Báo cáo tìm hiểu về mạng thông tin 5g báo cáo lần 2

- Các ứng dụng kết hợp với cảm biến nhân tạo thông minh AI, cuộc sống của con người sẽ được bao phủ bởi các cảm biến nhân tạo có thể giao tiếp được với điện thoại di động thông minh.. Th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-o0o -BÁO CÁO

TÌM HIỂU VỀ MẠNG THÔNG TIN 5G

BÁO CÁO LẦN 2

Giảng viên hướng dẫn: Đàm Mỹ Hạnh

Sinh viên thực hiện: Đào Kim Điệp

Bùi Thị Thu Thủy Vương Danh Trường Nguyễn Thu Phương

1 Khái niệm

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 10 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn

2 Giới thiệu tổng quan về mạng thông tin di động 5G

Mạng thông tin di động 5G là một công nghệ mạng tiên tiến mới nhất hiện nay Nó cung cấp khả năng kết nối nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng truyền tải dữ liệu lớn hơn so với các công nghệ mạng trước đây như 3G và 4G Điều này cho phép người dùng truy cập các ứng dụng và dịch vụ trực tuyến với tốc độ nhanh hơn và trải nghiệm mạng tốt hơn Các công nghệ mạng trước đây tập trung vào khả năng truyền tải giọng nói và dữ liệu Tuy nhiên, mạng 5G được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng mới như trò chơi trực tuyến, thực

tế ảo và thực tế tăng cường, IoT và các ứng dụng đám mây, cũng như các dịch khác có độ phức tạp cao

Mạng 5G sử dụng tần số vô tuyến cao hơn, độ rộng băng tần rộng hơn và khả năng xử lý thông tin tốt hơn, giúp tăng tốc độ kết nối và giảm độ trễ Nó cũng hỗ trợ các công nghệ mới như MINO (Multiple-Input Multiple-Output), beamforming, và network slicing

MIMO cho phép một mạng truyền tải nhiều tín hiệu cùng một lúc, trong khi beamforming giúp mạng tập trung truyền tải tín hiệu đến các thiết bị khác nhau một cách hiệu quả Network slicing cho phép mạng 5G được chia thành nhiều mạng nhỏ hơn, giúp tối

ưu hóa hiệu suất và giảm độ trễ cho các ứng dụng và dịch vụ khác nhau

Mạng 5G cũng mang lại nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm y

tế, giáo dục, sản xuất, năng lượng và giao thông vận tải Nó cũng tạo ra nhiều cơ hội cho các công ty và nhà sản xuất thiết bị để phát triển các ứng dụng mới và các sản phẩm liên quan đến mạng 5G

Tóm lại, mạng 5G là một công nghệ mang tiên tiến mới nhất với tốc độ kết nối nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng truyền tải dữ liệu lớn hơn Nó được thiết kế để hỗ trợ các

ứng dụng và dịch vụ trực tuyến mới, phức tạp hơn, mang lại trải nghiệm mạng tốt hơn cho người dùng và cải thiện hiệu suất và năng suất cho các ngành công nghiệp

Nhiều quốc gia và khu vực trên thế giới đã triển khai mạng 5G, và số lượng người dùng

đã tăng nhanh trong vài năm qua, theo báo cáo di động mới nhất của Ericsson số lượng thuê bao điện thoại thông minh 5G trên toàn cầu vượt 1 tỷ trong năm 2022, gần gấp đôi so với năm 2021 Dự kiến, mạng 5G sẽ tiếp tục được triển khai rộng rãi trong thời gian tới, đồng thời cũng sẽ có nhiều ứng dụng và dịch vụ mới ra đời

Số lượng người dùng 5G toàn cầu năm 2022 và dự kiến trong tương lai.

Với những tiềm năng lớn mà mạng 5G mang lại, nó đang được xem là một trong những công nghệ quan trọng nhất của thế kỷ 21 và có vai trò quan trọng trong việc xây dựng các thành phố thông minh, các khu công nghiệp thông minh và giúp các doanh nghiệp tăng cường sức mạnh cạnh tranh

Theo yêu cầu của mạng 5G, sự khác biệt lớn giữa các thế hệ trước với thế hệ 5G bao gồm:

- Mức tiêu thụ pin thấp hơn, tăng tuổi thọ của pin

- Xác suất tắc nghẽn thấp

- Độ trễ được giảm bớt đáng kể so với LTE

- Tốc độ nhanh hơn, cung cấp nhiều kết nối ổn định và đáng tin cậy hơn, phạm vi bao phủ tốt hơn và tốc độ dữ liệu cao ở viền tế bào giúp cho giải quyết các vấn đề liên quan đến diện tích phủ sóng (thậm chí ngay cả trên biển, nơi các trạm phát sóng trên đất liền không thể phủ sóng cũng bắt được tín hiệu 5G)

- An toàn hơn, tiết kiệm năng lượng, bổ sung thêm tính năng cho phần cứng

- Đồng thời truyền được nhiều đường truyền dữ liệu

- Khoảng tốc độ dữ liệu 1Gbps khi di động

- Hiệu quả phổ hệ thống cao hơn đáng kể so với 4G

- Web không dây trên toàn cầu (WWWW: World Wide Wireless Web), các ứng dụng web không dây dựa trên bao gồm đầy đủ các khả năng đa phương tiện vượt quá tốc độ 4G để kết nối mọi nơi trên trái đất

- Các ứng dụng kết hợp với cảm biến nhân tạo thông minh (AI), cuộc sống của con người sẽ được bao phủ bởi các cảm biến nhân tạo có thể giao tiếp được với điện thoại di động thông minh Khả năng tương tác linh hoạt và hỗ trợ nhiều loại thiết bị khác nhau như máy tính bảng, thiết bị đeo tay, …

- Không gây hại cho sức khỏe con người

- Lệ phí lưu lương truy cập rẻ hơn do chi phí triển khai cơ sở hạ tầng thấp

Thế hệ 5G là một công nghệ mới mà sẽ cung cấp tất cả các ứng dụng có thể, bằng cách

sử dụng một thiết bị bao quát, kết nối hầu hết các cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đã tồn tại.Các thiết bị đầu cuối 5G sẽ là một đa cấu hình lại và được kích hoạt nhận thức vô tuyến.Nó sẽ có phần mềm xác định phương pháp điều chế vô tuyến Các mạng di động 5G sẽ tập trung vào việc phát triển các thiết bị đầu cuối sao cho có thể truy cập công nghệ mạng không dây khác nhau cùng một lúc và sẽ kết hợp các luồng khác nhau từ các công nghệ khác nhau

Điểm đặc biệt về cải tiến của thế hệ 5G so với những mạng thế hệ trước (dùng các trạm

cở sở trên mặt đất) là mạng 5G có thể sử dụng các trạm HAPS (High Altitude

Stratospheric Platform Stations)

Mô hình trạm HAPS

Các trạm HAPS có thể là những chiếc máy bay hoặc quả bóng được thiết kế để hoạt động

ở độ cao rất thấp, treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong thời gian dài, khoảng cách từ 17km – 22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh HAPS được cung cấp nguồn bằng pin, động cơ hoặc tế bào năng lương mặt trời Nó làm việc như một trạm phát có thể so sánh với

anten cao và truyền tín hiệu bằng giao tiếp không dây Đó là kỹ thuật mới và rất tốt trong việc phục vụ dịch vụ thông tin không dây băng thông rộng Trạm HAPS cung cấp một phạm

vi với bán kính khoảng tầm 30 Km Do đó có thể thiết lập duy nhất trạm HAPS thay vì phải dùng một số trạm cơ sở đặt trên mặt đất ở khu vực ngoại ô và nông thôn như ở các thế hệ trước Trạm HAPS không yêu cầu bệ phóng đắt tiền như vệ tinh mà cung cấp cho các hiệu quả chi phí cũng như có thể dễ dàng triển khai, vì vậy nó cũng được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc tai nạn HAPS cung cấp các tuyến liên kết quan sát với công suất cao của các ứng dụng băng thông rộng Do ở trên cao có tác động của gió nêntrạm HAPS sẽ thay đổi tùy ở vị trí theo chiều dọc và chiều ngang Sự chuyển động này làm thay đổi, sai lệch góc nhìn các thiết bị đầu cuối trên mặt đất Nếu sự thay đổi này lớn hơn bề rộng chùm tia của anten thì yêu cầu tăng hoạt động liên kết.Nhờ sử dụng cách này nó sẽ khắc phục được nhiều hạn chế và sẽ giúp đường truyền tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những nhà cao tầng Do các trạm nằm ở trên cao nên sẽ có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn giúp cho làm giảm những vấn đề về diện tích phủ sóng

3 Các công nghệ cốt lõi trong 5G

Liên minh Viễn thông quốc tế về các hệ thống thông tin di động quốc tế (ITU – International Telecommunication Union) gồm các nhà công nghiệp hàng đầu thế giới, các tổ chức xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật của các quốc gia và khu vực, cơ quan quản lý, các nhà khai thác, các nhà sản xuất thiết bị, các học giả và viện nghiên cứu đã xây dựng dự thảo các yêu cầu kỹ thuật tối thiểu của hệ thống IMT-2020 (được gọi là hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ 5 – 5G)

IMT-2020 sẽ có 3 nhóm ứng dụng công nghệ là: Mạng truyền thông siêu mật (Ulatra-Reliable Low-Latency Communication – URLLC), mạng truyền thông cực nhanh (Enhanced Mobile Broadband – eMBB), và mạng truyền thông khối lượng lớn (Massive Machine Type Communication – mMTC)

Các nhóm ứng dụng công nghệ 5G (theo ITU)

- URLLC: được sử dụng để xây dựng thành phố thông minh, kết nối giao tiếp giữa đèn giao thông, ô tô tự động và đương 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

- eMBB: tính năng này sẽ cung cấp dữ liệu tốc độ 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 băng tang ghép Cho phép truyền tải video 4K/8K, VR/AR và trò chơi trực tuyến mượt mà hơn

- mMTC: tính năng này cung cấp khả năng kết nối cho hàng triệu thiết bị IoT, giúp các ứng dụng IoT trở nên phổ biến hơn và hỗ trợ cho việc tự động hóa thông minh

4 Kiến trúc của mạng 5G

5 Băng tần hoạt động

Có ba dải tần số ở cốt lõi của mạng 5G:

Băng tần cao 5G (mmWave) mang lại tần số cao nhất của 5G Chúng nằm trong khoảng từ 24 GHz đến khoảng 100 GHz Bởi vì tần số cao không thể dễ dàng di chuyển qua chướng ngại vật, 5G băng tần cao về bản chất là phạm vi ngắn Hơn nữa, phạm vi phủ sóng của mmWave bị hạn chế và yêu cầu nhiều cơ sở hạ tầng di động hơn

Băng tần trung 5G hoạt động ở dải tần 2-6 GHz và cung cấp lớp dung lượng cho các khu vực thành thị và ngoại thành Dải tần này có tốc độ cao nhất hàng trăm Mbps

Băng tần thấp của 5G hoạt động dưới 2 GHz và cung cấp phạm vi phủ sóng rộng Băng tần này sử dụng phổ tần hiện có và đang được sử dụng cho 4G LTE, về cơ bản cung cấp kiến trúc LTE 5g cho các thiết bị 5G hiện đã sẵn sàng Do đó, hiệu suất của 5G băng tần thấp tương tự như 4G LTE và hỗ trợ sử dụng cho các thiết bị 5G trên thị trường hiện nay

6 Đặc điểm nổi bật của 5G

- Hiệu quả phổ: 5G sẽ có hiệu suất phổ được cải thiện một chút so với LTE, ở 30bits/

Hz downlink và 15 bit/Hz uplink

- Tính di động: Với 5G, các trạm gốc sẽ hỗ trợ chuyển động từ 0 đến 310 dặm/giờ Mặc dù điều này có thể dễ dàng thực hiện trên mạng LTE nhưng tính di động như vậy có thể là một thách thức trên các mạng mmWave (các tần số nằm trong khoảng

từ 24 GHz đến 300 GHz, nằm giữa sóng vi ba và tia hồng ngoại) mới

- Mật độ kết nối: Về mật độ kết nối, 5G có thể hỗ trợ nhiều thiết bị kết nối hơn 4G LTE Các trạng thái tiêu chuẩn 5G sẽ có thể hỗ trợ 1 triệu thiết bị được kết nối trên mỗi km vuông

- Trong thế giới thực, tốc độ 5G thực tế sẽ rất khác nhau Cuối cùng, mạng Sub-6 sẽ

có thể cung cấp tốc độ hàng trăm gigabit mỗi giây Thế nhưng hiện tại kết nối có thể

ở nhiều nơi chỉ từ 50Mbps đến 400Mbps

- Ở nhiều khu vực, Internet 5G chậm hơn hoặc đôi khi chậm hơn 4G LTE Điều đó thường là do khả năng cung cấp phổ tần hạn chế vì các nhà cung cấp dịch vụ cố gắng sử dụng một đoạn sóng vô tuyến để hỗ trợ đồng thời mạng 4G hiện tại và mạng 5G mới Những tốc độ 5G đó sẽ được cải thiện khi nhiều thiết bị được chuyển sang 5G và các nhà mạng bắt đầu thay đổi phân bổ

7 Công nghệ 5G

7.1 Cloud Computing ( điện toán đám mây)

Cloud Computing là một công nghệ sử dụng internet và máy chủ từ xa trung tâm để duy trì dữ liệu và các ứng dụng điện toán đám mây.Trong 5G mạng máy chủ từ xa trung tâm này

sẽ lưu trữ nội dung mà chúng ta cung cấp Điện toán đám mây cho phép người dùng và doanh nghiệp sử dụng các ứng dụng mà không cần cài đặt và truy nhập các tập tin cá nhân ở bất kỳ máy nào có truy cập internet.Điều đó sẽ được sử dụng trong Nanocore, nơi mà người dùng truy cập vào tài khoản riêng của mình thì nhà cung cấp nội dung toàn cầu thông qua Nanocore dưới hình thức của đám mây

Điện toán đám mây Điện toán đám mây là kỹ thuật mới và duy nhất để truy cập dữ liệu văn bản, ứng dụng, file video, file nhạc,…từ bất kỳ nơi nào mà không cần mang theo bất kỳ thiết bị lưu trữ dữ liệu Bởi tất cả các thông tin về người sử dụng điện toán đám mây có thể truy cập tất cả các dữ liệu từ bất cứ nơi nào trên thế giới vào bất kỳ lúc nào.Ví dụ như là Gmail, tất

cả tài liệu được lưu trữ trên máy chủ Gmail và các quy trình được thực hiện trên đám mây.Người sử dụng cung cấp cho các lệnh sau đó quá trình xảy ra trên máy chủ của Gmail và kết quả được hiển thị trên màn hình

Sự phát triển của điện toán đám mây cung cấp cho nhà khai thác những cơ hội to lớn.Kể từ khi điện toán đám mây liên kết trên mạng, nó cho thấy tầm quan trong của mạng lưới và thúc đẩy phát triển mạng lưới Nó cũng đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ an toàn và đáng tin cậy, Người sử dụng điện toán đám mây có thể tránh được chi phí vốn cho các Nanocore, do đó cũng làm giảm chi phí mua cơ sở hạ tầng vật lý bằng cách cho thuê

sử dụng từ một nhà cung cấp bên thứ ba

Các phân đoạn của điện toán đám mây, được chia làm 3 phân đoạn chính như sau:

- Ứng dụng (Applications)

- Nền tảng (Platform)

- Cơ sở hạ tầng (Infrastructure)

Mỗi phân đoạn phục vụ cho các sản phẩm khác nhau phục vụ cho các doanh nghiệp và

cá nhân với mục đích ứng dụng khác nhau

Phân đoạn nền tảng của điện toán đám mây đề cập đến các sản phẩm được sử dụng để triển khai internet Net Suite, Amazon, Google và Microsoft cũng đã phát triển nền tảng cho phép người dùng truy cập các ứng dụng từ máy chủ tập trung Google, Net Suite, Rack space cloud, amazon.com là những nền tảng hoạt động

7.2 All IP Network

All-IP Network All-IP Network (AIPN) là một sự tiến hóa của hệ thống 3GPP để đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày càng tăng của thị trường viễn thông di động Nó chủ yếu tập trung vào cải tiến của công nghệ chuyển mạch gói, mạng AIPN cung cấp một sự phát triển liên tục và tối ưu hóa các giải pháp hệ thống nhằm tạo ra một lợi thế cạnh tranh cả về hiệu suất và chi phí All-IP dựa trên ứng dụng điện thoại di động và các dịch vụ như cổng thông tin điện thoại di động, thương mại di động, chăm sóc sức khỏe, chính phủ, ngân hàng và một số lĩnh vực khác

Những lợi ích của cấu trúc Flat IP là:

- Chi phí truy cập thấp

- Truy cập liền mạch

- Kinh nghiện người dùng cải thiện

- Giảm độ trễ hệ thống

- Truy cập vô tuyến được tách riêng và phát triển mạng lõi

Các vấn đề quan trọng của All IP:

- Hỗ trợ cho một loạt các hệ thống truy cập khác nhau

- Khả năng thích ứng và di chuyển từ thiết bị đầu cuối khác

- Khả năng lựa chọn các hệ thống truy cập thích hợp

- Cung cấp các dịch vụ ứng dụng tiên tiến

- Khả năng xử lý hiệu quả và tối ưu

- Mức độ bảo mật cao

7.3 Nano technology

Công nghệ Nano là việc áp dụng các công nghệ nano để kiểm soát quá trình trên quy

mô nanomet, tức là giữa 0.1 và 100 nm Công nghệ này còn được gọi là công nghệ Nano

phân tử ( MNT : Molecular Nanotechnology).Công nghệ nano được coi là cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo và các ngành công nghệ viễn thông sẽ được thay đổi hoàn toàn bởi nó trong tương lai Vì các ứng dụng trong tương lai sẽ yêu cầu bộ nhớ và tính toán điện năng nhiều hơn để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, mà công nghệ hiện nay không thể giải quyết được những thách thức này Do vậy công nghệ nano có thể cung cấp các giải pháp hiệu quả cho khả năng tính toán hiệu quả, cảm biến, mở rộng bộ nhớ và tương tác với người máy Công nghệ nano sẽ có tác động đáng kể trong thiết bị điện thoại

di động cũng như mạng lõi như sau:

- Điện thoại di động đã trở thành một thiết bị thông tin liên lạc không thể thiếu trong thế giới công nghệ hiện đại.Công nghệ nano trong thiết bị điện thoại di động giúp cho cảm biến thông minh được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, giao thông vận tải, thông tin liên lạc, y tế, thông tin an toàn

- Các mạng lõi đòi hỏi tốc độ, công suất cao, đáng tin cậy để tương tác ngày càng nhiều các công nghệ truy cập không đồng nhất Hiện nay công nghệ nano được sử dụng trong xử lý tín hiệu kỹ thuật số ( DSP: Digital Signal Processing)

8 Ứng dụng

5G sẽ phát minh lại phương tiện kỹ thuật số Độ trễ thấp của 5G sẽ cho phép chúng ta bước vào thế giới 3D có độ phân giải cao, làm cho các ứng dụng AR và VR trở nên đắm chìm và tương tác hơn nhiều Khi chúng ta sử dụng những công nghệ này, thông tin, đồ vật

và con người sẽ ở xung quanh chúng ta, thay vì chỉ ở phía trước chúng ta, tạo ra một tương tác cảm xúc mãnh liệt

Kết nối ô tô 5G cho phép các phương tiện kết nối với nhau, với cơ sở hạ tầng, với các dịch

vụ mạng và với những người tham gia giao thông khác như người đi xe đạp và người đi bộ Điều đó có nghĩa là đường có thể an toàn hơn, nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn Hệ thống thông tin giải trí trong xe cũng sẽ giúp chuyến đi trở nên dễ chịu hơn

Sử dụng đám mây biên, bằng cách cung cấp các mạng có độ trễ thấp và đáng tin cậy cao,

rô bốt có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ với cấu hình lại từ xa của Bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) Hệ thống tự động hóa có thể giúp kiểm soát chất lượng, sử dụng xử lý tầm nhìn và học máy trên đám mây

Video độ nét cao cũng có thể được sử dụng cho y tế từ xa, cho phép giao tiếp giữa bệnh nhân và bác sĩ 5G có thể giúp cứu sống, là nền tảng của dịch vụ chăm sóc sức khỏe hiện đại

Sử dụng 5G, có thể phát trực tuyến video độ nét cao ở độ phân giải 8K mà không cần đợi

nó vào bộ đệm Trò chơi trực tuyến qua mạng di động phản hồi ngay lập tức khi sử dụng mạng 5G

Trong các ứng dụng thành phố thông minh, sử dụng video độ nét cao theo thời gian thực

và phân tích dựa trên AI, các dịch vụ giám sát và kiểm tra có thể được thực hiện bằng máy bay không người lái được trang bị camera độ nét cao, với 5G cho phép phản hồi và kiểm soát

độ trễ thấp

9 Ưu và nhược điểm của 5G