CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 1. Giới thiệu mạng di động 5G 1. Giới thiệu các thế hệ mạng di động Trong những năm qua, hệ thống mạng không dây nói chung và mạng di động nói riêng đã có sự phát triển không ngừng và đã khá phổ biến trên toàn thế giới. Sự phát triển ấy đã mang lại những lợi ích to lớn khi được ứng dụng vào thực tế.
Công nghệ mạng di động phát triển từ các thế hệ mạng đầu tiên là 1G đến các thế hệ mạng tiếp theo 2G, 3G, 4G và hiện nay thế hệ mạng 5G đang được hoàn thiện và đưa vào khai thác sử dụng.1: Quá trình phát triển hệ thống thông tin mạng di động 5G Thế hệ mạng di động 1G là mạng thông tin di động không dây sơ khai đầu tiên trên thế giới. Nó là hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm đầu thập niên 1980. Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn trong máy di động. Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 module thu tín hiện và phát tín hiệu.
Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) là chuẩn dành cho các nước Bắc Âu và Nga; AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại Hoa Kỳ; TACS (Total Access Communications System) tại Anh; JTAGS tại Nhật; C-Netz tại Tây Đức; Radiocom 2000 tại Pháp; RTMI tại Ý. 10 Mạng di động 2G đây chính là thế hệ mạng di động thứ 2 với tên gọi đầy đủ là: “hệ thống thông tin di động toàn cầu”. Mạng 2G có tên tiếng anh là Global System for Mobile Communications hay còn gọi là GSM. Mạng 2G có khả năng phủ sóng rộng khắp, làm cho những chiếc điện thoại có thể được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới.
GSM gồm nhiều các trạm thu phát sóng để những điện thoại di động có thể kết nối mạng qua việc tìm kiếm các trạm thu phát gần nhất. Các tính năng vượt trội của mạng 2G so với 2 công nghệ tiền nhiệm là 0G và 1G là: Gọi thoại với tín hiệu được mã hóa dưới dạng tín hiệu kĩ thuật số (digital encrypted); Sử dụng hiệu quả hơn phổ tần số vô tuyến cho phép nhiều người dùng hơn trên mỗi dải tần; Cung cấp dịch vụ dữ liệu cho di động, bắt đầu với tin nhắn văn bản SMS. Khi mạng 2G xuất hiện, chất lượng cuộc gọi được cải thiện đáng kể, tín hiệu và tốc độ cũng tốt hơn rất nhiều so với thế hệ trước đó. Thời gian và chi phí được tiết kiệm khi mã hóa dữ liệu theo dạng kĩ thuật số.
Những thiết bị được thiết kế nhỏ gọn và nhẹ hơn, ngoài ra chúng còn có thể thực hiện tin nhắn dạng SMS. Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access) và nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc gia: GSM (TDMA-based), khởi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở thành chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục. Sau đó được sử dụng bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu. CDMA2000 – tần số 450 MHZ cũng là nền tảng di động tương tự GSM nói trên nhưng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang được cung cấp bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới.
IS-95 hay còn gọi là CDMAOne, (nền tảng CDMA) được sử dụng rộng rãi tại Hoa Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu. Tuy nhiên, tính đến thời điểm này thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển dịch dần từ chuẩn mạng này sang GSM (tương tự như HT Mobile tại Việt Nam vừa qua) tại: Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc. PDC (nền tảng TDMA) tại Nhật IDEN (nền tảng TDMA) sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus Mobility tại Canada. 11 IS-136 hay còn gọi là D-AMPS, (nền tảng TDMA) là chuẩn kết nối phổ biến nhất tính đến thời điểm này và được cung cấp hầu hết tại các nước trên thế giới cũng như Hoa Kỳ.
Mạng di động Thế hệ thứ 3 của chuẩn công nghệ điện thoại di động chính là mạng 3G Third-generation technology, cho phép truyền cả dữ liệu thoại như nghe gọi, nhắn tin và dữ liệu ngoài thoại như gửi mail, tải dữ liệu, hình ảnh. Nhờ có mạng 3G ta có thể truy cập Internet cho cả thuê bao cố định hay di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Hầu hết các smartphone hiện nay đều hỗ trợ công nghệ 3G. Hiện nay công nghệ 3G được xây dựng với 4 chuẩn chính: W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA, TD-SCDMA.
Mạng 3G cải thiện chất lượng cuộc gọi, tín hiệu, tốc độ cao hơn hẳn so với mạng 2G. người dùng có thể truy cập Internet tốc độ cao ngay khi đang di chuyển, truy cập thế giới nội dung đa phương tiện: nhạc, phim, hình ảnh chất lượng cao. Người dùng có thể trò chuyện mọi nơi với chi phí rẻ hơn rất nhiều qua các ứng dụng hỗ trợ như: zalo, Viber, Line,… Công nghệ 3G cũng được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU). Ban đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên thế giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần riêng biệt: W-CDMA: Tiêu chuẩn W-CDMA là nền tảng của chuẩn UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ dãy trực tiếp, trước đây gọi là UTRA FDD, được xem như là giải pháp thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam).
UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE. CDMA: Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP.
Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000- 1xEV-DO và 1xEV-DV. CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU. 12 TD-CDMA: Chuẩn TD-CDMA, viết tắt từ Time-division-CDMA, trước đây gọi là UTRA TDD, là một chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phân chia theo thời gian (Time-division duplex).
Đây là một chuẩn thương mại áp dụng hỗn hợp của TDMA và CDMA nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn cho truyền thông đa phương tiện trong cả truyền dữ liệu lẫn âm thanh, hình ảnh. Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể. Các giao thức của UMTS là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theo chuẩn TD-CDMA. TD-SCDMA: Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens, nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho W-CDMA.
Nó thường xuyên bị nhầm lẫn với chuẩn TD- CDMA. Cũng giống như TD-CDMA, chuẩn này dựa trên nền tảng UMTS-TDD hoặc IMT 2000 Time-Division (IMT-TD). Tuy nhiên, nếu như TD-CDMA hình thành từ giao thức mang cũng mang tên TD-CDMA, thì TD- SCDMA phát triển dựa trên giao thức của S-CDMA. Mạng di động 3.5G: là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), phát triển từ 3G và hiện đang được 166 nhà mạng tại 75 nước đưa vào cung cấp cho người dùng.
Nó được kết hợp từ 2 công nghệ kết nối không dây hiện đại HSPA và HSUPA, cho phép tốc độ truyền dẫn lên đến 7. Mạng thông tin di động 4G, là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 – 1,5 Gbit/s. Mạng 4G hiện đang được sử dụng phổ biến và hội tụ rất nhiều ưu điểm. 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. 13 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.
Tuy nhiên công nghệ mạng 4G vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu thông tin giải trí với chất lượng ngày càng cao của người dùng. Chất lượng tín hiệu bị suy giảm rõ rệt, thậm chí mất kết nối tại những khu vực có mật độ cao người sử dụng (sân vận động, lễ hội, bến xe,.) hay di chuyển trên các phương tiện giao thông tốc độ cao (tàu điện, tàu hỏa). Hơn nữa, mạng 4G không hỗ trợ các công nghệ truy nhập vô tuyến đa dạng để có thể đáp ứng yêu cầu IoT. Do đó, Liên minh viễn thông quốc tế ITU đã định nghĩa mạng thông tin di động thế hệ kế tiếp với tên gọi IMT-2020 (hay ngắn gọn là 5G), dự kiến sẽ được tiêu chuẩn hóa và là thế hệ mạng tiếp theo.
Giới thiệu mạng di động 5G Mạng 5G (5th Generation), là thế hệ thứ 5 của mạng di động tiếp theo sau công nghệ di động 4G. 5G có tốc độ kết nối, truyền tải dữ liệu cao, độ trễ gói tin nhỏ. Với tốc độ kết nối 4G hiện tại độ trễ có thể kéo dài khoảng 20ms, với mạng 5G độ trễ ước tính sẽ giảm xuống chỉ còn 1ms tương đương với thời gian nháy sáng của đèn flash máy ảnh. Độ trễ nhỏ giúp tiết kiệm năng lượng, nâng cao chất lượng dịch vụ.
Cơ quan Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU đưa ra tiêu chuẩn của mạng 5G hỗ trợ một triệu thiết bị kết nối với nhau trên 1km2. Theo tính toán, tốc độ 5G nhanh hơn 4G từ 40 đến 100 lần.