Luận văn thạc sĩ kỹ thuật định hướng đa búp sóng trong hệ thống massive mimo

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -o0o - Nguyễn Huy Gô LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội 2021 e HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - Nguyễn Huy Gô KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG TRONG HỆ THỐNG MASSIVE MIMO 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 e 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 cơng 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 Huy Gô e 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 Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, tơi hoàn thiện luận văn “Kỹ thuật định hướng đa búp sóng hệ thống MASSIVE MIMO” Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Tiến Ban người hướng dẫn giúp đỡ trình làm luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, thầy cô giáo Khoa Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi 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 Xin chân thành cảm ơn! MỤC LUC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii LỜI NÓI ĐẦU iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT v e iii DANH SÁCH BẢNG ix DANH SÁCH HÌNH VẼ x GIỚI THIỆU 1 Đặt vấn đề Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Sự phát triển hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 1.2.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 1.1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba (3G) 1.1.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) 1.1.6 Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư (4G) 10 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ năm (5G) 12 1.2.1 Kiến trúc mạng 5G 12 1.2.2 Dải tần milimeter-wave (mmWave) 15 1.2.3 Mạng lõi Nano 21 1.2.4 Anten MASSIVE MIMO 22 1.3 Kết luận chương 25 CHƯƠNG II KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG 27 2.1 Phân loại định hướng đa búp sóng 27 2.2 Định hướng đa búp sóng băng hẹp băng rộng 30 2.2.1 Đánh giá định dạng chùm ULA 31 2.2.2 Thiết kế lọc Spatial 32 2.2.3 Mô kết 34 2.3 Định hướng mảng búp sóng chuyển mạch búp sóng thích ứng 38 2.3.1 Chuyển búp sóng 38 2.3.2 Thuật tốn tạo chùm tia thích ứng 41 2.4 Định hướng đa búp sóng tương tự, số lai số-tương tự 44 e iv 2.5 Kết luận chương 46 CHƯƠNG 3: ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG 47 TRONG HỆ THỐNG MASSIVE MIMO 47 3.1 Hệ thống MASSIVE MIMO 47 3.2 Vai trò định hướng đa búp sóng hệ MASSIVE MIMO 48 3.2.1 Tăng cường hiệu lượng 49 3.2.2 Cải thiện hiệu suất phổ 49 3.2.3 Tăng cường bảo mật hệ thống 50 3.2.4 Khả ứng dụng cho dải sóng mm 50 3.3 Các tiền mã hóa tách sóng MASSIVE MIMO 50 3.4 Quản lý chùm tia 53 3.4.1 Nhu cầu quản lý chùm tia 53 3.4.2 Quy trình quản lý chùm tia 53 3.5 Sử dụng tốn cơng suất để khẳng định tính định hướng đa búp sóng hệ MASSIVE MIMO 59 3.5.1 Xây dựng vấn đề 59 3.5.2 Phương pháp 61 3.5.3 Kết mô 61 3.6 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 LỜI NÓI ĐẦU Hiện mạng di động 4G-LTE triển khai rộng khắp giới nói chung Việt Nam nói riêng Khi đưa vào khai thác sử dụng, mạng 4G cung cấp dịch vụ đa phương tiện, dịch vụ thoại tin nhắn với chất lượng, tốc độ cao gấp hàng chục lần so với hệ mạng di động trước Cuộc cách mạng e v công nghiệp lần diễn ra, yêu cầu mạng di động hệ (5G, 6G)… phải đáp ứng nhu cầu như: Tốc độ cao hàng Gbps, độ trễ gần không, thông lượng cực lớn… để áp dụng các tốn lớn truyền thơng, hệ thống cảm biến, giao thông, y tế… theo thời gian thực Do mạng di động hệ phải có băng thông rộng, hiệu sử dụng phổ cao, để giải vấn đề năm gần đây, nghiên cứu khác tập trung vào hệ thống nhiều đầu vào, nhiều đầu (MIMO), coi đóng vai trị quan trọng mạng di động 5G Một kỹ thuật cốt lõi sử dụng hệ thống MASSIVE MIMO, kỹ thuật định hướng đa búp sóng để nghiên cứu sâu kĩ thuật học viên định chọn đề tài “Kỹ thuật định hướng đa búp sóng hệ thống MASSIVE MIMO” cho luận văn tốt nghiệp Trong luận văn này, trước tiên học viên xin trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di động Tiếp theo học viên trình bày kỹ thuật định hướng đa búp sóng sử dụng mảng ăng ten theo phương pháp đơn giản Cuối học viên nghiên cứu định hướng đa búp sóng hệ thống MASSIVE MIMO có mơ kết thông qua phần mềm MATLAB DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2G 3G The Second Generation The Third Generation Thế hệ thứ hai Thế hệ thứ ba 3GPP Third generation partnership project Dự án hợp tác hệ thứ ba 4G 5G The Fourth Generation The Fifth Generation Thế hệ thứ tư Thế hệ thứ năm e vi 5G NR AoA AoD BER CQI Fifth generation new radio Angle of arrival Angle of departure Advanced mobile phone system Bit error rate Channel quality indicator CMA CSI Constant modulus algorithm Channel state information CSI-RS CSI- reference signal AMPS D-AMPS DTX DM-AIS DoA eMBB EPC EIRP FDD GSA GSM GSMA HSPA IMT IoT ITU-R L1-RSRP LTE 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 Gravitational search algorithm Global system for mobile communication GSM association High speed packet access International mobile telecommunications Internet of things International telecommunication union-radio sector Layer reference signal received power Long term evolution e Chuẩn 5G 3GPP Góc đến Góc xuất phát Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Tỷ lệ lỗi bit Chỉ số chất lượng kênh Thuật tốn mơ đun khơng đổi Thơng tin trạng thái kênh Thơng 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 Thuật tốn tìm kiếm hấp dẫn Hệ thống toàn cầu cho liên lạc di động Hiệp hội GSM Truy cập gói tốc độ cao Viễn thơng di động quốc tế Internet vạn vật Liên minh viễn thơng quốc tế-lĩnh vực vơ tuyến Nguồn tín hiệu tham chiếu lớp nhận Sự tiến hóa dài hạn vii Thuật tốn mơđun số bình phương tối thiểu Phương sai tối thiểu hạn chế tuyến tính Bình phương nhỏ 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 Null data packet LS-CMA LCMV LMS MVDR MIMO OFDMA TDD TDMA UMTS PDCCH PSO RF RSRQ RSSI RSRP RI RAR RLS SNR SINR Giao tiếp kiểu máy lớn Gói liệu rỗng Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần Multiple Access số trực giao Song công phân chia theo thời Time Division Duplex gian Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian Universal Mobile Hệ thống viễn thơng di động tồn Telecommunications System cầu Physical downlink control Kênh điều khiển đường xuống vật channel lý Particle swarm optimization Phương pháp tối ưu bầy đàn Radio Frequency Tần số vô tuyến Reference signal receive Chất lượng nhận tín hiệu tham quality chiếu Reference signal strength Tham chiếu cường độ tín hiệu indicato báo Reference signal receive power Nguồn nhận tín hiệu tham chiếu Rank indicator Chỉ số xếp hạng Random access response Phản hồi truy cập ngẫu nhiên Recursive least square Bình phương nhỏ đệ quy Signal -to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu nhiễu Signal-to-noise-plusTỷ lệ tín hiệu nhiễu cộng với interference ratio nhiễu e viii SRS SS block SSS SMI UE URLLC VR WCDMA ZF Sounding reference signal Synchronization signal block Secondary synchronization signal Sample matrix inversion User equipment Ultra-reliable and low latency communication Virtual reality Wideband Code Division Multiple Access Zero – Forcing Tín hiệu tham chiếu âm Khối tín hiệu đồng hóa Tín hiệu đồng thứ cấp Đảo ngược ma trận mẫu Thiết bị người dùng Giao tiếp độ trễ thấp đáng tin cậy Thực tế ảo Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Cưỡng không BẢNG KÝ HIỆU TOÁN HỌC Biểu tượng Tên ký hiệu Ý nghĩa / định nghĩa = ≠ dấu không dấu bình đẳng () [] + ⋅ ÷ / ≥ ≤ ab a^b n√a |x| dấu ngoặc đơn dấu ngoặc dấu cộng dấu trừ dấu nhân dấu chia dấu gạch chéo dấu gạch ngang lớn lũy thừa dấu mũ Căn bậc n giá trị tuyệt đối tính tốn biểu thức bên tính tốn biểu thức bên thêm vào phép trừ phép nhân phân chia phân chia chia / phân số bất bình đẳng số mũ số mũ e 56 + Chỉnh sửa thời gian + Giải điều chế OFDM + Trích xuất lưới SSB biết + Đo RSRP dựa chế độ đo định Các bước lặp lại cho chùm tia nhận cặp chùm tia tốt chọn dựa toàn phép đo thực Để biết thêm thông tin chi tiết bước liên quan đến q trình khơi phục, xem ví dụ Tìm kiếm Tế bào NR Phục hồi MIB SIB1 Đối với phép đo RSRP chế độ nhàn rỗi, sử dụng SSS PBCH-DMRS ngồi SSS Điều cấu hình tham số Chế độ RSRP mô phỏng, phần Quét chùm tia SSB NR ví dụ Đối với FR2, phép đo RSRP dựa tín hiệu kết hợp từ phần tử ăng-ten, phép đo dựa phần tử ăng-ten FR1 Hình 3.5 cho thấy cảnh không gian 3D mô MATLAB, bao gồm chùm chọn xác định phần P-1 Có nhiều phân tán giới thiệu với việc bổ sung điều kiện kênh Cách tiếp cận mang lại nhìn thực tế kịch mơ Hình 3.5: Mô cảnh không gian P-1 e 57 b) Tinh chỉnh chùm tia cuối truyền dựa CSI-RS (P-2) Sau chùm tia ban đầu thiết lập, việc truyền liệu unicast với định hướng cao độ lợi cao đòi hỏi chùm tia mịn nhiều so với chùm SSB Do đó, tập hợp tài ngun tín hiệu tham chiếu cấu hình truyền theo hướng khác cách sử dụng chùm tia mịn phạm vi góc chùm tia từ trình thu nhận ban đầu Sau đó, UE đo tất chùm cách bắt tín hiệu với chùm nhận cố định Cuối cùng, chùm phát tốt chọn dựa phép đo RSRP tất chùm truyền Quy trình tập trung vào việc tinh chỉnh chùm tia đầu phát, q trình qt tia xảy đầu phát cách giữ cố định chùm tia nhận Quy trình dựa CSI-RS cơng suất khác không để tinh chỉnh chùm đầu phát đường xuống SRS để tinh chỉnh chùm tia cuối truyền đường lên P-2 thực kết nối ban đầu liên kết cặp chùm thiết lập Đây quy trình tinh chỉnh chùm tia để cải thiện kết nối, minh họa Hình 3.6 Mơ P-2 giải thích chi tiết ví dụ Tinh chỉnh chùm tia cuối đường xuống NR Sử dụng CSIRS hoạt động cho dải tần số (FR1) dải tần số (FR2) / mm Làn sóng NR 5G Tham s ố n+1 n+2 n+3 Khối tài nguyên n Tài nguyên CSI-RS Tài nguyên CSI-RS Tài nguyên CSI-RS Tài nguyên CSI-RS Chùm tia thu nhận từ ban đầu Chùm thu cố định Hình 3.6: Tinh chỉnh chùm tia cuối truyền dựa CSI-RS e 58 Sử dụng định dạng chùm tia kỹ thuật số cho phép sử dụng chùm tia hẹp để hạn chế nhiễu từ nhiều người dùng Tín hiệu CSI-RS tạo lần định dạng chùm trước điều chế OFDM Tín hiệu điều chế truyền qua kênh tán xạ AWGN thêm vào Tại máy thu, đồng hóa thời gian giải điều chế OFDM thực trước nhận dạng chùm Đo chùm xác định chùm theo sau để có chùm truyền tinh chế Các thành phần cho phép quản lý chùm tia đánh dấu màu đỏ Hình 3.7 Chùm tia tinh chế Chùm CSI-RS Tuyền tia quét Điều chế OFDM Kênh quảng bá Nhiễu trắng (AWGN) Xác định chùm tia Đo chùm tia Nhận chùm tia Giải điều chế OFDM Đồng thời gian Hình 3.7: Sơ đồ xử lý P-2 end-to-end Hình 3.8 mơ tả kịch MIMO tán xạ 3D mô MATLAB Điều bao gồm truyền nhận mẫu chùm chùm ăng ten, nhiều vị trí tán xạ đường chúng Hình 3.8: Mơ cảnh khơng gian P-2 MATLAB e 59 3.5 Sử dụng toán cơng suất để khẳng định tính định hướng đa búp sóng hệ MASSIVE MIMO 3.5.1 Xây dựng vấn đề Trong truyền thơng khơng dây, tốn điều khiển công suất thường hướng đến mục tiêu tối ưu hàm lợi ích U(R1, ,RN) U(·) hàm dương tăng theo đối số (tức tăng theo hiệu sử dụng phổ) Trong nội dung này, quan tâm tốn điều khiển cơng suất tối đa – tối thiểu (max-min) cho mục đích cung cấp chất lượng dịch vụ đồng cho tất người dùng Khi hàm lợi ích tính theo công thức sau: U(R1 , , R k )  R k k (3.10) Theo công thức (3.9), Rk hàm tăng theo tỉ số SINRk, mink Rk tương đương với mink SINRk, tốn điều khiển cơng suất tối đa – tối thiểu [19] biểu diễn sau: max SINR k p1, ,p k K p k 1 k k  Pmax (3.11) p k  0, k  1, , K Pmax tổng cơng suất phát tối đa N ăng ten phát Phương pháp hay sử dụng cho tốn trình bày nghiên cứu [20], [21] cụ thể cách chuyển toán (3.11) sang dạng sau: max  (p1, ,p k ),  K (N  K)Pk  k  ( p j (  j   j )   k2 ), j1 K P k 1 k  Pmax, p k  0, k e (3.12) 60 Khi tốn tìm nghiệm phương pháp trình bày Bảng 3.1 Bảng 3.1: Phương pháp truyền thống cho điều khiển công suất Max-Min  Đầu vào: Pmax , h k , k  1, , K Đặt sai số cho phép  , đặt giá trị SINR candidate   (3.12) max Set SINR lower  0,SINR upper  INR upper While SINR upper  SINR lower   Tính SINR candidate  (SINR upper  SINR lower ) giải tốn (3.12) sử dụng CVX (3.11) If (3.12) vơ nghiệm then Đặt SINR upper  SINR candidate else Đặt Pk tính nghiệm (3.11) với k=1,…,K 10 Đặt SINR lower  SINR candidate 11 End if 12 End while Phương pháp bao gồm hai vịng lặp vịng lặp vịng lặp ngồi Trong vịng lặp ngồi sử dụng thuật tốn chia đơi (bisection) để tìm giá trị 𝜃 ∗ Trong vịng lặp trong, chương trình tuyến tính sử dụng để tính giá trị công suất phân bổ ứng với giá trị 𝜃 vịng lặp ngồi Chú ý giá trị cận SINR Bảng 3.1 tính theo cơng thức  k  SINR max  P (N  K) max 3.13   upper max k  k  Có vài yếu điểm phương pháp Thứ nhất, cần nhiều vịng lặp ngồi để tìm giá trị SINR tối ưu Thứ hai, với vịng lặp ngồi, chương trình e 61 bên thứ ba (third party) sử dụng để tính giá trị cơng suất phân bổ 𝑝𝑘 (3.12), thêm vào giá trị tính cách gần 3.5.2 Phương pháp Trong nghiên cứu đưa thuật toán điều khiển công suất tối đa – tối thiểu [22] đơn giản sau Bảng 3.2: Phương pháp điều khiển công suất đề xuất  Đầu vào: Pmax , h k , k  1, , K  ^H  Tính hệ số  k  h k h k  k theo (3.8) với k  1, , K N Tính hệ số   Pmax / ( Tính hệ số cơng suất tối ưu Pk*  K ) k 1  k  , k  1, , K k Bảng 3.3: Tham số mô Tham số Số ăng ten phát Số người dùng 𝑃𝑚𝑎𝑥 Điều chế Khoảng cách sóng mang Số sóng mang Băng thơng hệ thống Tiền mã hóa Mơ hình kênh Giá trị 64 8 QAM16 15 Khz 1200 18 Mhz Zero-Forcing ITU Pedestrian B [8] 3.5.3 Kết mơ - Ví dụ tính tốn Để làm bật tính hiệu phương pháp, thực ví dụ tính toán đơn giản với người dùng 16 ăng ten phát, hệ số đặt giá trị sau: δ1 = 0.3, δ2 = 0.15, δ3 = 0.1, Pmax = 3, σ2 = 0.1 e 62 Đối với thuật toán truyền thống Bảng 3.1, hệ số sai số cho phép 𝜖 = 0.1 Khi thực phương pháp Bảng 3.1, nhận thấy cần khoảng vịng lặp ngồi để tìm điểm tối ưu SINR sử dụng phương pháp chia đơi, chương trình CVX [3.11] sử dụng để tính cơng suất phân bổ cho người dùng vòng lặp Có thể thấy hai phương pháp (bảng 3.2 bảng 3.3) cho kết giống nhau, nhiên phương pháp đề xuất tính trực tiếp giá trị công suất phân bổ mà không cần dùng vòng lặp phức tạp phương pháp truyền thống - Kết mô Ta sử dụng lại mơ hình nghiên cứu [3.12] để thực mơ đánh giá tính hiệu phương pháp đề xuất Trong hệ thống có tổng cộng 64 ăng ten phát, công suất phát cực đại đặt số người dùng hệ thống, hệ thống phục vụ tổng cộng người dùng, từ ta có Pmax = Phương pháp tiền mã hóa tuyến tính sử dụng tiền mã hóa chế áp khơng (Zero-forcing) Hệ thống sử dụng dạng sóng OFDM với khoảng cách sóng mang 15Khz với 1200 sóng mang (cho băng thống hệ thống hiệu dụng 18Mhz Mô hệ thống đa ăng ten, đa người dùng (MU-MIMO), nghĩa người dùng cấp phát tồn băng thơng để truyền tín hiệu Mỗi lần chạy bao gồm khung liệu khung sử dụng cho đường lên khung lại sử dụng cho đường xuống Mỗi khung liệu bao gồm ký tự OFDM, khung đường lên thứ có chứa tín hiệu hoa tiêu SRS (Sounding Reference Signal) mạng LTE [23] để trạm gốc thực ước lượng kênh đường lên tín hiệu hoa tiêu giải điều chế DMRS (DeModulation Reference Signal) sử dụng cho giải điều chế kênh liệu người dùng Công suất phân bổ cho người dùng tính tốn sau trạm gốc nhận khung liệu đường lên So sánh hiệu sử dụng phổ với phương pháp phân bổ công suất đồng nhất, nghĩa pk = Pmax/K,k = 1, ,K e 63 Subc arrie rs Uplink Downlink Downlink 1200 … SRS Data DMRS Hình 3.9: Cấu trúc khung liệu Chịm tín hiệu thu sau giải mã có phân bổ công suất tối đa – tối thiểu phương pháp phân bổ đồng minh họa hình 3.10 3.11 Hình 3.10: Chịm tín hiệu thu khơng có điều khiển cơng suất Max-Min e 64 Hình 3.11: Chịm tín hiệu thu có điều khiển cơng suất Max-Min Có thể thấy chịm tín hiệu thu UE1 UE2 bị ảnh hưởng đáng kể nhiễu so với UE3 UE4 Trong khi có điều khiển cơng suất tối đa – tối thiểu, chịm tín hiệu thu UE1và UE2 cải thiện đáng kể Ở hình 3.11 biểu diễn tỉ số SINR người dùng từ chịm tín hiệu thu được, thấy tín hiệu UE1 UE4 cải thiện đáng kể sau khung liệu thứ Tỉ số tín hiệu nhiễu SINR người dùng trì e 65 24 22 20 SIN R 18 (dB) UE1 With Max-Min Power Allocation 16 UE2 UE3 UE4 14 UE5 UE6 12 UE7 UE8 10 Frame Index Hình 3.12: Tỉ số SINR Cuối hình 3.13 minh họa hiệu sử dụng phổ tối thiểu điều kiện có khơng có điều khiển cơng suất tối đa – tối thiểu Mỗi điểm Hình 3.13 tổng hợp trung bình từ 1000 lượt mơ mơ hình kênh Kết thấy rõ hiệu sử dụng phổ tối thiểu có điều khiển cơng suất tốt nhiều so với khơng có điều khiển cơng suất, cụ thể có điều khiển cơng suất, 95% người dùng đạt hiệu sử dụng phổ 2.25 bits/s/Hz khi khơng có điều khiển cơng suất, hiệu sử dụng phổ đạt bits/s/Hz cho người dùng CDF 0.9 0.8 0.7 Prob abilit 0.6 y 0.5 0.4 0.3 Equ Max- 0.2 al powe po r allocat wer allo ion cation 0.1 0.5 1.5 2.5 3.5 Hình 3.13: Hiệu sử dụng phổ tối thiểu e 4.5 66 3.6 Kết luận chương Trong nghiên cứu công nghệ sử dụng cho hệ thống thông tin di động tương lai, hệ thống đa ăng-ten cỡ lớn (MASSIVE MIMO) coi công nghệ đầy hứa hẹn cho hệ hệ thống thông tin di động 5G đem lại hiệu sử dụng phổ vượt trội so với công nghệ đa ăng-ten cũ Các hướng pháp triển kể đến xem xét tốn sử dụng tiền mã hóa tuyến tính khác tiền mã hóa trung bình bình phương tối thiểu (MMSE), tiền mã hóa tỉ số truyền tối đa (MRT), phát triển toán mơi trường có nhiễu đa cell e 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật định hướng đa búp sóng sử dụng mảng ăng ten cỡ lớn (MASSIVE MIMO), công nghệ then chốt mạng di động 5G Luận văn tóm tắt lợi ích cơng nghệ đem lại nhằm đáp ứng yêu cầu mạng 5G Kết đạt Chúng ta đạt búp sóng tối ưu cho hệ thống MIMO quy mơ lớn cách triển khai kết hợp định hướng đa búp sóng tương tự kỹ thuật số dải sóng mm kết hợp với thuật tốn tối ưu Các thuật tốn tối ưu thuật tốn thích ứng, chẳng hạn MVDR kết hợp hai thuật tốn, để ước tính xác DOA theo góc phương vị góc độ cao (2D-DOA) Việc triển khai định hướng đa búp sóng tối ưu cung cấp hiệu suất cao hệ thống MIMO quy mô lớn, đáp ứng yêu cầu hệ thống truyền thông không dây hệ Hướng phát triển Đây đề tài sâu rộng ứng dụng, nghiên cứu rộng rãi Trong tương lai có điều kiện em sâu vào tìm hiểu nghiên cứu sâu vấn đề cốt lõi định hướng đa búp sóng mạnh 5G nghiên cứu tìm giải pháp khắc phục thách thức hệ thống MIMO quy mô lớn ô nhiễm Pilot, bất lợi lan truyền sóng… e 68 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Safaai-Jazi, “A new formulation for the design of Chebyshev arrays,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 42, no 3, pp 439-443, March 1994 [2] S Teral, “5G best choice architecture IHS Markit Technology | White Paper,” 2019 [3] “Operator Requirements for 5G Core Connectivity Options - Future Networks,” Future Networks, 2019 [Online] Available: https://www.gsma.com/futurenetworks/wiki/operator-requirements-for-5g-coreconnectivity-options/ [4] Y Zhang, W He, W Hong and Z Song, “Flat topped radi-ation pattern synthesis based on FIR fifilter concept,” 2017 IEEE Asia Pacifific Microwave Conference (APMC), Kuala Lumpar, 2017, pp 751-754 [5] L J Gudino, S N Jagadeesha and J X Rodrigues, “A novel fifilter design for spatially interpolated beam-former,” 2008 International Symposium on Intelligent Sig-nal Processing and Communications Systems, Bangkok, pp 1-4, April 2009 [6] T N Le, A Pegatoquet, T Le Huy, L Lizzi and F Ferrero, “Improving Energy Efficiency of Mobile WSN Using Reconfigurable Directional Antennas,” IEEE Communications Letters, vol 20, no 6, pp 1243-1246, June 2016 [7] Michalopoulou A., E Koxias, F Lazarakis, T Zervos and A A Alexandridis, “Investigation of directional antennas effect on energy efficiency and reliability of the IEEE 802.15.4 standard in outdoor wireless sensor networks,” 2015 IEEE 15th [8] Zhang Weicheng and Chen Zengping, “Design of Frequency Invariant Wideband Beamformer with Real and Symmetric FIR Filters,” DESIDOC Defence Science Journal, vol 62, no 4, July 2012, pp 243-247, 2012 [9] S Bojanapally and R S Kshetrimayum, “A novel filter design for spatially interpolated beamformer,” 2008 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communications Systems, vol 24, No 2, pp 1-4, April 2009 [10] C Phongcharoenpanich, T Lertwiriyaprapa and M Krairiksh, “A comparative e 69 study of the discrete array pattern synthesis providing the tapered minor lobes,” IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Transmitting Waves of Progress to the Next Millennium Digest, Salt Lake City, UT, pp 12261229 vol.3, 2000 [11] N Gupta, “5G Technology and Requirement,” Medium, 30-Mar-2019.[Online] Available:https://medium.com/swlh/5g-technology-and-requiremen d163434a5c45 [12] D H Werner and A J Ferraro, “Cosine pattern synthesis for single and multiple main beam uniformly spaced linear arrays,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 37, no 11, pp 1480-1484, November 1989 [13] L J Gudino, S N Jagadeesha and J X Rodrigues, “A new filter design for uniform linear array,” 5th International Multi-Conference on Systems, Signals and Devices, 2008, pp 1-3, Amman [14] R Monzingo, and T Miller Introduction to adaptive arrays New York: Wiley Interscience, John Wiley & Sons, 1980 [15] Rohde & Schwarz GmbH & Co KG, “Millimeter-Wave Beamforming: Antenna Array Design Choices & Characterization,” Rohde-schwarz.com, 2016 [Online] Available:https://www.rohde-schwarz.com/fi/applications/millimeter wavebeamforming-antenna-array-design-choices-characterization-white paper_230854-325249.html [16] I Ahmed et al., "A Survey on Hybrid Beamforming Techniques in 5G: Architecture and System Model Perspectives," in IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 20, no 4, pp 3060-3097, Fourthquarter 2018 [17] H V Cheng, E Bjornson and E G Larsson, ”Optimal Pilot and Payload Power Control in Single-Cell Massive MIMO Systems,” in IEEE Transactions on Signal Processing, vol 65, no 9, pp 2363-2378, May1, 2017 [18] H Q Ngo, MASSIVE MIMO: Fundamental and System Design, Dissertation, Linköping University, Sweden, 2015 e 70 [19] H Yang and T L Marzetta, “A macro cellular wireless network with uniformly high user throughputs,” Proc 80th IEEE Vehicular Technology Conference, Sept 2014 [20] H V Cheng, E Bjornson and E G Larsson, Optimal Pilot andă Payload Power Control in Single-Cell Massive MIMO Systems,” in IEEE Transactions on Signal Processing, vol 65, no 9, pp 2363-2378, May1, 2017 [21] T Van Chien, E Bjornson and E G Larsson, Downlink power controlă for massive MIMO cellular systems with optimal user association,” 2016 IEEE International Conference on Communications (ICC), Kuala Lumpur, 2016, pp 1-6 [22] Hiep Nguyen, “Low Complexity Max-Min Uplink Power Control in Massive MIMO System with Experiment on Testbed” 2019 26th International Conference on Telecommunications (ICT), Hanoi, Vietnam, 2019 351 – 355 [23] 3GPP TS 36.211 V14.2.0 Release 14, LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation e ... NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Huy Gơ KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SĨNG TRONG HỆ THỐNG MASSIVE MIMO CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ... Anten MASSIVE MIMO 22 1.3 Kết luận chương 25 CHƯƠNG II KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG 27 2.1 Phân loại định hướng đa búp sóng 27 2.2 Định hướng đa búp sóng. .. chương trình cách kỹ thuật truyền dẫn mạng lõi ứng dụng công nghệ nano mạng 5G e 27 CHƯƠNG II KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG 2.1 Phân loại định hướng đa búp sóng Kỹ thuật đa búp sóng sử dụng ăng