HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Môn học Thông tin vô tuyến nâng cao Bài làm thi kết thúc học phần Giảng viên PGS TS Đặng Thế Ngọc Học viên Nguyễn Văn Công MSHV B20CHTE.
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
Môn học: Thông tin vô tuyến nâng cao
Bài làm thi kết thúc học phần
Giảng viên: PGS.TS Đặng Thế Ngọc Học viên : Nguyễn Văn Công MSHV : B20CHTE050 Lớp : M20CQTE02-B
Hà Nội, 03/2021
Câu 1: Mạng thông tin di động 5G được triển khai thương mại hóa vào
Trang 2thời điểm nào?
Bài làm
- Tình hình triển khai thương mại hóa 5G tại các quốc gia trên thế giới:
Theo thống kê, tính đến tháng 03/2019 trên thế giới đã có 52 quốc gia và vùng lãnh thổ chính thức đã xác định được băng tần cung cấp cho dịch vụ 5G, một số
có kế hoạch đấu giá sử dụng 12 quốc gia đã hoàn thành việc đấu giá cấp phép băng tần cho 5G 19 quốc gia đã chính thức thông báo kế hoạch cho việc cấp phép băng tần phù hợp cho 5G từ nay đến hết 2020 17 quốc gia đã có kế hoạch cho việc cấp phép hoặc đấu giá những băng tần tiềm năng có thể sử dụng cho 5G trong tương lai
Khu vực châu Âu
Tại châu Âu, 6 quốc gia đã hoàn thành việc đấu giá sử dụng phổ tần 5G bao gồm Finland, Italy, Ireland, Latvia, Spain và UK 9 quốc gia khác vừa hoàn thành đấu giá cho những phổ tần có tiềm năng sử dụng cho 5G bao gồm Austria, Czechia, Germany, Greece, Norway, Slovakia, Spain, Sweden và Switzerland
13 quốc gia đã xác nhận việc đấu giá sẽ bắt đầu trong năm 2019-2020
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương
Có ít nhất 8 quốc gia ở khu vực châu Á – Thái Bình Dương đã xác nhận việc đấu giá băng tần phù hợp cho 5G vào giữa năm 2019-2021 bao gồm Australia, Hong Kong, India, Japan, New Zealand, South Korea, Taiwan và Thailand Vào tháng 6/2018, South Korea đã hoàn thành đấu giá băng tần 3,42-3,7 GHz và 26,5-28,9 GHz cho 5G Australia cũng đã thực hiện đấu giá phổ tần cho 5G tại 3,5 GHz
Khu vực Châu Mỹ
Tại châu Mỹ, USA là quốc gia điển hình trong việc cấp phép phổ tần trên nền tảng công nghệ trung tính tại băng tần 600 MHz, rất có tiềm năng sử dụng cho 5G Vào tháng 10/2018, Mỹ xác nhận việc thay đổi quy định cho việc sử dụng các băng tần đã được treo nhiều năm trước đó gồm băng 28 GHz (27,5-28,35 GHz) và 39 GHz (37- 40 GHz) Vào tháng 1/2019, Mỹ đã hoàn thành việc đấu giá sử dụng băng 28 GHz, theo đó, các nhà mạng sẽ sử dụng 2,5 GHz băng thông cho triển khai 5G
Mexico cũng đã đấu giá xong băng 2,6 GHz, sử dụng cho cả 4G và 5G Trong khi đó, Argentina, Brazil, Canada, Chile, Colombia, El Salvador, Mexico cũng
đã thông báo các khoảng thời gian cụ thể cho việc đấu giá/ cấp phép phổ tần tiềm năng cho 5G
Trang 3Khu vực Châu Phi và Trung Đông
Nhìn chung, các quốc gia Châu Phi và Trung Đông ưu tiên cho các băng tần thấp hơn, khác với các khu vực trên thế giới Oman và Qatar cũng đã cấp phổ tần cho dịch vụ 5G Tanzania thì cấp băng tần 700 MHz cho các dịch vụ ICT Ghana cấp băng tần 800 MHz cho dịch vụ di động South Africa đang quy hoạch băng 800 MHz cho dịch vụ IMT
- Tiến trình thương mại hóa mạng 5G ở Việt Nam:
Mạng 5G sẽ có mặt chính thức tại Việt Nam vào khoảng giữa năm 2021 sau khi
cả ba nhà mạng hoàn tất việc thử nghiệm và cấp phép hoạt động của Bộ Thông Tin và Truyền Thông
Hiện tại, theo thông tin được ghi nhận thì cuộc gọi đầu tiên được thử nghiệm trên đường truyền 5G đã tiến hành từ ngày 10/5/2019 Đến 20/8/2020 thì Bộ Thông Tin và Truyền Thông công bố sẽ quy hoạch băng tần 24.25 – 27.5 để phục vụ cho việc kết nối và sử dụng mạng 5G tại nước ta
Hơn nữa, Bộ Thông Tin và Truyền Thông đã duyệt qua giấy phép thử nghiệm dịch vụ mạng 5G Việt Nam cho hai nhà mạng là Viettel và MobiFone
Cụ thể, Viettel có quyền sử dụng các đoạn băng tần từ 2.500MHz đến 2.600MHz, từ 3.700MHz đến 3.800MHz và băng tần từ 27.100MHz đến 27.500MHz Ngoài ra, quy mô thử nghiệm của nhà mạng này được kéo dài đến 30/6/2021 tại 140 địa điểm ở Hà Nội
Trong khi đó, MobiFone sẽ bắt đầu thương mại viễn thông mạng 5G tại TP Hồ Chí Minh với 50 địa điểm đặt trạm BTS và giấy phép thử nghiệm của nhà mạng này cũng kéo dài đến ngày 30/6/2021
VinaPhone cũng đã sớm thử nghiệm 5G từ tháng 4/2020 và công bố kế hoạch cung cấp thương mại 5G thử nghiệm vào cuối tháng 11 Nhà mạng VinaPhone còn cho hay tốc độ tải xuống dữ liệu bằng mạng 5G do hãng cung cấp sẽ đạt tốc
độ tối đa 2.2Gbps và độ trễ xấp xỉ 0%, đây là con số tuyệt vời đáng trông chờ
Tài liệu tham khảo:
https://meta.vn/hotro/mang-5g-la-gi-7448
Câu 2: Ba trường hợp sử dụng của mạng thông tin di động 5G là những trường
hợp nào? Trình bày các yêu cầu về hiệu năng tương ứng với mỗi trường hợp?
Bài làm
- Ba trường hợp sử dụng của mạng thông tin di động 5G là:
Trang 4Ngày 28/11/2017, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã chính thức phát hành báo cáo số M.2410 về các yêu cầu hiệu năng kỹ thuật tối thiểu đối với giao diện
vô tuyến của 5G Theo đó 5G sẽ cung cấp các dịch vụ đa dạng trong ba kịch bản
sử dụng, bao gồm: Kết nối băng thông rộng di động nâng cao (enhanced mobile broadband - eMBB), thông tin độ tin cậy cực kỳ cao với độ trễ thấp (ultra-reliable and low-latency communications – URLLC) và truyền thông máy số lượng cực lớn (massive machine type communications - mMTC) Theo đó, eMBB sẽ cung cấp dữ liệu tốc độ cực cao, tốc độ đường xuống là 10Gbps gấp
100 tốc độ sóng mang đơn của mạng LTE Sử dụng các kỹ thuật tiên tiến như băng thông rộng hơn (2GHz), tần số mới ở băng tần cao (sóng milimet) và sử dụng kết hợp băng tần cấp phép URLLC được sử dụng để xây dựng thành phố thông minh, kết nối giao tiếp giữa đèn giao thông, ô tô tự động và đường cao tốc
để điều khiển giao thông Trong môi trường này, mật độ nút, tiêu thụ năng lượng
và chi phí là yêu cầu cực kỳ quan trọng Cuối cùng là mMTC, hai yêu cầu của kết nối không dây là độ trễ và độ tin cậy
- Yêu cầu về hiệu năng tương ứng với từng trường hợp:
Yêu cầu
hiệu
năng
- Tốc độ dữ liệu đỉnh
đường xuống
(downlink) là 20
Gbit/s và tốc độ dữ
liệu đỉnh đường lên
(uplink) là 10 Gbit/s
- Hiệu suất phổ đỉnh
đường xuống là 30
bits/s/Hz và hiệu suất
- Độ trễ trên giao diện người dùng là 1
ms, độ trễ trên giao diện điều khiển là 20ms
- Sự gián đoạn đường truyền bằng 0
- Yêu cầu đối với băng thông tối thiểu
- Yêu cầu tối thiểu đối với mật độ kết nối là 1.000.000 thiết bị trên 01 km2
- Băng thông tối thiểu là 100MHz
và cho phép hỗ trợ băng thông lên đến
Trang 5phổ đỉnh đường lên:
15 bits/s/Hz
- Tốc độ dữ liệu người
dùng trải nghiệm
đường xuống là 100
Mbit/s và tốc độ dữ
liệu người dùng trải
nghiệm đường lên 50
Mbit/s
- Độ trễ trên giao diện
người dùng là 4 ms, độ
trễ trên giao diện điều
khiển là 20ms
- Yêu cầu đối với băng
thông tối thiểu là 100
MHz
- Tính di động: tốc độ
chuyển động của trạm
di động (km/h) mà vẫn
đạt được chất lượng
dịch vụ (QoS) theo
yêu cầu 5G sẽ hỗ trợ
tốc độ tối đa của trạm
di động lên tới 500
km/h
là 100 MHz
- Tính di động: tốc
độ chuyển động của trạm di động (km/h)
mà vẫn đạt được chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu 5G sẽ
hỗ trợ tốc độ tối đa của trạm di động lên tới 500 km/h
1GHz khi hoạt động ở băng tần trên 6GHz
- Tính di động: tốc
độ chuyển động của trạm di động (km/h) mà vẫn đạt được chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu 5G sẽ hỗ trợ tốc độ tối đa của trạm di động lên tới 500 km/h
- Dải 164dB MCL
Câu 3: Vẽ hình và trình bày khái niệm về kiến trúc mạng 5G NSA (tùy chọn
3X)?
Bài làm
Việc triển khai ban đầu của các dịch vụ 5G dựa trên 5G NSA, còn được gọi là tùy chọn 3 Các biến thể của tùy chọn 3 là tùy chọn 3, tùy chọn 3a và tùy chọn 3x
Tùy chọn 3/ 3a/ 3x là minh bạch đối với MME và P-GW và chuyển sang quy trình sửa đổi E-RAB tại MME
Tùy chọn 3: Lưu lượng được chia thành 4G và 5G tại eNodeB
Tùy chọn 3a: Lưu lượng được chia thành 4G và 5G tại EPC (S-GW)
Tùy chọn 3x: Lưu lượng được chia thành 4G và 5G ở ô 5G
Trang 6Trong chế độ mạng tùy chọn 3X, có một ít lưu lượng mạng người dùng LTE trong giao diện X2 Từ góc độ ảnh hưởng đến mạng hiện tại, 3X tương đối nhỏ
và đã trở thành lựa chọn chính cho mạng NSA Bằng cách sử dụng 4G làm điểm neo của mặt phẳng điều khiển, nó có thể đáp ứng tốt tính liên tục của dịch vụ và
hỗ trợ xây dựng mạng nhanh chóng trong giai đoạn đầu triển khai 5G Nhiều nhà khai thác di động bắt đầu hành trình 5G của họ bằng cách triển khai tùy chọn 3x Trong tùy chọn này, 5G được triển khai cùng với 4G LTE và cả hai được hỗ trợ bởi EPC hiện có Tùy chọn 3X là tùy chọn triển khai ban đầu giúp
Trang 7các nhà khai thác di động bắt đầu lộ trình 5G và đẩy nhanh thời gian thương mại hóa các dịch vụ 5G mới Tùy chọn 3x dựa trên tín hiệu được hỗ trợ qua LTE, thực hiện thông qua sóng LTE tới thiết bị người dùng (UE) Đài 5G sẽ chỉ thiết lập kết nối người dùng với lõi EPC thông qua tín hiệu từ đài LTE
Lựa chọn 3X là sự kết hợp của 3 và 3A Trong cấu hình này, lưu lượng dữ liệu người dùng sẽ chuyển trực tiếp đến phần 5G gNB của trạm gốc Từ đó, nó được phân phối qua đường hàng không đến thiết bị di động Một phần dữ liệu cũng có thể được chuyển tiếp qua giao diện X2 tới phần eNB 4G của trạm gốc và từ đó đến UE Các luồng dữ liệu chậm (Dữ liệu thấp), ví dụ như thiết bị mang VoLTE
có địa chỉ IP khác với địa chỉ IP được sử dụng để truy cập Internet có thể được phân phối trực tiếp từ mạng lõi đến phần eNB 4G của trạm gốc 4G / 5G Ưu điểm là bản nâng cấp 5G của trạm gốc có thể có giao diện IP hoạt động tốt hơn nhiều, do đó nó phù hợp hơn để xử lý tốc độ dữ liệu cao hơn mà chỉ có thể đạt được khi triển khai mạng 4G / 5G Không độc lập
Tùy chọn 3X cung cấp vùng phủ sóng mạnh mẽ ở tần số cao hơn và tốc độ bit cao nhất tổng hợp của LTE và 5G cho các tần số thấp hơn
Tùy chọn 3X cũng cung cấp khả năng di động LTE-5G thời gian gián đoạn gần bằng 0
Tùy chọn 3X cho phép thoại trong LTE mà không cần sử dụng dự phòng RAT Cấu hình này có thể được sử dụng trong các tình huống mà phạm vi phủ sóng LTE vượt trội hơn so với NR và do đó thúc đẩy EPC
Câu 4: Vẽ hình và trình bày khái niệm về kiến trúc mạng 5G SA (tùy chọn 2)?
Bài làm
- Kiến trúc mạng 5G Standalone:
Trang 8- Kiến trúc mạng 5G Standalone Option – 2:
5G Standalone (SA) là mô hình triển khai trong đó các dịch vụ 5G được cung cấp thông qua mạng 5G đầu cuối Phương thức triển khai SA đảm bảo rằng các nhà khai thác có thể mang lại hiệu suất tốt nhất được hứa hẹn khi giới thiệu 5G
Nó mang đến dữ liệu tốc độ cao, độ trễ cực thấp cùng với một loạt cải tiến khiến 5G trở thành một công nghệ mang tính cách mạng
5G Standalone, cả người dùng cuối (UE) cũng như mặt phẳng điều khiển đều sử dụng cơ sở hạ tầng cụ thể của 5G Các trạm gốc 5G NR tạo thành một phần của mạng vô tuyến hoạt động cùng với mạng lõi 5G gốc đám mây Nó cung cấp kiến trúc thiết bị và RAN đơn giản hóa đồng thời giới thiệu kiến trúc RAN mở
Vì toàn bộ kiến trúc mạng là 5G cụ thể, phương thức triển khai SA cũng được thiết kế để sử dụng phổ FR2 5G Dải tần số 2 (FR2), còn được gọi là mmWave,
là các tần số cao hơn 24 GHz Việc sử dụng các dải tần số cao này dẫn đến tốc
độ dữ liệu cao hơn 1 Gbps và độ trễ cực thấp
Option 2 dựa trên một gNodeB được kết nối với Mạng lõi 5G GNodeB sử dụng giao diện vô tuyến mới (NR) và các giao thức báo hiệu cho thiết bị người dùng cuối GNodeB kết nối với Chức năng quản lý di động và truy cập (AMF) để truyền tín hiệu mặt phẳng điều khiển với Mạng lõi 5G GNodeB kết nối với UPF
để truyền dữ liệu ứng dụng Các gNodeB được kết nối với nhau thông qua giao diện Xn
Kết nối với AMF: gNodeB có thể được kết nối với một hoặc nhiều AMF GNodeB chọn một AMF ban đầu cho mỗi UE Kết nối hướng tới AMF dựa trên giao diện Mặt phẳng điều khiển - Thế hệ tiếp theo (NG-C) Giao diện này sử dụng Giao thức Ứng dụng Thế hệ Tiếp theo (NGAP) để chuyển các bản tin báo hiệu giữa gNodeB với AMF Các bản tin NGAP được cung cấp trong 3GPP TS 38.413 và được chuyển bằng SCTP qua IP NGAP được sử dụng để chuyển các thông báo này giữa gNodeB và AMF UE và AMF báo hiệu cho nhau bằng cách
sử dụng các bản tin báo hiệu Non-Access Stratum (NAS)
Trang 9Kết nối với UPF: gNodeB có thể được kết nối với một hoặc nhiều UPF Chức năng Quản lý Phiên (SMF) chọn UPF cho mỗi phiên PDU Kết nối hướng tới UPF dựa trên giao diện Mặt phẳng người dùng thế hệ tiếp theo (NG-U) Giao diện này sử dụng giao thức đường hầm GRPS - Mặt phẳng người dùng (GTP-U)
để truyền dữ liệu ứng dụng thuộc PDU Sessions Có một đường hầm GTP-U duy nhất cho mỗi Phiên PDU Các gói mặt phẳng người dùng được chuyển bằng GTP-U qua UDP qua IP
Câu 5: Trình bày về phổ và băng tần giành cho 5G ở một số nước trên thế giới
và tại Việt Nam Băng tần thấp (dưới 1 GHz) và băng tần mm phù hợp cho những trường hợp sử dụng nào trong mạng 5G?
Bài làm
Để triển khai các mạng di động (2G, 3G, 4G) nói chung và mạng 5G nói riêng thì các quốc gia trên thế giới đang tập trung vào 3 băng tần, đó là:
- Băng tần thấp (Low-band): có tần số dưới 1 GHz
- Băng tần trung (Mid-band): có tần số từ 1 GHz đến 6 GHz
- Băng tần cao (High-band hay còn gọi là băng tần mm): có tần số từ 24 GHz đến 100 GHz
Theo số liệu 12/2020 từ Qualcomm.com, chúng ta có thể thấy phổ và băng tần của các nước dành cho 5G trên thế giới hầu hết tập trung vào khoảng
Trang 10600-800MHz, 3 – 4GHz và 24-30GHz Ngoài ra có một số nước có triển khai ngoài khoảng đó
Chi tiết hơn, Qualcomm còn đưa ra thông tin chi tiết về trạng thái của băng tần 3,4-3,8GHz và 26GHz ở các nước châu Âu:
Theo bảng trạng thái, chúng ta có thể thấy băng tần 3,4 GHz-3,8GHz đã được đấu giá ở các nước Anh, Ý, Tây Ban Nha, Thụy Sĩ , Đức, Phần Lan, Hungary và Ireland Băng tần 26GHz thì hầu hết các nước đều đang trong kế hoạch đấu giá để triển khai, chỉ có Nga, Ývà Phần Lan đã đưa vào sử dụng Có một số quốc gia như Pháp, Hy Lạp, Thụy Điển, Romania thì có kế hoạch đưa các băng tần này vào sử dụng vào khoảng cuối 2020 đầu 2021
Ngoài ra, số liệu của một số quốc gia thuộc châu Á và Đông Nam Á cũng được Qualcomm đề cập
Trung Quốc:
- MIIT chính thức phân bổ 700MHz (703-733 / 758-788MHz),3,3-3,6 GHz
& 4,8-5,0 GHz dưới dạng băng tần 5G; ngoài ra, 2,6GHz (Băng tần n41) đã được phép cho cả 4G và 5G triển khai
- Chính phủ Trung Quốc đã phê duyệt thử nghiệm R&D công nghệ 5G tần
số sử dụng trong 24,75-27,5 GHz & 37-42,5 GHz
- Chính phủ Trung Quốc hỗ trợ nhận dạng IMT toàn cầu trong 5925-7125MHz, 24,75-27,5GHz, 40,5-43,5GHz và 66- 71GHz
Hàn Quốc:
Trang 11- MSIT đã hoàn tất thành công phiên đấu giá phổ tần 5G trong 6/2018 cho 3,42–3,7GHz và 26,5–28,9 GHz
Nhật Bản:
- Vào tháng 4 năm 19, MIC đã chỉ định phổ 5G mới 3.6-4.2 GHz, 4,4-4,9 GHz và 27-29,5 GHz, cho bốn nhà khai thác
- Tất cả các băng tần 4G hiện có, 700 MHz, 850 MHz,900 MHz, 1,5 GHz, 1,8 GHz, 2,1 GHz (FDD), 2,5 GHz và 3,5 GHz (TDD) có sẵn cho triển khai 5G
- Quy tắc kỹ thuật cho các băng tần mạng riêng trong 2575-2595 GHz và 28,2-28,3 GHz cũng có đã được quy định
- Các băng tần mạng riêng bổ sung trong 1,9 GHz , 4,6–4,9 GHz và 28,3– 29,1GHz sẽ được điều chỉnh trong quý 4 năm 2020
- Các quy tắc kỹ thuật cho phổ được cấp phép bổ sung (4.9-5GHz, 26,6-27 GHz, 39,5–43,5 GHz) sẽ được nghiên cứu trong 2021
- Theo kết quả WRC-19, nghiên cứu 7025–7125 MHz sẽ cũng được tiến hành
Singapore:
- Phổ 3,5 GHz được phân bổ cho 2 nhà mạng
- Phổ 800MHz được phân bổ cho 4 nhà mạng
Thailand:
- Phổ 2,5 GHz được phân bổ cho 2 mạng
- Phổ 26 GHz được phân bổ cho 4 nhà khai thác
- Phổ 28 GHz đang được xem xét
Indonesia:
- Tất cả các nhà khai thác đã tiến hành thử nghiệm 5G ở 28 GHz
- Chính phủ có kế hoạch tiến hành thử nghiệm ở 3,5 GHz
- Chính phủ thông báo rằng họ sẽ tham vấn về chính sách 5G và phổ 6GHz,
26 GHz và hoàn thiện chính sách vào năm 2020
Phổ và băng tần cho 5G tại Việt Nam:
- VNPT được cấp phép sử dụng băng tần di động mặt đất, đoạn băng tần thu, phát của trạm gốc là 2600-2690 MHz