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

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 5G

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH 6

1.Millimeter Waves 8

2.1.Tổng quan 8

2.Small cell 15

3.1.Tổng quan 15

3.2.Tại sao phải dùng small cell? 16

3.3.Các loại small cell và mô hình triển khai 16

3.4.Backhaul problem (Tới ưu chi phí và kỷ thuật) 17

3.5.Ưu điểm 17

3.6.Bất lợi 17

3.7 Mô phỏng MMW bằng phần mềm NYUSIM 18

3.7.1 Giao diện 18

3.7.2 Ý nghĩa các thông số: 19

4.Massive MIMO 24

4.1.Tổng quan 24

4.2.Massive MIMO là gì? 25

4.3.Massive MIMO hoạt động thế 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 sao phải dùng Massive MIMO 28

4.5.Thách thức của massive MIMO: 29

1.1.“Ô nhiễm” pilot (pilot contamination) 29

1.2.Môi trường truyền không thuận lợi 29

2.Full Duplex 35

3.Kết luận 35

4.Tài liệu tham khảo: 36

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AOD Angles of departure

GCS Ground Control Station

ITU International Telegraph Union

MIMO Multiple-Input and Multiple-Output

PBCH Physical Broadcast Channel

RRC Radio Resource Control

SDMA Signal to Noise Ratio

SDMA Spatial Division Multiple Access

SNR Signal-to-Noise Ratio

DANH MỤC HÌNH

A TÓM TẮT

rong bài tiểu luận này nhóm đã tìm hiểu được về mạng 5G các thức hoạt động, nhu cầu sử dụng mạng 5G trong tương lai, và các vấn đề liên quan khác, song song đó nhóm đã tham khảo một số bài báo và các trao đổi trêncác diễn đàn, đồng thời sử dụng lý thuyết nền tản trong sách A Goldsmith, Wireless Communications, Cambridge University Press, 2005 Mục tiêu của nhóm là không chỉ thực hiện được đầy đủ yêu cầu của đề tài, hiểu được rõ nội dung vấn đề cần thực hiện mà thêm vào đó là thể hiện một cách cô đọng và đầy đủ các nội dung của vấn

đề cần nghiên cứu để tiểu luận có thể trở thành một tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu trở về sau của nhóm Mặc dù đã cố gắng dành phần lớn thời gian cho việc nghiên cứu cũng như môn học tuy nhiên do một số hạn chế nhất định về mặt kiến thức cũng như thời gian tiếp thu đối với lĩnh vực vẫn đang còn mới so với thực tiễn nên sẽ không thể tránh việc một số vấn đề xảy ra sai sót, hay cách nhìn nhận có phần hơi chủ quan, thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý chân thành của Thầy

Giới thiệu chung

Người dùng di động ngày nay muốn tốc độ dữ liệu nhanh hơn và dịch vụ đángtin cậy hơn Thế hệ tiếp theo (next generation) của mạng không dây – 5G – hứa hẹn

sẽ mang lại nhưng mong muốn này và nhiều hơn nữa Với 5G, người dùng có thể tảixuống một bộ phim HD trong khoảng thời gian dưới 1s (một nhiệm vụ có thể mất 10phút nếu dùng 4G LTE) Các kỹ sư vô tuyến cho biết rằng, 5G sẽ thúc đẩy sự pháttriển của các công nghệ mới như phương tiện giao thông tự hành (autonomousvihicles), thực tế ảo (virtual reality) và Internet of Things

Nếu mọi việc suôn sẻ, các công ty viễn thông hy vọng sẽ ra mắt mạng 5G thươngmại đầu tiên vào năm 2020 Ngay bây giờ, 5G đang trong giai đoạn lập kế hoạch,các công ty và các nhóm ngành công nghiệp đang làm việc cùng nhau để tìm ra môhình chính xác sẽ như thế nào Nhưng tất cả đều đồng ý một vấn đề: khi số lượngngười dùng di động và nhu cầu dữ liệu tăng, 5G phải xử lý nhiều lưu lượng truy cập

ở tốc độ cao hơn nhiều so với các base station tạo thành mạng di động ngày nay

Để đạt được điều này, các kỹ sư vô tuyến đang thiết kế một tập hợp các côngnghệ hoàn toàn mới Các công nghệ này sẽ cung cấp dữ liệu với thời gian trễ dướimột mili giây (so với 70 ms trên mạng 4G hiện nay) và mang lại tốc độ download tối

đa là 20Gbps (so với 1Gpbs trên 4G) cho người dùng

Hiện tại, vẫn chưa rõ ràng là công nghệ nào sẽ được áp dụng nhiều nhất cho 5G

về lâu dài, nhưng một vài sự ưa thích bắt đầu xuất hiện bao gồm: millimeter waves,small cells, massive MIMO, full – duplex và beamforming

Để hiểu 5G sẽ khác như thế nào đối với 4G ngày nay, chúng ta sẽ đi qua 5 côngnghệ này và xem xét mỗi công nghệ sẽ có ý nghĩa gì đối với người dùng vô tuyến

1 Millimeter Waves

2.1 Tổng quan

Những tần số dùng trong thông tin di động cũng giống như những mảnh đất màu

mỡ rất nhiều người thèm muốn và cực kỳ hiếm Vì thế các công ty viễn thông phảiliên tục chạy đua để mua những tần số này với giá đôi khi lên đến hàng chục tỷ đô-latrong khi chúng chỉ là một mảnh nhỏ của dải tần số điện từ Đó là vì ngành côngnghiệp di động, trải qua bốn thập kỷ tồn tại, đã phụ thuộc hoàn toàn vào một dải tần

số được biết đến dưới tên gọi “sóng siêu cao tần” (ultrahigh frequency band) vốn cóbăng thông chỉ vào khoảng 1% của toàn bộ dải tần được phép sử dụng Các kỹ sư vôtuyến đã xem dải tần số trong khoảng từ 300 MHz đến 3 GHz này là “thiên đường”cho công nghệ mạng di động Bước sóng ở dải tần này đủ ngắn để có thể dùng

những ăng-ten nhỏ nằm gọn trong các thiết bị cầm tay nhưng cũng đủ dài để có thể

đi vòng qua hoặc đi xuyên qua những vật cản như nhà cửa và cây cối Ngay cả khiđược phát ở công suất thấp, những tín hiệu này có thể truyền đi một cách đáng tincậy trên những khoảng cách xa hàng cây số trong hầu như bất cứ môi trường nào,bất kể là trong trung tâm của thành phố lớn hay trên những cánh đồng trải dài

Vấn đề xảy ra khi cho dù các công ty viễn thông có sẵn lòng chi trả đến baonhiêu đi chăng nữa cho dải tần số này, họ vẫn không khi nào có thể đáp ứng đủ nhucầu băng thông để dùng Việc sử dụng điện thoại thông minh và máy tính bảng đanggia tăng nhanh chóng, còn người sử dụng thì duyệt web, xem phim, và chia sẻ ảnhtrong khi di chuyển đã dẫn đến lượng dữ liệu được truyền tải qua sóng vô tuyến trởnên nhiều hơn bao giờ hết Lưu lượng thông tin di động trên toàn thế giới tăng gấpđôi sau mỗi năm, theo các báo cáo từ Cisco và Ericsson, và việc gia tăng theo cấp sốnhân đó sẽ còn tiếp diễn trong tương lai Đến năm 2020, một người sử dụng thiết bị

di động thông thường có thể tải xuống khoảng 1 TB dữ liệu mỗi năm—tương đươngvới khoảng hơn 1000 bộ phim dài

Các nhóm xây dựng tiêu chuẩn truyền thông không dây đã làm đủ kiểu để tăngdung lượng cho các mạng di động thế hệ thứ tư (4G) theo chuẩn LTE ngày nay, baogồm cả những cách như sử dụng nhiều ăng-ten, chia nhỏ các ô thu phát sóng (cell),

và phối hợp các thiết bị một cách thông minh hơn Nhưng những giải pháp này sẽchẳng thể giải quyết được sự gia tăng lưu lượng dữ liệu sau bốn đến sáu năm nữa

Có một cách để giải quyết vấn đề đó là chỉ cần truyền tín hiệu trên một dải tần sốhoàn toàn mới mà chưa bao giờ dược sử dụng cho dịch vụ di động trước đây Đó là

lý do tại sao các nhà cung cấp đang thử nghiệm việc broadcast trên sóng millimeter(millimeter waves), sử dụng tần số cao hơn tần số vô tuyến từ lâu đã được sử dụngcho điện thoại đi động Các chuyên gia trong lĩnh vực này đồng ý rằng công nghệ diđộng thế hệ thứ năm (5G) sẽ phải có mặt vào cuối thập kỷ này Millimeter wavesđược phát sóng ở tần số 30 đến 300GHz, so với bằng tần 6GHz đã được sử dụng chocác thiết bị đi động trong quá khứ Chúng được gọi là millimeter waves bởi vì cóchiều dài khác nhau từ 1 đến 10 mm, so với sóng vô tuyến phụ vụ điện thoại thôngminh hiện nay, với chiều dài đo được khoảng 10cm

Theo định nghĩa của Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU), dải tần số wave, còn được gọi là dải tần số siêu cao, là dải tần số từ 30 đến 300 GHz Tuynhiên, chúng ta cũng bao gồm luôn cả phần lớn các tần số nằm trong dải tần số cựccao, trong khoảng từ 10 đến 30 GHz, bởi vì tín hiệu ở tần số này cũng lan truyền vớiđặc tính tương tự như tín hiệu millimeter wave Các nhà nghiên cứu đã dự đoán rằng

millimeter-các nhà mạng có thể sẽ dành đến 100 GHz băng thông trong dải tần này cho thôngtin di động—nghĩa là hơn 100 lần so với lượng băng thông mà các mạng di động cóđược ngày hôm nay Bằng cách khai thác dải tần mới này, các công ty viễn thông cóthể cung cấp cho người tiêu dùng một dung lượng dữ liệu lớn gấp hàng trăm lần sovới 4G LTE và cho phép tải dữ liệu xuống với tốc độ hàng chục Gb/s với một mứcgiá khá thấp.

Cho đến nay, chỉ có các nhà khai thác vệ tinh và hệ thống radar sử dụngmillimeter waves cho các ứng dụng thực thế Bây giờ, một số nhà cung cấp di độngbắt đầu sử dụng chúng để gửi dữ liệu giữa các điểm tĩnh, chẳng hạn như giữa haibase station Nhưng sử dụng sóng millimet để kết nối giữa người dùng di động vàbase station gần đó là một cách tiếp cận hoàn toàn mới Một trở ngại lớn đối vớimillimeter wave đó là chúng không thể đi qua các tòa nhà một cách dễ dàng và cóthể bị hấp thụ bởi tán lá và mưa Đó là lý do tại sao các nhà mạng 5G có thể làmtăng thêm các tháp di động truyền thống bằng một công nghệ mới khác, được gọi làsmall cells

2.2 Thách thức của sóng mm-Wave

Tuy tiềm năng của sóng mmWave là rất lớn và việc phát triển nó là xu thế tất yếunhưng hiện nay các công ty viễn thông vẫn chưa thể sử dụng vì các thiết bị thu phátsóng, mạch điện RF và các hệ thống ăng-ten ở tần số millimeter-wave là quá tốnkém và ở các tần số đó việc truyền tín hiệu giữa các trạm thu phát và thiết bị di độngtruyền thống sẽ không được tốt Thêm vào đó ngành công nghiệp bán dẫn không cókhả năng về mặt kỹ thuật cũng như không có đủ nhu cầu từ thị trường để tạo ra cáclinh kiện điện tử, loại dành cho người tiêu dùng phổ thông, đủ nhanh để hoạt động ởtần số millimeter-wave Điều lo ngại lớn hơn nữa khi tín hiệu millimeter-wave sẽ bịhấp thụ và phân tán do không khí, mưa, và cây cối và không đi xuyên vào bên trongnhà được Do đó trong gần hai thập kỷ, dải tần khổng lồ này vẫn chưa được sử dụng

Ta có thể thấy mức suy hao của sóng mmWave là rất nhiều và khoảng cách phátcũng không cao Vì thế tiềm năng của sóng mmWave mang lại là rất lớn nhưng trởngại cũng không hề nhỏ

2.3 Gỉai pháp cho mmWave

Một phần nhờ vào Luật Moore được xây dựng bởi Gordon Moore - một trongnhững sáng lập viên của tập đoàn sản xuất chip máy tính nổi tiếng Intel Định luậtban đầu được phát biểu như sau:

"Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi

năm." (1 inch vuông xấp xỉ 6,45 cm²)

Thêm vào đó sự phổ biến của các thiết bị đỗ xe tự động cũng như các thiết bịradar khác trên xe hơi đã thúc đẩy công nghệ mmWave đến gần với người sử dụngphổ thông, mà giờ đây người ta có thể gói ghém toàn bộ một hệ thống vô tuyếnmillimeter-wave trên chỉ một con chíp CMOS hay silicon-germanium Như vậy banđầu đã giải quyết được phần nào thách thức về kỹ thuật phần cứng Nhiều điện thoạithông minh cao cấp, ti-vi, máy tính xách tay dành cho dân chơi game, chẳng hạnnhư hiện nay đã tích hợp các chíp không dây hoạt động trên hai chuẩn millimeter-wave cạnh tranh nhau là Wireless High Definition (WirelessHD) và WirelessGigabit (WiGig) Nhưng những công nghệ này không được thiết kế cho việc truyềntin giữa một điện thoại thông minh và một trạm thu phát sóng Thay vào đó, chúngđược dùng để chuyển một lượng lớn dữ liệu, ví dụ như phim không nén, qua nhữngkhoảng cách ngắn mà không cần đến cáp mạng hay cáp HDMI rườm rà Cả hai hệthống WirelessHD và WiGig hoạt động ở tần số 60 GHz trên một dải tần rộngkhoảng từ 5 đến 7 GHz—xê dịch một vài GHz tuỳ theo từng nước Băng thông đólớn gấp nhiều lần lượng băng thông mà các mạng Wi-Fi nhanh nhất sử dụng do đótốc độ truyền dữ liệu lên đến khoảng 7 Gb/s Những nhà sản xuất thiết bị cho mạng

di động cũng đang bắt đầu khai thác các dải tần cực rộng trên tần số wave Nhiều nhà cung cấp, bao gồm Ericsson, Huawei, Nokia, và công ty khởinghiệp BridgeWave, ở Santa Clara, California, hiện đang sử dụng sóng millimeter-wave để tạo các kết nối thẳng (line-of-sight) tốc độ cao giữa các trạm thu phát vàmạng lõi (backbone) để khỏi phải dùng đến các kết nối cáp quang đắt tiền

millimeter-Mặc dù vậy, ngay cả khi millimeter-wave đã đem đến những ứng dụng khôngdây mới trong nhà cũng như dịch vụ không dây cố định, nhiều chuyên gia vẫn cònnghi ngờ khả năng dải tần này có thể hỗ trợ các kết nối di động, chẳng hạn như kếtnối đến một máy tính bảng trong một chiếc taxi đang chạy qua Times Square Vấn

đề nằm ở chổ chính là việc các mạng di động trên tần số millimeter-wave sẽ khôngthể phủ sóng mọi nơi, đặc biệt là đối với các môi trường ngoài trời đông đúc như cácthành phố, do ta không thể đảm bảo rằng luôn có một kết nối thẳng (line-of-sight)giữa trạm thu phát và thiết bị di động Nếu, chẳng hạn, một người sử dụng điện thoạithông minh bất chợt đi qua bên dưới một tàn cây hay một cổng vào có mái che, tínhiệu millimeter-wave rất có thể sẽ không đi xuyên qua những vật này được

2.4 Đặc tính kênh truyền trong mạng mmWave Cellular

Như ta đã đề cập ở phần trước mối quan tâm lớn trong mmWave là khả năngsuy hao trong truyền sóng lớn, dẫn đến khoảng cách phát tín hiệu bị thu hẹp Suy

hao được thể hiện rõ trong công thức Friis cụ thể: trong không gian tự do suy haocủa anten đa hướng tỉ lệ với bình phương tần số sóng mang.

2 2

=

•P t = cường độ tín hiệu tại anten phát

•P r = cường độ tín hiệu tại anten thu

•λ = bước sóng của sóng mang (m)

•G t = mức khuếch đại (gain) của anten phát

•G r = mức khuếch đại (gain) của anten thu

•d = khoảng cách giữa các anten (T-R) đo bằng mét (>0)

•L : tham số suy hao của hệ thống do suy hao trên đường truyền, suy hao do các

bộ lọc, suy hao của anten (L >= 1)

L = 1 nghĩa rằng không có suy hao do phần cứng

Suy hao trong không gian tự do:

2 2

(4 )

t P

= =

Mặc dù suy hao lớn nhưng bù lại việc tăng tần số hoạt động cũng giúp làmgiảm kích thước thiết bị vô tuyến và cải thiện tính định hướng của anten, ngoài rabăng tần rộng hơn có thể được cung cấp để truyền dữ liệu với tốc độ truyền dẫncao hơn giúp cung cấp các dịch vụ vô tuyến băng rộng tích hợp tới nhiều người

sử dụng trong một vùng xác định Thay vào đó các bước sóng nhỏ của tín hiệummWave cũng làm tăng độ lợi anten cho cùng 1 anten vật lý Do đó tầng số sóngmang cao hơn không tự nó gây ra bất kì sự tăng tổn thất đường truyền trong điềukiện vùng anten vẫn cố định và phù hợp với độ lợi anten (do truyền có địnhhướng) được sử dụng tại các trạm BS Điều đó được thể hiện rõ hơn thông qua

sự tiến bộ của sự phát triển CMOS và các mạch tích hợp RF cho phép việc tíchhợp nhiều phần tử anten cực nhỏ (lớn hơn 32 phần tử) vào một diện tích bé trởnên dể dàng, tạo nên một hệ thống đa anten (multiple antenna systems) để mànếu MS sử dụng một cụm anten định hướng như vậy sẽ nhận được độ lợi côngsuất các tín hiệu mmWave cao hơn so với các tín hiệu tần số thấp Việc các antentruyền có định hướng góp phần giúp giảm thiểu can nhiễu, cũng chứng tỏ tầmquan trọng của thu phát beamforming đối với hệ thống di động mmWave Một

ăng-ten dạng patch đơn lẻ ở tần số 28 GHz sẽ không có nhiều tác dụng đối vớiviệc truyền sóng di động do độ lợi của nó bị giảm đi khi kích thước của nó bị thunhỏ Nhưng bằng cách sắp xếp hàng chục các ăng-ten tí hon này với nhau thànhmột mảng, ta có thể khuyếch đại năng lượng tổng cộng của chúng lên mà khôngcần phải tăng công suất phát Những mảng ăng-ten như vậy đã được dùng từ lâutrong thông tin radar và vũ trụ, và nhiều công ty sản xuất bán dẫn, bao gồm Intel,Qualcomm, và Samsung, hiện đang tích hợp chúng trong các chip WiGig Giốngnhư một ăng-ten hình loa hay một đĩa ăng-ten vệ tinh, một mảng ăng-ten tăngcường độ lợi bằng cách tập trung sóng vô tuyến vào một hướng Nhưng do cácmảng ăng-ten tạo ra hướng truyền này theo phương thức điện tử, nó có thể nhanhchóng thay đổi hướng truyền để nhanh chóng tìm và duy trì một kết nối di động Trong đó analog beamforming/ hybrid beamforming thường được dùng để hỗtrợ một hoặc nhiều phương thức truyền được đề cập ở mục sau, nơi mà tất cả cácanten chia sẻ một lượng nhỏ các chuỗi RF (nhỏ hơn rất nhiều so với số lượnganten) và thường có beamforming không đổi về biên độ/hệ số tiền mã hóa.Thông thường, đối với một MS phương thức truyền được sử dụng trong đó baogồm các chuỗi RF đơn và anten N MS Đối với BS để hỗ trợ truyền thông đangười dùng, truyền tải đa luồng có thể được sử dụng, trong đó có chuỗi RF N RF

và anten N S Thông thường, N RF<N S

Hình 2 1 Mô hình hệ thống di động mmWave, trong đó BS giao tiếp thông qua

các beamforming sử dụng anten sắp xếp theo mảng

Hình 2 2 Sơ đồ khối của BS-MS thu phát sử dụng RF và búp sóng dải nền

2 Small cell

3.1 Tổng quan

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng dải tần millimeter-wave có thể cung cấp

độ phủ sóng tốt trong lĩnh vực di động Các đo đạc thực tế cho thấy một thiết bị diđộng không nhất thiết phải có một đường truyền thẳng (line-of-sight) để kết nối vớimột trạm thu phát Tính phản xạ cao của tín hiệu ở tần số này hoá ra lại là một điểmmạnh thay vì là một điểm yếu Khi bị phản xạ trên các vật liệu đặc như nhà cửa,bảng hiệu, và con người, các tín hiệu lan toả ra khắp không gian, làm tăng cơ hộinhận được tín hiệu cho các máy thu—miễn là bộ thu và bộ phát được hướng theocác hướng thích hợp Cũng như bất kỳ một hệ thống không dây nào khác, khả năngmất kết nối tăng lên khi bộ thu di chuyển ra xa khỏi bộ phát Đối với các tín hiệumillimeter-wave được phát ở công suất thấp, khả năng mất tín hiệu bắt đầu từkhoảng 200 mét Khoảng cách ngắn này có thể là một vấn đề cho các thế hệ thôngtin di động đời đầu với bán kính một ô thu phát sóng thông thường lên đến vàikilomet Nhưng trong khoảng một thập kỷ vừa qua, các công ty viễn thông đã thunhỏ các ô thu phát sóng một cách đáng kể để tăng dung lượng Trong các trung tâm

đô thị cực kỳ đông đúc, họ đã bắt đầu triển khai các ô thu phát nhỏ—các trạm thuphát cỡ nhỏ có thể lắp đặt được ở các trụ đèn hay các trạm xe buýt—với tầm baophủ không quá 100 mét Các ô thu phát nhỏ có thể là hình thức lý tưởng cho thôngtin liên lạc trên tần số millimeter-wave Như ta đã biết rằng mưa và không khí có thểlàm suy hao tín hiệu millimeter-wave truyền qua các khoảng cách xa, làm cho nănglượng của chúng bị giảm đi nhanh hơn so với các tín hiệu có bước sóng dài hơn nhưtín hiệu trên tần số siêu cao tần đang được sử dụng ngày nay Mặc dù các nghiên cứutrước đó đã cho thấy trên các khoảng cách ngắn cỡ vài trăm mét, những tác nhân tựnhiên này không tác động mạnh đến hầu hết các tần số millimeter-wave, nhưng cũng

có vài trường hợp ngoại lệ

Trong băng tần sóng millimeter, các sóng được truyền bị suy hao lớn bởi môitrường không khí, do đó kích thước cell sẽ bị hạn chế Kích thước cell nhỏ nâng caohiệu quả sử dụng lại phổ tần Phổ tần số sử dụng trong hệ thống thông tin di động là

có hạn nên người ta phải tìm cách sử dụng lại tần số để có thể tăng dung lượng điệnthoại phục vụ, các nhóm tần số giống nhau có thể được sử dụng ở các cell khác nhaumiễn sao khoảng cách giữa các cell đủ lớn để tránh nhiễu do các tần số trùng nhaugây ra Tuy nhiên việc sử dụng tần số này bắt buộc phải tăng số lượng lớn các trạmgốc được yêu cầu, do đó mạng tế bào chuyên dụng có thể là khá đắt và tiêu thụ công

suất cao Để giảm chi phí của hệ thống và giảm công suất tiêu thụ, các trạm gốc phảiđược thiết kế càng đơn giản càng tốt

Small cell là các base station nhỏ - di động đòi hỏi điện năng tối thiểu để hoạt động

và đặt cách nhau mỗi 250m một lần trong thành phố Để giảm thiểu tín hiệu bịdropped, các nhà khai thác có thể cài đặt hàng ngàn trạm này trong một thành phố đểtạo một mạng lưới dày đặc, hoạt động như một nhóm chuyển tiếp (relay team), nhậncác tín hiệu từ các base station khác và gửi dữ liệu tới người dùng ở bất kỳ vị trí nào.Trong khi các mạng đi động truyền thống cũng dựa vào số base station ngày càngtăng, việc đạt được hiệu suất 5G đòi hỏi một hạ tầng thậm chí còn lớn hơn May mắn

là, anten trên các small cell nhỏ hơn nhiều so với anten truyền thống bởi vì chúngtruyền millimeter waves Sự khác biệt kích thước này giúp việc gắn các cell vào cáccột đèn cũng như đỉnh các tòa nhà cao tầng dễ dàng hơn

Cấu trúc mạng hoàn toàn khác nhau nên cung cấp việc sử dụng tần số hiệu quả hơn

Có thêm trạm nghĩa là tần số mà một trạm sử dụng để kết nối với các thiết bị trongmột khu vực có thể tái sử dụng bởi một trạm khác trong một khu vực khác để phục

vụ khách hàng khác Có một vấn đề đó là, số lượng small cells cần thiết để xây dựngmột mạng 5G có thể gân khó khăn để thiết lập ở nông thôn

Ngoài việc broadcast trên millimeter wave, 5G base station cũng có nhiều anten hơn

so với các base station hiện nay – để tận dụng lợi thế của một công nghệ mới khácgọi là massive MIMO

3.2 Tại sao phải dùng small cell?

Small cell có mục đích cung cấp cho người dùng cuối một trải nghiệm di động đượccải thiện trong các khu đô thi có độ nghẽn cao

- Tăng công sức trong khu vực có mật độ sử dụng cao

- Cải thiện vùng phủ sóng và tốc độ dữ liệu

- Tăng tuổi thọ của pin điện thoại bằng cách giảm điện năng tiêu thụ

3.3 Các loại small cell và mô hình triển khai

Có 3 loại small cell: femtocells, picocells và microcells

Những thuật ngữ này không hoàn toàn chuẩn và điều quan trọng là cần lưu ý rằngviệc sử dụng có thể chồng chéo

Femtocells có phạm vi nhỏ nhất trong các loại small cells và thường được triển khaitrong tòa nhà hoặc doanh nghiệp nhỏ Các thiết bị giống như router này được lắp đặtbởi khách hàng và chỉ có thể đảm bảo cho một vài người dùng cùng lúc.Femtocellsthường có phạm vi tối đa dưới 10m

Picocells thường được lắp đặt ở khu vực trong nhà lớn như trung tâm thương mại,văn phòng, nhà ga Nó có thể hỗ trợ tối đa 100 người dùng cùng một lúc và có phạm

vi dưới 200m

Microcells là small cell lớn nhất và mạnh nhất Chúng thường được lắp ngoài trờitrên đèn giao thông hoặc biển báo và có thể sử dụng tạm thời cho các sự kiện lớn.Microcells có tầm hoạt động dưới 2km, trong khi tháp microcell có thể bao phủ đến

20 dặm (32km)

3.4 Backhaul problem (Tới ưu chi phí và kỷ thuật)

Các nhà cung cấp linh kiện gặp vấn đề khi triển khai small cell network là backhaul.Tím một địa điểm để triển khai small cell là một quá trình khó nhọc Nhà cung cấpphải xác định chủ sở hữu của kiến trúc xây dựng và thương lượng kế hoạch lắp đặt

Có một số cách để cung cấp tín hiệu cho small cells bao gồm việc sử dụng cáp đồng,sợi quang hoặc wireless microwaves, mỗi phương pháp đều có lợi thế và bất lợiriêng Sợ quang cung cấp lương thông lượng cao nhất nhưng có thể tốn kém nếukhông có cơ sở hạ tầng đã được thiết lập sẵn Cáp đồng sẽ bị giới hạn tốc độ dữ liệu,

và cũng yêu cầu sử dụng các hạ tầng đã thiết lập trước Wireless lại đòi hỏi phải phảiđiều chỉnh hướng trong điều kiện line-of-sight

Thiết lập small cell cũng tốn nhiều thời gian, Verizon Wireless đang triển khai cácsmall cells ở một số thành phố của Mỹ bao gồm New York, Chicago, Atlanta và SanFrancisco Ông Fran Shammo – giám đốc tài chính của Verizon Communications –cho biết tại hội nghị thượng đỉnh MoffettNathanson Media and CommunicationsSummit phải mất 2 năm để triển khai một small cell từ đầu đến cuối

- Thiếu sự phối hợp giữa các hệ thống khác nhau

- Khu vực triển khai không đảm bảo cho các small cell do việc thương lượng

và quy hoạch

- Backhaul vẫn lun là một vấn đề tốn kếm và phức tạp

- Yêu cầu nguồn điện có thể không được đảm bảo tại điểm cần lắp đặt

3.7 Mô phỏng MMW bằng phần mềm NYUSIM

3.7.1 Giao diện

Hình: giao diện phần mềm NYUSIM