Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự bùng nổ của các thiết bị thông minh, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện chất lượng cao và xu hướng kết nối vạn vật (Internet of Things - IoT) đã tạo ra áp lực khổng lồ lên hạ tầng mạng viễn thông toàn cầu. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) và thứ tư (4G LTE/LTE-Advanced) đã mang lại những bước tiến lớn về tốc độ truyền dẫn và dung lượng, các mạng này vẫn bộc lộ giới hạn rõ rệt về hiệu suất phổ tần, khả năng mở rộng băng thông liên tục và độ trễ xử lý khi đối mặt với các kịch bản thời gian thực khắt khe. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 5 (5G) được nghiên cứu và chuẩn hóa nhằm giải quyết triệt để các thách thức trên, cung cấp tốc độ dữ liệu vượt trội, độ trễ cực thấp và khả năng siêu kết nối. Trong bối cảnh chuyển đổi số quốc gia tại Việt Nam, việc nghiên cứu kiến trúc 5G và xây dựng lộ trình áp dụng vào mạng lưới thực tế của các nhà mạng viễn thông lớn như VNPT tại các đô thị trọng điểm là một đòi hỏi cấp thiết.

Đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Tổng hợp và hệ thống hóa lịch sử hình thành, cơ sở lý luận và đặc tính kỹ thuật của các thế hệ thông tin di động từ thế hệ đầu tiên (1G) đến thế hệ thứ ba (3G).
  2. Phân tích chuyên sâu kiến trúc mạng và các công nghệ cốt lõi trong hệ thống thông tin di động 4G, trọng tâm là chuẩn LTE và bản nâng cấp LTE-Advanced.
  3. Nghiên cứu kiến trúc tổng thể, các yêu cầu kỹ thuật, phân loại nhóm dịch vụ và các giải pháp công nghệ cho phép trong hệ thống thông tin di động 5G.
  4. Đánh giá hiện trạng, phân tích các yếu tố thúc đẩy và đề xuất giải pháp, lộ trình triển khai hạ tầng mạng 5G của Tập đoàn VNPT nói chung và viễn thông VNPT Hải Phòng nói riêng.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cấu trúc công nghệ của các hệ thống thông tin di động (tập trung vào 4G LTE/LTE-Advanced và 5G) cùng các giải pháp truyền dẫn, mạng lõi và trung tâm dữ liệu. Phạm vi nghiên cứu về không gian tập trung vào mạng viễn thông của Tập đoàn VNPT và địa bàn thành phố Hải Phòng (VNPT Hải Phòng). Phạm vi về thời gian bao gồm các mốc thử nghiệm công nghệ từ năm 2019–2020, giai đoạn chuẩn bị hạ tầng 2019–2022 và định hướng quy hoạch mạng truyền tải, trung tâm dữ liệu giai đoạn 2020–2030, hoàn thành nghiên cứu vào tháng 2 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật được tác giả sử dụng trong đồ án dựa trên các tiêu chuẩn viễn thông quốc tế và lý thuyết thông tin kinh điển:

  • Nguyên lý dung lượng kênh truyền Shannon: $C = B \cdot \log_2(1 + S/N)$, xác định giới hạn lý thuyết của dung lượng truyền dẫn $C$ (bit/s) phụ thuộc vào băng thông $B$ (Hz) và tỷ số tín hiệu trên tạp âm $S/N$ (theo tiêu chuẩn ITU, tỷ số $S/N$ được xét ở mức xấp xỉ 12 dB).
  • Mô hình mạng tế bào (Cellular Network): Nguyên lý phân chia vùng phủ sóng thành các cell độc lập, cơ chế tái sử dụng tần số để tăng dung lượng hệ thống mà không gây nhiễu liên cell nghiêm trọng.
  • Khung tiêu chuẩn của 3GPP và ITU: Tiêu chuẩn IMT-2000 (cho mạng 3G), tiêu chuẩn IMT-Advanced (cho LTE-Advanced phiên bản Release 10, 11) và tiêu chuẩn IMT-2020 (cho mạng 5G).
  • Mô hình phân loại dịch vụ 5G của ITU: Phân chia thành 3 trụ cột ứng dụng chính gồm eMBB (Băng rộng di động nâng cao), URLLC (Truyền thông tin cậy cao và độ trễ siêu thấp) và mMTC (Truyền thông máy số lượng lớn).
  • Mô hình mạng dựa trên phần mềm: Ứng dụng công nghệ Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN - Software Defined Networks), Ảo hóa chức năng mạng (NFV - Network Functions Virtualization) và Mạng truy nhập vô tuyến đám mây (C-RAN).

Phương pháp nghiên cứu được triển khai bao gồm:

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Khảo sát, hệ thống hóa các tài liệu chuẩn hóa kỹ thuật của 3GPP, ITU, IEEE và các báo cáo chuyên ngành viễn thông để xây dựng bức tranh toàn diện về lộ trình tiến hóa mạng di động.
  • Phương pháp so sánh và đối chiếu kỹ thuật: Thiết lập các bảng tham số kỹ thuật để so sánh định lượng giữa các thế hệ mạng (1G, 2G, 3G, 4G LTE, LTE-Advanced) về các chỉ tiêu: băng thông, tốc độ đường lên/đường xuống, hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ và cấu hình anten MIMO.
  • Phương pháp phân tích kiến trúc hệ thống và quy hoạch mạng lưới: Đánh giá cấu trúc phân lớp từ mạng truy nhập vô tuyến (RAN), mạng truyền tải (POTN/uCTN) đến mạng lõi (EPC/5G Core) và trung tâm dữ liệu (DC) để xây dựng lộ trình triển khai theo từng giai đoạn.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án bao gồm: các bộ tiêu chuẩn kỹ thuật của Tổ chức 3GPP (Release 8, 9, 10, 11); số liệu thống kê phát triển thuê bao và thiết bị từ GSMA Intelligence; dữ liệu dự báo thị trường điện thoại thông minh toàn cầu; số liệu thống kê băng thông internet trong nước và quốc tế; tài liệu định hướng phát triển mạng lưới của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT).

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương 1 tái hiện tiến trình lịch sử và các nguyên lý nền tảng của hệ thống thông tin di động tế bào từ cuối thế kỷ 19 qua phát minh vô tuyến của Marconi, ý tưởng mạng tế bào của Bell Labs (1947), mạng vô tuyến của cảnh sát Bayone (1928), cho đến mạng di động thương mại đầu tiên vào năm 1979 tại Mỹ nhờ bước tiến của kỹ thuật vi mạch tích hợp quy mô rất lớn (VLSI).

Tác giả phân loại hệ thống thông tin di động theo 4 tiêu chí:

  1. Theo đặc tính tín hiệu: Hệ thống Analog (thế hệ 1G, thoại điều tần, tín hiệu điều khiển số hóa một phần) và Digital (thế hệ 2G trở lên, số hóa toàn bộ thoại và dữ liệu).
  2. Theo cấu trúc hệ thống: Mạng vô tuyến tế bào (phủ rộng, hỗ trợ roaming toàn cầu), Vô tuyến viễn thông không dây (CT - diện hẹp, không roaming) và Vành vô tuyến địa phương (WLL - cung cấp dịch vụ cố định không dây cho vùng mật độ dân cư thấp).
  3. Theo phương thức đa truy nhập vô tuyến: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA).
  4. Theo phương thức song công: Song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD).

Nội dung chương phân tích chi tiết cấu trúc mạng GSM thế hệ 2G bao gồm các thực thể: Trạm di động (MS gồm TE và MT); Hệ thống trạm gốc (BSS gồm BTS và BSC kết nối qua giao diện A-bis); Trung tâm chuyển mạch di động (MSC kết nối qua giao diện A); các cơ sở dữ liệu định vị và bảo mật như HLR (định vị thường trú), VLR (định vị tạm trú), AUC (nhận thực), EIR (nhận diện thiết bị) và tổng đài cổng GMSC kết nối mạng PSTN/ISDN. Tiếp đó, chương trình bày sự tiến hóa lên 3G thông qua các tiêu chuẩn UMTS (WCDMA), CDMA2000, cũng như các kỹ thuật nâng cao tốc độ gói HSDPA (đường xuống lý thuyết 14,4 Mbps, thực tế ~1,8 Mbps) và HSUPA (đường lên lý thuyết 5,8 Mbps).

Tham số công nghệ Thế hệ 1G Thế hệ 2G Thế hệ 3G
Năm thiết kế / Thực hiện 1970 / 1984 1980 / 1991 1990 / 2002
Bản chất tín hiệu Tương tự (Analog) Kỹ thuật số (Digital) Kỹ thuật số (Digital)
Dịch vụ chính Chủ yếu là thoại Thoại, SMS, hình ảnh đen trắng Thoại, dữ liệu đa phương tiện, video, email
Tốc độ truyền dữ liệu ~1,4 Kb/s ~64 - 144 Kb/s Tối đa lý thuyết 2 Mb/s (thực tế ~384 Kb/s)
Băng thông kênh 10 – 30 kHz 200 kHz 5 MHz
Phương thức đa truy nhập FDMA TDMA, CDMA CDMA (WCDMA)
Mạng lõi (Core Network) PSTN PSTN Mạng gói (Packet Network)
Hình thức chuyển mạch Chuyển mạch kênh vật lý Chuyển mạch kênh vật lý Kết hợp chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
Công nghệ tiêu biểu AMPS, NMT, TACS GSM, IS-136 (D-AMPS), IS-95 (CdmaOne), PDC UMTS (WCDMA), CDMA2000, HSDPA, HSUPA

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Chương 2 phân tích chuyên sâu công nghệ 4G với mục tiêu cung cấp tốc độ truyền dẫn 100 Mbps cho người dùng di động và từ 1 đến 1,5 Gbps cho người dùng cố định. Hệ thống mạng 4G đòi hỏi 5 yêu cầu cấu trúc nền tảng: tính năng tích hợp đa mạng (kết hợp ISDN, PSTN, Internet, WLAN, WiMAX trên nền IP); cấu trúc mở; bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS) cho các luồng đa phương tiện thời gian thực; an toàn bảo mật thông tin; bảo đảm tính di động tốc độ cao (hỗ trợ di chuyển lên tới 350 km/h).

Chương trình bày chi tiết các kỹ thuật then chốt của lớp vật lý và cấu trúc mạng 4G:

  • Anten thông minh (Smart Antenna): Khai thác độ lợi tín hiệu mở rộng vùng phủ, phân tập không gian loại bỏ đa đường/fading, nâng cao hiệu quả công suất và triệt tiêu nhiễu đồng kênh thông qua kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA).
  • Điều chế và mã hóa thích ứng (AMC): Tự động điều chỉnh sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã hóa theo chất lượng kênh truyền tức thời (sử dụng mã Walsh) thay thế cho việc chỉ điều khiển công suất.
  • Ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM/OFDMA): Chia kênh băng rộng thành các sóng mang con trực giao có khoảng cách $\Delta f = 1/T$. Phổ tín hiệu cho phép chồng lấn giúp tối ưu hóa hiệu suất phổ mà không gây xuyên nhiễu ký hiệu (ISI) nhờ khoảng bảo vệ (Guard Interval). OFDMA được áp dụng cho đường xuống và SC-FDMA cho đường lên trong LTE.
  • Kiến trúc mạng LTE và EPC: Loại bỏ bộ điều khiển RNC, chuyển toàn bộ chức năng vô tuyến về trạm thu phát eNodeB (eNB). Mạng lõi EPC (Evolved Packet Core) kết nối hoàn toàn trên nền IP qua các giao diện S1, X2, Uu, Sgi; bao gồm MME (quản lý di động, báo hiệu, nhận thực), Serving Gateway (S-GW đóng vai trò định tuyến gói) và PDN Gateway (P-GW phân bổ IP, lọc gói, kết nối mạng ngoài PDN). Kiến trúc Roaming được phân tích theo 2 mô hình: định tuyến dữ liệu về P-GW tại mạng chủ (dễ quản lý cước nhưng độ trễ cao) hoặc kết nối qua P-GW tại mạng khách (giảm độ trễ nhưng phức tạp trong quản lý tài nguyên).
  • Công nghệ LTE-Advanced (Release 10, 11): Nâng cấp vượt trội so với LTE (Release 8, 9) bằng việc bổ sung các kỹ thuật:
    • Kết hợp sóng mang (Carrier Aggregation): Ghép tối đa 5 sóng mang thành phần (băng thông 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz) để đạt tổng băng thông 100 MHz đường xuống và 40 MHz đường lên. Ba cấu hình kết hợp gồm: Intra-band contiguous (cùng băng tần, liên tục), Intra-band non-contiguous (cùng băng tần, không liên tục), và Inter-band non-contiguous (khác băng tần, không liên tục).
    • Đa anten cải tiến (MIMO): Ứng dụng ghép kênh không gian V-BLAST, SU-MIMO, MU-MIMO, nâng cấu hình lên 8x8 ở đường xuống và 4x4 ở đường lên.
    • Truyền dẫn đa điểm phối hợp (CoMP) và Nút chuyển tiếp/bộ lặp (Relay Nodes): Hỗ trợ chuyển tiếp 1 chiều và 2 chiều nhằm cải thiện chất lượng vùng biên tế bào.
Tham số kỹ thuật Công nghệ LTE Công nghệ LTE-Advanced
Tốc độ đỉnh đường xuống (Downlink) 326 Mbps 1 Gbps (1000 Mbps)
Tốc độ đỉnh đường lên (Uplink) 86 Mbps 500 Mbps
Băng thông tối đa $\le$ 20 MHz $\le$ 100 MHz (ghép tối đa 5 sóng mang)
Hiệu quả phổ đỉnh Downlink 16,32 bps/Hz (SISO) 30 bps/Hz (cấu hình anten 8x8)
Hiệu quả phổ đỉnh Uplink - 15 bps/Hz (cấu hình anten 4x4)
Độ trễ truyền dẫn mặt phẳng người dùng ~ 10 ms ~ 5 ms (chuyển trạng thái rỗi sang kết nối < 50 ms)
Cấu hình đa anten MIMO Downlink 4x4 MIMO 8x8 MIMO
Cấu hình đa anten MIMO Uplink 2x4 MIMO 4x4 MIMO

CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G

Chương 3 trình bày các số liệu thực tế về sự tăng trưởng bùng nổ của lượng người dùng smartphone, lưu lượng dữ liệu và các yêu cầu kỹ thuật của mạng di động thế hệ thứ 5. Hệ thống 5G được thiết kế để đáp ứng 3 nhóm kịch bản dịch vụ cốt lõi theo định nghĩa của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU):

  1. Băng rộng di động nâng cao (eMBB - Enhanced Mobile Broadband): Cung cấp tốc độ dữ liệu cực cao (tốc độ đỉnh đạt hàng chục Gbps), phục vụ truyền tải video độ phân giải siêu cao (4K/8K), truyền hình đa góc nhìn (MVC), ứng dụng thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR).
  2. Truyền thông độ trễ siêu thấp và tin cậy cực cao (URLLC - Ultra-Reliable and Low-Latency Communications): Đảm bảo độ trễ vô tuyến dưới 1 ms và độ tin cậy đạt 99,999%, ứng dụng trong điều khiển tự động hóa công nghiệp, xe tự hành, phẫu thuật y tế từ xa và hệ thống quản lý giao thông thông minh (ITM).
  3. Truyền thông máy số lượng lớn (mMTC - Massive Machine Type Communications): Hỗ trợ mật độ kết nối lên tới hàng triệu thiết bị trên một kilomet vuông ($10^6\text{ devices/km}^2$), tiêu thụ năng lượng cực thấp nhằm phục vụ các mạng lưới cảm biến diện rộng, đô thị thông minh và hạ tầng IoT.

Về mặt kiến trúc, hệ thống 5G được xây dựng trên nền tảng cơ sở hạ tầng siêu kết nối và phần mềm hóa toàn diện:

  • Nền tảng cho phép dựa trên phần mềm (Enabling Platform): Tích hợp công nghệ Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN), Ảo hóa chức năng mạng (NFV) và kiến trúc Mạng truy nhập vô tuyến đám mây (C-RAN) để tách biệt mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu, cho phép phân chia mạng (Network Slicing) linh hoạt theo từng yêu cầu dịch vụ.
  • Các công nghệ vô tuyến cho phép: Ứng dụng công nghệ đa anten quy mô lớn (Massive MIMO), đa truy nhập không trực giao (NOMA), điều chế đa sóng mang lọc băng tần (FBMC), công nghệ tự hủy nhiễu (SIC - Self-Interference Cancellation), truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị (D2D - Device to Device) và mạng tự tổ chức (SON - Self-Organizing Network).

CHƯƠNG 4: LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI ÁP DỤNG VÀO MẠNG VIỄN THÔNG VNPT HẢI PHÒNG

Chương 4 tập trung vào bài toán thực tiễn của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) và đơn vị thành viên VNPT Hải Phòng trong việc chuẩn bị, thử nghiệm và triển khai hạ tầng 5G.

Đồ án phân tích lộ trình tổng thể của Tập đoàn VNPT qua 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1: Nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ (2019 – 2020): Tiến hành lắp đặt các trạm phát sóng thử nghiệm 5G tại các thành phố lớn (Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh), kiểm tra đánh giá chất lượng vùng phủ, tốc độ dữ liệu và khả năng tương thích của thiết bị vô tuyến với mạng lõi EPC hiện hữu (mô hình 5G Non-Standalone - NSA).
  • Giai đoạn 2: Chuẩn bị cơ sở hạ tầng (2019 – 2022 và tiếp sau đó): Nâng cấp đồng bộ hạ tầng mạng truyền tải quang sử dụng công nghệ POTN (Packet Optical Transport Network) và uCTN (Unified Converged Transport Network); chuẩn bị năng lực truyền tải đường trục dung lượng lớn; quy hoạch và xây dựng mô hình các trung tâm dữ liệu (DC - Data Center) giai đoạn 2020–2030 hỗ trợ điện toán biên (Edge Computing).
  • Giai đoạn 3: Giai đoạn triển khai thương mại hóa: Triển khai lắp đặt diện rộng trạm gốc 5G gNodeB, từng bước nâng cấp lên kiến trúc mạng độc lập (5G Standalone - SA) và cung cấp dịch vụ thương mại cho khách hàng cá nhân và doanh nghiệp.

Đối với VNPT Hải Phòng, đồ án đề xuất giải pháp kỹ thuật và lộ trình áp dụng cụ thể:

  • Quy hoạch vùng phủ sóng ưu tiên: Tập trung phát sóng 5G tại các khu vực trọng điểm kinh tế và logistics của thành phố Hải Phòng, bao gồm các Khu công nghiệp lớn (KCN Đình Vũ, VSIP Hải Phòng, Tràng Duệ, Nomura), hệ thống cảng biển nước sâu (cảng Lạch Huyện, cảng Đình Vũ), các khu trung tâm hành chính - thương mại và khu du lịch Đồ Sơn, Cát Bà.
  • Tận dụng tối đa hạ tầng sẵn có: Tái sử dụng hệ thống nhà trạm BTS 3G/4G, cột anten và mạng truyền dẫn cáp quang FTTx rộng khắp của VNPT Hải Phòng để giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu; nâng cấp thiết bị truyền tải biên đáp ứng yêu cầu độ trễ thấp của 5G.
  • Định hướng dịch vụ ứng dụng: Thử nghiệm các giải pháp công nghệ phục vụ thành phố thông minh (Smart City), quản lý cảng biển thông minh (Smart Port), tự động hóa sản xuất trong khu công nghiệp và cung cấp dịch vụ Internet vô tuyến cố định băng rộng (FWA) tại các khu vực tập trung đông dân cư.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể về mặt kỹ thuật và thực tiễn:

  • Hệ thống hóa toàn diện các thông số kỹ thuật qua các thế hệ: Xây dựng hệ thống bảng biểu so sánh chi tiết các tham số của 1G, 2G, 3G, 4G LTE và LTE-Advanced. Làm rõ các chỉ tiêu vượt trội của LTE-Advanced (tốc độ Downlink 1 Gbps, Uplink 500 Mbps, độ trễ 5 ms, hiệu quả phổ 30 bps/Hz với MIMO 8x8) và các nhóm dịch vụ của 5G (eMBB, URLLC, mMTC).
  • Làm rõ cơ chế hoạt động của các kỹ thuật vô tuyến hiện đại: Phân tích sâu nguyên lý toán học của kỹ thuật ghép kênh OFDM/OFDMA, cơ chế ghép 5 sóng mang (Carrier Aggregation) lên tới 100 MHz, kỹ thuật anten thông minh SDMA và các cấu hình MIMO phân tập không gian.
  • Xây dựng phương án lộ trình kỹ thuật cho doanh nghiệp viễn thông địa phương: Đề xuất kế hoạch triển khai mạng 5G có tính khả thi cho VNPT Hải Phòng, gắn liền với hiện trạng mạng truyền dẫn POTN/uCTN, hệ thống trạm BTS và định hướng quy hoạch DC của Tập đoàn VNPT giai đoạn 2020–2030.
  • Đóng góp của đồ án: Cung cấp một tài liệu tổng hợp kỹ thuật có tính liên tục từ nền tảng lý thuyết mạng tế bào truyền thống đến các công nghệ mạng viễn thông hiện đại; gắn kết lý thuyết tiêu chuẩn quốc tế (3GPP/ITU) với bài toán triển khai thực tế tại một địa phương cụ thể có đặc thù công nghiệp - cảng biển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án chủ yếu tiếp cận ở góc độ nghiên cứu tổng quan lý thuyết, cấu trúc kiến trúc và định hướng lộ trình triển khai; chưa thực hiện được các mô phỏng tính toán chi tiết vùng phủ sóng vô tuyến (chẳng hạn như dùng phần mềm Atoll hoặc Matlab) trên bản đồ địa hình cụ thể của Hải Phòng.
    • Do 5G là công nghệ mới tại thời điểm nghiên cứu và một số tài liệu được tổng hợp từ nguồn chuẩn hóa tiếng Anh, đồ án chưa có điều kiện đo kiểm thực nghiệm các tham số truyền sóng thực tế trên thiết bị trạm phát sóng 5G tại địa bàn.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Thực hiện bài toán thiết kế, quy hoạch tần số chi tiết (băng tần Sub-6 GHz và sóng milimet mmWave) và tính toán dung lượng cụ thể cho từng trạm phát sóng 5G tại các khu công nghiệp và cảng biển Hải Phòng.
    • Nghiên cứu sâu hơn về kiến trúc chuyển đổi từ mạng 5G NSA (Non-Standalone) sang 5G SA (Standalone), công nghệ phân chia mạng (Network Slicing) và các giải pháp an toàn bảo mật trên nền tảng điện toán biên đa truy cập (MEC).

Giá trị tham khảo

Tài liệu này có giá trị tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Kỹ thuật: Các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Điện tử Viễn thông, Kỹ thuật Mạng và Truyền thông làm tài liệu tổng hợp kiến thức về sự tiến hóa của mạng thông tin di động tế bào từ 1G đến 5G.
  • Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật viễn thông: Đội ngũ kỹ thuật tại các nhà mạng (VNPT, Viettel, MobiFone) đang thực hiện công tác lập kế hoạch nâng cấp hạ tầng mạng truyền dẫn POTN, chuẩn bị trung tâm dữ liệu và quy hoạch trạm vô tuyến 5G tại các chi nhánh tỉnh/thành phố.
  • Phần nội dung đáng tham khảo nhất: Các bảng so sánh tham số kỹ thuật giữa LTE và LTE-Advanced ở Chương 2; phân tích cơ chế Carrier Aggregation, MIMO 8x8; và cấu trúc lộ trình hạ tầng truyền tải/Data Center mạng 5G ở Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án tốt nghiệp này do ai thực hiện, thuộc cơ sở đào tạo nào và thời gian hoàn thành khi nào?

Đồ án do sinh viên Ngô Mạnh Thắng (Mã sinh viên: 2113103018, Lớp ĐTL2501, Ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử / Điện tử Truyền thông) thực hiện tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng, dưới sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Anh Dũng, hoàn thành vào tháng 2 năm 2024.

2. Sự khác biệt căn bản về tham số kỹ thuật giữa LTE và LTE-Advanced trong đồ án là gì?

LTE-Advanced là phiên bản nâng cấp của LTE nhằm đáp ứng tiêu chuẩn IMT-Advanced với các khác biệt chính:

  • Tốc độ Downlink nâng từ 326 Mbps lên 1 Gbps; Uplink từ 86 Mbps lên 500 Mbps.
  • Băng thông mở rộng từ tối đa 20 MHz lên tới 100 MHz nhờ kỹ thuật Carrier Aggregation (ghép tối đa 5 sóng mang thành phần).
  • Độ trễ truyền dẫn giảm từ ~10 ms xuống ~5 ms.
  • Cấu hình MIMO tối đa nâng từ 4x4 lên 8x8 ở Downlink và từ 2x4 lên 4x4 ở Uplink, đạt hiệu quả phổ đỉnh 30 bps/Hz (Downlink) và 15 bps/Hz (Uplink).

3. Ba nhóm kịch bản dịch vụ chính của hệ thống thông tin di động 5G theo chuẩn ITU bao gồm những gì?

Ba nhóm dịch vụ gồm:

  1. eMBB (Enhanced Mobile Broadband): Băng rộng di động nâng cao với tốc độ dữ liệu cực cao phục vụ video 4K/8K, AR/VR.
  2. URLLC (Ultra-Reliable and Low-Latency Communications): Truyền thông độ trễ siêu thấp (< 1 ms) và tin cậy cực cao cho xe tự hành, phẫu thuật từ xa và điều khiển công nghiệp.
  3. mMTC (Massive Machine Type Communications): Truyền thông máy số lượng lớn với mật độ kết nối lên đến $10^6\text{ thiết bị/km}^2$ cho các ứng dụng IoT và đô thị thông minh.

4. Mạng lõi EPC trong hệ thống 4G LTE gồm những thành phần logic chính nào và chức năng của chúng là gì?

Mạng lõi EPC (Evolved Packet Core) gồm:

  • MME (Mobility Management Entity): Xử lý báo hiệu, quản lý tính di động, nhận thực thuê bao và mã hóa.
  • S-GW (Serving Gateway): Đóng vai trò bộ định tuyến chuyển tiếp các gói dữ liệu giữa trạm eNB và mạng lõi.
  • P-GW (Packet Data Network Gateway): Điểm kết nối với mạng dữ liệu gói bên ngoài (Internet, IMS), thực hiện cấp phát địa chỉ IP, lọc gói và áp dụng chính sách dịch vụ.
  • HSS (Home Subscriber Server): Cơ sở dữ liệu trung tâm quản lý thông tin và cấu hình thuê bao.

5. Lộ trình triển khai mạng 5G của Tập đoàn VNPT được chia thành các giai đoạn nào?

Lộ trình gồm 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1 (2019 – 2020): Nghiên cứu và thử nghiệm công nghệ tại các thành phố lớn.
  • Giai đoạn 2 (2019 – 2022 và tiếp sau đó): Chuẩn bị hạ tầng truyền tải quang POTN/uCTN và quy hoạch hệ thống Trung tâm Dữ liệu (DC) giai đoạn 2020–2030.
  • Giai đoạn 3: Triển khai lắp đặt thương mại hóa diện rộng và ứng dụng vào thực tế mạng lưới các tỉnh/thành phố như VNPT Hải Phòng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Mạnh Thắng đã hệ thống hóa toàn diện quá trình tiến hóa công nghệ của các thế hệ thông tin di động từ 1G, 2G, 3G đến 4G LTE-Advanced và 5G. Công trình phân tích sâu sắc các giải pháp kỹ thuật vô tuyến hiện đại như OFDM/OFDMA, Carrier Aggregation, hệ thống MIMO đa anten cùng nền tảng mạng linh hoạt dựa trên phần mềm SDN/NFV. Trên cơ sở đó, đề tài đã đề xuất giải pháp kỹ thuật và lộ trình triển khai hạ tầng 5G đồng bộ, khả thi cho Tập đoàn VNPT và mạng viễn thông VNPT Hải Phòng.