Massive MTC được sử dụng trong các dịch vụ mà thường sử dụng m t so lượng rat lớn các thiet bị, ví dụ như cảm bien hay cơ cau truyen đ ng. Cảm bien là dịch vụ có chi phí cũng như lượng năng lượng sử dụng rat thap đeduy trì tuoi tho pin. Có nghĩa là lượng dữ li u được sinh ra bởi moi m t cảm bien thông thường là rat bé và tre rat thap không phải là m t yêu cau quan trong. Trong khi cơ cau truyen đ ng gan như là được giới hạn ve m t chi phí, chúng sẽ thay đoi lượng năng lượng tiêu thụ từ rat thap đen mức trung bình.
Crictical MTC được sử dụng trong các ứng dụng ví dụ như đieu khien giao thơng an tồn, đieu khien cơ sở hạ tang và các ket noi không dây cho các quy trình cơng nghi p. Những ứng dụng này u cau đ tin c y và khả dụng siêu cao đong thời tre phải cực thap. M t khác, chi phí thiet bị thap và hi u quả sử dụng năng lượng lại không phải là m t yêu cau quan trong đoi với các ứng dụng massive MTC. Trong khi khoi lượng trung bình dữ li u truyen tải từ và đen các thiet bị không lớn, đ r ng băng thơng tức thời lại hữu ích trong vi c có the đáp ứng được yêu cau ve năng lực và đ tre truyen dan.
1.2.4Pho sữ dnng cho 5G
Ðe ho trợ khả năng đáp ứng nhu cau tăng lưu lượng cũng như ho trợ các truyen dan sử dụng băng thông lớn đe đáp ứng toc đ dữ li u rat cao, 5G phải mở r ng khoảng cách tan so sử dụng cho truyen thông di đ ng. Ðieu này bao gom sử dụng pho tan mới ở 6GHz cũng như pho tan ở băng tan cao hơn.
Ứng viên pho tan cụ the cho truyen thông di đ ng 5G ở băng tan so cao hơn van chưa được xác định là do ITU-R hay m t to chức nào khác quy định. Khoảng tan so lên đen khoảng 100GHz được cân nhac đen trong trường hợp này.
Phan khoảng tan so thap hơn, dưới 30GHz lại được ưu tiên sử dụng hơn khi đứng trên phương di n ve các tính chat lan truyen của sóng. Ðong thời, so lượng lớn pho tan và khả năng của các băng tan truyen dan r ng của các tan so ở băng 1GHz ho c lớn hơn là khá giong với các tan so trên băng 30GHz. Vì v y, pho tan sử dụng cho 5G là từ dưới 1GHz đen khoảng 100GHz, như trong hình 1.3:
H i nghị quoc te ve vô tuyen WRC-15 đã đưa ra ket lu n ve vi c đưa vào m t chương trình nghị sự cho IMT-2020, định danh cho 5G, ở WRC-19. H i nghị cũng đạt đen quyet định ve các khoảng tan so được nghiên cứu cho 5G, với khả năng áp dụng cao. Rat nhieu các băng tan so là thu c băng tan milimet và cụ the như sau:
➢24.25GHz-27.5GHz, 37GHz-40.5GHz, 42.5GHz-43.5GHz, 45.5GHz-47GHz, 47.2GHz- 50.2GHz, 50.4GHz-52.6GHz, 66 GHz-76GHz and 81GHz-86GHz là các
băng tan được phân bo cho các dịch vụ di đ ng trên nen cơ bản.
➢31.8GHz-33.4GHz, 40.5GHz-42.5GHz và 47GHz-47.2GHz là các băng tan bo sung được phân bo cho các dịch vụ di đ ng trên nen cơ bản.
1.2.5Các thành phan cũa công ngh 5G
Ngoài mở r ng hoạt đ ng lên các tan so cao hơn, có rat nhieu yeu to đóng vai trò là thành phan chủ chot trong sự phát trien của công ngh truy nh p không dây 5G. Các thành phan đó bao gom: tích hợp truy nh p/đường trục, truyen thông máy - máy,song công linh hoạt, sử dụng pho hi u quả, truyen dan đa anten, thiet ke siêu hoc, tách bi t m t phang người dùng và m t phang đieu khien.
1.2.5.1 Tích hợp truy c¾p/dường trnc
Công ngh không dây đã đang được sử dụng thường xuyên như m t phan của giải pháp đường trục. Ðường trục vô tuyen được sử dụng dưới đieu ki n truyen trong tam nhìn thang sử dụng những đ c điem của công ngh vô tuyen ở các băng tan so cao hơn, bao gom cả băng tan milimet.
Trong tương lai, đường truy c p cũng sẽ được mở r ng đen các tan so cao hơn. Hơn nữa, đe ho trợ vi c trien khai m t đ công suat thap, đường trục vô tuyen cũng sẽ mở r ng đe ho trợ truyen trong đieu ki n khơng có tam nhìn thang, tương tự như các đường truy c p.
Trong kỉ nguyên của 5G, đường truy c p và đường trục vô tuyen không được xem là 2 thực the riêng bi t với 2 giải pháp công ngh riêng bi t. Hơn nữa, đường truy c pđường trục vơ tuyen cịn được xem như m t giải pháp truy nh p khơng dây tích hợp mà có the sử dụng cùng m t cơng ngh cơ bản và hoạt đ ng với cùng m t khoảng pho tan chung. Ðieu này dan đen hi u quả hơn trong vi c sử dung chung pho tan cũng như giảm đáng ke chi phí v n hành cũng như quản lý.
Ðo án tot nghi p Ðại hoc Chương 1: Tong quan h thong thông tin di đ ng
1.2.5.2 Truyen thông từ thiet bị den thiet bị
Van đe ve giới hạn các thiet bị giao tiep trực tiep thiet bị-thiet bị D2D (Device– to–Device) gan đây đã được giới thi u như m t mở r ng đoi với LTE. Trong kỉ nguyên 5G, vi c ho trợ cho D2D như m t phan của giải pháp truy nh p không dây được cân nhac ngay từ đau. Ðieu này bao gom truyen thông dữ li u người dùng peer to peer giữa các thiet bị với nhau.Truyen thông D2D trong boi cảnh 5G được xem như là m t phan không the thieu của giải pháp truy nh p không dây. Truyen thông D2D trực tiep có the được sử dụng đe giảm tải lưu lượng, mở r ng dung lượng và nâng cao hi u quả tong the của toàn b mạng truy nh p không dây. Hơn the nữa, đe tránh sự can thi p không được đieu khien đen các thiet bị khác, truyen thông D2D trực tiep can phải nam trong sự đieu khien của mạng. Ðây là m t đ c điem đ c bi t quan trong cho trường hợp truyen thông D2D trong pho tan được cap phép.
1.2.5.3 Sữ dnng song công linh hoạt
Song công phân chia theo tan so FDD là kieu song cơng chính từ thuở sơ khai của kỉ nguyên truyen thông di đ ng. Trong kỉ nguyên của 5G, FDD van giữ vai trị là kieu song cơng chính cho các tan so ở băng tan thap. Tuy nhiên, ở các băng tan cao hơn, đ c bi t là trên 10GHz, song công phân chia theo thời gian TDD lại là kieu song công được sử dụng nhieu hơn.
Ðoi với các nút ở vùng có m t đ công suat thap, các kịch bản sử dụng TDD (trực tiep trạm goc–trạm goc BS-BS và thiet bị-thiet bị D2D) cũng sẽ tương tự với trường hợp trạm goc-thiet bị và thiet bị-trạm goc khi sử dụng cho FDD.
Ðe đạt được toi đa hi u năng của mình, 5G nên an định m t các linh hoạt các nguon tài nguyên truyen tải cho TDD. Ðieu này trái ngược với song công TDD dựa trên công ngh di đ ng hi n tại, bao gom cả TDD-LTE.
1.2.5.4 Sữ dnng pho hi u quã
Ngay từ khi bat đau, truyen thông di đ ng đã hoạt đ ng dựa vào các băng tan được cap phép hoạt đ ng trên m t vùng địa lý nhat định. Ðieu này cũng sẽ là nen tảng cho kỉ nguyên 5G, cho phép các nhà đieu hành cung cap các ket noi có chat lượng cao trong mơi trường giao di n có the đieu khien được. Tuy nhiên, những pho tan cap phát cho các nhà đieu hành có the được bo sung đe chia sẻ pho lan nhau. Vi c chia sẻ pho lan nhau này dan đen pho tan được sử dụng m t cách hi u quả hơn.
1.2.5.5 Truyen dan da an ten
Truyen dan đa anten đã và đang đóng m t vai trị quan trong trong các the h thông tin di đ ng và cũng sẽ là m t phan quan trong của kỉ nguyên 5G bởi vì những hạn che v t lý của các anten nhỏ. Suy hao đường truyen giữa máy phát và máy thu không thay đoi theo tan so khi khau đ anten phát và anten thu không thay đoi. Khau đ anten giảm theo tỉ l căn b c 2 của tan so, và lượng khau đ giảm đi có the được bù đap bang vi c sử dụng các anten có tính hướng cao. Mạng vơ tuyen 5G sử dụng hàng trăm anten cơ sở đe tăng khau đ của anten đạt đen khau đ của anten trong công ngh di đ ng hi n nay.Ngoài ra, máy phát và máy thu sẽ sử dụng các kỹ thu t phân t p đe tìm ra m t đường khác và cải thi n năng lượng truyen dan của đường đó bang vi c cau hình nhanh m t liên ket khác. Phân t p cũng góp phan cải thi n môi trường vô tuyen bang cách hạn che các can thi p vào cac phan nhỏ của vùng không gian xung quanh máy phát và tương tự như the cũng hạn che các tác đ ng trên máy thu đe các sự ki n ngau nhiên không dien ra liên tục. Vi c sử dụng phân t p cũng là m t công ngh quan trong đoi với các tan so thap, ví dụ phân t p giúp mở r ng vùng phủ sóng và tăng toc đ dữ li u ở những vùng có trien khai thưa thớt.
1.2.5.6Thiet ke siêu hoc
Thiet ke siêu hoc rat quan trong đoi với vi c đạt được hi u quả sử dụng cao trong mạng 5G. Nguyên tac cơ bản của thiet ke siêu hoc có the được hieu là: toi thieu hóa bat kì truyen tải nào mà khơng liên quan trực tiep đen vi c truyen tải dữ li u người sử dụng. Các truyen tải đó bao gom truyen tải tín hi u đong b , ước lượng kênh cũng như hoạt đ ng truyen tải quảng bá các loại thông tin đieu khien và thông tin h thong khác nhau.
Thiet ke siêu hoc đ c bi t quan trong đoi với những vùng có m t đ trien khai các nút mạng cao và các đieu ki n lưu lượng cao khác nhau. Tuy nhiên thiet ke này mang lại lợi ích cho bat cứ loại trien khai nào, ke cả trien khai cỡ macro.
1.2.5.7Tách bi t m¾p phang người dùng và m¾t phang dieu khien
M t nguyên tac quan trong trong thiet ke của 5G đó là tách riêng phan dữ li u người sử dụng và chức năng đieu khien h thong. Vi c tách riêng người dùng và đieu khien cho phép mở r ng khả năng của m t phang người dùng và chức năng đieu khien h thong. Ví dụ, dữ li u người sử dụng có the được truyen tải bang m t lớp các nút
truy nh p, trong khi đó thơng tin h thong chỉ có the được cung cap qua lớp macro trên thiet bị bat đau truy nh p vào h thong.
1.3 Ket lu n chương 1
Chương 1 trình bày ve các h thong thông tin di đ ng từ những the h đau tiên 1G đen the h 5G đay hứa hen với những đ c điem và ưu the vượt tr i. Ðong thời, trong chương này, các kien thức ve những công ngh đa truy nh p trong di đ ng cũng được đe c p m t cách rõ ràng. Chương tiep theo sẽ trình bày ve m t cơng ngh đa truy nh p rat mới đang được nghiên cứu trên the giới, công ngh đa truy nh p theo mã thưa SCMA.
CHƯƠNG 2
CÔNG NGH ÐA TRUY NH P THEO MÃ THƯA SCMA
Ða truy nh p không dây là m t trong những công ngh lớp v t lý chủ chot trong truyen thông không dây. Công ngh này cho phép các trạm goc di đ ng có the nh n dạng được m t so lượng lớn các thiet bị đau cuoi người sử dụng khác nhau và cho phép phục vụ chúng m t cách đong thời. Các h thong hi n tại chon sử dụng phương pháp đa truy nh p trực giao. Nghĩa là moi m t người sử dụng sẽ trực giao với m t người sử dụng khác trong ít nhat m t thứ nguyên của tài nguyên vô tuyen: thời gian, tan so, mã… Công ngh OFDMA sử dụng trong các h thong 4G là m t ví dụ. Trong đó, nguon tài ngun vơ tuyen được chia ra thành các lưới 2 chieu thời gian-tan so và moi lưới có the chỉ được sử dụng bởi m t người dùng ở m t thời điem nhat định nào đó. Rõ ràng rang so lượng người dùng truy nh p đong thời là tỉ l với so lượng tài nguyên trực giao san có và rõ ràng đieu đó là hạn che. Ðoi m t với yêu cau ve so lượng cực lớn các ket noi của 5G, đa truy nh p không trực giao trở thành van đe nghiên cứu trong tâm của công ngh đa truy nh p 5G. Và trong đó, đa truy nh p theo mã thưa SCMA là m t ứng cử viên đay hứa hen.
Ở máy phát, các bit mã được ánh xạ trực tiep đen các từ mã đa chieu trong mien phức, và các từ mã từ các người sử dụng khác nhau sẽ được xep chong không trực giao trong m t đường trải mã thưa, bên máy thu thực hi n vi c phát hi n ra nhieu người dùng chung bang cách sử dụng kênh giải mã cho các các dữ li u phục hoi. Nhờ vào sự thưa thớt, các thu t tốn với sự phức tạp thap có the được thiet ke đe có the đạt được ket quả phát hi n gan toi ưu. So lượng các từ mã trực giao có the nhieu hơn nhieu so với so lượng các đơn vị tài nguyên trực giao. Ðieu này dan đen ưu the của SCMA trong phục vụ được nhieu người dùng trong khi van duy trì cùng m t dải tài nguyên do đó cải thi n tích cực hi u năng tồn h thong.
2.1Khái ni m SCMA
2.1.1 Các phương pháp đa truy nh p đã có trong h thong thơng tin di đ-ng
Các h thong thông tin di đ ng trước đây ghi nh n và đưa vào sử dụng các phương pháp đa truy nh p khác nhau, bao gom đa truy nh p phân chia theo thời gian ket hợp phân chia theo tan so TDMA/FDMA, đa truy nh p phân chia theo mã CDMA
Ðo án tot nghi p Ðại hoc Chương 2: Công ngh đa truy nh p theo mã thưa SCMA
và đa truy nh p phân chia theo tan so trực giao OFDMA. Moi phương pháp đa truy nh p trên đeu có đ c điem cũng như ưu nhược điem khác nhau, cụ the:
➢TDMA/FDMA: Sử dụng trong các h thong 2G, ví dụ GSM, tài ngun vơ tuyen chia
thành các khe thời gian ho c các băng tan so; người dùng được phân bo sử dụng trong các khe thời gian ho c các băng tan
➢CDMA: Sử dụng trong các h thong 3G, ví dụ WCDMA, khơng trực giao trong mien
thời gian, tan so nhưng trực giao trong mien mã, người dùng được phân bo sử dụng trong các chuoi trực giao
➢OFDMA: Sử dụng trong các h thong 4G, ví dụ LTE, trực giao trong mien lưới 2 chieu thời gian-tan so, người dùng được phân bo sử dụng trong lưới thời gian- tan so
2.1.2 Ða truy nh p theo mã thưa SCMA
SCMA là m t bảng mã đa chieu dựa trên kỹ thu t trải mã không trực giao đe giải quyet các yêu cau của truyen thông không dây 5G như ho trợ nhieu lưu lượng, phạm vi và so lượng thiet bị ket noi lớn, QoS cao, tre thap…Trong SCMA, các bit đen được ánh xạ trực tiep đen các từ mã phức đa chieu được chon từ m t t p các bảng mã được xác định trước. Ðoi với các từ mã khác, trong SCMA, các b ánh xạ QAM và các b trải mã CDMA được ket hợp cùng nhau đe trực tiep ánh xạ m t t p các bit sang m t vec tơ phức thưa được goi là từ mã. Moi m t lớp đeu có m t t p các từ mã SCMA riêng.
2.2 Hoạt đ-ng h thong SCMA
Hình 2.1mơ tả m t h thong truyen thông SCMA đơn giản, sử dụng cho 6 người dùng.
Hình 2. 1: H thong SCMA
H thong bao gom 3 khoi cơ bản: khoi phát tín hi u SCMA, khoi xử lý tín hi u