Các thách thức trong quản lý tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Management - RRM) trong sóng milimet bao gồm:
- Sự suy hao của các tần số sóng milimet có thể làm giảm hiệu suất nghiêm trọng và do đó, việc duy trì kết nối đáng tin cậy là một thách thức, đặc biệt là đối với các dịch vụ quan trọng về độ trễ.
- Điều kiện kênh không dây và chất lượng liên kết có thể thay đổi đáng kể trong quá trình di chuyển của người dùng, yêu cầu các quyết định RRM nhanh chóng và hỗ trợ đa kết nối. Tính di động của người dùng cũng gây ra những thay đổi và chuyển tải đáng kể và nhanh chóng do các khu vực phủ sóng nhỏ của các nút truy cập. Do đó, việc quản lý kết nối và cân bằng tải trong các chức năng RRM thông thường cần phải được xem xét lại để đối phó với những thách thức nói trên.
- Do truyền dẫn có định hướng cao, các đặc điểm giao thoa liên kết trở nên khác nhiều so với các hệ thống dưới 6 GHz. Do đó, cần phải quản lý nhiễu nâng cao.
Trong các hệ thống LTE và 5G, các chức năng RRM có thể được phân loại thành ba nhóm chính dựa trên đầu ra của chúng, các tương tác giữa chúng và quy mô thời gian mà chúng hoạt động.
Nhóm 1, RRM nhanh: thay đổi việc sử dụng/hạn chế tài nguyên, tập hợp các chức năng yêu cầu các phép đo thông tin trạng thái kênh (CSI) làm đầu vào và có các ràng buộc về thời gian chặt chẽ (trên mỗi TTI). Các chức năng gồm có:
- Phân bổ tài nguyên động (DRA): chức năng tương tự như trong LTE, tuy nhiên, kích thước TTI trong sóng milimet sẽ nhỏ hơn nhiều (khoảng 100 𝜇𝑠) và cần phải điều chỉnh hoạt động DRA.
42
- Quản lý chùm tia (BM): căn chỉnh chùm tia động, phân bổ tài nguyên tương ứng, và duy trì kết nối giữa một UE với một nút truy cập phục vụ trong quá trình thay đổi môi trường vô tuyến hoặc di động.
Nhóm 2, RRM chậm: kích hoạt chọn/chọn lại ô, tập hợp các chức năng yêu cầu các phép đo RRM làm đầu vào và có các ràng buộc thời gian ít chặt chẽ hơn. Các chức năng gồm có:
- Cân bằng tải (LB): Một chức năng hiện có sẽ được sửa đổi để đáp ứng lưu lượng tải lớn hoặc đột biến trong 5G
- Kiểm soát di động kết nối (CMC): một chức năng khác liên quan đến quản lý chuyển giao giữa các nút truy cập, có thể được kết hợp chặt chẽ với quản lý chùm tia.
- Quản lý nhiễu (IM): ngoài việc sử dụng phối hợp/tránh nhiễu giữa các ô trong miền thời gian, tần số và công suất, điều này cũng cần được xử lý trong miền không gian.
Nhóm 3, Topology RRM định hướng chùm tia backhaul: tập hợp các hàm yêu cầu các phép đo backhaul CSI/RRM làm đầu vào và có các ràng buộc thời gian thay đổi. Trong danh mục này, tùy thuộc vào công nghệ backhaul và cấu trúc liên kết, việc lập lịch liên kết bachhaul và lựa chọn đường dẫn là rất cần thiết. Trong trường hợp tự backhauling sóng mm nhiều bước, lựa chọn đường dẫn thích hợp và bật / tắt các nút truy cập theo cách đáp ứng các KPI mục tiêu, là một quy trình RRM quan trọng để tránh tắc nghẽn backhaul.
2.3. Kết luận
Như vậy, Chương 2 đã đi sâu tìm hiểu về công nghệ mạng mật độ siêu cao UDN với những đặc điểm kiến trúc mới các công nghệ chủ chốt như quản lý di động, quản lý nhiễu, quản lý tài nguyên vô tuyến, điều phối SON và multi-RAT cần được tăng cường hơn nữa. Trong đó, việc thiết kế các thuật toán liên quan tới quản lý tài nguyên hệ thống sẽ trở thành lĩnh vực nghiên cứu chủ chốt trong mạng UDN. Một trong những thuật toán liên quan tới tài nguyên hệ thống là tối ưu hóa bản tin Paging nhằm giảm chi phí tài
43
nguyên phân trang giúp giảm được 15% năng lượng sử dụng của hệ thống được đề suất trong Chương 3 của luận văn.
44
CHƯƠNG 3 – TỐI ƯU TÀI NGUYÊN PAGING TRONG 5G UDN
Phổ sóng milimet (mmWave) là một trong những đề xuất quan trọng của mạng di động 5G do khả năng đáp ứng nhu cầu lưu lượng lớn và số lượng thiết bị không dây ngày càng tăng. Kỹ thuật định hướng hình thành chùm vượt qua các thách thức về lan truyền và suy hao đường dẫn của các tần số cao mmWave. Mặc dù hội tụ định hướng được kỳ vọng sẽ mở ra những khả năng mới, nhưng nó không thể được thực hiện với các giải pháp tiết kiệm năng lượng thông thường được tối ưu hóa trên truyền thông đa hướng. Phát phân trang, dành cho người dùng ở chế độ Tiếp nhận không liên tục (IDRX) để tiết kiệm năng lượng, là một trong những chức năng cần thiết như vậy trong giao tiếp không dây cần sửa đổi trong truyền dựa trên chùm định hướng cao. Do phạm vi phủ sóng không gian hạn chế của các chùm định hướng, việc truyền phân trang diễn ra trên nhiều chùm, điều này làm tăng đáng kể tổng chi phí tài nguyên phân trang của mạng. Chương 3 giới thiệu một cơ chế phân trang mới cho giao diện không khí (air interface) định hướng trong giao tiếp 5G hỗ trợ mmWave. Phân tích số của cơ chế Phân trang định hướng dựa trên UE ID được phân vùng (PIDP) được đề xuất làm giảm chi phí tài nguyên phân trang của mạng, dẫn đến tiết kiệm điện năng 15% so với truyền phân trang định hướng không có phân vùng ID UE.
Việc tích hợp phổ mmWave trong các kịch bản không dây là rất phức tạp, đặc biệt là trong trường hợp suy hao đường truyền và lan truyền cao ở tần số cao hơn. Đặc biệt, bước sóng mm nhỏ tạo điều kiện thuận lợi cho kiến trúc mảng ăng ten nhúng trong các thiết bị di động. Các thành phần thực tế của mảng anten có khả năng tập trung năng lượng điện từ theo các hướng mong muốn (chùm). Chùm cung cấp một giải pháp khả thi để xử lý các trở ngại mất đường ở tần số cao hơn. Do đó, giao tiếp định hướng dựa trên chùm tia là một đề xuất thiết yếu cho truyền thông 5G dựa trên mmWave. Dự án Đối tác Thế hệ thứ Ba (3GPP) đã bắt đầu công việc điều chỉnh hiệu quả Công nghệ truy cập vô tuyến mới (NR) được thiết kế để hoạt động ở phổ tần số cao (lên đến 100 GHz). Thiết lập mạng không dây sử dụng giao tiếp dựa trên chùm định hướng là tương đối mới và khác với giao tiếp không dây đa hướng hiện tại, như được mô tả trong Hình
45
3.1. Tính hướng thay đổi cách xử lý giao diện không khí ngày nay, do đó thách thức các cơ chế kế thừa được thiết kế và tối ưu hóa cho giao tiếp đa hướng. Việc truyền phát các tin nhắn phân trang tới Thiết bị Người dùng (UE) ở chế độ Tiếp nhận không liên tục (DRX) là một trong những cơ chế yêu cầu thiết kế lại trong giao tiếp 5G có định hướng. Trong hệ thống không dây LTE / LTE-A, cơ chế DRX được chỉ định, giúp giảm chi tiêu năng lượng của UE bằng cách định cấu hình thời gian ngủ. Trong thời gian ngủ, hầu hết mạch của UE được tắt để tiết kiệm pin. Với chi phí tính toán ngày càng tăng tại UE, do điều chế và mã hóa bậc cao hơn, chi phí tìm kiếm chùm tia, công nghệ MIMO khổng lồ, kỳ vọng chất lượng nâng cao và xu hướng xã hội / đa phương tiện ngày càng tăng, sẽ rất khó để bỏ qua DRX để tiết kiệm năng lượng tại UE trong mạng 5G.
Hình 3.1: Giao diện không khí định hướng trong truyền thông 5G
Phân trang là một cơ chế quan trọng giúp chuyển hướng cuộc gọi đến đến UE khi đó là DRX ở chế độ Chờ (IDRX) để tiết kiệm năng lượng. Mạng phát các thông điệp phân trang trong các ô để truyền tải thông tin chi tiết về cuộc gọi đến đến UE ở chế độ IDRX. Vì phạm vi phủ sóng không gian của mỗi chùm Truyền (TX) bị hạn chế, việc phát bản tin phân trang trở nên phức tạp trong truyền thông 5G định hướng. Để bao phủ toàn bộ khu vực của một ô, bản tin phân trang cần phải được truyền trên tất cả các chùm TX, như thể hiện trong Hình 3.1. Tuy nhiên, việc truyền đồng thời trên tất cả các chùm là không thể truyền được do số lượng bảng anten ở gNB (cơ sở 5G hạn chế trạm được gọi là NodeB thế hệ tiếp theo (gNB)). Trong truyền thông mmWave 5G, quét chùm tia
46
được thực hiện để bao phủ một khu vực không gian bằng cách truyền các chùm tia khác nhau trong các khe thời gian khác nhau theo cách có chủ ý. Do đó, truyền phân trang định hướng qua một số chùm sẽ yêu cầu nhiều khe thời gian để bao phủ toàn bộ ô, trong khi truyền phát đa hướng kế thừa chỉ có thể trong một khe thời gian cho mỗi dịp phân trang (PO). Đây là một thách thức quan trọng vì yêu cầu tài nguyên của mạng để truyền phân trang sẽ tăng lên khi số lượng chùm tia trong truyền thông 5G định hướng tăng lên.