a) Kỹ thuật anten MIMO lớn
Ða anten là tên chung cho cho tập hợp những kỹ thuật dựa trên việc sử dụng nhiều anten ở phía thu/phía phát, và ít nhiều kết hợp với kỹ thuật xử lý tín hiệu, thường được gọi là MIMO. Kỹ thuật đa anten có thể được sử dụng để nâng cao hiệu năng hệ thống, bao gồm làm tăng dung luợng hệ thống (số nguời dùng trong một ô tăng) và tăng vùng phủ (mở rộng ô) cũng như là làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ. Kỹ thuật đa anten mang lại những lợi ích khác nhau phụ thuộc vào những mục đích khác nhau.
Nhiều anten phát/thu có thể đuợc sử dụng để phân tập, chống lại fading kênh vô tuyến. Trong trường hợp này, kênh khác nhau trên các anten khác nhau sẽ có độ tương quan thấp. Ðể đạt được điều đó thì khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn (phân tập không gian) hoặc sử dụng các anten có phân cực khác nhau (phân tập phân cực). Nhiều anten phát/thu có thể được sử dụng để ‘định hình’ cho búp sóng anten tổng (búp sóng phía phát và búp sóng phía thu) theo một cách nào đó. Ví dụ, tối đa hóa độ lợi anten theo một huớng thu/phát nhất định hoặc để triệt nhiễu lấn át tín hiệu. Kỹ thuật tạo búp sóng này có thể dựa trên cả độ tương quan cao hoặc thấp giữa các anten. Ðộ khả dụng của đa anten phát và thu có thể đuợc sử dụng để tạo ra nhiều kênh truyền song song thông qua giao diên vô tuyến. Ðiều này mang lại khả năng tận dụng băng thông mà không cần giảm thông tin với cùng công suất. Nói cách khác là khả năng cho tốc độ dữ liệu cao với băng tần hạn chế mà không cần thu hẹp vùng phủ. Ta gọi đây là kỹ thuật ghép kênh không gian.
Mục đích sử dụng anten thông minh là để làm tăng dung lương bằng cách truyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lượng tức là tăng việc dùng lại tần số. Nó là một thành phần quan trọng trong mạng 5G. Một hệ thống anten thông minh có những đặc tính và lợi ích cơ bản như trong Bảng 2.2
Bảng 2.2 Đặc điểm anten thông minh.
Đặc tính Lợi ích
Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu được đưa vào
từ nhiều anten sau đo được kết hợp lại để tối ưu công suất có sẵn nhằm thiết lập mức vùng phủ đã cho.
Vùng phủ tốt hơn: Việc tập trung năng
lượng gửi ra trong một tế bào sẽ làm tăng vùng phủ của trạm gốc. Thời gian dùng pin lâu hơn do các yêu cầu công suất tiêu thụ thấp hơn.
Phân tập không gian: Thông tin được
tập hợp từ mảng anten được dùng để tối thiểu fading và các tác động của truyền đa đường không mong muốn.
Loại bỏ các thành phần đa đường: Cho
phép truyền với tốc độ bit cao hơn mà không cần dùng bộ cân bằng và làm giảm tác động trả trễ của kênh.
Hiệu quả công suất: Kết hợp các ngõ
vào đến nhiều thiết bị để tối ưu tăng ích xử lý có sẵn trên đường xuống
Chi phí giảm: Chi phí giảm cho các bộ
khuếch đại công suất, độ tin cây cao hơn.
Sự loại bỏ nhiễu: Anten pattern có thể
loại bỏ các nguồn nhiễu đồng kênh, cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu thu được.
Tăng dung lượng:Việc điều khiển chất
lương các null tín hiệu chính xác và giảm nhiễu kết hợp với việc sử dụng lại tần số sẽ làm tăng dung lượng mạng. Kỹ thuật thích nghi (như là đa truy cập phân chia theo không gian) hỗ trợ việc sử dụng lại tần số trong cùng một tế bào.
b) Truyền thông hợp tác
Trong thực tế các thiết bị di động thường có kích thước nhỏ, chỉ có một hoặc một vài anten đặt gần nhau và vì thế không thể riêng rẽ tạo thành phân tập không gian. Tuy vậy, nếu một thiết bị di động có thể nhận dữ liệu từ các thiết bị di động khác, và truyền dữ liệu đó cùng với dữ liệu của chính bản thân nó thì có thể tạo ra nhiều đường truyền khác nhau từ nút nguồn tới nút đích. Mặc khác kênh truyền fading đối với các thiết bị di dộng khác nhau là độc lập thống kê với nhau, nên việc đạt được phân tập không gian là hoàn toàn khả thi. Việc truyền đi nhiều tín hiệu trên nhiều kênh khác nhau dựa vào các nút trong mạng sẽ tạo nên phân tập, góp phần chống lại ảnh huởng của fading, nâng cao chất lương của kênh truyền.
Hình 2.11 Sự khác biệt giữa mô hình truyền thông trực tiếp và truyền thông hợp tác, mở rộng phạm vi truyền của chuyển tiếp hợp tác.
Truyền thông hơp tác dựa trên ý tưởng trên, các nút trong mạng tạo ra phân tập không gian bằng một phương thức mới hay còn gọi là hệ thống các anten phân tập không gian “ảo” (hay hệ thống MIMO ảo). Có nghia là các thiết bị di động chỉ có một anten, nhưng chúng có thể “chia sẻ” anten của mình với các thiết bị khác để tạo thành hệ thống anten phân tập không gian. Khi dó, dữ liệu của mỗi nguời dùng (user) được truyền không chỉ bởi chính thiết bị của người đó mà còn được truyền bởi những thiết bị di động khác. Vì vậy tại phía thu tín hiệu nhận được có độ tin cậy cao hơn so với việc nhận diện tín hiệu từ một đường truyền duy nhất. Nếu so với việc triển khai các kỹ thuật MIMO truyền thống thì truyền thông hợp tác không cần phải quan tâm đến vấn đề tích hợp nhiều anten vào các thiết bị di động, giúp giảm chi phí, kích thước thiết bị và sự phức tạp về công nghệ và phần cứng. Nhờ vậy, các ứng dụng của truyền thông hợp tác vào các mạng vô tuyến như mạng thông tin di động là cực kì hứa hẹn.
c) Kết nối thiết bị tới thiết bị D2D
Giao tiếp D2D đề cập đến thông tin liên lạc người sử dụng trong trong các mạng di động mà không cần trạm gốc (BS) can thiệp hoặc giảm sự can thiệp của BS. Trong khi các kiến trúc di động thông thường bao gồm các kết nối từ các trạm
gốc cho các thiết bị sử dụng, hệ thống 5G cũng có thể dựa vào một kiến trúc hai tầng gồm một tầng macrocell cho trạm cơ sở để thiết lập liên kết, và một tầng thiết bị thứ hai cho giao tiếp D2D. Kiến trúc D2D có thể vạch ra ba thách thức kỹ thuật, cụ thể là, an ninh, quản lý can thiệp, và phân bổ nguồn lực.
Thách thức kỹ thuật đầu tiên là an ninh. Các bên gửi và nhận dữ liệu phải được đảm bảo dữ liệu của họ là không thể truy cập để chuyển tiếp, và chuyển tiếp phải được đảm bảo các dữ liệu đó được xử lý là lành tính.
Thách thức kỹ thuật thứ hai là quản lý can thiệp. Thiết kế D2D phải quản lý một cách chính xác các kênh được dành riêng cho các kết nối D2D, cũng như các kênh cùng được sử dụng bởi cả hai kết nối D2D và kết nối với trạm gốc.
Thách thức kỹ thuật thứ ba phân bổ nguồn lực, và các giải pháp có thể được cụ thể cho việc thiết kế D2D. Theo thiết kế DR-OC và DC-OC, ví dụ, các trạm cơ sở có thể (một phần) quản lý các lựa chọn chuyển tiếp và kênh. Theo thiết kế DR- DC và DC-DC, không có sự giám sát tập trung vào một trong hai lựa chọn chuyển tiếp hoặc quản lý kênh.
d) Công nghệ sóng milimet (mmWave)
Công nghệ sóng vô tuyến mmWave được xem như một tiềm năng tương đương cáp quang về mặt cung cấp băng thông, song lại không có những hạn chế về truyền tải và tài chính khi triển khai. MmWave đại diện cho phổ tín hiệu RF giữa các tần số 20GHz và 300GHz với bước sóng từ 1 - 15mm, nhưng xét về khía cạnh mạng vô tuyến và các thiết bị thông tin, tên gọi mmWave tương ứng với một số dải tần 24GHz, 38GHz, 60GHz và gần đây, các dãi tần 70GHz, 80 GHz cũng đã được sử dụng công cộng cho mục đích thiết lập mạng và truyền thông vô tuyến.
Hình ảnh bên dưới thể hiện dải quang phổ từ 0-100 GHz với những băng tần số mạng không dây phổ biến nhất trên vùng mmWave.
Hình 2.12 Dải tần số mmWave.
Tại Anh, đã có 3 băng tần đã được phân bổ cho việc sử dụng sóng Millimet với mục đích thương mại, cụ thể như sau:
• 57 GHz – 66 GHz
• 71 GHz – 76 GHz
• 81 GHz – 86 GHz
Ở Mỹ, ngoài sử dụng cùng 3 dải tần trên còn có thêm dải tần 92 GHz – 95 GHz. e) Vô tuyến nhận thức
Hệ thống vô tuyến nhận thức là hệ thống mà các phần tử của nó có khả năng thay đổi các tham số (công suất, tần số) trên cơ sở tương tác với môi trường hoạt động. Theo đó, thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR (Sotware Defined Radio) sẽ là một phần tử quan trọng trong hệ thống vô tuyến nhận thức. Vì các tham số của thiết bị SDR được thay đổi một cách linh động bằng phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng. Mục đích của vô tuyến nhận thức là cho phép các thiết bị vô tuyến khác hoạt động trên các dải tần còn trống tạm thời mà không gây can nhiễu đến các hệ thống vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn hoạt động trên dải tần đó. Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần như trên, vô tuyến nhận thức phải có những tính năng cơ bản sau:
• Điều chỉnh tần số hoạt động của hệ thống một cách tức thì từ một băng tần này đến một băng tần khác (còn trống) trên dải tần cho phép.
• Thiết lập mạng thông tin và hoạt động trên một phàn hoặc toàn bộ băng tần được cấp phát
• Chia sẻ kênh tần số và điều khiển công suất thích ứng theo điều kiên cụ thể của môi trường vô tuyến, mà ở đó tồn tại nhiều loại hình dịch vụ vô tuyến cùng chiếm dụng.
• Thực hiện thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền và các sơ đồ mã hóa sửa lỗi để cho phép đạt được thông lượng tốt nhất có thể.
• Tạo búp sóng và điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thông nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh và tối đa cường độ tín hiệu thu.
2.3 Kết luận chương.
Chương này đã trình bày được các nội dung tổng quan về mạng thông tin di động tế bào 4G-LTE/5G-NR như kiến trúc hệ thống, các giao diện, phương thức đa truy nhập, các yêu cầu kỹ thuật quan trọng. Ngoài phát hành cơ bản LTE-Release8 nói chung, trong nội dung này cũng trình bày bổ sung một số cải tiến kỹ thuật của phát hành LTE-Release14, đây là phát hành nâng cấp cao nhất của LTE, làm cơ sở để xây dựng nền tảng kỹ thuật cho chuẩn hóa công nghệ C-V2X. Đối với thế hệ mạng 5G, được coi là hệ thống vô tuyến mới, tập trung trình bày những yêu cầu kỹ thuật nâng cao và vượt trội so với 4G, các cải tiến kỹ thuật đặc thù giúp cho 5G trở thành hệ thống mang lại nhiều lợi ích cho phát triển kỹ thuật công nghệ trong tương lai. Bắt đầu từ phát hành 3GPP Release15 trở đi có thể coi là khởi đầu cho chuẩn công nghệ 5G-NR.
CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ C-V2X DỰA TRÊN MẠNG