chương 1, luận văn đã giới thiệu chung về lịch sử phát triển của các thế hệ thông tin di động trên thế giới. Một số công nghệ tiên tiến theo lịch sử từng thế hệ di động đã và đang được các tổ chức khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu nhằm áp dụng cho hệ thống thông tin di động LTE-A, thực hiện mục tiêu mở rộng dung lượng hệ thống, tối ưu hóa nguồn tài nguyên vô tuyến, tăng tốc độ truyền dữ liệu, hạn chế nhiễu cho hệ thống thông tin di động mới, đáp ứng nhu cầu về số lượng, chất lượng dịch vụ di động đang ngày một gia tăng của người sử dụng. Đặc biệt trình bày về công nghệ D2D, các công trình nghiên cứu kết hợp công nghệ D2D vào mạng di động LTE-A. Từ đó nêu bật những nội dung chính sẽ được tập trung nghiên cứu được trình bày trong các chương tiếp theo của luận văn.
CÁC KỸ THUẬT QUAN TRỌNG TRONG D2D 2.1 Giới thiệu chung Giao tiếp D2D là một nghiên cứu tương đối mới, liên quan đến phần lớn công nghệ đang được phát triển. Khai thác giao tiếp D2D trong các mạng di động tạo ra triển vọng về vận hành mạng một cách hiệu quả cao. Trong chương này sẽ đề cập đến một số kỹ thuật quan trọng được đề xuất trong giao tiếp D2D: Phát hiện thiết bị, quản lý nhiễu và kỹ thuật chuyển tiếp trong D2D.2 Phát hiện thiết bị Trong mạng D2D, trước tiên, một nút phải tìm các nút mục tiêu tiềm năng khác trong phạm vi của nó trước khi khởi tạo và cho phép truyền thông D2D. Do đó, phát hiện thiết bị gần như là một chức năng cơ bản và cốt lõi trong hệ thống D2D.
Phát hiện thiết bị ở gần là khả năng cho phép một thiết bị thụ động liên tục tìm kiếm các thiết bị người dùng khác trong một khoảng cách vật lý nhất định [12,13].1 minh họa kết nối phát hiện thiết bị và truyền thông D2D.1 Minh họa về phát hiện thiết bị và liên lạc D2D trong hệ thống LTE-Advanced Phát hiện D2D bao gồm ba giai đoạn, đó là phát hiện chữ ký, phát hiện - xác minh danh tính (ID) và phát hiện dịch vụ. Phát hiện chữ ký bao gồm lấy thời gian và đồng bộ hóa khung truyền của máy thu D2D với máy phát D2D. Phát hiện và xác minh ID là quy trình mà thiết bị nguồn có thể truy xuất ID của thiết bị đích thông qua chữ ký được phát hiện thu được từ kênh phát tín hiệu. Phát hiện dịch vụ xác định các 13 dịch vụ mong muốn của truyền thông D2D sau khi các thiết bị đích được phát hiện và xác minh [14].1 Yêu cầu và kịch bản ứng dụng 3GPP xác định các trường hợp người dùng khác nhau và các yêu cầu tiềm năng của họ đối với truyền thông D2D cự ly gần (ProSe).
Về cơ bản, các kịch bản ứng dụng này có thể được phân loại thành các trường hợp sử dụng chung và các trường hợp sử dụng an toàn công cộng (PS) theo quan điểm của người đăng ký [15]. Từ góc độ triển khai, chúng có thể được phân loại trong và ngoài phạm vi phủ sóng của mạng. Trong số các kịch bản ứng dụng, phát hiện thiết bị với sự hỗ trợ của mạng có một số lợi thế so với phát hiện thiết bị phân tán mà không cần hỗ trợ mạng. Đầu tiên, có thể thu thập được sự phát hiện thiết bị nhanh hơn.
Mặc dù phát hiện thiết bị trong trường hợp không có hỗ trợ mạng vẫn có thể khả thi, nhưng phát hiện thiết bị được hỗ trợ mạng có thể giảm thời gian dư thừa để đồng bộ hóa và giải quyết tranh chấp giữa nhiều cặp D2D. Thứ hai, năng lượng tiêu thụ thấp hơn. Một chu kỳ nhiệm vụ của mỗi UE có thể được giảm đáng kể dưới sự kiểm soát của eNB. Thứ ba, khả năng phát hiện cao hơn dự kiến.
Các cơ chế ghép kênh như ghép kênh phân chia thời gian (TDM) và ghép kênh phân chia tần số (FDM) có thể được sử dụng khi các UE được đồng bộ hóa, và sau đó mạng có thể lên lịch chính xác các tín hiệu phát hiện dẫn đến khả năng phát hiện cao hơn.2 Tiến trình hiện tại và trong tiêu chuẩn hóa Ngay từ cuộc họp 3GPP được tổ chức vào tháng 6 năm 2011, một mô tả mục nghiên cứu về các khía cạnh phát hiện vô tuyến và truyền thông của D2D đã được Qualcomm gửi. Trong khi đó, một mô tả mục nghiên cứu trên LTE Direct được gửi tới cuộc họp 3GPP được tổ chức vào tháng 8 năm 2011, trong đó đề xuất nghiên cứu về yêu cầu dịch vụ phát hiện và truyền thông D2D trực tiếp qua mạng LTE. Cuộc họp tháng 11 năm 2011 đã nghiên cứu các trường hợp sử dụng và xác định các yêu cầu tiềm năng đối với người điều khiển mạng do người điều khiển phát hiện và truyền thông giữa các thiết bị ở gần nhau. Khi hoàn thiện LTE Rel-11, 3GPP đã khởi xướng bước mới trên Rel-12 và bắt đầu như một hội thảo vào tháng 6 năm 2012.
Tại hội thảo đó, người ta đã đồng ý rằng các kịch bản giao tiếp tầm ngắn và loại máy nên được 14 chấp nhận để đưa ra tăng các loại lưu lượng mới. Để tiếp tục hội thảo, họ đã đồng ý bắt đầu một nghiên cứu về dịch vụ lân cận LTE D2D trong cuộc họp về mạng truy cập vô tuyến (RAN) vào tháng 12 năm 2012 [16]. Nghiên cứu về ProSe bao gồm hai phần, đó là phát hiện D2D và giao tiếp với D2D. Các kết quả chính về các trường hợp sử dụng D2D và các yêu cầu tiềm năng được trình bày trong [15] và các đề nghị cải tiến kiến trúc để hỗ trợ ProSes trình bày [17].
Tại cuộc họp mới nhất vào tháng 5 năm 2013, [18] đóng góp các số liệu đánh giá LTE D2D ProSe đã được thống nhất. Công việc hiện tại về phát hiện thiết bị LTE D2D và giao tiếp D2D chủ yếu tập trung vào các chi tiết kỹ thuật bao gồm thiết kế tín hiệu phát hiện, phân bổ tài nguyên và lập lịch sẽ được tổng quan sau đây. Đối với IEEE, để tiếp tục nghiên cứu WiFi Direct nổi tiếng của mình, Nhóm nghiên cứu phát hiện dịch vụ cấu trúc của IEEE 802.11 đã thực hiện nhiều công việc về phát hiện và liên lạc với ProSe với năng lượng thấp, tầm xa (lên tới 500 m) và quy mô lớn (lên tới 1.000 di động thiết bị) cho mạng xã hội của thiết bị di động kể từ năm 2010. Đồng thời, những nỗ lực trong các chuẩn 802.11ah có thể làm cho D2D trở nên khả thi và hấp dẫn.
Theo chuẩn IEEE 802.8, nhóm PACTG xây dựng các yêu cầu chi tiết kỹ thuật và tối ưu hóa cho các kết nối hạ tầng vật lý và kiểm soát truy cập phương tiện (PHY và MAC MAC) cho các kết nối cơ sở hạ tầng vào tháng 5 năm 2012. Ngoài ra, tính năng của D2D cũng được bao gồm trong IEEE 802.3 Phát hiện thiết bị khi tăng cường D2D có mạng LTE-A hỗ trợ Phát hiện thiết bị dựa trên thông tin lân cận đã thu hút nhiều sự chú ý gần đây trong cả cộng đồng công nghiệp và học thuật. Nhiều công nghệ được sử dụng để hỗ trợ phát hiện thiết bị lân cận, như WiFi, IrDA, Zigbee và Bluetooth,. Cụ thể, việc phê chuẩn 802.11n mới nhất bao gồm WiFi trực tiếp [19] cho phép liên lạc với D2D mà không cần bất kỳ sự hỗ trợ cơ sở hạ tầng nào.
Để thiết kế thuật toán phát hiện thiết bị, cần xem xét bốn yêu cầu, đó là hiệu suất năng lượng cao, phạm vi phát hiện lớn, sử dụng ít tài nguyên kênh và can nhiễu tối thiểu do truyền các đèn hiệu phát hiện (DB). Nhiều công việc hiện tại dựa trên mạng không dây đồng bộ hỗ trợ Bluetooth. [20] đã thiết kế một số chế độ phát hiện hiệu quả năng lượng dựa trên việc lựa chọn 15 phù hợp các tham số Bluetooth. Vigato và cộng sự [21] đề xuất một thuật toán phát hiện nhiều người dùng để cải thiện hiệu suất phát hiện trong mạng không dây đồng bộ.
Cân bằng độ trễ của việc phát hiện là một tham số quan trọng để đánh giá các phương pháp tiếp cận phát hiện thiết bị giữa các giao thức xác suất để đảm bảo độ trễ trong giới hạn hợp lý. [22] đã đưa ra một quy trình mới Searchlight để đảm bảo độ trễ trong những kiều kiện hợp lý với đề xuất kế hoạch phát hiện phối hợp mới trong các nhóm nút để cải thiện hiệu suất năng lượng. Để cho phép phát hiện thiết bị trong mạng LTE dựa trên D2D, Qualcomm đã thiết kế FlashLinQ để thực hiện phát hiện thiết bị tự động đồng bộ mà không cần trong phạm vi phủ sóng của mạng nhưng yêu cầu tất cả các thiết bị phải đồng bộ. Mô phỏng cho thấy có thể tìm thấy nhiều thiết bị hơn trong khoảng thời gian cần thiết và khoảng cách phát hiện đạt khoảng 1.200 m theo mô hình (LOS) của ITU-1411.
Các giả định và định nghĩa: Trong hệ thống LTE, tài nguyên tần số được sử dụng như một khối tài nguyên vật lý (PRB) chiếm một nửa khoảng thời gian truyền (TTI), tức là 0,5ms trong miền thời gian và 180kHz trong miền tần số với khoảng cách sóng mang phụ là 15kHz. Để tương thích với hệ thống LTE hiện có, đề xuất phân bổ tài nguyên cho phát hiện thiết bị là một PRB [24] với một khe thời gian (TS) trong miền thời gian và một nhịp (tone) trong miền tần số. Ở đây, một tone được định nghĩa là một đơn vị tần số cơ bản và nó bao gồm 12 sóng mang phụ. Giao thức phát hiện thiết bị được đề xuất dựa trên kịch bản đồng bộ, nghĩa là tất cả các D2D UE (DUEs) đều có thời gian liên kết với eNB.
Các thuật ngữ chính: Tỷ lệ phát hiện (DR): là tỷ số của các thiết bị đã được phát hiện với tổng số các thiết bị. Bắt đầu phát hiện: Được khởi động bởi eNB, các UE bắt đầu truyền các DBs trên các tài nguyên vô tuyến được xác định trước. Kết thúc phát hiện (DT): Khi tất cả các UE nhận được yêu cầu DR hoặc thời gian phát hiện được phân bổ hết, eNB sẽ yêu cầu kết thúc quá trình phát hiện thiết bị. Khoảng thời gian phát hiện thiết bị (DDP): Khoảng thời gian mà tất cả các UE hoàn thành truyền dữ liệu của riêng mình (mỗi UE chỉ truyền một lần trong mỗi DDP).
16 Các vấn đề thực tế phát hiện thiết bị: Có ba vấn đề thiết thực cần phải xem xét khi thiết kế thủ tục phát hiện thiết bị.