CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG SMALL CELL
4.2 Phân tích nhược điểm của hệ thống Small Cell
4.2.3 Mơ hình cơng suất máy tính
38 Do quá trình xử lý lưu lượng lớn ở BS của tế bào nhỏ 5G, khối lượng xử lý dữ liệu ở 5G nhỏ tế bào BS's được đánh giá bằng hoạt động trên giây tại BBU's. Hơn nữa, nguyên tắc Landauer được sử dụng để ước tính cơng suất tính tốn tiêu thụ để xử lý dữ liệu trong phần này. Trong phần này, chúng tôi cũng nghiên cứu tác động của MIMO lớn và cơng nghệ sóng milimet dựa trên sức mạnh tính tốn của BS của tế bào nhỏ 5G.
4.2.3.1 Các loại cơng suất tính tốn
Trong các BS tế bào macro truyền thống, công suất được sử dụng tại BBU (BBU là đơn vị cốt lõi của BS) là nhỏ so với điện năng tiêu thụ của các PA. Với những tiến bộ gần đây của 5G của cơng nghệ sóng MIMO và sóng milimet, Small Cell của BS đang thay thế BS của tế bào macro để thực hiện chức năng truyền dữ liệu không dây trong mạng lưới di dộng 5G. Hơn nữa, điện năng tiêu thụ tại BBU's dự kiến sẽ tăng dần do lượng truy cập lớn trong tế bào nhỏ 5G của BS. Kiến trúc hậu cần điển hình của eNodeB BS, tức là BS ơ macro trong mạng di động. Khơng có mất tính tổng qt, BBU của BS ô macro bao gồm bốn hệ thống: hệ thống băng tần cơ sở, hệ thống điều khiển, hệ thống chuyển giao và hệ thống điện. Các chức năng chi tiết của các hệ thống này trong BBU được mô tả như sau:
• Các chức năng của hệ thống băng tần cơ sở bao gồm lọc tín hiệu, biến đổi Fourier nhanh / Fourier nhanh nghịch đảo biến đổi (FFT / IFFT), điều chế và giải điều chế, xử lý kỹ thuật số tiền biến dạng (DPD), phát hiện tín hiệu, và mã hóa / giải mã kênh không dây. Lưu ý rằng, chức năng xử lý tín hiệu được sử dụng cho máy phát và
bộ thu được thực hiện bởi BBU.
• Hệ thống kiểm sốt chịu trách nhiệm kiểm soát và quản lý việc phân bổ nguồn lực tại BS để cung cấp giao diện điều khiển giữa BS và các đơn vị mạng khác. Hơn nữa, các giao thức điều khiển giao tiếp được chạy tại hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển cũng cung cấp một giao diện ngôn ngữ người-máy (MML) cho thiết bị đầu cuối duy trì cục bộ (LMT) để định cấu hình phân bổ tài nguyên của BBU.
• Hệ thống chuyển giao kết nối với thực thể quản lý di động / cổng phục vụ (MME /S- GW) của lõi mạng bằng giao diện S1 (xem Hình 1). Hơn nữa, thơng tin kiểm soát và quản lý giữa các BS là được chuyển tiếp bởi giao diện X2 của hệ thống chuyển giao trong BBU's.
• Hệ thống điện chịu trách nhiệm cung cấp điện, làm mát và giám sát tại BBU's.
Đối với BS của tế bào nhỏ, hầu hết các chức năng được tích hợp vào một vài chip bán dẫn và khơng có một cơng suất duy nhất hệ thống. Do đó, hệ thống của BBU ở ơ nhỏ BS đơn giản hơn hệ thống của BBU ở ô vĩ mơ của BS.
39
4.2.3.2 Tính tốn mơ hình điện
Khó khăn chính là làm thế nào để tính tốn sức mạnh tính tốn cho mọi hệ thống hậu cần trong BBU's. Để đạt được điều này, chúng tôi phân vùng BBU thành các phần khác nhau dựa trên kiến trúc phần cứng. Chúng bao gồm DPD, Bộ lọc, CPRI, OFDM, FD, FEC và CPU trong đó DPD là phần xử lý kỹ thuật số trước biến dạng, bộ lọc là phần cứng được sử dụng để lấy mẫu tín hiệu lên / xuống và lọc, CPRI là phần giao diện vô tuyến công cộng chung để kết nối với mạng lõi và chuỗi RF bằng liên kết nối tiếp, OFDM là phần cứng được sử dụng cho FFT và ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM)-cụ thểxử lý tín hiệu, FD là phần xử lý miền tần số, bao gồm, ánh xạ / ánh xạ ký hiệu và Cân bằng MIMO, FEC là sửa lỗi chuyển tiếp bao gồm mã hóa và giải mã kênh, và CPU là bộ xử lý điều khiển nền tảng BBU. Dựa trên nguyên tắc của Landauer, chúng tơi ước tính sức mạnh tính tốn của chip bán dẫn sử dụng hoạt động Giga trên giây (GOPS) và xem xét các chip bán dẫn khác nhau kỹ thuật. Sức mạnh tính tốn của BBU được tổng hợp bằng sức mạnh tính tốn của mọi bộ phận phần cứng, tức là mọi chip bán dẫn tại BBU.
Nguyên lý Landauer được đề xuất vào năm 1961 bởi Rolf Landauer, người đã cố gắng áp dụng lý thuyết nhiệt động lực học sang máy tính kỹ thuật số. Nguyên tắc của Landauer giải thích mối quan hệ giữa q trình thơng tin và năng lượng tiêu dùng theo quan điểm của mức độ tự do vi mô trong vật lý thống kê. Điều này dựa trên một vật lý nguyên tắc liên quan đến giới hạn tiêu thụ năng lượng lý thuyết thấp hơn tương ứng với tính tốn. Chịu hãy nhớ rằng khái niệm entropy trong lý thuyết thông tin do Claude Shannon đưa ra được vay mượn từ lý thuyết nhiệt động lực học. Tương tự, nguyên lý của Landauer kết nối hai khái niệm thông tin và năng lượng này bằng cách sử dụng lý thuyết nhiệt động lực học và vật lý thống kê. Do đó, trong bài báo này, nguyên tắc của Landauer được sử dụng đầu tiên để phân tích mức tiêu thụ điện năng tính tốn trong mạng di động nhỏ 5G. Cụ thể hơn nguyên tắc của Landauer chỉ ra rằng bất kỳ thao tác thông tin nào không thể đảo ngược về mặt logic, chẳng hạn như xóa một bit hoặc hợp nhất của hai đường dẫn tính tốn, phải đi kèm với sự gia tăng entropy tương ứng trong tính khơng mang thơng tin bậc tự do của thiết bị xử lý thơng tin hoặc mơi trường của nó.