Một giao thức truy cập ngẫu nhiên cho hệ thống Cell-Free Massive MIMO

Bài viết trình bày phát triển giao thức A-ACB, đã được đề xuất cho hệ thống Cellular Massive MIMO, sang áp dụng cho hệ thống Cell-Free Massive MIMO. Kết luận rút ra ở đây là trong ứng dụng mMTC, theo hướng nghiên cứu phân giải va chạm trong truy cập ngẫu nhiên dựa trên cấp phát (Grant-based) thì giao thức A-ACB là một ứng viên tiềm năng tốt.

Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) MỘT GIAO THỨC TRUY CẬP NGẪU NHIÊN CHO HỆ THỐNG CELL-FREE MASSIVE MIMO Hà Xuân Sơn Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội 20025067@vnu.edu.vn Hoàng Gia Hưng Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội hunghg@vnu.edu.vn Tóm tắt – mMTC (truyền thơng cho tập hợp lớn máy móc) thành phần quan trọng mạng sau 5G (B5G) cách mạng công nghiệp 4.0 Do phải đáp ứng nhiều yêu cầu kết nối lúc nên xây dựng giao thức truy cập ngẫu nhiên hiệu vấn đề quan trọng Trong báo phát triển giao thức A-ACB, đề xuất cho hệ thống Cellular Massive MIMO, sang áp dụng cho hệ thống Cell-Free Massive MIMO Kết phân tích mơ cho thấy giao thức đảm bảo mức độ hiệu cần thiết, giao thức SUCRe, giao thức hiệu hệ thống Cellular Massive MIMO, lại tỏ hiệu hệ thống không phân chia tế bào Kết luận rút ứng dụng mMTC, theo hướng nghiên cứu phân giải va chạm truy cập ngẫu nhiên dựa cấp phát (Grant-based) giao thức A-ACB ứng viên tiềm tốt va chạm xảy Nhiệm vụ giao thức giải va chạm Nếu giải thành công, thiết bị chiến thắng thức cấp phát tài nguyên kết nối để sau đó truyền liệu Do đặc điểm lưu lượng mMTC gián đoạn, ngẫu nhiên với khúc liệu nhỏ đó yêu cầu xử lý phân giải va chạm cho phương pháp cấp phát phải thật đơn giản Các thiết bị truy cập không thành cơng tiếp tục truy cập lại nhịp Một hướng nghiên cứu khác giao thức khơng cấp phát (Grant-free) Trong giao thức khơng có pha giải va chạm cấp phát tài nguyên truyền liệu kiểu giao thức mà UE đồng thời truy cập truyền liệu kèm theo BS xử lý tách (Detection) đồng thời UE liệu Kiểu giao thức lại chia thành loại sử dụng preamble trực giao [7,8,9] loại sử dụng preamble không trực giao [10,11,12] Nhìn chung truy cập ngẫu nhiên theo giao thức khơng cấp phát địi hỏi BS phải xử lý nhiều tính tốn phức tạp thực thuật tốn khử nhiễu nối tiếp (SIC), hay cảm nhận nén (CS) cho số UE active tín hiệu thưa… Từ khố – truyền thơng cho mMTC,massive MIMO, giao thức SUCRe, phân giải va chạm theo Grand-based Trong báo nghiên cứu giao thức theo hướng thứ phân giải va chạm dựa cấp phát (Grant-based) áp dụng cho hệ thống không phân chia tế bào (Cell-Free) Giao thức phát triển giao thức A-ACB đề xuất áp dụng cho hệ thống Cellular Massive MIMO, đề xuất áp dụng cho hệ thống Cell-Free Kết phân tích mơ cho thấy giao thức giữ hiệu ổn định giao thức SUCRe [2], giao thức hiệu hệ thống Cellular Massive MIMO lại tỏ hiệu hệ thống Massive MIMO khơng phân chia tế bào, cịn giao thức ACBPC [3] hồn tồn khơng thể vận dụng I GIỚI THIỆU Truyền thơng cho tập hợp lớn máy móc (mMTC) thành phần quan trọng hệ thống truyền thơng tương lai sau 5G (B5G) Nó cho phép kết nối với tập lớn máy móc qua Internet (IoT) tảng then chốt cho cách mạng cơng nghiệp 4.0 Một thách thức mMTC hỗ trợ tập lớn thiết bị lúc có yêu cầu trao đổi liệu tài nguyên thời gian tần số Massive MIMO [1] công nghệ 5G với khả ghép kênh không gian khả cải thiện hiệu suất phổ lớn hứa hẹn hỗ trợ giải vấn đề Nói chung phương pháp giải đa truy cập nói chia thành hướng nghiên cứu Bài báo bố cục sau: I Giới thiệu, II Trình bày tóm tắt giao thức SUCRe A-ACB hệ thống Cellular Massive MIMO, III Đề xuất áp dụng A-ACB cho hệ thống Cell-Free IV Mô so sánh, V Kết luận Hướng thứ phương pháp dựa cấp phát (Grant-Based) [2,4,5,6,] Mỗi thiết bị (UE) muốn kết nối (activated) chọn ngẫu nhiên dãy mở đầu (preamble) tập dãy trực giao có sẵn gửi trạm sở (BS) thông báo muốn kết nối Trong trường hợp may mắn thiết bị chọn dãy preamble khác tính chất trực giao dãy, BS nhận biết yêu cầu tách biệt, nên cấp phát tài nguyên kết nối cho nhiều yêu cầu lúc Tuy nhiên trường hợp may mắn: có từ thiết bị trở lên chọn dãy preamble giống nhau, ISBN 978-604-80-5958-3 Trịnh Anh Vũ Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội vuta@vnu.edu.vn, Tác giả liên hệ II GIAO THỨC SUCRe VÀ A-ACB TRONG HỆ THỐNG CELLULAR MASSIVE MIMO Phần trình bày tóm tắt lại giao thức SUCRe A-ACB đề xuất hiệu hệ thống Cellular Massive MIMO [2,3] Trong hệ thống trạm sở trung tâm tế bào trang bị M anten với M>>K số UE trung bình, UE trang bị anten, kích hoạt lần truy cập Điều 119 Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) kiện đảm bảo hệ thống có đầy đủ tính chất hệ thống Massive MIMO là: khả ghép kênh không gian, có thể tạo búp tách biệt đường xuống đến UE, cứng hóa kênh truyền… Hình Bốn pha giao thức SUCRe hệ thống Cellular Massive MIMO Bốn pha giao thức SUCRe [2] mô tả hình 1: Điều đó có nghĩa tất UE yên lặng Preamble đó bị bỏ phí  Pha 1: Các UE có nhu cầu trao đổi liệu chọn ngẫu nhiên dãy mở đầu (preamble) danh sách dãy trực giao có sẵn gửi BS Giao thức A-ACB nhóm tác giả đề xuất viết khác có chế phân giải va chạm mềm dẻo hơn, khắc phục số nhược điểm SUCRe Cụ thể sau:  Pha 2: BS sử dụng dãy preamble có sẵn thực tương quan với tín hiệu nhận Giả sử với preamble xác định, sau tương quan BS nhận giá trị S S tổng độ lợi kênh từ BS đến k UE chọn preamble Nếu k=1, tức có UE chọn preamble, S độ lợi kênh truyền đến UE Sau đó BS mã trước tạo búp truyền giá trị 1/S đến UE liên quan (trường hợp k=0 thì S giá trị ngưỡng, BS bỏ qua)  Pha 1, pha thực giao thức SUCRe  Ở pha UE nhận giá trị gi/S khơng thực so sánh với ½ mà coi đó giá trị ACB (Access Class Barring) [4] Tức giá trị ACB so sánh với giá trị ngẫu nhiên phân bố tự khởi tạo  (0 1/2 có nghĩa giá trị gi/S tất UE lại nhỏ ½ Giao thức SUCRe phân giải va chạm sau: UE có gi/S >1/2 phát lại preamble kèm theo số hiệu (Identification) nó, UE có giá trị gi/S 1/2 nên UE chắn cấp phát pha III ĐỀ XUẤT GIAO THỨC A-ACB TRONG HỆ THỐNG CELL-FREE MASSIVE MIMO Ở phần khảo sát áp dụng giao thức A-ACB cho hệ thống Cell-Free Có thể thấy hệ thống Cell-free áp dụng giao thức ACBPC lúc UE kết nối với nhiều AP (Access Point) nên không xác định giá trị công suất phát nghịch đảo với độ lợi kênh truyền Chỉ giao thức SUCRe A-ACB Giao thức áp dụng tốt? Giao thức SUCRe có ưu điểm xử lý đơn giản có hiệu thực tế cao Tuy nhiên giao thức có nhược điểm không bình đẳng, nó ưu tiên cấp phát cho UE gần trạm sở (vì có độ lợi kênh truyền cao) số UE kích hoạt lúc lớn (ứng với quy mơ quản lý thiết bị cỡ >104) giao thức tỏ hiệu vì đó thường xảy tình tất UE có giá trị gi/S < 1/2 ISBN 978-604-80-5958-3 Mơ hình hệ thống hệ Cell-Free sau: 120 Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)  Mỗi UE tự khởi tạo số ngẫu nhiên phân bố đều: 0< 