5G Advanced - bước tiến mới trong công nghệ 5G
.png)
Nhận định của Ericsson về dòng thời gian 5G Advanced và 6G của 3GPP (các mốc thời gian sau năm 2023 chỉ mang tính biểu thị)
Sự phát triển của công nghệ 3GPP
Kể từ khi được giới thiệu trong Phiên bản 15, 5G đã được hướng đến ba nhóm trường hợp sử dụng chính, đó là Băng thông rộng di động nâng cao (eMBB), Internet vạn vật quan trọng (IoT) và IoT quy mô lớn. Cùng với sự hỗ trợ cho các ngành dọc mới được bổ sung trong các phiên bản sau, hệ thống 5G cho phép nhiều trường hợp sử dụng mới so với các thế hệ hệ thống 3GPP trước đây. Nó cung cấp hiệu suất mạng vượt trội về dung lượng và phạm vi phủ sóng, đồng thời tăng sự tập trung vào tính bền vững. Nhu cầu nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của mạng để giảm lượng khí thải carbon của hệ thống 5G (5GS) là có tầm quan trọng sống còn.
Giờ đây, các trường hợp sử dụng mới như Thực tế mở rộng (XR) và những bài học từ việc triển khai 5G thương mại hiện tại đòi hỏi phải tối ưu hóa hơn nữa hệ thống 5G. 5G Advanced là làn sóng 5G tiếp theo bắt đầu từ Phiên bản 18. Nó bao gồm các khả năng bổ sung cho các phân khúc thị trường mới cũng như các cải tiến về kiến trúc của 5GS.
5G NR (New Radio) giải quyết các trường hợp sử dụng eMBB bằng cách hỗ trợ các sơ đồ song công, dải tần, MIMO và hoạt động đa sóng mang khác nhau. Trong 5G Advanced, hiệu suất eMBB sẽ được nâng cao hơn nữa. Các cải tiến về chia sẻ phổ động (DSS) NR và LTE có trong Phiên bản 18 tạo điều kiện cho quá trình di chuyển mượt mà và hiệu quả hơn từ LTE sang NR. Nhờ những cải tiến của MIMO, dung lượng và hiệu suất của thiết bị di động được cải thiện. Trong Phiên bản 19, các chuyên gia dự đoán rằng các ăng-ten khổng lồ sẽ được chú trọng phát triển để cải thiện hiệu suất hơn nữa.
IoT quan trọng (CIoT- Critical IoT) đề cập đến các trường hợp sử dụng có yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ và độ tin cậy. Một số ứng dụng nổi bật nhất liên quan đến tự động hóa nhà máy và điều khiển ô tô tự động. 5G đã giải quyết CIoT ngay từ đầu bằng cách giới thiệu hỗ trợ cho giao tiếp có độ trễ cực kỳ đáng tin cậy và độ trễ thấp (URLLC). Bản phát hành 16/17 đã bổ sung hỗ trợ cho Mạng nhạy cảm với thời gian (TSN) trong khi Bản phát hành 18 bổ sung hỗ trợ cho Mạng xác định (DetNet) để kích hoạt Internet công nghiệp. Bản phát hành 18 cũng tập trung vào việc tăng cường hỗ trợ cho các ứng dụng XR yêu cầu sự kết hợp đầy thách thức giữa tốc độ dữ liệu cao và độ trễ giới hạn. XR dự kiến sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong Phiên bản 19 và hơn thế nữa.
Khả năng hỗ trợ của 5G cho các trường hợp sử dụng IoT quy mô lớn và các thiết bị có độ phức tạp thấp được kế thừa từ 4G dưới dạng LTE-MTC (LTE Machine Type Communication) và NB-IoT (Narrowband IoT). Những hỗ trợ này được tạo ra trong Phiên bản 13 và đã phát triển kể từ phiên bản này.
5G cũng đang phát triển khả năng hỗ trợ trong việc định vị, liên lạc quan trọng với nhiệm vụ, không đối đất và đường sắt. Trong Phiên bản 18, hỗ trợ nâng cao 5G cho máy bay không người lái được giới thiệu. Các trường hợp sử dụng đường sắt, nhiệm vụ quan trọng và tiện ích được hỗ trợ bởi hệ thống NR có thể hoạt động ở các băng tần chuyên dụng có băng thông dưới 5 MHz.
Các cải tiến về kiến trúc và tính linh hoạt khi triển khai 5GS trong 5G Advanced bao gồm các cải tiến cho mạng không công cộng, mạng phi mặt đất (NTN), dịch vụ định vị, điện toán biên, chính sách UE (user equipment) và phân chia mạng. Ngoài ra, kiến trúc dựa trên dịch vụ đã được mở rộng cho các dịch vụ điện thoại của hệ thống con đa phương tiện IP (IMS). IMS hiện có thể sử dụng các giao diện dựa trên dịch vụ cho chức năng kiểm soát chính sách (PCF), máy chủ thuê bao gia đình và từ máy chủ ứng dụng IMS đến các chức năng mạng liên quan đến kênh dữ liệu (NF).
5GS có các tính năng quản lý sẵn có, chẳng hạn như phân vùng ảo hệ thống thành các phần khác nhau hoặc thu thập các loại phép đo khác nhau để tự tối ưu hóa sẽ được phát triển trong 5G Advanced.
5G Advanced nhìn từ góc độ của Qualcom
Trụ cột 5G Advanced
Hiệu suất 5G
MIMO
Hỗ trợ các hệ thống ăng-ten tiên tiến và MIMO là một phần cốt lõi của 5G. Trong Phiên bản 18, dung lượng MIMO được tăng cường ở cả đường lên và đường xuống nhờ hỗ trợ các ký hiệu tham chiếu giải điều chế nâng cao. Để cải thiện khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao cho người dùng di động, khung định dạng chùm MIMO được cải tiến để phục vụ cho việc chuyển đổi giữa các phương pháp định dạng chùm khác nhau tùy thuộc vào tốc độ của người dùng.
Để hỗ trợ các xu hướng gần đây về việc các ăng-ten ngày càng trở nên lớn hơn, việc mở rộng số lượng cổng ăng-ten được hỗ trợ để phục vụ cho nhiều phần tử bức xạ hơn là cần thiết trong Phiên bản 19. Những cải tiến liên quan đến MIMO về vùng phủ sóng và công suất UL sẽ rất quan trọng đối với cả XR, kịch bản băng thông rộng di động và truy cập không dây cố định. Phiên bản 19 cũng sẽ có những cải tiến cho phép truyền dẫn kết hợp có thể thực hiện được và tiết kiệm chi phí qua nhiều điểm truyền và nhận (mTRP) trên quy mô lớn hơn (nhằm hướng tới hệ thống MIMO phân tán thực sự).
Tính cơ động
Tính cơ động, giống như MIMO, là thành phần chính của 5G. Trong 5G Advanced, người ta nhận thấy rằng có chỗ cần cải thiện tính liên tục của dịch vụ cho người dùng di động. Thủ tục chuyển giao di động kích hoạt L1/L2 (LTM) mới sẽ rút ngắn thời gian gián đoạn chuyển giao. LTM hợp nhất khung quản lý chùm tia với khung di động và giới thiệu quy trình di động có độ trễ thấp cho NR, hỗ trợ CA và áp dụng cho cả FR1 và FR2.
Trong Phiên bản 18, LTM được hỗ trợ giữa các ô được cung cấp bởi cùng một đơn vị phân phối gNB (DU) hoặc bởi các DU khác nhau thuộc cùng một đơn vị tập trung gNB (CU). Trong Phiên bản 19, khung LTM cần được mở rộng để hỗ trợ chuyển giao giữa các ô được phục vụ bởi các CU khác nhau.
5G Advanced khai phá AI/ML như một công cụ để cải thiện tính di động. Chẳng hạn như, sử dụng AI/ML để thực hiện dự đoán chùm tia hoặc dự đoán tính di động của thiết bị. Hành trình nâng cao hiệu suất với AI/ML là bước khởi đầu và nhiều trường hợp sử dụng hơn có thể sẽ được nâng cao trong Phiên bản 19 trở lên.
Hỗ trợ cho các phân khúc thị trường mới
5G Advanced cung cấp hỗ trợ nâng cao cho một số phân khúc thị trường mới, bao gồm chơi trò chơi trên đám mây, thực tế ảo, định vị trong nhà, mạng cảm biến công nghiệp và các lĩnh vực khác.
Thực tế mở rộng
Khả năng giao tiếp có độ trễ giới hạn 5G sẽ cho phép cải tiến nhiều ứng dụng mới, bao gồm trò chơi trên nền tảng đám mây và XR, đề cập đến mọi thứ từ thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR) đến thực tế hỗn hợp (MR). Trong AR, các yếu tố kỹ thuật số được thêm vào chế độ xem trực tiếp, thường thông qua camera trên điện thoại thông minh hoặc kính AR. Với VR, người ta rời khỏi thế giới vật chất và trải nghiệm sự hòa nhập hoàn toàn của thế giới ảo. MR bao gồm sự tương tác của cả đối tượng thế giới thực và kỹ thuật số. Trong trò chơi trên đám mây, với sự hỗ trợ của các thiết bị cầm tay và thiết bị đeo, tương tác giữa người với máy hoặc giữa người với người đều được thực hiện.
Có nhiều ứng dụng mới nổi của XR trong phương tiện truyền thông, điều khiển từ xa và tự động hóa công nghiệp, sẽ được hưởng lợi từ khả năng quan trọng về thời gian của mạng 5G. Các nhà cung cấp dịch vụ di động có thể giới thiệu XR tới người tiêu dùng, các tổ chức/doanh nghiệp để xác định các phương pháp mới trong các lĩnh vực như giải trí, đào tạo, giáo dục, tương tác xã hội và truyền thông.
Định vị trong nhà
Áp dụng AI/ML làm công cụ trong các tình huống cụ thể sẽ mở ra những khả năng mới. Một trường hợp đầy hứa hẹn là áp dụng AI/ML cho định vị trong nhà, chẳng hạn như trong môi trường nhà máy, nhà kho hoặc văn phòng. Trong các môi trường này, vùng phủ sóng GNSS có thể không khả dụng và định vị trong nhà dựa trên 5G là sự bổ sung có giá trị cho các dịch vụ GNSS ngoài trời. Trong Phiên bản 18, người ta đã chứng minh rằng độ chính xác của các phương pháp định vị di động được thiết lập tốt có thể được cải thiện đáng kể với sự hỗ trợ từ các chức năng AI/ML để cải tiến lớp vật lý.
Cải tiến cho việc cắt mạng
Chính sách lựa chọn tuyến đường UE (URSP) là chính sách UE do mạng cung cấp và cần thiết cho một số trường hợp sử dụng phân chia mạng ở các phân khúc thị trường khác nhau. Phiên bản 18 cung cấp một số cải tiến dựa trên sự hỗ trợ của UE và mạng. Mạng gia đình có thể cung cấp các quy tắc URSP cho UE chuyển vùng dành riêng cho mạng khách (ngoài các quy tắc URSP dành riêng cho mạng gia đình). Các quy tắc URSP có thể được cung cấp cho UE trong EPS, cho phép sử dụng chính sách UE một cách nhất quán. Mạng được kích hoạt để phát hiện xem các quy tắc URSP có được UE thực thi hay không và mạng có thể sử dụng phân tích để điều chỉnh các quy tắc URSP.
IoT
Phiên bản 17 đã giới thiệu NR RedCap để hỗ trợ mạng cảm biến không dây công nghiệp, thiết bị đeo và máy ảnh không dây. Trong Bản phát hành 18, hỗ trợ RedCap để định vị và giảm độ phức tạp của thiết bị hơn nữa đã được chỉ định. Giảm tốc độ dữ liệu cao nhất xuống 10 Mbps sẽ cho phép độ phức tạp của RedCap ngang bằng với các thiết bị LTE Cat-1. Trong Bản phát hành 19, cần giới thiệu hỗ trợ RedCap cho liên lạc vệ tinh để cho phép phạm vi phủ sóng NR IoT thực sự phổ biến.
IoT công nghiệp và quan trọng đã là một chủ đề 5G quan trọng ngay từ đầu. Một ví dụ về trường hợp sử dụng IoT công nghiệp là sản xuất và phân phối phương tiện truyền thông yêu cầu giao tiếp IP có độ trễ thấp bị giới hạn. Một khung chức năng đã được chỉ định cho giao tiếp nhạy cảm với thời gian (TSC) 5G hỗ trợ cả Ethernet và IP, bao gồm giao tiếp UE với UE thông qua chức năng mặt phẳng người dùng (UPF), đồng bộ hóa thời gian và tích hợp mạng 5G nhạy cảm với thời gian (TSN).
Quá trình phát triển 5G của 3GPP (theo Qualcom)
Mạng bền vững
Ngay từ đầu, 5G đã được thiết kế để đáp ứng nhu cầu lưu lượng ngày càng tăng đồng thời hạn chế mức tiêu thụ điện năng của mạng di động. Với 5G Advanced, trọng tâm vào việc tiết kiệm năng lượng mạng càng được thể hiện rõ hơn.
Hiệu quả năng lượng luôn là một phần quan trọng trong các cân nhắc của 3GPP bằng cách cho phép các chế độ ngủ thông minh cho thiết bị di động và khai thác các băng tần thấp hơn để mở rộng vùng phủ sóng đồng thời tăng công suất và tốc độ với sự tổng hợp sóng mang của các băng tần cao hơn. Trong 3GPP Phiên bản 18, một nghiên cứu chuyên biệt về tiết kiệm năng lượng mạng đã được thực hiện. Các chỉ số hiệu suất chính, mô hình tiêu thụ năng lượng và phương pháp đánh giá đều được xác định. Các lĩnh vực trọng tâm, kỹ thuật tiềm năng và tính năng cho phép tiết kiệm năng lượng mạng đã được nghiên cứu. Trước đây, công việc tương tự đã được thực hiện để tiết kiệm năng lượng cho thiết bị người dùng (UE) trong Phiên bản 16 và 17. Để tiết kiệm năng lượng mạng cấp hệ thống, cân bằng tải lưu lượng và chế độ ngủ cho gNB đã được nghiên cứu cho các kịch bản vi mô và vĩ mô đô thị với MIMO lớn. Kết quả nghiên cứu đã hỗ trợ các tính năng tiết kiệm năng lượng mạng trong bốn lĩnh vực chính là giảm truyền phát sóng gNB, truyền và nhận gNB không liên tục, nguồn gNB DL động và thích ứng cổng ăng-ten. Ví dụ, việc thích ứng cổng ăng-ten rất hữu ích cùng với các đài nhắm mục tiêu MIMO lớn.
Tự động hóa mạng thông minh
Ngày nay, với sự phức tạp ngày càng tăng trong thiết kế mạng, nhiều tùy chọn triển khai và sử dụng khác nhau, các phương pháp thông thường sẽ không thể cung cấp giải pháp nhanh chóng trong nhiều trường hợp. Người ta hiểu rõ rằng việc cấu hình lại hệ thống thông tin di động theo cách thủ công là không hiệu quả và tốn kém.
AI và ML có khả năng giải quyết các vấn đề mạng phức tạp và không có cấu trúc bằng cách sử dụng một lượng lớn dữ liệu được thu thập từ mạng không dây. Do đó, gần đây người ta chú ý rất nhiều đến việc sử dụng các giải pháp dựa trên AI/ML để cải thiện hiệu suất mạng và từ đó cung cấp các phương pháp tự động hóa và đưa trí thông minh vào hoạt động mạng.
Thiết kế, tối ưu hóa và quản lý vòng đời của mô hình AI phụ thuộc rất nhiều vào dữ liệu. Mạng không dây có thể thu thập một lượng lớn dữ liệu như một phần hoạt động bình thường của nó. Điều này cung cấp cơ sở tốt cho việc thiết kế các giải pháp mạng thông minh. 5G Advanced đề cập đến cách tối ưu hóa các giao diện được tiêu chuẩn hóa để thu thập dữ liệu trong khi vẫn để lại chức năng tự động hóa, chẳng hạn như đào tạo và suy luận, cho đến triển khai độc quyền để hỗ trợ tính linh hoạt đổi mới hoàn toàn trong quá trình tự động hóa mạng.
Cải tiến kiến trúc 5GS
5G Advanced cung cấp các cải tiến về kiến trúc để hỗ trợ tự động hóa mạng thông minh bao gồm quản lý RAN, phân tích và quản lý vòng đời mô hình AI/ML, chẳng hạn để cải thiện tính chính xác của các mô hình. 5G Advanced cũng hỗ trợ quản lý dựa trên mục đích để đơn giản hóa việc quản lý mạng.
Những tiến bộ trong kiến trúc 5GC để phân tích và thu thập dữ liệu đóng vai trò là nền tảng tốt cho các quyết định dựa trên AI/ML trong 5GC NF. Bản phát hành 18 đã bổ sung, trong đó có tạo chính sách UE được hỗ trợ bởi Chức năng phân tích dữ liệu mạng (được hỗ trợ bởi NWDAF) để phân chia mạng, trong đó PCF được hỗ trợ bởi phân tích tải theo lát, cho phép PCF điều chỉnh Lựa chọn tuyến đường của UE Quy tắc chính sách (URSP).
AI/ML để cải tiến RAN
Trong Phiên bản 18, tính năng tiết kiệm năng lượng mạng được hỗ trợ bởi AI, cân bằng tải và tối ưu hóa tính di động được hỗ trợ.
Các trường hợp sử dụng đã chọn được hỗ trợ bằng cách cải tiến tín hiệu cho các giao diện NR hiện tại chẳng hạn như giao diện vô tuyến UE đến gNB và giao diện Xn giữa các gNB. Các cải tiến hiệu suất mục tiêu đạt được nhờ chức năng AI/ML được triển khai trong RAN. Bằng cách duy trì việc triển khai mô hình AI cụ thể theo các ưu đãi của nhà cung cấp, sự đổi mới và khả năng cạnh tranh được đảm bảo.
AI/ML để cải tiến lớp vật lý
Trong Phiên bản 18, 3GPP đã thực hiện một nghiên cứu để tìm hiểu cách sử dụng AI/ML để cải thiện chức năng trong lớp vật lý 5G (PHY). Công việc tìm cách xác định một khuôn khổ để hỗ trợ AI/ML trên PHY, bao gồm các khía cạnh như Quản lý vòng đời bao gồm giám sát và kiểm tra hiệu suất. Trong quản lý chùm tia Phiên bản 18, cải tiến phản hồi trạng thái kênh và độ chính xác định vị đã được nghiên cứu để có được bức tranh rõ ràng về cách chuẩn hóa hỗ trợ cho AI. Trong số ba trường hợp sử dụng này, việc áp dụng AI/ML vào định vị có những lợi ích hứa hẹn nhất, tiếp theo là quản lý chùm tia.
Bước đệm hướng tới 6G
Các hệ thống 5G hiện đang được triển khai với tốc độ chóng mặt, cung cấp kết nối tốc độ cao, độ trễ thấp cho nhiều loại dịch vụ. Không còn nghi ngờ gì nữa, quá trình chuyển đổi đang diễn ra sẽ làm nảy sinh những thách thức vượt xa những gì 5G và 5G Advanced có thể đáp ứng. Kỳ vọng ngày càng tăng đặt ra mục tiêu rõ ràng cho những người trong ngành và cộng đồng nghiên cứu đến giai đoạn 6G phát triển sẽ đóng góp cho một xã hội bền vững, thân thiện với con người, hiệu quả thông qua liên lạc thông minh luôn hiện hữu.
Một số thành phần công nghệ tiên tiến 5G được thảo luận ở trên có thể được coi là tiền thân của một số khối xây dựng 6G. Ví dụ điển hình là, XR sẽ dần dần phát triển thành giao tiếp phong phú để tương tác giữa người và máy, điều này có thể đặt ra các yêu cầu mới trên 6G để mang lại trải nghiệm tốt hơn nữa. Trong lĩnh vực machine type, RedCap có thể được bổ sung bằng các thiết bị không tốn năng lượng, một loại thiết bị thu năng lượng từ môi trường xung quanh và cung cấp đầu vào cho bản sao kỹ thuật số. AI/ML cũng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong kiến trúc hoàn toàn dựa trên dữ liệu của 6G và nền tảng mạng thông minh trong tương lai.
Kết luận
Quá trình phát triển 5G bắt đầu từ Phiên bản 18 được gắn nhãn hiệu 5G Advanced. Vì 5G Advanced được xây dựng trên cơ sở được xác định bởi Phiên bản 15, 16 và 17 nên điểm đánh dấu mới này cho biết giá trị tổng hợp của quá trình phát triển 5G từ năm 2018 trở đi. Phiên bản 18 của 3GPP đánh dấu sự khởi đầu của 5G Advanced. 5G Advanced được xây dựng trên cơ sở 5G được xác định bởi 3GPP trong Phiên bản 15, 16 và 17. Dự kiến, hệ thống 5G Advanced sẽ được cải tiến hơn nữa trong Phiên bản 19 sắp tới và sẽ được bắt đầu vào năm 2024. Thiết kế mạng bền vững là một trong những nền tảng của hệ thống 5G Advanced. Trí tuệ nhân tạo và máy học sẽ đóng một vai trò quan trọng bên cạnh các thành phần công nghệ khác cung cấp hỗ trợ cho thực tế mở rộng, các thiết bị có khả năng giảm và các phân khúc thị trường mới khác. Những thành phần công nghệ này cũng là tiền thân quan trọng của một số khối xây dựng 6G.
|
Tài liệu tham khảo https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/white-papers/5g-advanced-evolution-towards-6g https://www.qualcomm.com/news/onq/2021/12/setting-5g-advanced-evolution |
Nguyễn Ngoan
