ĐỒ án CÔNG NGHỆ MẠNG 5g và XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

cấu trúc hệ thống mạng 5g, ứng dụng mạng 5g, an ninh trong mạng 5g, hạ tầng mạng 5g, bảo mật mạng 5g, hạn chế của mạng 5g, ứng dụng của mạng 5g, xu hướng phát triển của mạng 5g lên 6g, lịch sử mạng 5g

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

PHẠM HOÀNG NGỌC DƯƠNG NGUYỄN THỊ BÍCH DUYÊN

CÔNG NGHỆ MẠNG 5G VÀ XU HƯỚNG

PHÁT TRIỂN Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Xuân Lô

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6 NĂM 2021

FACULITY OF INFORMATION TECHNOLOGY

PHAM HOANG NGOC DUONG NGUYEN THI BICH DUYEN

5G NETWORK TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT TENDENCY

Major: Information Technology

Instructor: M.Sc Nguyen Xuan Lo

HO CHI MINH CITY, JUNE 2021

strong impact on all aspects of life and in all fields In which, thetelecommunications industry, an economic-technical industry associated withscience and technology, is one of the most affected industries Technologydevelopment follows the trend of IPization and integration of new technologies.

In recent years, when 3G appeared, it allowed users to transmit and use both voiceand non-voice data including emails, messages, images, audio, clips, etc 3G alsomarked a step strongly transformed from ordinary mobile devices to smartphonedevices But 3G mobile network also has some disadvantages such as the maximumdata transfer rate of 2Mbps, so it is difficult to download large data files, the ability

to respond in real time such as video conferencing is not high, still cannot meet theincreasing requirements of users, the openness of the network is not high and theability to integrate other networks is not good, etc

It seems that 3G has not been able to satisfy these smart mobile devices, leading tothe birth of 4G While 4G still dominates the world with advanced and moderntechnology, there is still an ambition to develop the next generation of 5G 5Gconnectivity is considered the trend of the telecommunications industry today withhuge expectations It can transmit extremely high data, connect with large capacitybut consume inversely It has features that previous generations of mobile phoneshave never been able to do, and is expected to revolutionize connectivity

mới tác động mạnh mẽ tới mọi mặt của đời sống và trên mọi lĩnh vực Trong đó,ngành viễn thông, một ngành kinh tế – kỹ thuật gắn liền với khoa học công nghệ, làmột trong những ngành chịu ảnh hưởng lớn nhất Sự phát triển công nghệ theo xuhướng IP hóa và tích hợp các công nghệ mới

Trong những năm vừa qua, khi 3G xuất hiện, nó cho phép người dùng truyền tải

và sử dụng cả dữ liệu thoại và phi thoại bao gồm email, tin nhắn, hình ảnh, âmthanh, clip,… 3G cũng đánh dấu một bước chuyển mình mạnh mẽ từ các thiết bị diđộng bình thường đến các thiết bị smartphone Nhưng mạng di động 3G cũng cómột số nhược điểm như tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 2Mbps cho nên rất khó choviệc download các loại file dữ liệu có dung lương lớn, khả năng đáp ứng thời gianthực như hội nghị truyền hình là chưa cao, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngàycàng cao của người dùng, tính mở của mạng chưa cao và khả năng tích hợp cácmạng khác chưa tốt,…

Dường như 3G chưa thể thỏa mãn được các thiết bị di động thông minh này dẫnđến sự ra đời của 4G Trong khi mà 4G vẫn thống trị trên toàn thế giới với côngnghệ tân tiến và hiện đại, người ta tiếp tục có tham vọng phát triển thế hệ kế nhiệm5G Kết nối 5G được coi là xu thế của ngành viễn thông hiện nay với các kỳ vọng

vô cùng lớn lao Nó có thể truyền dữ liệu cực cao, kết nối với công suất lớn nhưngnguồn tiêu thụ lại tỉ lệ nghịch Nó có các tính năng mà các thế hệ di động trước đóchưa bao giờ có thể làm được, dự kiến sẽ tạo ra một cuộc cách mạng về kết nối

đã tìm hiểu, bổ sung và học hỏi được thêm nhiều kiến thức – đó là một cơ hội thiếtthực và bổ ích để em có thể cọ xát với thực tế, làm quen với môi trường làm việc, từ

đó đặt ra thêm nhiều mục tiêu và định hướng cho công việc trong tương lai

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chânthành đến thầy giáo Th.S Nguyễn Xuân Lô đã giúp nhóm em định hướng được đềtài đồ án, cũng như tận tình hướng dẫn, giải đáp những thắc mắc Thầy cũng chia sẻnhững kiến thức chuyên môn và những kinh nghiệm quý báu giúp nhóm em có thểhoàn thành đồ án này

Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến các giáo viên trong bộ môn và các bạntrong lớp DHCNTT12B đã nhiệt tình chia sẻ, giúp đỡ và động viên trong suốt quátrình làm đồ án

Cho dù nhóm em đã rất cố gắng, nỗ lực trong quá trình thực hiện đồ án nhưng đồ

án này có nhiều kiến thức mới Cho nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót vànhững câu văn dịch từ các tài liệu tiếng Anh không được rõ nghĩa lắm Nhóm emrất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô Một lần nữa nhóm

em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn !

TP.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2021

Nhóm sinh viên thực hiện

Phạm Hoàng Ngọc Dương Nguyễn Thị Bích Duyên

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

PHẦN I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 7

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 7

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 7

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 8

5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 8

6 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU 8

7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 9

1 Cơ sở lý luận 9

2 Cơ sở thực tiễn 9

CHƯƠNG II: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 10

1 Lịch sử ra đời của hệ thống thông tin di động 10

2 Lý thuyết hoạt động của mạng không dây 10

3 Các thế hệ mạng di động đời trước 11

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG MẠNG 5G 15

1 Lịch sử phát triển 15

2 Tiêu chuẩn mạng 5G 20

3 Lý thuyết hoạt động của mạng 5g 20

4 Cấu trúc hệ thống mạng 5g 26

CHƯƠNG IV: AN NINH TRONG MẠNG 5G 29

1 Các mối đe dọa bảo mật trong hệ thống mạng 5g 29

2 Yêu cầu chung về bảo mật cho mạng 5g 29

3 Bảo mật tại 5G core network 31

4 Bảo mật ở ngoại vi của mạng 5g core 31

5 Kiến trúc bảo mật mạng 5G 32

6 Bảo mật trên thiết bị 34

CHƯƠNG V: HẠ TẦNG CẦN CÓ ĐỂ TRIỂN KHAI 5G 35

1 Tháp RAN 35

2 Macro cells 36

3 Micro cells – small cels 36

4 5G core 36

CHƯƠNG VI: CƠ SỞ CỦA NHỮNG HẠN CHẾ CỦA 5G 38

1 Bước sóng 38

2 Tính đồng bộ 38

3 Tính pháp lý 38

4 Chạy đua công nghệ 38

5 Chi phí 38

6 Nguy cơ lạm dụng 38

7 Tiêu hao năng lượng 38

CHƯƠNG VII: ỨNG DỤNG 5G TẠI VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 39

1 Các ứng dụng của 5G 39

2 Ứng dụng 5G tại VN 44

3 Ứng dụng 5G trên thế giới 46

CHƯƠNG VIII: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA 5G LÊN CAO HƠN 48

1 Xu hướng của 5g 48

1.1 Thực tế ảo 48

1.2 HD video 48

1.3 Smart city 48

1.4 Internet of things 48

1.5 Trải nghiệm người dùng 49

2 Xu hướng phát triển lên 6G 49

PHẦN III: KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 52

PHỤ LỤC 54

AR Augmented Reality Thực tế ảo tăng cường

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

mãCDMA2000 Code Division Multiple Access

2000 - IMT Multi-Carrier IMT đa sóng mangDdoS Distributed Denial of Service Tấn công từ chối dịch vụ

phân tánE2E End to end Quy trình đầu cuối

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theotần số

FM Frequency modulation Điều chế tần số

gNB New Radio nodeB New Radio nodeB

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di độngtoàn cầu

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications-2000

Viên thông di động quốc tế2000

IoT Internet of things Internet kết nối vạn vật

IoT Botnet IoT bots network Tấn công bằng bot vào hệ

thống IoTITM

Advanced

International MobileTelecommunications-Advanced

Viễn thông di động quốc tếnâng cao

ITU International

Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốctế

‘MASSIVE’ MULTI INPUT,MUTIL OUTPUT Hệ thống MIMO lớnMIMO Multi input, multi output Nhiều đầu vào, nhiều đầu

raMMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa

phương tiệnmmWave millimeter-wave Sóng milimet

MVNO Mobile Virtual Network

Operator Mạng di động ảoNAS Non Access Stratum Tầng không truy cập

NFV Network Function Virtuali

zation ảo hoá chức năng mạngNG-RAN 5G Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến

5GNMT Nordic Mobile Telephone hệ thống điện thoại di động

Bắc Âu

NR New Radio Tên gọi tiêu chuẩn mạng

5gOFDMA Orthogonal frequency-division

vô tuyếnSBA Space-based architecture Dạng kiến trúc phân tán

dựa trên không gianSDN Software Defined Networking Công nghệ mạng điều

khiển bằng phần mềmSMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn

SON Self Organising Network Công nghệ mạng tự tổ

chứcTDMA Time-division multiple access Đa truy cập phân chia theo

thời gian

UE Use equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông diđộng toàn cầu

VR Virtual Reality Thực tế ảo

W-CDMA Wideband Code Division

Multiple Access

đa truy cập phân mã băngrộng

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Kiến trúc mạng di động đơn giản hóa 10Hình 2 Sự phát triển của các thế hệ mạng di động theo thời gian 14Hình 3 các thế hệ mạng và các công nghê sử dụng 14

Hình 5 Mạng 5g tích hợp các máy chủ đám mây cục bộ 22

Hình 7 Phổ sóng của 5G cho các loại cells 24Hình 8 phổ tần số sử dụng trong 4G và 5G 24Hình 9 Trạm gốc khu vực 4G và trạm gốc 5G với dải ăng ten

Hình 10 cột sóng MIMO định hướng chùm sóng 26Hình 11 Cấu trúc hệ thống mạng 5G 26Hình 12 các nguy cơ anh ninh trong hệ thống mạng 5G 29

Hình 14 Tích hợp N9 interface và IPUPS 32Hình 15 Tổng quan về kiến trúc bảo mật 33Hình 16 thuật toán mật mã NEA0, 128-NEA1, 128-NEA2 34Hình 17 thuật toán mật mã 128-NEA3 34

47

Theo GizChina, tính tới tháng 1/2021, dân số thế giới là 7,83 tỉ người Trong đó

có 5,22 tỉ người trên thế giới sử dụng smartphone, tương đương 66,6% tổng dân sốthế giới Và số người người dùng mạng xã hội trên toàn thế giới đạt 4,2 tỉ người,chiếm 53% dân số toàn cầu[1] Tuy nhiên, sự bùng phát Covid-19 đã ảnh hưởngkhông nhỏ đến số lượng người dùng internet Vì vậy, con số thực tế có thể cao hơn

Để đáp ứng nhu cầu phát triển và kết nối của người dùng trên thế giới, công nghệmạng di động 5G đã ra đời Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanhhơn khoảng 100 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới hơn

và hấp dẫn dẫn hơn Không những vậy mạng di động thế hệ mới nhất 5G hứa hẹn sẽcải tiến tốc độ Internet, nâng cao dung lượng hệ thống, và giúp kết nối thêm hàng tỷthiết bị

Và nhóm em quyết định chọn đề tài “ Công nghệ mạng 5G và xu hướng pháttriển”, để có thể giải đáp được rằng: Liệu mạng 5G có thật sự vượt bậc như các nhàphát minh và giới chuyên gia đã chia sẻ hay không? Và nếu nó phát triển vượt bậcthật, thì xu hướng phát triển sau này của mạng 5G sẽ là gì?

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Sau khi đọc các bài báo, các nghiên cứu, nhóm em đã nắm bắt được xu thế pháttriển của mạng di động 5G, các cơ sở để triển khai một hệ thống mạng 5G, cácthành phần, lý thuyết hoạt động Nghiên cứu này mục đích tìm hiểu và đưa ranhững ưu điểm, sự vượt trội của mạng di động 5G và những tiềm năng mà mạng diđộng 5G sẽ phát triển trong tương lai, mang lại những kết quả tích cực cho sự pháttriển của công nghệ, đồng thời cũng là những thách thức khi 5G phổ biến rộng rãi ởnhiều nơi trên thế giới

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Để có cái nhìn bao quát về công nghệ mạng di động 5G và xu hướng phát triển của

nó, chúng ta cần nghiên cứu lịch sử ra đời của mạng di động từ thế hệ 1G đến thế hệ5G, bên cạnh đó còn phải tìm hiểu xu hướng phát triển của Internet, của mạng di

động trên thế giới và nhu cầu kết nối của mọi người như thế nào Rồi dựa vào cácnghiên cứu đó, ta có thể rút ra được kết luận về mạng di động 5G và xu hướng pháttriển của nó

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Trước tiên, ta phải tìm hiểu được hướng phát triển của mạng 5G, mối liên kết củacông nghệ mạng 5G với những lĩnh vực liên quan Rồi từ đó tập trung phân tích racác ưu điểm, nhược điểm, thách thức mà công nghệ mạng 5G cần chú tâm để ngàycàng phát triển và vươn xa hơn

5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Ta cần nghiên cứu nhu cầu sử dụng công nghệ mạng 5G của người dân Việt Namnói riêng và của cả thế giới nói chung Từ đó, ta mới có cái nhìn khách quan nhất vềcông nghệ mạng 5G, cũng như nhận định được xu hướng phát triển của nó

6 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

Từ khi nhận được đề tài “ Công nghệ mạng 5G và xu hướng phát triển”, nhóm của

em đã bắt tay ngay vào việc tìm hiểu, nghiên cứu và cùng nhau thảo luận đưa ranhững kết luận dựa trên những nghiên cứu này

7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nhóm em dựa vào những số liệu thực tế trên các diễn đàn Ngoài ra, nhóm em còntham khảo những bài báo, thông tin, các nghiên cứu, dữ liệu trên các website

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN

1 Cơ sở lý luận

Việc phát triển của công nghệ thông tin ngày càng nhanh và đa dạng, việccông nghệ hoá, điện tử hoá đã trở thành một xu thế tất yếu đối với tất cả cácngành nghề, qua đó kéo theo sự phát triển của các thế hệ mạng di động nhằmđáp ứng các nhu cầu tất yếu về truyền tải thông tin và liên kết công nghệ, ứngdụng kỹ thuật tại mọi lúc, mọi nơi, mọi thời điểm Do đó, sự phát triển của 5G

là một điều tất yếu, là nền móng cho sự phát triển của các công nghệ tương lai

2 Cơ sở thực tiễn

Hiện nay, 4G đã dần đi đến giới hạn trong việc đáp ứng các nhu cầu ngàycàng mới của nhân loại, qua đó 5G đã và đang được nghiên cứu để áp dụngthay thế dần cho 4G

Cùng với đó là sự phát triển đa dạng hơn các ứng dụng của công nghệ như xe

tự hành, sản xuất tự động hoá, thực tế ảo,… do đó, việc chạy đua công nghệ5G trở nên nóng hơn bao giờ hết vì nó không chỉ là công nghệ mà còn là điềukiện để sản sinh ra những ngành nghề mới với khả năng phát triển rõ ràng vàlợi nhuận đầy triển vọng

CHƯƠNG II: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1 Lịch sử ra đời của hệ thống thông tin di động

Được hiểu chung là hệ thống thông tin vô tuyến, sử dụng sóng điện từthay cho kết nối bằng dây, được phát triển lần đầu vào đầu thập niên 1980 vàđược sử dụng tại một số khu vực tại châu âu Vào năm 1982, hệ thống mạng diđộng này được chuẩn hoá bởi CEPT (European Conference of Postal andTelecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Special Mobile(GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn châu Âu

2 Lý thuyết hoạt động của mạng không dây

Mạng di động hoạt động dựa trên các máy phát vô tuyến công suất thấptạo thành các cell (hay còn gọi là tế bào) hình lục giác, các cell nằm liền kềnhau tạo thành một hệ thống Mỗi thuê bao được kết nối với một cell tại vị trícủa nó và sử dụng một tần số riêng để duy trì kết nối

Các cell được quản lý bởi một tháp viễn thông, các tháp viễn thông đượckết nối với một trung tâm chuển mạch di động và các trung tâm này lại kết nốivới nhau tạo thành một hệ thống mạng quốc gia, các hệ thống mạng quốc gialại kết nối với nhau, các thiết bị truyền tin và nhân tin với các tháp vô tuyếnbằng sóng điện từ

Hình 1: Kiến trúc mạng di động đơn giản hóa [2]

Mobile: các thiết bị di đông.

Base stations: các trạm phát sóng, phục vụ cho các cel xung quang nó

Cells: các khu vực được chia ra để quản lý vởi các trạm phát sóng, có thể có

nhiều Cell với các kính thước khác nhau phụ thuộc vào mật độ dân cư, địa lý, như Macrocells, Microcell, picocells, femtocells

Ba thành phần trên gộp chung lại thành một thành phần gọi là Radio AccessNetwork (RAN), phân biệt với core network, là khu vực quản lý đường truyền,định tuyến gói tin,… và thực hiện kết nối đến các khu vực RAN khác.

3 Các thế hệ mạng di động đời trước

3.1 mạng 1G

Mạng di động thương mại đầu tiên (thế hệ 1G) được triển khai tại Nhật Bảnbởi Nippon Telegraph and Telephone (NTT), ban đầu ở khu vực đô thị củaTokyo Trong vòng 5 năm, mạng lưới NTT đã được mở rộng để đáp ứngnhu cầu của toàn bộ dân số Nhật Bản và trở thành mạng lưới 1G toàn quốcđầu tiên

Năm 1981, hệ thống NMT đồng thời được triển khai ở Đan Mạch, PhầnLan, Na Uy và Thụy Điển NMT là mạng điện thoại di động đầu tiên cótính năng chuyển vùng (roaming) Năm 1983, mạng 1G đầu tiên ra mắt tại

Mỹ là Ameritech có trụ sở tại Chicago sử dụng điện thoại di động MotorolaDynaTAC Một số quốc gia sau đó theo sau vào đầu những năm 1980, baogồm Anh, México và Canada

Mạng 1G chỉ giới hạn trong việc gọi điện thoại di động, sử dụng công nghệtruyền nhận thông tin thông qua tín hiệu analog kết nối đến các tháp vôtuyến (radio tower), mạng 1G sử dụng phương thức đa truy nhập phân chiatheo tần số (FDMA) và điều chế tần số (FM)

Đặc điểm của hệ thống mạng 1G:

 Băng tần khaongr 150MHz

 Dịch vụ chủ yếu là thoại

 Có sự nhiễu giao thoa do tần số các kênh liên lạc lên cận

 Trạm thu phát gốc phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi máy diđộng

 Mỗi máy di động được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thôngtuyến

Hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G:

 Phân bố tần số hạn chế, dung lượng nhỏ

 Tính bảo mật kém

 Chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp

 Dễ bị nhiễu khi di chuyển

 Chỉ hạn chế trong việc gọi điện

 Không có tính tương thích giữa các hệ thống khác nhau

3.2 mạng 2G

Mạng 2G được triển khai thương mại dựa trên chuẩn tiêu chuẩn GSM ở

Phần Lan bởi nhà mạng Radiolinja (hiện là một phần của công ty viễnthông Elisa Oyj) vào năm 1991.

Các công nghệ 2G cho phép các nhà mạng khác nhau cung cấp các dịch vụ nhưtin nhắn văn bản, tin nhắn hình ảnh và MMS (tin nhắn đa phương tiện) Tất cảcác tin nhắn văn bản được gửi trên 2G đều được mã hóa bằng tín hiệu kĩ thuật

số (digital), cho phép truyền dữ liệu theo cách mà chỉ người nhận như dự địnhmới được nhận và đọc tin nhắn

Là hệ thống mạng sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gianTDMA và đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đặc điểm của mạng 2G:

 Sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA và đatruy cập phân chia theo mã CDMA

 Sử dụng chuyển mạch kênh

 Chất lượng thoại được tăng, hỗ trợ SMS, fax

 Cung cấp tốc độ truyền tối đa là 50kbit/s theo lý thuyết

Hạn chế của hệ thống thông tin 2G:

 Các dịch vụ ứng dụng hạn chế

 Có nhiều tiêu chuẩn (GSM, IS-136, IS-95,…)dẫn đến sự không thốngnhất, khó chuyển giao toàn cầu

3.3 mạng 3G

Là hệ thống mạng hướng dịch vụ, được hoàn thiện đầu những thập niên

2000, tuy nhiên, do việc được phát triển từ nhiều tổ chức khác nhau nên dẫnđến có kiểu quy chuẩn khác nhau, thiếu sự thống nhất Vào năm 2000, liênlinh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunications Union) đãxây dựng thành chuẩn IMT-2000 với 5 nhóm chính, vào năm 2007,WiMAX được bổ sung thêm vào IMT-2000

Các chuẩn phương thức truy cập của IMT-2000:

 TDMA Single-Carrier (IMT-SC)

 TDMA Multi-Carrier (IMT-MC)

 CDMA Direct Spread (IMT-DS)

 Đáp ứng các dịch vụ tin nhắn (SMS, Fax, e-mail, chat,…)

 Đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, truyền hình, nge nhạc,

…)

 Có khả năng truy cập internet

 Có sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống

 Tốc độ băng thông tối đa trên lý thuyết là 2Mbp/s

Hạn chế của hệ thống thông tin 3G:

 Chi phí sử dụng cao

 Chất lượng phụ thuộc nhiều vào vị trí, trạm phát sóng và thiết bị

 Vì phải chia sẻ băng thông với các người sử dụng khác dẫn đến tốc độkhông ổn định

3.4 mạng 4G

Bộ tiêu chuẩn 4g được đưa ra vào tháng 3 năm 2008 bởi IUT-R với tên gọiIMT – Advanced

So với 3G, 4G có nhiều yêu cầu khắt khe hơn về tiêu chuẩn như sau:

 Tốc độ truyền tải dữ liệu đạt 100 Mb/s khi di chuyển với tốc độ nhanh,

và 1 Gb/s khi di chuyển với tốc độ chậm (hoặc đứng yên)

 Có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện với chất lượng cao

 Có hệ thống IP chuyển mạch gói

 Dễ dàng thực hiện chuyển giao giữa những mạng phức tạp

 Có độ rộng băng thông có thể thay đổi linh hoạt

 Có hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh lên đến 15 b/s/Hz đối với đườngxuống và 6,75 b/s/Hz đối với đường lên (tức nếu đường xuống đạt tốc độ1Gb/s thì chỉ chiếm dụng khoảng 67 MHz băng thông)

 Hiệu suất sử dụng phổ tần của hệ thống, trường hợp trong nhà là 3b/s/Hz/cell cho đường xuống và 2,25 b/s/Hz/cell cho đường lên

4G sử dụng chuẩn công nghệ LTE/ LTE nâng cao, Wimax, Wifi đã đáp ứngđược hầu hết các nhu cầu hiện tại, tuy nhiên, giống như 3G, 4G vẫn còn tồntại mội số hạn chế

Hạn chế của hệ thống thông tin 4G:

 Yêu cầu các thiết bị phải đáp ứng được sự tương thích

 Các thiết bị di động tiêu hao nhiều năng lượng để kết nối

 Chi phí dịch vụ và giá thành cao

 Có thành phần hệ thống phức tạp

 Chỉ có thể cung cấp đường truyền ổn định cho khoảng 2000 thiết bị trênmột km

Hình 2: Sự phát triển của các thế hệ mạng di động theo thời gian[3]

Hình 3: các thế hệ mạng và các công nghệ sử dụng [2]

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG MẠNG 5G

1 Lịch sử phát triển

Tháng 4 năm 2008, NASA hợp tác với Geoff Brown và Machine Intelligence Corp (M2Mi) để tạo ra công nghệ truyền thông 5G.[4] Trong năm 2008, chương trình nghiên cứu và phát triển IbjngT của HànQuốc về "Hệ thống truyền thông di động 5G dựa trên sự truy cập đa luồng vàchuyển tiếp với sự hợp tác nhóm" đã được khởi động[4]

Tháng 8 năm 2012, Đại học New York thành lập NYU WIRELESS, mộttrung tâm nghiên cứu đa ngành học đã tiến hành công việc tiên phong trongtruyền thông không dây 5G [4]

Ngày 8 tháng 10 năm 2012, Đại học Surrey của Vương quốc Anh đã quyếtđịnh chi 35 triệu bảng cho một trung tâm nghiên cứu 5G mới, do Quỹ Đầu tưĐối tác Nghiên cứu Vương quốc Anh (UKRPIF) và một tổ hợp các nhà cungcấp dịch vụ điện thoại di động và nhà cung cấp cơ sở quốc tế quan trọng, baogồm Huawei, Samsung, Telefonica Châu Âu, Fujitsu Laboratories Châu

Âu, Rohde & Schwarz, và Aircom International Nó sẽ cung cấp các cơ sở thửnghiệm cho các nhà khai thác di động mong muốn phát triển một tiêu chuẩn diđộng sử dụng năng lượng ít hơn và phổ tần số vô tuyến ít hơn trong khi cungcấp tốc độ nhanh hơn 4G hiện tại với mong muốn cho công nghệ mới sẽ sẵnsàng trong vòng một thập kỷ [4]

Ngày 1 tháng 11 năm 2012, dự án "Điện thoại di động và truyền thông khôngdây cho phép hai mươi năm Thông tin Xã hội" (METIS) của Châu Âu bắt đầuhoạt động theo định nghĩa của 5G METIS đã sớm đạt được sự đồng thuận trêntoàn cầu Theo nghĩa này, METIS đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo sựđồng thuận giữa các bên liên quan bên ngoài khác trước các hoạt động chuẩnhoá toàn cầu Điều này được thực hiện bằng cách bắt đầu và giải quyết các côngviệc trong các diễn đàn toàn cầu có liên quan (ví dụ ITU-R), cũng như các cơquan điều tiết quốc gia và khu vực [4]

Cũng trong tháng 11 năm 2012, dự án iJOIN của Châu Âu được khởi động,tập trung vào công nghệ "tế bào nhỏ", có tầm quan trọng đặc biệt cho việc tậndụng các nguồn lực hạn chế và chiến lược, chẳng hạn như phổ sóng vô tuyếnđiện Theo Günther Oettinger, Ủy viên châu Âu về kinh tế kỹ thuật số và xã hội(2014-19), "việc sử dụng sáng tạo quang phổ" là một trong những yếu tố thenchốt bên trong sự thành công của 5G Oettinger mô tả nó là "nguồn lực thiết yếucho kết nối không dây, trong đó 5G sẽ là trình điều khiển chính" iJOIN đã được

Uỷ ban châu Âu lựa chọn là một trong những dự án nghiên cứu tiên phong của

5G để giới thiệu kết quả ban đầu về công nghệ này tại Mobile WorldCongress 2015 (Barcelona, Tây Ban Nha) [4]

Ngày 12 tháng 5 năm 2013, Samsung Electronics tuyên bố rằng họ đã pháttriển một hệ thống "5G" Công nghệ cốt lõi đạt tốc độ tối đa hàng chục Gbit/s.Trong quá trình thử nghiệm, tốc độ truyền đã đạt tới 1,056 Gbit/s đến khoảngcách 2 km bằng cách sử dụng 8*8 MIMO [4]

Tháng 7 năm 2013, Ấn Độ và Israel đã đồng ý cùng nhau phát triển côngnghệ viễn thông thế hệ thứ 5 (5G) [4]

Ngày 1 tháng 10 năm 2013, NTT (Nippon Telegraph and Telephone) đãnhận được giải thưởng Bộ Nội vụ và Truyền thông tại CEATEC về nỗ lựcnghiên cứu và phát triển 5G [4]

Ngày 6 tháng 11 năm 2013, Huawei đã thông báo kế hoạch đầu tư ít nhất 600triệu USD vào R&D cho các mạng 5G thế hệ mới có khả năng tăng tốc nhanhhơn gấp 100 lần so với các mạng LTE hiện tại [4]

Tháng 9 năm 2014, việc điều trị toàn diện đầu tiên về hệ thống truyền thôngkhông dây dạng sóng milimet đã được công bố Cuốn sách "Millimeter WaveWireless Communications" do Prentice Hall xuất bản, cung cấp tổng quan vềcác khái niệm chính từ truyền thông, mạch, ăng-ten, truyền lan, và các tiêuchuẩn toàn cầu đang nổi lên Được viết bởi bốn học viên hàng đầu trong mạngkhông dây mmWave: Theodore Rappaport (NYU WIRELESS), Robert Heath(UTAustin), Robert Daniels (UTAustin) và James Murdock (UTAustin) [4]

Ngày 23 tháng 4 năm 2014, Nokia Solutions and Networks và NYUWIRELESS tổ chức Hội nghị thượng đỉnh Brooklyn 5G đầu tiên Sự kiện này

đã thu hút sự tham gia của các nhà nghiên cứu và phát triển ngành công nghiệpkhông dây và điện thoại di động trong giới hàn lâm, kinh doanh và chính phủ đểkhám phá tương lai của công nghệ không dây 5G, đặc biệt tập trung vào ăng-ten, quảng cáo và lập mô hình kênh [4]

Ngày 8 tháng 5 năm 2014, NTT DoCoMo bắt đầu thử nghiệm các mạng diđộng 5G với Alcatel Lucent, Ericsson, Fujitsu, NEC, Nokia và Samsung [4]

Tháng 6 năm 2014, Ủy ban châu Âu đã lựa chọn dự án nghiên cứu của EUCROWD để tham gia nhóm "các dự án tiền thân 5G" Các dự án này góp phầngiới thiệu sớm về các công nghệ tiềm năng cho cơ sở hạ tầng "5G" với băng

thông rộng khắp & phổ biến ở mọi nơi CROWD đã được đưa vào danh sáchcác cuộc biểu tình tại Hội nghị châu Âu về Mạng và Truyền thông (EuCNC) do

EC tổ chức vào tháng 6 năm 2014 [4]

Tháng 10 năm 2014, dự án nghiên cứu TIGRE5-CM (Các công nghệ tíchhợp để quản lý và vận hành mạng 5G) được đưa ra nhằm mục đích thiết kế kiếntrúc cho các mạng di động thế hệ tương lai dựa trên mô hình SDN (Mạng Phầnmềm Xác định Mạng) Viện IMDEA Networks là điều phối viên của dự án [4]

Tháng 11 năm 2014, Megafon và Huawei sẽ phát triển mạng 5G ở Nga Mộtmạng thử nghiệm sẽ sẵn sàng vào cuối năm 2017, đúng vào thời điểm WorldCup 2018 [4]

Ngày 19 tháng 11 năm 2014, Huawei và SingTel đã công bố việc ký kếtMoU để khởi động chương trình đổi mới 5G [4]

Ngày 22 tháng 6 năm 2015, chính phủ Hy Lạp đã thông báo với các cuộcthảo luận của hội đồng Euro-Euro rằng công nghệ 5G và 4G sẽ được cấp 350triệu euro, do đó họ bị chỉ trích vì các nhà lãnh đạo Châu Âu lừa dối trong việctạo ra nguồn thu nhập tiềm năng từ một công nghệ mà tới sau năm 2020 mới ramắt [4]

Ngày 1 tháng 7 năm 2015, dự án METIS-II đã được đưa ra Dự án này nhằmthiết kế mạng truy cập vô tuyến 5G, xây dựng cơ sở cho việc phân bổ đa dịch

vụ trên một giao diện chéo xuyên suốt và khung giao diện chéo [4]

Ngày 8 tháng 9 năm 2015, Verizon đã thông báo lộ trình thử nghiệm 5G tạiHoa Kỳ trong năm 2016 [4]

Ngày 1 tháng 10 năm 2015, nhà điều hành Orange Orange đã thông báo sẽtriển khai công nghệ 5G và bắt đầu thử nghiệm lần đầu vào tháng 1 năm 2016tại Belfort [4]

Ngày 22 tháng 1 năm 2016, Ericsson cho biết họ đã hợp tácvới TeliaSonera để phát triển các dịch vụ 5G dựa trên mạng của TeliaSonera vàcông nghệ 5G của Ericsson Mục tiêu của họ là cung cấp 5G cho khách hàng ởThụy Điển và Tallinn, Estonia vào năm 2018 Thụy Điển từ lâu đã là quốc giatiên phong trong lĩnh vực ICT, đặc biệt là Ericsson và TeliaSonera đã đưa ramạng lưới thương mại 4G thương mại đầu tiên ở Thụy Điển vào năm 2009 [4]

Ngày 22 tháng 2 năm 2016, NTT DoCoMo và Ericsson đã thành công trongcuộc thử nghiệm đầu tiên trên thế giới để đạt được tốc độ 20 Gbit/s với hai thiết

bị di động được kết nối đồng thời trong thử nghiệm 5G ngoài trời Cũng vàongày 22 tháng 2 năm 2016, Samsung và Verizon đã bắt đầu dùng thử 5G [4]Ngày 29 tháng 1 năm 2016, Google tiết lộ rằng họ đang phát triển một mạng5G gọi là SkyBender Họ dự định phân phối kết nối này thông qua các drone sửdụng năng lượng mặt trời [4]

Vào giữa tháng 3 năm 2016, chính phủ Anh xác nhận kế hoạch đưa AnhQuốc trở thành nước dẫn đầu thế giới về 5G Kế hoạch cho 5G chiếm một phầnnhỏ trong ngân sách năm 2016 của nước này, nhưng dường như chính phủ Anhmuốn nó là một trọng tâm lớn trong tương lai [4]

Ngày 2 tháng 6 năm 2016, cuốn sách toàn diện đầu tiên về 5G đã được đưa

ra Sách "Công nghệ truyền thông di động và không dây 5G" của CambridgePress được biên soạn bởi Afif Osseiran, Jose F Monserrat (UPV) và PatrickMarsch (Nokia Bell Labs) và bao gồm mọi thứ từ các trường hợp sử dụng, khíacạnh quang phổ, và một loạt các lựa chọn công nghệ để kiến trúc hệ thống 5Gtiềm năng [4]

Ngày 7 tháng 7 năm 2016, Ủy viên châu Âu về Kinh tế số và Xãhội, Günther Oettinger đã nhận được Bản tuyên bố 5G để triển khai kịp thời 5Gtại châu Âu, đưa ra các khuyến nghị về cách EU có thể hỗ trợ và thúc đẩy đổimới và triển khai 5G cũng như thời hạn cho các cuộc trình diễn 5G và thươngmại hóa Các tập đoàn đã ký là BT Group, DeutscheTelekom, Ericsson, Hutchison Whampoa Châu

Âu, Inmarsat, Nokia, Orange, Proximus, KPN, SES, Tele2, Telecom

Italia, Telefónica, Telekom Austria, Telenor, Telia Company và Vodafone [4]

Ngày 14 tháng 7 năm 2016, Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ (FCC)

đã nhất trí thông qua đề xuất giải phóng một lượng lớn băng thông mới trongdải tần số cao chưa được sử dụng cho thế hệ kế tiếp của truyền thông không dây(5G) Spectrum Frontiers Proposal (SFP) sẽ tăng gấp đôi lượng phổ tần khôngđược cấp phép của sóng milimet (mmWave) lên 14 GHz và tạo ra gấp bốn lầnlượng quang phổ [4]

Ngày 17 tháng 10 năm 2016, Qualcomm đã công bố modem 5G đầutiên, Snapdragon X50, là chipset di động thương mại 5G đầu tiên [4]

Tháng 1 năm 2017, Reliance Jio và Samsung đã hợp tác cùng nâng cấp mạng4G LTE-A hiện có ở Ấn Độ lên chuẩn 5G [4]

Tháng 2 năm 2017, nhà khai thác viễn thông BSNL của chính phủ Ấn Độ đãhợp tác với Nokia để thiết lập mạng 5G [4]

Tháng 3 năm 2017, Airtel của Ấn Độ tuyên bố hợp tác với Nokia để thiết lậpcác mạng di động và IoT 5G trong nước [4]

Ngày 21 tháng 3 năm 2017, LMT của Latvia lắp đặt trạm 5G di động đầutiên ở Latvia tại Trung tâm Khoa học Tự nhiên mới của Đại học Latvia [4]Ngày 29 tháng 6 năm 2017, mạng vệ tinh và mặt đất của 5G (SaT5G) thôngbáo khởi động một dự án kéo dài 30 tháng để tích hợp vệ tinh vào mạng 5G, cảithiện tính phổ biến, khả năng phục hồi và hiệu quả của các dịch vụ 5G, và mởcác thị trường mới trong phân phối truyền thông, vận tải và các khu vực khôngđược phục vụ Tập đoàn được Ủy ban châu Âu tài trợ trong chươngtrình Horizon 2020 và bao gồm 16 thành viên, bao gồm Airbus Defense andSpace, Avanti Communications, BT, Broadpeak, Gilat SatelliteNetworks, OneAccess, Thales Alenia Space, TNO, Đại học Surrey, ZodiacInflight Innovation, và SES, sử dụng quỹ đạo địa lý và quỹ đạo mặt đất trungbình cao có thể cung cấp năng lực cho việc vận hành hệ thống [4]

Tháng 6 năm 2017, Sri Lanka Telecom trở thành nhà mạng đầu tiên thànhcông trong việc thử nghiệm Pre-5G LTE Advanced Pro Technology ở Nam Á.[4]

Tháng 7 năm 2017, Telecom Italia Mobile đã ký một bản ghi nhớ với chínhphủ San Marino để nâng cấp mạng 4G lên 5G Đây có thể sẽ là mạng 5G trêntoàn quốc đầu tiên trên thế giới [4]

Ngày 18 tháng 7 năm 2017, 28 bộ trưởng viễn thông của EU và Na Uy đãtuyên bố ý định tại Tallinn, Estonia, nhằm "…to establish a common baseline

on future 5G standards and confirm the willingness of member states to positionEurope as the lead market for 5G." (thành lập một đường chuẩn chung cho cácchuẩn 5G tương lai và xác nhận về sự sẵn lòng của các quốc gia thành viên về

vị trí của Châu Âu trong việc trở thành thị trường dẫn đầu của 5G) [4]

Ngày 22 tháng 8 năm 2017, Dialog Axiata đã tiến hành thử nghiệm khả năngcông nghệ 5G của họ với các đối tác công nghệ Ericsson và Huawei tại DialogIconic ở Colombo [4]

Ngày 29 tháng 9 năm 2017, tại Hội nghị Thượng đỉnh Kỹ thuật số của EU

ở Tallinn, Estonia, một đối tác của Ericsson, Intel và Telia Eesti thông báo rằng

họ đã triển khai mạng lưới 5G công cộng trực tiếp đầu tiên ở châu Âu tại cảngTallinn để kết nối với các tàu du lịch [4]

Ngày 17 tháng 10 năm 2017, Qualcomm đã công bố kết nối di động 5G đầutiên với tốc độ kết nối là 1 Gbit/s [4]

Ngày 29 tháng 11 năm 2017, Verizon Communications Inc công bố sẽ triểnkhai các dịch vụ băng thông rộng không dây 5G ở 5 thành phố của Mỹ, bắt đầu

từ nửa cuối năm 2018 [4]

Năm 2020, Việt Nam trở thành nước thứ 5 trên thế giới làm chủ 5G với việcđưa vào thử nghiệm mạng 5G bởi Viettel và Vingroup dưới sự chỉ đạo của BộThông tin và Truyền thông [4]

2 Tiêu chuẩn mạng 5G

Theo IMT 2020, hệ thống 5G phải đáp ứng được những tiêu chí sau:

 Tốc độ dữ liệu cao hơn hệ thống hiện tại từ 10 đến 100 lần

 Độ trễ gần như bằng 0

 Đáp ứng phục vụ được số lượng lớn thiết bị (hàng triệu thiết bị trên 1

km2)

 Đáp ứng được Thông lượng cao hơn, khoảng vài chục Tbps/km2

 Đảm bảo kết nối liên tục với các thiết bị di chuyển với tốc độ cực nhanh,lên tới hơn 500 km/h

 Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ lên từ 5 đến 15 lần

 Giảm chi phí tiêu hao trên mỗi bit dữ liệu khoảng 100 lần

 Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng lên hơn 100 lần

 Cảm biến không dây công nghiệp: độ khả dụng 99,99%; độ trễ nhỏ hơn100ms nói chung và 5-10ms cho các cảm biến liên quan đến an toàn; tốc

độ dữ liệu trung bình (<2 Mbps); tuổi thọ pin vài năm

 Truyền video: độ tin cậy 99% -99,9%; độ trễ dưới 500ms; tốc độ dữ liệutrung bình - cao (2-25 Mbps)

 Thiết bị đeo: tốc độ dữ liệu cao (lên đến 150 Mbps cho đường xuống vàlên đến 50 Mbps cho đường lên) với thời lượng pin dài (lên đến 1-2 tuần)

3 Lý thuyết hoạt động của mạng 5g

Bước đầu tiên để phát triển 5G là tích hợp nó với mạng 4G hiện tại và từ đóphát triển dần lên hệ thống 5G hoàn chỉnh.

Hình 4: Kiến trúc mạng 5g từ 4g[5]

Mạng di động của 5G có hai thành phần chính là The Radio Access Network (mạng truy nhập vô tuyến) và core network (mạng lõi).

The Radio Access Network (mạng truy nhập vô tuyến): Khác với 4G, 5G

cấu trúc thêm các cell nhỏ là tính năng chính của 5G nhằm tăng số lượng đầucung cấp kết nối, có thể được lắp đặt tại các toà nhà cung cấp kết nối tới main

core network [5]

Các cell nhỏ hoạt động ở tần số sóng milimet (mmWave) với phạm vi kết nốingắn các cell nhỏ sẽ được phân phối theo cụm tùy thuộc vào nơi người dùngyêu cầu kết nối, điều này sẽ bổ sung cho mạng macro cung cấp phạm vi phủsóng trên diện rộng [5]

Các cell nhỏ sẽ kết nối với cell lơn là macro cells, các macro cells sẽ sử dụngăng-ten MIMO (multi input, multi ouput) có nhiều phần tử hoặc kết nối để gửi

và nhận nhiều dữ liệu hơn đồng thời Lợi ích cho người dùng là nhiều người cóthể đồng thời kết nối vào mạng và duy trì thông lượng cao Trong trường hợpăng-ten MIMO sử dụng số lượng rất lớn các phần tử ăng-ten, chúng thườngđược gọi là massive MIMO, tuy nhiên, kích thước vật lý tương tự như các ăng-ten trạm gốc 3G và 4G hiện có [5]

Core network (mạng lõi): là mạng dữ liệu và trao đổi di động quản lý tất cả

các kết nối thoại, dữ liệu và internet di động Đối với 5G, 'mạng lõi' đang đượcthiết kế lại để tích hợp tốt hơn với internet và các dịch vụ dựa trên đám mây,

đồng thời bao gồm các máy chủ phân tán trên toàn mạng, cải thiện thời gianphản hồi (giảm độ trễ) [5]

Nhiều tính năng nâng cao của 5G bao gồm ảo hóa chức năng mạng và phânchia mạng cho các ứng dụng và dịch vụ khác nhau, sẽ được quản lý trong lõi.Hình minh họa sau đây cho thấy các ví dụ về việc máy chủ đám mây cục bộcung cấp nội dung và kết nối nhanh hơn cho người dùng (phát trực tuyến phim)

và các ứng dụng có độ trễ thấp ví dụ như hệ thống tránh va chạm xe [5]

Hình 5: Mạng 5g tích hợp các máy chủ đám mây cục bộ[5]

Network Slicing : tạo ra các mạng ảo giúp đáp ứng các nhu cầu riêng biệt

của các ứng dụng, dịch vụ, thiết bị trên cùng một hạ tầng vật lý, qua đó có thểtriển khai các dịch vụ khẩn cấp hoạt động độc lấp trên một phần mạng so vớicác dịch vụ khác [5]

Network Function Virtualization (NVF- ảo hoá chức năng mạng): với

kết nối đủ mạnh, các chức năng hoặc phần mềm trước đây phải cài và chạy trêncác phần cứng chuyên dụng (ví dụ như tường lửa, mã hoá,…) bây giờ có thểchạy trên các đám mây dịch vụ và các máy ảo Đây là ưu thế cực lớn và quantrọng của 5G nhằm hỗ trợ các dịch vụ mới phát triển và là một công nghệ quantrọng cho core 5G [5]

phương pháp để 5G kết nối liên tục, công suất lớn, tốc độ nhanh hơn, độ trễ thấp hơn:

Mạng 5G sẽ được thiết kế để hoạt động kết hợp với mạng 4G sử dụng mộtloạt các tế bào vĩ mô, tế bào nhỏ và các hệ thống trong tòa nhà chuyên dụng.Các tế bào nhỏ là các trạm gốc mini được thiết kế để phủ sóng rất cục bộ,thường từ 10 mét đến vài trăm mét, cung cấp nội dung cho một mạng macrolớn hơn Các tế bào nhỏ rất cần thiết cho mạng 5G vì tần số mmWave có phạm

vi kết nối rất ngắn

Hình 6: Macrocells diện rộng[5]

Mạng 5G sẽ sử dụng các băng tần dưới 6GHz (trong nhiều trường hợp làcác băng tần 3,3-3,8GHz) và các tần số tương tự như sóng di động hoặc wifihiện có, đi kèm với đó là phổ di động bổ sung trên 6GHz bao gồm các băngtần 26-28GHz giúp cung cấp dùng lượn lớn hơn, qua đó cho phép nhiều kếtnối hơn, truyền tải nhiều dữ liệu hơn

Phổ tăng lên trong dải mmWave sẽ cung cấp phạm vi phủ sóng nội bộ vìchúng chỉ hoạt động trong khoảng cách ngắn Việc triển khai 5G trong tươnglai có thể sử dụng tần số mmW trong băng tần lên đến 86 GHz

Hình 7: Phổ sóng của 5G cho các loại cells[5]

Hình 8: phổ tần số sử dụng trong 4G và 5G[6]

MASSIVE MIMO (‘MASSIVE’ MULTI INPUT, MUTIL OUTPUT) :

5G sẽ sử dụng các ăng ten MIMO (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra) 'khủng' có sốlượng phần tử ăng ten hoặc kết nối rất lớn để gửi và nhận nhiều dữ liệu hơn mộtcách đồng thời Lợi ích cho người dùng là nhiều người có thể đồng thời kết nối vào

Kích thước vật lý tổng thể của các ăng-ten “massive” MIMO 5G sẽ tương tự như4G, tuy nhiên với tần số cao hơn, kích thước phần tử ăng-ten riêng lẻ nhỏ hơn chophép nhiều ăng-ten nhỏ trên một ăng-ten lớn (có thể hơn 100).Thiết bị Người dùng 5G bao gồm điện thoại di động và các thiết bị khác cũng sẽ cócông nghệ ăng-ten MIMO được tích hợp trong thiết bị cho các tần số mmWave

Hình 9: Trạm gốc khu vực 4G và trạm gốc 5G với dải ăng ten MIMO lớn đa phần

tử mới[5]

MIMO-Điều hướng tín hiệu

Là công nghệ cho phép các ăng ten cảu trạm gốc hướng tín hiệu đến phía ngườidùng hoặc các thiết bị thay vì phát tán tín hiệu về tất cả các hướng như các hệ thốngmạng cũ, giúp tăng hiệu quả truyển tải và giảm nhiễu

Hình 10: cột sóng MIMO định hướng chùm sóng[5]

4 Cấu trúc hệ thống mạng 5g

Hình 11: Cấu trúc hệ thống mạng 5G[7]

Cấu trúc hệ thống mạng 5g được thiết kế thành các lớp:

infrastructure resource layer: bao gồm các tài nguyên vật lý của một bộ

phận hội tụ cố định di động (fixed-mobile convergence network) nhưcomprising access nodes, cloud nodes (có thể là cơ sở xử lý hoặc lưu trữ) chođiện thoại, các thiết bị không dây,… Các nút mạng liên kết Các thiết bị 5G

có thể có khả năng định cấu hình và có thể hoạt động như một bộ chuyểntiếp, trung tâm hoặc một tài nguyên máy tính lưu trữ, tùy thuộc vào tình

huống sử dụng Các tài nguyên được tiếp xúc với các lớp cao hơn và với thựcthể quản lý và điều phối end-to-end thông qua các API có liên quan[7]

business enablement layer: là một thư viện của tất cả các chức năng cần

thiết trong một mạng hội tụ dưới dạng các khối kiến trúc mô-đun, bao gồmcác chức năng được thực hiện bởi các mô-đun phần mềm có thể được truyxuất từ kho lưu trữ đến vị trí mong muốn và một tập hợp các tham số cấuhình cho một số Các phần của mạng, ví dụ, truy cập vô tuyến Các chức năng

và khả năng được gọi theo yêu cầu của thực thể điều phối, thông qua các API

có liên quan Đối với một số chức năng nhất định, có thể tồn tại nhiều biếnthể, ví dụ: các cách triển khai khác nhau của cùng một chức năng có hiệusuất hoặc đặc điểm khác nhau Các mức hiệu suất và khả năng khác nhauđược cung cấp có thể được sử dụng để phân biệt chức năng mạng nhiều hơn

so với các mạng ngày nay (ví dụ: cung cấp chức năng di động như di chuyển

du mục, di chuyển bằng xe cộ hoặc di chuyển hàng không, tùy thuộc vào nhucầu cụ thể) [7]

business application layer: chứa các ứng dụng và dịch vụ cụ thể của nhà

điều hành, doanh nghiệp, ngành dọc hoặc bên thứ ba sử dụng mạng 5G Ví

dụ, giao diện của thực thể quản lý và điều phối end-to-end cho phép xâydựng các phần mạng dành riêng cho một ứng dụng hoặc ánh xạ một ứngdụng tới các phần mạng hiện có [7]

E2E management and orchestration entity: là đầu mối liên hệ để

chuyển các use cases và business models thành các chức năng và phần mạngthực tế Nó xác định các lát mạng cho một kịch bản ứng dụng nhất định, xâuchuỗi các chức năng mạng mô-đun có liên quan, gán các cấu hình hiệu suấtliên quan và cuối cùng ánh xạ tất cả những điều này vào các tài nguyên cơ sở

hạ tầng Nó cũng quản lý việc mở rộng quy mô công suất của các chức năng

đó cũng như phân bố địa lý của chúng Trong một số mô hình kinh doanhnhất định, nó cũng có thể có các khả năng cho phép các bên thứ ba (ví dụ:MVNO và ngành dọc) tạo và quản lý các lát mạng của riêng họ, thông quacác API và nguyên tắc XaaS Do các nhiệm vụ khác nhau của thực thể quản

lý và điều phối, nó sẽ không phải là một phần chức năng nguyên khối Thayvào đó, nó sẽ được thực hiện như một tập hợp các chức năng mô-đun tíchhợp những tiến bộ được thực hiện trong các lĩnh vực khác nhau như NFV(Network Function Virtuali zation), SDN (Software Defined Networking)hoặc SON (SelfOrganising Network) [7]

Qua các nguyên tắc chia lớp trên, giúp hình thành các thành phần chính đốivới mạng 5g như sau:

Chú thích: RAT- Radio Access Technology