Đồ án tốt nghiệp ngành Thông tin: Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới trong 5G

Chia sẻ: | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của đồ án gồm 3 chương với các nội dung giới thiệu về thông tin di động tế bào; các khía cạnh của mạng 5G; mạng truy cập vô tuyến mới NR.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp ngành Thông tin: Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới trong 5G

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.