HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Bùi Ngọc Tú
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP
5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2021


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Bùi Ngọc Tú
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP
5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ :

8.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM THỊ THÚY HIỀN

HÀ NỘI – 2021

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của riêng tôi. Việc sử dụng kết
quả, trích dẫn tài liệu tham khảo trên các tạp chí, các trang web tham khảo đảm bảo
theo đúng quy định. Các nội dung trích dẫn và tham khảo các tài liệu, sách báo,
thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài
liệu tham khảo của luận văn.
Tối xin chịu hoàn toàn trách nhiệm cho lời cam đoan của mình.
Tác giả luận văn

Bùi Ngọc Tú


ii

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thơng trong thời gian qua đã dìu dắt và tận tình truyền
đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm vơ cùng q báu để em có được kết quả
ngày hôm nay.
Xin trân trọng cảm ơn TS. Phạm Thị Thúy Hiền, người hướng dẫn khoa học
của luận văn, đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ về mọi mặt để hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học đã hướng dẫn
và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng là sự biết ơn tới gia đình, bạn bè và người thân đã ln động viên,
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2021
Học viên thực hiện


Bùi Ngọc Tú


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................... vii
TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. viii
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G .................................................. 4

1.1 Giới thiệu chung ........................................................................................ 4
1.1.1 Một số chuẩn công nghệ mới trong mạng 5G.......................................5
1.1.2 Các chỉ số hiệu năng chính của mạng 5G ............................................6
1.1.3 Ưu nhược điểm của mạng 5G ...............................................................7
1.2 Kiến trúc chung của mạng 5G.................................................................. 9
1.3 Các cơng nghệ chính cho phép và hỗ trợ sự phát triển mạng 5G ..... 11
1.3.1 MIMO cỡ lớn...................................................................................... 11
1.3.2 Tạo dạng búp sóng ............................................................................. 12
1.3.3 Kiến trúc ô nhỏ (Small cell) ............................................................... 13
1.4 Tổng kết chương ...................................................................................... 15
CHƯƠNG 2: MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 5G ................................ 16
2.1 Yêu cầu về kiến trúc 5G RAN. ............................................................... 16
2.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức và các chức năng mạng ........................ 18
2.2.1 Chức năng mạng trong ngữ cảnh đa AIV và đa dịch vụ .................... 18
2.2.2 Những thay đổi có thể xảy ra trong ngăn xếp giao thức 5G

so với 4G ..................................................................................................... 20
2.2.2.1 Giao thức thích ứng dữ liệu dịch vụ (SDAP) ............................. 20
2.22.2 Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP) ........................................... 20
2.2.2.3 Điều khiển liên kết vơ tuyến (RLC) ........................................... 22
2.2.2.4 Kiểm sốt truy cập mơi trường (MAC) ...................................... 23
2.2.3 Tối ưu hóa ngăn xếp giao thức dịch vụ dành riêng trong 5G ........... 24
2.3 Đa kết nối ................................................................................................. 27
2.3.1 Đa kết nối 5G/(e)LTE ......................................................................... 27


iv
2.3.2 Đa kết nối 5G/5G ............................................................................... 29
2.3.3 Đa kết nối 5G/Wi-Fi........................................................................... 30
2.4 Tách chức năng RAN và các thực thể mạng logic kết quả .................. 32
2.4.1 Tách mặt phẳng điều khiển/mặt phẳng người dùng (Tách theo chiều
dọc) .......................................................................................................................... 33
2.4.2 Tách thành các đơn vị tập trung và phi tập trung (Tách theo chiều
ngang) ...................................................................................................................... 34
2.4.3 Lựa chọn phân tách tổng thể có liên quan nhất................................. 38
2.5 Các kịch bản triển khai và các kiến trúc RAN vật lý liên quan .......... 41
2.5.1 Các kiến trúc vật lý có thể có hỗ trợ các kịch bản triển khai ............ 43
2.5.2 Đồng triển khai 5G/(e)LTE và 5G Multi-AIV .................................... 45
2.6 Tổng kết chương ...................................................................................... 46
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ
TUYẾN 5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG ……………………. 47
3.1 Thực trạng mạng di động của VNPT Hải Dương ................................ 47
3.2 Kiến trúc mạng truyền dẫn 5G ............................................................. 48
3.2.1 Mặt phằng người dùng (User Plane) ................................................. 48
3.2.2 Mặt phẳng điều khiển (CP) ................................................................ 52
3.3 Các giao thức và tùy chọn công nghệ truyền tải cho mạng truy nhập

vô tuyến 5G ............................................................................................................. 57
3.3.1 Công nghệ vô tuyến ............................................................................ 57
3.3.2 Truyền tải quang ................................................................................ 59
3.3.3 Ethernet .............................................................................................. 64
3.4 Giải pháp truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G ứng dụng tại VNPT
Hải Dương ................................................................................................................ 65
3.5 Tổng kết chương ........................................................................................ 68
KẾT LUẬN .................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 70


v

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. So sánh tốc độ 3G, 4G, 5G ........................................................................ 4
Hình 1.2. Cấu trúc tổng quát của mạng 5G ................................................................ 9
Hình 1.3. Kiến trúc mạng Non-standalone và Standalone ....................................... 10
Hình 1.4. Hình ảnh mơ phỏng cơng nghệ Massive MIMO ..................................... 12
Hình 1.5. Hình ảnh mơ phỏng cơng nghệ Beamforming ......................................... 13
Hình 1.6. Hình ảnh mơ phỏng cơng nghệ Small cell ............................................... 14
Hình 1.7. Hình ảnh so sánh mơ phỏng cấu trúc anten 4G và 5G ............................. 14
Hình 2.1. Kiến trúc cấp cao của 5G-RAN ............................................................... 17
Hình 2.2. Ví dụ cho các NF mặt phẳng người dùng cụ thể, bất khả tri hoặc bao quát
w.r.t. AIVs hoặc dịch vụ .......................................................................................... 20
Hình 2.3. So sánh xử lý UP giữa LTE và 5G (trong đó H là tiêu đề) ...................... 23
Hình 2.4. Trễ UP lớp 2 sau khi tối ưu hóa dịch vụ dành trước ................................ 27
Hình 2.5. Tích hợp UP (trái) và tùy chọn phân tập RRC có thể có (phải) cho đa kết
nối LTE-A/5G… . .................................................................................................... 28
Hình 2.6. Các tùy chọn tách kênh mang bổ sung và tích hợp UP cho đa kết nối 5G /
5G ............................................................................................................................. 30

Hình 2.7. Các biến thể khác nhau của đa kết nối 5G/Wi-fi. .................................... 32
Hình 2.8. Sự phát triển kiến trúc từ 4G lên 5G: Hướng tới sự phân chia hai chiều
thành các NF CP/UP và các CU/các DU. ................................................................ 33
Hình 2.9. Các tùy chọn phân tách theo chiều ngang của RAN 5G. ......................... 35
Hình 2.10. Yêu cầu về tốc độ dữ liệu giao diện phân chia RAN đối với lưu lượng
UP ............................................................................................................................. 37
Hình 2.11. Các lớp phân chia tổng thể có vẻ phù hợp nhất trong 5G RAN ............ 39
Hình 2.12. Các kịch bản triển khai do 3GPP hình dung .......................................... 42
Hình 2.13. Các kịch bản triển khai trong nhà đa nhà điều hành đa nhà cung cấp
được SCF xem xét .................................................................................................... 43
Hình 2.14. Phân chia chức năng RAN 3 tầng theo các kịch bản triển khai khác nhau
.................................................................................................................................. 44
Hình 3.1. Cấu trúc tổng thể mạng di động VNPT Hải Dương................................. 48


vi
Hình 3.2. Mạng khơng đồng nhất hội tụ và cơ sở hạ tầng điện tốn. ...................... 50
Hình 3.3 (a) Kiến trúc mặt phẳng điều khiển truyền tải 5G ................................... 54
Hình 3.3 (b). Lát cắt trìu tượng về phía khách hàng ................................................ 54
Hình 3.4. Kiến trúc mạng chung. Các nút gtrung gian chứa các OLT khác nhau, là
một phần của CO, để phục vụ các cây truy cập khác nhau ...................................... 61
Hình 3.5. Các thành phần và tài nguyên 5G-XHaul: a) FH/BH di động thống nhất
qua mạng trung tâm dữ liệu quang/vô tuyến hội tụ, b) Phân chia chức năng xử lý
DU, c) Phân bổ linh hoạt tài nguyên TSON cho lưu lượng CPRI nặng và luồng
Ethernet nhẹ.............................................................................................................. 63
Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc mạng MAN-E đến cuối năm 2021 của VNPT Hải Dương
.................................................................................................................................. 66
Hình 3.7. Ăng ten lắp đặt trong phố ......................................................................... 67



vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các chỉ số hiệu năng chính của mạng 5G .......................................... 6
Bảng 1.2 Bảng so sánh các thông số kỹ thuật giữa 4G và 5G .......................... 8
Bảng 2.1 Cấu hình ngăn xếp giao thức phù hợp với dịch vụ trong 5G ........... 25


viii

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
5G EIR

5G Equipment Identity Register

Đăng ký nhận dạng thiết bị 5G

AF

Application Function

Chức năng ứng dụng

AMF

Access and Mobility
Management Function

Chức năng quản lý truy cập và di
động


API

Application Program Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

ASN

Abstract Syntax Notation

Ký hiệu cú pháp trừu tượng

AUSF

Authentication Server Function

Chức năng máy chủ xác thực

BBU

Baseband Unit

Đơn vị băng tần cơ sở

BH

Backhaul

Vận chuyển phía sau


BS

Base Station

Trạm gốc

Ca

Carrier aggregation

Tập hợp sóng mang

CC

Connected Car

Ơ tơ kết nối

CP

Control Plane

Mặt phẳng điều khiển

CPRI

Common Public Radio Interface

Giao diện vô tuyến công cộng chung


CU

Control Unit

Bộ điều khiển

DN

Data Network

Mạng dữ liệu

DU

Data Unit

Đơn vị dữ liệu

eMBB

Enhanced Mobile Broadband

Băng rộng di động nâng cao

eNB

Evolved Node B

Mạng 4G


E-UTRAN

Evolved Universal Terrestrial
Access Radio Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất cải
tiến

FDD

Frequency Division Duplex

Ghép đôi song công phân chia theo
tần số

FU

Fronthaul

Vận chuyển phía trước

gNB

Next Generation node B

Mạng thế hệ sau (3G)


ix


GMPLS

Generalized multi-protocol label
switching

Chuyển đổi nhãn đa giao thức tổng
quát

HAPS

High Altitude Stratospheric
Platform Stations

Trạm thu phát trên không

HARQ

Hybrid Automatic Repeat
Request

Yêu cầu lặp lại tự động

H

Hindicates

Tiêu đề

LTE


Long Term Evolution

Tiến hóa dài hạn

MAC

Media Access Control

Kiểm sốt truy nhập phương tiện

MBB

Mobile Broad Band

Băng thơng di động

MeNB

Mullti eNode B

Nhiều Mạng 4G

MF

Midhaul

Vận chuyển ở giữa

mMTC


Massive Machine Type
Communication

Truyền thông máy số lượng lớn

MME

Moblity Managemant Entily

Thực thể quản lý di động

Mw

Millimetre wave

Sóng milimet

MPLS

Multi-protocol label switching

Chuyển đổi nhãn đa giao thức

NAS

Non Access Stratum

Tầng không truy cập


NEF

Network Exposure Function

Chức năng tiếp xúc mạng

NFV

Network Function Virtualization

Ảo hóa chức năng mạng

NGFI

Next generation Fronthaul
Interface

Giao diện phía trước của mạng thế hệ
tiếp theo

NRF

Network Repository Function

Chức năng kho lưu trữ mạng

NSA

Non Stand Alone


Khơng đứng một mình

NSSF

Network Slice Selection Function

Chức năng lựa chọn lát mạng

PCF

Policy Control Function

Chức năng kiểm sốt chính sách

PDCP

Physical Downlink Control prefix

Tiền tố điều khiển đường xuống vật
lý


x
PE

Router Edge

Router biên

PLMN


Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công cộng

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển kết nối vô tuyến

RRM

Remote Radio Management

Quản lý vô tuyến từ xa

RRU

Remote Radio Unit

Đơn vị vô tuyến từ xa

RU


Radio Unit

Đơn vị vô tuyến

SDN

Software defined Networking

Mạng định nghĩa bằng phần mềm

SMF

Session Management Function

Chức năng quản lý phiên

SC

Small Cell

Ô nhỏ

OTT

Over The Top

Giá trị gia tăng

TTI


Transmission Time Intervel

Khoảng thời gian truyền

TDD

Time Division Duplex

Ghép đôi song công phân chia theo
thời gian

UDM

Unified Data Management

Quản lý dữ liệu hợp nhất (tập trung)

UDR

Unified Data Repository

Kho dữ liệu hợp nhất

UDSF

Unstructured Data Storage
Function

Chức năng lưu trữ dữ liệu phi cấu

trúc

UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

UP

User Plane

Mặt phẳng người dùng

UPE

User Plane Function

Chức năng mặt phẳng người dùng

UPE

U-plane Entity

Thực thể luồng điều khiển

URLLC

Ultra-Reliable Low-Latency
Communication


Truyền thông trễ thấp độ tin cậy cực
cao


1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của xã hội lồi người ngày càng cao, thơng qua
đó các thiết bị thông minh phục vụ cho nhu cầu của người dùng thì mạng di động
trở thành một thành phần khơng thể thiếu trong cuộc sống. Những ưu điểm có thể
thấy rõ của mạng di động như khả năng cung cấp cuộc gọi thoại, cuộc gọi video,
các dịch vụ nhắn tin văn bản, đa phương tiện, chia sẻ tài liệu hay lướt Internet mọi
lúc mọi nơi đã tạo ra sự dễ dàng và thuận tiện hơn cho người dùng, khiến nó trở
thành một phần quan trọng trên con đường công nghệ hóa, hiện đại hóa. Điều đó đã
đặt ra những thách thức lớn đối với các nhà khai thác dịch vụ viễn thông trong việc
tối ưu tốc độ dữ liệu, giảm thiểu độ trễ và trong bối cảnh mỗi người dùng ngày càng
sử dụng nhiều thiết bị thông minh cùng với sự bùng nổ của IoT thì số lượng kết nối
cũng tăng lên và các mạng phải xử lý nhiều thiết bị hơn. Những điều này khiến các
thế hệ mạng phải luôn thay đổi để đáp ứng được các yêu cầu trên. Vì vậy, mạng di
động 5G được ra đời với sứ mệnh giải quyết những thách thức đó.
5G là cơng nghệ di động thế hệ thứ năm và là thế hệ mới nhất hiện nay đem
lại những đặc điểm chính như: tốc độ cực cao (được kỳ vọng lên tới 10 Gb/s), độ trễ
cực thấp (1ms) và dung lượng cực lớn (hỗ trợ số thiết bị đầu cuối trên một đơn vị
diện tích nhiều gấp 100 lần so với 4G LTE). Ngồi ra, cơng nghệ 5G bao gồm các
kỹ thuật mới gồm: Công nghệ vô tuyến New Radio (NR), công nghệ mạng định
nghĩa bằng phân mềm (SDN), công nghệ ảo hóa các chức năng mạng (NFV), cơng
nghệ đa anten MIMO hay cơng nghệ điều khiển búp sóng cải tiến cho anten
(beamforming) để đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao.
Mạng 5G có khả năng kết nối cao, nên xử lý tốt với việc gia tăng số lượng

lớn các thiết bị với nhau. Internet vạn vật (IoT) sẽ mở ra một kỷ nguyên mới của
thiết bị kết nối, tất cả mọi thứ từ hệ thống an ninh, văn phòng cho đến thiết bị thu
phát sóng trên xe cũng sẽ được kết nối. Ngồi ra 5G cịn có khả năng bổ sung thêm
kiến trúc mới cho mạng truy nhập vô tuyến đám mây. Với các trung tâm dữ liệu
nano hỗ trợ các chức năng mạng dựa trên máy chủ như cổng IoT công nghiệp như
bộ nhớ đệm video và chuyển mã cho định dạng UltraHD (độ nét siêu cao). 5G còn


2
hỗ trợ cấu trúc liên kết với các mạng không đồng nhất tạo thuận tiện hơn cho người
dùng. 5G còn mang đến sự gia tăng đáng kể trong các trạm gốc và các yêu cầu mới
cho đường truyền kết nối giữa nhà cung cấp dịch vụ với các trạm phân phối tới
người dùng đầu cuối.
Công nghệ 5G đang trên đà phát triển mạnh mẽ, hứa hẹn cho phép kết nối
hàng tỷ thiết bị khác nhau từ đó thay đổi cách người dùng sử dụng thiết bị di động
của mình. Hơn thế nữa, 5G còn thay đổi cách kết nối thiết bị với mạng Internet,
điều này được dự đoán sẽ làm thay đổi các quá trình tiêu dùng, kinh doanh và công
nghiệp hiện nay, làm tăng năng suất, thúc đẩy làn sóng tăng trưởng kinh tế tồn cầu.
Những ưu điểm của công nghệ mới như tốc độ và dung lượng mạng được cải thiện
sẽ mang đế hướng IoT mới như ô tô kết nối (CC), thành phố thông minh (SC). Việc
triển khai 5G mới đang chỉ ở những giai đoạn đầu tiên nhưng với việc các nhà khai
thác luôn sẵn sàng đầu tư vào các cơ sở hạ tầng cần thiết để khai thác toàn bộ sức
mạnh của 5G, nền kinh tế đang đứng trước những cơ hội để phát triển một các
nhanh chóng.
Những lợi ích do mạng 5G mang lại là rất lớn. Mặc dù vậy, vẫn còn một số
vấn đề cần phải được giải quyết trước khi công nghệ 5G có thể trở thành hiện thực.
Đó là sự sẵn sàng của băng tần và các thách thức về mặt công nghệ, chẳng hạn như
làm thế nào để tạo ra các kiến trúc mạng có thể gia tăng được lượng dữ liệu truyền
tải cao hơn và các tốc độ truyền tải dữ liệu cần thiết để có thể chứa được nhiều
người dùng hơn trên hệ thống mạng.

Hải Dương là tỉnh có nhiều tiềm năng về phát triển kinh tế xã hội. Thơng qua
đó là hệ thống viễn thơng cũng cần được quan tâm và đẩy mạnh. Công nghệ 5G
cũng được các nhà cung cấp nghiên cứu và đưa vào khai thác trong tương lai gần.
Tại địa bàn Hải Dương, VNPT Hải Dương đang cung cấp các dịch vụ di động 2G,
3G, 4G và đang xây dựng hạ tầng chuẩn bị cho lắp đặt hệ thống di động 5G. Khi đi
vào hoạt động, hệ thống 5G phải đảm bảo các yếu tố theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật
đặt ra, khi đó việc xây dựng hệ thống truyền tải cho mạng truy nhập 5G là vô cùng
quan trọng.


3
Xuất phát từ thực tế trên, em chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp truyền tải
cho mạng truy nhập 5G và ứng dụng tại VNPT Hải Dương.”.
Các nội dung của luận văn được tóm tắt như sau:
-

Chương 1: Tổng quan về mạng 5G. Bao gồm giới thiệu chung về mạng 5G,
Kiến trúc chung của mạng 5G và Các công nghệ chính cho phép và hỗ trợ sự
phát triển mạng 5G

-

Chương 2: Mạng truy nhập vô tuyến 5G (5G RAN). Bao gồm giới thiệu về
kiến trúc của mạng truy nhập vô tuyến và các cơng việc có liên quan đến kiến
trúc của mạng truy nhập vô tuyến, Các yêu cầu về kiến trúc của mạng truy nhập
vô tuyến, Giao thức kiến trúc ngăn xếp và chức năng mạng, Đa kết nối của mạng
truy nhập vô tuyến, Chức năng chia tách mạng truy nhập vô tuyến và kết quả các
thực thể mạng logic, Các kịch bản triển khai và các kiến trúc RAN vật lý có liên
quan


-

Chương 3: Giải pháp truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G và ứng
dụng tai VNPT Hải Dương. Bao gồm thực trạng mạng di động của VNPT Hải
Dương, Kiến trúc mạng truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G, Các giao
thức và lựa chọn công nghệ truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G, Giải
pháp truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G ứng dụng tại VNPT Hải
Dương.
Mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên

luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến
nhận xét, đóng góp của các thầy cơ để luận văn của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!