Chương 1: Tổng quát về mạng 5G và công nghệ định dạng búp sóng. Chương 2: Mô hình hệ thống định dạng búp sóng. Chương 3: Cải thiện hiệu năng quản lý búp sóng bằng phương pháp hình học. Quản lý chùm búp sóng là trọng tâm trong hoạt động của các hệ thống di động 5G NR.
Tập trung hiệu suất phát ra từ các thiết bị đầu cuối di động (MT) bằng cách tăng số lượng chùm sóng trên mỗi ô làm tăng công suất tín hiệu và giảm nhiễu. Do 3 đó, giải pháp có tiềm năng mang lại những cải tiến lớn về hiệu quả phổ vùng (ASE). Việc quản lý chùm sóng là một phần của phân tích cấp hệ thống, để xác định và phân tích một số chỉ số hiệu suất nhất định. Nghiên cứu quản lý chùm búp sóng bằng phương pháp hình học nhằm tối ưu hóa hiệu hiệu năng trong quá trình triển khai 5G trên sóng có băng tần mmWave và dưới 6 GHz.
TỔNG QUÁT VỀ MẠNG 5G VÀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH DẠNG BÚP SÓNG 1. Tổng quát mạng 5G, công nghệ vô tuyến mới (New Radio) Mạng 5G cần đáp ứng được những đòi hỏi của một xã hội di động và hoàn toàn kết nối. Sự gia tăng của các đối tượng và thiết bị kết nối sẽ mở đường cho một loạt các dịch vụ mới và các mô hình kinh doanh liên quan cho phép tự động hóa trong các ngành công nghiệp khác nhau và các thị trường dọc (ví dụ như năng lượng, sức khỏe điện tử, thành phố thông minh, xe hơi kết nối, sản xuất công nghiệp,. Ngoài các ứng dụng tập trung vào con người, phổ biến hơn cả là thực tế ảo và thực tế tăng cường, truyền video 4K,.
mạng 5G sẽ hỗ trợ các nhu cầu liên lạc của các ứng dụng kiểu “máy và máy” để làm cuộc sống của chúng ta trở nên an toàn hơn và thuận tiện hơn. Tổng quát mạng 5G Tất cả các thay đổi của các thế hệ di động cho đến nay đều được dựa trên một khái niệm liên kết vô tuyến mới và đã cung cấp sự gia tăng tốc độ dữ liệu đỉnh có độ lớn gấp khoảng bậc hai. Hệ thống 5G phải đáp ứng các yêu cầu về tỷ lệ tăng và năng lực cần thiết trong những năm 2020 và các yêu cầu về độ trễ giảm. Tuy nhiên, việc tích hợp các dịch vụ và lĩnh vực ứng dụng mới cũng quan trọng như tăng tỷ lệ và giảm độ trễ vậy.
Hệ thống 5G sẽ là môi trường không dây thúc đẩy IoT (Internet of Things) và ngoài phục vụ nhu cầu của con người, 5G phải phục vụ cho các truyền thông kiểu máy khác nhau với các yêu cầu khác nhau. Sự khác nhau về tiêu chuẩn vô tuyến giữa LTE và Công nghệ vô tuyến mới (New Radio) được liệt kê trong Bảng 1.1 Sự khác nhau về các thông số vô tuyến giữa LTE và 5G NR. Các thông số LTE NR Tần số dưới 6 GHz Khoảng cách sóng 15 kHz {15 kHz, 30 kHz, 60 kHz} mang con Tần số trên 6 GHz {60 kHz, 120 kHz, 240* kHz} Tần số dưới 6 GHz Băng thông kênh nhỏ 5 MHz /100 MHz nhất/lớn nhất 1,4 MHz /20 MHz Tần số trên 6 GHz 50 MHz /400 MHz Số lượng kết tập sóng Lên đến 32 sóng mang Lên đến 16 sóng mang thành mang lớn nhất thành phần phần 1 khung vô tuyến = 10 ms 1 khung vô tuyến = 10 ms 1 khung phụ = 1 ms 1 khung phụ = 1 ms 1 khe thời gian = {1 ms, 0,5 ms, Cấu trúc khung 1 khe thời gian = 0,5 ms 0,25 ms, 0,125 ms} tùy thuộc Định dạng khe thời gian vào khoảng cách sóng mang con được định nghĩa sẵn trong Định dạng khe thời gian: cấu bộ tiêu chuẩn kỹ thuật hình tự động hoặc bán tĩnh Mã hóa kênh Turbo coding (cho dữ liệu) LDPC (cho dữ liệu) TBCC (cho điều khiển) Polar (cho điều khiển) Đường lên: OFDM Công nghệ ghép kênh Đường xuống: OFDM Đường xuống: {OFDM, DFT- Đường lên: DFT-S-OFDM SOFDM} 8 cổng anten cho SU- 8 cổng anten cho SU-MIMO 16 MIMO MIMO cổng anten cho MU-MIMO 2 cổng anten cho MU- Beamforming MIMO Dựa trên truyền phát và phát lại HARQ Dựa trên truyền phát và khối truyền tải phát lại khối truyền tải Dựa trên truyền phát và phát lại nhóm khối mã 450 MHz đến 3,8 GHz Tần số sóng mang Băng tần không phép (5 600 MHz đến 40 GHz GHz) 6 1. Công nghệ vô tuyến mới (New Radio) Để phát triển mạng 5G trở thành hiện thực, nhiều ý tưởng tiên tiến đã được đề xuất và phân tích trong những năm gần đây.
Các công nghệ quan trọng chính đã được xem xét cho các hệ thống mạng 5G gồm: sóng milimet, ô nhỏ, định dạng búp sóng, công nghệ song công hoàn toàn, massive MIMO. Sóng cực ngắn mmWave Nhu cầu ngày càng tăng trên toàn cầu về dịch vụ di động băng thông rộng nâng cao đang thúc đẩy nhu cầu tiếp cận với nhiều phổ tần số hơn. Tần số là mạch máu của kết nối di động - khả năng tiếp cận với phổ tần rộng hơn sẽ tăng khả năng của mạng, có nghĩa là tốc độ dữ liệu nhanh hơn và trải nghiệm người dùng tốt hơn. Một cơ hội chính 5G sẽ mang lại là sử dụng các băng tần mới cao hơn không phù hợp với truyền thông di động trước đây.
5G NR không chỉ được thiết kế cho các băng tần dưới 3 GHz, nơi hầu hết các liên lạc di động hiện tại sử dụng, mà còn cung cấp một thiết kế thống nhất sử dụng dải tần trung bình, chẳng hạn như 3,3 đến 6 GHz, cũng như các dải cao trên 24 GHz, được gọi là mmWave.1 Dải tần trải rộng trong 5G. Mặc dù các băng tần cao trên 24 GHz đã được sử dụng trong một thời gian dài trong truyền thông không dây được thiết kế kỹ lưỡng theo kiểu truyền thẳng cố định cho các mạng hạ tầng không dây và vệ tinh, mmWave là một biên giới mới cho thiết bị di động. Cho đến nay, các mạng di động chỉ được triển khai ở các phổ tần dưới 3 GHz vì tần số cao hơn, đặc biệt là các băng tần mmWave, không hiệu quả khi ứng dụng vào di động băng rộng do mất khả năng truyền lan rộng và dễ bị nghẽn đường truyền tín hiệu. Để tận dụng mmWave đòi hỏi một thiết kế hệ thống 5G NR mới để vượt qua những thách thức mạnh mẽ này.
Những cải tiến triệt để về khả năng tính toán, cũng như khả năng tích hợp số lượng lớn các phần tử anten và chuỗi RF thành 7 các RFIC phân đoạn theo mảng một cách hiệu quả về chi phí tạo ra điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp những cải tiến của 5G lên thiết bị di động, bao gồm cả điện thoại thông minh. Như cái tên của mmWave, các bước sóng nhỏ ở các tần số cao hiện thực hóa việc sử dụng nhiều phần tử anten trong một hình dạng tương đối nhỏ. Đặc tính này của sóng milimet sẽ được ứng dụng trong hệ thống 5G NR khi các mảng anten MIMO cỡ lớn được sử dụng để tạo ra các chùm tia định hướng cao tập trung, có khả năng truyền sóng với năng lượng cao hơn để vượt qua các thách thức lan truyền và tổn hao trên cả đường lên và đường xuống. Những chùm tia định hướng này cũng có thể được tái sử dụng trong không gian.
Một số nhà khai thác đang tập trung vào truy nhập không dây để cung cấp dịch vụ 5G tốc độ cao (khoảng 1 Gb/s) trong việc triển khai cáp/sợi thay vì triển khai 5G ban đầu trong các dải sóng milimet, ngoài ra còn hỗ trợ các ứng dụng di động băng rộng. Cách tiếp cận này sẽ giúp phát triển hệ sinh thái dựa trên sóng milimet cho phép các công nghệ 5G được sử dụng với các thiết bị chạy bằng pin. Một bài học chính được rút ra từ các mô phỏng, các phép đo kênh và kiểm tra thực địa khi triển khai mmWave là có thể thu được các tín hiệu phản xạ, hay chính là các tín hiệu không truyền theo kiểu “không trực tiếp”, và sử dụng chúng để bổ trợ cho các tín hiệu truyền trực tiếp để tăng dung lượng kênh. Do đó, có thể sử dụng tín hiệu phản xạ để duy trì liên kết tới thiết bị di động ngay cả khi nó di chuyển hoàn toàn ra khỏi tầm nhìn thấy của trạm phát.
Đây là một lý do mmWave có vai trò rất quan trọng cho phát triển băng rộng di động 5G. Hệ thống mmWave của 5G NR cũng phải thích ứng nhanh với các điều kiện kênh thay đổi nhanh chóng. Ở tần số sóng milimet, thậm chí các biến đổi nhỏ thiết bị đầu cuối trong môi trường, chẳng hạn như xoay đầu, chuyển động của bàn tay hoặc xe đi qua, cũng có thể thay đổi kênh và hiệu suất tác động. Hệ thống mmWave trong 5G NR sẽ sử dụng các kỹ thuật chuyển hướng và chuyển mạch chùm tia nhanh để phát hiện và chuyển nhanh kết nối sang chùm tia tốt hơn, cả trong và ngoài các điểm truy nhập.
8 Vì sóng milimet sẽ phủ sóng cả trong nhà và ngoài trời cục bộ hơn khi so sánh với dải tần dưới 6 GHz, hệ thống mmWave cũng cần phải tích hợp chặt chẽ với băng tần dưới 6 GHz để đảm bảo phạm vi phủ sóng rộng và trải nghiệm người dùng liền mạch. Mạng 5G NR sẽ đảm bảo việc tích hợp chặt chẽ này thông qua kết nối kép, nơi các thiết bị đồng thời kết nối với cả băng tần dưới 6 GHz cho vùng phủ sóng mở rộng và dải mmWave để tăng băng thông và tăng dung lượng. Ngay cả trong phạm vi phủ sóng 5G NR mmWave, các thiết bị sẽ đồng thời kết nối với tần số dưới 6 GHz (với công nghệ 5G NR hoặc 4G LTE) để cung cấp khả năng nhận dạng và truy nhập hệ thống nhanh hơn và mạnh mẽ hơn tại các lỗ hổng của vùng phủ. Trạm gốc (thường là trạm macro 4G LTE hoặc trạm 5G NR dưới 6 GHz) cung cấp vùng phủ sóng và xử lý các thủ tục kiểm soát để nhận dạng kênh, tìm gọi và quản lý tính di động, trong khi một trạm tăng cường mmWave sẽ cung cấp các dịch vụ cục bộ có dung lượng lớn.
Vì dải sóng milimet sử dụng tần số rất cao, nó dẫn đến suy hao lan truyền và các tổn hao khác. Để bù đắp cho những tổn hao, liên lạc định hướng là điều cần thiết ở các tần số như vậy. Các anten mảng với số lượng lớn các phần tử anten làm cho nó có thể tạo ra bước sóng nhỏ hơn. Khái niệm này cung cấp mức tăng định dạng chùm cho chuỗi truyền RF, giúp bù đắp cho tổn hao lan truyền.
