Tổng quan công nghệ 5G

A.TÓM TẮT1.Giới thiệu chung:2.Millimeter Waves2.1.Tổng quan2.2.Thách thức của sóng mmWave2.3.Gỉai pháp cho mmWave3.Small cell3.1.Tổng quan3.2.Tại sao phải dùng small cell?3.3.Các loại small cell và mô hình triển khai3.4.Backhaul problem (Tới ưu chi phí và kỷ thuật)173.5.Ưu điểm3.6.Bất lợi4.Massive MIMO4.1.Tổng quan4.2.Massive MIMO là gì?4.3.Massive MIMO hoạt động thế nào?4.3.1.Ước lượng kênh (channel estimation)4.3.2.Uplink Data Transmission4.3.3.Downlink Data Transmission4.4.Tại sao phải dùng Massive MIMO4.5.Thách thức của massive MIMO:4.5.1.“Ô nhiễm” pilot (pilot contamination)4.5.2.Môi trường truyền không thuận lợi5.Beamforming6.Full Duplex

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIÊN TỬ Bộ Môn Viễn Thông Môn: THÔNG TIN VÔ TUYẾN TIỂU LUẬN GVHD: TS Hà Hoàng Kha SVTH: Trương Trần Thúy Nga - 1670326 Nguyễn Trần Thanh Lâm- 1570635 TP.HCM Tháng 05/2017 1|Trang TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 5G 2|Trang MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH .6 1.Millimeter Waves .8 2.1.Tổng quan 2.Small cell 15 3.1.Tổng quan 15 3.2.Tại phải dùng small cell? 16 3.3.Các loại small cell mô hình triển khai 16 3.4.Backhaul problem (Tới ưu chi phí kỷ thuật) .17 3.5.Ưu điểm 17 3.6.Bất lợi 17 3.7 Mô MMW phần mềm NYUSIM 18 3.7.1 Giao diện 18 3.7.2 Ý nghĩa thông số: .19 4.Massive MIMO .24 4.1.Tổng quan 24 4.2.Massive MIMO gì? 25 4.3.Massive MIMO hoạt động nào? 27 1.1.Ước lượng kênh (channel estimation) 27 1.2.Uplink Data Transmission 28 1.3.Downlink Data Transmission 28 4.4.Tại phải dùng Massive MIMO 28 4.5.Thách thức massive MIMO: .29 1.1.“Ô nhiễm” pilot (pilot contamination) 29 1.2.Môi trường truyền không thuận lợi 29 3|Trang 1.Beamforming 30 2.Full Duplex .35 3.Kết luận 35 4.Tài liệu tham khảo: 36 4|Trang DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AOA Angles of arriva AOD Angles of departure BMW Beam Widening BS Base Station GCS Ground Control Station ITU International Telegraph Union LOS Line Of Sight LTE Long Term Evolution MIMO Multiple-Input and Multiple-Output MPC Multipath Component MS Mobile Station PBCH Physical Broadcast Channel RF Radio Frequency RRC Radio Resource Control SDMA Signal to Noise Ratio SDMA Spatial Division Multiple Access SNR Signal-to-Noise Ratio 5|Trang DANH MỤC HÌNH 6|Trang T A TÓM TẮT rong tiểu luận nhóm tìm hiểu mạng 5G thức hoạt động, nhu cầu sử dụng mạng 5G tương lai, vấn đề liên quan khác, song song nhóm tham khảo số báo trao đổi diễn đàn, đồng thời sử dụng lý thuyết tản sách A Goldsmith, Wireless Communications, Cambridge University Press, 2005 Mục tiêu nhóm không thực đầy đủ yêu cầu đề tài, hiểu rõ nội dung vấn đề cần thực mà thêm vào thể cách cô đọng đầy đủ nội dung vấn đề cần nghiên cứu để tiểu luận trở thành tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu trở sau nhóm Mặc dù cố gắng dành phần lớn thời gian cho việc nghiên cứu môn học nhiên số hạn chế định mặt kiến thức thời gian tiếp thu lĩnh vực so với thực tiễn nên tránh việc số vấn đề xảy sai sót, hay cách nhìn nhận có phần chủ quan, thiếu sót Rất mong nhận góp ý chân thành Thầy Qua tiểu luận nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS Hà Hoàng Kha học đầy tính thực tiễn k i ế n t h ứ c hiểu biết sâu rộng Thầy thông tin vô tuyến Trân trọng cảm ơn, 7|Trang Giới thiệu chung Người dùng di động ngày muốn tốc độ liệu nhanh dịch vụ đáng tin cậy Thế hệ (next generation) mạng không dây – 5G – hứa hẹn mang lại mong muốn nhiều Với 5G, người dùng tải xuống phim HD khoảng thời gian 1s (một nhiệm vụ 10 phút dùng 4G LTE) Các kỹ sư vô tuyến cho biết rằng, 5G thúc đẩy phát triển công nghệ phương tiện giao thông tự hành (autonomous vihicles), thực tế ảo (virtual reality) Internet of Things Nếu việc suôn sẻ, công ty viễn thông hy vọng mắt mạng 5G thương mại vào năm 2020 Ngay bây giờ, 5G giai đoạn lập kế hoạch, công ty nhóm ngành công nghiệp làm việc để tìm mô hình xác Nhưng tất đồng ý vấn đề: số lượng người dùng di động nhu cầu liệu tăng, 5G phải xử lý nhiều lưu lượng truy cập tốc độ cao nhiều so với base station tạo thành mạng di động ngày Để đạt điều này, kỹ sư vô tuyến thiết kế tập hợp công nghệ hoàn toàn Các công nghệ cung cấp liệu với thời gian trễ mili giây (so với 70 ms mạng 4G nay) mang lại tốc độ download tối đa 20Gbps (so với 1Gpbs 4G) cho người dùng Hiện tại, chưa rõ ràng công nghệ áp dụng nhiều cho 5G lâu dài, vài ưa thích bắt đầu xuất bao gồm: millimeter waves, small cells, massive MIMO, full – duplex beamforming Để hiểu 5G khác 4G ngày nay, qua công nghệ xem xét công nghệ có ý nghĩa người dùng vô tuyến Millimeter Waves 2.1 Tổng quan Những tần số dùng thông tin di động giống mảnh đất màu mỡ nhiều người thèm muốn Vì công ty viễn thông phải liên tục chạy đua để mua tần số với giá lên đến hàng chục tỷ đô-la chúng mảnh nhỏ dải tần số điện từ Đó ngành công nghiệp di động, trải qua bốn thập kỷ tồn tại, phụ thuộc hoàn toàn vào dải tần số biết đến tên gọi “sóng siêu cao tần” (ultrahigh frequency band) vốn có băng thông vào khoảng 1% toàn dải tần phép sử dụng Các kỹ sư vô tuyến xem dải tần số khoảng từ 300 MHz đến GHz “thiên đường” cho công nghệ mạng di động Bước sóng dải tần đủ ngắn để dùng 8|Trang ăng-ten nhỏ nằm gọn thiết bị cầm tay đủ dài để vòng qua xuyên qua vật cản nhà cửa cối Ngay phát công suất thấp, tín hiệu truyền cách đáng tin cậy khoảng cách xa hàng số môi trường nào, trung tâm thành phố lớn hay cánh đồng trải dài Vấn đề xảy cho dù công ty viễn thông có sẵn lòng chi trả đến cho dải tần số này, họ không đáp ứng đủ nhu cầu băng thông để dùng Việc sử dụng điện thoại thông minh máy tính bảng gia tăng nhanh chóng, người sử dụng duyệt web, xem phim, chia sẻ ảnh di chuyển dẫn đến lượng liệu truyền tải qua sóng vô tuyến trở nên nhiều hết Lưu lượng thông tin di động toàn giới tăng gấp đôi sau năm, theo báo cáo từ Cisco Ericsson, việc gia tăng theo cấp số nhân tiếp diễn tương lai Đến năm 2020, người sử dụng thiết bị di động thông thường tải xuống khoảng TB liệu năm—tương đương với khoảng 1000 phim dài Các nhóm xây dựng tiêu chuẩn truyền thông không dây làm đủ kiểu để tăng dung lượng cho mạng di động hệ thứ tư (4G) theo chuẩn LTE ngày nay, bao gồm cách sử dụng nhiều ăng-ten, chia nhỏ ô thu phát sóng (cell), phối hợp thiết bị cách thông minh Nhưng giải pháp chẳng thể giải gia tăng lưu lượng liệu sau bốn đến sáu năm Có cách để giải vấn đề cần truyền tín hiệu dải tần số hoàn toàn mà chưa dược sử dụng cho dịch vụ di động trước Đó lý nhà cung cấp thử nghiệm việc broadcast sóng millimeter (millimeter waves), sử dụng tần số cao tần số vô tuyến từ lâu sử dụng cho điện thoại động Các chuyên gia lĩnh vực đồng ý công nghệ di động hệ thứ năm (5G) phải có mặt vào cuối thập kỷ Millimeter waves phát sóng tần số 30 đến 300GHz, so với tần 6GHz sử dụng cho thiết bị động khứ Chúng gọi millimeter waves có chiều dài khác từ đến 10 mm, so với sóng vô tuyến phụ vụ điện thoại thông minh nay, với chiều dài đo khoảng 10cm Theo định nghĩa Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU), dải tần số millimeterwave, gọi dải tần số siêu cao, dải tần số từ 30 đến 300 GHz Tuy nhiên, bao gồm phần lớn tần số nằm dải tần số cực cao, khoảng từ 10 đến 30 GHz, tín hiệu tần số lan truyền với đặc tính tương tự tín hiệu millimeter wave Các nhà nghiên cứu dự đoán 9|Trang nhà mạng dành đến 100 GHz băng thông dải tần cho thông tin di động—nghĩa 100 lần so với lượng băng thông mà mạng di động có ngày hôm Bằng cách khai thác dải tần này, công ty viễn thông cung cấp cho người tiêu dùng dung lượng liệu lớn gấp hàng trăm lần so với 4G LTE cho phép tải liệu xuống với tốc độ hàng chục Gb/s với mức giá thấp Cho đến nay, có nhà khai thác vệ tinh hệ thống radar sử dụng millimeter waves cho ứng dụng thực Bây giờ, số nhà cung cấp di động bắt đầu sử dụng chúng để gửi liệu điểm tĩnh, chẳng hạn hai base station Nhưng sử dụng sóng millimet để kết nối người dùng di động base station gần cách tiếp cận hoàn toàn Một trở ngại lớn millimeter wave chúng qua tòa nhà cách dễ dàng bị hấp thụ tán mưa Đó lý nhà mạng 5G làm tăng thêm tháp di động truyền thống công nghệ khác, gọi small cells 2.2 Thách thức sóng mm-Wave Tuy tiềm sóng mmWave lớn việc phát triển xu tất yếu công ty viễn thông chưa thể sử dụng thiết bị thu phát sóng, mạch điện RF hệ thống ăng-ten tần số millimeter-wave tốn tần số việc truyền tín hiệu trạm thu phát thiết bị di động truyền thống không tốt Thêm vào ngành công nghiệp bán dẫn khả mặt kỹ thuật đủ nhu cầu từ thị trường để tạo linh kiện điện tử, loại dành cho người tiêu dùng phổ thông, đủ nhanh để hoạt động tần số millimeter-wave Điều lo ngại lớn tín hiệu millimeter-wave bị hấp thụ phân tán không khí, mưa, cối không xuyên vào bên nhà Do gần hai thập kỷ, dải tần khổng lồ chưa sử dụng Ta thấy mức suy hao sóng mmWave nhiều khoảng cách phát không cao Vì tiềm sóng mmWave mang lại lớn trở ngại không nhỏ 2.3 Gỉai pháp cho mmWave Một phần nhờ vào Luật Moore xây dựng Gordon Moore - sáng lập viên tập đoàn sản xuất chip máy tính tiếng Intel Định luật ban đầu phát biểu sau: "Số lượng transistor đơn vị inch vuông tăng lên gấp đôi sau năm." (1 inch vuông xấp xỉ 6,45 cm²) 10 | T r a n g 3.7.2.3 Kết 22 | T r a n g 23 | T r a n g Massive MIMO 4.1 Tổng quan Các base station 4G có 12 port cho anten xử lý tất lưu lượng di động: port phát port thu Nhưng 5G base station hỗ trợ khoảng 100 port, có nghĩa nhiều anten vừa single array Khả nghĩa base station gửi nhận tín hiệu từ nhiều người dùng lúc, tăng dung lượng mạng động lên 22 lần cao Công nghệ gọi massive MIMO Tất bắt đầu với MIMO, có nghĩa multi-input multi-output MIMO mô tả wireless system sử dụng hai hay nhiều máy phát máy thu để gửi nhận liệu nhiều lúc Massive MIMO đưa khái niệm lên tầm cao cách đưa hàng chục anten array MIMO tìm thấy số 4G base station Nhưng nay, masssive MIMO thử nghiệm phòng thí nghiệm vài thử 24 | T r a n g nghiệm thực địa Trong thử nghiệm ban đầu, lập kỷ lục hiểu phổ tần (spectrum efficiency), thước số lượng bit liệu truyền cho số lượng người dùng định giây Massive MIMO hứa hẹn cho tương lai 5G Tuy nhiên, lắp đặt thêm nhiều anten để xử lý lưu lượng di động gây nhiễu (interference) nhiều tín chéo (signal cross) Hình số cấu hình anten mô hình triển khai cho massive MIMO base station 4.2 Massive MIMO gì? Massive MIMO dạng MU-MIMO với số lượng anten base station số lượng người dùng lớn Trong Massive MIMO, hàng trăm hàng ngàn anten base station phục vụ hàng chục hàng trăm người dùng dải tần số Một số điểm massive MIMO là: - TDD (Time Division Duplexing): với FDD (frequency division duplexing) ước lượng kênh (channel estimation) phụ thuộc vào số lượng anten base 25 | T r a n g station, M Ngược lại, với TDD, ước lượng kênh độc lập với M Trong massive MIMO, M lớn, đó, TDD thích hợp Ví dụ, giả sử khoảng cách liên kết T = 200 symbols (tương ứng với băng thông 200kHz thời gian kết nối ms Thì, hệ thống FDD, số lượng anten base station số lượng người dùng (K) bị hạn chế M + K < 200, với hệ thống TDD, giới hạn cho M K 2K < 200 Hình cho thấy vùng khả thi (M, K) hệ thống FDD TDD Chúng ta thấy vùng FDD nhỏ nhiều so với vùng TDD Với TDD, thêm nhiều anten không ảnh hưởng đến nguồn lực cần thiết cho việc ước lượng kênh Hình Vùng khả thi (M, K) hệ thống TDD FDD, cho khoảng liên kết 200 symbol - Linear processing: số lượng anten base station số lượng người dùng lớn, việc xử lý tín hiệu đầu cuối phải đối phó với ma trận/ vector có số chiều lớn Do đó, xử lý tín hiệu đơn giản lợi Trong massive MIMO, linear processing (linear combing scheme với uplink linear precoing schemes downlink) gần tối ưu 26 | T r a n g - - - - Favorable propagation: có nghĩa ma trận kênh (channel matrix) base station antenna array user dễ điều khiển Trong massive MIMO, số điều kiện, tính chất favorable propagation giữ số lượng lớn Massive base station antenna array không lớn mặt vật lý Ví dụ, xem xét mảng anten hình trụ, có vòng tròn, bao gồm 16 anten phân cực kép Ở tần số 2.6 GHz, khoảng cách anten liền kề khoảng cm, ½ bước sóng, đo mảng chiếm diện tích vật lý 28cm * 29 cm Massive MIMO mở rộng: massive MIMO, base station học thông tin kênh thông qua uplink training, TDD operation Thời gian cần thiết để ước lượng kênh độc lập với số lượng anten base station Vì vậy, số lượng anten base station thực lớn mong muốn không làm gia tăng chi phí ước lượng kênh Hơn nữa, xử lý tín hiệu người dùng đơn giản không phụ thuộc vào tồn người dùng khác, nghĩa không xử lý tín ghép kênh phân kênh thực người dùng Thêm loại bỏ người dùng khỏi dịch vụ không ảnh hưởng đến hoạt động người dùng khác Tất việc phức tạp base station 4.3 Massive MIMO hoạt động nào? Trong Massive MIMO, họa động TDD thích hợp Trong khoảng phù hợp, có hoạt động: - Ước lượng kênh (bao gồm uplink training downlink training) Truyền liệu uplink (Uplink data transmission) Truyền liệu downlink (Downlink data transmission) 1.1 Ước lượng kênh (channel estimation) Base station cần CSI để phát (detect) tín hiệu truyền từ user uplink precode tín hiệu downlink 27 | T r a n g CSI thu thông qua uplink training Mỗi user gán chuỗi pilot trực giao, gửi chuỗi pilot đến base station Base station biết tất chuỗi pilot truyền từ user, sau ước lượng kênh dựa tín hiệu pilot nhận Hơn nữa, người dùng cần phần thông tin CSI để phát signal truyền từ base station Thông tin thu thập thông qua downlink training vài thuật toán blind channel estimation Bởi base station sử dụng kỹ thuật linear precoding, phát tín hiệu cho người dùng, người dùng cần đạt độ lợi kênh (mô số vô hướng) để phát tín hiệu mong muốn Vì vậy, base station dành thời gian ngắn để phát pilots downlink chuyển CSI cho người dùng 1.2 Uplink Data Transmission Một phần coherence interval sử dụng cho việc truyền liệu uplink Trong uplink, tất K user truyền liệu họ đến base station tài nguyên tần số - thời gian (time frequency resource) Base station sử dụng ước lượng kênh với kỹ thuật linear combining để phát tín hiệu truyền từ tất user 1.3 Downlink Data Transmission Trong downlink, base station truyền tín hiệu tới tất K user tài nguyên thời gian – tần số Cụ thê base station sử dụng ước lượng kênh kết hợp với ký hiệu dành cho K user để tạo tính hiệu precoded sau đưa tới M anten 4.4 Tại phải dùng Massive MIMO Nhu cầu thông tin di động, độ tin truyền thông độ người dùng tăng Trong tương lai, công nghệ đòi hỏi giao tiếp không dây phục vụ đồng thời với thông lượng cao Massive MIMO đáp ứng yêu cầu Hãy xem xét uplink transmission (các đối số tương tự sử dụng cho downlink transmission) Trong điều kiện truyền sóng thuận lợi (các channel vector user base station trực giao đôi), tổng dung lượng uplink transmission là: Csum = log det ( I K + pu MI K ) = K log ( + Mpu ) Với: K multiplexing gain, M array gain Chúng ta thấy rằng, có hiệu suất phổ hiệu lượng M K lớn Nếu gia tăng công suất phát thiết 28 | T r a n g bị đầu cuối, cách tăng K M, đồng thời phục vụ nhiều người dùng băng tần Đồng thời thông lượng (throughput) cho người dũng tăng lên Hơn nữa, cách tăng gấp đôi số lượng anten base station, giảm công suất phát 3dB, trì chất lượng dịch vụ ban đầu Các độ lợi (multiplexing gain array gain) thu điều kiện truyền sóng thuận lợi xử lý tối ưu base station Một câu hỏi đặt là: Liệu đội lợi có cách sử dụng linear processing? Một câu hỏi khác là: không sử dụng point-to-point MIMO truyền thống với số chiều thấp với phương pháp điều chế phức tạp thay Massive MIMO với linear processing đơn giản? Trong Massive MIMO, số lượng anten base station lớn, luật số lượng lớn (law of large numbers), kênh xem tốt Kết linear processing gần tối ưu Multiplexing gain array gain thu linear processing đơn giản Ngoài ra, cách tăng số lượng anten base station số lượng user, đồng thời tăng thông lượng 4.5 Thách thức massive MIMO: Bất chấp lợi to lớn Massive MIMO, nhiều vấn đề cần phải giải Những thách thức Massive MIMO liệt kệ sau: 1.1 “Ô nhiễm” pilot (pilot contamination) Trong phần trước, xem xét trình cell setup Tuy nhiên, mạng di động thực tế lại bao gồm nhiều cell Do hạn chế dải tần số, nhiều tế bào phải chia sẻ nguồn tài nguyên thời gian – tần số Vì thiết lập cho multi-cell nên xem xét Trong hệ thống multi-cell, định trình tự gán pilot trực giao cho tất người dùng tất cell, hạn chế khoảng cách liên kết kênh (channel coherence interval) Các chuỗi pilot trực giao phải tài sử dụng từ cell đến cell khác Do đó, ước lượng kênh thu cell bị “ô nhiễm” việc truyền pilot cell khác Ảnh hưởng làm giảm hiệu hệ thống lạn hạn chế chủ yếu Massive MIMO 1.2 Môi trường truyền không thuận lợi Massive MIMO hoạt động tốt môi trường truyền thuận lợi Tuy nhiên, thực tế, môi trường tuyền mà kênh không thuận lợi Ví dụ, môi trường truyền mà số lượng vật tán xạ (scatterers) nhỏ so với số người sử dụng, kênh xem không thuận lợi Một khả để giải vấn đề phân phối anten base station diện tích lớn 29 | T r a n g Beamforming Beamforming kỹ thuật sử dụng dãy anten (antena array) để hướng búp phát sóng (radio beam) anten phát hướng định (hướng thiết bị thu mobile) Beamforming sử dụng hai máy phát (TxBF) người nhận hay máy thu (RxBF) nhằm làm tăng tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) tăng độ lợi việc truyền nhận vô tuyến đồng thời giảm thiểu suy hao kênh truyền Khoảng anten array bé 1/2 bước sóng (wavelength) Kỹ thuật gọi kỹ thuật anten thông minh (smart antena), dùng hệ thống SDMA (space division multi access) nhằm tăng độ lợi anten phát giảm can nhiễu (interference) user cell Người ta sử dụng kỹ thuật beamforming đa luồng nhằm mục đích tối ưu hóa tín hiệu cho tất anten thu tín hiệu Beamforming cho phép bắn chùm sóng đến mục tiêu với hiệu suất tốt nhất, giảm nhiễu lãng phí trình truyền tải Điều giúp cải thiện việc sử dụng băng thông tăng phạm vi phủ sóng cho mạng không dây, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh, âm nhu cầu truyền liệu khác cần đến băng thông cao độ trễ thấp Ngược lại với kỹ thuật beamforming, kỹ thuật phân cực space-time multi-anten space-time block codes, space-time trellis codes lại đòi hỏi khoảng cách anten phải lớn tối thiểu 1/2 bước sóng nhằm đảm bảo độc lập hệ số kênh truyền anten Các kỹ thuật sử dụng anten đa hướng (omni-anten) để phát sóng tín hiệu hoàn toàn độ lợi anten phát Hình Mô tả kỹ thuật có Beamforming Beamforming Beamforming mang lại hứa hẹn tuyệt vời cho việc anten có độ hướng tính cao theo hướng khác để thu thập phản xạ tán xạ tự vật cản tạo 30 | T r a n g hiệu suất tín hiệu tối đa Beamforming zero-forcung (ZFBF) sử dụng vòng lặp kín SM xem loại BF, phương pháp đơn giản tìm cách hình thành chùm anten làm giảm tín hiệu hướng không mong muốn cách trực giao ma trận kênh (ma trận H) mà không cần tối ưa hóa lượng anten xạ theo hướng mong muốn cụ thể Có thể nói Beamforming hệ thống báo hiệu lưu lượng (traffic – signaling) cho base station di động xác định đường hiệu cho người cụ thể giảm can nhiễu cho người dùng gần trình Tùy theo tình hình công nghệ, có số cách để mạng 5G thực Beamforming giúp massive MIMO array sử dụng hiệu khoảng tần số xung quanh chúng Thách thức massive MIMO giảm nhiễu truyền tải nhiều thông tin từ nhiều anten lúc Tại massive MIMO base station, thuật toán xử lý tín hiệu vẽ tuyến đường truyền tốt qua không khí đến người dùng Sau đó, họ gửi gói liệu nhân theo nhiều hướng khác nhau, tránh chúng khỏi tòa nhà vật thể khác môn hình Bằng cách dàn dựng chuyển động gói tin thời gian đến, beamforming cho phép nhiều người dùng anten massive MIMO lớn để trao đổi nhiều thông tin lúc Đối với millimeter waves, beamforming chủ yếu sử dụng để giải loạt vấn đề khác nhau: tín hiệu di động dễ dàng bị chặn vật thể có xu hướng yếu khoảng cách dài Trong trường hợp này, beamforming giúp cách tập trung tín hiệu chùm tia tập trung theo hướng người sử dụng, thay phát sóng theo nhiều hướng lúc Cách tiếp cận tăng cường hội tín hiệu đến nguyên vẹn giản can nhiễu người khác Bên cạnh việc tăng tốc độ liệu cách broadcast millimeter waves nâng cao hiểu phổ tầng với massive MIMO, kỹ sư viễn thông cố gắng để đạt công suất cao độ trễ thấp cần thiết cho 5G thông qua công nghệ gọi full – duplex, thay đổi cách anten phân phối nhận liệu Một số kiến trúc BF thể hình 6.3 Analog BF bao gồm chuỗi RF đơn với (Nx x Nz) để tập trung tăng BF theo hướng đường dẫn kênh truyền Digital BF đòi hỏi (Nx x Nz) RF chuỗi (một cho phần tử anten), BF phần tử áp dụng kỹ thuật số để kết hợp tốt kênh phân tán cho kích thước anten định trước 31 | T r a n g Hình Một mảng gồm 64 ăng-ten tí hon, phận chủ chốt thu phát millimeter-wave dùng phiên thử nghiệm công nghệ không dây Samsung Trong vùng phủ sóng: hình 6.2 Một mảng gồm 64 ăng-ten tí hon, có kích thước cỡ viên thuốc aspirin, phận chủ chốt thu phát millimeterwave dùng phiên thử nghiệm công nghệ không dây Samsung Tín hiệu từ ăng-ten định hướng nhờ dịch pha (phase shifter) để tạo thành tia (beam) liệu Dữ liệu dạng analog chuyển thành dạng digital để có khả điều khiển cách xác phần mảng ăng-ten cho phép sử dụng kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing)—còn biết tên gọi MIMO (Muiltiple Input Multiple Output) —để phân chia tia liệu Điều đem đến cho công ty viễn thông khả gửi thông tin đồng thời đến nhiều thiết bị hướng nhiều tia đến thiết bị để tăng tốc độ tải liệu 32 | T r a n g Hình Các kiến trúc BF Trong Beamforming có khái niệm tầm nhìn cụ thể: 33 | T r a n g Hình Ba tầm nhìn beamforming LOS (Line of Sight) nghĩa tầm nhìn thẳng Khi anten thu anten phát nhìn thấy mà không bị vật làm cản trở Nhưng thực tế, giải vấn đề truyền thông vô tuyến, hay nhắc đến vùng Fresnel Khi có vài vật cản trở nhỏ vào vùng Fresnel mà không cản trở đến tầm nhìn thẳng thu phát, ta gọi nLOS (near Line of Sight), dĩ nhiên có suy giảm định hiệu suất tín hiệu, tùy thuộc vào độ lấn sâu vật cản vùng Fresnel, liên kết vô tuyến hoạt động mức chấp nhận với nLOS Vì anten nhìn thấy nhau, chưa ta có LOS đâu Có thể ta có nLOS Khi mà anten thu anten phát nhìn thấy cản trở vật cản, ta gọi NLOS (Non Line of Sight) Trong trường hợp này, liên kết vô tuyến bị ảnh hưởng đáng kể, chất lượng đường truyền mức thấp Để 34 | T r a n g khắc phục tình trạng này, ta thường phải đặt lặp (Repeater) để bù lại suy hao mà cản vật cản gây cho tín hiệu Full Duplex Ngày nay, base station điện thoại động phải truyền nhận thông tin tần số, vận hành tần số khác người dùng muốn truyền tải nhận thông tin lúc Với 5G, thu phát (transceiver) truyền nhận liệu đồng thời tần số Công nghệ gọi full – duplex, tăng gấp đôi dung lượng mạng vô tuyến lớp vật lý nó: hình ảnh hai người nói chuyện hiểu – có nghĩa trò chuyện họ giảm nửa thời gian trò chuyện bắt đầu sớm Trong quân đội, sử dụng công nghệ full duplex dựa thiết bị cồng kềnh Để đạt full duplex thiết bị cá nhân, nhà nghiên cứu phải thiết kệ mạch tính tuyến incoming outgoing signal để chúng không va chạm anten truyền nhận liệu lúc Điều đặc biệt khó khăn xu hướng sóng vô tuyến để di chuyển hai hướng forward backward tần số - nguyến tắc biết đến tính tương hỗ Nhưng gần đây, chuyên gia lắp ráp transistor silicon hoạt động switch tốc độ cao để chặn chuộn ngược sóng này, cho phép họ truyền nhận tín hiệu tần số lúc Một hạn chế full duplex tạo can nhiễu, thông qua pesky echo Khi máy phát phát tín hiệu, tín hiệu gần với anten thiết bị mạnh tín hiệu khác nhận được, Mong đợi anten “speak” “listen” lúc với công nghệ echo-canceling Kết luận Với công nghệ nêu công nghệ 5G khác, kỹ sư hy vọng xây dựng mạng vô tuyến mạnh mẽ cho người sử dụng điện thoại thông minh, xe tự hành, VR game Các nhà nghiên cứu ông ty đặt kỳ vọng cao cho 5G cách hứa hẹn tốc độ trễ cực nhanh tốc độ liệu kỷ lục cho người dùng Nếu họ giải thách thức lại tìm cách để công nghệ riêng lẽ làm việc nhau, dịch vụ 5G cực nhanh tiếp cận người dùng thương mai năm năm tới 35 | T r a n g Tài liệu tham khảo: [1] http://www.rcrwireless.com/20160711/network-infrastructure/small-cells-tag31tag99 [2] http://spectrum.ieee.org/video/telecom/wireless/everything-you-need-to-knowabout-5g [3] Massive MIMO: Fundamentals and System Designs - Hien Quoc Ngo Linköping University, SE-581 83 Linköping, Sweden 36 | T r a n g