Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng và anten thông minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G

Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng và anten thông minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng và anten thông minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng và anten thông minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hữu Trung, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tơi tận tình thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới tập thể thầy, cô giáo Viện Điện tử - Viễn thông trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập nghiên cứu trƣờng Một lần xin trân trọng cảm ơn tất thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ ủng hộ tơi thời gian qua Xin kính chúc thầy cô giáo, anh chị bạn mạnh khoẻ, hạnh phúc thành công Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2018 Tác giả luận văn Bế Công Thoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, đƣợc thực sở nghiên cứu lý thuyết dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Hữu Trung, Viện Điện tử - Viễn Thông, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận luận án trung thực, dựa nghiên cứu, thân, chƣa đƣợc công bố dƣới bất ký hình thức trƣớc trình, bảo vệ trƣớc “Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ kỹ thuật” Các số liệu, kết quả, kết luận đƣợc tơi tham khảo đƣợc trích dẫn nguồn đẩy đủ Một lần xin khẳng định trung thực lời cam kết Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2018 Tác giả luận văn Bế Công Thoan MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ KĨ THUẬT ĐỊNH HƢỚNG BÚP SÓNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các thuật ngữ khái niệm 1.2.1 Định hƣớng búp sóng lọc khơng gian 1.2.2 Thống kê thứ hai 10 1.2.3 Phân loại beamformer 12 1.3 Định hƣớng búp sóng độc lập liệu 12 1.3.1 Định hƣớng búp sóng 13 1.3.2 Thiết kế đáp ứng liệu độc lập chung 14 1.4 Định hƣớng búp sóng tối ƣu thống kê 19 1.4.1 Multiple Sidelobe Canceller (MSC) 19 1.4.2 Sử dụng tín hiệu tham chiếu 21 1.4.3 Tối đa hóa tỷ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) 21 1.4.4 Định hƣớng búp sóng tuyến tính hạn chế tối thiểu phƣơng sai 22 1.4.5 Hủy bỏ tín hiệu định hƣớng búp sóng tối ƣu thống kê 25 1.5 Các thuật tốn thích nghi định hƣớng búp sóng 25 1.6 Khử nhiễu Định hƣớng búp sóng thích nghi phần 29 1.7 Tổng kết chƣơng 30 CHƢƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ ANTEN THƠNG MINH VÀ HỆ THỐNG ANTEN THƠNG MINH KÍCH THƢỚC LỚN 32 2.1 Tổng quan anten thông minh (Smart Antenna) 32 2.1.1 Anten vô hƣớng 32 2.1.2 Anten định hƣớng 33 2.1.3 Anten nhiều phần tử 34 2.2 Anten thông minh 36 2.2.1 Anten chùm chuyển mạch 37 2.2.2 Anten mảng thích nghi 37 2.2.3 Mục đích hệ thống anten thông minh 39 2.2.4 Kiến trúc hệ thống anten thông minh 39 2.3 Hệ thống anten thơng minh kích thƣớc lớn 43 2.3.1 Phân tích hiệu LSAS 45 2.3.2 Thu nhận CSI LSAS 52 2.4 Tổng kết chƣơng 56 Chƣơng III: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH HƢỚNG BÚP SÓNG VÀ ANTEN THƠNG MINH KÍCH THƢỚC LỚN CHO HỆ 5G 57 3.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 5G 57 3.1.1 Phân loại hệ thống thông tin di động 57 3.1.2 Một số hệ mạng thông tin di động 59 3.1.3 Hệ thống thông tin di động 5G 62 3.3 Kỹ thuật định hƣớng búp sóng hệ thống 5G 80 3.3.1 Giới thiệu 81 3.3.2 MIMO cỡ lớn hệ thống thông tin di động 5G 82 3.3.3 Beamforming sóng milimet cho hệ thống MIMO cỡ lớn 87 3.3.4 Các vấn đề tồn xu hƣớng tƣơng lai 90 Chƣơng IV: KẾT LUẬN 93 Tài liệu tham khảo 94 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng kết tối ƣu beamformer 18 Bảng 1.2 so sánh thuật tốn thích nghi trọng số LMS RLS 28 Bảng 2.1: Các đặc trƣng lợi ích hệ thống anten thơng minh 39 Bảng 3.1 Đặc điểm anten thông minh .73 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các dạng beamformer kết hợp tuyến tính phần tử đầu Hình 1.2 mảng đƣợc gắn với phần tử trễ cung cấp mẫu không gian/ thời gian nguồn lan truyền Hình 1.3 Sự tƣơng tự mảng băng hẹp cách hƣớng kênh đơn lọc FIR Hình 1.4 Định hƣớng búp sóng đơi đƣợc thực miền tần số quan tâm đến tín hiệu băng rộng 12 Hình 1.5 Beamformer liệu độc lập tối ƣu mặt thống kê 17 Hình 1.6 Multiple sidelobe canceller (MSC) 20 Hình 1.7 GSC đại diện cho việc thực LCMV beamformer 24 Hình 2.1 Anten vơ hƣớng vùng phủ Anten vô hƣớng 32 Hình 2.2 Anten định hƣớng phổ anten định hƣớng 34 Hình 2.3 Anten quạt vùng phủ 34 Hình 2.4 Phân tập chuyển mạch vùng phủ 35 Hình 2.5 Kết hợp phân tập vùng phủ 36 Hình 2.6 Phổ tín hiệu anten chùm 37 Hình 2.7 Phổ tín hiệu anten mảng thích nghi 38 Hình 2.8 Vùng phủ với chùm chuyển mạch anten thích nghi 42 Hình 2.9 Truyền thông không dây hợp tác quy mô lớn 44 Hình 2.10 Hệ thống antena đa tế bào đa ngƣời dùng kích thƣớc lớn phân tán 47 Hình 3.1 Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động tế bào 59 Hình 3.2 Mạng di động hệ 5G dự kiến đƣợc triển vào năm 2020 63 Hình 3.3 Mơ hình trạm HAPS 64 Hình 3.4 Cơng nghệ điện tốn đám mây 68 Hình 3.5 Sự khác biệt mơ hình truyền thơng trực tiếp truyền thông hợp tác, mở rộng phạm vi truyền chuyển tiếp hợp tác 74 Hình 3.6 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 75 Hình 3.7 Phổ tín hiệu OFDM với sóng mang 76 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt 2D / 3D A/D ADC AI AIPN AMC ADSL 10 11 12 13 BS BTS CS CSI CSI – RS CT 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 DAS DFT DOA DFT FDD FFT FIR GCC GSC HSDPA 24 25 26 27 Nghĩa tiếng Anh 2dimensional/3dimensional Analog/ Digital Analog to Digital Converter Artificial Intelligence All IP Network Adaptation and Modulation Coding Asymmetric Digital Subscriber Line Base Station Base Transceiver Station Compressed sensing Channel Status Information CSI Reference Signal Cordless Telecome Distributed Antenna System Discrete Fourier Transform Direction-Of-Arrival Discrete Fourier transform Frequency Division Duplex Fast Fourier Transform Finite Impulse Response Generalized cross correlation Generalized Sidelobe Canceller High-Speed Downlink Packet Access HSUPA High-Speed Uplink Packet Access IAA-APES Iterative Adaptive Approach for Amplitude and Phase EStimation ITU International Telecommunication Union JPEG Joint Photographic Experts Nghĩa tiếng Việt chiều / chiều Tƣơng tự/ số Bộ chuyển đổi tƣơng tự/số Trí tuệ nhân tạo Tất mạng IP Điều chế mã hóa thích nghi Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng Trạm gốc Trạm gốc thu phát Lấy mẫu nén Thông tin trạng thái kênh Tín hiệu tham chiếu CSI Vơ tuyến viễn thông không dây Hệ thống anten phân tán Biến đổi Fourier rời rạc Hƣớng búp sóng tới Biến đổi Fourier rời rạc Bộ phân chia tần số Biến đổi Fourier nhanh Đáp ứng xung hữu hạn Tƣơng quan chéo Loại bỏ búp sóng phụ Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ cao Tiếp cận lặp thích nghi biên độ ƣớc lƣợng pha Tổ chức viễn thông quốc tế Một chuẩn nén ảnh 28 INR 29 30 LMS LCMV 31 32 MUSIC MP3 33 34 MPEG MSC 35 MISI 36 37 MRI MVDR 38 NSP 39 40 OMP RADAR 41 RIP 42 RLS 43 44 45 46 RS RF SNR SINR 47 TBWP Group Interference-to-noise ratio Tỉ lệ tín hiệu can nhiễu nhiễu Least Mean-Square Bình phƣơng nhỏ Linearly constrained minimum Hạn chế tối thiểu phƣơng variance sai Multiple Signal Classification Phân loại nhiều tín hiệu Movie Picture Experts Group- Một định dạng nén âm Layer Moving Picture Experts Group Một chuẩn nén video Multiple Sidelobe Canceller Loại bỏ nhiều búp sóng phụ Multi-input single output Hệ thống nhiều đầu vào – đầu Magnetic resonance imaging Cộng hƣởng từ Minimum Variance Đáp ứng không méo tối Distortionless Response thiểu phƣơng sai Null space conditions Điều kiện khơng gian khơng orthogonal matching pursuit Thuật tốn đuổi khớp RAdio Detection And Ranging Dò định vị sóng vơ tuyến restricted isometry property Điều kiện giới hạn thuộc tính đẳng cự Recursive Least Squares Đệ quy bình phƣơng tối thiểu Reference Sensor Phần tử tham chiếu Radio Frequency Tần số vô tuyến Signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu Signal-to-interference-plusTỉ lệ tín hiệu tín hiệu noise ratio can nhiễu cộng với nhiễu Time Bandwidth Product Thông số định nguồn băng hẹp Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống truyền thông di động hệ cịn gọi hệ thống thơng tin di động 5G, đƣợc hỗ trợ công nghệ tạo cải tiến đáng kể thông lƣợng tế bào Trong năm gần đây, nghiên cứu khác tập trung vào hệ thống MIMO cỡ lớn, đƣợc coi đóng vai trị quan trọng 5G Các hệ thống MIMO lớn hệ thống MIMO giải mã / đầu dị có chứa anten tốt Số lƣợng anten lớn cho phép đạt đƣợc hiệu suất cao hiệu suất lƣợng cao Một số loại anten đƣợc sử dụng cho mục đích này, số đƣợc gọi anten thông minh Anten thông minh cho phép tăng dung lƣợng hệ thống truyền thông không dây cách giảm nhiễu đa kênh nhiễu kênh, thực cách tập trung xạ tín hiệu theo hƣớng dự kiến thay đổi xạ theo mơi trƣờng xung quanh tín hiệu tình giao thoa khác sử dụng cơng nghệ beamforming Trong luận văn cung cấp tổng quan chuyên sâu kỹ thuật beamforming., từ ứng dụng kỹ thuật beamforming vào hệ thống anten thông minh, nhƣ anten thơng minh kích thƣớc lớn Tiếp theo, luận văn trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di động 5G, kỹ thuật đƣợc áp dụng hệ thống 5G Ứng dụng kỹ thuật beamforming hệ thống MIMO cỡ lớn 5G Nội dung luận văn gồm chƣơng: Chƣơng Lý thuyết kỹ thuật định hƣớng búp sóng Trong chƣơng này, tìm hiểu khái niệm, thuật ngữ đƣợc sử dụng luận văn Bắt đầu định nghĩa hệ thống định hƣớng búp sóng tìm hiểu lọc rời rạc Tiếp theo phần giới thiệu liệu mảng, ma trận phát triển cho phƣơng sai (ma trận sai số) liệu mảng so sánh khác biệt định hƣớng búp sóng băng hẹp băng rộng, cuối cùng, ta xét tới loại beamformers Chƣơng : Lý thuyết anten thơng minh hệ thống anten thơng minh kích thƣớc lớn Ứng dụng kỹ thuật beamforming tìm hiểu chƣơng I vào hệ thống anten thông minh, phân tích kỹ thuật nhƣ mục đích hệ thống anten thơng minh, từ đó, sâu tìm hiểu hệ thống anten thơng minh kích thƣớc lớn Phân tích hiệu hệ thống anten thơng minh kích thƣớc lớn nhƣ thu thập thông tin trạng thái kênh CSI GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Chƣơng : Ứng dụng kỹ thuật định hƣớng búp sóng anten thơng minh kích thƣớc lớn cho hệ 5G Từ phân tích tìm hiểu beamforming, anten thơng minh kích thƣớc chƣơng 1, chƣơng Chƣơng áp dụng hai kỹ thuật cho hệ thống thông tin di động 5G Xây phát hiện/dò cho hệ thống MIMO cỡ lớn đƣợc xem xét Đồng thời, luận văn đề xuất chùm tia lai digital beamforming analog beamforming cho hệ thống MIMO cỡ lớn Chƣơng : Kết luận Cuối cùng, kết luận đƣợc cung cấp chƣơng Do thời gian kiến thức thân nhiều hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy bạn góp ý để luận văn đƣợc hồn thiện Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Hữu Trung, ngƣời hƣớng dẫn tơi tận tình giúp tơi hồn thành luận văn tiến độ Tơi xin chân thành cảm ơn! - Hà Nội 2018 - GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ KĨ THUẬT ĐỊNH HƢỚNG BÚP SÓNG 1.1 Giới thiệu chung Các hệ thống đƣợc thiết kế để nhận tín hiệu khơng gian thƣờng gặp phải có mặt nhiễu Nếu tín hiệu mong muốn nhiễu nằm băng tần thời gian, lọc theo thời gian khơng thể tách nhiễu khỏi tín hiệu Mặc dù vậy, tín hiệu mong muốn nhiễu thƣờng xuất phát từ vị trí khác khơng gian Sự phân chia mặt khơng gian đƣợc khai thác để tách nhiễu khỏi tín hiệu sử dụng lọc phía thu Một beamformer xử lý dùng để kết hợp với mảng phần tử cho phép khảo sát dạng thay đổi lọc không gian Giới hạn định hƣớng búp sóng từ thực tế lọc không gian lúc đầu đƣợc thiết kế dạng búp sóng để nhận tín hiệu xạ từ vị trí đặc biệt triệt tiêu tín hiệu từ vị trí khác Forming beams (định hình búp sóng) cho ta thấy lƣợng xạ; nhiên, định hƣớng búp sóng áp dụng cho lƣợng xạ hấp thụ Một lọc thời gian cần xử lý liệu thu thập thông qua khe thời gian Tƣơng tự, lọc không gian cần xử lý liệu thu thập thông qua khoảng cách không gian Trong chƣơng một, ta tìm hiểu khái niệm, thuật ngữ đƣợc sử dụng luận văn Bắt đầu định nghĩa hệ thống định hƣớng búp sóng tìm hiểu lọc rời rạc Tiếp theo phần giới thiệu liệu mảng, ma trận phát triển cho phƣơng sai (ma trận sai số) liệu mảng so sánh khác biệt định hƣớng búp sóng băng hẹp băng rộng, cuối cùng, ta xét tới loại beamformers GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Có nhiều kiến trúc hồn chỉnh mạng SON, chẳng hạn nhƣ SON phân phối (D-SON: distributed SON), SON tập trung (C-SON: centralised SON) SON kết hợp kiểu khác (hybrid SON) Tất mạng SON đƣợc tạo nhằm mục đích giúp vận hành mạng 4G đạt băng thơng rộng với độ linh hoạt hiệu cao Tuy nhiên, vấn đề lại việc xây dựng mạng SON tốn kém, việc thiết lập, cấu hình ban đầu phức tạp Do đó, cơng nghệ mạng cần thêm vài năm để áp dụng rộng rãi toàn giới k Hệ thống Vô tuyến nhận thức Hệ thống vô tuyến nhận thức hệ thống mà phần tử có khả thay đổi tham số (công suất,tần số) sở tƣơng tác với môi trƣờng hoạt động Theo đó,thiết bị vơ tuyến định nghĩa phần mềm SDR (Sotware Defined Radio) phần tử quan trọng hệ thống vô tuyến nhận thức Vì tham số thiết bị SDR đƣợc thay đổi cách linh động phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng Mục đích vơ tuyến nhận thức cho phép thiết bị vô tuyến khác hoạt động dải tần cịn trống tạm thời mà khơng gây can nhiễu đến hệ thống vơ tuyến có quyền ƣu tiên cao hoạt động dải tần Để chơ phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần nhƣ trên, vơ tuyến nhận thức phải có tính sau: Điều chỉnh tần số hoạt động hệ thống cách tức từ băng tần đến băng tần khác (còn trống) dải tần cho phép Thiết lập mạng thông tin hoạt động phàn toàn băng tần đƣợc cấp phát Chia sẻ kênh tần số điều khiển cơng suất thích ứng theo điều kiên cụ thể cảu môi trƣờng vô tuyến, mà đố tồn nhiều loại hình dịch vụ vơ tuyến chiếm dụng Thực thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền sơ đồ mã hóa sửa lỗi phép đạt đƣợc thơng lƣợng tốt Tạo búp sóng điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tƣợng truyền thông nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh tối đa cƣờng độ tín hiệu thu 3.3 Kỹ thuật định hƣớng búp sóng hệ thống 5G Các hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO) kết hợp với công nghệ anten mảng dạng chùm tia đƣợc mong đợi đóng vai trị quan trọng GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 80 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G hệ thống truyền thông không dây hệ (5G), đƣợc triển khai vào năm 2020 xa Phần nghiên cứu kỹ thuật tạo chùm tia thuận lợi đƣợc triển khai hệ thống MIMO cỡ lớn làm rõ tầm quan trọng kỹ thuật beamforming hệ thống MIMO lớn để loại bỏ giải nhiều cản trở kỹ thuật mà việc triển khai hệ thống MIMO lớn phải đối mặt Việc phân loại kỹ thuật tối ƣu hóa chùm đƣợc sử dụng hệ thống truyền thông không dây đƣợc xem xét chi tiết để xác định kỹ thuật phù hợp cho việc triển khai hệ thống MIMO cỡ lớn để cải thiện thông lƣợng hệ thống giảm nhiễu nội tế bào (Cell) tế bào liên kề 3.3.1 Giới thiệu Hệ thống truyền thông di động hệ gọi hệ thống thông tin di động 5G, đƣợc hỗ trợ công nghệ tạo cải tiến đáng kể thông lƣợng tế bào Trong năm gần đây, nghiên cứu khác tập trung vào hệ thống MIMO cỡ lớn, đƣợc coi đóng vai trò quan trọng 5G Các hệ thống MIMO lớn hệ thống MIMO giải mã / đầu dị có chứa anten tốt Số lƣợng anten lớn cho phép đạt đƣợc hiệu suất cao hiệu suất lƣợng cao Một số loại anten đƣợc sử dụng cho mục đích này, số đƣợc gọi anten thơng minh đƣợc nghiên cứu phần trƣớc Anten thông minh tập hợp nhiều phần tử anten trạm gốc (BS) trạm di động liên kết truyền thơng khơng dây, tín hiệu đƣợc quản lý cách thích hợp, với mục đích cải thiện liên kết di động không dây tăng hiệu suất hệ thống Những anten nhƣ anten kỹ thuật số đƣợc sử dụng hệ thống truyền thơng khơng dây cung cấp lợi ích đa dạng gia tăng cho thiết bị BS / ngƣời dùng Anten cho phép tăng dung lƣợng hệ thống truyền thông không dây cách giảm nhiễu đa kênh nhiễu kênh, thực cách tập trung xạ tín hiệu theo hƣớng dự kiến thay đổi xạ theo mơi trƣờng xung quanh tín hiệu tình giao thoa khác sử dụng công nghệ beamforming Trong hệ thống truyền thông không dây, beamforming truyền nhận đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ BS với nhiều anten đến nhiều thiết bị ngƣời dùng cần đƣợc bảo vệ Mục tiêu truyền beamforming tối đa hóa cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc ngƣời dùng giảm thiểu cƣờng độ tín hiệu nhiễu từ ngƣời dùng khác, từ tăng cơng suất Điều đạt đƣợc cách truyền tín hiệu tƣơng tự từ tất máy phát có biên độ pha khác Nhiều phiên tín hiệu đƣợc truyền truyền qua kênh GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 81 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G MIMO khác cho chúng đƣợc thêm vào cách có cấu trúc ngƣời dùng mong muốn triệt tiêu ngƣời dùng khác 3.3.2 MIMO cỡ lớn hệ thống thông tin di động 5G 3.3.2.1 Các hệ thống MIMO cỡ lớn Các hệ thống MIMO cỡ lớn đƣợc định nghĩa hệ thống hệ thống MU – MIMO với số lƣợng lớn phần tử anten BS lƣợng lớn anten đầu cuối đƣợc triển khai Trong hệ thống MIMO cỡ lớn, số lƣợng lớn anten (hàng trăm hàng nghìn) đƣợc kết nối với thiết bị BS hoạt động đồng thời cho thiết bị đầu cuối (hàng chục hàng trăm) sử dụng thời gian tƣơng tự tài nguyên tần số sóng mang Các hệ thống MIMO cỡ lớn nâng cao lực hệ thống truyền thông không dây gấp 10 lần trở lên đặc tính chúng hiệu lƣợng xấp xỉ gấp 100 lần Việc tăng dung lƣợng đƣợc kích hoạt hệ thống MIMO cỡ lớn số lƣợng lớn anten đƣợc thực Tuy nhiên, việc sử dụng số lƣợng lớn anten gây can thiệp thiết bị can thiệp, đƣợc giảm thiểu cách triển khai anten dƣới dạng chùm tia thay anten thơng thƣờng Beamforming thủ tục xử lý tín hiệu đƣợc sử dụng với nhiều mảng anten phía máy phát / bên nhận để đồng thời gửi phát nhiều tín hiệu từ nhiều thiết bị đầu cuối mong muốn để tăng dung lƣợng hiệu suất hệ thống Beamforming đƣợc thực cách lắp ráp phần tử mảng có tổ chức, xạ hƣớng tới hƣớng cụ thể đƣợc thêm vào chùm khác bị bỏ qua Mặc dù kỹ thuật mới, đƣợc củng cố tổ chức hệ thống truyền thông không dây đƣợc phát triển, cụ thể LTE nhà khai thác LTE tiên tiến Các nhà khai thác tập trung vào việc tích hợp kỹ thuật beamforming vào hệ thống truyền thông không dây Hiệu lƣợng hệ thống MIMO lớn đƣợc tăng lên đáng kể cách triển khai số lƣợng lớn phần tử anten dạng chùm tia BS Các nghiên cứu gần liên quan đến hệ thống không dây 5G tập trung chủ yếu vào hệ thống MIMO giải pháp tạo chùm tia lớn Mặc dù vậy, kỹ thuật beamforming góp phần nâng cao hệ thống truyền thông không dây tƣơng lai 3.3.2.2 Lợi ích beamforming hệ thống MIMO cỡ lớn Beamforming trình đƣợc xây dựng để tạo mẫu tia xạ anten cách xây dựng hoàn toàn tín hiệu đƣợc xử lý di chuyển thiết bị đầu cuối mong muốn hủy chùm tín hiệu nhiễu Điều đƣợc thực cách sử dụng lọc đáp ứng xung hữu hạn (FIR) Các GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 82 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G lọc FIR có lợi trọng lƣợng chúng thay đổi cách thích nghi đƣợc áp dụng để thu đƣợc chùm tia tối ƣu Ứng dụng beamforming hệ thống MIMO cỡ lớn có ƣu điểm sau: nâng cao hiệu lƣợng, , tăng cƣờng bảo mật hệ thống, khả áp dụng cho dải sóng mm a Nâng cao hiệu lƣợng Các yêu cầu công suất thấp anten beamforming để truyền tín hiệu đến ngƣời dùng dự định giảm chi phí dẫn đến tiêu thụ điện thấp chi phí khuếch đại hệ thống MIMO cỡ lớn Các hệ thống MIMO cỡ lớn đƣợc hỗ trợ quy trình beamforming để giảm tiêu thụ lƣợng tồn hệ thống cách tính tốn số lƣợng tối ƣu phần tử anten đáp ứng số tiêu chí cần thiết để thao tác hệ thống MIMO cỡ lớn hiệu lƣợng Đối với mức tiêu thụ điện đƣợc định BS, hiệu suất lƣợng tổng thể tƣơng đối không bị ảnh hƣởng số lƣợng phần tử anten hoạt động tế bào; đó, số lƣợng phổ biến anten làm việc đƣợc thực cho toàn tế bào hệ thống để có đƣợc hiệu chi phí cao hiệu lƣợng tổng thể Để đáp ứng yêu cầu thơng lƣợng đầu cuối, quy trình tối ƣu hóa cho kỹ thuật beamforming, chẳng hạn nhƣ điều khiển công suất, phải đƣợc xem xét để giảm mức tiêu thụ điện BS b Cải thiện hiệu phổ Kiểm sốt cơng suất tín hiệu đƣờng lên đƣờng xuống, sử dụng thông tin chuỗi trainning cải thiện chất lƣợng tín hiệu yếu tố anten beamforming cho phép chứng nhận khả im Các hệ thống MIMO cỡ lớn có tiềm cải thiện hiệu suất phổ hệ thống truyền thông không dây cách cài đặt mảng anten beamforming với số lƣợng lớn thành phần anten BS với trình xử lý trƣớc phát mạch lạc Hiệu hệ thống tế bào bị ảnh hƣởng phân bố tỷ số sóng mang nhiễu điện thoại di động Hiệu suất lƣu lƣợng cấu trúc hệ thống không dây đƣợc cải thiện hiệu thông qua việc thay mảng anten đa hƣớng thông thƣờng mảng động phân đoạn chùm tia đạo sử dụng quy trình TDD Mơ hiệu ngành tế bào động đƣợc cải thiện cách sử dụng kỹ thuật beamforming anten đa hƣớng BS Hơn nữa, hiệu suất chùm tia trung bình làm tăng sức mạnh tín hiệu đƣờng xuống mã hóa kết hợp chặt chẽ tín hiệu nhận đƣợc tất phần tử anten Mức tăng tƣơng ứng với tốc độ tải xuống; đó, tốc độ liệu đƣợc tăng lên cách sử dụng hệ thống MIMO cỡ lớn GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 83 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G c Tăng cƣờng bảo mật hệ thống Khái niệm beamforming để định hƣớng tín hiệu truyền tới ngƣời dùng dự định; đó, ngƣời nhận bên để khơi phục tín hiệu mong muốn từ tín hiệu lớp phủ An ninh vật lý đạt đƣợc xác suất kẻ nghe trộm nhận tín hiệu truyền nhỏ sử dụng anten thông thƣờng d Khả ứng dụng cho dải sóng mm Một ƣu điểm khác beamforming đƣợc áp dụng cho dải sóng mm Bởi phần lớn phổ tần số phù hợp với truyền thơng di động thị dày đặc (ví dụ, dƣới GHz) đƣợc cấp phép, cách để tăng tốc độ liệu miền yêu cầu tận dụng dải tần số tự chƣa sử dụng gần sóng mm phạm vi (ví dụ, 60 GHz trở lên) Ƣu điểm băng tần khả băng thông cao chúng Tuy nhiên, đặc điểm lan truyền dải kém, khoảng cách ngắn Các anten thị cao phải đƣợc sử dụng để khắc phục hạn chế Tăng ích anten cao đạt đƣợc kích thƣớc nhỏ đáng kể tần số sóng mang cao Điều có nghĩa anten định hƣớng đƣợc sử dụng với thiết bị di động Tuy nhiên, hệ thống dầm hẹp cố định khơng thích hợp cho ứng dụng di động Điều làm cho beamforming giải pháp khả thi cho ứng dụng 3.3.2.3 Thiết bị dò phát MIMO cỡ lớn Nhƣ nói trên, hệ thống MIMO cỡ lớn có lợi ích sau: tăng cƣờng hiệu suất thơng lƣợng, thành phần chi phí thấp, cơng suất thấp xạ lƣợng hiệu Mã hóa, cân trƣớc tín hiệu truyền, chức liên quan đến hệ thống MIMO đƣợc phát triển cho hệ thống MIMO cỡ lớn phụ thuộc vào CSI sẵn có để sửa lỗi tín hiệu BS Các máy dị đầu cuối (các trạm di động) sau khơi phục tín hiệu đƣợc thiết lập mong muốn từ phần tử anten BS đồng thời giai đoạn đƣờng xuống Thiết kế máy dò với mức tiêu thụ điện tăng cƣờng độ phức tạp ƣớc lƣợng thấp khó đạt đƣợc nhƣng quan trọng, ngang số lƣợng anten tăng lên Trong hầu hết trƣờng hợp hệ thống MIMO cỡ lớn, trạm di động thực xác trạng thái tức thời kênh từ tín hiệu thí điểm đƣợc đƣa vào tín hiệu đƣợc truyền từ đầu nối khác tế bào; đó, thời điểm thứ t (t = 1, 2,…, T), tín hiệu nhận đƣợc BS thứ j đƣợc biểu diễn nhƣ sau: GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 84 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G (1) Với ( ) vector kênh đƣờng lên từ ngƣời dùng thứ k tế bào BS, M số phần tử mảng anten BS, ( ) liệu truyền ngƣời dùng thứ k tế bào khe thời gian thứ t, tỉ số tín hiệu nhiễu trung bình (SNR) ( ) vector nhiễu phụ đƣợc nhận khe thời gian thứ t Tại thời điểm, tuyến tính beamforming đƣợc sử dụng BS để chặn nhiễu tăng cƣờng tín hiệu Đối với ngƣời dùng thứ k tế bào j, đƣợc xử lý BS thứ j với beamforming, tín hiệu kết đƣợc biểu thị bằng: (2) Trong giai đoạn đƣờng xuống, BS triển khai N phần tử anten beamforming, thiết bị đầu cuối đƣợc bổ nhiệm với nhiều anten beamforming biểu thị vector beamforming truyền xuống cho ngƣời dùng thứ k thứ j Sau đó, tín hiệu nhận đƣợc ngƣời dùng thứ k ô thứ j đƣợc cho bởi: (3) Với đại diện cho tín hiệu thơng tin cho ngƣời dùng thứ k tế bào thứ j Tỷ số cơng suất tín hiệu công suất nhiễu cộng với công suất tạp âm (SINR) ngƣời dùng thứ k là: (4) Gần đây, thuật tốn phát có độ phức tạp thấp hiệu tối ƣu cao nhận đƣợc ý đáng kể từ nhà nghiên cứu tìm cách nâng cấp hệ thống truyền thơng khơng dây thơng thƣờng lên 5G Chúng ta phân loại nhận / phát thành hai loại chính: định tuyến / dị tuyến tính dò / phát phi tuyến Thiết bị dị tín hiệu tuyến tính với độ phức tạp thấp xem xét tất tín hiệu, đƣợc truyền cách loại trừ luồng mong muốn từ anten truyền đƣợc định nhiễu Do đó, tín hiệu nhiễu, đƣợc truyền từ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 85 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G anten khác, đƣợc giảm vơ hiệu hóa q trình phát tín hiệu mong muốn từ anten phát đƣợc định Các máy phát tiếng, chẳng hạn nhƣ máy thu (MRC) có tỷ lệ tối đa (còn gọi thu phù hợp (MF)), máy thu khơng bắt buộc (ZFR) nhận trung bình tối thiểu (MMSE), ứng viên thực tế cho hệ thống MIMO lớn Sử dụng máy thu MRC, BS cố gắng thu đƣợc SNR cao (SNR tối đa) cho luồng bỏ qua ảnh hƣởng can thiệp đa ngƣời dùng khác Máy thu MRC có lợi chúng đơn giản hóa q trình xử lý tín hiệu; nhiên, MRC hoạt động trƣờng hợp hạn chế nhiễu chúng khơng giải đƣợc ảnh hƣởng nhiễu đa ngƣời dùng So với máy thu MRC, ZFR xem xét can thiệp nhiều ngƣời dùng tính tốn họ; Tuy nhiên, họ không xem xét hiệu ứng nhiễu Thông qua zero-forcing (ZF), nhiễu đa ngƣời dùng đƣợc vơ hiệu hóa hồn tồn cách ƣớc tính bổ sung trực giao luồng nhiễu đa ngƣời dùng So sánh hai phƣơng án tiền tuyến tính tiếng cho MIMO cỡ lớn (precugate beamforming precoding ZF precoding) mặt tiêu thụ điện hiệu suất công suất Ta thấy cách tối ƣu hóa việc quản lý lƣợng truyền, chùm tia liên hợp có đƣợc phép tính tổng thể tốt so với tiền mã hóa ZF số lƣợng thiết bị đầu cuối đƣợc phục vụ lớn Bất kể khía cạnh tính tốn, beamforming liên hợp mạnh ZF thích hợp Một ƣu điểm khác chùm tia liên hợp tạo tình đặc trƣng việc lập kế hoạch phi tập trung, anten độc lập sở hữu ƣớc tính kênh Mục tiêu nhận MMSE tuyến tính giảm sai số trung bình tín hiệu ƣớc tính so với tín hiệu đƣợc truyền Hiệu suất hệ thống MIMO cỡ lớn đƣợc kiểm tra nghiên cứu từ số quan điểm dựa tính tốn máy thu tuyến tính khác Kết máy thu MMSE thực tƣơng tự nhƣ máy thu MF với anten hơn, đặc biệt thiết bị nhiễu Các công thức cuối cho ngƣời nhận khác theo phƣơng trình (3) (4) nhƣ sau: GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 86 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Với H* là toán tử Hermitian ma trận kênh Ik ma trận nhận dạng cho ngƣời dùng thứ k Các máy thu MMSE hoạt động tốt máy thu ZFR, nhƣng phƣơng thức nhiễu phải đƣợc biết nhận MMSE Hạn chế không ảnh hƣởng đến hệ thống MIMO thông thƣờng nhƣng tạo phức tạp cao hệ thống có nhiều anten Do đó, phần lớn nghiên cứu gần tập trung vào ZFR cho hệ thống MIMO cỡ lớn máy thu MMSE đánh giá tốc độ trung bình việc lập kế hoạch phối hợp tạo chùm tia ngƣời dùng mơ hình đa lõi, phát triển sách lập lịch trình ngƣời dùng phức tạp, đa lõi, phối hợp thấp cho hệ thống MIMO cỡ lớn Nhƣ nói trên, máy dị tuyến tính đơn giản nhƣng cung cấp hiệu suất BER Ngƣợc lại, máy dò phi tuyến cung cấp hiệu suất BER hợp lý nhƣng có độ phức tạp tính tốn cao Kỹ thuật dò / phát phi tuyến tiếng đƣợc sử dụng cho hệ thống MU MIMO dirty-paper-coding (DPC), vector perturbation (VP), phƣơng thức hỗ trợ mạng Các máy dò nhƣ đƣợc sử dụng để có đƣợc hiệu suất tốt so với việc sử dụng máy dò tuyến tính với chi phí phức tạp ƣớc tính cao Sự cải thiện độ phức tạp cho thiết bị dị phi tuyến vấn đề hệ thống MIMO cỡ lớn 3.3.3 Beamforming sóng milimet cho hệ thống MIMO cỡ lớn Băng thơng tồn cầu đạt đến trạng thái khơng có sẵn phát triển nhanh chóng yêu cầu hệ thống truyền thơng khơng dây Tần số sóng mang hệ thống truyền thông không dây dao động từ 800 MHz đến 5,8 GHz Có quan tâm lớn việc thay băng thơng tồn cầu thơng thƣờng tần số sóng vơ tuyến mm băng thơng thơng thƣờng vƣợt qua băng thông kết hợp tất hệ thống truyền thơng khơng dây đƣợc sử dụng nhiều Các tần số sóng milimet tìm thấy số tần số sử dụng sớm, chẳng hạn nhƣ hệ thống phân phối đa điểm cục (LMDS) dịch vụ backhaul mức 20 40 GHz, vào năm 1990; nhiên, ứng dụng không thực tế mặt thƣơng mại chi phí phần cứng cao đặc trƣng cho thiết bị sóng mm Cơng nghệ sản xuất CMOS đƣợc phát triển để giảm đáng kể chi phí kích thƣớc, tạo lý hấp dẫn cho tần số sóng mm đƣợc coi phƣơng tiện hiệu chi phí giảm thiểu vấn đề băng thông Các mạch điện hiệu quả, mảng anten thơng minh thiết bị phổ sóng mm đƣợc thiết lập để tiếp tục cải GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 87 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G thiện khả sử dụng tần số sóng mm nhƣ giải pháp hiệu cao cho phát triển công nghệ tƣơng lai hệ thống truyền thơng khơng dây Có số lợi ích sử dụng tần số sóng mm mạng 5G tƣơng lai: a Một phổ rộng tồn tần số vơ tuyến sóng mm đƣợc sử dụng cho hệ thống thông tin di động tại, bao gồm băng thông dịch vụ từ 28 đến 40 GHz, băng tần từ 60 đến 63 GHz, băng thông từ 71 đến 76 GHz, 81 đến 86 GHz 92 đến 95 GHz Tuy nhiên, băng thông đƣợc sử dụng hết đại diện cho dải tần giới hạn b Tại băng thơng khơng dây sóng mm, tần số sóng mang đƣợc tái sử dụng khoảng thời gian ngắn suy giảm cao tín hiệu (sự suy giảm) không gian tự thâm nhập c Do bƣớc sóng nhỏ tần số sóng mm, anten đủ nhỏ, đó, trở nên phù hợp để xây dựng thực mảng anten đa phần tích hợp chúng vào bảng mạch chip d Do giới hạn phạm vi truyền dẫn, độ rộng chùm tia tƣơng đối hẹp hệ thống truyền thơng sóng mm, thu đƣợc cải tiến đáng kể bảo mật quyền riêng tƣ Mặc dù hệ thống sóng mm đƣợc hƣởng lợi đƣợc sử dụng dải phổ rộng, nhƣng chúng bị giới hạn cơng suất bƣớc sóng lớn kèm với bƣớc sóng mm tần số sóng mang cao Ngồi ra, hệ thống nhƣ bị nhiễu nhiễu đồng kênh Với mục tiêu khắc phục suy hao đƣờng dẫn không phức tạp tránh nhiễu đồng kênh, sơ đồ chùm tia áp dụng để tập trung tín hiệu truyền vào hƣớng mong muốn thiết bị quan trọng cho truyền thông di động không dây dải tần số sóng mm Tuy nhiên, bƣớc sóng nhỏ dải sóng mm cho phép thực số lƣợng lớn phần tử anten dạng chùm theo dạng nhỏ gọn để tạo chùm tia định hƣớng giải số lƣợng cực đại cực Khi hệ thống sóng mm đƣợc phát triển, có cơng trình quan trọng kỹ thuật beamforming để nâng cao hiệu sử dụng hiệu lƣợng cho hệ thống MIMO cỡ lớn Việc triển khai sóng mm hệ thống MIMO cỡ lớn tùy thuộc vào kỹ thuật beamforming Công việc mở rộng đƣợc thực nhà nghiên cứu để phát triển mơ hình truyền sóng sóng thống kê tồn diện cho mơ hình kênh hỗ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 88 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G trợ việc củng cố phát triển hệ thống tế bào hệ Phổ sóng mm thể tiềm mạnh mẽ nhƣ phổ bắt buộc hệ thống không dây 5G Sự kết hợp băng tần mm kỹ thuật tạo chùm tia mối quan tâm việc phát triển kỹ thuật tạo chùm tia lai thiết kế mảng anten dạng chùm Ông Rohet al (2014) phát triển mẫu thử nghiệm dạng sóng thích ứng mm gồm 32 phần tử anten đƣợc xếp theo cách xếp mảng phẳng giống hệt sử dụng tám phần tử ngang bốn phần tử dọc đƣợc nén bên mẫu thử nghiệm 60 mm x 30 mm Nguyên mẫu nhỏ hoạt động tần số sóng mang 28 GHz Các thông số kỹ thuật chùm tia đƣợc tạo ra, đƣợc độc quyền dựa chiều rộng toàn chiều ngang chiều dọc mức tối đa nửa độ lợi chùm tia tổng thể, đƣợc cải thiện đáng kể Với hệ thống beamforming thích ứng tiên tiến, nhà nghiên cứu chứng minh thành công phổ sóng mm hỗ trợ tế bào có bán kính bao phủ vài trăm mét cho hệ thống trời nhà với tốc độ truyền liệu lớn 500 Mb / giây (không phải LOS) môi trƣờng Sunet al (2014) đề xuất nguyên tắc áp dụng khái niệm ghép kênh không gian MIMO khái niệm beamforming cho hệ thống truyền thơng khơng dây sóng tới cách khám phá hai, có nhiều khả thuận tiện Trong số đóng góp mơ phỏng, họ đánh giá hiệu suất phép đo kênh lái đô thị chung băng thông 28–38 GHz 73–76 GHz chứng minh búp sóng thƣờng xuyên xảy có mát đƣờng dẫn thấp phân tán thời gian đa đƣờng Điều có nghĩa nhận đƣợc sức mạnh liên kết cao cách sử dụng beamforming với quy trình cân đơn giản Ngồi ra, họ chứng minh beamforming kỹ thuật số không thích hợp cho hệ thống MIMO cỡ lớn sóng mm nguyên nhân chuỗi RF theo dõi phần tử mảng anten hệ thống Vì vậy, tốn phức tạp để giải chùm tia kỹ thuật số với việc thực số lƣợng lớn anten Do đó, giải phƣơng pháp tiếp cận chùm tia lai, kết hợp chùm tia kỹ thuật số chùm tia tƣơng tự, nhƣ đƣợc trình bày trên, hứa hẹn cung cấp cải tiến công suất hiệu suất hai Beamforming kỹ thuật số không phù hợp cho MIMO cỡ lớn đề xuất số đề án beamforming lai tránh vấn đề thực beamforming kỹ thuật số cải thiện hiệu hệ thống GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 89 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G 3.3.4 Các vấn đề tồn xu hƣớng tƣơng lai Mặc dù số nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật beamforming ứng dụng chúng hệ thống MIMO cỡ lớn nhƣ khái niệm thực tế cho hệ thống 5G, có số vấn đề nhận đƣợc năm gần phải đƣợc giải trƣớc thực hệ thống MIMO cỡ lớn thực tế 3.3.4.1 Nhiễu ước lượng kênh Trong hệ thống MIMO lớn, thiết bị đầu cuối định chuỗi ƣớc lƣợng kênh độc lập đƣợc liên kết Tuy nhiên, số lƣợng trình tự ƣớc lƣợng kênh độc lập bị hạn chế; đó, chúng phải đƣợc tái sử dụng Ảnh hƣởng việc tái sử dụng ƣớc lƣợng kênh tế bào (Cell) khác tạo xung đột mảng anten BS chúng có tƣơng quan với tín hiệu ƣớc lƣợng kênh nhận đƣợc mong muốn với trình tự ƣớc lƣợng kênh kết hợp với đầu cuối cụ thể Các chuỗi liên quan đƣợc gọi nhiễu ƣớc lƣợng kênh Anten mảng BS thu đƣợc ƣớc tính kênh bị hỏng kết hợp tín hiệu từ thiết bị đầu cuối khác sử dụng chuỗi ƣớc lƣợng kênh Các ƣớc lƣợng kênh bị nhiễu ảnh hƣởng đến việc tạo chùm tia liên kết xuống dẫn đến can thiệp hƣớng tới đầu cuối đó, sử dụng trình tự ƣớc lƣợng kênh tƣơng tự Sự can nhiễu không mong muốn tăng lên với số lƣợng anten đƣợc sử dụng ngày tăng Vấn đề nhiễu ƣớc lƣợng kênh đƣợc xác định từ nhiều năm trƣớc; nhiên, ảnh hƣởng hệ thống MIMO cỡ lớn dƣờng nhƣ lớn đáng kể số lƣợng lớn anten cấu trúc so với hệ thống trƣớc Các phƣơng pháp khác đƣợc đề xuất để giảm bớt nhiễu ƣớc lƣợng kênh đƣợc phân thành hai chƣơng trình Một chƣơng trình dựa phát triển thân ƣớc lƣợng kênh, chẳng hạn nhƣ cách giảm chi phí ƣớc lƣợng kênh, sử dụng hệ số tái sử dụng tần số khác hệ thống đa lõi thay sử dụng hệ số tái sử dụng tần số hệ thống 3.3.4.2 Beamforming sóng milimet hybrid Các loại hybrid beamforming tƣơng thích với dải sóng mm cho hệ thống MIMO cỡ lớn đƣợc yêu cầu cho việc thiết kế trọng số chùm tia so với hệ thống MIMO dải tần số thấp cố gắng giảm khoảng cách phức tạp hiệu suất chùm tia lai chùm tia kỹ thuật số 3.3.4.3 Sự tương quan kênh mảng anten beamforming sóng milimet Các vấn đề tƣơng quan kênh vấn đề quan trọng ứng dụng sóng mm, đặc biệt lan truyền có thói quen LOS gần LOS tích GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 90 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G hợp với hệ thống MIMO cỡ lớn Mặc dù điều tránh đƣợc việc sử dụng tỷ lệ kết hợp tỷ lệ tối đa tỷ lệ tiền tố truyền tối đa để ngăn chặn nhiễu, phƣơng pháp khác dựa tối ƣu hóa chùm tia đƣợc triển khai đƣợc nghiên cứu rộng rãi để giảm thiểu yếu tố 3.3.4.4 Sự rời rạc búp sóng Mặc dù hợp tác kỹ thuật beamforming hệ thống sóng mm giảm thiểu nhiều vấn đề tăng cƣờng hiệu hệ thống, nghiên cứu tập trung vào chƣơng trình truyền dẫn đa ngƣời dùng cho hệ thống MIMO cỡ lớn phát kênh sóng mm thể lan truyền rời rạc mạnh mẽ sau đƣợc chuyển đổi thành khơng gian góc tổn thất đƣờng dẫn cao Một phƣơng pháp phụ thuộc vào kỹ thuật beamforming, đƣợc gọi chồng chéo búp sóng, đƣợc sử dụng để giải vấn đề rời rạc Sự chồng chéo mẫu tín hiệu tăng cƣờng số lƣợng thơng tin đƣợc thực đầu kênh, đƣờng dẫn đƣợc xác định cách sử dụng kết hợp nhiều đầu kênh thay cho đầu kênh đơn 3.3.4.5 Lập địa hóa Beamforming cho hệ thống MIMO cỡ lớn Mặc dù nghiên cứu hệ thống MIMO cỡ lớn tập trung rộng rãi vào truyền thông, nhƣng họ kiểm tra độ xác cao dựa địa hóa định lƣợng MAA dựa chùm tia đƣợc sử dụng cho mục đích Thơng thƣờng, nguồn phát tín hiệu AOA đƣợc đo tất BS cách sử dụng phƣơng pháp địa hóa hai bƣớc; đó, vị trí nguồn đƣợc tìm thấy triangulation Tuy nhiên, ƣớc tính AOA bị ảnh hƣởng mơi trƣờng đa dạng dày đặc, chẳng hạn nhƣ đô thị tòa nhà bên Các sơ đồ tiểu thuyết để nội địa hố xác dựa kỹ thuật tạo chùm tia phải đƣợc phát triển để nhận lợi ích việc tạo chùm tia môi trƣờng đa dạng dày đặc, chẳng hạn nhƣ thị tịa nhà bên Các sơ đồ tiểu thuyết để nội địa hoá xác dựa kỹ thuật tạo chùm tia phải đƣợc phát triển để nhận lợi ích việc tạo chùm tia 3.4 Tổng kết chƣơng Chƣơng trình bày kỹ thuật beamforming hệ thống MIMO cỡ lớn Beamforming băng thông rộng (beam-band beamforming) đƣợc áp dụng nhiều hệ thống MIMO cỡ lớn beamforming hẹp phƣơng tiện tiết kiệm chi phí hiệu băng thông mạch hiệu lƣợng thiết kế mảng anten thơng minh Beamforming thích ứng phù hợp cho GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 91 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G hệ thống MIMO cỡ lớn beamforming chuyển mạch khả loại bỏ can thiệp giảm tiêu thụ điện Cuối cùng, chùm tia tối ƣu cho hệ thống MIMO cỡ lớn đạt đƣợc cách triển khai kết hợp chùm tƣơng tự kỹ thuật số (hybrid analogue / digital beamforming) dải sóng mm kết hợp với thuật tốn tối ƣu Thuật tốn tối ƣu thuật tốn thích ứng, chẳng hạn nhƣ MVDR kết hợp hai thuật toán, để ƣớc tính xác DOA theo góc độ azimuth góc cao (2D-DOA) Sự triển khai chùm tia tối ƣu nhƣ mang lại hiệu suất cao hệ thống MIMO cỡ lớn, đáp ứng yêu cầu hệ thống truyền thông không dây hệ (5G) GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 92 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Chƣơng IV: KẾT LUẬN Luận văn tập trung nghiên cứu phƣơng pháp kỹ thuật định hƣớng búp sóng, anten thơng minh tổng quan, chi tiết hệ mạng di động thứ Mục tiêu năm 2020, 5G đƣợc đƣa vào sử dụng, nghiên cứu, hồn thiện ký thuật dành cho 5G đƣợc ý nhiều Đặc biệt kỹ thuật định hƣớng búp sóng anten thơng minh kích thƣớc lớn (MIMO cỡ lớn) hai vấn đề quan trọng để phát triển mạng 5G Trong trình thực đề tài em thu đƣợc kết sau: - Cơ sở lý thuyết định hƣớng búp sóng (Beamforming) - Lý thuyết hệ thống anten thơng minh, anten thơng minh kích thƣớc lớn - Những vấn đề nghiên cứu hệ mạng di động thứ (5G) - Ứng dụng Beamforming anten thơng minh kích thƣớc lớn cho 5G Những vấn đề tồn xu hƣớng phát triển tƣơng lai Mặc dù số nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật beamforming ứng dụng chúng hệ thống MIMO cỡ lớn nhƣ khái niệm thực tế cho hệ thống 5G, có số vấn đề nhận đƣợc năm gần phải đƣợc giải trƣớc thực hệ thống MIMO cỡ lớn thực tế - Nhiễu ƣớc lƣợng kênh - Hybrid beamforming cho sóng mm - Sự tƣơng quan kênh mảng anten beamforming sóng mm GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 93 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Tài liệu tham khảo [1] Ali Cafer Gurbuz and James H McClellan, A compressive beamforming method 2006 [2] BarryVanVeen (University of Wisconsin) and KevinM.Buckley (Villanova University), Beamforming Techniquesfor Spatial Filtering 1999 [3] Ehab ALI, Mahamod ISMAIL, Rosdiadee NORDIN, Nor Fadzilah ABDULAH, Beamforming techniques for massive MIMO systems in 5G: overview, classification, and trends for future research 2017 [4] William H Hutson, Multi-dimensional signal processing and display Patent Number: 5,245,587, 1993 [5] C.Rowell, S.Han, “PRACTICAL LARGE SCALANTENNA SYSTEMS FOR 5G CELLULAR COMMUNICATIONS” 2015 [6] William H Hutson, Multi-dimensional signal processing and display Patent Number: 5,245,587, 1993 [7] Thomas L Marzetta, ErikG Larsson, Hong Yang, Hien Quoc Ngo “Fundamentals of Massive MIMO”, November 2016 [8] Trinh Van Chien, Emil Björnson, “Massive MIMO Communications”, October 2016 [9] Linglong Dai, Department of Electronic Engineering Tsinghua University “MIMO kích thước lớn for 5G: From Theory to Practice”, Dec 2015, [10] Sk Saddam Hussain*, Shaik Mohammed Yaseen and Koushik Barman, “AN OVERVIEW OF MASSIVE MIMO SYSTEM IN 5G”, 2016 [11] Ma LiJie, “Studies of Large-scale Antenna Beamforming Technology” November 2015 [12] Dongming Wang, Yu Zhang, Hao Wei, Xiaohu You, Fellow, IEEE, Xiqi Gao, Fellow, IEEE,and Jiangzhou Wang, Senior Member, IEEE, “Techniques of Large-scale Antenna Systems for 5G Wireless Communications” , May 2016 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Học viên: Bế Công Thoan – CB Page | 94 ... | Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G Chƣơng : Ứng dụng kỹ thuật định hƣớng búp sóng anten thơng minh kích thƣớc lớn cho hệ 5G Từ phân... Page | 31 Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G CHƢƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ ANTEN THÔNG MINH VÀ HỆ THỐNG ANTEN THƠNG MINH KÍCH THƢỚC LỚN 2.1... Product Thông số định nguồn băng hẹp Nghiên cứu phương pháp định hướng búp sóng anten thơng minh kích thước lớn Ứng dụng cho hệ 5G LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống truyền thông di động hệ cịn gọi hệ thống