Chương 1: Tổng quan Chương sẽ giới thiệu sơ lược về đề tài, đưa ra mục tiêu, giới hạn và cấu trúc của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày lý thuyết của mạng viễn thông 5G, mạng nơ-ron nhân tạo và mạng CNN để từ đó lựa chọn xây dựng mô hình cụ thể. Chương 3: Ứng dụng CNN trong việc ước lượng kênh Chương này chủ yếu tập trung xây dựng mạng CNN, quy trình huấn luyện mạng và quy trình để ước lượng kênh. Chương 4: Kết quả và đánh giá Chương này đưa ra các kết quả nghiên cứu đã mô phỏng và tiến hành đánh giá, nhận xét các thông số.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 2 Dựa trên kết quả thu thập được, nêu ra những thứ đã đạt được trong mục tiêu đề ra và hướng phát triển của đề tài. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ 5G 2.1 Sự phát triển và ứng dụng của 5G Tiêu chuẩn Long Term Evolution (LTE) ra đời vào năm 2009 (phiên bản 8), đánh dấu bước khởi đầu của kỷ nguyên 4G và đã trải qua một loạt các giai đoạn tiến hóa, mang lại cải thiện về hiệu suất và khả năng mở rộng [1]. Các cải tiến này bao gồm các tính năng dành cho dịch vụ di động rộng băng thông, như truyền dữ liệu có tốc độ cao hơn, hiệu suất phổ tốt hơn và cải thiện về phạm vi phủ sóng. Sự tiến hóa liên tục của LTE và các cải tiến trong tương lai được coi là phần quan trọng của giải pháp truy cập radio 5G tổng thể.
Sau các phiên bản phát hành ban đầu 8 và 9, xuất hiện nhiều yêu cầu và mong đợi mới, do đó các phiên bản tiếp theo, được biết đến với tên gọi LTE Advanced hoặc Evolution, đã được chuẩn bị với mục đích cung cấp các cải tiến cũng như các tính năng khác trong các lĩnh vực khác nhau [1].1 cho thấy một số lĩnh vực chính mà LTE đã tiến hóa qua nhiều năm.1: Sự tiến hóa của LTE [1] 4 Sự tiến hóa của LTE bắt đầu từ phiên bản 10, hoàn thành vào cuối năm 2010, với mục tiêu chính là đảm bảo tính tuân thủ của công nghệ truy cập radio LTE với các yêu cầu IMT-Advanced [1]. Phiên bản LTE này giới thiệu tính linh hoạt tần số LTE nâng cao thông qua ghép kênh sóng mang - CA: như có thể thấy trong Hình 2.2, lên đến năm sóng mang thành phần - CC, có thể có băng thông khác nhau, được tổ hợp và sử dụng cùng nhau cho việc truyền/nhận từ một thiết bị đầu cuối duy nhất, cho phép có một băng thông truyền tối đa lên đến 100 MHz [1].2: Tổ hợp tần số của LTE [1] Việc sử dụng tổ hợp trạm mang lại một số lợi ích: • Tốc độ dữ liệu cao hơn, vì việc tổ hợp các tần số tăng cường nguồn lực phổ. • Tăng dung lượng, nhờ vào việc tập trung lưu lượng từ việc lên kế hoạch động cho lưu lượng trên toàn bộ phổ. • Sử dụng tối ưu nguồn lực phổ của các nhà khai thác: hầu hết các nhà khai thác sở hữu các tần số phân mảnh bao gồm các băng tần khác nhau và tổ hợp trạm giúp kết hợp chúng thành một nguồn lực phổ thuận tiện hơn.3: Cấu hình đa điểm đồng bộ hóa [2] Release 11 của LTE, hoàn thành vào cuối năm 2012, tập trung vào việc truyền và nhận điểm đa điểm phối hợp (CoMP): đây là một công cụ để cải thiện vùng phủ sóng với tốc độ dữ liệu cao và lưu lượng tại biên của cell [1].
Các phương pháp CoMP, được mô tả trong Hình 2.3, đặc biệt có lợi cho người dùng ở biên của một cell, vì họ thường bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ các cell lân cận. Release 12, hoàn thành vào năm 2014, chủ yếu tập trung vào các tính năng liên quan đến triển khai cell nhỏ, chẳng hạn như kết nối kép, TDD động và tắt/bật cell nhỏ, với mục tiêu cải thiện tính linh hoạt cho động lực mạng. Release 13, hoàn thành vào cuối năm 2015, giới thiệu hai tùy chọn giao tiếp Loại Máy: Narrowband Internet of Things (NB-IoT) và LTE-M; theo tài liệu [1], nó có thể được coi là một bước công nghệ trung gian giữa 4G và 5G New Radio (NR) giao diện không khí. Các đặc điểm chính của cả hai công nghệ này là: • Băng thông nhỏ (200 kHz cho NB-IoT và 1,4 MHz cho LTE-M) • Phạm vi phủ rộng rãi • Tiêu thụ điện năng rất thấp, tuổi thọ pin trên 10 năm • Hỗ trợ kết nối hàng loạt • Tối ưu hóa cho chi phí thiết bị rẻ nhất Mặc dù có nhiều điểm tương đồng, LTE-M hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn, có sự cải thiện độ phủ sóng so với LTE tiêu chuẩn nhưng không tốt bằng NB-IoT 6 và giảm giá thành các module.
Bản phát hành 14 đã hoàn thành vào năm 2017 và giới thiệu hỗ trợ cho giao tiếp V2V và V2X. Bản phát hành 15 xuất hiện vào giữa năm 2018, với mục tiêu giảm đáng kể độ trễ thông qua tính năng gọi là Khoảng thời gian Truyền dẫn rút ngắn (sTTI). Tóm lại, tất cả các phiên bản LTE tiên tiến trong quá khứ và tương lai đều nhằm mục đích vượt qua các trường hợp sử dụng LTE truyền thống; tuy nhiên, nhu cầu duy trì tính tương thích ngược là một giới hạn rất hạn chế trong bối cảnh yêu cầu liên tục tiến triển [1]. Với mục tiêu đáp ứng các yêu cầu mới, 3GPP bắt đầu phát triển một công nghệ truy cập radio mới, được biết đến với tên gọi NR, nhằm khai thác tối đa tiềm năng của các công nghệ mới.
Triển khai 5G đã được phân theo giai đoạn, vì NR là một công nghệ khá phức tạp và không thể tiêu chuẩn hóa tất cả các tính năng của nó đúng thời hạn cho các phiên bản đầu tiên [1]. Như được thể hiện trong Hình 2.4, các tham chiếu đầu tiên đến 5G trong tiêu chuẩn có thể được truy vấn từ giữa năm 2016 (giai đoạn 1) và giải pháp tiêu chuẩn đầu tiên cho NR xuất hiện vào cuối năm 2017 và được biết đến với tên gọi là Early Drop (phiên bản 15): bản phát hành đầu tiên này đã giải quyết các vùng nóng và các cell nhỏ không độc lập nơi mạng lõi vẫn hoàn toàn dựa trên LTE và một trạm cơ sở tăng cường (e-NodeB) vẫn hoạt động như một master. Vào tháng 6 năm 2018, NR Stand Alone đầu tiên đã được hoàn thành, nơi một Next Generation (NG) Core cuối cùng đã thay thế LTE Core. Giải pháp này đánh dấu sự kết thúc của giai đoạn đầu tiên, để lại không gian cho giai đoạn thứ hai với phiên bản 16.4: Tiến hóa thời gian của 5G [1] 7 Các lợi ích chính được giới thiệu bởi 5G NR so với công nghệ LTE [1]: • Hỗ trợ băng thông truyền dẫn rất rộng và các tốc độ truyền dữ liệu cao tương ứng bằng cách tận dụng các dải tần số cao hơn; • Hiệu suất năng lượng mạng được cải thiện và giảm nhiễu nhờ áp dụng thiết kế siêu gọn; • Độ trễ thấp để cải thiện hiệu suất và cho phép các trường hợp sử dụng mới; Sử dụng rộng rãi của kỹ thuật tạo hình tia và một số lượng lớn các yếu tố anten không chỉ cho việc truyền dữ liệu đã được kích hoạt bởi LTE, mà còn cho các thủ tục trên mặt điều khiển như truy cập ban đầu.
Ngoài những cải tiến công nghệ này, một loạt các trường hợp sử dụng mới đặc trưng cho hệ thống 5G, được phác thảo trong Hình 2.5: • Mở rộng di động rộng rãi (EMBB), với các ứng dụng như thực tế ảo/tăng cường, video UHD, gom cụm và các kịch bản khác nơi cần tốc độ dữ liệu rất cao. • Giao tiếp loại máy lớn (MMTC), với các ứng dụng như IoT, công nghiệp 4.0, cảm biến thông minh và nhiều kịch bản khác dự đoán một số lượng lớn thiết bị kết nối, với ít tin nhắn trao đổi mỗi giờ nhưng yêu cầu tiêu thụ năng lượng rất thấp. • Giao tiếp siêu đáng tin cậy và độ trễ thấp (URLLC), với các ứng dụng trong lĩnh vực quân sự, cho xe kết nối và cho phẫu thuật từ xa. Phiên bản 15 tập trung vào EMBB với tần số làm việc dưới 6 GHz; chỉ từ phiên bản 16 MMTC và URLLC mới được xem xét.5: Ứng dụng của 5G [3] 2.2 Mô hình kênh truyền 2.1 Phân loại kênh Kênh truyền trong công nghệ LTE được phân thành ba nhóm [4]: • Kênh logic (Logical channels): Xác định loại thông tin nào được truyền tải.
• Kênh truyền tải (Transport channels): Cho biết cách thức truyền tải thông tin. • Kênh vật lý (Physical channels): Xác định vị trí gửi thông tin. Cả ba loại kênh này đều tồn tại trong cả hướng đường xuống (Downlink) và hướng đường lên (Uplink). Sơ đồ ánh xạ của kênh Downlink được minh họa như sau: 9 Hình 2.6: Downlink channel mapping [4] ❖ Kênh logic (Logical Channels): Trong hệ thống LTE, các kênh logic được thiết kế để xác định loại thông tin truyền tải giữa các lớp RLC và MAC [4].
Các kênh logic không tập trung vào cách thức truyền tải mà vào nội dung thông tin truyền đi, và được chia thành hai loại kênh chính: điều khiển và lưu lượng. Kênh điều khiển mang các thông điệp điều khiển trong mặt điều khiển và có thể là kênh chung hoặc kênh chuyên dụng. Kênh chung được dùng bởi tất cả các thiết bị trong một cell, trong khi kênh chuyên dụng dành riêng cho một thiết bị cụ thể. Đối lập với kênh điều khiển, các kênh lưu lượng không chứa thông điệp điều khiển mà chỉ tập trung vào việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị.
Các kênh này đảm bảo cho việc truyền tải dữ liệu và thông điệp điều khiển hiệu quả và chính xác, giúp tối ưu hóa hoạt động của mạng LTE. Downlink Logical Channels: Kênh Điều Khiển (Control Channels): Trong LTE, hướng đường xuống có bốn kênh điều khiển chịu trách nhiệm truyền tải thông tin cả cho các kênh chung lẫn các kênh chuyên dụng [4]: 10 • Broadcast Control Channel (BCCH): Dùng để phát các thông tin MIBs/SIBs. • Paging Control Channel (PCCH): Dùng để phát thông tin paging cho UE. • Common Control Channel (CCCH): Chung cho nhiều UE.
• Dedicated Control Channel (DCCH): Kênh này truyền các thông tin điều khiển dành riêng cho một thiết bị UE cụ thể, đảm bảo việc gửi lệnh và dữ liệu điều khiển đặc thù. • Multicast Control Channel (MCCH): Kênh này cung cấp thông tin điều khiển cho các dịch vụ truyền phát đa điểm (multicast). Kênh lưu lượng: Hướng đường xuống trong LTE có hai kênh lưu lượng chính • Dedicated Traffic Channel (DTCH): Kênh này chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu lưu lượng dành riêng cho một thiết bị UE cụ thể, hỗ trợ các nhu cầu truyền dữ liệu cá nhân.