CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN MẠNG MẬT ĐỘ SIÊU CAO 1. Giới thiệu chung về mạng 5G 5G (Thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc hệ thống không dây thứ 5) là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G, hoạt động ở các băng tần 28, 38, và 60 GHz. Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 100 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn. Lúc đó, xe tự lái có thể đưa ra những quyết định quan trọng tùy theo thời gian và hoàn cảnh.
Tính năng chat video sẽ có hình ảnh mượt mà và trôi chảy hơn, làm cho chúng ta cảm thấy như đang ở trong cùng một mạng nội bộ. Các cơ quan chức năng trong thành phố có thể theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm và nhu cầu tại các bãi đậu xe, do đó có thể gửi những thông tin này đến những chiếc xe thông minh của mọi người dân theo thời gian thực.1: Ứng dụng mạng 5G. Mạng 5G được xem là chìa khóa để chúng ta đi vào thế giới “Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT)”, trong đó các bộ cảm biến là những yếu tố quan trọng để trích xuất dữ liệu từ các đối tượng và từ môi trường. Hàng tỷ bộ cảm biến sẽ được tích hợp Luan van 4 vào các thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khỏe, khóa cửa, xe hơi và thiết bị đeo.
Tuy nhiên, để cung cấp 5G, các nhà mạng sẽ cần phải tăng cường hạ tầng cơ sở mạng lưới (BS - trạm gốc). Họ có thể bắt đầu bằng cách khai thác dải phổ hiện còn trống. Sóng tín hiệu với tần số đo MHz sẽ được nâng cao lên thành GHz hay thậm chí nhanh hơn. Tần số giao tiếp của điện thoại hiện nay ở dưới mức 3 GHz nhưng mạng 5G sẽ yêu cầu những băng tần cao hơn.
Mạng 5G được triển khai vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh và người tiêu dùng. Lịch sử ra đời Kể từ khi hệ thống 1G được Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1981, cứ khoảng 10 năm lại xuất hiện một thế hệ điện thoại di động mới. Các hệ thống 2G đầu tiên bắt đầu tung ra vào năm 1991, các hệ thống 3G đầu tiên xuất hiện lần đầu vào năm 2001 và hệ thống 4G hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn "IMT nâng cao" đã được chuẩn hóa vào năm 2012. Sự phát triển các hệ thống tiêu chuẩn của các mạng 2G (GSM) và 3G (IMT-2000 và UMTS) mất khoảng 10 năm kể từ khi các dự án R & D chính thức bắt đầu, và quá trình phát triển hệ thống 4G đã được bắt đầu từ năm 2001 hoặc 2002.
Các công nghệ làm tiền đề cho một thế hệ mới thường được giới thiệu trên thị trường từ một vài năm trước đó, ví dụ như hệ thống CdmaOne/IS95 tại Mỹ vào năm 1995 được xem là tiền đề cho 3G, hệ thống Mobile WiMAX ở Hàn Quốc năm 2006 được xem là tiền đề cho 4G, và hệ thống thử nghiệm đầu tiên cho LTE là ở Scandinavia năm 2009. Từ tháng 4 năm 2008, Machine to Machine Intelligence (M2Mi) Corp - một tổ hợp trong NASA Research Park - dưới sự lãnh đạo của Geoff Brown - bắt đầu phát triển công nghệ thông tin liên lạc 5G. Các thế hệ điện thoại di động thường dựa trên các yêu cầu đối với các tiêu chuẩn di động không tương thích ngược dưới đây theo ITU-R, như IMT-2000 cho 3G và IMT- Advanced cho 4G. Song song với sự phát triển của các thế hệ điện thoại di động của ITU-R, IEEE và các cơ quan tiêu chuẩn hóa khác cũng phát triển các công nghệ truyền thông không dây, thường cho tốc độ dữ liệu cao hơn và tần số cao hơn, nhưng phạm vi truyền ngắn hơn.
Các tiêu chuẩn Gigabit IEEE đầu tiên là IEEE 802.11ac, đưa vào Luan van 5 thương mại từ năm 2013, và gần như lập tức được tiếp nối bởi tiêu chuẩn đa gigabit khác là WiGig hay IEEE 802. 5G sẽ không chỉ là tốc độ dữ liệu cao hơn hay dung lượng mạng cao hơn. Nó nhắm đến những kiểu dịch vụ mới với độ tin cậy cực cao để xử lý những tác vụ cực kì quan trọng. 5G hướng đến mục tiêu ảo hóa kết nối vạn vật một cách hiệu quả, từ những cảm biến đơn giản cho đến những robot phức tạp, tất cả dựa vào việc nâng cấp tốt hơn nữa dịch vụ thông tin di động băng rộng truyền thống.
Điều này đồng nghĩa rằng thế hệ tiếp theo của các ứng dụng, các dịch vụ và các kịch bản sử dụng sẽ đặt ra những yêu cầu cực kì đa dạng. Để vượt qua thử thách này, 5G sẽ cần có một kiến trúc hoàn toàn mới, lấy người dùng làm trung tâm. Kiến trúc này cần hết sức linh hoạt để có thể tiếp nhận và quản lý hàng tỉ kết nối, đem đến một giải pháp mới để kết nối vạn vật, đồng thời lại tối ưu chi phí và hiệu quả sử dụng năng lượng. Hướng tiếp cận lấy người dùng làm trung tâm này sẽ đưa ra một hướng suy nghĩ mới về mạng lưới và thiết bị.
Từ phương diện kết nối, người dùng sẽ không còn là những điểm đầu cuối mà sẽ trở thành một phần không thể thiếu của mạng lưới, nhằm tạo ra một không gian kết nối không giới hạn. Nhưng 5G không chỉ có sự kết nối, mà còn cả việc đưa nội dung, ở đây là dữ liệu, là đa phương tiện, đến gần hơn với người dùng, ở đây có thể là con người, có thể là phương tiện hay máy móc, hay có thể nói là vạn vật. Tầm nhìn của 5G hướng tới sẽ là một nền tảng thống nhất cho tất cả các loại băng tần và phổ, từ các băng tần thấp dưới 1 GHz cho đến những băng tần siêu cao như mmWave. Nền tảng đó sẽ hỗ trợ hàng loạt dịch vụ mới trong khi vẫn cung cấp cơ hội cho việc triển khai mới hay việc quản lý thuê bao và tính phí.
Chìa khóa thành công cho tầm nhìn đó chính là một thiết kế giao diện truyền thông linh hoạt, tùy biến cao, thích hợp với tất cả các dải tầng cũng như tất cả các loại dịch vụ. Trong khi 5G đã và đang tiếp tục được định hình, với mục tiêu thương mại hóa vào những năm 2020, thì 4G sẽ vẫn tiếp tục phát triển song hành. Những nâng cấp của 4G mang đến những khả năng mới vượt xa kì vọng và cũng sẽ có những bước chuyển mình để tiệm cận với những gì 5G có thể đem lại. Tương lai về một hạ tầng mạng đa kết Luan van 6 nối, đa nền tảng với sự kết hợp của 5G, 4G và Wi-Fi sẽ tạo điều kiện cho việc chuyển đổi và triển khai 5G dễ dàng hơn.
Hơn thế nữa, 5G với một mạng lõi thống nhất cũng có khả năng hỗ trợ truy cập từ 4G và Wi-Fi. Điều này chắc chắn rằng sự đầu tư của các nhà cung cấp mạng viễn thông trong hiện tại và tương lai sẽ được đảm bảo. Toàn bộ hệ sinh thái công nghiệp di động đang tập trung toàn lực, góp sức cùng nhau từ nhiều khía cạnh, để sáng tạo ra thế hệ tiếp theo của trải nghiệm di động. Cấu trúc và đặc điểm cơ bản của 5G Hình 1.2: Kiến trúc chung cho mạng viễn thông 5G.
Mạng di động 5G được phát triển để đáp ứng nhu cầu người dùng ngày càng cao như: tốc độ truyền dữ liệu cao, hiệu suất sử dụng tốt, người dùng nhiều, năng lượng tiêu thụ và chi phí thấp là nền tảng cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Mạng 5G hoạt động là sự kết hợp giữa tần số thấp và mạng tần số cao. Cấu trúc của mạng 5G gồm nhiều tầng khác nhau, vì vậy không gian mạng dữ liệu và độ phủ sóng sẽ rộng hơn nhờ các trạm con trung gian ở giữa (femtocells). Với mô hình và cấu trúc đó thì ở các tầng trên sẽ sử dụng dãi phổ tần cao hơn, tốc độ truyền tín hiệu mạnh và lớn hơn, càng về gần đến người dùng thì phổ tần sẽ giảm xuống.
Với cấu trúc như vậy và sự kết hợp sử dụng nhiều dải tần với nhau trong mạng sẽ đảm bảo được kết nối và đáp ứng nhu cầu Luan van 7 ngày càng cao của người dùng. Mạng di động 5G được phát triển nhằm tăng cường tốc độ truyền dữ liệu và sử dụng hiệu quả tài nguyên. Do đó, mạng di động 5G được phát triển theo cấu trúc với những tính năng chính sau đây: - Tốc độ dữ liệu và độ trễ: Mạng di động 5G cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao, lên đến vài Gbp/s và độ trễ chỉ khoảng 2 đến 5 mili giây. - Thiết bị kiểu máy giao tiếp đa thiết bị: Khác với các mạng di động trước đây, mạng di động 5G cho phép kết nối nhiều thiết bị cùng lúc và có thể chia sẻ những dữ liệu trùng nhau từ các thiết bị như là điện thoại thông minh, thiết bị gia dụng, tivi, xe ôtô, thiết bị cảm ứng.
- Phổ tần 5G: Sự gia tăng nhu cầu kết nối của các thiết bị đòi hỏi lưu lượng, số lượng phổ tần cho hệ thống 5G cũng tăng lên. Các băng tần cao thuộc bước sóng xăng- ti-mét (cmWave) và milimét (mmWave) là các băng tần tiềm năng vì chúng có khả năng cung cấp kênh có độ rộng lớn, do đó, cung cấp được tốc độ dữ liệu cao. Cho phép truyền tải rộng hơn băng thông thông thường 20MHz của mạng 4G. - Kết hợp nhiều công nghệ: Mạng 5G không phải là thay đổi công nghệ mới, mà nó hỗ trợ và phát triển thêm nhiều công nghệ mới.
Nó kết hợp nhiều hệ thống như GSM, HSPA (Phương thức kết nối gói tốc độ cao), LTE và các hệ thống hỗ trợ truy cập với hiệu suất cao hơn. - Mạng di động 5G hoạt động gồm nhiều tầng gồm các trạm phát sóng gốc/nền (macrocell), các trạm trung gian (femtocells) và các kết nối từ thiết bị đến thiết bị. Việc chia thành nhiều tầng sẽ đảm bảo hiệu suất, công suất mạng sẽ tốt hơn, đồng thời giúp làm giảm độ nhiễu khi truyền dữ liệu. - Hỗ trợ tối đa khai thác dữ liệu: Trong quá trình khai thác, mỗi thiết bị truy cập có các yêu cầu khác nhau về tốc độ, độ trễ, nội dung truy cập, tuy nhiên trong mạng 5G, vấn đề này sẽ được giải quyết linh hoạt và thông minh bởi vì các tầng có thể hỗ trợ nhau để chuyển tải đến người dùng cuối nội dung tốt nhất.
Dữ liệu có thể là từ macrocell hoặc từ femtocell hoặc từ người dùng cuối.