(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G

(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -o0o - Nguyễn Hoàng Hạnh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội 2022 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - Nguyễn Hồng Hạnh KỸ THUẬT TẠO BÚP SĨNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G 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: PGS TS NGUYỄN TIẾN BAN Hà Nội - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi, thực dựa sở nghiên cứu lý thuyết, thực tế hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tiến Ban Các số liệu, kết luận luận văn trung thực, dựa nghiên cứu mơ hình, kết đạt nước giới trải nghiệm thân, chưa công bố hình thức trước trình bày bảo vệ trước “Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ kỹ thuật” Hà Nội, ngày 22 tháng 01 năm 2022 Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng Hạnh ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình đầy trách nhiệm Thầy, Cô giáo Khoa Đào tạo Sau Đại học - Học viện Cộng nghệ Bưu Viễn thơng, tơi hồn thiện luận văn “Kỹ thuật tạo búp sóng ứng dụng mạng di động 5G” Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Tiến Ban người hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, thầy cô giáo Khoa Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt q trình học tập Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian hạn hẹp, thân cịn nhiều hạn chế Luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến q thầy, bạn Một lần tác giả xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Hoàng Hạnh iii MỤC LUC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii LỜI NÓI ĐẦU v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH BẢNG viii DANH SÁCH HÌNH VẼ ix GIỚI THIỆU 1 Đặt vấn đề Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3 Mục đích nghiên cứu 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG KHÁI QUÁT MẠNG 5G 1.1 Sự phát triển mạng di động 5G 1.2 Các yêu cầu thách thức công nghệ 5G 1.2.1 Các trường hợp sử dụng 5G 1.2.2 Các tính mạng 5G lộ trình triển khai 1.2.3 Phổ tần cho 5G 10 tốc độ liệu 10 1.3 Kiến trúc mạng 5G 12 1.4 Các cơng nghệ mạng truy nhập vô tuyến 5G 15 1.4.1 Công nghệ mở rộng vùng phủ (coverage Enhancement Technology) 16 1.4.2 Công nghệ tăng tốc độ (Rate Improvement Technology) 16 1.4.3 Công nghệ giảm độ trễ (Latency Reduction Technology) 18 1.5 Kết luận chương 19 CHƯƠNG KỸ THUẬT TẠO BÚP SÓNG TRONG MẠNG 5G 20 2.1 Định hướng đa búp sóng (Beamforming) 20 2.2 Phương thức truyền chùm tia 25 2.3 Phương thức nhận chùm tia 25 iv 2.4 Phân loại định dạng chùm tia 27 2.4.1 Tạo chùm tia tương tự 27 2.4.2 Định dạng chùm tia số 28 2.4.3 Định dạng chùm tia lai 29 2.5 Lợi ích mang lại cách tạo búp sóng 31 2.5.1 Chất lượng truyền dẫn 31 2.5.2 Tăng dạng chùm 34 2.5.3 Triệt giao thoa 36 2.5.4 Hiệu lượng 37 2.5.5 Bảo mật hệ thống 39 2.5.6 Giảm chênh lệch độ trễ 40 2.5.7 Hiệu suất quang phổ tổng thể 42 2.6 Quản lý chùm tia 44 2.6.1 Nhu cầu quản lý chùm tia 44 2.6.2 Các thành phần quản lý chùm tia 46 2.7 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA KỸ THUẬT TẠO BÚP SÓNG 51 3.1 Mô hệ thống phát thu nhận chùm tia 51 3.2 Kết luận chương 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 v LỜI NÓI ĐẦU Trong yêu cầu Hiệp hội Viễn thông Quốc tế (International Telecommunication Union-ITU) mạng di động hệ thứ (5G) yêu cầu tiên phải cung cấp tốc độ đỉnh gấp 20 lần hệ 4G LTE, tương đương với tốc độ liệu đỉnh phải đạt 20Gbps [29] Để đạt tốc độ cao vậy, không yêu cầu bắt buộc băng thông hệ thống phải rộng, mà hiệu sử dụng phổ phải cao nhiều so với hệ 4G LTE Để giải thách thức này, cơng nghệ tạo búp sóng sử dụng mảng ăng ten kích thước lớn (MASSIVE MIMO) cơng nghệ đầy hứa hẹn Khi sử dụng mảng ăng ten kích thước lớn với kỹ thuật xử lý tín hiệu khác nhau, tạo nhiều chùm tia (búp sóng) tập trung lượng phía người dùng, từ nâng cao hiệu sử dụng phổ vùng phủ hệ thống lên nhiều lần [1] Thực tế nhà sản xuất thiết bị 5G hàng đầu giới chủ yếu triển khai thử nghiệm công nghệ minh chứng lực thiết bị [3] Mặc dù kỹ thuật tạo búp sóng nghiên cứu lý thuyết rộng rãi, nhiên việc sử dụng mạng di động 5G chuẩn hóa 3GPP cần tuân theo thủ tục đặc biệt 3GPP quy định Hiện mạng 5G triển khai thử nghiệm giới nói chung Việt Nam nói riêng tuân theo chuẩn 5G New Radio chuẩn hóa tổ chức 3GPP, thân phiên chuẩn hóa hồn thiện phát hành định kỳ 3GPP Do cần nghiên cứu kỹ kỹ thuật tạo búp sóng chuẩn 5G New Radio để áp dụng hiệu kỹ thuật thực tế Luận văn tập trung trình bày chi tiết kỹ thuật tạo búp sóng hỗ trợ chuẩn 5G, cách thức khởi tạo trì búp sóng trạm gốc người dùng Ảnh hưởng kỹ thuật lên hiệu suất sử dụng phổ vùng phủ hệ thống đánh giá thông qua mô MATLAB với kịch kênh vô tuyến chuẩn ITU vi DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt 5G NR AoA AoD BER CQI Tiếng Anh Fifth generation new radio Third generation partnership project Advanced mobile phone system Angle of arrival Angle of departure Bit error rate Channel quality indicator CMA CSI Constant modulus algorithm Channel state information 3GPP AMPS CSI-RS D-AMPS DTX DM-AIS DoA eMBB EPC EIRP FDD GSM GSMA HSPA GSA IMT IoT CSI- reference signal Digital advanced mobile phone system Discontinuous transmission Dynamic mutated artificial immune system Direction of arrival Enhanced mobile broadband Evolved packet core Effective isotropic radiated power Frequency Division Duplexing Global system for mobile communication GSM association High speed packet access Gravitational search algorithm International mobile telecommunications Internet of things Tiếng Việt Chuẩn 5G 3GPP Dự án hợp tác hệ thứ ba Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Góc đến Góc xuất phát Tỷ lệ lỗi bit Chỉ số chất lượng kênh Thuật tốn mơ đun không đổi Thông tin trạng thái kênh Thông tin trạng thái kênh với tín hiệu tham chiếu Hệ thống điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số Truyền liên tục Hệ thống miễn dịch nhân tạo đột biến động Hướng đến Băng thông rộng di động nâng cao Lõi gói phát triển Cơng suất xạ đẳng hướng hiệu Song công phân chia theo tần số Hệ thống toàn cầu cho liên lạc di động Hiệp hội GSM Truy cập gói tốc độ cao Thuật tốn tìm kiếm hấp dẫn Viễn thơng di động quốc tế Internet vạn vật vii ITU-R L1-RSRP LTE International telecommunication union-radio sector Layer reference signal received power Long term evolution Liên minh viễn thông quốc tế-lĩnh vực vô tuyến Nguồn tín hiệu tham chiếu lớp nhận Sự tiến hóa dài hạn Thuật tốn mơđun số bình phương tối thiểu Phương sai tối thiểu hạn chế tuyến tính Hình vng trung bình thấp Đáp ứng biến dạng phương sai tối thiểu Nhiều đầu vào nhiều đầu mMTC Least square constant modulus algorithm Linearly constrained minimum variance Least mean square Minimum variance distortionless response Multiple input multiple output MASSIVE machine type communication MTC Machine type communication Giao tiếp kiểu máy NDP PDC PDF Null data packet Personal digital cellular Probability density function Gói liệu rỗng Di động kỹ thuật số cá nhân Hàm mật độ xác suất Kênh phát sóng vật lý Tín hiệu đồng Chỉ báo ma trận tiền mã hóa Kênh điều khiển đường xuống vật lý Phương pháp tối ưu bầy đàn Tần số vơ tuyến Chất lượng nhận tín hiệu tham chiếu Tham chiếu cường độ tín hiệu báo Nguồn nhận tín hiệu tham chiếu Chỉ số xếp hạng Phản hồi truy cập ngẫu nhiên Bình phương nhỏ đệ quy LS-CMA LCMV LMS MVDR MIMO PBCH PSS PMI PDCCH PSO RF RSRQ RSSI RSRP RI RAR RLS Physical broadcasting channel Primary synchronization signal Precoder matrix indicator Physical downlink control channel Particle swarm optimization Radio Frequency Reference signal receive quality Reference signal strength indicato Reference signal receive power Rank indicator Random access response Recursive least square Giao tiếp kiểu máy lớn viii SNR SINR SRS SS block SSS SMI TDD UE Signal -to-noise ratio Signal-to-noise-plusinterference ratio Sounding reference signal Synchronization signal block Secondary synchronization signal Sample matrix inversion Time Division Duplexing User equipment VR V2I Ultra-reliable and low latency communication Virtual reality Vehicle to infrastructure V2V Vehicle to vehicle URLLC WLAN Wireless local area network Tỷ lệ tín hiệu nhiễu Tỷ lệ tín hiệu nhiễu cộng với nhiễu Tín hiệu tham chiếu âm Khối tín hiệu đồng hóa Tín hiệu đồng thứ cấp Đảo ngược ma trận mẫu Song công phân chia theo thời gian Thiết bị người dùng Giao tiếp độ trễ thấp đáng tin cậy Thực tế ảo Phương tiện đến sở hạ tầng Phương tiện đến phương tiện Mạng lưới không dây khu vực địa phương DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Các tính 5G [16] Bảng 1.2: Các tham số yêu cầu tối thiểu tiêu chuẩn IMT-2020 [11] Bảng 1.3: Phổ tần cho trường hợp sử dụng khác [17] 10 Bảng 1.4: Băng tần thấp (dưới GHz) băng tần mm phù hợp cho 5G [20] 12 Bảng 2.1: Tiêu thụ lượng điều kiện khác 39 Bảng 2.2: khối SS cho tần số 48 Bảng 3.1: Các tham số sử dụng hệ thống mô 54 ... Nguyễn Hoàng Hạnh KỸ THUẬT TẠO BÚP SÓNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G 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... cứu kỹ kỹ thuật tạo búp sóng chuẩn 5G New Radio để áp dụng hiệu kỹ thuật thực tế Luận văn tập trung trình bày chi tiết kỹ thuật tạo búp sóng hỗ trợ chuẩn 5G, cách thức khởi tạo trì búp sóng trạm... trách nhiệm Thầy, Cơ giáo Khoa Đào tạo Sau Đại học - Học viện Cộng nghệ Bưu Viễn thơng, tơi hồn thiện luận văn ? ?Kỹ thuật tạo búp sóng ứng dụng mạng di động 5G? ?? Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành