Tìm hiểu về mạng 5g hệ thống thông tin vô tuyến nâng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

------------------

BÀI TẬP TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: HỆ THỐNG THÔNG TIN VƠ TUYẾN NÂNG
CAO
ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ MẠNG 5G

HÀ NỘI – 201...

Hà Nội, 07/2020

1


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.............3
1.1. Lịch sử ra đời hệ thống thông tin di động..............................................3
1.2. Phân loại hệ thống thông tin di động......................................................4
1.3. Các thế hệ mạng thông tin di động.........................................................8
1.3.1. Hệ thống thông tin thế hệ thứ nhất: 1G (First Generation)..........8
1.3.2. Hệ thống thông tin thế hệ thứ hai: 2G (Second Generation).......10
1.3.3. Hệ thống thông tin di động thứ 3: 3G (Third Generation)..........12
1.3.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4: 4G (Fourth Generation)........13
1.3.5. Hệ thống thông tin di động thứ 5: 5G (Fifth Generation)...........15
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G......................17

2.1. Kiến trúc hệ thống mạng 5G (5G Architecture)..................................17
2.2. Mạng lõi Nano.........................................................................................21
2.3. Các lớp mạng trong hệ thống 5G..........................................................25
2.4. Kỹ thuật truyền dẫn...............................................................................27
2.5. An ninh mạng trong hệ thống thông tin di động 5G...........................30
2.6. Những thách thức khi triển khai hệ thống thông tin mạng 5G..........31
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG 5G TẠI VIỆT NAM.................................33
3.1. Thực trạng mạng 5G tại Việt Nam.......................................................33
3.2. Những thách thức khi triển khai mạng 5G tại Việt Nam...................34
3.3. Khuyến nghị khi triển khai mạng 5G tại Việt Nam............................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................36

2


LỜI CẢM ƠN
Kính gửi đến thầy TS. XXX (Trung tâm Đào tạo sau Đại Học, trường Đại
học Công Nghiệp Hà Nội) lời cảm ơn chân thành sâu sắc. Cảm ơn thầy đã tận
tình hướng dẫn, chỉ dạy chúng em bộ môn “Hệ thống thông tin vô tuyến nâng
cao” trong suốt quá trình học và thực hiện bài tiểu luận này.
Chúng em xin trình bày bài tiểu luận mơn học “Hệ thống thơng tin vơ tuyến
nâng cao” với đề tài “Tìm hiểu về mạng thơng tin di dộng 5G”. Do cịn hạn chế
thời gian và kiến thức nên những nghiên cứu, tìm hiểu vẫn mang tính tổng quan,
định tính và có nhiều kiến thức mới nên khơng tránh khỏi sai sót. Chúng em rất
mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy để bài tiểu luận đạt được kết quả tốt hơn.
Hà Nội, ngày 15 tháng 07 năm 2020
Học viên thực hiện

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Lịch sử ra đời hệ thống thông tin di động
Ở cuối thế kỷ thứ 19 Marconi đã chỉ ra rằng thơng tin vơ 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 thơng 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 Phịng 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 tồn 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 trạm gốc
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 cáp điện thoại dưới đáy biển, tất cả các kết nối với nhau bởi

4


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 cơng 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 lớnvà 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 thơng tin di động tế bào số hay còn được gọi là hệ thống thông
tin di động (Mobile Systems) là hệ thống thông tinliên lạc được truy cập với
nhiều điểm khác nhau (access point or base stations) trên một vùng tế bào hay
cịn gọi là các Cell.
Cell (tế bào hay ơ): 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)
5


1.2. Phân loại hệ thống thông tin di động
1.2.1. Phân loại theo đặc tính tín hiệu:
- Analog: Thoại điều tần bằng tín hiệu analog, các tín hiệu điều khiển được số
hóa tồn bộ.
- Digital: Tín hiệu thoại, điều khiển đều được số hóa, ngồi sử dụng trong dịch
vụ thoại nó cịn có khả năng sử dụng để truyền dữ liệu,…
1.2.2. Phân loại theo cấu trúc hệ thống:
- Mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp dịch vụ trên diện rộng với khả năng lưu động
(roaming) tồn cầu (liên mạng).
- Mạng vơ tuyến viến thông không dây (CT_Cordless Telecome): cung cấp dịch
vụ trên diện hẹp, các giải pháp kỹ thuật đơn giản, khơng có khả năng roaming.
- Vành vơ tuyến địa phương (WLL_Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ
điện thoại vô tuyến với chất lương như điện thoại cố định cho một vành đai
quanh một tram gốc, khơng có khả năng roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịch
vụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố định
chưa phát triển.
1.2.3. Phân loại theo phương thức đa truy nhập
1.2.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Hình 1.1: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
- Ưu điểm:
. Thiết bị đơn giản, yêu cầu về đồng bộ không quá cao.
6

- Nhược điểm:
. Thiết bị trạm gốc cồng kềnh.
. Cần phải đảm bảo các khoảng cách bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang
chiếm nhằm mục đích phịng ngừa sự khơng hồn thiện của các bộ lọc và các bộ
dao động.
. Các máy thu đường lên hoặc đường xuống chọn sóng mang cần thiết và theo
tần số phù hợp.
1.2.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
- Ưu điểm:
. Trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy thu phát phục vụ được
nhiều người truy nhập và được phân biệt nhau về thời gian.
. Các tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.
. Giảm nhiễu giao thoa
- Nhược điểm:
. Yêu cầu về đồng bộ ngặt nghèo.
. Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn loại
máy điện thoại di động dùng kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu

7


trong MS tương tự có khả năng xử lý khơng quá 106 lệnh trong một giây, còn
trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106/s.
1.2.3.2. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
- Ưu điểm:
. Hiệu quả sử dụng phổ cao, có khả năng chuyển vùng miền và đơn giản trong

kế hoạch phân bổ tần số.
. Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thu
phát).
. Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz.
. Những kỹ thuật trải phổ trong hệ thống truy nhập này cho phép tín hiệu vơ
tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA.
- Nhược điểm:
. Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo, chênh lệch công
suất thu tại trạm gốc từ các máy di động trong một tế bào phải nhỏ hơn hoặc
bằng 1dB, trái lại thì số kênh phục vụ được.
. Kỹ thuật trải phổ phức tạp.
8


1.2.3.4. Phân loại theo phương thức song công
- Song công phân chia theo tần số (FDD_Frequecy Divition Duplex): Nó
được thu phát đồng thời ở 2 tần số khác nhau, phát 1 tần số và thu 1 tần số. Băng
tần công tác gồm 2 dải tần dành cho đường lên up-link từ MS tới BS và đường
xuống down-link từ BS tới MS. Đường lên luôn là dải tần thấp và MS có cơng
suất nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che khuất. Khi đó với giải pháp
tần thấp hơn (bước sóng lớn hơn) thì khả năng bị che khuất giảm.
- Song công phân chia theo thời gian (TDD_Time Divition Duplex): Một tần
số chia 8 khe thời gian. Khung thời gian công tác được chia đôi, 1 nửa cho
đường lên, 1 nửa cho đường xuống
1.3. Các thế hệ mạng thơng tin di động

Hình 1.4: Bảng hệ thống thơng tin di động theo thời gian

9

1.3.1. Hệ thống thông tin thế hệ thứ nhất: 1G (First Generation)

Hình 1.5: Mẫu thiết bị di động thời 1G
Hệ thống thông tin di động 1G là thế hệ không dây cơ bản đầu tiên trên thế
giới được nghiên cứu vào những năm 1970 và cho ra mắt năm 1984. Nó dựa
trên cơng nghệ vơ tuyến tương tự (UHF), dịch vụ đơn thuần là thoại. Sử dụng
phương thức đa truy nhập FDMA, các hệ thống thông tin được kết nối bằng tín
hiệu analog , sử dụng các anten thu/phát sóng gắn ngồi. Nó kết nối tín hiệu
analog này tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các
module gắn trong các máy di động, tích hợp cả thu tín hiệu và phát tín hiệu Do
vậy các thế hệ di động đầu tiên có kích thước khá to, cồng kềnh, chất lượng
đường truyền thấp và bảo mật kém.
Một chuẩn tương tự khác được giới thiệu đó là 1G. Giống như 0G, 1G sử
dụng băng tần vô tuyến UHF. Việc truyền âm thanh được thực hiện mà khơng có
sự mã hóa trên giao diện vơ tuyến. Điều này có nghĩa là bất cứ ai có một máy
quét đơn giản cũng có thể nghe được các cuộc điện đàm. Các cố gắng của nhà
chức trách nhằm ngăn chặn việc xâm nhập bất hợp pháp này đều không giải
quyết được vấn đề. Bên cạnh việc bảo vệ thông tin cá nhân, nhược điểm này của
hệ thống còn đưa đến một vấn đề khác bởi vì dữ liệu truyền được gửi đi mà
khơng mã hóa, các kỹ thuật bảo mật cịn thơ sơ dễ dàng lộ ra cho các hacker.

10


Hầu hết các cơng nghệ 1G chỉ có một dạng bảo mật, một thủ tục nhận thực
hết sức thô sơ. Thủ tục này bao gồm việc xác nhận hai số: số nhận dạng di động
MIN và số thuê bao điện tử ESN. Quá trình xác nhận này diễn ra khi một thiết bị
di động bắt đầu liên lạc với hệ thống. Đầu tiên, số đen (blacklist) sẽ được kiểm
tra xem xét thiết bị di động này có bị khóa hay không. Tiếp theo một bản tin

được gửi tới HLR để thông qua sự kết hợp của MIN và ESN. Cả hai số này được
truyền khơng mã hóa giao diện vơ tuyến. Hacker có thể nghe trộm và có thể sử
dụng các số này để tạo ra các bản sao bất hợp pháp mà với chúng các hacker có
thể nhận thực thành công dưới dạng một thuê bao khác. Vấn đề càng trở nên
trầm trọng khi nhiều nhà cung cấp thậm chí khơng nhận thực trên các máy di
động do việc thiếu hụt sự chuẩn hóa và các lý do về hiệu suất. Điều này gây nên
việc sử dụng trái phép vô cùng lớn trong các mạng di động.
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy nhập đơn giản. Tuy
nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả
dung lượng và tốc độ. Nó bao gồm những hạn chế sau;
 Phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ
 Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi
trường fading đa đường.
 Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ
tần.
 Khơng đảm bảo tính bí mật các cuộc gọi.
 Khơng tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu, làm
cho thuê bao không thể sử dụng máy di động của mình ở các nước khác.
 Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng
kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu
điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp.
1.3.2. Hệ thống thông tin thế hệ thứ hai: 2G (Second Generation)

11


Hình 1.6: Mẫu thiết bị di động thời 2G
Hệ thống thông tin di động số xử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo
thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu (tên gọi là

GSM). Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 2 đã có đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên
công nghệ số. Hệ thống 2G hấp dẫn hơn 1G bởi vì ngồi dịch vụ thoại truyền
thống, hệ thống này cịn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và
một số dịch vụ bổ sung khác.
1.3.2.1. Đặc điểm của hệ thống thông tin di động 2G
- Các dữ liệu được mã hóa theo dạng kỹ thuật số, chất lương thoại tốt hơn, dung
lương tăng.
- Có phạm vi kết nối rộng hơn thế hệ 1G.
- Có sự xuất hiện của tin nhắn dưới dạng văn bản-SMS.
Khi tín hiệu thoại được thu nhận nó sẽ mã hóa thành tín hiệu kỹ thuật số
dưới dạng nhiều mã hiệu (codecs). Nó cịn cho phép nhiều gói mã thoại được
lưu chuyển trên cùng một băng thông, cho nên nó cịn tiết kiệm được thời gian
và chi phí.
1.3.2.2. Các tiêu chuẩn của mạng thông tin di động 2G
- GSM (Global System for Mobile Communication) sử dụng phương thức
truy nhập TDMA và song công FDD. Đầu tiên được áp dụng tại Châu Âu, sau
12


đó trở thành chuẩn chung ở 6 châu lục và nó vẫn cịn đang được sử dụng với hơn
80% nhà cung cấp mạng thơng tin di động tồn cầu. GSM là cơng nghệ truyền
thơng có được tốc độ nhanh nhất từ trước đến nay.
- IS-95 hay còn gọi là CDMA One, dựa trên nền tảng kỹ thuật đa truy nhập
CDMA đã được sử dụng phổ biến tại Mỹ và một số nước Châu Á như Hàn
Quốc và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu.
- PDC (Personal Digital Cellular) dựa trên nền tảng TDMA tại Nhật Bản.
- IS-136 hay còn được gọi là D-AMPS (Digital-AMPS) dựa trên nền tảng
TDMA song công TDD. Nó là chuẩn kết nối phổ biến và được sử dụng nhiều
nhất tính đến thời điểm này, được sử dụng hầu hết ở Hoa Kỳ cũng như các nước

trên thế giới.
1.3.3. Hệ thống thông tin di động thứ 3: 3G (Third Generation)
1.3.3.1. Đặc điểm của mạng thông tin di động 3G
Hệ thống 3G giúp cho người sử dụng điện thoại di động truyền tải cả thông
tin dữ liệu thoại, thông tin đa phương tiện như tin nhắn nhanh, âm thanh, hình
ảnh, hình ảnh động… và cả thơng tin dữ liệu ngoài thoại như tải dữ liệu gửi
email, video clips, ...Mạng 3G còn cung cấp dịch vụ truyền tải dữ liệu như xem
ti vi trực tuyến, online, chat,...Thế hệ 3G sử dụng phương thức đa truy nhập
CDMA và cũng cung cấp cả hai hệ thống chuyển mạch đó là chuyển mạch gói
và chuyển mạch kênh. Mạng 3G cho phép truyền tải tốc độ dữ liệu cao, tăng
hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác.
Công nghệ mạng 3G cũng được xem như là một chuẩn IMT – 2000 của Tổ
chức Viễn thông Thế giới (ITU).
1.3.3.2. Các chuẩn thông tin di động 3G
- UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) đôi khi cịn được
gọi là 3GSM, dựa trên cơng nghệ truy nhập vô tuyến W-CDMA, dùng cả FDD
và TDD. Tốc độ dữ liệu tốt đa theo lý thuyết là 1920Kbps (đạt gần 2Mbps)
13


nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ khoảng 384Kbps thơi. Nó phù hợp với các
nhà mạng khai thác dịch vụ di dộng sử dụng GSM, phổ biến ở các nước châu Âu
và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). Hệ thống UMTS đã được tiêu
chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP và đó cũng là tổ chức chịu trách nhiệm chuẩn cho
GPRS, GSM.
- Hệ thống CDMA 2000 là thế hệ mạn kế tiếp của chuẩn 2G CDMA và IS95. Công nghệ CDMA 2000 được quản lý và chuẩn hóa bởi 3GPP2 đây là một
tổ chức độc lập, riêng biệt với 3GPP và đã có nhiều kỹ thuật cơng nghệ truyền
thông khác nhau được sử dụng trong CDMA 2000 bao gồm 1xRTT (Radio
Transmission Technology, CDMA2000-1xEV-DO (Evolution-Data Optimized)
và CDMA2000-1xEV-DV (Evolution-Data Voice). Công nghệ CDMA 2000 cho

phép cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s, chuẩn này đã được
tổ chức ITU phê duyệt.
- HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): Tăng tốc độ download (từ
BS tới MS) tốc độ tối đa theo lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng mà trên thực tế nó
chỉ đạt khoảng tầm 1,8Mbps.
- HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): Giúp tăng tốc độ upload và
cải tiến được chất lượng dịch vụ QoS. Nó cho phép upload lên đến tốc độ
5,8Mbps theo lý thuyết.
1.3.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4: 4G (Fourth Generation)
Là thế hệ truyền thông không dây thứ 4, cho phép truyền tải với tốc độ tối đa
trong điều kiện lý tưởng lên tới 1~1.5 Gbps. Chuẩn giao tiếp 4G có thể truyền và
tải lên hình ảnh động chất lượng cao, cho phép truyền các ứng dụng phương tiện
truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các ứng dụng mạnh mẽ cho mạng
không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.
Thế hệ thứ 4 dùng kỹ thuật truyền tải phân chia theo tần số trực giao
(OFDM).
14


Hình 1.7: Hệ thống phân chia theo tần số trực giao - OFDM
Kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập
(từ vài chục cho đến vài nghìn tần số). Tổng đài chuyển mạch 4G chỉ dùng
chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu.
4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem như IMT tiên tiến (IMT
Advanced) được định nghĩa bởi ITU-R. Tốc độ đề ra là 100 Mbps cho thuê bao
di chuyển cao và 1 Mbps cho th bao ít di chuyển, băng thơng linh động đến
40Mhz. Sử dụng hoàn toàn trên nền IP; cung cấp các dịch vụ như thoại IP, truy
cập internet băng thơng rộng, các dịch vụ game và dịng HDTV đa phương tiện,
…
LTE có tốc độ upload lên đến 100 Mbps và tốc độ download 50 Mbps đối

với băng thông 20Mhz và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng.
Di động WiWAX (IEEE 802.16e-2005) là chuẩn truy cập không dây băng
rộng (MWBA) cũng được xem là 4G với tốc độ download 120 Mbps và tốc độ
Upload 56 Mbps với độ rộng băng thông hơn 20Mhz.
UMB (Ultra Mobile Broadband) được các tổ chức viễn thông của Nhật Bản,
Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent,
Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA. UMB
có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25Mhz đến 20Mhz và làm việc ở
15


nhiều dải tần số, tốc độ download 288 Mbps và upload 75 Mbps với độ rộng
băng tần sử dụng là 20Mhz.
Yêu cầu kỹ thuật của 4G bao gồm cả chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP
và một kênh có với băng thơng có khả năng mở rộng lên đến 40Mhz.
4G sử dụng công nghệ mạng như: UTMS, OFDM, SDR, TD-SCDMA,
MIMO, WIMAX.
* Ưu điểm và nhược điểm của mạng 4G:
Ưu điểm:
- Hệ thống quang phổ hiệu quả
- Dung lượng mạng cao
- Tỷ lệ chuyển giao dữ liệu lớn
- Dịch vụ chất lượng cao
- Bảo mật và tính cá nhân cao
Nhược điểm:
- Tốn chi phí hơn cho người sử dụng do tuổi thọ pin kém và bộ vi xử lý
của thiết bị phải thay đổi thường xuyên.
- Kết nối chỉ giới hạn trong thành phố lớn hoặc khu đô thị.
1.3.5. Hệ thống thông tin di động thứ 5: 5G (Fifth Generation)
Tháng 2 năm 2013, ba tổ chức của Trung Quốc là: Bộ Công nghiệp và Công

nghệ thông tin MIIT, Ủy ban phát triển và cải cách quốc gia NDRC và Bộ khoa
học và công nghệ MOST đã cùng nhau hợp tác thành lập nhóm “IMT-2020 (5G)
Promotion” dựa trên nền tảng của nóm “IMT-Advanced Promotion” nhằm
hướng đến xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5 (5G).
Theo IMT 2020, hệ thống 5G phải đáp ứng được các tiêu chí sau:
- Tốc độ cao hơn hệ thống hiện tại từ 10 đến100 lần
16


- Độ trễ gần như bằng 0.
- Đáp ứng phục vụ được số lượng lớn thiết bị (hàng triệu thiết bị/km2).
- Đáp ứng được thông lượng cao hơn, khoảng vài chục Tbps/km2.
- Đảm bảo kết nối liên tục với các thiết bị di chuyển cực nhanh.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ lên từ 5 đến 15 lần.
- Giảm chi phí tiêu hao trên mỗi bít dữ liệu khoảng 100 lần.
Các kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống thông tin di động 5G:
Công nghệ truyền dẫn không dây:
-

Massive MIMO.
Đa truy nhập: NOMA, BDMA,…
Nâng cao kỹ thuật đa sóng mang: FBMC, UBMC,…
Kỹ thuật điều chế và mã hóa tiên tiến: WAN, tiền mã hóa,…

Cơng nghệ mạng khơng dây:
- Mạng truy cập vô tuyến đám mây C-RAN.
- Mạng di động MN.
- Mạng truyền thông D2D.

17

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
2.1. Kiến trúc hệ thống mạng 5G (5G Architecture)
Năm 2012, Ủy ban Châu Âu (European Commission) đã chi 50 triệu Euro
để đầu tư vào nghiên cứu triển khai hệ thống thông tin di động 5G vào năm
2020. Dự án nổi bật nhất được đề xuất là METIS (Mobile and wireless
communications Enablers for Twenty-twenty (2020) Information Society) với
mục tiêu là xây dựng nền tảng cho một hệ thống thông tin di động và không dây
trong tương lai
Theo dự án METIS, hệ thống 5G được xây dựng dựa trên kiến trúc Mạng
truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN (Cloud Radio Access Network). Kiến trúc
hệ thống 5G vẫn sử dụng phủ sóng phân chia theo các Cell, bao gồm các trạm
gốc (BS) được trang bị Anten Massive MIMO để quản lý các MacroCell, trong
các MacroCell được phân chia ra nhiều Cell nhỏ được quản lý thơng qua các
Node mạng. Bên cạnh đó hệ thống mạng 5G cịn phát triển một số cơng nghệ
mới như Mạng di chuyển MN (Moving Network), Truyền thông D2D (Device to
Device Communication),…

18


Hình 2.1: Kiến trúc hệ thống thơng tin di động 5G

2.1.1. Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN
C-RAN là một kiến trúc mạng truy cập vô tuyến được xây dựng dựa trên
điện toán đám mây để hỗ trợ cho mạng 2G, 3G, 4G và các chuẩn truyền thông
không dây khác trong tương lai.
Kiến trúc mạng truy cập vô tuyến được xây dựng dựa trên các trạm thu phát
gốc BTS (Base Tranceiver Station). Mỗi trạm BTS sẽ quản lý một khu vực nhỏ,

và một nhóm BTS sẽ đảm bảo phủ sóng liên tục trong một khu vực. Các nhà
cung cấp mạng đã tái sử dụng các tần số giữa các BTS khác nhau vì vậy gây ra
hiện tượng can nhiễu giữa các Cell lân cận. Ngoài ra kiến trúc BTS cịn có các
nhược điểm như
- Việc xây dựng và vận hành các trạm BTS khá tốn kém.
19


- Khó nâng cao dung lượng hệ thống.
- Khả năng xử lý của mỗi BTS không thể chia sẻ cho các BTS khác.
Hệ thống BTS trong C-RAN là sự áp dụng những kỹ thuật tiên tiến trong hệ
thống thông tin không dây, thông tin quang và công nghệ thông tin như: sử dụng
Anten thông minh mới, các công nghệ điều chế, ghép kênh đạt hiệu quả cso, sử
dụng sóng minimet trong q trình truyền dẫn…BTS trong C-RAN cịn tận dụng
được nền tảng mở và cơng nghệ ảo hóa thời gian thực của điện toán đám mây để
đạt được khả năng phân bổ tài nguyên một cách linh động hỗ trợ không nhỏ cho
các nhà cung cấp, các môi trường đa cơng nghệ.
2.1.2. Mạng di chuyển MN (Moving Network)
Tương lai có một số lượng lớn truy cập đến từ các phương tiện di chuyển
như (ơ tơ, xe bus, tàu lửa,…) vì vậy giải pháp đề ra là triển khai một hoặc một
vài điểm chuyển tiếp di động MRN (Moving Relay Node) trên các phương tiện
đi lại để hình thành một Cell di động riêng của phương tiện đó, gọi là mạng di
chuyển MN.
Bằng việc sử dụng anten thích hợp, một MRN có thể làm giảm hoặc loại bỏ
được suy hao xuyên qua xe cộ là ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình giao tiếp của
hệ thống. Hơn nữa, các điểm MRN cũng khai thác tốt các công nghệ anten thông
minh cũng như phương thức xử lý tín hiệu tiên tiến khác nhau.
Các MNR cũng được sử dụng để phục vụ người dùng bên ngồi phương tiện
di chuyển. Vì vậy phương tiện di chuyển và hệ thống giao thơng sẽ đóng một vai
trị quan trọng trong mạng di động khơng dây trong tương lai.

Tuy nhiên, việc triển khai các mạng MRN cũng gặp khơng ít khó khăn như
phải có hệ thống đường trục hiệu quả, yêu cầu công nghệ và phân bố tài nguyên
và quản lý can thiệp phức tạp, phải có phương thức quản lý di động thích hợp.

20


Hình 2.2: Mạng di chuyển MN
2.1.3. Mạng truyền thơng D2D (Device to Device Communication)
Mạng UDN (Ultra-Dense Network) không chỉ xuất hiện khi mà số lượng
người sử dụng mạng thông tin tăng lên, các liên kết ngắn lại mà còn xuất hiện
khi quá nhiều cấu trúc liên kết được phát triển. Mạng UDN cho khả năng cung
cấp dung lượng nhiều hơn trong những khu vực có số lượng lớn người sử dụng
truy nhập mạng và nhưng nơi mà mất mát thông tin do bị hấp thụ bởi chướng
ngại vật. Sự ra đời của UDN làm giảm đi vai trò của hệ thống Cell truyền thống,
các thiết bị cầm tay trong các khu vực lân cận nhau có thể giao tiếp với nhau
thơng qua truyền thơng D2D (Device to Device Communication).

Hình 2.3: Mơ hình mạng UDN
21


Truyền thông D2D là một cách rất hiệu quả để nâng cao dung lượng hệ
thống và hiệu quả phổ vì các thiết bị có thể trực tiếp giao tiếp với nhau bằng
cách chia sẻ nguồn tài nguyên tần số của mạng. Bên cạnh đó, các DUE (D2D
UE – thiết bị người sử dụng dùng truyền thơng D2D) có thể thực hiện quá
trình chuyển tiếp truyền dẫn để tạo ra liên kết truyền thông nhiều bước
(multi-hop). Khả năng này đã cho phép cải thiện và mở rộng phạm vi bao phủ
của truyền thơng D2D. Lợi ích đạt được của truyền thơng D2D phụ thuộc vào
số lượng các cặp DUE sẵn sàng cho các trường hợp ứng dụng khác nhau.

Để có thể đưa truyền thông D2D vào trong mạng 5G, cần phải giải quyết
được các vấn đề sau:
Phát hiện trực tiếp (Direct Discovery): Thiết bị người sử dụng cần phải xác
định được những thiết bị hàng xóm trước khu thực hiện truyền thông.
Quản lý can thiệp: Việc chia sẻ tài nguyên trong D2D cũng gây ra sự can
thiệp giữa các UE với nhau. Quản lý can thiệp hoạt động ở 3 chế độ: chế độ tái
sử dụng, chế độ trưng dụng và chế độ Cell.
Truyền thông trực tiếp: Làm thế nào để có thể tận dụng được một cách linh
hoạt và triệt để nguồn tài nguyên tần số trong hệ thống 5G để thiết kế được liên
kết truyền thông trực tiếp D2D vẫn là một vấn đề cần quan tâm.
2.2. Mạng lõi Nano
Mạng lõi Nano được định nghĩa một cách đơn giản là sự hội tụ của 3 công nghệ:
- Công nghệ Nano.
- Điện toán đám mây.
- Mạng All IP (AIPN).

22


Hình 2.4: Mạng lõi Nano trong hệ thống 5G
2.2.1. Cơng nghệ Nano
Các tiêu chuẩn của công nghệ Nano được giới thiệu bởi Nori Taniguchi tại
Hội nghị Quốc tế về kỹ thuật sản xuất Tokyo vào năm 1974. Công nghệ Nano là
việc ứng dụng kỹ thuật Nano để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống
trên đơn vị diện tích được tính bằng nanomet (từ 0.1 ~ 100 nm). Lĩnh vực này
cịn được biết đến với cái tên Cơng nghệ Nano phân tử MNT (Molecular Nano
Technology).
Các cấu trúc Nano có tiềm năng ứng dụng làm thành phần chủ chốt trong
những dụng cụ thơng tin kỹ thuật có những chức năng mà trước kia chưa có.
Nhờ vào kích thước nhỏ, những cấu trúc Nano có thể đóng gói chặt lại và do

đó làm tăng tỉ trọng gói (Parking Density) làm cho tốc độ xử lý dữ liệu và khả
năng chứa thông tin gia tăng.
a) Thiết bị Nano
Những chiếc điện thoại được sử dụng trong hệ thống 5G lõi Nano được gọi
là thiết bị Nano (NE – Nano Equipment).
Đặc điểm:
- Ngồn năng lượng tự nhiên: Năng lượng mặt trời, nước, khơng khí.
- Khả năng cảm biến môi trường.
23


- Thiết bị dễ uốn dẻo, linh động, khó bị phá vỡ.
- Trong suốt, có khả năng nhìn xun qua được
- Dễ dàng làm sạch bề mặt.
b) Cảm biến Nano
Là bất kỳ loại cảm biến nào (sinh học, hóa học,…) cung cấp khả nằn truyền
tải những thông tin cảm biến ở quy mô nano đến với thế giới vĩ mô. Được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực như Giao thông vận tải, thông tin liên lạc, xây dựng, y
tế, bảo hiểm, an ninh quốc gia,…
Các ứng dụng của cảm biến Nano:
- Cảm biến vật lý: đo đạc các đặc tính riêng của hầu hết các phân tử sinh học
- Cảm biến hóa học: cảm biến khí gas dựa trên ống Nano,…
- Cảm biến sinh học: xác định DNA bằng việc sử dụng hạt nano được mã hóa.
c) Cơng nghệ Nano trong mạng lõi Nano
Hiện nay công nghệ Nano được ứng dụng trong việc chế tạo DSP. Hơn nữa,
công nghệ Nano sẽ mở đầu cho giai đoạn DSP được thiết kế có khả năng tăng
tốc độ cũng như hiệu suất làm việc của tồn hệ thống.
d) Tính tốn lượng tử
e) Mở rộng khả năng lưu trữ
f) Nâng cao cơ chế bảo mật

2.2.2. Cơng nghệ điện tốn đám mây
Điện tốn đám mây (Cloud Computing), cịn được gọi là điện tốn máy chủ
ảo, là mơ hình điện tốn sử dụng các cơng nghệ máy tính và phát triển dựa vào
mạng Internet nhằm cung cấp dữ liệu và các ứng dụng cho người sử dụng.
Mô hình điện tốn đám mây đem lại những lợi ích cơ bản sau:
24


- Sử dụng các tài ngun tính tốn động: Các tài nguyên được cấp phát cho
doanh nghiệp đúng như những gì doanh nghiệp muốn một cách tức thời.

Hình 2.5: Điện tốn đám mây
- Giảm chi phí: Doanh nghiệp sẽ có khả năng cắt giảm chi phí để mua bán,
cài đặt và bảo trì tài nguyên.
- Giảm độ phức tạp trong cơ cấu doanh nghiệp: Giảm chi phí lắp đặt, vận
hành và bảo trì máy chủ, đơn giản hóa q trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo
chất lượng.
- Tăng khả năng sử dụng tài ngun tính tốn
2.2.3. Mạng All IP (AIPN)
Mạng All IP được phát triển từ hệ thống 3GPP nhằm đáp ứng nhu cầu ngày
càng tăng của thị trường viễn thông. Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng đối với
những ứng dụng thời gian thực trên hệ thống mạng di động băng thông rộng, các
nhà cung cấp mạng không dây dần chuyển qua sử dụng kiến trúc mạng IP phẳng
Các ưu điểm của kiến trúc mạng IP phẳng:
- Chi phí thấp hơn.
25