- Kết hợp công suất: Trong trường hợp có M anten được thực hiện ở đường xuống và mỗi anten được điều khiển bởi một bộ khuếch đại công suất với tốc độ
CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ SDR
3.2 Thách thức của công nghệ SDR với thế hệ truyền thông mớ
Một thiết bị SDR điển hình được xây dựng bằng các thiết bị số có thể lập trình như: CPU, DSP hoặc FPGA. Các mạch điện vô tuyến như các bộ điều chế/giải điều chếđược chuyển mạch bằng phần mềm, nhưng các mạch RF gồm có anten thì cần được xây dựng bằng mạch điện tương tự. Ngoài ra, các băng tần khác nhau được sử dụng cho các hệ thống hiện tại, do đó nếu các hệ thống thông tin di động được triển khai SDR thì một dải rộng các băng tần bao phủ từ các băng UHF/VHF đến hàng Ghz được sử dụng. Vì lý do này mà các mạch điện RF của các thiết bị SDR cần có các mạch điện RF đa băng tần có khả năng hỗ trợ các đặc trưng về bộ lọc/công suất phát/tần số có thể biến đổi để điều khiển nhiều hệ thống thông tin (khả năng đa chếđộ).
Một số thiết bị đầu cuối đa chế độ tương thích với nhiều hệ thống vô tuyến đã được thương mại rộng rãi, ví dụ: thiết bịđầu cuối ở Mỹ tương thích với các hệ thống vô tuyến: AMPS băng tần 800MHz, CDMA 2000 băng tần 800Mhz và 2Ghz. Tuy nhiên những thiết bị đầu cuối này có được khả năng đa chế độ bằng việc kết hợp các phần cứng riêng cho từng hệ thống, và chúng không có đặc trưng riêng của SDR là thay đổi chức năng bằng phần mềm lập trình lại. SDR không cần triển khai nhiều phần cứng để hỗ trợ nhiều hệ thống mà mục đích cuối cùng là tích hợp các phần cứng riêng thành một thể thống nhất. Cuối cùng, cần phát triển các bộ xử lý có thể cấu hình lại một cách tự động và các kỹ thuật nạp phần mềm an toàn để thực hiện nhiều loại truyền thông khác nhau bằng cách thay đổi tùy ý phần mềm tùy thuộc vào môi trường truyền thông.
Thế hệ thứ 3 đã cung cấp một tốc độ dữ liệu cao cho người sử dụng ở mức độ thử nghiệm, thế hệ thứ 4 mang đến cho người sử dụng một tốc độ dữ liệu ở cấp độ lớn hơn nhiều, phong phú về nội dung với tính di động thực sự. ITU đã đề xuất ITU-R M.1645 với chuẩn tốc độ cho 4G với tốc độ dữ liệu tối đa 100Mbps với trường hợp di chuyển nhanh và 1Gbps đối với di chuyển chậm. Chúng ta sẽ mường tượng được thế hệ mới với chuẩn và giao thức để kết hợp thống nhất trong hệ thống. Giải pháp SDR có thể giảm chi phí của hệ thống và yêu cầu hỗ trợ băng rộng công nghệ không dây hiện tại. Có nhiều giao thức cho kiến trúc SDR hỗ trợ 3G – WCDMA và lớp vật lý theo chuẩn 802.11. ví dụ như là SODA. Nhưng những hệ thống này không thểđáp ứng được thông lượng yêu cầu của thế hệ mới đặc biệt ở lớp vật lý. Hình trên thể hiện lớp vật lý cho thiết bịđầu cuối 4G.
Hình 3.2 Lớp vật lý cho thiết bị 4G
Thách thức đặt ra là cần có giải pháp cho lớp vật lý. Hệ thông 4G được xây dựng dựa trên công nghệ OFDM, MIMO, LDPC (mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp) mã hóa và giải mã. Đây là những công nghệ mà những thế hệ trước chưa xuất hiện [13].
Vấn đề đặt ra với bộđa xử lý: Hầu hết các thuật toán sử dụng cho 4G được phân chia thành các bộ đa xử lý cho FFT, STBC, LDPC. Tải làm việc được chia ngang nhau trong quá trình xử lý. Tuy nhiên, khi chia nhỏ để xử lý sẽ làm tăng dữ liệu truyền thông. Dù mỗi đoạn của một thuật toán được xử lý đồng thời với tốc độ
trong FFT và giữa các nút khác nhau để kiểm tra LDPC do vậy mà yêu cầu truyền thông tăng lên nhưng vận hành của mỗi giao đoạn là dòng bit nên sẽ dẫn đến trễ lớn của truyền thông. Điều này sẽ yêu cầu định tuyến và liên kết mạng có một chương trình để ràng buộc truyền thông dữ liệu khi bộđa xử lý được sử dụng
Đối với bộ xử lý DSP: Thách thức lớn nhất trong lập trình SDR là quá trình chuyển đổi tần số lên và xuống, DSP có thể giúp cải thiện đáng kể vấn đề này. Bộ đồng xử lý DSP có thể thay thế FPGA hay không dù DSP vẫn chưa thể đảm nhận hoàn toàn vai trò của nó. Trong một số chương trình ứng dụng, vấn đề nằm ở chỗ khả năng xử lý hàng triệu lệnh trong một giây của SDR và khả năng nhận biết mà SDR không thể thực hiện một cách dễ dàng được. Một trong những khó khăn lớn nữa là việc hạn chế tiêu hao công suất nguồn. Từ góc độ về hiệu suất thực hiện thì ta thấy rằng sử dụng DSP rất khả thi. Tóm lại, vấn đề đặt ra làm thế nào thực hiện phương pháp số gần với anten áp dụng cho cả thu và nhận tín hiệu.
Một thách thức nữa đối với SDR là cân bằng hiệu quả của giải pháp phần cứng với sự tích hợp phần mềm có thể. Hiệu quả có thểđược đo đạc bởi chi phí trên một bit thông tin, tiêu thụ năng lượng trên bit thông tin, và sử dụng kênh truyền trên bit thông tin. Với người sử dụng họ không quan tâm đến công nghệ gì được sử dụng cho vô tuyến nhưng sẽ yêu cầu hiệu quả, co giãn, và tích hợp hơn. Lúc này người phát triển ứng dụng SDR sẽ muốn để bảo vệ chi tiết của tính toán và hoàn thành sản phẩm trong thể thống nhất sử dụng một ngôn ngữở mức cao.