG

Thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện, vừa liên lạc vừa di
chuyển được. Các dịch vụ của điện thoại di động xuất hiện, các hệ thống điện thoại di
động đầu tiên này chưa tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay. Ở
cuối thế kỷ thứ 19 Marconi đã chỉ ra rằng thông tin vô tuyến có thể liên lạc trên cự ly
xa, máy phát và máy thu có khả năng liên lạc di động với nhau. Nhưng thời đó người ta
liên lạc chủ yếu bằng điện báo Morse.
-

Trong những năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây là một trong những
hệ thống phát triển nhanh nhất của các thông tin liên lạc thời xưa. Nó sử dụng các
dịch vụ băng thông rộng của di động. Các khái niệm về hệ thống di động được phát
triển bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm AT & T Bell để giải quyết các
vấn đề công suất các hệ thống thông tin di động đầu. Trái ngược với các thông tin
di động: Đầu tiên hệ thống, mà chỉ có một trạm trung tâm (BS) bao phủ toàn bộ
vùng phủ sóng khu vực, hệ thống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào các tế bào
không chồng chéo nhau và hoạt động với BS riêng của mình. Bằng cách khai thác
một thực tế rằng sức mạnh của một tín hiệu truyền với khoảng cách, cùng một tần
số tương tự có thể được tái sử dụng trong tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu
liên cell nặng.như một hệ quả, khả năng làm tăng đáng kể việc sử dụng gói của phổ
tần số.

-

Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ đã bắt đầu triển khai mạng vô tuyến truyền
thanh đầu tiên. Do là mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên nên các máy di động tốn
nguồn và khá cồng kềnh được đặt trên ô tô để liên lạc về 1 trạmgốc BS ở trung
tâm. Chất lượng liên lạc lại cực kỳ kém do đặc điểm địa hình truyền sóng di động
rất phức tạp mà các máy chỉ gồm 10 đèn điện tử thực hiện các chức năng tối thiểu.
Hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình thành mạng PSTN ( Public

Switching Telephone Network) song suốt thời gian dài vô tuyến di động không phát
triển do hạn chế về công nghệ. Mạng PSTN bao gồm đường dây điện thoại, cáp
quang, truyền dẫn vi ba liên kết, các mạng di động, vệ tinh thông tin liên lạc, và dây

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 11


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

cáp điện thoại dưới đáy biển, tất cả các kết nối với nhau bởi các trung tâm chuyển
mạch, do đó cho phép hầu hết các máy điện thoại để liên lạc với nhau. Ban đầu là
một mạng lưới các đường dây cố định tương tự hệ thống thoại. Mạng PSTN hiện
nay gần như hoàn toàn kỹ thuật số trong của mạng lõi và bao gồm điện thoại di
động và các mạng khác, cũng như điện thoại cố định.
-

Trong năm 1947 Bell Labs đã cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tế bào:
Các máy đi động được tự do và chuyển vùng từ vùng tế bào này sang vùng tế bào
khác. Các tế bào được thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng ( là vùng địa lý được
cung cấp dịch vụ di động), kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch tổng đài đi
động và được bố trí tại trung tâm vùng. Những người sử dụng di động có thể di
chuyển được trong vùng phủ sóng của các trạm gốc (Base station). Nhưng ý tưởng
của Bell Labs đã không được sử dụng do hạn chế về mặt công nghệ.

-

Năm 1979 thì mạng di động tế bào đầu tiên đã được đưa vào sử dụng ở Mỹ và phát
triển rất nhanh do doanh thu thu lớn và tính thuận tiện trong việc sử dụng. Mạng đi
động tế bào được ra đời nhờ các tiến bộ kỹ thuật về: Có các hệ thống chuyển mạch
tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lương cao. Sử dụng kỹ thuật vi mạch :
VLSI ra đời ( Very Large Scale Integrated Circuit) nó có thể tích hợp các linh kiện
từ hàng trăm ngàn đến 106 transistor trong 1 máy điện thoại di động. Do vậy có thể
giải quyết được những khó khăn trong việc truyền sóng di động.

Hệ thống thông tin di động tế bào số hay còn được gọi là hệ thống thông tin di động
(Mobile Systems) là hệ thống thông tin liên lạc được truy cập với nhiều điểm khác
nhau (access point or base stations) trên một vùng tế bào hay còn gọi là các Cell. Cell
(tế bào hay ô): là đơn vị cơ sở của mạng mà tại đó trạm MS ( trạm di động) tiến hành
việc trao đổi các thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc BTS (Base
Transceiver Stations)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 12


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

Hình 1. 1 Cấu trúc mạng tế bào

1.2.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Công nghệ truyền thông không dây thực sự được biết đến khi thế hệ truyền thông
không dây đầu tiên ra đời.
Thế hệ thứ nhất (1G) là bước tiến từ giao tiếp có dây (0G), các cuộc gọi thoại bằng
tín hiệu tương tự đã được truyền đi bằng sóng vô tuyến. Việc thay thế tín hiệu tương tự
bằng tín hiệu số và truyền dữ liệu bên cạnh truyền âm thanh đã giúp thế hệ truyền
thông thứ hai ra đời (2G). 2G mang lại một thế giới khác trong lĩnh vực thông tin di
động sử dụng nền tảng Hệ Thống Truyền Thông Di Động Toàn Cầu- Global System
for Mobile communication (GSM), 2G là nền tảng phát triển cho các thế hệ sau này,
minh chứng là thế hệ thứ (3G), băng thông rộng hơn, tốc độ truyền cao hơn và khả
năng kết nối tốt hơn bằng kết nối CDMA (Code Division Multiple Access). Thế hệ
truyền thông thứ tư (4G) phát triển dựa trên 3.5 G và là thế hệ di động tốt nhất ở thời
điểm hiện tại, cung cấp tốc độ truy cập Internet lên tới 1Gbps được kết nối bằng công
nghệ đa truy nhập phân tần trực giao Orthogonal Frequency Division Multiple
Access(OFDMA) , đảm bảm đường truyền video luôn sẵ sàng dáp ứng thời gian thực
mọi lúc mọi nơi.
Thế hệ truyền thông thứ 5 (5G) chắc chắn sẽ là thế hệ di động tiếp theo mà các tổ
chức các quốc gia trên toàn cầu đang nghiên cứu, với mọi tính năng siêu việt như tốc
độ đường truyền cao nhất, luôn có sẵn, và ở đâu cũng có nó sẽ thay đổi hoàn toàn
tương lai công nghệ toàn cầu vào đầu thập thấp kỉ 20 của thế kỉ thứ 21.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 13


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

a. Công Nghệ Thế Hệ Truyền Thông Thứ Nhất (1G)
Thế hệ thứ nhất được đưa vào để sử dụng truyền giọng nói vào năm những năm

1980 với băng thông từ 824- 894Mhz, tốc độ truyền vào khoảng 2,4Kbps và truyền
tín hiệu tương tự bằng công nghệ Dịch vụ di động nâng cao(Advance Mobile Phone
Service) AMPS, sử dụng kĩ thuật Đa kết nối phân chia tần số- Frequency Division
for Multiple Access (FDMA) . Nhược điểm của thế hệ thứ nhất là không bảo mật vì
tín hiệu được lặp lại qua các trạm, và không thể truyền được khoảng cách xa.

b. Công Nghệ Thế Hệ Truyền Thông Thứ Hai (2G)
Thế hệ truyền thông thứ hai được khai thác vào những năm 1990 thay thế việc
truyền tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và hệ thống số có bổ sung thêm một số
tính năng như gửi thư điện tử và tin nhắn kí tự trên nền tảng GSM [3] và được hơn
2 tỉ người của 212 quốc gia sử dụng. Băng thông cho công nghệ này là 8501900Mhz, tốc độ truyền tối đa là 64Kbps, với các chuẩn công nghệ GSM(2G),
General Packet Radio Service (GPRS- 2,5G) và Enhanced Data rates for GSM
Evolution (EDGE- 2,75G). Chuyển mạch mạng điện tử và chuyển mạch gói trên hạ
tầng Public Switched Telephone Network (PSTN) .

c. Công Nghệ Thế Hệ Truyền Thông Thứ Ba (3G)
Dịch vụ 3G hay được biết đến với tên IMT-2000 (International Mobile
Telecommunication-2000). 3G cung cấp dịch vụ internet tốc độ cao thông qua dịch
vụ Internet Protocol (IP). Chức năng chính của 3G là cung cấp nền tảng truy cập
internet không dây, đa phương tiện, thư điện tử và hội nghị điện tử. Chuẩn 3G
Wireless-CDMA (WCDMA) được thiết kế cho giao diện chuyển mạch gói không
dây. Vì vậy, máy tính và điện thoại có thể chia sẻ kết nối internet với nhau mọi lúc
mọi nơi. Hệ thống 3G có tốc độ truyền dữ liệu lên đến 2-Mbps thông qua kênh
truyền có băng thông rộng 5-Mhz. Các chuẩn sử dụng cho 3G là W-CDMA, GSM
EDGE, UMTS, DECT, WiMax và CDMA 2000.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 14

GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

d. Công Nghệ Thế Hệ Truyền Thông Thứ Tư (4G)
4G là thế hệ mạng tổ hợp được các tính năng của 2G và 3G, hoạt động dựa trên nền
IP (All-IP Network) hứa hẹn cung cấp các dịch vụ IP bảo mật hơn,truyền dữ liệu đa
luồng, và kết nối tốc độ Gigabit, các công nghệ tiền thân của 4G như Wi-Max
(Mỹ), Wifi, LTE với băng thông rộng hơn và nhiều dịch vụ hơn dịch vụ 3G. Một số
thuật ngữ dịch vụ mới trên 4G như Chât lượng kết nối dịch vụ không dây (QoS),
Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện- Multimedia Messaging Service (MMS), video
chat, truyền hình dành cho di động,Truyền hình phân giải cao và Digital Video
Broad-casting (DVB) đang được thi công trong hệ thống mạng 4G
e. Công Nghệ Thế Hệ Truyền Thông Thứ Năm (5G)
5G là cái tên được sử dụng trong một số bài báo nghiên cứu và các dự án để nói về
một thế hệ truyền thông tiếp theo dựa trên nền tảng của công nghệ truyền thông
hiện tại 4G. 5G được giới chuyên gia dự đoán sẽ đi vào thực tề vào khoảng đầu
những năm 2020. 5G chưa được sử dụng một cách chính thức bơi bất kì tổ chức
chuyên trách nào hay những tài liệu chính thức nào như các khái niệm Wimax,
3GPP, LTE . Các nghiên cứu đang được thúc đẩy để đảm bào 5G ra mắt đúng thời
hạn.
Khả năng truyền tải mong muốn của mạng 5G lên đến hàng Giabit mỗi giây, nhanh
hơn 200 lần so với mạng 4G, Gbps ở mọi nơi. 5G bao gồm các dịch vụ thu phát video
trực tuyến, cuộc gọi IP phong phú bao gồm cả những cuộc gọi 3D, tốc độ truy cập
internet không ngờ cùng với khả năng phát triển phần cứng của các thiết bị đầu cuối,
có thể sử dụng điện thoại thông minh thay cho laptop hay các thiết bị điều khiển. Khái
niệm Internet of Thing đã được hình thành và là khía cạnh chủ yếu khai thác 5G trong
đó có Giao thông thông minh và ô tô tự hành; nhà thông minh và thiết bị thực tế áo, các
sản phẩm chăm sóc sức khỏe, tất cả các yếu tố trên được điều khiển bởi một trung tâm

điều khiển đám mây duy nhất và hợp nhất.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 15


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

Công nghệ

1G

2G

3G

4G

5G

Năm ra đời

1970-1980

1990-2004

2004-2010

2010-2020

2020

Dải Tần Số

824-894Mhz

1.8-2.5Ghz

2-8Ghz

3-300Ghz

144kbps-

100Mbps-

2Mbps

1Gbps

Tốc độ

Tín hiệu
Chuẩn
IEEE

2.4Kbps

8401900Mhz

64Kbps

công nghệ

mạch

10Gbps

Số

Số

Số

Số

802.11

802.11b

802.11g/a

802.11n

802.11ac

APMS,TACS GPRS,

LTE/ LTE
UMTS/HSPA nâng cao,

Mạch điện
Mạch điện tử

tử, Gói dữ
liệu

WWWW

Wimax, Wifi

EDGE

Chuyển

muốn

Tương tự

GSM based,
Chuẩn

Tốc độ mong

Gói dữ liệu
(không cho

Tất cả các

Tất cả các

giao tiếp

gói tin

gói tin

Internet

Internet

Khả năng

Khả năng kết

kết nối dữ

nối thông tin

liệu năng

cao, các thiết

động, các

bị đeo được

thiết bị có

và trí tuệ

không khí)

Mạng lõi
(Core

PSTN

PSTN

Gói N/W

Network)
Thoại kĩ
thuật số, tin
Dịch vụ

Gọi thoại

nhắn kí tự,
sức chứa dữ
liệu gói tin
cao hơn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tích hợp với

dịch vụ thoại,
video và dữ
liệu chất
lượng cao

thể đeo được nhân tạo.
Page 16


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

1.3.

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương 1 : “Tổng quan về hệ thống thông tin di động” thì chương này đã đề
cập đến nhiều vấn đề về lịch sử phát triển, quá trình hình thành của hệ thống thông tin
di động từ 1G đến 5G với các công nghệ đa truy cập mà người ta áp dụng của các thế
hệ trước. Từ đó giúp em hiểu thêm, nắm bắt những vấn đề cơ bản, cốt lõi trọng tâm
nhất mà một phần nào đó nó làm tiền đề để còn áp dụng cho các hệ thống sau này.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 17


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
2.1.

GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1. Khái niệm về hệ thống di động thứ 5
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 (IoT), 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 mạng lưới (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. Tần số giao tiếp của điện thoại hiện nay ở dưới mức 3 GHz nhưng mạng
5G sẽ yêu cầu những băng tần cao hơn. Mạng 5G được tung ra vào năm 2020 để đáp
ứng nhu cầu kinh doanh và người tiêu dùng.
2.1.2. Bối cảnh của hệ thống thông tin di động 5G
Kể từ khi hệ thống 1G được Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần đầu tiên vào

năm 1981, cứ khoảng 10 năm lại xuất hiện một thế hệ điện thoại di động mới. Các hệ
thống 2G đầu tiên bắt đầu tung ra vào năm 1991, các hệ thống 3G đầu tiên xuất hiện
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 18


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

lần đầu vào năm 2001 và hệ thống 4G hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn "IMT nâng
cao" đã được chuẩn hóa vào năm 2012. Sự phát triển các hệ thống tiêu chuẩn của các
mạng 2G (GSM) và 3G (IMT-2000 và UMTS) mất khoảng 10 năm kể từ khi các dự án
R & D chính thức bắt đầu, và quá trình phát triển hệ thống 4G đã được bắt đầu từ năm
2001 hoặc 2002.
Các công nghệ làm tiền đề cho một thế hệ mới thường được giới thiệu trên thị
trường từ một vài năm trước đó, ví dụ như hệ thống CdmaOne/IS95 tại Mỹ vào năm
1995 được xem là tiền đề cho 3G, hệ thống Mobile WiMAX ở Hàn Quốc năm 2006
được xem là tiền đề cho 4G, và hệ thống thử nghiệm đầu tiên cho LTE là ở
Scandinavia năm 2009. Từ tháng 4 năm 2008, Machine-to-Machine Intelligence
(M2Mi) Corp - một tổ hợp trong NASA Research Park - dưới sự lãnh đạo của Geoff
Brown - bắt đầu phát triển công nghệ thông tin liên lạc 5G
Các thế hệ điện thoại di động thường dựa trên các yêu cầu đối với các tiêu chuẩn di
động không-tương-thích-ngược dưới đây - theo ITU-R, như IMT-2000 cho 3G và
IMT-Advanced cho 4G. Song song với sự phát triển của các thế hệ điện thoại di động
của ITU-R, IEEE và các cơ quan tiêu chuẩn hóa khác cũng phát triển các công nghệ
truyền thông không dây, thường cho tốc độ dữ liệu cao hơn và tần số cao hơn, nhưng
phạm vi truyền ngắn hơn. Các tiêu chuẩn gigabit IEEE đầu tiên là IEEE 802.11ac, đưa
vào thương mại từ năm 2013, và gần như lập tức được tiếp nối bởi tiêu chuẩn đa

gigabit khác là WiGig hay IEEE 802.11ad.
Trong báo cáo Ericsson Mobility Report được công bố tháng 6/2014, Ericsson dự
đoán tới năm 2019, tỷ lệ thuê bao 4G LTE ở Bắc Mỹ sẽ chiếm tới 85% và đây có thể sẽ
là một trong những khu vực đầu tiên ứng dụng 5G. Nhật Bản và Hàn Quốc dự kiến
cũng sẽ là những quốc gia sớm triển khai 5G vì NTT DOCOMO và SK Telecom cũng
đang rất quan tâm đến công nghệ này.
Seizo Onoe, Phó chủ tịch điều hành kiêm Giám đốc kỹ thuật của NTT DOCOMO
tin rằng: "5G hứa hẹn mang tới những tính năng quan trọng hỗ trợ ứng dụng, mang lại

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 19


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

lợi ích cho người dùng và ngành công nghiệp. Thành công của Ericsson đã chứng tỏ
tiềm năng thực tế của công nghệ truy cập vô tuyến 5G ở ngay giai đoạn đầu tiên".
Theo Sathya Atreyam, chuyên gia của IDC, hiện chưa có chuẩn chính thức cho 5G,
nhưng 5G đã đạt một bước tiến vượt bậc từ tầm nhìn công nghệ trở thành một yếu tố
quan trọng trong chiến lược phát triển mạng lưới và kinh doanh của các nhà khai thác
viễn thông. Với tốc độ nhanh hơn, giảm độ trễ và hiệu suất hoạt động cao hơn ở các
khu vực mật độ cao, 5G mang đến những trải nghiệm tiên tiến hơn cho người dùng,
đồng thời thúc đẩy sự phát triển các ứng dụng M2M phục vụ người tiêu dùng.

2.2.

NỀN TẢNG CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G

Hình 2. 1 Nền tảng của hệ thống di động 5G

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 20


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

Mạng Intertnet di động thế hệ thứ năm được mong đợi sẽ là một nền tảng World
Wide Wireless Web (wwww) hoàn hảo để kết nối mọi nơi trên trái đất. Một thế giới kết
nối không dây thực sự, nơi chúng ta có thể truy cập Internet xuyên suốt mà không gặp
phải các rào cản, giới hạn nào về mặt không gian và thời gian.
Về bản chất, mạng 5G vẫn phát triển dựa trên nền tảng của 4G nhưng ở mức độ
cao hơn. Mạng 5G sẽ hỗ trợ LAS-CDMA (Large Area Synchronized Code Division
Multiple Access), UWB (Ultra Wideband), Network-LMDS (Local Multipoint
Distribution Service), Ipv6 và BDMA (Beam Division Multiple Access).
Với sự hỗ trợ đa dạng các nền tảng, người dùng có thể kết nối cùng lúc với
nhiều thiết bị qua mạng không dây và dễ dàng chuyển đổi qua lại một cách nhanh
chóng mà không gặp phải bất kỳ trở ngại nào. Các thiết bị này có thể sử dụng các mạng
di động khác nhau như 2,5G, 3G, 4G hoặc 5G, Wi-Fi, WPAN hoặc bất kỳ công nghệ
truy cập nào khác xuất hiện trong tương lai.
Như đề cập trên, thời đại IoT (Internet of Things) đang dần ảnh hưởng đến cuộc
sống của con người. Các thiết bị như đồng hồ thông minh, vòng đeo tay theo theo dõi
sức khỏe, thiết bị cảm biến trên xe hơi, kính thông minh cho đến các cảm biến giám sát
24/7... là những thiết bị đòi hỏi tính tương tác cao thông qua Internet để kết nối được
duy trì liên tục, liền mạch và truyền tải một khối lượng lớn dữ liệu.

Lưu ý là mạng 5G vẫn trong giai đoạn phát triển nên có rất nhiều đề xuất và
tranh luận về lộ trình cũng như cách thức hoạt động của nó. Tuy nhiên, chắc chắn một
điều là không giống các tiêu chuẩn truyền thông không dây trước đây, thế hệ mạng mới
này buộc phải giải quyết các vấn đề thách thức liên quan đến công nghệ nhiều hơn.
Nếu 4G tập trung vào việc cải thiện khả năng và tốc độ kết nối thì 5G sẽ bao gồm tất cả
các điều đó và bổ sung thêm nhân tố rất quan trọng là trí thông minh.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 21


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

2.3.

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

KIẾN TRÚC GIẢ ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G –
THE NANOCORE

Hình 2. 2 Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore
2.3.1. 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.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 22


GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

-

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

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.

2.3.2. 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 lượng 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 sẽ
được 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.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 23

GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

2.3.3. Công nghệ trong hệ thống di động 5G
2.3.3.1.

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 2. 3 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 trọng của mạng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 24

GVHD : TRẦN VŨ KIÊN

SVTT: PHẠM VĂN THÀNH

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) : 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.

-

Nền tảng (Platform) : 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 .

-

Cơ sở hạ tầng (Infrastructure) : 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.

2.3.3.2.

All IP Network.

Hình 2. 4 All-IP Network
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Page 25