5. Bố cục của luận án
1.3.3.3 Kỹ thuật định hướng búp sóng lai
Kỹ thuật định hướng búp sóng lai đã được đề xuất như một giải pháp khả thi có thể kết hợp các ưu điểm của cả kiến trúc định hướng búp sóng tương tự và kỹ thuật số. Ý tưởng định hướng búp sóng lai dựa trên khái niệm về ăng-ten mảng pha thường
được coi là một giải pháp khả thi cho truyền thông băng rộng di động mmWave. Cách tiếp cận theo mảng pha được kết hợp với kỹ thuật định hướng búp sóng số có thể khả thi đối với các tình huống không tĩnh hoặc gần như tĩnh. Khi xem xét sự kém hiệu quả của bộ khuếch đại mmWave và sự suy hao chèn cao của bộ dịch pha RF, nên thực
hiện dịch pha trong băng tần cơ sở. Mức tiêu thụ điện năng liên quan đến cả hai trường hợp là có thể so sánh được, miễn là số lượng ăng ten trên mỗi chuỗi RF vẫn - tương đối nhỏ. Có thể giảm chi phí đáng kể bằng cách giảm số lượng chuỗi RF hoàn chỉnh. Điều này cũng dẫn đến mức tiêu thụ điện năng tổng thể thấp hơn. Vì số lượng bộ chuyển đổi dữ liệu thấp hơn đáng kể so với số lượng ăng ten, nên có ít bậc tự do - hơn cho quá trình xử lý băng gốc kỹ thuật số. Do đó, số lượng các luồng được hỗ trợ đồng thời được giảm bớt so với kỹ thuật định hướng búp sóng số. Khoảng cách về hiệu năng được mong đợi là tương đối thấp trong các dải mmWave, kỹ thuật này phù hợp hơn cho đặc điểm kênh cụ thể. Sơ đồ khối của máy phát định hướng búp sóng lai được thể hiện trong hình 1.7. Bộ tiền mã hóa được phân chia giữa các miền tương tự và kỹ thuật số. Về lý thuyết, có thể cho rằng mỗi bộ khuếch đại được kết nối với nhau đến từng phần tử bức xạ. Xử lý băng tần cơ sở kỹ thuật số + Tiền mã hóa MIMO Luồng dữ liệu 1 Luồng dữ liệu 2 Luồng dữ liệu N Chuỗi RF Chuỗi RF LO LPF DAC SRF1 SRFK Dịch pha + khuếch đại công suất (PA)
Hình 1.7.Mô hình kỹ thuật tạo búp sóng lai [45]
Trong những năm gần đây, kỹ thuật định hướng búp sóng lai đã được nghiên cứu bao gồm sự cân bằng giữa hiệu suất năng lượng / hiệu suất phổ của kết nối hoàn toàn kỹ thuật định hướng búp sóng số và lai với bộ chuyển đổi dữ liệu độ phân giải thấp. Một trong những thách thức của các mảng ăng ten lớn là chi phí ngày càng cao -
và sự phức tạp của việc sử dụng nhiều bộ chuyển đổi tương tự số và kỹ thuật số sang - tương tự và các thành phần RF khác để điều khiển các phần tử hoặc mảng con riêng lẻ. Do đó, nghiên cứu tính khả thi của bộ chuyển đổi dữ liệu độ phân giải một bit và trong trường hợp cực đoan sẽ rất quan trọng đối với việc triển khai thực tế các hệ thống MIMO lớn [47].
Các hệ thống truyền hình di động mmWave sẽ cho phép tốc độ dữ liệu gigabit mỗi giây nhờ băng thông lớn có sẵn ở tần số mmWave. Do chi phí cao và tiêu thụ điện năng của các thiết bị, tiền mã hóa mmWave có thể sẽ được phân chia giữa các miền tương tự và số. Số lượng lớn ăng-ten và sự hiện diện của định hướng búp sóng tương tự đòi hỏi phải phát triển các thuật toán ước lượng và tiền mã hóa kênh mmWave cụ thể. Một thuật toán tiền mã hóa tương tự / số lai có thể khắc phục các ràng buộc phần cứng trên định hướng búp sóng tương tự, tiếp cận hiệu năng của các giải pháp kỹ thuật số được đề xuất trong [48]. Trong [49], vấn đề về thiết kế bộ tiền mã hóa mmWave được hình thành bằng cách sử dụng các kết hợp trực giao. Phương pháp này có thể được áp dụng để xử lý vấn đề thiết kế các bộ kết hợp MMSE trong thực tế trên hệ thống mmWave. Gần đây, trong [50] đề xuất một bộ cân bằng đa người dùng lai cho đường lên của các hệ thống mmWave băng thông rộng với các ăng ten mảng con động. Các kiến trúc kết nối phụ lai được thiết kế yêu cầu số lượng khối song song sang nối tiếp (PPS arallel-to-Serial) thấp hơn so với các kiến trúc được kết nối đầy đủ với một nhóm người dùng chỉ sử dụng tiền mã hóa tương tự truyền đến một trạm gốc và chia sẻ cùng một tài nguyên vô tuyến. Ở phía thu, bộ cân bằng đa người dùng lai được thiết kế bằng cách giảm tổng sai số bình phương trung bình (MSE) của tất cả các
sóng mang con, coi thành phần kỹ thuật số được tính toán lặp lại như là một chức năng của phần tương tự và bộ cân bằng tương tự với ăng ten động ánh xạ có nguồn gốc để kết nối bộ ăng ten tốt nhất với từng chuỗi RF. Bộ cân bằng hai bước động được thiết kế này đã đạt được hiệu năng gần với các bộ được kết nối đầy đủ, mặc dù nó ít phức tạp hơn về các yêu cầu xử lý phần cứng và tín hiệu. Ngoài ra, trong [51] đã đề xuất bộ cân bằng đa người dùng số tương tự lặp đi lặp lại bằng cách giảm thiểu tổng MSE của các ước lượng dữ liệu trên các sóng mang con giả định rằng thành phần tương tự được cố định cho tất cả các sóng mang con trong khi thành phần kỹ thuật số được tính dựa trên một cơ sở sóng mang con. Tỷ lệ lỗi bit (BER) của hệ thống lai được lấy và so sánh với các sơ đồ cân bằng lai khác, được thiết kế gần đây cho các hệ thống MIMO mmWave. Kỹ thuật này cho thấy hiệu năng của bộ cân bằng đa người dùng số tương tự được phát triển gần với phương pháp số đầy đủ và vượt trội so với các phương pháp trước đây. Trong [52], gần đây đã đề xuất một sơ đồ định hướng búp sóng lai cho các mạng không đồng nhất mmWave được hình thành với một trạm gốc
gồm các cell lớn (macro-cell BS) và nhiều trạm gốc cell nhỏ (small-cell BS) được trang bị các mảng ăng ten quy mô lớn sử dụng định hướng búp sóng lai tương tự và số. Trọng số định hướng búp sóng số đã được tối ưu hóa để tối đa hóa tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và tạp âm (SINR) của các kênh hiệu quả. Trong nghiên cứu này, các chùm
tia và dung lượng kênh ergodic được đánh giá chỉ với bốn chuỗi RF trong khi yêu cầu độ phức tạp tính toán ít hơn đáng kể.