(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G

(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật tạo búp sóng và ứng dụng trong mạng di động 5G

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS NGUYỄN TIẾN BAN

Hà Nội - 2022

i

LỜI CAM ĐOAN

Bản luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực tế dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Tiến Ban

Các số liệu, kết luận của luận văn là trung thực, dựa trên sự nghiên cứu những mô hình, kết quả đã đạt được của các nước trên thế giới và trải nghiệm của bản thân, chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước khi trình bày bảo vệ trước “Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ kỹ thuật”

Hà Nội, ngày 22 tháng 01 năm 2022 Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Hạnh

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu được sự quan tâm, tạo điều kiện và sự giúp

đỡ nhiệt tình đầy trách nhiệm của các Thầy, Cô giáo Khoa Đào tạo Sau Đại học - Học

viện Cộng nghệ Bưu chính Viễn thông, tôi đã hoàn thiện luận văn “Kỹ thuật tạo búp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian hạn hẹp, bản thân còn nhiều hạn chế Luận văn không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy, cô và các bạn

Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Nguyễn Hoàng Hạnh

iii

MỤC LUC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI NÓI ĐẦU v

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH HÌNH VẼ ix

GIỚI THIỆU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 3

3 Mục đích nghiên cứu 4

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

5 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT MẠNG 5G 5

1.1 Sự phát triển của mạng di động 5G 5

1.2 Các yêu cầu và thách thức của công nghệ 5G 6

1.2.1 Các trường hợp sử dụng 5G 6

1.2.2 Các tính năng chính của mạng 5G và lộ trình triển khai 7

1.2.3 Phổ tần cho 5G 10

tốc độ dữ liệu 10

1.3 Kiến trúc mạng 5G 12

1.4 Các công nghệ chính trong mạng truy nhập vô tuyến 5G 15

1.4.1 Công nghệ mở rộng vùng phủ (coverage Enhancement Technology) 16

1.4.2 Công nghệ tăng tốc độ (Rate Improvement Technology) 16

1.4.3 Công nghệ giảm độ trễ (Latency Reduction Technology) 18

1.5 Kết luận chương 19

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT TẠO BÚP SÓNG TRONG MẠNG 5G 20

2.1 Định hướng đa búp sóng (Beamforming) 20

2.2 Phương thức truyền chùm tia 25

2.3 Phương thức nhận chùm tia 25

iv

2.4 Phân loại và định dạng chùm tia 27

2.4.1 Tạo chùm tia tương tự 27

2.4.2 Định dạng chùm tia số 28

2.4.3 Định dạng chùm tia lai 29

2.5 Lợi ích mang lại của cách tạo búp sóng 31

2.5.1 Chất lượng truyền dẫn 31

2.5.2 Tăng dạng chùm 34

2.5.3 Triệt giao thoa 36

2.5.4 Hiệu quả năng lượng 37

2.5.5 Bảo mật hệ thống 39

2.5.6 Giảm chênh lệch độ trễ 40

2.5.7 Hiệu suất quang phổ tổng thể 42

2.6 Quản lý chùm tia 44

2.6.1 Nhu cầu quản lý chùm tia 44

2.6.2 Các thành phần của quản lý chùm tia 46

2.7 Kết luận chương 49

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA KỸ THUẬT TẠO BÚP SÓNG 51

3.1 Mô phỏng hệ thống phát và thu nhận chùm tia 51

3.2 Kết luận chương 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

v

LỜI NÓI ĐẦU

Trong các yêu cầu của Hiệp hội Viễn thông Quốc tế (International Telecommunication Union-ITU) về mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) một trong các yêu cầu tiên quyết là nó phải cung cấp tốc độ đỉnh gấp 20 lần thế hệ 4G LTE, tương đương với tốc độ dữ liệu đỉnh phải đạt 20Gbps [29] Để đạt được tốc độ cao như vậy, không chỉ yêu cầu bắt buộc băng thông hệ thống phải rất rộng, mà hiệu quả sử dụng phổ cũng phải cao hơn rất nhiều so với thế hệ 4G LTE Để giải quyết thách thức này, công nghệ tạo búp sóng khi sử dụng mảng ăng ten kích thước lớn (MASSIVE MIMO) là một công nghệ đầy hứa hẹn Khi sử dụng mảng ăng ten kích thước lớn với các kỹ thuật xử lý tín hiệu khác nhau, có thể tạo được một hoặc nhiều chùm tia (búp sóng) tập trung năng lượng về phía người dùng, từ đó có thể nâng cao hiệu quả sử dụng phổ và vùng phủ của

hệ thống lên nhiều lần [1] Thực tế hiện nay các nhà sản xuất thiết bị 5G hàng đầu thế giới đều chủ yếu triển khai thử nghiệm công nghệ này như một minh chứng về năng lực thiết bị của mình [3]

Mặc dù kỹ thuật tạo búp sóng được nghiên cứu lý thuyết khá rộng rãi, tuy nhiên việc sử dụng nó trong mạng di động 5G được chuẩn hóa bởi 3GPP cần tuân theo các thủ tục đặc biệt do 3GPP quy định Hiện nay các mạng 5G đang được triển khai thử nghiệm trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng đều tuân theo chuẩn 5G New Radio được chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, bản thân các phiên bản chuẩn hóa vẫn đang được hoàn thiện và phát hành định kỳ bởi 3GPP Do đó cần nghiên cứu kỹ kỹ thuật tạo búp sóng trong chuẩn 5G New Radio để có thể áp dụng hiệu quả kỹ thuật này trong thực tế Luận văn này sẽ tập trung trình bày chi tiết các kỹ thuật tạo búp sóng được hỗ trợ trong chuẩn 5G, cách thức khởi tạo và duy trì búp sóng giữa trạm gốc và người dùng Ảnh hưởng của kỹ thuật này lên hiệu suất sử dụng phổ và vùng phủ hệ thống sẽ được đánh giá thông qua mô phỏng MATLAB với các kịch bản kênh vô tuyến chuẩn của ITU

vi

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

5G NR Fifth generation new radio Chuẩn 5G mới của 3GPP

3GPP Third generation partnership

project Dự án hợp tác thế hệ thứ ba AMPS Advanced mobile phone

system

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

AoA Angle of arrival Góc đến

AoD Angle of departure Góc xuất phát

BER Bit error rate Tỷ lệ lỗi bit

CQI Channel quality indicator Chỉ số chất lượng kênh

CMA Constant modulus algorithm Thuật toán mô đun không đổi CSI Channel state information Thông tin trạng thái kênh

CSI-RS CSI- reference signal Thông tin trạng thái kênh với tín

hiệu tham chiếu D-AMPS Digital advanced mobile phone

system

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số

DTX Discontinuous transmission Truyền liên tục

DM-AIS Dynamic mutated artificial

immune system

Hệ thống miễn dịch nhân tạo đột biến động

DoA Direction of arrival Hướng đến

eMBB Enhanced mobile broadband Băng thông rộng di động nâng cao EPC Evolved packet core Lõi gói đã phát triển

EIRP Effective isotropic radiated

power Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu quả

FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số

GSM Global system for mobile

communication Hệ thống toàn cầu cho liên lạc di động GSMA GSM association Hiệp hội GSM

HSPA High speed packet access Truy cập gói tốc độ cao

GSA Gravitational search algorithm Thuật toán tìm kiếm hấp dẫn IMT International mobile

telecommunications Viễn thông di động quốc tế IoT Internet of things Internet vạn vật

vii

ITU-R

International telecommunication union-radio sector

Liên minh viễn thông quốc tế-lĩnh vực vô tuyến

L1-RSRP Layer 1 reference signal

received power

Nguồn tín hiệu tham chiếu lớp 1 đã nhận

LTE Long term evolution Sự tiến hóa dài hạn

LS-CMA Least square constant modulus

mMTC MASSIVE machine type

communication Giao tiếp kiểu máy lớn MTC Machine type communication Giao tiếp kiểu máy

NDP Null data packet Gói dữ liệu rỗng

PDC Personal digital cellular Di động kỹ thuật số cá nhân

PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất

PBCH Physical broadcasting channel Kênh phát sóng vật lý

PSS Primary synchronization signal Tín hiệu đồng bộ chính

PMI Precoder matrix indicator Chỉ báo ma trận tiền mã hóa

PDCCH Physical downlink control channel Kênh điều khiển đường xuống vật

lý PSO Particle swarm optimization Phương pháp tối ưu bầy đàn

RSRQ Reference signal receive

quality Chất lượng nhận tín hiệu tham chiếu RSSI Reference signal strength

RAR Random access response Phản hồi truy cập ngẫu nhiên

RLS Recursive least square Bình phương nhỏ nhất đệ quy

viii

SNR Signal -to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

SINR

Signal-to-noise-plus-interference ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cộng với nhiễu

SRS Sounding reference signal Tín hiệu tham chiếu âm thanh

SS block Synchronization signal block Khối tín hiệu đồng bộ hóa

SSS Secondary synchronization signal Tín hiệu đồng bộ thứ cấp

SMI Sample matrix inversion Đảo ngược ma trận mẫu

TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian

UE User equipment Thiết bị người dùng

URLLC Ultra-reliable and low latency

communication

Giao tiếp độ trễ thấp cực kỳ đáng tin cậy

VR Virtual reality Thực tế ảo

V2I Vehicle to infrastructure Phương tiện đến cơ sở hạ tầng

V2V Vehicle to vehicle Phương tiện đến phương tiện

WLAN Wireless local area network Mạng lưới không dây khu vực địa

phương

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Các tính năng chính của 5G [16] 8

Bảng 1.2: Các tham số yêu cầu tối thiểu của tiêu chuẩn IMT-2020 [11] 9

Bảng 1.3: Phổ tần cho các trường hợp sử dụng khác nhau [17] 10

Bảng 1.4: Băng tần thấp (dưới 1 GHz) và băng tần mm phù hợp cho 5G [20] 12

Bảng 2.1: Tiêu thụ năng lượng trong các điều kiện khác nhau 39

Bảng 2.2: các khối SS cho các tần số 48

Bảng 3.1: Các tham số sử dụng trong hệ thống mô phỏng 54

ix

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô tả hành trình từ 1G đến 5G [15] 6

Hình 1.2: Phân loại mức độ sử dụng 5G cấp cao 7

Hình 1.3: Tầm quan trọng đối với IMT 2020 do ITU-R khuyến nghị [11] 8

Hình 1.4: Lộ trình triển khai và chuẩn hóa 5G 10

Hình 1.5: Phổ tần 5G của các nước trên thế giới 11

Hình 1.6: Phổ tần 5G của Việt Nam 11

Hình 1.7: Tùy chọn triển khai được 3GPP xác định cho 5G [19] 13

Hình 1.8: Mô hình NSA và SA 14

Hình 1.9: Các option 3, 3a, 3x tùy theo các phần tử mạng 15

Hình 1.10: Công nghệ mở rộng vùng phủ sóng 16

Hình 1.11: Công nghệ MASSIVE MIMO và ăng ten thích ứng tích cực 8x8 17

Hình 1.12: Công nghệ Grant-free Scheduling 18

Hình 1.13: công nghệ D2D 18

Hình 1.14: Công nghệ MEC 19

Hình 2.1: Kịch bản dạng chùm điển hình bên trong cell 20

Hình 2.2: Suy hao đường dẫn không gian tự do cho các tần số khác nhau 21

Hình 2.3: Hình học mảng khác nhau 22

Hình 2.4: Kích thước mảng giảm với tần số cao hơn 22

Hình 2.5: Mô hình tia của mảng hình chữ nhật đều 16 × 16 23

Hình 2.6: Mô hình tia của mảng hình chữ nhật đều 32 × 32 24

Hình 2.7: Mô hình tia của mảng hình chữ nhật đều 64 × 64 24

Hình 2.8: Phương thức truyền chùm tia 25

Hình 2.9: Bộ định dạng chùm trễ và tổng [23] 26

Hình 2.10: Kịch bản tạo chùm tương tự [24] 28

Hình 2.11: Kịch bản tạo chùm tia kỹ thuật số hoàn toàn [24] 29

x

Hình 2.12: Kịch bản tạo chùm tia lai, cấu trúc kết nối đầy đủ [24] 30

Hình 2.13: Tạo chùm tia lai kết nối phụ [25] 30

Hình 2.14: Cấu trúc tạo chùm lai với sectorization ảo [25] 31

Hình 2.15: Kỹ thuật ghép kênh không gian, tiền mã hóa [26] 32

Hình 2.16: Cấu trúc máy phát của mô hình hệ thống [27] 33

Hình 2.17: SNR cải thiện với số lượng phần tử ăng ten 34

Hình 2.18: Máy phát mảng pha N phần tử [2] 37

Hình 2.19: Sự trải Doppler tối đa có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh [31] 41

Hình 2.20: Phép đo hiệu suất phổ của tạo búp sóng lai 43

Hình 2.21: UE đính kèm sơ đồ thời gian 46

Hình 2.22: Khối SS và ánh xạ chùm 47

Hình 3.1: Sơ đồ khối tạo dữ liệu và chùm tia phát 51

Hình 3.2: Cấu trúc khung dữ liệu phía phát 52

Hình 3.3: Sơ đồ xử lý phía thu 53

Hình 3.4: Vị trí tương đối của UE so với chùm tia (lệch 40) và chòm sao tín hiệu thu tương ứng 55

Hình 3.5: Vị trí tương đối của UE so với chùm tia (thẳng hướng chùm tia) và chòm sao tín hiệu thu tương ứng 56

Hình 3.6: Tỉ lệ lỗi bit 57

Hình 3.7: Hiệu quả sử dụng phổ 57

Hình 3.8: Chòm sao tín hiệu thu khi sử dụng bộ dịch pha rời rạc 58

Hình 3.9: Tỉ lệ lỗi bit khi sử dụng bộ lệch pha rời rạc 59

Hình 3.10: Tỉ lệ lỗi bit theo số ăng ten 60

tế tăng cường và xe hơi tự lái, 5G sẽ ảnh hưởng đến tương lai ở một mức độ lớn Tuy nhiên, 5G NR vẫn chưa được triển khai đầy đủ vì nó vẫn đang được nghiên cứu để cải thiện thêm Các tính năng chính và tầm quan trọng của hệ thống 5G NR được đặt trong tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế-2020 (IMT-2020), được khuyến nghị bởi hiệp hội viễn thông quốc tế - lĩnh vực thông tin vô tuyến (ITU-R) vào năm 2015[11] Xem xét các trường hợp sử dụng khác nhau, điều nổi bật là 5G sẽ giải quyết nhiều vấn đề kết nối

và cung cấp khả năng nâng cao hệ thống tốt hơn Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu

và triển khai các thiết bị hệ thống 5G đang cố gắng tỉ mỉ để cải thiện điểm chuẩn hiệu suất tổng thể so với hệ thống phát triển lâu dài (LTE) hiện có Với các yêu cầu được quy định trong dự án đối tác thế hệ thứ 3 (3GPP) phát hành-15, 5G dự kiến sẽ hoạt động chủ yếu với LTE như một cấu trúc không độc lập (NSA) vào năm 2020 [12]

Sóng Milimet (mmWave) được sử dụng trong 5G NR rất dễ bị suy hao đường truyền trong môi trường đa lan truyền do bản chất của nó Cùng với đường dẫn, mức tiêu thụ điện năng thấp của thiết bị, tốc độ dữ liệu cao hơn, vùng phủ sóng tốt hơn, tăng hiệu quả quang phổ và giảm nhiễu là một số khía cạnh thiết kế được xem xét trong 5G Nhiều

kỹ thuật và thuật toán khác nhau được phát minh hoặc đang được nghiên cứu để đạt được những yêu cầu hệ thống này Một trong số đó là tạo búp sóng Mặc dù định dạng búp sóng không phải là một khái niệm mới, nhưng việc ứng dụng của nó với MIMO khổng

lồ trong 5G đã khiến nó trở thành một phần không thể thiếu của hệ thống 5G NR Luận

1905 bằng cách tạo ra một mảng pha gồm 3 phần tử ăng ten [13] Ý tưởng này được chấp nhận rộng rãi trong lĩnh vực radar, sonar, huyết thanh học, âm học, y tế sinh học và truyền thông không dây Tuy nhiên, cùng với thời gian, định dạng chùm đã phát triển như một phần không thể thiếu của hệ thống thông tin di động Các hiệu ứng của định dạng chùm được sử dụng trong liên kết máy phát-máy thu đã cho thấy lợi thế hơn là bất lợi

Quản lý búp sóng đề cập đến việc thiết lập búp sóng trong đường xuống và / hoặc đường lên, điều chỉnh búp trong các tình huống bất lợi khác nhau hoặc trong quá trình

di chuyển của người dùng và cũng như khôi phục liên kết đã thiết lập, nếu bị cản trở Trong quá trình này, các búp sóng cần được đào tạo để tìm người dùng hoặc người nhận

để bắt đầu tạo chùm Trong khi các giao thức đào tạo chùm chung thường được mô tả trong đặc tả hệ thống, không có thuật toán chi tiết nào được thiết lập cho việc đào tạo chùm điều chỉnh toàn bộ quá trình Trong luận văn này sẽ trình bày tổng quan ngắn gọn

về các thuật toán này cùng với một số so sánh để bạn hiểu rõ hơn

Chủ đề chính của Luận văn là phân tích vai trò của định dạng búp sóng trong hệ thống 5G NR theo hướng tiến bộ cùng với các quy trình quản lý định dạng búp sóng và tạo chùm tia Trong chương 1, sự phát triển của 5G và một số tính năng chính được mô

tả để nhấn mạnh tầm quan trọng của 5G trong tương lai Sau đó, các thông số cơ bản của tạo búp sóng được mô tả với các ví dụ và hình ảnh minh họa thích hợp Trong chương

2, các lợi ích của tạo búp sóng trong hệ thống 5G được mô tả tỉ mỉ như tăng hiệu quả quang phổ, triệt tiêu nhiễu, hiệu quả năng lượng, tăng tính bảo mật, quy trình quản lý quá trình tạo chùm Quản lý búp sóng cũng bao gồm theo dõi búp sóngđể di chuyển và

3

một tập hợp các giao thức để khôi phục khả năng hoạt động trong trường hợp hỏng hóc Cấu hình của thiết bị phát và thiết bị thu được phân tích ngắn gọn để cho thấy rằng hệ thống truyền thông hỗ trợ đầy đủ định dạng chùm Chương 3 tập trung vào vấn đề mô phỏng và đánh giá hiệu quả của ký thuật tạo búp sóng thông qua phần mềm Microsoft Visio và MATLAB 2019b

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Trong các nghiên cứu công nghệ sử dụng cho hệ thống thông tin di động tương lai, hệ thống đa ăng ten cỡ lớn kết hợp với kỹ thuật tạo búp sóng được coi là một trong những công nghệ đầy hứa hẹn cho thế hệ hệ thống thông tin di động 5G do đem lại hiệu quả sử dụng phổ vượt trội so với các công nghệ đa ăng ten cũ Hơn thế nữa, khi sử dụng mảng ăng ten cỡ lớn, bằng cách kết hợp các tín hiệu giữa các ăng ten với nhau, ta có thể tạo được các búp sóng hẹp tập trung năng lượng sóng điện từ hướng về phía người dùng, điều này giúp nâng cao chất lượng thu của tín hiệu lên nhiều lần, giúp cải thiện vùng phủ của hệ thống, đặc biệt là đối với các dải tần số cao, vốn còn rất nhiều băng thông trống

có thể sử dụng nhưng suy hao theo khoảng cách lớn [4]

Không giống như các thế hệ mạng di động cũ, thiết bị đầu cuối (User Equipment – UE) trong 5G không những kết nối đến một cell, mà còn kết nối đến một búp sóng cụ thể nào đó trong một cell Vấn đề đặt ra là cần tạo, hướng được búp sóng thu-phát về phía UE và duy trì được búp sóng này trong quá trình UE di chuyển khi sử dụng dịch

vụ Trong luận văn này, trước tiên tôi trình bày chi tiết lý thuyết tạo búp sóng khi sử dụng mảng ăng ten theo phương pháp đơn giản nhất là sử dụng bộ lệch pha giữa các tín hiệu đi ra các ăng ten khác nhau [13] Đây cũng là phương pháp được sử dụng khi định nghĩa các bộ trọng số tiền mã hóa theo chuẩn 5G của 3GPP Độ rộng búp sóng, độ lợi búp sóng sẽ được tính toán chi tiết theo các tham số cấu hình mảng ăng ten và tần số sóng mang Tiếp theo sẽ là thủ tục quản lý búp sóng cho việc khởi tạo, duy trì búp sóng thu-phát giữa bên phát và bên thu trong mạng 5G được chuẩn hóa bởi 3GPP Là thủ tục

24

Hình 2.6: Mô hình tia của mảng hình chữ nhật đều 32 × 32

Hình 2.7: Mô hình tia của mảng hình chữ nhật đều 64 × 64

25

2.2 Phương thức truyền chùm tia

Truyền chùm tia cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của liên kết máy máy thu bằng cách tập trung năng lượng về phía máy thu Trong trường hợp này, một bộ phát được gọi là bộ định dạng chùm và bộ thu được gọi là bộ tạo chùm Thông tin trạng thái kênh (CSI) của kênh giữa bộ định dạng chùm và bộ định hình chùm tia thu được bằng cách định âm kênh Để làm điều đó, bộ định dạng chùm gửi một gói dữ liệu rỗng (NDP) đến bộ định hình chùm Sau đó, chùm tia tạo ra một ma trận phản hồi bằng phép

phát-đo này Sau đó, phản hồi ma- trix được đưa trở lại bộ định dạng chùm tia Sau đó, bộ định dạng chùm tia tạo ra một ma trận lái và truyền dữ liệu đến bộ định hình chùm tia Toàn bộ quá trình được hiển thị trong hình 2.8

Thông tin tình trạng kênh

Tính toán

ma trận phản hổi

Ma trận phản hồi

kênh NDP

Hình 2.8: Phương thức truyền chùm tia

26

chùm trễ và tổng (DAS) sử dụng độ trễ thời gian và trọng số biên độ cho đầu ra của mỗi phần tử và tính tổng tín hiệu thu được Xét một mảng gồm M số phần tử ăng ten nằm ở các vị trí khác nhau trong không gian x m(x m,y m,z m) đo một mặt sóng f x t ( m, ) Mặt sóng được lấy mẫu tại mỗi phần tử thứ m là y m( )t  f x( m, )t

Delays

Weights

Wavefront f(x,t)

Hình 2.9: Bộ định dạng chùm trễ và tổng [23]

Độ trễ thời gian, ∆𝑚 và trọng số biên độ, Wm được áp dụng cho đầu ra của mỗi phần tử và tín hiệu thu được được tính tổng như trong hình 2.9 Bằng cách điều chỉnh độ trễ, hướng nhìn của mảng có thể được hướng về phía nguồn và các dạng sóng được chụp bởi các phần tử riêng lẻ sẽ tăng thêm tính xây dựng Trọng lượng biên độ dao động giúp