CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 5G Hệ thống thông tin di động từ khi ra đời đã không ngừng phát triển và hiện đang ở thế hệ thứ 5 (5G). Thế hệ đầu tiên - 1G cho phép truyền tải giọng nói qua các thiết bị di động với môi trường truyền là sóng vô tuyến, sau đó đến 2G với khả năng nhắn tin văn bản, và tiếp tục tiến hóa tới 3G, cung cấp dịch vụ dữ liệu di động và truy cập internet. 4G đem lại tốc độ truyền dữ liệu nhanh chóng, hỗ trợ các ứng dụng di động phức tạp và dịch vụ đa phương tiện.
5G được xem là một bước tiến đột phá đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về kết nối và dữ liệu. Với tốc độ truyền tải siêu nhanh, độ trễ cực thấp và khả năng kết nối hàng tỷ thiết bị cùng một lúc, 5G mở ra một cuộc cách mạng trong việc kết nối thông tin và là nền tảng, tạo ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng, dịch vụ tiên tiến như vạn vật kết nối (IoT), thành phố thông minh, tự động hóa công nghiệp, xe tự hành, trí tuệ nhân tạo … 1. Sơ lược về lịch sử phát triển của công nghệ di động Với xu hướng phát triển của xã hội con người, công nghệ ngày càng phát triển giúp đời sống sản xuất cũng như các hoạt động của con người trở nên tiện nghi hơn. Một trong những công nghệ cốt lõi và cũng phổ biến nhất trong đời sống hiện nay là các công nghệ di động.
Tuy nhiên để đạt được những thành tựu như ngày hôm nay, công nghệ di động đã trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển lâu dài và nhiều thách thức. Lịch sử phát triển công nghệ di động bắt đầu từ những năm 1970, khi các nhà nghiên cứu và kỹ sư đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để kết nối không dây. Đầu tiên, công nghệ di động chỉ đơn thuần là kỹ thuật truyền tải giọng nói bằng các thiết bị di động qua môi trường truyền là sóng vô tuyến, được gọi là công nghệ 1G. Trong những năm 1980 và 1990, công nghệ di động đã tiến hóa từ 1G sang 2G và 3G, mang lại những cải tiến đáng kể về tốc độ truyền dữ liệu và khả năng truyền tải dữ liệu không chỉ là giọng nói.
Công nghệ 2G đã cho phép truyền tải tin nhắn văn bản và dữ liệu cơ bản, trong khi công nghệ 3G đã đưa ra tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn và cho phép truyền tải dữ liệu, bao gồm cả hình ảnh và video. Sau đó, vào những năm 2010, công nghệ di động đã tiến lên một bước tiến 5 mới với công nghệ 4G. Công nghệ 4G đã mang đến tốc độ truyền dữ liệu nhanh chóng, cho phép người dùng truy cập Internet, xem video chất lượng cao và sử dụng các ứng dụng trực tuyến một cách dễ dàng. Lịch sử phát triển các thế hệ mạng di động Và hiện nay, chúng ta đang chứng kiến sự phát triển của công nghệ 5G.
Mạng di động 5G hứa hẹn mang đến một cuộc cách mạng mới trong việc kết nối không dây, với tốc độ truyền tải nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối hàng tỷ thiết bị cùng một lúc. Mạng di động 5G sẽ không chỉ cung cấp kết nối Internet với tốc độ cao cho người dùng, mà còn tạo ra nền tảng cho các công nghệ tiên tiến như xe tự hành, trí tuệ nhân tạo và IoT. Qua lịch sử phát triển này, ta có thể thấy rõ sự tiến bộ và đổi mới liên tục trong lĩnh vực công nghệ di động, từ công nghệ 1G đến công nghệ 5G. Sự phát triển này đã thay đổi cách chúng ta kết nối và tương tác với thế giới xung quanh, đồng thời mở ra những tiềm năng và cơ hội mới cho sự phát triển của xã hội và nền kinh tế.
Chuẩn công nghệ mới trong mạng 5G Trong mạng 5G, có một số chuẩn công nghệ mới được giới thiệu và triển khai để đáp ứng yêu cầu của một mạng di động tiên tiến và linh hoạt. Các tiêu chuẩn công nghệ trong mạng di động 5G được phát triển và quản lý bởi 3GPP và ITU. Dưới đây là một số chuẩn công nghệ quan trọng trong mạng 5G: Công nghệ 5G NR là giao diện vô tuyến cho mạng di động 5G, được giới thiệu trong release 15 của tiêu chuẩn 3GPP. Giao diện này cung cấp khả năng truyền thông nhanh, độ trễ thấp và khả năng kết nối hàng triệu thiết bị cùng lúc.
5G- 6 NR sử dụng các kỹ thuật như Massive MIMO, beamforming, và kỹ thuật thừa kế tài nguyên (resource sharing) để tăng cường hiệu suất và khả năng phục vụ của mạng. Vấn đề phân bổ tần số 5G-NR: Trong mạng 5G, cách phân bổ tần số trở nên linh hoạt hơn so với mạng 4G LTE. 5G-NR cho phép phân chia băng thông thành các phần riêng biệt được cấp phát cho các thiết bị. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên tần số và cải thiện khả năng phục vụ của mạng.
Mạng lõi 5G: Mạng lõi 5G là một phần quan trọng trong kiến trúc mạng 5G. Nó cung cấp các chức năng điều khiển và quản lý cho mạng, bao gồm quản lý người dùng, quản lý thiết bị, và quản lý dịch vụ. Mạng lõi 5G được thiết kế dựa trên kiến trúc dựa trên dịch vụ, trong đó các chức năng mạng được triển khai dưới dạng các NF và chạy trên môi trường đám mây. Mạng truy cập vô tuyến tiên tiến là NG-RAN phần của mạng 5G chịu trách nhiệm cho việc kết nối thiết bị di động với mạng lõi.
NG-RAN bao gồm các nút vô tuyến (gNB - gNodeB) và các giao diện giữa chúng. Nó hỗ trợ các chức năng công nghệ như beamforming, tăng cường khả năng phục vụ, và hỗ trợ kết nối đôi giữa các nút 4G và 5G. Trên đây là một số chuẩn công nghệ mới trong mạng 5G. Những công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp khả năng linh hoạt, tốc độ cao và khả năng phục vụ hàng triệu thiết bị đồng thời trong mạng 5G.
IMT-2020 là một tiêu chuẩn công nghệ mạng di động mới nhất được đề xuất bởi ITU-R. Nó được đặt ra để đáp ứng yêu cầu và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ di động và kết nối trong tương lai. Các tham số yêu cầu tối thiểu của tiêu chuẩn IMT-2020 [2] Khả năng Miêu tả Yêu cầu Kịch bản sử dụng Tốc độ data dowlink Tốc độ data min/max mà công 20 Gbit/s eMBB Tốc độ data uplink nghệ hỗ trợ 10 Gbit/s eMBB Tốc độ data dowlink trải Tốc độ data trong môi trường 100 eMBB nghiệm thực tế thử nghiệm đô thị dày đặc Mbit/s Tốc độ data uplink trải chiếm 95% toàn trình 50 Mbit/s eMBB nghiệm thực tế Độ trễ Thời gian mạng vô tuyến di 4 ms eMBB chuyển gói 1 ms uRLCC 7 Khả năng Miêu tả Yêu cầu Kịch bản sử dụng Handover Tốc độ tối đa cho yêu cầu 500 km/h eMBB/ handover và QoS uRLCC Mật độ kết nối Tổng số thiết bị trên một đơn vị 106 /km2 mMTC diện tích Hiệu suất năng lượng Data được gửi/nhận trên mỗi Tương eMBB đơn vị năng lượng tiêu thụ đương 4G (theo thiết bị hoặc mạng) Khả năng lưu lượng vùng Tổng trafic trên toàn lưu lượng 10 eMBB phủ sóng Mb/s/m2 Hiệu suất phổ dowlink Thông lượng trên mỗi đơn vị 30 eMBB cực đại băng thông không dây và trên bit/s/Hz mỗi cell Các ý tưởng về mạng vô tuyến 5G được ITU-R đưa ra lần đầu vào năm 2012, thông qua kế hoạch ITU-2020 qua đó phác thảo các xu hướng về tầm nhìn của 5G New Radio (NR). Các ý tưởng được đưa ra để giải quyết cho 3 kịch bản [3]: Di động băng rộng nâng cao (eMBB) + Tập trung vào cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn đáng kể và khả năng lưu trữ lớn hơn.
+ Kịch bản eMBB tập trung vào việc nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu di động. Nó cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, dung lượng lớn hơn và trải nghiệm người dùng tốt hơn. Với eMBB, người dùng có thể tận hưởng các dịch vụ trực tuyến như xem video 4K/8K, chơi game trực tuyến, tải xuống và tải lên nhanh chóng. Kịch bản này đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dữ liệu di động và truy cập internet nhanh chóng Truyền thông độ trễ thấp độ tin cậy cực cao (uRLLC) + Đảm bảo việc truyền thông tin rất đáng tin cậy và thời gian trễ thấp, rất quan trọng cho các ứng dụng quan trọng như phẫu thuật từ xa hoặc lái xe tự động.
+ Kịch bản uRLLC tập trung vào việc cung cấp truyền thông tin rất đáng tin cậy và thời gian truyền tải thấp. Nó được áp dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao và độ trễ thấp, như truyền phát video trực tiếp, phẫu thuật từ xa, hoặc điều khiển xe tự động. Kịch bản này đảm bảo rằng thông tin được truyền tải một cách chính xác và nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng quan trọng và nhạy 8 cảm về thời gian. Truyền thông máy số lượng lớn (mMTC) + Được thiết kế để hỗ trợ một số lượng lớn thiết bị, thường là trong các ứng dụng IoT, với yêu cầu về lưu lượng dữ liệu khác nhau.
+ Kịch bản mMTC tập trung vào việc hỗ trợ kết nối hàng triệu thiết bị trong mạng. Nó được áp dụng trong các ứng dụng IoT, nơi một lượng lớn thiết bị cần được kết nối và truyền thông dữ liệu. Kịch bản này đảm bảo rằng mạng có khả năng phục vụ hàng triệu thiết bị cùng một lúc và đáp ứng yêu cầu về lưu lượng dữ liệu khác nhau của chúng. Việc triển khai các kịch bản này của 5G giúp đáp ứng nhu cầu đa dạng trong việc truyền thông và kết nối, từ việc cung cấp truyền thông dữ liệu nhanh chóng và lưu lượng lớn đến việc tạo ra các ứng dụng quan trọng và hỗ trợ hàng triệu thiết bị IoT cùng một lúc.
Ưu, nhược điểm của mạng di động 5G Mạng 5G đã mang lại nhiều ưu điểm đáng kể so với các thế hệ trước đó. Dưới đây là những ưu điểm quan trọng của mạng di động 5G. Tiêu biểu một số các ưu điểm của mạng di động 5G mà ta có thể biết như: Tốc độ truyền dữ liệu tăng cao: Mạng di động 5G có khả năng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu rất nhanh, vượt trội so với các thế hệ trước.