Báo cáo tiểu luận kỹ thuật Điều khiển công suất trong mạng 5g

Việc sử dụng đúng kỹ thuật điều khiển công suất sẽ giúp hệ thống mạng 5G tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, giảm thiểu độ trễ, tăng tốc độ truyền dữ liệu và đảm bảo chất lượng dịch vụ c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

TRONG MẠNG 5G

Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông Mã số: 7510302

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Phúc Msv: 19810510134 Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Duy Phong

Hà Nội, 05/2023

i

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến khoa Điện tử viễn thông đã đưa môn học “Thông tin di động” vào trương trình giảng dạy Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên TS Phạm Duy Phong đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập vừa qua Trong thời gian tham gia lớp học Thông Tin

Di Động của thầy, chúng em đã có thêm cho mình nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức quý báu, là hành trang để chúng em có thể vững bước sau này

Bộ môn Thông Tin Di Động là môn học thú vị, vô cùng thực tiễn và có tính thực tế cao Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu thực tiễn của sinh viên Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế và khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều bỡ ngỡ Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn bài tiểu luận khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn chưa chính xác, kính mong thầy xem xét và góp ý để bài tiểu luận của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 5 năm 2023

SINH VIÊN

Nguyễn Văn Phúc

ii

NHẬN XÉT

(Của giảng viên hướng dẫn)

Hà Nội, ngày … tháng… năm 20…

GIẢNG VIÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ CƯƠNG TIỂU LUẬN Môn: Thông tin di động

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Phúc

Ngành đào tạo: CNKT Điện tử - Viễn thông Hệ đào tạo: Chính quy

1 Tên đề tài: Kỹ thuật điều khiển công suất trong mạng 5G

2 Sự cần thiết: Hệ thống mạng 5G có tốc độ cao, khả năng kết nối đa dạng và độ trễ thấp,

cùng với khả năng hỗ trợ số lượng lớn người dùng Tuy nhiên, để đạt được các tính năng này, hệ thống mạng 5G yêu cầu nhiều tài nguyên và cần được điều khiển một cách hiệu quả Việc sử dụng đúng kỹ thuật điều khiển công suất sẽ giúp hệ thống mạng 5G tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, giảm thiểu độ trễ, tăng tốc độ truyền dữ liệu và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng Kỹ thuật điều khiển công suất còn đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm điện từ Hệ thống mạng 5G sử dụng nhiều thiết bị kết nối không dây, trong đó các thiết bị này sử dụng năng lượng để truyền tải

dữ liệu Việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm điện từ, góp phần bảo vệ môi trường Bên cạnh đó, việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất còn giúp cải thiện kết nối và chất lượng dịch vụ cho người dùng Hệ thống mạng 5G cung cấp nhiều tính năng mới như tải xuống nhanh hơn, phản hồi nhanh hơn và trải nghiệm tốt hơn cho người dùng

3 Mục tiêu của tiểu luận: Nghiên cứu, phân tích và đánh giá vai trò của kỹ thuật điều

khiển công suất trong hệ thống mạng 5G, tìm hiểu các phương pháp và công nghệ điều khiển công suất hiện có, đánh giá tầm quan trọng và ảnh hưởng của việc áp dụng kỹ thuật này đến hiệu quả sử dụng tài nguyên, tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm điện từ và cải thiện kết nối và chất lượng dịch vụ cho người dùng

4 Nội dung chính của tiểu luận:

Chương 1: Mạng 5G và tổng quan về kỹ thuật điều khiển công suất

1.1 Giới thiệu về hệ thống mạng 5G

1.2 Khái niệm về kỹ thuật điều khiển công suất trong mạng 5G

Chương 2: Điều khiển công suất trong tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm điện từ

hệ thống mạng 5G

2.1 Tầm quan trọng của tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm điện từ trong mạng 5G

2.2 Các phương pháp và công nghệ điều khiển công suất để tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm điện từ

Chương 3: Điều khiển công suất cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ trong hệ thống mạng 5G

3.1 Tầm quan trọng của việc cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ trong mạng 5G

3.2 Các phương pháp và công nghệ điều khiển công suất cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ trong mạng 5G

Tài liệu tham khảo:

[1] Navigos Solutions, Tài liệu về mạng 5G, 2018

[2] Huawei, 5G-Advanced Technology Evolution from a Network Perspective, 2021 [3] Energy-Efficient Power Control: A Look at 5G Wireless Technologies, 2015

[4] Mikel Irazabal, Dr Elena Lopez-Aguilera and Dr Ilker Demirkol, Enhanced Quality of Service mechanisms for 5G networks, 2021

[5] Nguyễn Tiến Thành, Cấu trúc, đặc điểm và những thuận lợi, thách thức trong mạng di động 5G

5 Kết quả tiểu luận: Báo cáo tiểu luận

6 Thời gian làm tiểu luận: Từ 01/05/2023 đến 18/05/2023 Ngày nộp tiểu luận: 20/05/2023

Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2023

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TS.Phạm Duy Phong

SINH VIÊN

Nguyễn Văn Phúc

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TS Phạm Duy Phong

MỤC LỤC

MỤC LỤC 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: 2

1.1 .2

1.2 .2

1.2.1. 2

1.2.2. 3

1.3 .3

CHƯƠNG 2: 5

2.1 5

2.2 .5

2.3 .6

CHƯƠNG 3: 8

3.1 .8

3.1.1. 8

3.1.1.1 8

3.1.1.2 .8

3.1.1.3 .9

3.1.1.4 .10

3.1.2. 17

3.1.2.1 .17

3.1.2.2 .20

3.1.2.3 .22

a. 22

b. 23

3.2 .24

3.3 .26

26

26

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1

2

3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Bảng 3.2:

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1: Sơ đồ khối

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3 Cảm biến siêu âm HC-SR04

Hình 3.4 Hiệu suất thử nghiệm thực tế cảm biến siêu âm

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến siêu âm

Hình 3.6: Sơ đồ thời gian

Hình 3.7: Sơ đồ chân ESP

8266 Hình 3.8: Động cơ Servo

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi điện

áp Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý Relay

Hình 3.11: Máy bơm nước mini

Hình 3.12: Cảm biến siêu âm tầng hầm

Hình 3.13: Cảm biến siêu âm bể chứa

nước Hình 3.14: Kết nối bơm - rơle

Hình 3.15: Kết nối Servo

Hình 3.16: Đo kiểm điện áp hoạt động MCU

Hình 3.17: Đo kiểm điện áp hoạt động bơm

nước

Hình 3.18 a,b: Chạy chương trình kiểm tra chức năng sau code và ghép mạch Hình 3.19: Lưu đồ thuật toán hệ thống nhúng

Hình 3.20: Code xử lý ngập lụt tầng

hầm Hình 3.21: Code xử lý bể chứa

nước

Hình 3.22:

Hình 3.23:

MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ phát triển nhanh chóng, mạng di động đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta Từ việc truy cập internet, gửi tin nhắn, đến việc xem video trực tuyến và thực hiện các ứng dụng đa phương tiện, mạng di động đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền tải thông tin giữa các thiết bị và người dùng Trong thông tin di động, mạng 5G đã xuất hiện và đem lại nhiều tiềm năng cho việc cung cấp dịch vụ di động Mạng 5G không chỉ cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối hàng triệu thiết

bị cùng một lúc, mà còn mang đến những cải tiến đáng kể về hiệu suất và chất lượng dịch vụ Để đạt được những tiềm năng này, việc điều khiển công suất trong mạng 5G đóng vai trò quan trọng

Báo cáo tiểu luận này tập trung nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển công suất trong mạng 5G và tầm quan trọng của nó, các phương pháp, thuật toán và công nghệ điều khiển công suất để tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm điện từ, cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ trong mạng 5G

10

I GIỚI THiỆU

I.1 Mạng 5G và vai trò của điều khiển công suất

5G (5 Generation)-Thế hệ mạng di động thứ 5, là thế hệ tiếp theo củath công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G Mạng di động thế hệ 4G đã bao phủ trên rất nhiều quốc gia, tuy nhiên với sự bùng nổ của các thiết bị và dịch vụ di động không dây, vẫn còn một số thách thức mà 4G không thể đáp ứng được như khủng hoảng phổ tần và mức tiêu thụ năng lượng cao Do nhu cầu về tốc độ dữ liệu và tính di động để đáp ứng các dịch vụ mới, mạng di động thế hệ thứ năm - 5G đã được nghiện cứu, thử nghiệm và đã được triển khai thương mại hóa trên một số quốc gia từ năm 2020 như: Mỹ, Úc, Nhật Bản, Hàn Quốc

Theo lý thuyết, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 10 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn Mạng 5G sử dụng nhiều công nghệ tiên tiến như Công nghệ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), Công nghệ truy cập vô tuyến (mmWave), Công nghệ viễn thông sáng tạo (massive MIMO), và Công nghệ kỹ thuật phổ (Spectrum sharing) để cung cấp khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy

Nó cũng đảm bảo khả năng kết nối ổn định và liên tục khi di chuyển giữa các vùng phủ sóng

Năm 2020, Việt Nam trở thành nước thứ năm trên thế giới làm chủ công nghệ 5G, sản xuất được thiết bị hạ tầng 5G và sản xuất được điện thoại 5G Tháng 11/2020 ba nhà mạng lớn Viettel, MobiFone và VinaPhone đã công bố

kế hoạch bắt đầu thử nghiệm và triển khai thương mại hóa 5G tại các khu vực tỉnh, thành phố Việt Nam đặt mục tiêu phủ sóng 5G đến 25% dân số vào năm

2025

I.2 Mục đích của việc nghiên cứu về điều khiển công suất trong mạng 5G

Điều khiển công suất trong mạng 5G đóng vai trò then chốt để tối ưu hiệu suất truyền thông và tiêu thụ năng lượng hiệu quả Việc điều khiển công

11

suất đảm bảo rằng các thiết bị hoạt động ở mức công suất phù hợp nhất để đạt hiệu suất truyền thông cao trong điều kiện hoạt động hiện tại của nhà mạng, đáp ứng như cầu người dùng Đồng thời, nó cũng giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng không cần thiết, góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tác hại của sóng điện từ

I.3 Các câu hỏi nghiên cứu và phạm vi của tiểu luận

Các câu hỏi nghiên cứu chính bao gồm:

 Các nguyên tắc và mục tiêu của điều khiển công suất trong mạng 5G?

 Các phương pháp và thuật toán được sử dụng để quản lý và điều chỉnh công suất truyền tải dữ liệu?

 Ứng dụng và lợi ích của điều khiển công suất trong mạng 5G?

 Những thách thức hiện tại và tương lai trong việc điều khiển công suất trong mạng 5G?

Phạm vi của tiểu luận sẽ tập trung vào việc nghiên cứu các khái niệm, phương pháp và ứng dụng của điều khiển công suất trong mạng 5G Chúng ta

sẽ xem xét các phương pháp truyền thống như điều khiển công suất tĩnh, điều khiển công suất động, phương pháp tối ưu hóa tiến hóa và tối ưu hóa đa mục tiêu Ngoài ra, chúng ta cũng sẽ khám phá các thuật toán thông minh và học máy như học tăng cường, mạng nơ-ron nhân tạo và học sâu, được áp dụng trong việc điều khiển công suất trong mạng 5G

II Cơ sở lý thuyết về điều khiển công suất trong mạng 5G

II.1 Khái niệm điều khiển công suất trong mạng 5G

Trong mạng 5G, điều khiển công suất là quá trình điều chỉnh công suất truyền tải của các thiết bị và cơ sở hạ tầng trong hệ thống mạng 5G nhằm tối

ưu hóa khả năng truyền tải để đảm bảo chất lượng dịch vụ cao và đồng thời giảm thiểu tiêu thụ năng lượng không cần thiết

Điều khiển công suất trong mạng 5G có thể được thực hiện ở nhiều cấp

độ khác nhau, bao gồm:

12

Điều khiển công suất tại thiết bị di động: Các thiết bị di động có khả năng điều chỉnh công suất truyền tải của mình để thích ứng với điều kiện kênh truyền và yêu cầu dịch vụ Điều này giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên mạng

và tiết kiệm năng lượng

Điều khiển công suất tại cơ sở hạ tầng mạng: Các cơ sở hạ tầng mạng (ví dụ: trạm gốc, trạm cơ sở) có khả năng điều chỉnh công suất truyền tải để đáp ứng yêu cầu của các thiết bị di động và cải thiện chất lượng dịch vụ, bao gồm việc xác định các thông số công suất tối ưu, quản lý tài nguyên mạng và tối

ưu hóa cấu trúc mạng

Điều khiển công suất tại mức hệ thống: Ở mức hệ thống, điều khiển công suất nhằm tối ưu hóa toàn bộ mạng 5G, bao gồm cả các cơ sở hạ tầng và thiết

bị Quá trình này có thể bao gồm việc phân bổ tài nguyên, quản lý tần số, lập lịch truyền tải và tối ưu hóa mạng để đảm bảo hiệu suất truyền thông tối đa và tiêu thụ năng lượng tối thiểu

Điều khiển công suất trong mạng 5G đòi hỏi sự kết hợp giữa các thuật toán truyền thống và các thuật toán thông minh dựa trên học máy Phân tích

và mô hình hóa vấn đề điều khiển công suất, cùng với sự phát triển và áp dụng các phương pháp và thuật toán điều khiển công suất, là các khía cạnh quan trọng trong nghiên cứu về điều khiển công suất trong mạng 5G

II.2 Nguyên tắc của điều khiển công suất trong mạng 5G

Điều khiển công suất trong mạng 5G cần đạt được sự cân bằng giữa việc nâng cao hiệu suất truyền thông và giảm tiêu thụ năng lượng Điều khiển công suất nhằm đảm bảo rằng công suất truyền tải được sử dụng một cách hiệu quả, từ đó cải thiện chất lượng dịch vụ và tiết kiệm năng lượng

Các nguyên tắc quan trọng của điều khiển công suất trong mạng 5G: Tối ưu hóa công suất truyền tải: Nguyên tắc này đặt ra mục tiêu tối ưu hóa công suất truyền tải để đạt được hiệu suất truyền thông tối đa Điều này đòi hỏi việc điều chỉnh công suất truyền tải của các thiết bị và cơ sở hạ tầng

13

mạng một cách phù hợp để đáp ứng yêu cầu dịch vụ và điều kiện mạng cụ thể

Quản lý tài nguyên mạng: bao gồm tần số, băng thông và công suất Quản lý tài nguyên mạng đảm bảo sự phân bổ hợp lý của các tài nguyên để đáp ứng nhu cầu truyền thông và đồng thời giảm thiểu tiêu thụ năng lượng không cần thiết

Tích hợp thông tin kênh truyền: Để điều khiển công suất hiệu quả, thông tin về trạng thái kênh truyền (ví dụ: mức độ mất mát tín hiệu, độ trễ, nhiễu) cần được tích hợp và sử dụng Việc này giúp điều chỉnh công suất truyền tải

để tận dụng tối đa khả năng của kênh truyền và đảm bảo chất lượng truyền thông

Thích ứng và đáp ứng thời gian thực: Mạng 5G yêu cầu điều khiển công suất có khả năng thích ứng và đáp ứng thời gian thực, tức là có khả năng điều chỉnh công suất truyền tải một cách nhanh chóng và linh hoạt để đáp ứng sự biến đổi trong môi trường mạng và yêu cầu dịch vụ của người dùng

II.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến điều khiển công suất trong mạng 5G

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều khiển công suất trong mạng 5G bao gồm:

Điều kiện kênh truyền: Tín hiệu trong mạng 5G phải trải qua nhiều kênh truyền khác nhau, điều khiển công suất phải thích ứng với các thay đổi trong điều kiện kênh như mất mát tín hiệu, độ trễ và nhiễu

Cấu trúc mạng: Sự phức tạp của mạng 5G với nhiều thiết bị kết nối và điểm truy cập đòi hỏi việc điều khiển công suất một cách linh hoạt và hiệu quả

Yêu cầu dịch vụ: Với các dịch vụ khác nhau như truyền video, truyền thông giọng nói và truyền dữ liệu đòi hỏi các mức công suất truyền tải khác nhau Điều khiển công suất phải đáp ứng các yêu cầu này một cách hiệu quả

14

Tiêu chuẩn và quy định : Các tiêu chuẩn và quy định về công suất truyền tải trong mạng 5G cũng ảnh hưởng đến quá trình điều khiển công suất và đảm bảo tuân thủ các quy định liên quan đến bức xạ và tiêu thụ năng lượng Trên cơ sở lý thuyết về điều khiển công suất trong mạng 5G, chúng ta có thể tiếp tục vào phần III để tìm hiểu về các phương pháp và thuật toán điều khiển công suất trong mạng 5G

III Các phương pháp và thuật toán điều khiển công suất trong mạng 5G

A Phân tích và mô hình hóa vấn đề điều khiển công suất trong mạng 5G

B Các phương pháp truyền thống và tiến hóa trong điều khiển công suất

C Các thuật toán thông minh và học máy áp dụng trong điều khiển công suất

IV Ứng dụng và lợi ích của điều khiển công suất trong mạng 5G

A Tối ưu hóa hiệu suất truyền thông và tiêu thụ năng lượng

B Cải thiện khả năng kết nối và chất lượng dịch vụ cho người dùng

C Tiềm năng tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường

V Thách thức và hướng phát triển trong điều khiển công suất trong mạng 5G

A Vấn đề đa dạng và phức tạp trong môi trường mạng 5G

B Thách thức về tính toán và khả năng thực thi thuật toán điều khiển công suất

C Hướng phát triển tiềm năng và nghiên cứu trong điều khiển công suất

15