Xem mẫu
- HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
HỌ VÀ TÊN: TRẦN XUÂN TÀI
KHÓA: 51
HỆ ĐÀO TẠO: DÀI HẠN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: THÔNG TIN
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN MỚI
TRONG 5G
NĂM 2020
- HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
HỌ VÀ TÊN: TRẦN XUÂN TÀI
KHÓA: KHÓA 51
HỆ ĐÀO TẠO: DÀI HẠN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 52520201
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN MỚI
TRONG 5G
Cán bộ hướng dẫn: Đại tá, PGS.TS Đỗ Quốc Trinh
NĂM 2020
- HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN THÔNG TIN
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Trần Xuân Tài Lớp: Thông tin 2 Khóa: 51
Ngành: Điện-Điện tử Chuyên ngành: Thông tin
1. Tên đồ án: “Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới trong 5G”.
2. Các số liệu ban đầu:
Quyết định giao đồ án tốt nghiệp đại học – Học viện Kỹ thuật Quân sự.
Dựa trên nhiệm vụ được giao và các tài liệu tham khảo.
3. Nội dung bản thuyết minh:
Lời mở đầu.
Chương 1: Giới thiệu về thông tin di động tế bào.
Chương 2: Tổng quan về mạng 5G.
Chương 3: Mạng truy cập vô tuyến mới NR.
Kết luận chung.
4. Số lượng, nội dung các bản vẽ: ............................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.....................................................................................................................
5. Cán bộ hướng dẫn:
+ Đại tá, PGS.TS Đỗ Quốc Trinh - Giáo viên Bộ môn Thông Tin - Khoa
Vô tuyến Điện tử - Học viện Kỹ thuật Quân sự.
Ngày giao: 22/06/2020 Ngày hoàn thành:02/11/2020
- Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2020
Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hướng dẫn
Trung tá, GVC.TS Nguyễn Thế Quang Đại tá, PGS.TS Đỗ Quốc Trinh
Học viên thực hiện
Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày … tháng … năm 2020
- i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
1G First Generation Thế hệ thứ nhất
2G Second Generation Thế hệ thứ hai
3G Third Generation Thế hệ thứ ba
Third Generation
3GPP Dự án hợp tác thế hệ 3
Partnership Project
4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư
5G Fifth Generation Thế hệ thứ năm
5GC 5G Core Lõi 5G
Advanced Mobile Phone Dịch vụ điện thoại đi
AMPS
Service động tiên tiến
BS Base Station Trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
BWP Bandwidth Part Phần băng thông
Code Division Multiple Đa truy cập phân chia
CDMA
Access theo mã
CN Core Network Mạng lõi
CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng
Downlink Control Thông tin điều khiển
DCI
Information đường xuống
DL Downlink Đường xuống
EPC Evoved Packet Core Lõi gói tăng cường
Evolved Universal Truy cập vô tuyến mặt
E-UTRA
Terrestrial Radio Access đất vạn năng tăng cường
Frequency Division Song công phân chia
FDD
Duplex theo tần số
Frequency Division Đa truy cập phân chia
FDMA
Multiple Access theo tần số
- ii
FM Frequency Modulation Điều chế tần số
General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói
GPRS
Services chung
Global System for Hệ thống thông tin di
GSM
Mobile Communications động toàn cầu
Hybrid Automatic Yêu cầu phát lại tự động
HARQ
Repeat Request lai
High Speed Packet
HSPA Truy cập gói tốc độ cao
Access
IoT Internet of Things Internet vạn vật
International
Liên minh viễn thông
ITU Telecommunications
thế giới
Union
LTE Long-Term Evolution Tiến hóa dài hạn
MA Multiple Access Đa truy cập
Multi-Access Edge Điện toán cạnh đa truy
MEC
Computing cập
Multiple-Input and Nhiều đầu vào nhiều đầu
MIMO
Multiple-Output ra
Negative
NACK Xác nhận âm
Acknowledgement
Network Functions
NFV Các chức năng mạng ảo
Virtualization
Next Generation Radio Mạng truy cập vô tuyến
NG-RAN
Access Network thế hệ tiếp theo
NR New Radio Vô tuyến mới
Orthogonal Frequency
Đa truy cập phân chia
OFDMA Division Multiple
theo tần số trực giao
Access
Orthogonal Multiple
OMA Đa truy cập trực giao
Access
High Peak-to-Average Tỷ số công suất đỉnh
PAPR
Power Ratio trên công suất trung bình
Physical Broadcast
PBCH Kênh quảng bá vật lý
Channel
- iii
Physical Downlink Kênh điều khiển đường
PDCCH
Control Channel xuống vật lý
Physical Downlink Kênh chia sẻ đường
PDSCH
Shared Channel xuống vật lý
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PN Pseudo-Noise Tạp âm giả
Physical Random Kênh truy cập ngẫu
PRACH
Access Channel nhiên vật lý
PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý
Primary Synchronisation
PSS Tín hiệu đồng bộ sơ cấp
Signal
Physical Uplink Shared Kênh chia sẻ đường lên
PUSCH
Channel vật lý
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
Random Access Đáp ứng truy cập ngẫu
RAR
Response nhiên
Radio Access Công nghệ truy cập vô
RAT
Technology tuyến
RE Resource Element Phần tử tài nguyên
Radio Network Nhận dạng tạm thời
RNTI
Temporary Identifier mạng vô tuyến
Radio Resource Quản lý tài nguyên vô
RRM
Management tuyến
Khoảng cách sóng mang
SCS Sub-Carrier Spacing
con
Software-Defined Kết nối mạng bằng phần
SDN
Networking mềm
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Synchronization
SSB Khối chuỗi đồng bộ
Sequence Block
Song công phân chia
TDD Time Division Duplex
theo thời gian
Time Division Multiple Đa truy cập phân chia
TDMA
Access theo thời gian
UE User Equipment Thiết bị người dùng
- iv
UL Uplink Đường lên
Universal Mobile Hệ thống điện thoại di
UMTS
Telephone System động vạn năng
UMTS Terrestrial Radio Mạng truy cập vô tuyến
UTRAN
Access Network mặt đất vạn năng
VRB Virtual Resource Block Khối tài nguyên ảo
- v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Một cái nhìn tổng quan về các kỹ thuật đa truy cập khác nhau. ........... 5
Hình 1.2. Hiệu quả phổ (bps/Hz) của sự phát triển tế bào số. ............................. 6
Hình 1.3. Các khả năng người dùng trong các thế hệ tế bào. .............................. 6
Hình 1.4. Sơ đồ khối kiến trúc mạng 1G. ........................................................... 9
Hình 1.5. Sơ đồ khối kiến trúc mạng GSM 2G. ................................................ 12
Hình 1.6. Sơ đồ khối máy thu Rake WCDMA 3G. ........................................... 14
Hình 1.7. Sơ đồ khối kiến trúc mạng WCDMA 3G. ......................................... 15
Hình 1.8. Sơ đồ khối máy phát đường xuống WCDMA. .................................. 16
Hình 1.9. Sơ đồ khối máy phát đường lên WCDMA. ....................................... 17
Hình 1.10. Sơ đồ khối máy phát HSDPA. ........................................................ 17
Hình 1.11. Sơ đồ khối kiến trúc mạng HSDPA. ............................................... 18
Hình 1.12. Sự biểu diễn thời gian/tần số của tín hiệu OFDM cho tiêu chuẩnLTE.
......................................................................................................................... 20
Hình 1.13. Sự hình thành dạng sóng OFDMA với k sóng mang con. ............... 21
Hình 1.14. Sơ đồ khối kiến trúc mạng LTE 4G. ............................................... 22
Hình 1.15. Nét nổi bật của 3GPP. ..................................................................... 23
Hình 2.1. Sơ đồ khối kiến trúc mạng 5G. ......................................................... 26
Hình 2.2. Các kịch bản sử dụng của IMT-2020. ............................................... 28
Hình 2.3. Các ví dụ về massive MIMO: ghép kênh không gian (bên trái) và
chùm tia đơn/đa người dùng. ............................................................................ 30
Hình 2.4. Ví dụ về một phần mạng hỗ trợ dịch vụ uR-LLC, eMBB và mMTC. 33
Hình 2.5. Sơ đồ mạng thể hiện chức năng điện toán phân tán đối với cạnh. ..... 35
Hình 2.6. Sự xem xét băng tần 5G. ................................................................... 37
Hình 2.7. Kỹ thuật thông tin đường lên và đường xuống. ................................. 41
Hình 2.8. Miền tốc độ của hai người dùng DL và UL. ...................................... 41
Hình 2.9. Sự phân bố phổ và công suất của NOMA và OMA. .......................... 42
Hình 3.1. (a): Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng NR, và (b): Ngăn xếp
giao thức mặt phẳng điều khiển. ....................................................................... 46
Hình 3.2. Ví dụ về luồng dữ liệu. ..................................................................... 46
- vi
Hình 3.3. Sơ đồ khối máy phát cho CP-OFDM với sự trải phổ DFT tùy ý trong
UL. ................................................................................................................... 50
Hình 3.4. Quy trình truy cập ngẫu nhiên bốn bước cơ bản trong Phiên bản 15 và
quy trình hai bước trong Phiên bản 16. ............................................................. 56
Hình 3.5. Chuỗi xử lý lớp vật lý PUSCH. ......................................................... 59
Hình 3.6. Truyền dẫn tín hiệu tham chiếu, điều khiển, dữ liệu đường xuống
trong sóng mang 40-MHz với khoảng cách sóng mang con là 30-MHz. ........... 61
Hình 3.7. Chuỗi xử lý lớp vật lý PDSCH. ......................................................... 65
Hình 3.8. Chuỗi xử lý lớp vật lý PBCH. ........................................................... 67
Hình 3.9. Một ví dụ về CSI-IM Phiên bản 15 với mô hình RE 4-1 và các mô
hình RE comb-4 và SRS w/comb-2. ................................................................. 69
Hình 3.10. Băng thông truyền dẫn lớn nhất và băng thông kênh. ...................... 73
Hình 3.11. Ví dụ về cấu trúc MAC NR. ........................................................... 74
Hình 3.12. Mô hình tổng quan của phân lớp RLC. ........................................... 75
Hình 3.13. Cấu trúc của lớp PDCP. .................................................................. 77
Hình 3.14. Chức năng của lớp PDCP. .............................................................. 77
Hình 3.15. Cơ cấu trạng thái UE và chuyển tiếp trạng thái giữa NR/5GC, E-
UTRA/EPC và UTRA/5GC.............................................................................. 79
- vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Đa truy cập trong các thế hệ của các mạng tế bào khác nhau. ............. 4
Bảng 2.1: Sự so sánh của các yêu cầu IMT-2010 và IMT-2020. ....................... 29
Bảng 2.2: Các băng tần số 5G mới. .................................................................. 38
Bảng 3.1: Các số bộ số liệu NR Phiên bản 15. .................................................. 49
Bảng 3.2: Các định dạng PUCCH NR. ............................................................. 54
Bảng 3.3: Các định dạng DCI Phiên bản 15. .................................................... 62
Bảng 3.4: Các loại cận cùng vị trí trong NR. .................................................... 68
Bảng 3.5: Các định nghĩa phép đo RRM. ......................................................... 70
Bảng 3.6: Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR1. ............ 71
Bảng 3.7: Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR2. ............ 72
- viii
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO .................... 3
1.1 Giới thiệu .................................................................................................. 3
1.2 Thông tin di động tế bào: Nhập môn ......................................................... 4
1.2.1 Sự phát triển của công nghệ di động .................................................... 7
1.2.2 Hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất ........................................................... 8
1.2.3 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ hai ..................................................... 10
1.2.4 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ ba ...................................................... 13
1.2.5 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ tư....................................................... 19
1.3 Kết luận chương 1 ................................................................................... 25
Chương 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G ...................................................... 26
2.1 Sơ đồ kiến trúc mạng của 5G................................................................... 26
2.2 Động lực của 5G ..................................................................................... 27
2.3 Các công nghệ của 5G ............................................................................. 29
2.3.1 Massive MIMO ................................................................................. 30
2.3.2 Kết nối mạng bằng phần mềm ........................................................... 32
2.3.3 Điện toán cạnh đa truy cập ................................................................ 34
2.3.4 Sự phân chia RAN ............................................................................. 35
2.4 Dải sóng mm và phổ tần 5G .................................................................... 37
2.5 Thiết kế dạng sóng cho 5G ...................................................................... 39
2.6 Công nghệ đa truy cập từ 1G đến 5G ....................................................... 40
2.7 Đa truy cập không trực giao là gì? ........................................................... 42
2.8 Kết luận chương 2 ................................................................................... 44
Chương 3 MẠNG TRUY CẬP VÔ TUYẾN MỚI NR ................................. 45
3.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................... 45
3.2 LỚP VẬT LÝ .......................................................................................... 47
3.2.1 Cấu trúc khung và tài nguyên ............................................................ 48
3.2.2 Kênh và tín hiệu đường lên................................................................ 51
3.2.3 Kênh và tín hiệu đường xuống........................................................... 59
3.2.4 Giám sát liên kết vô tuyến và các phép đo đạc................................... 67
- ix
3.3 Các khía cạnh của RF .............................................................................. 70
3.4 Lớp MAC ................................................................................................ 73
3.5 Lớp RLC ................................................................................................. 74
3.6 Lớp PDCP ............................................................................................... 76
3.7 Điều khiển tài nguyên vô tuyến ............................................................... 78
3.8 Kết luận chương 3 ................................................................................... 80
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 82
- 1
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, thông tin di động là một phần không thể thiếu trong
xã hội ngày nay. Thông tin di động ngày càng phát triển, đã và đang được triển
khai rộng khắp trên toàn thế giới. Nhưng do nhu cầu ngày càng đa dạng và nâng
cao trong khi tài nguyên vô tuyến dùng cho thông tin di động là giới hạn và đắt
đỏ đã đặt ra nhiều thách thức cho các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà nghiên
cứu. Mặc dù các công nghệ đi trước đã phát triển, điển hình là công nghệ mạng
4G LTE/LTE-A rất phát triển, đem lại tốc độ truyền tương đối cao nhưng vẫn
chưa đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng của người dùng.
Do đó, mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) ra đời không chỉ với tốc độ nhanh
hơn, độ tin cậy cao hơn và độ trễ thấp hơn mà đây còn là một bước tiến lớn, là
một cuộc cách mạng các thiết bị kết nối internet. Với tốc độ kết nối nhanh hơn
đáng kể mà không phụ thuộc vào thiết bị đang di chuyển hay không và có thể
khai thác vào nhiều lĩnh vực điều khiển từ xa, độ phủ sóng rộng hơn, giảm thiểu
tình trạng gián đoạn giữa các thiết bị với nhau, tiết kiệm điện năng hơn…Sự ra
đời 5G là bước nhảy vọt về công nghệ di động không dây và hứa hẹn sẽ đáp ứng
được nhu cầu ngày càng cao của người dùng.
Để đảm bảo tính bền vững cũng như phát triển của các dịch vụ thông tin di
động trong thập kỷ tới, các giải pháp công nghệ được đưa ra để đáp ứng được
nhu cầu sử dụng cũng như các thách thức mới trong tương lại. Mạng di động
không dây 5G được đưa ra với các tiêu chí về hiệu suất phổ, tốc độ dữ liệu
người dùng, độ trễ, mật độ kết nối đòi hỏi số lượng kết nối, khả năng kết nối cao
mà kỹ thuật truy cập trong các mạng 2G/3G/4G chưa thể đáp ứng được, công
nghệ truy cập vô tuyến mới (NR) đã được đề xuất cho mạng 5G nhằm đáp ứng
tăng khả năng truy cập mạng 5G.
Do đó, em đã chọn đồ án tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu công nghệ
truy cập vô tuyến mới trong 5G”.
Nội dung đồ án được chia thành 3 chương, cụ thể như sau:
Chương 1. Giới thiệu về thông tin di động tế bào
- 2
Chương 2. Các khía cạnh của mạng 5G
Chương 3. Mạng truy cập vô tuyến mới NR
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đỗ Quốc Trinh đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức bản thân còn hạn chế và thời
gian có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em rất mong
nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
- 3
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO
1.1 Giới thiệu
Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan về sự phát triển của các hệ
thống thông tin di động. Chúng ta bắt đầu với một trích dẫn từ một cuộc trò
chuyện được tổ chức qua mạng di động từ Martin Cooper vào ngày 3 tháng 4
năm 1973.
“Tôi gọi cho bạn từ một điện thoại di động, một điện thoại di động cầm tay thực sự”.
Thiết bị di động được sử dụng trong suốt cuộc trò chuyện này là Motorola
DynaTAC có trọng lượng khoảng 2.5 lbs với chi phí khoảng 9.000 USD. Sự
kiện lịch sử này đã kích hoạt một phong trào thay đổi cuộc sống của rất nhiều
người. Sự thay đổi cuộc sống này là rất lớn, lớn hơn nhiều so với việc hỗ trợ
người dùng di động, nó thúc đẩy việc tạo ra các thiết bị cực kỳ phức tạp (điện
thoại thông minh hiện nay) giúp chúng ta kết nối với thế giới. Các thiết bị này
không chỉ thực hiện các nhu cầu liên lạc dữ liệu và giọng nói rất cần thiết với
chúng ta mà còn có rất nhiều ứng dụng hỗ trợ như thông báo cho bạn bè thông
qua phương tiện truyền thông xã hội, cạnh tranh với trò chơi trực tuyến, tiêu thụ
và sản xuất nội dung video, thực hiện các phép đo y tế, sử dụng các dịch vụ dựa
trên định vị, v.v.
Khi các thiết bị không dây này được thừa hưởng từ định luật Moore, các
công nghệ di động tế bào có thể vẫn là tâm điểm để giới thiệu các tính năng mới
và những đặc điểm thú vị mang lại lợi ích cho người dùng cuối.
Chương này nhằm giải quyết các công nghệ điều khiển quan trọng đằng
sau các thiết kế hệ thống vô tuyến mới (NR) 5G, tập trung vào các giải pháp hỗ
trợ các dịch vụ mới 5G trong truyền dẫn đường lên (UL) với các yêu cầu như độ
trễ thấp và độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng và các ứng dụng gói nhỏ. Các tài
nguyên không cần sự cho phép (GF) trong UL NR được gọi là “cho phép trước”,
có nghĩa là các thông số kỹ thuật được cấu hình trước sẽ được sử dụng để truyền
- 4
UE UL mà không cần lập lịch/cho phép. Ngoài ra trạm gốc (BS) trong mạng NR
5G được gọi là “NodeB thế hệ tiếp theo” hoặc “gNB”.
1.2 Thông tin di động tế bào: Nhập môn
Các tiêu chuẩn di động sử dụng nhiều kỹ thuật đa truy cập (MA) được nhấn
mạnh trong bảng 1.1. Những kỹ thuật này bao gồm đa truy cập phân chia theo
tần số (FDMA), đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy cập phân
chia theo mã (CDMA) và đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA).
Chúng ta cũng đề cập phương pháp song công liên quan được sử dụng cho thông
tin hai chiều và các tài nguyên vật lý thực tế có sẵn để gán cho mỗi người dùng.
Các phương pháp song công là song công phân chia theo thời gian (TDD) và
song công phân chia theo tần số (FDD).
Bảng 1.1: Đa truy cập trong các thế hệ của các mạng tế bào khác nhau.
Phương pháp Tài nguyên Ví dụ đáng
Thế hệ tế bào Kỹ thuật MA
song công vật lý chú ý
1G FDMA FDD Tần số AMPS, NMT
Các khe thời
2G TDMA FDD GSM, IS-54
gian
Các khe thời
3G CDMA FDD/TDD gian/Các mã WCDMA
PN
Thời gian/tần
4G OFDMA FDD/TDD LTE, LTE-A
số
Thời gian/tần
5G OFDMA FDD/TDD 5G-NR
số
Tất cả các kỹ thuật đa truy cập ở trên có thể được xem như một dạng của đa
truy cập “trực giao” (OMA), trong đó về mặt lý thuyết thì sự truy cập của người
dùng không gây nhiễu cho nhau khi họ chia sẻ phương tiện không dây. Tuy
nhiên chúng được giới hạn bởi số lượng tài nguyên có sẵn, điều này làm cho
chúng trực giao với nhau. Đối với CDMA thì ngược lại, việc truyền từ thiết bị
không dây đến đế trạm gốc vốn đã không trực giao.
Trong FDMA, tần số được chia thành các kênh được sử dụng bởi nhiều
người dùng khác nhau. Trong TDMA, thời gian được phân chia thành các khe
- 5
thời gian tức là cho phép nhiều người dùng khác nhau có thể truy cập hệ thống
tế bào. Trong CDMA, các người dùng được phân biệt với nhau bằng các mã PN
và truyền tất cả cùng một lúc trên toàn bộ kênh tần số. Trong OFDMA các
người dùng được phân bổ cho các kênh tần số khác nhau (các nhóm sóng mang
con) tại các khe thời gian khác nhau. Đối với hệ thống tế bào số thế hệ tiếp theo
5G, vẫn sử dụng OFDMA trong đó khoảng cách giữa các sóng mang con và độ
dài khe thời gian thì mềm dẻo và có thể hỗ trợ các yêu cầu thay đổi rộng rãi
khác nhau. 5G dự kiến sẽ sử dụng NOMA.
Hình 1.1. Một cái nhìn tổng quan về các kỹ thuật đa truy cập khác nhau.
Hình 1.1 cung cấp một cái nhìn tổng quan để giới thiệu các kỹ thuật truy
cập khác nhau sẽ được thảo luận trong phần này. Chúng được so sánh theo ba
chiều hoặc miền: công suất, thời gian và tần số.
Một chỉ số hiệu suất hệ thống tiếp tục được cải thiện trong các thế hệ là
hiệu quả phổ. Hình 1.2 cho thấy hiệu quả phổ DL của các chuẩn di động số 2G,
3G, 4G và 5G so với tốc độ dữ liệu đỉnh theo lý thuyết. Lưu ý rằng với mỗi tiêu
chuẩn mới, nhu cầu về tốc độ dữ liệu cao hơn và cao hơn trong một thời gian dài
dẫn đến nhu cầu tăng hiệu quả phổ trở nên rõ rệt hơn.
Với mỗi thế hệ tế bào, không chỉ có sự kỳ vọng về hiệu suất tăng mà còn
có thêm các tính năng mới. Hình 1.3 cho thấy khả năng của người dùng (và các
- 6
tính năng dự kiến) đã tăng theo cấp số nhân qua sự phát triển của các thế hệ di
động. Chúng ta bắt đầu chỉ bằng tiếng nói và sau đó chuyển sang khả năng dịch
vụ thoại và tin nhắn ngắn (SMS) trong 2G. Khả năng dữ liệu được cải thiện
trong 3G bao gồm các dịch vụ chuyển mạch gói.
Hình 1.2. Hiệu quả phổ (bps/Hz) của sự phát triển tế bào số.
Hình 1.3. Các khả năng người dùng trong các thế hệ tế bào.
4G cung cấp Internet di động với các trường hợp sử dụng được mở rộng
cho Internet vạn vật (IoT), phương tiện đến mọi thứ (V2X), thiết bị đến thiết bị
(D2D), v.v. Hệ thống di động thế hệ tiếp theo 5G dự kiến sẽ chỉ tăng các khả
năng trường hợp sử dụng, do đó mở ra nhiều cánh cửa cho việc cung cấp các sản
phẩm sáng tạo.
DL là hướng giao tiếp từ BS đến thiết bị cầm tay hoặc thiết bị người dùng
(UE). UL là hướng giao tiếp từ các UE đến BS. UL cũng bao gồm quyền truy
- 7
cập ngẫu nhiên trong đó các UE cố gắng truy cập tài nguyên của hệ thống thông
tin từ trạng thái bật nguồn hoặc bắt đầu một giao dịch mới.
Phương pháp được sử dụng để phân tách giao tiếp DL và UL được gọi là
song công. Ví dụ: thao tác này có thể được thực hiện trong miền thời gian
(TDD)/hoặc tần số (FDD). Trong TDD, các khe thời gian nhất định được phân
bổ cho DL và các khe thời gian khác cho UL. Trong FDD, việc truyền UL và
DL xảy ra đồng thời ở các dải tần số khác nhau. Các ưu điểm của TDD là chỉ
cần một phổ duy nhất và được chia sẻ (không cần phổ ghép) và có các chế độ
xem kênh đối xứng (các phép đo UL có thể được sử dụng cho kỹ thuật thông tin
DL và ngược lại). Ưu điểm của FDD là cần ít các yêu cầu đồng bộ thời gian
hơn; tuy nhiên do sự phân tách tần số giữa DL và UL, các phép đo UL có thể
không hữu ích cho kỹ thuật thông tin DL vì không thể đảm bảo tính tương hỗ.
Dù sử dụng phương pháp nào, độ trễ (thời gian để truy cập tài nguyên mạng)
ngày càng trở nên quan trọng như là một chỉ số hiệu suất hệ thống.
1.2.1 Sự phát triển của công nghệ di động
Trong phần này, chúng ta sẽ giới thiệu các công nghệ truy cập vô tuyến di
động (RATs) và hiểu được ưu điểm và lợi thế phát triển của chúng. Hình 1.1 cho
thấy sự phát triển tiêu chuẩn của mạng tế bào từ 1G đến 4G. Chúng ta nhận thấy
khi 2G và 3G phát triển đã có sự gia tăng độ phức tạp của hệ thống theo nhiều
tiêu chuẩn. Điều này đã thay đổi khi ngành công nghiệp hội tụ thành một tiêu
chuẩn 4G duy nhất với độ phức tạp gia tăng.
Các kỹ thuật đa truy cập trực giao:
FDMA (đa truy cập phân chia theo tần số)
Việc gán nhiều sóng mang trên cùng một kênh là khó khăn
Các kênh băng hẹp (có băng thông nhỏ hơn băng thông kết hợp của kênh
không dây) đang mong đợi
Các băng bảo vệ trong miền tần số là cần thiết để giảm sự phát xạ phổ đến
các băng tần lân cận
Số lượng tài nguyên trực giao hữu hạn.
nguon tai.lieu . vn