Đồ án: Tổng quan mạng 5g và mạng mật độ siêu cao

LỜI NĨI ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Việc phát triển tiếp nối các kỉ ngun cơng nghệ nói chung
và các thế hệ mạng viễn thơng nói riêng đã và đang hiện thực
hóa các giấc mơ và hứa hẹn đem tới diện mạo hoàn toàn mới
cho cuộc sống của nhân loại. Câu chuyện của 5G cũng khơng
nằm ngồi lẽ thường đó. Trong những năm gần đây, với sự phổ
biến ngày càng tăng của thiết bị thông minh, cuộc sống hàng
ngày của chúng ta đã và đang xoay quanh các dịch vụ Internet
di động. Tương lai của 5G sẽ là sự bùng nổ của lưu lượng dữ liệu
trên mạng truyền thông di động. Sẽ rất khó để đáp ứng yêu cầu
dung lượng của 5G thông qua việc tăng hiệu suất phổ hay sử
dụng các phổ tần khác như các thế hệ mạng trước đó đã làm.
Khái niệm mạng mật độ siêu cao (Ultra-dense network – UDN)
ra đời để đáp ứng các kịch bản sử dụng trong tòa văn phòng,
khu căn hộ, sân vận động hay tàu điện ngầm, nơi có mật độ
thiết bị di động tăng đột biến.
Vì những lý do trên mà em đã chọn đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu mạng mật độ siêu cao trong hệ thống thông
tin di động 5G”.
II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng của đề tài là tìm hiểu nắm bắt được tổng quan về hệ thống
thông tin di động 5G, mạng mật độ siêu cao trong mạng 5G.
III. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết thơng qua việc đọc giáo trình của các trường có
cùng chuyên ngành học, sách, báo, tài liệu tham khảo trong và ngoài nước để


tóm tắt được nội dung chính cần có của đồ án sau đó triển khai chi tiết từng vấn
đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đồ án.
IV. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về hệ thống thông
tin di động 5G và mạng mật độ siêu cao trong 5G.
V. Kết cấu của đề tài:
Chương 1. Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động
Chương 2. Hệ thống thông tin di động 5G
Chương 3. Mạng mật độ siêu cao trong hệ thống thông tin di động 5G
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị ThanhVân


DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT

TỪ ĐẦY ĐỦ

TIẾNG VIỆT

2G

Second Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third Generation

Thế hệ thứ 3

4G

Four Generation

Thế hệ thứ 4

5G

Five Generation

Thế hệ thứ 5
Tổ chức chuẩn hóa các cơng

3GPP

Third Generation
Partnership Project

nghệ mạng thơng tin di động tế
bào

5G Infrastructure Public
5GPPP
AP
API

Private Partnership
Access Point

Application
Programming

Hợp tác công tư hạ tầng 5G
Điểm truy cập
Giao diện lập trình ứng dụng

Interface
AuC
BDMA

AuthenticationCenter
Beaforming Division
Multi
Access

Trung tâm nhận thực
Đa truy nhâp phân chia theo
chùm

BS

Border Gateway
Protocol
Base Station

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CR

Cognitive radio

Nhận thức vô tuyến

CS

Circuit Switched

Chuyển mạch kênh

DoS

Denial of Service
enhanced Self‐
Organising
Networks

Từ chối dịch vụ

BGP

eSON

Giao thức cổng biên
Trạm gốc

Tăng cường mạng tự tổ chức


FP

Frequence Division
Duplex
Framework Programme

FSPL

Free Space Path Loss

FDD

GGSN
GMSC
GPRS
GPT
GSM
HARQ
HeNB
HetNets
HLR
HSDPA
H-SON
HSPA
HSUPA
IEEE
IMT-2000

IoT

Gateway GPRS Support
Node
Gateway MSC
General Packet Radio
Services
GPRS Tunneling
Protocol
Global System for
Mobile
Communications
Hybrid Automatic
Repeatre
Quest
Home eNodeB
Heterogeneous
Networks
Home Location
Register
High-Speed Downlink
PacketData Access
Hybrid SON
High Speed PacketA
ccess
High Speed Uplink
PacketData Access
Institute of Electrical
and
Electronics Engineers

International Mobile
Telecommunications2000
Internet of Things

Song cơng phân chia theo tần số
Chương trình cơ cấu
Suy hao truyền dẫn không gian
tự do
Nút hỗ trợ GPRS cổng
Cổng MSC
Dịch vụ vơ tuyến gói chung
Giao thức đường hầm GPRS
Hệ thống thơng tin di động tồn
cầu
u cầu phát lại tự động linh
hoạt
eNode B thường trú
Mạng không đồng nhất
Bộ ghi định vị thường trú
Truy nhập dữ liệu gói hướng
xuống tốc độ cao
SON lai
Truy nhập gói tốc độ cao
Truy nhập dữ liệu gói hướng
lên tốc độ cao
Viện cơng nghệ điện và điện tử
Viễn thông di động quốc tế
2000
Mạng của mọi vật

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPv6

Phiên bản IP6

LAN

IP version 6
International
Telecommunication
Union
IP
MultimediaSubsystem
Local Area Network

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

M2M

Máy tới máy

MN

Machine to machine
Mobility Robustness
Optimisation
Mobile Access
Gateways
Metropolitan Area
Network
Mobile Cloud
Computing
Mobile Equipment
Multi Input
MultiOutput
Mobile Node

MSC

Mobile Switch Center

MS

Mobile Station

ITU
IMS

MAG
MAGs

MAN
MCC
ME
MIMO

MSR
MTC
MU-MIMO
NFV
NOMA
OFDM

Liên hiệp viễn thông quốc tế
Phân hệ đa phương tiện IP
Mạng máy tính nội bộ

Tối ưu mạnh mẽ tính di động
Cổng truy cập di động
Mạng đơ thị
Cơng nghệ điện tốn đám mây
Thiết bị di động
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
Nút di động
Trung tâm chuyển mạch di
động
Trạm di động

Multi Standard Radio
Vô tuyến đa chuẩn
Machine Type

Truyền thông kiểu máy
Communication
Multi- User Multi Input
Multi
Đa người dùng đa ngõ vào đa ngõ ra
Output
Network Functions
Mạng chức năng ảo hóa
Virtualization
Non-Orthogonal
Đa truy nhập phi trực giao
Multiple Access
Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số trực
Division Multiple
giao


OFDMA
OSS
PMIPv6
PS
QAM
RNC
RRU
SCMA
SDN
SU-MIMO
TDD
UE

Orthogonal Frequency
Division Multiple
Access
Operational support
systems
Proxy Mobile IPv6

Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
Hệ thống hỗ trợ hoạt động
Cổng di động IPv6

Packet Switches
Chuyển mạch gói
Quadrature Amplitude
Điều chế biên độ vng góc
Modulation
Radio
Điều khiển mạng vơ tuyến
NetworkController
Remote Radio Unit
Đơn vị vơ tuyến từ xa
Sparse Code Multiple
Đa truy nhập theo mã thưa
Access
Software Defined
Định nghĩa bằng phần mềm
Network
Single User Multi Input
Đơn người dùng đa ngõ vào đa ngõ

Multi
ra
Output
Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian

Thanh ghi định vị tạm trú

VoIP

User Equiment
Visitor Location
Register
Voice over IP

V-SON

Virtual SON

SON ảo

WAN

Wide Area Network
Wideband Code
Division Multiple
Access
Wireless Local Area
Network

Mạng diện rộng

VLR

WCDMA
WLAN

Thiết bị người dùng

Thoại qua IP

Đa truy nhập phân chia theo mã
Mạng cục bộ không dây


Mục lục
CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG.....................5
1.1. Giới thiệu chương...................................................................................5
1.2. Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin di động...................................5
1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất...................................5
1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2........................................6
1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3........................................9
1.2.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4......................................12
1.2.5. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5......................................14
1.3. So sánh các loại hệ thống thông tin di động 2G, 3G, 4G, 5G.............18
1.3.1. Mạng Di Động 2G..........................................................................19
1.3.2. Mạng Di Động 3G..........................................................................20
1.3.3. Mạng Di Động 4G..........................................................................21
1.3.4. Mạng Di Động 5G..........................................................................21
1.4. Kết luận chương....................................................................................23
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G...............................24

2.1. Giới thiệu chương.................................................................................24
2.2. Kiến trúc mạng 5G................................................................................24
2.2.1. Các yêu cầu chính cho hệ thống....................................................24
2.2.2. Kiến trúc tổng thể..........................................................................28
2.2.3. Các công nghệ cho phép................................................................34
2.3. Các kỹ thuật và công nghệ sử dụng trong mạng 5G...........................36
2.3.1. Trải nghiệm người dùng thực tế và xử lý nội dung 5G...............36
2.3.2. Xử lý hiệu quả và truyền tải đa phương tiện...............................38
2.3.3. Mạng toàn cầu dựa trên nền tảng đám mây................................39
2.3.4. Mạng thơng minh và tối ưu hóa mạng dựa trên những phân tích
40
2.3.5. Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh.............................................42
2.3.6. Hoạt động nâng cao cho Multi-cell...............................................43
2.3.7. Cell nhỏ, siêu dày đặc....................................................................45
2.3.8. Băng tần rộng RF & chùm tia 3D.................................................46
2.3.9. Nâng cao IoT và dạng sóng mới....................................................48
2.4. Kết luận chương....................................................................................50


CHƯƠNG 3: MẠNG MẬT ĐỘ SIÊU CAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG 5G.............................................................................................51
3.1. Giới thiệu chương.................................................................................51
3.2. Khái niệm mạng mật độ siêu cao (UDN).............................................52
3.3. Thách thức và định hướng về kiến trúc mạng....................................53
3.3.1. Thách thức và định hướng về kiến trúc mạng............................53
3.3.2. Thách thức và định hướng quản lý tính di động.........................55
3.3.3. Thách thức và định hướng quản lý nhiễu....................................55
3.3.4. Thách thức và định hướng về tính linh hoạt của hệ thống mạng
56
3.4. Các kiến trúc mạng được đề xuất cho UDN........................................57

3.4.1. Nguyên lý chung.............................................................................57
3.4.2. Kiến trúc GPP HeNB.....................................................................58
3.4.3. Kiến trúc tăng cường Small Cell..................................................59
3.4.4. Kiến trúc UDN của METIS...........................................................60
3.4.5. Kiến trúc người dùng trung tâm cho UDN..................................62
3.5. Định hướng nghiên cứu.......................................................................63
3.5.1. Mạng linh hoạt...............................................................................63
3.5.2. Hạ tầng mạng trục.........................................................................64
3.5.3. Phối hợp nhiều kĩ thuật truy nhập vô tuyến................................66
3.5.4. Quản lý tính di động......................................................................67
3.5.5. Quản lý nhiễu.................................................................................68
3.5.6. Quản lý tài nguyên vô tuyến..........................................................69
3.6. Kết luận chương....................................................................................71


1

CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG
THƠNG TIN DI ĐỘNG
1.1.Giới thiệu chương
Từ khi ra đời cho đến nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công
nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất. Để đáp ứng các nhu cầu về chất
lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động không ngừng được cải
tiến. Đến nay, thông tindi động đã trải qua nhiều thế hệ, từ thế hệ di động đầu
tiên 1G đến thế hệ di động tiên tiến 5G với nhiều hứa hẹn mang đến một kỉ
nguyên mới chongành công nghiệp di động trên thế giới. Chương này trình bày
khái quát về về các đặc tính chung của các thế hệ di động và giới thiệu tổng
quan về 5G.
1.2.Tiến trình phát triển hệ thống thông tin di động
Các hệ thống thông tin di động tiền 5G

Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về
thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di
động sau này. Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm
tại ST Louis, bangMissouri của Mỹ.
Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn
đến lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di
động đã cả thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được.
Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được
các vùng phủ sóng riêng lẻ thành cơng, đã giải được bài tốn khó về dung
lượng.
Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được
các vùng phủ sóng riêng lẻ thành cơng, đã giải được bài tốn khó về dung
lượng.
1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
a) Lịch sử phát triển:


2

Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín
hiệu tương tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được
khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất
này có thể kể đến là: NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước
Bắc Âu, Tây Âu và Nga. Cũng có một số công nghệ khác như AMPS
(Advanced Mobile Phone Sytem hệthống điện thoại di động tiên tiến) được sử
dụng ở Mỹ và Úc, TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao
tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C- 45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và
Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp, và RTMI ở Italia.
b) Đặc điểm công nghệ:
Hầu hết các hệ thống này là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu

chủ yếu là âm thanh. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ
ba. Một số chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex,
DataTac. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc
gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém,
khơng có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu
sử dụng.
Hệ thống 1G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số
FDMA. Trong phương pháp đa truy nhập này, độ rộng băng tần cấp phát cho hệ
thống B MHz được chia thành n băng con, mỗi băng con được ấn định cho một
kênh riêng có độrộng băng tần là B/n MHz. Trongkỹ thuật đa truy nhập này các
máy vô tuyến đầu cuối phát liên tục một số sóng mang đồng thời trên các tần số
khác nhau. Cần đảm bảo cá khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm
để phịng ngừa sự khơng hồn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động. Máy thu
đường xuống hoặc đường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp.
FDMA là phương pháp đa truy nhập mà trong đó mỗi kênh được cấp phát một
tần số cố định. Để đảm bảo tốt tần số phải được phân chia và quy hoạch thống
nhất trên toàn thế giới. Để đảm bảo song cơng tín hiệu phát thu của một máy
thuê bao phải hoặc được phát ở hai tần số khác nhau hay ở một tần số nhưng


3

khoảng thời gian phát thu khác nhau. Phương pháp thứ nhất được gọi là ghép
song công theo tần số FDMA/FDD cịn phương pháp thứ hai được gọi là ghép
song cơng theo thời gian FDMA/TDD.
1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2
a) Lịch sử phát triển:
Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPTEuropean Conference of Postal and Telecommunications ad minstrations) thành
lập 1 nhóm nghiên cứu, GSM–Group Speciale Mobile, mục đích phát triển
chuẩn mới về thông tin di động ở Châu Âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản

ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991.
Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI-European
Telecommunication Standards Institute) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi
nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European.
Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA -1G, 2G - là kết hợp FDMA và TDMA.
Tất cảcác chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được định hướng
thương mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS,
HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000). Trong đó khoảng 60% số
mạng hiện tại là theo chuẩn của châu Âu.
b) Đặc điểm công nghệ:
Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dải tần cơ bản từ 890 đến
960MHz. Băng tần được chia làm 2 phần:
Đường lên: 890 - 915MHz
Đường xuống: 935 – 960 MHz
Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz,
khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số
riên biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2
tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian
TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và
mạng GSM.


4

Tần số đường lên: fUL(n) = 890 MHz + (0.2MHz) * n.
Tần số đường xuống: fDL(n) = fUL(n) + 45MHz với 1 ≤ n ≤ 124.
2G sử dụng các phương pháp đa truy nhập chính:
Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple
Access).
Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple

Access).
Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các máy
đầu cuối vô tuyến phát không liên tục trong thời gian TB. Sự truyền dẫn này
được gọi là cụm. Sự phát đi một cụm được đưa vào một cấu trúc thời gian dài
hơn được gọi là chu kì khung, tất cả các máy đầu cuối vô tuyến phải phát theo
cấu trúc này. Mỗi sóng mang thể hiện một cụm sẽ chiếm tồn bộ độ rộng của
kênh vơ tuyến được mang bởi tần số f. Khi sử dụng cặp tần số song công cho
TDMA được gọi là đa truy nhập phân chia theo thời gian với ghép song công
theo tần số TDMA/FDD. Trong phương pháp này đường lên bao gồm các tín
hiệu đa truy nhập theo thời gian được phát đi từ các máy đầu cuối tới trạm gốc,
còn ở đường xuống là tín hiệu ghép theo thời gian được phát đi từ trạm gốc cho
cac máy đầu cuối. Để có thể phân bố tần số thơng minh hơn, phương pháp
TDMA/TDD được sử dụng. Trong phương pháp này cả hai đường lên và đường
xuống đều sử dụng chung một tần số, tuy nhiên để phân chia đường phát và
đường thu các khe thời gian phát và thu được phát đi ở các khoảng thời gian
khác nhau.
Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access)
CDMA là phương pháp đa truy nhập theo mã. Trong khi TDMA phân
chia sự truy cập kênh truyền theo thời gian và FDMA phân chia sự truy cập theo
tần số, trong các hệ thống CDMA các thuê bao di động có thể truy cập đồng thời
trên cùng một dải tần và được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các
tín hiệu của các thuê bao di động khác nhau sẽ được mã hóa bằng các mã ngẫu
nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và hát đi trên cùng một dải tần chung và


5

chỉ được giải mã duy nhất ở thiết bị thuê bao di động với mã ngẫu nhiên tương
ứng. Đây là phương thức đa truy nhập mới, phương thức này dựa trên nguyên lý
trải phổ. Tồn tại ba phương pháp trải phổ: trải phổ chuỗi trực tiếp DS, trải phổ

theo nhảy tần FH và trải phổ theo nhảy thời gian TH.
Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng
tần. Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các
tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông
tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có
thể chiếm cùng kênh vơ tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ
gây nhiễu lẫn nhau.
Kênh vơ tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong tồn mạng, và những kênh
này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN.
Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng
thơng rất rộng, gọi là tín hiệu trải phổ. Tín hiệu trải phổ là một chuỗi mã giả
ngẫu nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các người
dùng trong một hệ thống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được
phát đồng thời. Mỗi người dùng có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và
các từ mã này được xem là trực giao với các từ mã khác. Tại máy thu, sẽ có một
từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương
quan với nó. Tất cả các mã khác được xem là nhiễu. Để khôi phục lại tín hiệu
thơng tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát. Mỗi thuê bao vận hành
một cách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác.
c) Những ưu nhược điểm của 2G so với 1G:
Các cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số.
Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị.
Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động -khởi
đầu là tin nhắn SMS.
1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
a) Lịch sửa phát triển:


6

Các mạng 3G đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểm của các
mạng 2G và 2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và khơng tương thích giữa các công
nghệ như TDMA và CDMA giữa các nước. Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn
IMT-200 (International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với
các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.
Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...).
Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ...).
Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...).
Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích tồn cầu
giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy
cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps,
nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất
khó, vì vậy chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng
thông kết nối này, cịn khi đi bộ băng thơng sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng
ô tô sẽ là 144Kb/s.
Theo đặc tả của ITU một cơng nghệ tồn cầu sẽ được sử dụng trong mọi
hệ thống IMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G
trên tồn thế giới.
Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạo: UMTS (WCDMA) và CDMA2000.
UMTS (W-CDMA): UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên
công nghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai
các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh
Châu Âu và được quản lý bởi 3GPP (third Generation Partnership Project), tổ
chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở
băng thơng 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo
giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.

7

CDMA2000: Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự
tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2.
CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi
3GPP của UMTS.Hệ thống CDMA2000 khơng có khả năng tương thích với các
hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.
b) Đặc điểm công nghệ:
Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ một lượng lớn các
kháchhàng trong việc truyền tải âm thanh và dữ liệu – đặc biệt là ở các vùng đơ
thị - với tốcđộ cao hơn và chi phí thấp hơn mạng 2G.
3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép
việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kb/s trong mạng di động và 2 Mb/s trong hệ
thống tĩnh. Người dùng hy vọng mạng 3G sẽ được phát triển hiệu quả hơn nữa,
để các khách hàng của các mạng 3G khác nhau trên tồn cầu có thể kết nối với
nhau.
Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, không
giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như
triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa là
tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có
thể được phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ cơng nghệ truyền
dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua
ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.UMTS sử dụng WCDMA như chuẩn phát vơ tuyến.
Nó có băng thơng kênh là5 MHz, có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc
nó có thể mang dữ liệu tới2Mb/s.
Tần số cấp phát: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA. Trong đó tần
số cấp phát cho UMTS tập trung vào 2 băng: đường lên 1885 - 2025 MHz và
đường xuống 2110 – 2200 MHz.
c) Ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM
Tiêu chuẩn thống nhất tồn cầu cho các loại hình thơng tin vơ tuyến.

Có khả năng truyền tải đa phương tiện.


8

Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là
2Mb/s.
Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn.
Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN.
Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với
GSM.
CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin.
Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với
GSM.
d) Thế hệ 3.5G
3.5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên cơng nghệ hiện có của
3G. Cơng nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package
Access). Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt cơng nghệ, được phát triển
trên cơ sở của hệ thống 3G WCDMA.
HSDPA cho phép tải dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc
độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của
một điện thoại thông thường.HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và
khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA được thiết kế
cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối
email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ
liệu), và dịch vụ Streaming.
1.2.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4
a) Lịch sửa phát triển:
Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải
quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần đó là:

Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thơng và tốc độ dữ liệu để thoả mãn
nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, và các dịch vụ khác với
nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) và băng thông khác nhau.
Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.


9

Mặc dù được hứa hẹn khả năng chuyển vùng toàn cầu, nhưng do tồn tại những
chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong việc chuyển vùng
(roamming) giữa các môi trường dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác
nhau.
Thiếu cơ chế chuyển tải “seamless” (liền mạch) giữa đầu cuối với đầu cuối khi
mở rộng mạng con di động với mạng cố định.
Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu tạo
ra một mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ
thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng đa phương tiện tại
mọi lúc mọi nơi, mạng di động thế hệ thứ tư 4G đã được đề xuất nghiên cứu và
bước đầu đưa vào triển khai ở một vài nước trên thế giới kể cả Việt Nam.
b) Đặc điểm công nghệ:
Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng
thơng rộng hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián
đoạn, và đặc biệt cung cấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng.
Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ
mạng công cộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến
mạng cá nhân và các mạng adhoc. Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với
các hệ thống 2G và 3G cũng như các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác.
Thêm vào đó, mạng 4G sẽ là mạng Internet di động dựa trên IP hoàn toàn.
Hệ thống 4G hoạt động trên nền tảng công nghệ với tên gọi Long Term
Evolution (LTE). LTE là công nghệ kế thừa WCDMA do 3GPP phát triển và

cung cấp. 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit
thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và
băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng
kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.Các mục tiêu của LTE bao gồm:
Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: tải xuống: 100 Mb/s, tải lên:
50Mb/s.


10

Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1MHz so với
mạng HSDPA Rel. 6: tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; tải lên: gấp 2 đến 3 lần.
Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt
động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao
di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần).
Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít
trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì khơng hạn chế
Độ dài băng thơng linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6
MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.
Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc khơng.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng,
trong đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số
trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output – nhiều đầu
vào nhiều đầu ra). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP
network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD.
1.2.5. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5
Thời điểm hiện tại, mạng 4G mới bắt đầu được đưa vào sử dụng, nhưng
đến năm 2020, các nhà phân tích cho rằng, sẽ liên tục xảy ra tình trạng quá tải
thông tin. Nguyên nhân, cho dù sự tăng vọt về doanh số bán hàng của các loại
điện thoại thông minh (smartphone) và máy tính bảng (tablet) đồng nghĩa với

khối lượng dữ liệu ngày càng lớn. Sau đây là một số thống kê mới nhất về lĩnh
vực viễn thông được trích từ trang web statista.com (một chuyên trang thống kê)
và Cục viễn thông Việt Nam để thấy sự tăng trưởng mạnh mẽ của lĩnh vực viễn
thông.
Số lượng người dùng smartphone trên tồn thế giới từ 2014 đến 2020 (tính bằng
tỷ):


11

Hình 1.1: Số lượng người dùng smartphone trên tồn thế giới từ 2014 đến 2020
(tính bằng tỷ).
Các lơ hàng điện thoại thơng minh tồn cầu dự báo từ năm 2010 đến năm
2021 (triệu đơn vị):

Hình 1.2: Các lơ hàng điện thoại thơng minh tồn cầu dự báo từ
năm 2010 đến năm 2021 (triệu đơn vị).


12

Tổng băng thông kết nối Internet trong nước Việt Nam năm 2017 (Mbps):

Hình 1.3: Tổng băng thơng kết nối internet trong nước năm 2017 (Mbps).
Tổng băng thông kết nối internet Việt Nam đi quốc tế năm 2017 (Mbps):

Hình 1.4: Tổng băng thông kết nối internet quốc tế năm 2017 (Mbps).
Trên đây là một số thống kê tiêu biểu cho thị trường viễn thơng tính đến
năm 2017 và một số dự đoán cho các năm tiếp theo.

13

Có thể nhận ra rằng ngay từ khi mạng Viettel và các mạng khác triển khai
hoàn tất mạng 4G hồi tháng 4 năm 2017 tại Việt Nam thì lượng dữ liệu đi quốc
tế phát sinh ra rất lớn. Trong khi đó lượng người sử dụng và lượng thiết bị
smartphone (chưa kể các thiết bị khác) vẫn tăng một cách đều đặn.
Như vậy, khi thiết bị người dùng (UE) phát triển đều như hiện tại mà dữ liệu
ngày càng phát sinh ra càng nhiều, đến một lúc nào đó sẽ bị quá tải, khi đó
người dùng sẽ có xu hướng chọn lưu trữ điện toán đám mây để lưu trữ các tập
tin. Nếu tập tin có dung lượng lớn thì sẽ cần một khoảng thời gian rất lâu để tập
tin đó upload xong, điều đó làm người dùng cảm thấy khó chịu. Đó là thách
thức cho hệ thống thơng tin di động tiếp theo phải được nâng cấp gấp nhiều lần
so với 4G đó là khả năng tương tác linh hoạt và hỗ trợ nhiều loại thiết bị khác
nhau. Ngoài những kết nối tới điện thoại thơng minh hoặc máy tính bảng, nó
cịn cung cấp thêm các liên kết tới thiết bị đeo tay, smart-watch, bộ theo dõi sức
khỏe, … Thêm vào đó, nó cũng hỗ trợ cả những tiện ích smart-home như bộ
điều ổn nhiệt và nhiều loại cảm biến khác.
Tuy nhiên, khó khăn tiếp theo lại nảy sinh. Thật khó để có thể xác nhận những
cơng nghệ nào sẽ có mặt trong 5G và dữ liệu dung lượng cần thiết để cấp cho tất
cả các thiết bị. Cải thiện hiệu suất "end-to-end" cũng là một vấn đề khác khi đề
cập đến 5G. Hiệu suất end-to-end được định nghĩa là khả năng duy trì các kết
nối vơ tuyến từ điện thoại tới máy chủ cung cấp thông tin. Mục tiêu cuối cùng
của 5G là cung cấp những kết nối liên tục cho người dùng, dù họ đang ở trong
lòng đất, trên cao hay thậm chí cả ở ngồi biển đảo thì vẫn có kết nối 5G.
1.3.So sánh các loại hệ thống thông tin di động 2G, 3G, 4G, 5G.
Mạng di động viễn thông đã trải qua nhiều thời kỳ phát triển từ các thế hệ
cũ như mạng 2G, 3G đến thế hệ mạng mới nhất là 4G và sắp tới là 5G cho thấy
sự phát triển không ngừng của công nghệ mạng trong thời đại 4.0. Ở Mỗi thời
kỳ, công nghệ mạng sẽ phát triển thêm một bậc nhằm thỏa mãn nhu cầu của

người dùng.


14

5G là chữ được viết tắc dựa theo cụm từ chính Fifth Generation (5th
Generation). Với ý nghĩa là thế hệ thứ 5 của mạng di động. Loại mạng di động
này khác hẳn với 3G, 4G, khi hoạt động trong vùng tần số giao động từ 30GHz
đến 300GHz. Theo một số thông báo của các nhà sản xuất mạng di động thế hệ
thứ 5 này sẽ hoạt động dựa trên các trạm HAPS, viết tắt của High Altitude
Stratospheric Platform Stations. Đây chính là những chiếc máy bay được treo lơ
lửng ở một vị trí cố định cách mặt đất khoảng 17km~22km, và hoạt động như
một vệ tinh. Thay vì các trạm cơ sở trên mặt đất đang được sử dụng để khai thác
cho các mạng 2G, 3G, 4G.

Hình 1.5: So sánh nhanh về 4 thế hệ mạng Internet.
1.3.1. Mạng Di Động 2G
Mạng di động 2G là thế hệ mạng di động thứ 2 với tên gọi là Global
System for Mobile Communications hay viết tắt là GSM. Mạng 2G được phân
biệt bởi 2 nhanh là nền TDMA và nền CDMA với nhiều dạng kết nối mạng, tùy
theo điều kiện và thiết bị mà các quốc gia triển khai sử dụng.Công nghệ mạng
2G có thể phủ sóng rộng khắp, hỗ trợ người dùng sử dụng điện thoại ổn định,


15

điện thoại sử dụng mạng 2G được kết nối mạng bởi những trạm thu phát sóng
gần nó nhất.

 Ưu điểm của mạng di động 2G

Ưu điểm của mạng di động 2G là đã cải thiện được chất lượng cuộc gọi cho
người dùng. Mạng này cũng đã có tín hiệu, tốc độ sử dụng tốt hơn hẳn so với
thế hệ mạng trước đó. Mạng 2G cũng đã giúp mã hóa dữ liệu ở dạng kỹ thuật
số, giúp tiết kiệm thời gian và thiết bị dùng mạng di động 2G cũng đã trở nên
nhỏ gọn hơn.

 Nhược điểm của mạng di động 2G
Mạng di động 2G có tốc độ chưa thật sự cao, tín hiệu mặc dù có cải thiện nhưng
vẫn chưa ổn định và có thể đứt quãng nếu như gặp điều kiện không thuận lợi
như ở các cùng sâu, vùng xa, hải đảo.
1.3.2. Mạng Di Động 3G
Mạng di động 3G là thế hệ tiếp nối mạng 2G, công nghệ mạng này cho
phép truyền dữ liệu thoại và ngoài thoại. Trong đó dữ liệu thoại bao gồm nghe,
gọi, nhắn tin. Dữ liệu ngoài thoại là tải dữ liệu, nhắn tin nhanh, hình ảnh, gửi
email…Mạng 3G mạnh hơn hẳn so với mạng 2G và cải thiện về chức năng khi
cho phép truy cập mạng internet và sử dụng định vị toàn cầu GPS, nhận, truyền
những âm thanh, dữ liệu, các hình ảnh có chất lượng cao.

 Ưu điểm của mạng di động 3G
Mạng di động 3G hội tụ rất nhiều ưu điểm, mang lại tiện ích sử dụng trọn
vẹn hơn cho người dùng, những ưu điểm của mạng di động 3G như sau:
Chất lượng cuộc gọi, tốc độ và tín hiệu đều cải thiện đáng kể so với thế hệ mạng
di động trước đó.
Hỗ trợ truy cập mạng internet tốc độ cao ngay cả khi người dùng di chuyển
thường xuyên
Mạng di động 3G cho phép người dùng thoải mái kết nối vào internet sử dụng
các nội dung đa phương tiện như nhạc, video, hình ảnh chất lượng cao.


16

Hỗ trợ người dùng kết nối với các ứng dụng tiện ích OTT như Viber, Line, Zalo,
Skype…. để trị chuyện với chi phí cực tiết kiệm.

 Nhược điểm của mạng di động 3G
Mặc dù đã có những cải thiện vượt bậc so với mạng di động thế hệ trước
nhưng mạng 3G vẫn cịn nhiều nhược điểm như chi phí sử dụng quá cao, người
dùng phải chia sẻ băng thông cho nhiều người dùng khác nên tốc độ truy cập
mạng không ổn định.
Ngồi ra chất lượng sóng của mạng di động 3G cịn phải phụ thuộc vào
mật độ trạm phát sóng, địa hình, vì vậy có nơi mạng mạnh và cũng có nơi mạng
kết nối yếu.
1.3.3. Mạng Di Động 4G
Mạng di động mới nhất hiện nay là mạng 4G, đây là thế hệ mạng không
dây đời thứ 4 với những cải thiện đáng kể về tốc độ truy cập cũng như chất
lượng truyền tín hiệu so với mạng 3G. Mạng di động 4G cho phép truyền dữ
liệu với tốc độ lên đến 1-1,5GB trong điều kiện lý tưởng, đây là tốc độ siêu tốc
giúp người dùng thoải mái lướt web và sử dụng các tiện ích thoại, nhắn tin.

 Ưu điểm của mạng di động 4G
Mạng 4G hiện đang được sử dụng phổ biến và hội tụ rất nhiều ưu điểm
khiến người dùng hài lòng. Dưới đây là những ưu điểm nổi bật nhất của mạng di
động 4G.
Tốc độ mạng 4G đạt mức rất ấn tượng khi trong điều kiện lý tưởng, tốc độ tải
của công nghệ mạng này khi di chuyển lên đến 100 Mbps và đạt xấp xỉ 1Gbps
nếu đứng yên.
Công suất và hiệu suất hoạt động của mạng di động 4G cực kỳ cao khi một trạm
phát 4G có thể phục vụ cùng lúc khoảng 300-400 người dùng. Mạng 4G hỗ trợ
các chương trình mã hóa nhanh hơn, nén được nhiều dữ liệu bit hơn so với
mạng 3G.

17

Nhờ tốc độ truyền dữ liệu cao nên mạng 4G hỗ trợ các phần mềm chạy mượt mà
hơn, người dùng được xem video chất lượng cao Full HD và 4K.

 Nhược điểm của mạng di động 4G
Mạng 4G mang đến tốc độ truy cập nhanh hơn nhưng công nghệ mạng di
động này cũng có nhược điểm là làm hao pin điện thoại và các thiết bị truy cập
nhanh hơn do các công ty viễn thông vẫn chưa tối ưu công nghệ mạng này.
Ngoài ra tốc độ truy cập cao khiến người dùng sử dụng nhiều hơn dẫn đến hóa
đơn mỗi tháng cũng sẽ tăng cao.
1.3.4. Mạng Di Động 5G
Giống như những gì chúng ta hình dung, 5G nhanh hơn 4G. Đối với các
thiết bị di động, 5G sẽ giúp sửa chữa rất nhiều vấn đề của 4G và các công nghệ
khơng dây hiện tại. Nó sẽ được thiết kế để hỗ trợ đồng thời nhiều người dùng và
thiết bị hơn (theo thông số kỹ thuật ITU mỗi cell 5G sẽ hỗ trợ cho 1 triệu thiết bị
trên diện tích 1 km2), với tốc độ cao hơn 4G 100 lần.

Hình 1.6: Ví dụ trực quan so sánh tốc độ mạng 3G-4G-5G