Nhóm 4 các tiêu chuẩn và đặc trưng của 5g

Các mục tiêu trên đã xác định các giá trị mục tiêu sau:  Trải nghiệm người dùng với IMT-2020 khi sử dụng thiết bị di động phải phù hợp với trải nghiệm trong phạm vi mạng đã được cố định

Học viện Công Nghệ Bưu chính Viễn thông

Khoa Viễn thông 1

TIỂU LUẬN MÔN:

Báo hiệu và điều khiển kết nối

Đề tài:

Các tiêu chuẩn và đặc trưng của 5G

Giảng viên hướng dẫn:

Thầy Hoàng Trọng Minh

Lời nói đầu

Nhiều phát triển quan trọng trong công nghệ thông tin và truyền thông, chẳng hạn như Internet, Internet of Things (IoT), điện toán đám mây và ảo hóa, một phần được thúc đẩy bởi các tiêu chuẩn quốc tế Tuy nhiên, trong tất cả những trường hợp này, phần lớn công nghệ đã được phát triển và triển khai trước các tiêu chuẩn đã được thống nhất trên toàn cầu Trường hợp của 5G hoàn toàn khác Mặc dù một bộ tiêu chuẩn hoàn chỉnh hợp lý dựa trên các thông số kỹ thuật cố định chỉ mới thành hiện thực, việc triển khai và triển khai trước các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật này đã dự đoán hình thức cuối cùng của chúng Trong suốt hệ sinh thái 5G, bao gồm các nhà sản xuất thiết bị và linh kiện, các nhà cung cấp mạng di động, nhà cung cấp phần mềm mạng và nhà phát triển ứng dụng, công việc đã được thực hiện trước khi bộ tiêu chuẩn đầu tiên được giới thiệu vào năm 2020 bám sát những gì cuối cùng đã được tiêu chuẩn hóa Có một thỏa thuận chung rằng, trong tương lai, việc triển khai liên quan đến 5G sẽ tuân theo các tiêu chuẩn

Bởi vì sự hiểu biết về 5G phụ thuộc vào sự hiểu biết về quá trình mà các tiêu chuẩn được phát triển và nội dung của các tiêu chuẩn đó, tiểu luận này cung cấp một tổng quát Phần này bao gồm hai tổ chức chịu trách nhiệm về sự phát triển của 5G: Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) và Dự án Đối tác Thế hệ thứ 3 (3GPP) Quá trình xây dựng tiêu chuẩn về cơ bản đã tuân theo chu trình:

1 ITU đã ban hành và tiếp tục ban hành các tiêu chuẩn, được gọi là các khuyến nghị, và các tài liệu khác, đưa các báo cáo, xác định khái niệm tổng thể cho 5G, cũng như các yêu cầu kỹ thuật, hiệu suất và dịch vụ cho 5G

2 Dựa trên các yêu cầu của ITU, cũng như các yêu cầu do quốc gia và các tổ chức tiêu chuẩn khu vực và các tổ chức dựa trên thị trường, 3GPP đã phát triển và tiếp tục phát triển một bộ thông số kỹ thuật chi tiết cho triển khai 5G

3 ITU đã dịch các thông số kỹ thuật này thành các tiêu chuẩn quốc tế (được gọi là đề xuất) quy định cách thức triển khai 5G

Quá trình này đang diễn ra, với các cải tiến và khả năng được thêm vào các yêu cầu và các thông số kỹ thuật

Tiểu luận này cung cấp tổng quan cấp cao và cũng đi sâu vào một số chi tiết về yêu cầu, mục tiêu, thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn cho 5G

Mục lục

Danh mục hình vẽ

ITU-R và IMT-2020 1

ITU-T và IMT-2020 35

3GPP 46

Danh mục bảng và hình vẽ

Hình 1 5

Hình 2 6

Hình 3 7

Hình 4 14

Hình 5 15

Hình 6 16

Hình 7 22

Hình 8 24

Hình 9 25

Hình 10 31

Hình 11 32

Hình 12 33

Hình 13 34

Hình 14 38

Hình 15 39

Hình 16 40

Hình 17 43

Bảng 1 13

Bảng 2 21

Bảng 3 42

Bảng 4 44

I ITU-R and IMT-2020

ITU là một tổ chức chuyên môn hóa của Liên Hợp quốc, do đó các thành viên của ITU chính là các chính phủ Cơ quan đại diện của Hoa Kỳ được đặt tại Bộ Ngoại Giao Điều lệ của ITU chỉ ra rằng nó “chịu trách nhiệm cho việc nghiên cứu các câu hỏi về kỹ thuật, vận hành

và thuế quán cũng như đưa ra các khuyến nghị về chúng nhằm mục đích tiêu chuẩn nền tảng truyền thông trên toàn thế giới” Mục tiêu đầu tiêu của nó là tiêu chuẩn hóa về mức độ cần thiết các kỹ thuật và vận hành trong viễn thông để đạt được sự tương thích đầu cuối của các kết nối viễn thông quốc tế, bất kể những quốc gia đó ở đâu

Với 5G, có hai thành phần của ITU là ITU-R (lĩnh vực ITU truyền thông vô tuyến) và ITU-T (lĩnh vực chuẩn hóa viễn thông) Nhìn chung, ITU-R ban hành các tiêu chuẩn liên quan những yêu cầu của nguời dùng và các giao diện giữa mạng truy cập vô tuyến (RAN) và các thiết bị người dùng ITU-T đặt ra những tiêu chuẩn liên quan đến RAN và mạng lõi Phần này

sẽ thảo luận về vai trò ITU-R đối với 5G và mục II sẽ thảo luận về ITU-T

ITU-R chịu trách nhiệm cho tất cả các công việc của ITU trong lĩnh vực truyền thông bằng vô tuyến Nhiệm vụ chính của ITU-R là:

 Xây dựng bản thảo các khuyền nghị ITU-R về các đặc tính kĩ thuật và quy trình vận hành các cho các dịch vụ truyền thông bằng vô tuyến và cho các hệ thống

 Biên soạn sổ tay về quản lý phổ tần và các dịch vụ và hệ thống thông tin vô tuyến mới nổi

 Đảm bảo sử dụng tối ưu, công bằng và hợp lý phổ tần số vô tuyến và tài nguyên quỹ đạo vệ tinh, đồng thời điều phối các vấn đề liên quan đến dịch vụ thông tin vô tuyến

và dịch vụ không dây

Viễn thông di động quốc tế

Có lẽ sáng kiến nổi bật nhất của ITU-R là dự án Viễn thông Di động Quốc tế (IMT) IMT

là thuật ngữ chung được cộng đồng ITU sử dụng để chỉ các hệ thống di động băng thông rộng

Nó bao gồm chung IMT-2000, IMT-Advanced và IMT 2020, tương ứng với 3G, 4G và 5G, tương ứng

Vai trò của ITU-R trong việc phát triển 5G thông qua IMT-2020 bao gồm phát triển và

áp dụng:

 Các quy định quốc tế về việc sử dụng phổ tần số vô tuyến, được gọi là Quy định về vô tuyến điện (RR) Để tính đến sự tiến bộ của công nghệ và những thay đổi trong việc sử dụng phổ tần, RR được cập nhật bốn năm một lần bởi Hội nghị Truyền thông Vô tuyến Thế giới ITU (WRC) RR là một hiệp ước quốc tế có giá trị ràng buộc đối với 193 quốc gia thành viên của ITU Chúng là cơ sở cho sự hài hòa cho phổ IMT trên toàn thế giới

 Các tiêu chuẩn toàn cầu cho các yêu cầu tổng thể của IMT và cho giao diện vô tuyến của nó (Khuyến nghị của ITU-R

 Các phương pháp hay nhất trong việc thực hiện các tiêu chuẩn và quy định này (báo cáo và sổ tay ITU-R)

 Các tiêu chí đánh giá và quy trình để đánh giá các đệ trình công nghệ cho IMT-2020, cũng như các mẫu đệ trình mà những người đề xuất phải sử dụng để tổ chức thông tin cần thiết trong một đệ trình công nghệ ứng viên để đánh giá

M.2083 liệt kê những điều sau đây là các khả năng chính cho IMT, cùng với mức tối thiểu yêu cầu đối với từng khả năng:

 Tốc độ dữ liệu đỉnh: Đây là tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng cho mỗi người dùng / thiết bị (tính bằng Gbps) Giá trị mục tiêu tối thiểu là 10 Gbps, với 20 Gbps được hỗ trợ cho một số ứng dụng

 Tốc độ dữ liệu do người dùng trải nghiệm: Đây là tốc độ dữ liệu có thể đạt được, có sẵn ở khắp nơi trong vùng phủ sóng cho người dùng / thiết bị di động (tính bằng Mbps

hoặc Gbps) Tỷ lệ này phụ thuộc vào loại môi trường Mục tiêu 100 Mbps phù hợp cho các trường hợp phủ sóng diện rộng, chẳng hạn như khu vực thành thị và ngoại ô IMT-

2020 sẽ có thể đạt được tối đa 1 Gbps cho người dùng trong nhà và điểm phát sóng

 Độ trễ: Đây là phần đóng góp của mạng vô tuyến vào thời gian từ khi nguồn gửi một gói đến khi đích nhận được gói đó (tính bằng ms) Yêu cầu đối với IMT 2020 là độ trễ qua mạng 1 ms Điều này cho phép mạng hỗ trợ các dịch vụ có yêu cầu độ trễ rất thấp

 Tính di động: Đây là tốc độ tối đa có thể đạt được chất lượng dịch vụ (QoS) xác định

và chuyển giao liền mạch giữa các nút vô tuyến có thể thuộc các lớp khác nhau và / hoặc công nghệ truy cập vô tuyến (đa lớp / đa RAT) (tính bằng km/h) IMT-2020 dự kiến sẽ cho khả năng di chuyển cao lên đến 500 km/h với QoS chấp nhận được; điều này được hình dung cụ thể đối với tàu cao tốc

 Mật độ kết nối: Đây là tổng số thiết bị được kết nối và / hoặc có thể truy cập trên một đơn vị diện tích (trên km2) Yêu cầu cho thông số này lên đến 106/km2 đối với các môi

trường như triển khai IoT quy mô lớn

 Lưu lượng khu vực: Đây là tổng lưu lượng được phục vụ trên mỗi khu vực địa lý (tính bằng Mbps/m2) IMT-2020 dự kiến sẽ hỗ trợ tăng dung lượng lên đến 10 Mbps/m2, đây

là hệ số tăng 100 lần so với IMT-Advanced (4G) Sự gia tăng này đạt được ở các khu vực dày đặc bằng cách giảm kích thước ô (ví dụ, theo hàng chục mét)

 Hiệu quả năng lượng: Hiệu quả năng lượng có hai khía cạnh:

 Về mặt mạng, hiệu suất năng lượng đề cập đến số lượng bit thông tin được truyền đến / nhận từ người dùng trên một đơn vị tiêu thụ năng lượng của mạng truy nhập

vô tuyến (RAN) (tính bằng bit / Joule) Mục tiêu là truyền dữ liệu hiệu quả khi có tải đáng kể trên mạng Mức tiêu thụ năng lượng cho RAN của IMT-2020 không được lớn hơn IMT-Advanced, trong khi vẫn cung cấp các khả năng nâng cao Do

đó, hiệu quả năng lượng mạng cần được cải thiện bởi một yếu tố ít nhất là lớn như mức tăng khả năng lưu lượng truy cập dự kiến của IMT-2020 so với IMT-Advanced

 Về mặt thiết bị, hiệu suất năng lượng đề cập đến số lượng bit thông tin trên một đơn

vị tiêu thụ năng lượng của mô-đun truyền thông (tính bằng bit/Joule) Mục tiêu là tiêu thụ năng lượng thấp khi không có dữ liệu được gửi hoặc nhận

 Hiệu quả phổ: Đây là thông lượng dữ liệu trung bình trên một đơn vị tài nguyên phổ

và trên mỗi ô (bps/Hz) Mục tiêu là hiệu suất phổ cao gấp ba lần so với IMT Advanced Các mục tiêu trên đã xác định các giá trị mục tiêu sau:

 Trải nghiệm người dùng với IMT-2020 khi sử dụng thiết bị di động phải phù hợp với trải nghiệm trong phạm vi mạng đã được cố định1.Sự cải tiến này sẽ được thực hiện bằng cách tăng tốc độ dữ liệu đỉnh và trải nghiệm của người dùng, nâng cao hiệu quả phổ tần, giảm độ trễ và hỗ trợ tính di động nâng cao

1 Thuật ngữ “mạng cố định” không được định nghĩa trong bất kỳ tài liệu ITU nào Thường thì thuật ngữ này được giới hạn cho các mạng có dây sử dụng các kết nối vật lý như cáp đồng trục và cáp quang Tuy nhiên, nó cũng nên bao gồm các thiết bị không dây tĩnh, chẳng hạn như kết nối không dây chuyên dụng giữa các tháp vi sóng trong một mạng diện rộng

 IMT-2020 sẽ hỗ trợ sự kết nối khổng lồ giữa các máy cho nhiều môi trường Internet

of Things (IoT)

 IMT-2020 có đủ năng lực để cung cấp những khả năng này mà không có gánh nặng quá lớn về mặt tiêu thụ năng lượng, chi phí thiết bị mạng và chi phí triển khai để tạo

sự bền vững cho IMT và cả những giá trị hợp lý trong tương lai

Các giá trị mục tiêu đã được công bố vào năm 2015, với lưu ý rằng chúng được trình bày cho mục đích nghiên cứu và phát triển và có thể được sửa đổi dựa trên các nghiên cứu và kinh nghiệm thực hiện trong tương lai

Hình 1, Từ Khuyến nghị ITU-R M.2083, là một biểu đồ Kiviat2 so sánh các yêu cầu về khả năng của IMT-2020 với các yêu cầu của IMT-Advanced Rõ ràng là những cải tiến cần thiết đáng kể nhất là trong các lĩnh vực năng lực giao thông và hiệu quả năng lượng mạng

2 Biểu đồ Kiviat cung cấp một phương tiện hình ảnh để so sánh các hệ thống theo nhiều biến [MORR74] Các biến được trình bày dưới dạng các đường có các khoảng góc bằng nhau trong một vòng tròn, mỗi đường đi từ tâm của vòng tròn đến chu vi Một hệ thống

nhất định được xác định bởi một điểm trên mỗi dòng Các điểm được kết nối để tạo ra một hình dạng đặc trưng của hệ thống

 Viễn cảnh sử dụng: một mô tả chung về cách và nơi mạng ITU được sử dụng Một viễn cảnh quy định về các yêu cầu kĩ thuật và hiệu năng khác nhau Một loạt các trường hợp

sử dụng đa dạng nhưng bị hạn chế được bao gồm bởi một viễn cảnh sử dụng

 Trường hợp sử dụng: Một ứng dụng hoặc cách sử dụng mạng IMT cụ thể Một tính toán chung về một tình huống hoặc quá trình hành động sử dụng mạng IMT Nó được

mô tả từ góc độ người dùng cuối và minh họa các đặc tính cơ bản Một trường hợp sử

dụng đưa ra các yêu cầu kỹ thuật và hiệu suất cụ thể và tinh tế hơn so với trường hợp

sử dụng tương ứng

M.2083 xác định ba viễn cảnh sử dụng: băng thông rộng di động nâng cao, thông tin liên lạc lượng lớn máy và thông tin liên lạc siêu đáng tin cậy và độ trễ thấp Hình 2, từ M.2083, chỉ ra tầm quan trọng tương đối của các khả năng chính đối với ba viễn cảnh sử dụng

HÌNH 2 Tầm quan trọng của các khả năng chính trong các viễn cảnh sử dụng khác nhau

Băng thông di động nâng cao (eMBB) là đặc điểm của 5G, cung cấp sự tăng trưởng đáng

kể về tốc độ dữ liệu cho Internet di động ở một người dùng bình thường Các dịch vụ (eMBB) này cho phép người sử dụng trải nghiệm các dịch vụ đa phương tiện tốc độ và chất lượng cao,

ví dụ như thực tế ảo, công nghệ AR, video độ phân giải 4k ở bất kì địa điểm nào Các ứng dụng này đòi hỏi yêu cầu độ trễ thấp một cách hợp lý và mật độ kết nối tốt, cùng với yêu cầu cao về sáu khả năng chính khác Thêm nữa, nói về sử dụng nội dung đa phương tiện cho mục đích giải trí, eMBB cung cấp một số lượng lớn các ứng dụng kinh doanh Nó bao gồm các ứng dụng truy cập đám mây dành cho người đi làm và các nhân viên ngoài công trường, nhân viên làm việc từ xa cần giao tiếp với văn phòng phía sau, hoặc thực sự là toàn bộ văn phòng thông minh, trong đó tất cả các thiết bị được kết nối không dây và liền mạch Để đưa ra ý tưởng về tầm quan trọng của kịch bản sử dụng này và việc triển khai nhanh chóng của nó,

Báo cáo di động của Ericsson ước tính 220 triệu đăng ký 5G cho eMBB vào năm 2020, tăng lên 3,5 tỷ vào năm 2026 [ERIC20]

Hình thức truyền thông kiểu lượng lớn máy (mMTC): được đặc trưng bởi một số lượng rất lớn của các thiết bị được kết nối đường truyền một lượng dữ liệu không nhạy cảm với độ trễ tương đối thấp Tuy nhiên, giao tiếp giữa máy với máy liên quan đến một loạt các yêu cầu

về hiệu suất và hoạt động Các thiết bị được yêu cầu phải có giá thành thấp và có thời lượng pin rất dài, chẳng hạn như năm năm hoặc lâu hơn Ericsson ước tính 6 tỷ kết nối IoT di động vào năm 2026 [ERIC20]

Truyền thông tin cậy và độ trễ thấp (URLLC) là một hình thức liên lạc giữa máy với máy cho phép các dịch vụ nhạy cảm với độ trễ và nhiệm vụ quan trọng yêu cầu độ trễ đầu cuối rất thấp, chẳng hạn như Internet xúc giác, điều khiển từ xa rô bốt y tế hoặc công nghiệp, ô tô không người lái và điều khiển giao thông thời gian thực

Hình 3 minh họa một số ví dụ về các ứng dụng trong các tình huống sử dụng được hình dung cho IMT-2020 và hơn thế nữa

HÌNH 3 Các tình huống sử dụng cho IMT-2020

Các trường hợp sử dụng

Báo cáo ITU-R M.2441 (Các trường hợp sử dụng mới nổi của Viễn thông di động quốc tế, xuất bản vào tháng 11 năm 2018) liệt kê 16 ví dụ của các trường hợp sử dụng mới nổi có thể được hỗ trợ bởi IMT-2020:

 Giao tiếp kiểu máy (MTC) (còn được gọi là máy với máy (M2M) ở một số khu vực pháp lý): Các trường hợp sử dụng nổi bật trong danh mục chung này là các triển

khai khác nhau của IoT Danh mục này bao gồm nhiều trường hợp sử dụng trong công nghiệp, thương mại và chính phủ và do đó trùng lặp với một số danh mục khác trong danh sách này

 Bảo vệ Băng thông Công cộng rộng và Cứu Trợ thảm họa (PPDR): Mạng PPDR

tốc độ dữ liệu cao, đáng tin cậy có thể tăng cường khả năng ứng phó khẩn cấp cho các tình huống quan trọng Những sự cố lớn như 11/9 cho thấy những hỏng hóc do thiếu khả năng tương tác Hơn nữa, bản chất băng hẹp của các mạng PPDR điển hình ngăn cản việc sử dụng các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực để cung cấp PPDR hiệu quả Mạng 5G có thể cung cấp sự gia tăng đáng kể hiệu quả Ví dụ: xem [KUMB17]

và ITU-R Báo cáo M.2291 (Việc sử dụng Viễn thông Di động Quốc tế để Bảo vệ Băng thông Công cộng rộng và Các Ứng dụng Cứu trợ, được xuất bản vào tháng 11 năm 2016)

 Ứng dụng vận tải: M.2441 liệt kê ba loại trường hợp sử dụng trong danh mục này:

 Hệ thống giao thông thông minh: Thường được phân thành ba nhóm: ứng dụng

an toàn đường bộ, kiểm soát giao thông và thông tin giải trí

 Giao tiếp đường sắt và tàu cao tốc: Bao gồm kết nối băng thông rộng cho hành

khách cũng như các hoạt động truyền hình mạch kín (CCTV) và các hoạt động điều khiển tàu

 Quản lý giao thông xe buýt / đội xe: Bao gồm các dịch vụ hỗ trợ người lái xe có

được những chuyến đi thoải mái bằng cách tránh tắc đường hoặc các chướng ngại vật khác và quản lý đám đông được hỗ trợ bởi máy tính trong các sự kiện phổ biến

 Tiện ích: M.2441 liệt kê hai ví dụ trong danh mục trường hợp sử dụng này:

 Lưới thông minh: Điều này đề cập đến việc áp dụng tự động hóa máy tính và kết

nối mạng vào hệ thống phân phối điện hoặc khí đốt tự nhiên Các sáng kiến lưới

điện thông minh tìm cách cải thiện hoạt động, bảo trì và lập kế hoạch bằng cách đảm bảo rằng mỗi thành phần của lưới điện đều có thể “nói chuyện” và “lắng nghe” Một lưới điện thông minh yêu cầu các luồng dữ liệu hai chiều khổng lồ và khả năng kết nối phức tạp

 Quản lý nước: Đây là một lĩnh vực rộng lớn liên quan đến tất cả các khía cạnh

của giám sát và kiểm soát chất lượng, lưu trữ và phân phối nước

 Tự động hóa trong công nghiệp: Đây là việc sản xuất các sản phẩm dưới sự điều

khiển của máy tính và bộ điều khiển khả lập trình Sản xuất dây chuyền lắp ráp cũng như máy công cụ độc lập (máy tính điều khiển số [CNC]) và các thiết bị rô bốt thuộc loại tự động hóa công nghiệp Sự xuất hiện của giao tiếp không dây siêu đáng tin cậy,

độ trễ thấp với 5G mang đến cơ hội cho những cải tiến đáng kể trong các quy trình tự động hóa công nghiệp Với 5G, các cảm biến IoT, bộ truyền động, bộ điều khiển và rô bốt phân tán, được điều khiển bởi lệnh và điều khiển phần mềm, có thể mở rộng khả năng tự động hóa hoàn toàn quy trình công nghiệp

 Điều khiển từ xa: Điều khiển từ xa rô bốt và các thiết bị truyền động khác trong thời

gian thực là có thể áp dụng trong nhiều bối cảnh, chẳng hạn như xây dựng và bảo trì

ở các khu vực nguy hiểm, công việc sửa chữa trong các nhà máy hạt nhân hoặc hóa chất bị hư hỏng, và các nhiệm vụ xây dựng ngoài khơi

 Khảo sát và kiểm tra: Drone, rô bốt và các phương tiện được vận hành từ xa phù hợp

cho các ứng dụng như kiểm tra trên bộ và trên biển, trong đó các vấn đề an toàn phát sinh từ khoảng cách xa, điều kiện thời tiết bất lợi và địa hình nguy hiểm có thể tốn kém để giải quyết Hoạt động từ xa hoạt động tốt đối với các loại ứng dụng giám sát này và lý tưởng để quan sát các địa điểm công nghiệp và xây dựng ở những nơi vắng

vẻ hoặc các địa điểm lớn trong nhà và môi trường nhà kho Các luồng video và dữ liệu cảm biến khác được cung cấp lại cho người vận hành, cho phép thực hiện hành động thích hợp Bằng cách kết hợp kiểm tra từ xa với thao tác từ xa, mức độ tự động hóa có thể được nâng lên Ví dụ: rô bốt được vận hành từ xa trong trung tâm dữ liệu có thể nhanh chóng hoán đổi một máy chủ bị trục trặc hoặc phản hồi các loại lỗi phần cứng khác

 Chăm sóc sức khỏe: Các tổ chức cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe, chẳng hạn như

bệnh viện và phòng khám, ngày càng dựa vào công nghệ không dây để cải thiện chất lượng và hiệu quả Việc tích hợp điện toán di động, cảm biến y tế và thiết bị di động được hỗ trợ bởi mạng 5G sẽ mở rộng đáng kể tiện ích của chức năng y tế di động [MATT16] M.2441 liệt kê các lĩnh vực trường hợp sử dụng mẫu sau: phẫu thuật từ

xa, thiết bị chữa bệnh đeo được và ứng dụng sức khỏe di động

 Tính bền vững/môi trường: Việc sử dụng hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ cảm biến

công suất thấp, chi phí thấp và các thiết bị khác có thể nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sự chính xác trong nông nghiệp

 Thành phố thông minh: Thành phố thông minh là một đô thị sử dụng thông tin và

công nghệ truyền thông (ICT) để tăng hiệu quả hoạt động, chia sẻ thông tin với công chúng và cải thiện cả chất lượng dịch vụ của chính phủ và phúc lợi công dân Các yếu

tố bao gồm điểm phát sóng Wi-Fi, giám sát giao thông, thông báo xe buýt/tàu điện ngầm đến, đèn đường mờ khi không có ai ở gần và thang cuốn chỉ hoạt động khi có người bước lên Một thành phố thông minh có thể bao gồm máy bay không người lái

để giám sát giao thông và ứng phó với các trường hợp khẩn cấp Thành phố thông minh sử dụng kết hợp các thiết bị IoT, giải pháp phần mềm, giao diện người dùng và mạng truyền thông 5G tạo ra cơ sở hạ tầng đô thị toàn diện và tích hợp cho các ứng dụng thành phố thông minh

 Thiết bị đeo được: Thiết bị đeo được là thiết bị có thể đeo bên người và có khả năng

kết nối và giao tiếp với mạng trực tiếp thông qua kết nối di động được nhúng hoặc thông qua một thiết bị khác (chủ yếu là điện thoại thông minh) bằng Wi-Fi, Bluetooth hoặc công nghệ khác Thiết bị đeo được có nhiều ứng dụng, bao gồm theo dõi bệnh nhân, nâng cao khả năng ứng phó khẩn cấp,và thực tế tăng cường

 Nhà thông minh: Nhà thông minh là một ngôi nhà hoặc một công trình khác được tự

động hóa cao Một ngôi nhà thông minh được nối mạng không chỉ cho máy tính và giải trí mà còn cho an ninh, hệ thống sưởi, làm mát, chiếu sáng và điều khiển các thiết

bị, bao gồm máy hút bụi robot và máy cắt cỏ Theo truyền thống, các kết nối có dây, chẳng hạn như cáp quang và cáp, đã cung cấp truy cập Internet cho các thiết bị cố định như thiết bị được tìm thấy trong nhà hoặc các tòa nhà khác Nhưng để đáp ứng nhu

cầu ngày càng tăng, đặc biệt là đối với xu hướng làm việc tại nhà đã được tăng tốc bởi Covid-19, các nhà cung cấp dịch vụ đang cung cấp kết nối truy cập không dây cố định (FWA) với mạng di động Kết nối FWA cung cấp truy cập băng thông rộng chính thông qua thiết bị cơ sở khách hàng hỗ trợ mạng di động diện rộng không dây (CPE) Điều này bao gồm các yếu tố hình thức khác nhau của CPE, chẳng hạn như các thiết

bị trong nhà (máy tính để bàn và cửa sổ) và ngoài trời (trên mái nhà và treo tường)

 Nông nghiệp: Canh tác thông minh hay nông nghiệp thông minh đề cập đến việc áp

dụng công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại để nâng cao, giám sát, tự động hóa hoặc cải thiện các hoạt động và quy trình nông nghiệp Các giải pháp canh tác thông minh cung cấp cho nông dân và ngành nông nghiệp nói chung cơ sở hạ tầng để tận dụng các công nghệ IoT tiên tiến để theo dõi, giám sát, tự động hóa và phân tích hoạt động nông nghiệp và công nghiệp Ví dụ, cảm biến có thể thu thập thông tin chẳng hạn như độ ẩm của đất, bón phân và thông tin thời tiết và truyền thông tin đó qua mạng không dây di động tới một trung tâm dựa trên đám mây để cung cấp cho nông dân quyền truy cập theo thời gian thực vào thông tin và phân tích về đất đai, cây trồng, vật nuôi, hậu cần và máy móc của họ Điều này cho phép trang trại thông minh cải thiện hiệu suất hoạt động của mình bằng cách phân tích dữ liệu được thu thập và hành động dựa trên đó theo cách tăng năng suất hoặc hợp lý hóa hoạt động 5G cho phép gia tăng đáng kể việc sử dụng các thiết bị IoT và kiểm soát dựa trên đám mây

 Phương tiện và giải trí: Video đã thống trị lưu lượng truy cập trên thiết bị di động và

thị phần của nó đang tăng lên Ericsson ước tính rằng tỷ lệ video trên lưu lượng truy cập di động vào năm 2020 là 66% và dự kiến tỷ lệ này sẽ tăng lên 77% vào năm 2026 [ERIC20] Một số trong số này dành cho hội nghị truyền hình và các ứng dụng kinh doanh và chính phủ khác, nhưng phần lớn là để giải trí Nhu cầu video hiện đang được gia tăng do việc sử dụng ngày càng nhiều video cho các ứng dụng làm việc tại nhà thông qua FWA Mạng 5G được yêu cầu để cung cấp hiệu suất cần thiết cho chất lượng trải nghiệm người dùng tốt

 Trải nghiệm cá nhân được nâng cao: Liên quan đến mục trước, danh mục này đề

cập đến hai loại trải nghiệm cá nhân sẽ được nâng cao bởi 5G Đầu tiên là việc tăng cường sử dụng mạng xã hội, tập trung vào phát trực tuyến video Thứ hai là các hoạt

động và trò chơi ngoài trời, chẳng hạn như xem phim 4K trên ô tô hoặc tàu đang di chuyển và các trò chơi tương tác độ nét cao trên thiết bị di động

 Các ứng dụng của hệ thống máy bay không người lái (UAS) trên không phận thương mại: Máy bay không người lái nhỏ được trang bị camera độ phân giải cao có

thể thu thập một lượng lớn dữ liệu phát hiện chuyển động

Đánh giá

Ngoài việc xác định các yêu cầu kỹ thuật tối thiểu cho ITM-2020, ITU-R đang phát triển các khuyến nghị chuẩn hóa các công nghệ giao diện vô tuyến cụ thể ITU-R (Từ vựng các thuật ngữ dành cho Viễn thông Di động Quốc tế, tháng 3 năm 2012) định nghĩa giao diện vô tuyến như sau:

Ranh giới chung giữa trạm di động và thiết bị vô tuyến trong mạng, được xác định bởi các đặc tính chức năng, các đặc điểm kết nối vô tuyến chung (vật lý) và các đặc điểm khác, nếu thích hợp Lưu ý: Một tiêu chuẩn giao diện chỉ định kết nối hai chiều giữa

cả hai mặt của giao diện cùng một lúc Đặc điểm kỹ thuật bao gồm loại, số lượng và chức năng của các phương tiện kết nối và loại, hình thức và trình tự sắp xếp của các tín hiệu được thay thế cho nhau bằng các phương tiện đó

Bản thân ITU-R không phát triển các đặc điểm kỹ thuật cho các công nghệ giao diện vô tuyến (RIT) Đúng hơn, nó đã sử dụng quy trình sau:

1 ITU-R M.2412 xác định năm môi trường thử nghiệm (xem Bảng 2.1) mà cùng đại diện cho các môi trường thực để triển khai 5G

2 ITU-R đã phát triển một bộ tiêu chí đánh giá để đánh giá sự tuân thủ của bất kỳ RIT được

đề xuất nào với các yêu cầu tối thiểu của IMT-2020 Các yêu cầu này bao gồm:

a Khả năng hoạt động trong một hoặc nhiều môi trường thử nghiệm

b Việc sử dụng các dải tần số 5G đã được phê duyệt

c Yêu cầu về hiệu suất kỹ thuật

3 ITU-R mời các tổ chức nộp đề xuất cho RIT hoặc bộ công nghệ giao diện vô tuyến (SRIT) bao gồm một hoặc nhiều môi trường thử nghiệm được liệt kê trong Bảng 1

BẢNG 1 Môi trường thử nghiệm cho IMT-2020

Các viễn cảnh sử dụng Các môi trường thử

Đô thị dày đặc Môi trường đô thị với mật độ sử dụng dày và tải

trọng giao thông tập trung vào người đi bộ, người

sử dụng xe Nông thôn Môi trường nông thôn với phạm vi bao phủ diện

rộng lớn hơn và liên tục, hỗ trợ người đi bộ, xe cộ

và phương tiện tốc độ cao mMTC Đô thị lớn Môi trường đô thị lớn nhắm mục tiêu phạm vi phủ

sóng liên tục tập trung vào số lượng lớn các thiết bị loại máy được kết nối

URLLC Đô thị lớn Môi trường vĩ mô đô thị nhắm mục tiêu truyền

thông siêu đáng tin cậy và độ trễ thấp

ITU-R đã ban hành hai báo cáo ghi lại quá trình đánh giá: Báo cáo M.2411 (Yêu cầu, Tiêu chí Đánh giá và Mẫu Đệ trình để Phát triển IMT-2020, tháng 11 năm 2017) và Báo cáo M.2412 (Hướng dẫn Đánh giá Công nghệ Giao diện Vô tuyến cho IMT-2020, tháng 10 năm 2017)

Môi trường thử nghiệm

Sẽ rất hữu ích khi khảo sát các môi trường thử nghiệm được liệt kê trong Bảng 1, vì

chúng đưa ra gợi ý về các loại triển khai 5G có thể xảy ra Môi trường thử nghiệm đầu tiên

là một điểm phát sóng trong nhà với kịch bản sử dụng eMBB Theo truyền thống, điểm phát sóng được định nghĩa là một khu vực, thường ở công cộng, chẳng hạn như sân bay, quán cà

phê hoặc trung tâm hội nghị, được bao phủ bởi dịch vụ mạng cục bộ không dây (WLAN), thường là Wi-Fi, để cung cấp dịch vụ Internet Dịch vụ này có sẵn cho công chúng sử dụng với một khoản phí nhỏ, miễn phí hoặc như một dịch vụ cao cấp Trong bối cảnh của IMT-

2020, một điểm phát sóng trong nhà cũng cung cấp quyền truy cập vào mạng 5G Hình 4

minh họa môi trường thử nghiệm hotspot-eMBB trong nhà được xác định trong ITU-R Báo cáo M.2412, bao gồm một tầng của tòa nhà Chiều cao của trần là 3 m Sàn có diện tích bề mặt 120 m × 50 m, và 12 vị trí anten của trạm gốc được đặt cách nhau 20 mét ITU-R sử

dụng thuật ngữ điểm tiếp nhận truyền dẫn (TRxP) để chỉ một trạm gốc Về bản chất, TRxP

là một mảng anten (với một hoặc nhiều phần tử anten) có sẵn cho mạng được đặt tại một vị

trí địa lý cụ thể Hình 4 không thể hiện rõ ràng các bức tường bên trong; ITU-R cung cấp

hướng dẫn về phát triển mô hình line-of-site ngẫu nhiên (LOS) để ước tính hiệu năng

HÌNH 4 Bố cục điểm phát sóng trong nhà

Giống như cái tên của mình, eMBB-nông thôn được thiết kế để phục vụ các khu vực nông thôn, nơi mật độ người dùng ít hơn nhiều Các yêu cầu chính ở đây là mang lại lợi ích của việc truy cập Internet tốc độ cao cho các thuê bao nông thôn và vẫn có thể hỗ trợ các mạng cảm biến công nghiệp khổng lồ Cả môi trường thử nghiệm đô thị lớn -mMTC và đô thị lớn -URLLC đều tuân theo cùng một bố cục như môi trường thử nghiệm eMBB nông thôn Sự khác nhau liên quan đến kích thước ô, chiều cao anten và các thông số truyền dẫn khác nhau

Hình 5 minh họa một môi trường thử nghiệm bao gồm các TRxP được đặt trong một lưới lục

giác đều Đây là một bố cục lý tưởng; trong thế giới thực, địa hình và các đặc điểm khác của môi trường có thể yêu cầu vị trí sai khác so với bố cục này

HÌNH 5 Bố cục lục giác cho eMBB nông thôn, Đô thị lớn-mMTC, và Đô thị lớn

HÌNH 6 Bố cục eMBB đô thị đông đúc

Mạng 1G hoạt động ở tần số 850 MHz đến 1900 MHz 2G và 3G được thêm 2100 MHz

và 4G được thêm 600 MHz, 700 MHz, 1.7/2.1 GHz, 2.3 GHz và 2.5 GHz Mạng 5G chủ yếu dựa vào việc sử dụng sóng hoặc băng tần milimet, cũng như sử dụng các băng tần được sử dụng trong các thế hệ trước Thuật ngữ sóng milimet (mmWave) hơi không chính xác Phần lớn các tài liệu về 5G sử dụng thuật ngữ này để chỉ các tín hiệu hoặc sóng vô tuyến có bước sóng từ 1 đến 10 mm, tương đương với tần số từ 300 GHz đến 30 GHz Định nghĩa rộng hơn

và cũng thường được sử dụng sử dụng là dải tần từ 1 mm (300 GHz) đến 30 mm (10 GHz)

Ưu điểm của băng tần mmWave là chúng có thể hỗ trợ băng thông rộng hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn Một bất lợi là chúng có phạm vi hiệu suất ngắn hơn đáng kể để truyền dữ liệu

Do đó, một hệ thống mmWave phải sử dụng các ô nhỏ hơn và mật độ các trạm gốc dày đặc hơn

Yêu cầu về Hiệu suất Kỹ thuật

Khuyến nghị M.2083 xác định tám khả năng chính cho IMT-2020 Đây là nỗ lực ban đầu

để mô tả loại yêu cầu hiệu suất sẽ được chỉ ra bởi IMT-2020 Danh sách này đã được mở rộng

và cải tiến thành 13 yêu cầu về hiệu suất kỹ thuật trong Báo cáo M.2410 (Yêu cầu tối thiểu liên quan đến hiệu suất kỹ thuật đối với (các) Giao diện vô tuyến IMT-2020, tháng 11 năm 2017)

Mục đích của các yêu cầu về hiệu suất này là để đảm bảo cải thiện đáng kể chất lượng trải nghiệm của người dùng (QoE) đối với các dịch vụ và ứng dụng 4G cũ và QoE cao cho các dịch vụ và ứng dụng 5G mới nổi Cần phân biệt hai thuật ngữ:

 Chất lượng dịch vụ (QoS): Các thuộc tính hiệu năng đầu cuối có thể đo lường được

của dịch vụ mạng, có thể được đảm bảo trước bằng thỏa thuận mức dịch vụ giữa người dùng và nhà cung cấp dịch vụ để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể của khách hàng Các thuộc tính này có thể bao gồm thông lượng (băng thông), độ trễ truyền tải(độ trễ), tỷ lệ lỗi, mức độ ưu tiên, bảo mật, mất gói và giật gói

 Chất lượng trải nghiệm (QoE): Một thước đo chủ quan về hiệu năng hệ thống QoE

dựa trên ý kiến của con người và khác với QoS, có thể được đo lường chính xác Một

cuộc thảo luận về QoE nằm ngoài phạm vi tiểu luận này [STAL16] cung cấp phạm

vi bao quát về chủ đề này

Về bản chất, các yêu cầu về hiệu suất đối với 5G là các phép đo QoS được thiết kế để cho ra QoE cao Các yêu cầu về hiệu suất kỹ thuật tối thiểu của M.2410 như sau:

 Tốc độ dữ liệu đỉnh: Tốc độ tối đa có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng cho mỗi

người dùng/thiết bị (tính bằng Gbps) Các giá trị yêu cầu tối thiểu là tốc độ dữ liệu đỉnh của đường xuống là 20 Gbps và tốc độ dữ liệu đỉnh của đường lên là 10 Gbps

 Hiệu suất phổ đỉnh: Tốc độ dữ liệu tối đa trong điều kiện lý tưởng được chuẩn hóa

bằng băng thông kênh (tính bằng bps / Hz) Một cách khác để diễn đạt điều này là tốc

độ dữ liệu tối đa có thể được truyền trên một băng thông nhất định Mối quan hệ có thể được thể hiện như sau:

trong đó Rp là tốc độ dữ liệu đỉnh, W là băng thông khả dụng và SEp là hiệu suất phổ đỉnh Mức tối thiểu cho hiệu suất phổ cực đại là đường xuống 30 bps / Hz và đường

lên 15 bps / Hz

 Tốc độ dữ liệu do người dùng trải nghiệm: Tốc độ dữ liệu có thể đạt được có sẵn ở

khắp nơi trong vùng phủ sóng cho người dùng/thiết bị di động (tính bằng Mbps hoặc Gbps) Tỷ lệ này phụ thuộc vào loại môi trường Giá trị yêu cầu cho eMBB đô thị đông đúc là 100 Mbps đường xuống và 50 Mbps đường lên

 Hiệu suất phổ người dùng theo phân vị thứ 5: Điểm mà 5% của hàm phân phối tích

lũy của thông lượng người dùng chuẩn hóa Thông lượng người dùng chuẩn hóa được

định nghĩa là số lượng bit nhận được chính xác — nghĩa là, số lượng bit chứa trong các đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDUs) được phân phối đến Lớp 3 — trong một khoảng thời gian nhất định chia cho băng thông kênh; nó được đo bằng bps/Hz

 Hiệu suất phổ trung bình: Thông lượng dữ liệu trung bình trên một đơn vị tài nguyên

phổ và trên mỗi ô (bps/Hz) Mục tiêu là hiệu suất phổ cao gấp ba lần so với Advanced

IMT- Dung lượng lưu lượng khu vực: Tổng lưu lượng được phục vụ trên mỗi khu vực địa

lý (tính bằng Mbps/m2) Giá trị đường xuống yêu cầu là 10 Mbps/m2 trong môi trường thử nghiệm điểm phát sóng trong nhà – eMBB

 Độ trễ: Sự chậm trễ đường truyền do mạng gây ra Báo cáo M.2410 xem xét hai loại

độ trễ:

 Độ trễ miền người dùng: Sự ảnh hưởng của mạng vô tuyến vào thời gian từ khi

nguồn gửi một gói đến khi đích nhận được gói đó (tính bằng mili giây) Yêu cầu tối thiểu đối với độ trễ phẳng người dùng là 4 ms đối với eMBB và 1 ms đối với URLLC

 Độ trễ miền điều khiển: Thời gian chuyển đổi từ trạng thái “tiết kiệm pin” nhất

(ví dụ: trạng thái Chờ) đến khi bắt đầu truyền dữ liệu liên tục (ví dụ: trạng thái Hoạt động) Yêu cầu tối thiểu là 20 ms

 Mật độ kết nối: Là tổng số thiết bị được kết nối và/hoặc có thể truy cập mạng trên

một đơn vị diện tích (theo km2) để đáp ứng chất lượng dịch vụ (QoS) cụ thể Yêu cầu tối thiểu là 106/km2

 Hiệu quả sử dụng năng lượng: Nói chung là mối quan hệ giữa đầu ra có ích và năng

lượng tiêu thụ Trong ngữ cảnh của M.2410, tham số này có hai khía cạnh:

 Hiệu suất năng lượng mạng: Đề cập đến số lượng bit thông tin được truyền đến

/ nhận từ người dùng trên một đơn vị tiêu thụ năng lượng của mạng truy nhập vô tuyến (RAN) (tính bằng bit / Joule) Mục tiêu là truyền dữ liệu hiệu quả khi có tải đáng kể trên mạng Mức tiêu thụ năng lượng cho mạng truy nhập vô tuyến của IMT-2020 không được lớn hơn IMT-Advanced, đồng thời cung cấp các khả năng nâng cao Do đó, hiệu quả năng lượng của mạng lưới cần được cải thiện ít nhất

bằng một yếu tố tương đương với mức tăng công suất lưu lượng dự kiến của

IMT-2020 so với IMT-Advanced

 Hiệu suất năng lượng của thiết bị: Đề cập đến số lượng bit thông tin trên một

đơn vị tiêu thụ năng lượng của mô-đun truyền thông (tính bằng bit/J) Mục tiêu là tiêu thụ năng lượng thấp khi không có dữ liệu được gửi hoặc nhận

 Độ tin cậy: Xác suất truyền thành công gói dữ liệu Lớp 2/3 trong thời gian lớn nhất

được yêu cầu, đó là thời gian cần thiết để phân phối một gói dữ liệu nhỏ từ điểm ngõ vào đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) Lớp 2/3 giao thức vô tuyến đến điểm ngõ ra SDU Lớp 2/3 giao thức vô tuyến của giao diện vô tuyến ở một chất lượng kênh nhất định Các yêu cầu tối thiểu là 1 – 10-5 xác suất thành công khi truyền một PDU Lớp 2 (đơn

vị dữ liệu giao thức) 32 byte trong vòng 1 ms ở chất lượng kênh của biên phủ sóng cho môi trường thử nghiệm đô thị -URLLC, giả sử dữ liệu ứng dụng nhỏ (ví dụ: 20 byte dữ liệu ứng dụng + chi phí giao thức)

 Tính di động: Tốc độ tối đa mà tại đó QoS được xác định và chuyển giao liền mạch

giữa các nút vô tuyến có thể thuộc các lớp khác nhau và/hoặc công nghệ truy cập vô tuyến (đa lớp/RAT) có thể đạt được (tính bằng km/h) Các lớp di động sau được định nghĩa:

 Đứng im: 0 km/h

 Đi bộ: 0 km/h tới 10 km/h

 Phương tiện: 10 km/h tới 120 km/h

 Phương tiện tốc độ cao: 120 km/h tới 500 km/h

Yêu cầu này được xác định cho mục đích đánh giá trong kịch bản sử dụng eMBB Một lớp di động được hỗ trợ nếu tốc độ dữ liệu liên kết kênh lưu lượng trên đường

lên, được chuẩn hóa theo băng thông, như được trình bày trong Bảng 2 Ở đây giả

định rằng người dùng đang di chuyển với tốc độ tối đa trong lớp di động đó trong mỗi môi trường thử nghiệm

Thời gian gián đoạn di động: Độ trễ thời gian nhỏ nhất được hỗ trợ bởi hệ thống, trong đó

thiết bị người dùng cuối không thể trao đổi gói với bất kỳ trạm gốc nào trong quá trình truyền Thời gian gián đoạn di động bao gồm thời gian cần thiết để thực hiện bất kỳ quy trình mạng