Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới nhất 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

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

3GPP Dự án hợp tác thế hệ 3 Third Generation Partnership Project

4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư

5G 5GC Fifth Generation 5G Core Thế hệ thứ năm Lõi 5G

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại đi động tiên tiến

BS Base Station Trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BWP Bandwidth Part Phần băng thông

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõi

CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng

DCI

DL Downlink Control Information Downlink Thông tin điều khiển đường xuống Đường xuống

EPC Evoved Packet Core Lõi gói tăng cường

E-UTRA

FDD Evolved Universal Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex Truy cập vô tuyến mặt đất vạn năng tăng cường Song công phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số

FM Frequency Modulation Điều chế tần số

GPRS

GSM

HARQ Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống thông tin di động toàn cầu Yêu cầu phát lại tự động lai

HSPA Truy cập gói tốc độ cao General Packet Radio Services Global System for Mobile Communications Hybrid Automatic Repeat Request High Speed Packet Access

IoT Internet of Things Internet vạn vật

ITU Liên minh viễn thông thế giới International Telecommunications Union

LTE Long-Term Evolution Tiến hóa dài hạn

MA Multiple Access Đa truy cập

MEC

MIMO Điện toán cạnh đa truy cập Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

NACK Xác nhận âm

NFV Các chức năng mạng ảo

NG-RAN

NR Mạng truy cập vô tuyến thế hệ tiếp theo Vô tuyến mới

OFDMA Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao Multi-Access Edge Computing Multiple-Input and Multiple-Output Negative Acknowledgement Network Functions Virtualization Next Generation Radio Access Network New Radio Orthogonal Frequency Division Multiple Access

OMA Đa truy cập trực giao Orthogonal Multiple Access

PAPR Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình

PBCH Kênh quảng bá vật lý High Peak-to-Average Power Ratio Physical Broadcast Channel

iii

PDCCH

PDSCH

PDU Physical Downlink Control Channel Physical Downlink Shared Channel Protocol Data Unit Kênh điều khiển đường xuống vật lý Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Đơn vị dữ liệu giao thức

PN Pseudo-Noise Tạp âm giả

PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý

PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

PSS Tín hiệu đồng bộ sơ cấp

PUSCH

QoS

RAR Primary Synchronisation Signal Physical Uplink Shared Channel Quality of Service Random Access Response Kênh chia sẻ đường lên vật lý Chất lượng dịch vụ Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy cập vô tuyến

RE Resource Element Phần tử tài nguyên

RNTI

RRM Radio Network Temporary Identifier Radio Resource Management

SCS Sub-Carrier Spacing

SDN

SDU Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến Quản lý tài nguyên vô tuyến Khoảng cách sóng mang con Kết nối mạng bằng phần mềm Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SSB Khối chuỗi đồng bộ Software-Defined Networking Service Data Unit Synchronization Sequence Block

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UMTS

UTRAN Đường lên Hệ thống điện thoại di động vạn năng Mạng truy cập vô tuyến mặt đất vạn năng

VRB Uplink Universal Mobile Telephone System UMTS Terrestrial Radio Access Network Virtual Resource Block Khối tài nguyên ảo

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

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

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

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

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!

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

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.

Thế hệ tế bào Kỹ thuật MA

Phương pháp song công FDD FDMA Ví dụ đáng chú ý AMPS, NMT 1G

FDD TDMA GSM, IS-54 2G

CDMA FDD/TDD WCDMA 3G

OFDMA FDD/TDD LTE, LTE-A 4G

OFDMA FDD/TDD 5G-NR 5G Tài nguyên vật lý Tần số Các khe thời gian Các khe thời gian/Các mã PN Thời gian/tần số Thời gian/tần 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

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

Hình 1.1. Một cái nhìn tổng quan về các kỹ thuật đa truy cập khác nhau.

khác nhau. 5G dự kiến sẽ sử dụng NOMA.

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

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

Hình 1.2. Hiệu quả phổ (bps/Hz) của sự phát triển tế bào số.

trong 3G bao gồm các dịch vụ chuyển mạch gói.

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

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.

 TDMA (đa truy cập phân chia theo thời gian)

 Việc bù (cân bằng) nhiễu xuyên symbol là cần thiết

 Sử dụng các băng bảo vệ trong miền thời gian cho phép sự biến thiên độ

trễ thời gian của truyền dẫn UL

 Đồng bộ hóa các khe thời gian trên tất cả mục đích sử dụng là rất quan

trọng để không phá hủy nguyên tắc OMA

 Số lượng tài nguyên trực giao hữu hạn.

 CDMA (đa truy cập phân chia theo mã)

 Sử dụng toàn bộ băng thông cùng lúc bằng cách sử dụng mã trải phổ

 Số lượng tài nguyên trực giao hữu hạn.

 OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao)

 Gán nhiều sóng mang con khác nhau cho nhiều người dùng khác nhau (tại

các khe thời gian khác nhau)

 Số lượng tài nguyên trực giao hữu hạn.

Phổ tần là rất có giá trị đối với các nhà khai thác và vẫn cần thiết để đáp

ứng thông lượng hệ thống và người dùng tăng lên. Có một phong trào toàn

ngành công nghiệp là không chỉ sử dụng phổ tần được cấp phép truyền thống,

mà còn sử dụng phổ không được cấp phép (theo truyền thống được sử dụng bởi

các thiết bị WiFi) và phổ dùng chung bất cứ khi nào có thể.

1.2.2 Hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất

Hệ thống di động thế hệ đầu tiên (1G) cho phép liên lạc bằng giọng nói và

hỗ trợ người dùng di động khi một cuộc gọi tiếng nói sẽ “chuyển giao” cho trạm

gốc (hoặc tế bào) khác khi người dùng di động đi qua môi trường tế bào một

cách vật lý. Công nghệ được sử dụng là điều chế tần số (FM) tương tự và phổ

được chia thành các phân đoạn 30 kHz gọi là các kênh. Một người dùng sử dụng

toàn bộ kênh trong suốt thời gian của cuộc gọi. Hệ thống này được gọi là dịch

vụ điện thoại di động tiên tiến (AMPS).

Để hỗ trợ vùng phủ sóng rộng, kỹ thuật tái sử dụng tần số đã được giới

thiệu. Đồng thời các kênh cùng tần số được phép tái sử dụng bởi những người

dùng khác, với điều kiện là khoảng cách đủ lớn để gây nhiễu tối thiểu. Nhiễu

này được gọi là nhiễu đồng kênh hoặc nhiễu giữa các tế bào.

Trong nỗ lực tăng tổng dung lượng hệ thống, một công nghệ mới đã được

giới thiệu gọi là AMPS băng hẹp (N-AMPS). Khoảng cách kênh được giảm

xuống còn 10 kHz. Tương tự, trong nỗ lực giới thiệu các dịch vụ dữ liệu (không

được hỗ trợ trong AMPS), dữ liệu gói số di động đã được đề xuất sử dụng các

kênh tần số khi người dùng thoại không có mặt. Tuy nhiên, người ta đã nhanh

chóng xác định rằng cần có một mạng tích hợp không dây thoại và dữ liệu để

cung cấp hiệu quả các dịch vụ đó.

Một kiến trúc mạng tế bào điển hình cho 1G được thể hiện trong Hình 1.4.

Trong đó một tế bào được ký hiệu là hình lục giác. Để có thể tăng dung lượng,

các tế bào có thể được chia thành các tế bào nhỏ hơn được gọi là các khu vực.

Vị trí chuyển mạch điện thoại di động (MTSO) kết nối với các trạm thu phát gốc

(BTS) và mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN). Nó cũng xử lý việc

chuyển giao, định tuyến cuộc gọi, đăng ký, xác thực, v.v ... Đây là mạng dựa

trên dựa trên chuyển mạch kênh (CS). Mạng sử dụng phổ tần được cấp phép để

cung cấp các dịch vụ thoại được các nhà khai thác mua từ các cơ quan quản lý

có liên quan.

Hình 1.4. Sơ đồ khối kiến trúc mạng 1G.

Các tiêu chuẩn tế bào tương tự 1G đã triển khai trên toàn cầu được liệt kê dưới

đây. Cần lưu ý rằng một tiêu chuẩn toàn cầu duy nhất đã không tồn tại.

 Các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến (AMPS) dựa trên US

 Điều chế FM tương tự, song công FDD, đa truy cập dựa trên FDMA

 Hỗ trợ N-AMPS cho băng tần hẹp, băng thông kênh bị giảm từ 30 xuống

10 kHz.

 Điện thoại di động Bắc Âu (NMT) - Các nước Bắc Âu

 Điều chế FM tương tự, song công FDD, đa truy cập dựa trên FDMA

 Băng thông kênh phụ thuộc vào dải tần được triển khai: 25 kHz hoặc 12.5

kHz.

 Hỗ trợ chuyển vùng ở các nước châu Âu.

 Hệ thống thông tin truy cập toàn bộ (TACS) ở Anh

 Sự biến thể cho Nhật Bản thì có sẵn (J-TACS)

 Điều chế FM tương tự, song công FDD, đa truy cập dựa trên FDMA

 Băng thông kênh 30 kHz.

1.2.3 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ hai

Các hệ thống tế bào di động thế hệ thứ hai (2G) đã được tạo ra để mở rộng

dung lượng sử dụng giọng nói cũng như cung cấp khả năng tích hợp dữ liệu đa

dịch vụ. Công nghệ chuyển từ tương tự sang điều chế số. Sự chuyển đổi này cho

phép kỹ thuật thông tin thoại có chất lượng tốt hơn thông qua sử dụng bộ mã hóa

tiếng nói (bộ ghi mã tiếng nói), hỗ trợ dịch vụ dữ liệu, ban đầu thông qua dịch

vụ nhắn tin ngắn (SMS), cho phép mật mã hóa để hỗ trợ bảo mật và tăng dung

lượng hệ thống.

Thế hệ này đã tạo ra sự thay đổi từ FDMA sang TDMA và CDMA. Đây là

những khoảng thời gian rất thú vị mà các người dùng di động thích ứng; bằng

cách này, chúng ta được tiếp cận với các hệ thống tế bào 2G không tương thích.

Cộng đồng châu Âu đã ủng hộ hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM), trong

khi Hoa Kỳ đang phải cạnh tranh với hai tiêu chuẩn: IS-54 (sau đổi tên thành IS-

135) dựa trên TDMA và IS-95 (sau đổi tên thành CDMA-One) dựa trên CDMA.

Tất cả ba tiêu chuẩn tế bào này đều có giá trị về mặt kỹ thuật.

Để tăng dung lượng hệ thống, không chỉ băng tần được chia thành các kênh

mà cả thời gian cũng được chia thành các khe thời gian cho TDMA. Trong

CDMA, mỗi thông tin của người dùng đã bị xáo trộn và tần số được trải rộng

theo chuỗi giả ngẫu nhiên (PN); tất cả người dùng truyền cùng một lúc trên toàn

bộ kênh. Những tiêu chuẩn này sử dụng phổ tần được cấp phép và được mua bởi

các nhà khai thác mạng từ cơ quan quản lý phổ địa phương. Độ phức tạp của

máy thu đang tăng theo cấp số nhân, đặc biệt tốc độ dữ liệu, phương thức điều

chế và số lượng ăng ten liên quan đã tăng lên.

Các tiêu chuẩn tế bào số 2G triển khai trên toàn cầu được liệt kê dưới đây.

Cần lưu ý rằng một tiêu chuẩn di động toàn cầu không tồn tại.

 GSM - Tiêu chuẩn duy nhất ở Châu Âu

 Dựa trên TDMA

 Điều chế số (GMSK), song công FDD

 Băng thông kênh = 200 kHz

 Độ dài khung = 4.615 ms

 Độ dài khe thời gian = 0.557 ms (8 khe/khung)

 Tốc độ dữ liệu = 270.833 Kbps

 Được phát triển thành các dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), cũng được

coi là 2.5G

 Được phát triển để tăng tốc độ dữ liệu cho sự phát triển GSM (EDGE),

cũng được coi là 2.75G.

 IS-54 (còn gọi là IS-136) - Tiêu chuẩn ở Mỹ

 Dựa trên TDMA

 Điều chế số (π/4-DQPSK), song công FDD

 Băng thông kênh = 30 kHz

 Độ dài khung = 40 ms

 Độ dài khe thời gian = 6.67 ms (6 khe/khung)

 Tốc độ dữ liệu = 48.6 Kbps.

 IS-95 (còn gọi là CDMA-One) - Tiêu chuẩn ở Hoa Kỳ và Hàn Quốc

 Dựa trên CDMA, được phát triển bởi Qualcomm

 Điều chế số (QPSK, O-QPSK), song công FDD

 Độ dài khung = 20 ms

 Tốc độ dữ liệu = 115 Kbps.

Tất cả các tiêu chuẩn này là các mạng dựa trên chuyển mạch kênh (CS),

theo thời gian có thêm các phần mở rộng (ví dụ: phát triển từ 2G → 2.5G →

2.75G) cho phép giao tiếp với các mạng dựa trên chuyển mạch gói (PS). Do tính

kinh tế của quy mô, chi phí triển khai, chính sách bằng sáng chế và sự ủng hộ

trên toàn cầu, GSM đã chiếm phần lớn nhất trong thị trường di động tế bào. Nhu

cầu của người dùng tăng lên do đó buộc 2G phải thực hiện các bước phát triển

mới như 2.5G (GPRS) và 2.75 (EDGE). Cả hai đều được tạo ra để tăng tốc độ

dữ liệu người dùng vượt quá khả năng GSM ban đầu cũng như thêm khả năng

các dịch vụ gói. Ngày nay các hệ thống này được sử dụng rất nhiều.

 Phân hệ trạm gốc (BSS) bao gồm hai phần: các BTS và bộ điều khiển trạm

gốc (BSC)

 Phân hệ vận hành và hỗ trợ (OSS) điều khiển và giám sát toàn bộ mạng GSM

Hình 1.5. Sơ đồ khối kiến trúc mạng GSM 2G.

 Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) cung cấp đăng ký, xác thực, vị trí

cuộc gọi, định tuyến cuộc gọi, v.v.

 Đăng ký địa chỉ thường trú/lưu trú (HLR/VLR), là một cơ sở dữ liệu của thông

tin thuê bao

 Trung tâm chuyển mạch di động cổng mạng (GMSC) chứa đựng thông tin

thuê bao từ HLR để định tuyến các cuộc gọi đến MSC chính xác

 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) để quản lý di động và định tuyến gói

 Nút hỗ trợ GPRS cổng mạng (GGSN) tổ chức mạng GPRS và kết nối mạng

chuyển mạch gói bên ngoài.

1.2.4 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ ba

Hệ thống tế bào số thế hệ thứ ba (3G) này được tạo ra để tăng dung lượng

người dùng hệ thống và đáp ứng mong muốn tốc độ dữ liệu ngày càng tăng. Thế

hệ này cung cấp cho người dùng khả năng lướt Internet và có các dịch vụ thoại và

dữ liệu đồng thời. Đây cũng là chất xúc tác để giới thiệu các ứng dụng video cho

các thiết bị di động của người dùng. Cả hai dịch vụ CS và PS đều được hỗ trợ từ

định hướng ban đầu. Hiện nay trong sự phát triển của tế bào, truy cập di động vào

Internet ngày càng trở nên quan trọng. Kỹ thuật MA chuyển từ việc sử dụng cả

TDMA và CDMA sang chuẩn hóa trên CDMA. CDMA-One phát triển thành

CDMA2000 và GSM/IS-136 được phát triển thành CDMA băng rộng

(WCDMA). CDMA là một kỹ thuật đa truy cập trong đó nhiều người dùng được

phân tách bằng mã PN và truyền cùng lúc trên toàn bộ băng thông được phân bổ.

Nó được biết đến khi nhiều người dùng truyền tải hơn, nhiễu nội bào tăng lên

được gọi là nhiễu đa truy cập. Cơ chế điều khiển công suất được sử dụng trong hệ

thống không chỉ cải thiện hiệu suất trong môi trường pha đinh đa đường, mà còn

xử lý nhiễu do mỗi người dùng gây ra trong hệ thống. Điều khiển công suất là giải

pháp cho vấn đề gần xa, với mục tiêu là có thể truyền được UE linh hoạt để tất cả

người dùng nhận bởi NodeB sẽ có năng lượng tương đương.

Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) đã xác định các mục tiêu 3G dưới

dạng các yêu cầu IMT-2000. Cơ quan tiêu chuẩn 3GPP được hình thành và

tạo ra các thông số cụ thể để hỗ trợ các triển khai đáp ứng các yêu cầu của

ITU. Hệ thống tế bào 3G tiếp tục sử dụng phổ tần được cấp phép. Khái niệm

các tế bào nhỏ đã được giới thiệu trong tiêu chuẩn và được gọi là HomeNB.

Sự kết hợp sóng mang (CA) là một mầm mống đã có từ hệ thống 3G như một

phương pháp để phát triển và hỗ trợ tốc độ dữ liệu người dùng cao hơn. Mầm

mống này đã phát triển và hiện đang mang lại lợi ích cho các hệ thống 4G

hiện đại. Ghép kênh không gian nhiều đầu vào và nhiều đầu ra (MIMO) cũng

là một mầm mống được đưa vào 3G trong đó nhiều luồng hoặc lớp được

truyền đến người dùng (với yêu cầu về hạng ma trận kênh được cung cấp là

phù hợp). Điều chế bậc cao (HOM) cũng được chuẩn hóa, chuyển đổi từ 16-

QAM sang 256-QAM trong hệ thống tế bào di động mặt đất là rất mới ở thời

điểm này.

Hình 1.6. Sơ đồ khối máy thu Rake WCDMA 3G.

Một ví dụ về máy thu RAKE, được thiết kế để chống lại các ảnh hưởng

của pha đinh đa đường, sử dụng để thu tín hiệu đường xuống WCDMA được

thể hiện trong Hình 1.6. Tham số thiết kế chính của hệ thống WCDMA là có

băng thông truyền lớn hơn băng thông kết hợp của kênh không dây cho phép

sử dụng đa đường (hoặc tiếng vọng) để khai thác sự phân tán thời gian của

kênh. Máy thu RAKE bao gồm N nhánh để theo dõi đa đường và giải điều

chế các dạng sóng tương ứng. Mỗi nhánh được giả định để giải điều chế kênh

hoa tiêu chung (CPICH) hỗ trợ ước lượng kênh.

Độ phức tạp của máy thu tăng tuyến tính với tốc độ dữ liệu, sơ đồ điều chế

được sử dụng và số lượng anten được hỗ trợ. Trong tiêu chuẩn WCDMA, cả hai

chế độ song công FDD và TDD đều được cung cấp cho phổ ghép và không ghép

đôi. Để hỗ trợ quy trình xử lí tín hiệu số của máy thu, cả các symbol hoa tiêu

chuyên dụng và chung đã được chèn vào dạng sóng. Một sự thay đổi hoàn toàn

từ bộ tách sóng không kết hợp sang bộ tách sóng kết hợp đã được công nhận bởi

ngành công nghiệp tế bào.

Kiến trúc mạng WCDMA 3G được thể hiện trong Hình 1.7. NodeB đã thay

thế các chức năng của BTS và bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) đã thay thế

các chức năng BSC. WCDMA còn được gọi là hệ thống điện thoại di động vạn

năng (UMTS). Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) bao gồm các

nhóm NodeB và RNC.

Hình 1.7. Sơ đồ khối kiến trúc mạng WCDMA 3G.

Các tiêu chuẩn tế bào 3G triển khai trên toàn cầu được liệt kê dưới đây. Lưu ý

rằng một tiêu chuẩn di động toàn cầu không tồn tại.

 WCDMA (còn gọi là UMTS)

 Điều chế số (QPSK, 16-QAM, 64-QAM, v.v.), song công FDD/TDD

 Băng thông kênh = 5 MHz (với tốc độ chip = 3.84 Mcps)

 Độ dài khung = 10 ms

 Độ dài khe thời gian = 0.667 ms (15 khe thời gian/khung)

 Tốc độ dữ liệu lên tới 1 Mbps

 Được xác định bởi tiêu chuẩn 3GPP.

 CDMA2000

 Điều chế số (QPSK, 16-QAM, 64-QAM), song công FDD

 Băng thông kênh = 1.25 MHz x 3

 Độ dài khung = 10 ms

 Độ dài khe thời gian = 0.667 ms (15 khe thời gian/khung)

 Tốc độ dữ liệu lên tới 1 Mbps

 Được xác định theo tiêu chuẩn 3GPP2.

Hình 1.8. Sơ đồ khối máy phát đường xuống WCDMA.

Một sơ đồ khối chức năng bậc cao WCDMA của máy phát đường xuống

và máy phát đường lên được thể hiện trong Hình 1.8 và Hình 1.9. Mỗi tế bào

có một mã xáo trộn duy nhất, trong đó các mã lan truyền giống nhau (hệ số lan

truyền biến đổi trực giao (OVSF)) được tái sử dụng trong mỗi tế bào. Các mã

xáo trộn cũng được gọi là các mã kênh. Sự khác biệt là đường lên cũng sử

dụng ghép kênh cầu phương giữa các kênh I và Q.

Hệ thống tế bào WCDMA đã phát triển thành truy cập gói tốc độ cao

(HSPA) bao gồm cả các thành phần đường xuống (HSDPA) và đường lên

(HSUPA). HSPA được tạo ra do yêu cầu cần có một cách hiệu quả để cung cấp

các dịch vụ gói.

Hình 1.9. Sơ đồ khối máy phát đường lên WCDMA.

HSPA đã giới thiệu khái niệm kênh chia sẻ, mã hóa và điều chế có khả

năng thích ứng (AMC) hỗ trợ yêu cầu phát lại tự động lai (HARQ). Ngoài ra

trong HSPA:

 Toàn bộ dải tần số đã được sử dụng (tái sử dụng tần số không lớn hơn 1 lần).

 Người dùng được lập lịch trên khe thời gian (được gọi là khoảng thời gian

truyền (TTI) với thời lượng 2 ms) và sử dụng mã PN làm tài nguyên vật lý.

 Khái niệm tăng cường kiến trúc mạng đã được giới thiệu để hỗ trợ truyền

thông có độ trễ thấp.

Hình 1.10. Sơ đồ khối máy phát HSDPA.

Sơ đồ khối HSDPA được thể hiện trong Hình 1.10. Mỗi gói người dùng

được bảo vệ và truyền đến UE, một xác nhận (ACK) được dự kiến sẽ đảm

bảo liên lạc không xảy ra lỗi. Trong trường hợp có xác nhận tiêu cực

(NACK), bộ lập lịch sẽ quyết định kết hợp mã hóa, điều chế và tài nguyên vật

lý nào nên được sử dụng để tăng khả năng thông tin mà không có lỗi. Sơ đồ

khối kiến trúc mạng HSDPA 3G được thể hiện trong Hình 1.11. Một số chức

năng (được tô đậm trong sơ đồ) trước đây được thực hiện trong RNC giờ đây

được thực hiện gần với cạnh của mạng truy cập trong NodeB, hỗ trợ giải pháp

tăng cường mạng.

Hình 1.11. Sơ đồ khối kiến trúc mạng HSDPA.

Việc phát triển WCDMA tiếp tục trở thành mối quan tâm lớn đối với

các nhà thiết kế hệ thống tế bào. Mọi công cụ đã biết đều được sử dụng để

tăng tốc độ dữ liệu người dùng. HOM đã được sử dụng để tăng tốc độ dữ

liệu trong phạm vi băng thông cho phép. Ghép kênh không gian MIMO

được sử dụng để tăng tốc độ dữ liệu trong phạm vi băng thông cho phép.

Băng thông cũng được tăng lên dưới dạng các sóng mang kết hợp để tăng

tốc độ dữ liệu, tuy nhiên hiệu quả phổ vẫn không thay đổi. Hệ thống

WCDMA gốc đã sử dụng máy thu RAKE hoạt động tốt hơn khi mức tăng xử

lý lớn hơn thay vì nhỏ hơn. Hệ số mở rộng băng thông (hoạt động truyền tín

hiệu) cùng với tốc độ dữ liệu người dùng cao như mong muốn đã hạn chế hệ

thống WCDMA thông thường phát triển thêm.

1.2.5 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ tư

Hệ thống tế bào số thế hệ thứ tư (4G) này được tạo ra để hỗ trợ dung

lượng hệ thống và sự mong muốn về tốc độ dữ liệu. Đòi hỏi nhiều tốc độ dữ

liệu cao hơn để cho phép truy cập Internet và ứng dụng video di động. Sự

phát triển dài hạn (LTE) còn được gọi là 4G và chỉ hỗ trợ kết nối mạng dựa

trên PS. Tiêu chuẩn cũng đang phát triển để sử dụng các tùy chọn phổ được

cấp phép, phổ không được cấp phép và phổ được chia sẻ với tất cả mục tiêu

chung là tăng tốc độ dữ liệu người dùng, tăng dung lượng hệ thống, giảm độ

trễ và cải thiện trải nghiệm của người dùng. ITU xác định các mục tiêu 4G

dưới dạng các yêu cầu IMT-2010.

Tại thời điểm mà mạng tế bào phát triển, ngành công nghiệp đã hội tụ một

tiêu chuẩn duy nhất là LTE. Hệ thống tế bào LTE dựa trên OFDMA trong đó

TTI đã giảm từ 2 ms (được sử dụng trong hệ thống tế bào 3G) xuống còn 1 ms.

Việc giảm TTI này đã cải thiện hiệu suất bằng cách có thể thích ứng nhanh hơn

với việc thay đổi các điều kiện kênh, do đó có thể sử dụng nhiều thuật toán để

lập lịch hiệu quả hơn. Việc giảm TTI cũng làm giảm độ trễ từ đầu đến cuối. Các

tùy chọn băng thông tần số cũng đã tăng: 1.4, 3, 5, 10, 15 và 20 MHz để cung

cấp các triển khai băng thông linh hoạt. Để hỗ trợ hiệu quả cho đa truy cập

FDMA, OFDMA (thông qua biến đổi Fourier nhanh ngược (IFFT) và các hoạt

động biến đổi Fourier nhanh FFT) đã được sử dụng để chia dải tần số thành các

kênh phụ (hoặc sóng mang con) với khoảng cách 15 kHz. Để giữ độ phức tạp xử

lý tín hiệu thu ở mức tối thiểu để khoảng cách giữa sóng mang con nhỏ hơn

băng thông kết hợp của kênh không dây. Để cung cấp dịch vụ tốc độ dữ liệu cao

hơn, sự hỗ trợ của MIMO là bắt buộc để làm phù hợp nhiều lớp thông qua ghép

kênh không gian.

Với hệ thống TDMA, tốc độ dữ liệu tăng (hoặc giảm thời gian symbol) đã

khiến máy thu sử dụng bộ cân bằng để loại bỏ nhiễu xuyên kênh (ISI). Tốc độ

dữ liệu cao hơn, điều chế bậc cao hơn và độ trễ lan truyền dài hơn gây ra độ

phức tạp của bộ cân bằng tăng đáng kể. Với hệ thống WCDMA, tốc độ dữ liệu

tăng (hoặc giảm thời gian chip) buộc máy thu phải sử dụng sự phân tán thời gian

của kênh không dây nhưng yêu cầu mức tăng xử lý lớn để chống lại ISI. Với

WCDMA, động lực là có băng thông truyền lớn hơn băng thông kết hợp của

kênh không dây; tuy nhiên điều ngược lại vẫn đúng đối với OFDM.

OFDM giải quyết nhu cầu tốc độ dữ liệu cao hơn bằng cách tạo ra nhiều kênh

băng hẹp, trong đó mỗi kênh băng hẹp có thể coi là bị nhiễu san phẳng tần số. Điều

này cho phép xử lý tín hiệu ở miền tần số, biến OFDM thành một kỹ thuật đa sóng

mang rất hiệu quả để giảm thiểu môi trường pha đinh chọn lọc tần số.

Hình 1.12. Sự biểu diễn thời gian/tần số của tín hiệu OFDM cho LTE.

Trong OFDMA, các người dùng được ghép kênh ở cả miền tần số và thời

gian, Hình 1.12. Trên giao diện vô tuyến LTE, thành phần của sự phân bổ là một

khối tài nguyên vật lý (PRB). Mỗi PRB gồm 12 sóng mang con với 7 symbol

OFDM tương đương với 84 symbol điều chế. Phân bổ tối thiểu cho một UE

riêng lẻ trong một khung con (1 ms) là 2 PRB với một PRB trong mỗi khe của

khung con. Do đó một UE sẽ nhận được tổng cộng 2 PRB/khung con tương

đương với 168 symbol điều chế/khung con. Lưu ý rằng không phải tất cả 168

symbol điều chế này có thể được sử dụng để truyền thông tin người dùng, nhưng

một số symbol điều chế này được sử dụng để đồng bộ hoặc làm hoa tiêu cho sự

đánh giá kênh. Mỗi PRB chứa 12 sóng mang con, do đó có băng thông 12×15

kHz = 180 kHz. Hình 1.12 thể hiện 2 PRB (2 × 7symbol × 12 sóng mang con).

Giả sử điều chế QPSK có bốn symbol khác nhau được biểu thị bằng bốn màu

khác nhau. Mỗi màu đại diện cho một phần tử tài nguyên (RE) và mang hai bit

với điều chế QPSK.

Một sơ đồ khối cung cấp một ví dụ về việc tạo dạng sóng OFDMA được

thể hiện trong Hình 1.13. Chúng ta cũng nêu ra các điểm khác nhau trên chuỗi

xử lý có thể ảnh hưởng thường xuyên đến hiệu suất hệ thống. Số lượng sóng

mang con (SC) có tác động trực tiếp đến tốc độ dữ liệu và dung lượng người

dùng của hệ thống. Từ góc độ hệ thống, giá trị này phải càng lớn càng tốt, tuy

nhiên băng thông chiếm dụng cần phải được kiểm soát thông qua chức năng

định hình phổ. Công suất đỉnh của symbol OFDM trên công suất trung bình

cũng tác động đến băng thông chiếm dụng và tác động đến việc đáp ứng các

yêu cầu tuyến tính để giảm thiểu bất kỳ sự tăng phổ. Ngoài ra việc bổ sung

của tiền tố tuần hoàn (CP) sẽ loại bỏ ISI khỏi kênh không dây.

Khoảng thời gian CP phải đủ lớn để vượt quá độ dài của phân tán thời

gian kênh không dây, nhưng cũng phải nhỏ nhất để có thể tối đa hóa thông tin

dữ liệu người dùng trong suốt thời gian của khung con.

Hình 1.13. Sự hình thành dạng sóng OFDMA với k sóng mang con.

Có một số nhược điểm nhất định của OFDM cần được khắc phục trong các hệ

thống trong tương lai, chẳng hạn như:

 Chi phí CP: Nhu cầu cho việc thêm CP gây ra độ dư cho việc truyền và do

đó dẫn đến mất hiệu quả phổ. Tổn thất này lớn hơn khi sử dụng CP dài hoặc

khi khoảng cách giữa sóng mang con nhỏ.

 Độ nhạy đối với lệch tần số và thời gian: Để giữ tính trực giao trong OFDM, máy

phát và máy thu phải có cùng tần số tham chiếu. Bất kỳ lệch tần số nào làm hỏng

tính trực giao, gây rò rỉ sóng mang con được gọi là nhiễu sóng mang con (ICI).

 Phát xạ ngoài băng tần cao (OOB): OFDM giả định xung hình chữ nhật trong

miền thời gian tương đương với hàm sinc trong miền tần số có băng thông vô

hạn về mặt lý thuyết và gây ra sự phát xạ (OOB) tương đối cao. Việc thiếu tạo

dạng phổ (hoặc lọc hoặc xử lý cửa sổ) đang tạo ra các thùy bên phổ lớn trong

phổ truyền.

 Tỷ lệ công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) cao: Đường bao của

dạng sóng OFDM có sự thay đổi lớn gây ra sự cố khi gặp thiết bị phi tuyến như

bộ khuếch đại công suất phát. PAPR cao trong OFDM so với kỹ thuật truyền

sóng mang đơn là do sự kết hợp của nhiều sóng mang con riêng lẻ với các pha

khác nhau có thể dẫn đến PAPR cao khi được kết hợp lại.

Hình 1.14. Sơ đồ khối kiến trúc mạng LTE 4G.

Các thùy bên phổ có công suất tương đối cao do hình dạng hình chữ nhật giả

định. Các thùy bên cao yêu cầu một dải bảo vệ lớn để giảm nhiễu ngoài dải. Áp

dụng các kỹ thuật định hình phổ, chẳng hạn như đa sóng mang dựa trên dàn bộ

lọc, đa sóng mang lọc vạn năng, v.v. sẽ giúp giảm thùy bên.

Mối quan tâm công suất đỉnh trên công suất trung bình của OFDM có thể

được xem như là một tổng có trọng số của các đường hình sin giúp giải thích

PAPR lớn của symbol OFDM được tạo ra (cao tới 12 dB). PAPR cao có thể có

vấn đề nếu gặp dạng sóng phi tuyến. Việc giảm yếu tố đỉnh là một kỹ thuật được

sử dụng để giảm PAPR và bù cho méo phi tuyến là méo trước dạng số. Dạng

sóng đường lên LTE sử dụng phương pháp FDMA sóng mang đơn (SC-FDMA)

để giảm tác động của PAPR trên các thiết bị di động.

Cuối cùng, để giảm thiểu ISI và cung cấp thuộc tính của tích chập tuần

hoàn, một phần nhỏ của phần cuối của mỗi symbol được thêm vào đầu của mỗi

symbol OFDM được phát. Kích thước CP phụ thuộc vào độ trễ lan truyền và

việc LTE sử dụng CP ngắn và dài. Đối với LTE, CP ngắn có giá trị là 4.7 µs ,

xấp xỉ 8% tổng thời gian symbol. Nói chung, nếu trong một triển khai cụ thể dự

kiến không có sự phân tán độ trễ lớn thì nên sử dụng CP thời gian ngắn hơn

hoặc rút ngắn.

Sơ đồ khối kiến trúc mạng 4G LTE được thể hiện trong Hình 1.14. Lưu ý

rằng bây giờ chúng ta có một tiêu chuẩn di động toàn cầu duy nhất. Lõi gói tiến

hóa (EPC) đã thay thế các chức năng mạng lõi (CN) và eNodeB đã thay thế các

chức năng NodeB. EUTRAN bao gồm các nhóm eNodeB và EPC. Kết nối

EUTRAN đến EPC bao gồm cả tín hiệu mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng

người dùng. Đây là khởi đầu của nỗ lực phân tách các nhánh điều khiển và

người dùng để cho phép các tốc độ phát triển khác nhau và các trường hợp/tùy

chọn triển khai mạng.

Hình 1.15. Nét nổi bật của 3GPP.

Trong LTE, SCS được đặt thành 15 kHz, có nghĩa là thời lượng symbol

OFDM là 66.67 µs. Có 14 symbol dữ liệu trên mỗi khe thời gian (1 ms) và mỗi

symbol OFDM yêu cầu một CP, kết quả là tương đương 15 symbol (dữ liệu +

CP) trong một khe thời gian. Kích thước FFT lớn nhất là 2048 tạo ra tần số lấy

mẫu là 30.72M mẫu/giây. Dưới đây chúng ta liệt kê một số tính năng LTE trong

lịch phát hành của cơ quan tiêu chuẩn 3GPP.

 Tốc độ dữ liệu tăng lên khi sử dụng HOM, MIMO và CA

 Các tính năng mới được thêm vào: DC, V2X, IoT, D2D, v.v.

 Công nghệ tiên tiến để hỗ trợ việc cải thiện hiệu suất: đa điểm phối hợp

(CoMP), giảm độ trễ, tạo búp sóng

 Sự linh hoạt của RAT và phổ tần: được cấp phép, chia sẻ, không được cấp

phép và sự kết hợp LTE-WiFi.

Như đã thảo luận trước đó, một số mầm mống được tạo ra trong hệ thống tế

bào 3G để đánh giá thuận lợi việc chúng sẽ trở thành thế hệ sau như thế nào. Ví

dụ, hiệu quả kết hợp sóng mang và MIMO ngày càng trở nên thiết yếu hơn và

HOM thì có hiệu quả. Trên thực tế, cả ba kỹ thuật đã được thử nghiệm thành

công và được triển khai thương mại, đòi hỏi chúng đạt được tốc độ dữ liệu lớn

hơn 1 Gbps trong LTE.

Hình 1.15 cũng cho thấy sự phát triển hệ thống tế bào để tăng tốc độ dữ

liệu, tăng dung lượng người dùng và giảm độ trễ. Xu hướng mới này cho thấy rõ

việc bổ sung các dịch vụ mới (hoặc tính năng, các trường hợp sử dụng) bắt buộc

khi nhu cầu xã hội ngày càng tăng. Các dịch vụ mới này không thực sự được

giải quyết khi 4G xuất hiện vào năm 2006. Sự phổ biến của các dịch vụ dự kiến

mới này đang tăng rất nhanh (được thể hiện trong Hình 1.3).

Mạng này cũng đang trải qua sự phát triển của riêng nó. Mạng kết nối phần

mềm (SDN) và “mặt sóng” dựa vào sự ảo hóa chức năng mạng (NFV) đã tách

khỏi trung tâm dữ liệu, đi qua mạng lõi và vào mạng truy cập không dây. Các tải

CN và RAN này đã bắt đầu được triển khai trên nền tảng dựa trên CPU mục

đích chung và đồng nhất (thay vì logic chuyên dụng truyền thống + bộ xử lý tín

hiệu số + phương pháp vi điều khiển). Điều này đã tạo điệu kiện cho sự phát

triển của RAN trên nền tảng đám mây sử dụng lợi ích của ngành công nghệ

thông tin và truyền thông (CNTT-TT). 4G sẽ triển khai các công nghệ này và

khi chúng thành công thì dự kiến 5G sẽ là một bản nâng cấp mạng.

1.3 Kết luận chương 1

Trong chương 1: “Giới thiệu về thông tin di động tế bào” đã đề cập đến

nhiều vấn đề về lịch sử phát triển, quá trình hình thành của hệ thống thông tin di

động từ 1G đến 4G với các công nghệ đa truy cập như là FDMA, TDMA,

CDMA đã áp dụng của các thế hệ trước. Cũng như các ưu điểm và nhược điểm

của các hệ thống thông tin di động từ 1G đến 4G. Đây cũng là cơ hội và thách

thức đặt ra cho hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo. Qua đó giúp em hiểu

thêm, nắm bắt những vấn đề cơ bản, cốt lõi trọng tâm nhất của hệ thống thông

tin di động làm tiền đề để tìm hiểu, nghiên cứu cho các hệ thống sau này.

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G

2.1 Sơ đồ kiến trúc mạng của 5G

Sơ đồ khối kiến trúc mạng của thế hệ thứ 5 (5G) của mạng tế bào được thể

hiện trong Hình 2.1. Lõi 5G (5GC) thay thế EPC, mạng truy cập vô tuyến thế hệ

tiếp theo (NG-RAN) bao gồm nhóm đơn vị phân tán (DU) và nhóm đơn vị tập

trung (CU), gNodeB thay thế eNodeB. Như chúng ta sẽ thảo luận, việc cung cấp

một kiến trúc mạng khả thi và có thể mở rộng là cần thiết cho 5G. Trong phần

này, sự kết hợp giữa DU và CU được giới thiệu để hỗ trợ các tùy chọn phân tách

RAN khác nhau để đưa ra các lợi ích ở trên. Các phần tử 5GC bao gồm:

 Chức năng quản lý truy cập và di động (AMF): thực hiện mã hóa và bảo vệ

tính toàn vẹn, quản lý di động, xác thực và ủy quyền, v.v.

 Chức năng quản lý phiên (SMF): thực hiện phân bổ và quản lý địa chỉ IP UE,

lựa chọn và kiểm soát UPF, chuyển vùng, v.v.

 Quản lý dữ liệu thống nhất (UDM): thực hiện quản lý thuê bao, dữ liệu người

dùng, đăng ký và quản lý di động, v.v.

Hình 2.1. Sơ đồ khối kiến trúc mạng 5G.

 Chức năng kiểm soát chính sách (PCF): thực hiện các quy tắc chính sách cho

các chức năng CP, v.v.

 Chức năng ứng dụng (AF): tương tác với khung chính sách để kiểm soát chính

sách, v.v.

 Chức năng mặt phẳng người dùng (UPF): thực hiện kết nối bên ngoài với

mạng dữ liệu, xử lý QoS của UP, v.v.

2.2 Động lực của 5G

Các hệ thống mạng tế bào 5G cần tăng cường các tính năng và hiệu suất

thông qua LTE vì không muốn các cải thiện gia tăng làm cho các nhà khai thác

đầu tư vốn phải cam kết triển khai các dịch vụ 5G. Điều quan trọng cần lưu ý là

chúng ta đã duy trì một tiêu chuẩn di động toàn cầu duy nhất. Các động lực của

5G là:

 Tốc độ dữ liệu người dùng tăng

 Tăng dung lượng hệ thống

 Số lượng lớn các kết nối

 Giảm độ trễ từ đầu đến cuối

 Hỗn hợp dịch vụ không đồng nhất

 Triển khai băng thông linh hoạt

 Sự linh hoạt của mạng

 Di chuyển đến các giao tiếp hiệu quả hơn về năng lượng.

ITU đã cung cấp các mục tiêu 5G dưới dạng các yêu cầu IMT-2020, chúng

được thể hiện trong bảng 2.1.

NR 5G hỗ trợ cả hai trường hợp triển khai độc lập và không độc lập. Việc

triển khai NSA sẽ sử dụng LTE để cung cấp vùng phủ sóng rộng, với việc mặt

phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu và kết nối với EPC đang phát triển. Các

dịch vụ 5G sẽ cung cấp dữ liệu tốc độ cao thông qua kết nối kép. Việc triển khai

độc lập sẽ cung cấp phân luồng dữ liệu và điều khiển cũng như kết nối với một

CN 5G. ITU đã cung cấp sơ đồ thể hiện trong Hình 2.2 để xác định các dịch vụ

5G. Ba trường hợp sử dụng đáng kể (các góc của tam giác) là các công dụng dự

kiến của 5G trong tương lai:

 Băng rộng di động tăng cường (eMBB)

 Liên lạc kiểu máy với số lượng lớn (mMTC)

 Thông tin với độ trễ thấp và cực kỳ tin cậy (URLLC).

Các trường hợp sử dụng 5G bao gồm nhà thông minh, máy bay không

người lái được kết nối, năng lượng được kết nối, ô tô tự lái, thực tế ảo/trò chơi

thực tế tăng cường thời gian thực, v.v. Việc giới thiệu các kỹ thuật độ trễ thấp đã

bắt đầu trong LTE để hỗ trợ việc chuyển đổi mạng chuẩn bị cho các dịch vụ 5G

khác nhau. Hệ thống mạng tế bào 5G dự kiến sẽ hỗ trợ các trường hợp sử dụng

này bằng cách sử dụng các công nghệ sau:

 Sự triển khai phổ linh hoạt: phổ được cấp phép, không được cấp phép và chia

sẻ, băng thông lớn hơn và liền kề, đa RAT, v.v.

Hình 2.2. Các kịch bản sử dụng của IMT-2020.

 Bộ số liệu linh hoạt: Hỗ trợ nhiều trường hợp sử dụng và sự triển khai phổ tần

(băng tần dưới và trên 6 GHz), các khe thời gian linh hoạt và băng thông truyền

tải rộng, v.v.

 Kiến trúc mạng được cải thiện: hỗ trợ xu hướng đám mây của ngành

CNTT, SDN/NFV, lát cắt mạng, việc tính toán cạnh đa truy cập, độ trễ thấp

hơn, v.v.

Bảng 2.1: Sự so sánh của các yêu cầu IMT-2010 và IMT-2020.

Tiêu chí hệ thống IMT-2010 IMT-2020

Tốc độ dữ liệu đỉnh DL: 1 Gbps UL: 0.5 Gbps DL: 20 Gbps UL: 10 Gbps

0.1 10

1x 100x (ít hơn)

104 106 Dung lượng lưu lượng khu vực (Mbps/m2) Hiệu suất năng lượng mạng (bit/Joule) Mật độ kết nối (thiết bị/km2)

Độ trễ (ms) 10 1

350 500 Tính lưu động (kmph)

1x 3x (nhiều hơn) Hiệu suất phổ (bps/Hz)

10 100

Tốc độ dữ liệu người dùng mong đợi (Mbps) Chú thích Tốc độ dữ liệu đạt được lớn nhất dưới các điều kiện lý tưởng Tổng lưu lượng cung cấp cho mỗi khu vực địa lý Số lượng bit thông tin cho mỗi đơn vị của sự tiêu thụ năng lượng Tổng số thiết bị kết nối trên mỗi khu vực đơn vị Thời gian từ khi bắt đầu gửi một gói dữ liệu đến khi nhận được tại đích (một đường từ đầu đến cuối). Tốc độ lớn nhất mà một QoS có thể đạt được Thông lượng dữ liệu trung bình trên mỗi đơn vị của phổ và cho mỗi tế bào Tốc độ dữ liệu đạt được ở khắp nơi qua khu vực bao phủ

 Điều chế và mã hóa: Điều chế QAM tiếp tục cung cấp một sự thỏa hiệp hiệu

quả phổ tần và công suất có giá cả hợp lý, mã phân cực và các mã sửa lỗi thuận

khác, v.v.

 Các kỹ thuật tiên tiến: NOMA, song công, định hình phổ tần

2.3 Các công nghệ của 5G

Dự kiến sẽ được thương mại hóa vào khoảng thời gian 2019/2020, mạng di

động 5G đang tiếp cận và phát triển mạnh mẽ. So với các mạng di động 4G hiện

nay, mạng 5G dự kiến sẽ hỗ trợ dung lượng hệ thống khổng lồ, độ trễ ít hơn

nhiều và khoảng 1000 lần thiết bị trên mỗi km2. Để đáp ứng các yêu cầu này,

một số công nghệ mới đã được đưa ra và đang phát triển cho mạng 5G. Các

công nghệ này là: massive MIMO, mạng được định nghĩa bằng phần mềm, sóng

mm, mạng truy cập vô tuyến đám mây (RAN), đa truy cập không trực giao, kỹ

thuật thông tin M2M, điện toán cạnh di động, bộ nhớ đệm không dây, mạng cực

kỳ dày đặc và giao tiếp song công. Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu một số công

nghệ này.

2.3.1 Massive MIMO

Khi tìm hiểu về massive MIMO, chúng ta sẽ giải quyết thuật ngữ đầu tiên.

Nó được sử dụng để biểu thị số lượng lớn các phần tử ăng ten được sử dụng

trong xử lý tín hiệu ăng ten. Số lượng ăng ten phải lớn hơn 64 phần tử. Massive

MIMO dựa vào định luật về số lớn để đảm bảo các nhược điểm của kênh và

phần cứng (ví dụ: nhiễu, pha đinh và phần cứng) ở mức trung bình khi các tín

hiệu từ một số lượng lớn ăng ten được kết hợp vô tuyến với nhau. Nhiều ăng ten

đủ khả năng sử dụng hai tùy chọn: Đầu tiên là cung cấp tăng ích mảng bằng

cách tập trung năng lượng theo hướng mong muốn và vô hiệu hóa theo hướng

tín hiệu không mong muốn (tạo thành chùm). Thứ hai, là cung cấp mức tăng

ghép kênh không gian bằng cách gửi các luồng dữ liệu độc lập trên mỗi ăng ten.

Kỹ thuật này có thể được sử dụng để tăng tốc độ dữ liệu của người dùng hoặc hệ

thống. Cả hai tùy chọn được thể hiện trong Hình 2.3.

Hình 2.3. Các ví dụ về massive MIMO: ghép kênh không gian (bên trái) và

chùm tia đơn/đa người dùng.

Đầu tiên, hãy xem xét sử dụng massive MIMO cho tạo búp sóng, các mảng

ăng ten có thể được sắp xếp theo các mảng tuyến tính, hình chữ nhật hoặc hình

tròn cũng có thể được xếp chồng lên nhau. Massive MIMO sẽ được triển khai

cho 4G và 5G. Trong thực tế, các dải tần số cao dẫn đến các mảng ăng ten quy

mô lớn, nhỏ gọn do bước sóng nhỏ hơn. Massive MIMO có thể được triển khai

theo các phương pháp song công FDD hoặc TDD, các hệ thống TDD cho phép

người dùng sử dụng định lý tương hỗ để áp dụng những thứ quan sát được trên

UL vào DL.

Tiếp theo, là việc xem xét sử dụng massive MIMO cho ghép kênh không

gian đã được sử dụng rộng rãi cho 4G và sẽ tiếp tục triển khai cho 5G. Có thể

ghép kênh không gian với yêu cầu là hạng của ma trận kênh giữa anten phát và

thu lớn hơn 1. Trên thực tế, đối với hệ thống MIMO 4 × 4, chỉ có thể quan sát

toàn bộ công suất nếu hạng ma trận kênh đầy đủ (trong trường hợp này là 4).

Do sự hiệu quả của ghép kênh không gian trong LTE, sẽ hợp lý khi nó vẫn

tiếp tục được sử dụng trong 5G ở quy mô lớn hơn. Điều này là đúng; tuy nhiên,

đi kèm với đó là một thách thức. Kích thước MIMO càng lớn thì càng ít có khả

năng trải nghiệm hạng đầy đủ. Điều này có nghĩa là thiết kế một mảng MIMO

256 × 256 và mong muốn gửi 256 lớp cho một người dùng, tất cả thời gian là

một điều khó khăn khi thực hiện. Đây là một trong những lý do 5G đã giới hạn

số lượng lớp DL trên mỗi người dùng là 8. Độ phức tạp triển khai liên quan đến

việc triển khai massive MIMO trong miền số có ý nghĩa. Chùm tia lai đã được

đưa ra để cung cấp một sự thỏa hiệp về hiệu suất/khả năng với độ phức tạp.

Điều này mang đến một câu hỏi: Giả sử số lớp tối đa là 8 thì có thể làm gì

với các mức độ tự do còn lại? Một số có thể được sử dụng để tạo (hoặc định

hình) chùm và một số được sử dụng để ghép kênh người dùng khác qua mảng

ăng ten. Và được gọi là MIMO nhiều người dùng (MU-MIMO). Ở đây, nhiều

người dùng truyền tải và truyền dẫn các tập hợp của họ được xử lý như là họ đến

từ một nguồn ghép kênh duy nhất. Các trọng số chùm tia có thể tạo ra một chùm

tia theo phương vị và hướng độ cao.

Khi xem xét chùm tia, tăng ích mảng có thể được sử dụng theo nhiều cách

khác nhau. Nó có thể được sử dụng để mở rộng vùng phủ sóng, giảm công suất

phát của các thiết bị trên UL, cải thiện tỷ lệ nhiễu tín hiệu trên nhiễu tạp âm

(SINR) dẫn đến thông lượng người dùng cao và giảm công suất truyền trên DL

do đó cải thiện hiệu quả công suất trên toàn bộ.

Số lượng phần tử ăng ten cần thiết phụ thuộc vào một vài yếu tố:

 Tăng ích của mảng (vùng phủ sóng, giảm công suất, v.v.)

 Các lớp ghép kênh cần thiết

 Nhiều người dùng dự kiến sẽ được phục vụ

 Dải tần số được sử dụng

 Độ phức tạp xử lý tín hiệu (ước tính CSI, tương tự so với miền số, v.v.)

 Tăng hiệu suất hệ thống (SINR, dung lượng, tốc độ dữ liệu, v.v.).

Một trong những lợi ích của việc sử dụng nhiều kỹ thuật ăng ten là sự giảm

đáng kể trong sự thay đổi kênh. Điều này rất quan trọng trong việc chống lại pha

đinh đa đường và để làm giảm đáng kể các thay đổi của kênh cần ít nhất 64 ăng

ten trong mảng ăng ten. Nhiều trường hợp triển khai 5G được đưa ra bởi 3GPP

có các trường hợp sử dụng khác nhau cho các dịch vụ eMBB, uRLLC và

mMTC. Trong các trường hợp triển khai này, số lượng ăng ten DL và UL tối đa

được tìm hiểu là 256 và 32.

2.3.2 Kết nối mạng bằng phần mềm

Các chức năng mạng ảo (NFV) và kết nối mạng bằng phần mềm (SDN)

đang hỗ trợ việc chuyển sang mạng tập trung vào phần mềm. Các khả năng này

cung cấp những cải tiến kỹ thuật thiết thực (ở dạng hiệu suất hệ thống) và tài

chính (ở dạng CAPEX và OPEX) cho các nhà mạng. Sự phát triển này cung cấp

cho các nhà khai thác mạng những lợi ích to lớn như: một phương tiện dễ quản lý

hơn để giám sát mạng, hỗ trợ tốt hơn cho các tính năng mới, sự di chuyển của

mạng, v.v. Tuy nhiên, nó cũng mở ra cơ hội cho những người chơi thị trường mới

(như gã khổng lồ dịch vụ Internet, nhà cung cấp dịch vụ cáp, v.v.) những người

muốn thiết lập sự hiện diện của mạng không dây. Việc áp dụng ban đầu là ảo hóa

các chức năng quan trọng ít thời gian hơn, chẳng hạn như trong EPC (còn gọi là

vEPC) và sau đó chuyển xuống ngăn xếp phần mềm giao thức về phía lớp vật lý.

Việc chuyển sang SDN cho phép các nhà khai thác mạng trở nên chủ động

trong việc triển khai các trường hợp sử dụng khác nhau. Một lợi ích được gọi là

lát cắt mạng. Ở đó, mạng sẽ có thể tự động kết hợp các chức năng truy cập và

các chức năng mạng lõi cần thiết để đáp ứng các yêu cầu ở trường hợp sử dụng

cụ thể (độ trễ, băng thông, v.v.). Một xu hướng đã bắt đầu trong 4G khi có một

bộ dịch vụ đa dạng đã xuất hiện và 3GPP đang giải quyết nhu cầu này như là

một phần của sự phát triển của LTE. Chúng ta mong muốn nhu cầu này sẽ tăng

và tiếp tục tạo ra các yêu cầu đa dạng hơn. Kiến trúc mạng LTE (theo khái niệm

của nó) được gọi là đơn khối và cần phải linh hoạt hơn và có thể mở rộng khi

giới thiệu dịch vụ 5G. Lát cắt mạng là một kỹ thuật được đề xuất để hỗ trợ các

trường hợp sử dụng rộng rãi này.

Lát cắt mạng tạo ra các kiến trúc mạng ảo dựa trên các nguyên tắc SDN và

NFV. Các mạng ảo (hoặc lát) này được tạo ở trên hạ tầng vật lý được chia sẻ

chung và có thể được tối ưu hóa để đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng, các

dịch vụ hoặc các nhà khai thác. Các mạng ảo bao gồm một tập hợp các chức

năng mạng được khởi tạo để cung cấp một mạng logic (hoặc ảo) hoàn chỉnh từ

đầu đến cuối để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất được đặt ra. Ví dụ, kỹ thuật thông

tin mMTC phụ thuộc vào dung lượng người dùng và không cần độ trễ phải thấp,

trong khi xe tự lái phụ thuộc vào độ trễ thấp và không cần phải yêu cầu dịch vụ

Mạng đường trục

eMBB thông lượng cao nhất.

Hình 2.4. Ví dụ về một phần mạng hỗ trợ dịch vụ uR-LLC, eMBB và mMTC.

Hình 2.4 cung cấp ví dụ sơ đồ khối làm thế nào để mạng có thể được cắt để hỗ

trợ các dịch vụ 5G khác nhau được đưa ra ở trên.

2.3.3 Điện toán cạnh đa truy cập

Để hỗ trợ các yêu cầu về độ trễ thấp hơn, chỉ tối ưu hóa trong giao diện vô

tuyến 5G là không đủ mà chúng ta cần phải tối ưu hóa mạng. Điện toán cạnh đa

truy cập (MEC) là một phương pháp dịch chuyển các chức năng trung tâm của

mạng lõi hoặc trung tâm dữ liệu gần với cạnh của mạng (về phía ăng ten), nơi

mà dữ liệu sẽ được vận hành theo. Phương pháp này được thể hiện bằng cách sử

dụng nguyên tắc dịch chuyển, độ trễ từ đầu đến cuối của người dùng có thể được

giảm đáng kể. Ngoài ra, lưu lượng đường trục cũng có thể được giảm đi vì các

dung lượng đường trục đã được giảm đáng kể bởi điều này.

MEC cho phép khả năng điện toán đám mây nằm trong mạng truy cập gần

với các thiết bị người dùng hơn. Điều này cũng được hỗ trợ bởi điện toán sương

mù. Cạnh của mạng được coi là ăng ten trong các đầu vô tuyến từ xa (RRH)

được kết nối với mạng truy cập vô tuyến (RAN). Có một số lý do để thực hiện

tính toán khả năng ở rìa của mạng. Lý do quan trọng nhất là để giảm độ trễ

(hoặc độ trễ) mà ứng dụng di động gặp phải khi cố gắng kết nối với máy chủ.

Điều này giúp loại bỏ thời gian một gói cần vào mạng không dây trước khi được

thực hiện. Máy chủ MEC càng ở gần rìa thì độ trễ mà các ứng dụng gặp phải

càng nhỏ. Ví dụ về độ trễ dự kiến là: độ trễ < 1 ms là cần thiết để hỗ trợ robot

công nghiệp và ứng dụng lái xe tự động, độ trễ < 10 ms là cần thiết để hỗ trợ các

ứng dụng thực tế được tăng cường và độ trễ < 100 ms là cần thiết để hỗ trợ các

ứng dụng lái xe được hỗ trợ.

Hình 2.5 cho thấy khái niệm phân phối chức năng thường được đặt trong

mạng lõi và trung tâm dữ liệu (điện toán đám mây) đến cạnh (điện toán sương

mù). Bên cạnh độ trễ ứng dụng thấp hơn, chúng ta cũng có thể thấy được lưu

lượng đường trục thấp hơn bằng việc không gửi cùng lúc các gói lớn vào mạng

cần xử lý và sau đó gửi tất cả các đường trở lại đến cạnh.

MEC sẽ thực hiện chức năng tính toán và lưu trữ với một số mục tiêu của

thị trường để triển khai MEC là:

 Giảm tổng chi phí sở hữu (OPEX và CAPEX)

 Tăng doanh thu bằng cách cung cấp khả năng tạo ra các dịch vụ mới sử dụng

công nghệ mới, chẳng hạn như trí thông minh nhân tạo, mạng phân phối nội

dung, v.v.

 Di chuyển tự nhiên khi ảo hóa tạo ra mạng truy cập (cạnh và sương mù)

 Cải thiện hiệu suất (độ trễ thấp hơn, giảm lưu lượng tái sinh).

Hình 2.5. Sơ đồ mạng thể hiện chức năng điện toán phân tán đối với cạnh.

Vậy tại sao các cạnh mạng cần phải ở ăng ten? Chúng ta nên tránh xa các

quan điểm đen trắng của mạng/thiết bị (còn được gọi là chế độ xem trung tâm tế

bào) sang chế độ xem nhiều màu sắc hơn (còn được gọi là chế độ xem lấy người

dùng làm trung tâm) trong đó cạnh bị mờ hơn. Nhiều báo cáo thể hiện là tổng số

thiết bị không dây dự kiến sẽ lớn hơn 20B thiết bị trong khoảng thời gian 2025.

Chúng ta cần biết rằng số lượng thiết bị đang vượt quá số người trên thế giới.

Ngoài ra, do hiệu năng tính toán của các thiết bị (cầm tay, máy tính xách tay,

v.v.) ngày càng trở nên phức tạp và có khả năng hơn thì các thiết bị có thể được

coi là một phần mở rộng của mạng, hay nói cách khác là cạnh mạng.

2.3.4 Sự phân chia RAN

Công nghệ đi đầu được triển khai phổ biến nhất và công nghệ truyền thống

dựa trên sợi sử dụng giao thức giao diện vô tuyến chung (CPRI). CPRI mang

các mẫu IQ giữa RAN và RRHs. Các khả năng CPRI đang được nhấn mạnh để

hỗ trợ sự phát triển của LTE, đặc biệt là khi cần triển khai CA và massive

MIMO. Thách thức này là do băng thông lớn hơn được yêu cầu để vận chuyển

các mẫu dạng sóng IQ đến RRH và chỉ trở nên phức tạp hơn khi 5G bắt đầu

tham gia. Do đó, công nghệ đi đầu thế hệ tiếp theo là cần thiết để hỗ trợ các dịch

vụ 5G đang mong đợi.

Có một vài giải pháp ở tuyến trước: Một giải pháp là chuẩn hóa một giao

thức khác có thể sử dụng các công nghệ băng thông cao hơn như giao thức dựa

trên Ethernet (ví dụ: 25, 100 GB) trong khi giải pháp còn lại là sử dụng các tùy

chọn phân tách RAN khác nhau (với yêu cầu băng thông thấp hơn). Một vài tùy

chọn phân tách RAN tồn tại (được đề xuất bởi 3GPP) có thể làm giảm các yêu

cầu băng thông phía trước cũng như độ trễ và hiệu suất lựa chọn một cách có

khả năng.

Một tùy chọn phân tách RAN vận chuyển các symbol được điều chế là một

điểm trong chuỗi xử lý trước khi được chuyển đổi sang miền thời gian bằng hoạt

động IFFT ở phía phát. Tốc độ lấy mẫu miền tần số thấp hơn nhiều, do đó cho

phép nhiều sự kết hợp nhiều sóng mang-anten hơn. Kỹ thuật này vẫn duy trì khả

năng xử lý tập trung để cho phép lập lịch phức tạp hơn giữa các tế bào. Một tùy

chọn phân tách RAN khác vận chuyển các gói dữ liệu người dùng, ví dụ các gói

PDCP. Các gói này đã được nén và mã hóa và bảo vệ đúng cách để giải quyết

bất kỳ vấn đề liên quan bảo mật. Việc này dẫn đến tốc độ dữ liệu thấp hơn nhiều

nhưng lại mất khả năng xử lý tập trung.

Ngoài việc phân tách các chức năng RAN, các mặt phẳng điều khiển và

người dùng đang dịch chuyển để có thể tách rời cho phép tốc độ có thể phát

triển riêng biệt, độ trễ thấp hơn và hỗ trợ các trường hợp triển khai mới. Ví dụ,

điều này sẽ cung cấp khả năng có một mặt phẳng điều khiển được cung cấp bởi

một macrocell LTE diện rộng trong khi mặt phẳng người dùng được cung cấp

bởi một tế bào nhỏ 5G. Hệ thống tế bào 5G cũng sẽ dựa trên OFDMA trong đó

các khe thời gian được xác định là biến để xử lý các yêu cầu khác nhau trên tất

cả các dịch vụ dự kiến. Như đã thấy trong 4G, phổ tần là cực kỳ quan trọng để

cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn. Các tham số OFDMA (khoảng cách giữa sóng

mang con, độ dài khe thời gian, kích thước IFFT/FFT, v.v.) đã được tạo ra để có

thể hỗ trợ các triển khai phổ tần khác nhau.

2.4 Dải sóng mm và phổ tần 5G

LTE có băng thông tối đa 20 MHz do tốc độ dữ liệu người dùng được thảo

luận trước đây đã tăng lên với việc sử dụng các lớp không gian HOM, MIMO và

kỹ thuật CA. Mặc dù các giải pháp hiện tại hỗ trợ tới 5 CA, điều nổi bật ở đây là

các thông số kỹ thuật LTE 3GPP có thể hỗ trợ tới 32 nhà mạng. Điều này có

nghĩa là nếu chúng ta bảo đảm sự phức tạp trong việc hỗ trợ nhiều nhà mạng thì

sẽ có rất nhiều chỗ để tăng thêm tốc độ dữ liệu. Trong nhiều trường hợp, các nhà

khai thác cần tổng hợp phổ tần được cấp phép và không được cấp phép (thông

qua truy cập được hỗ trợ giấy phép) để đạt tốc độ dữ liệu Gbps. Trên thực tế, băng

tần 46 (B46) có phổ tần là 5.15-5.925 GHz đã được xác định cho mục đích đó.

Hình 2.6. Sự xem xét băng tần 5G.

5G được xác định là có băng thông tối đa 100 MHz cho các dải tần số dưới 6

GHz. Cần lưu ý rằng băng thông lớn mang lại tốc độ dữ liệu cao, nhưng băng thông

thấp hơn cũng có thể cung cấp dịch vụ 5G. Điều này cùng với việc phân bổ phổ tần

phân mảnh là một lý do để hỗ trợ nhu cầu về tính linh hoạt trong các tham số

OFDMA đã thảo luận ở trên. Một tùy chọn khác bên cạnh việc sử dụng phổ tần

được cấp phép và không được cấp phép (5-5.9, 64-71 GHz) là sử dụng phổ tần dịch

vụ vô tuyến băng rộng của băng dân sự (CBRS). Phạm vi phổ tần CBRS là 3.55-

3.7 GHz (tổng băng thông 150 MHz) và được điều chỉnh bởi khung ủy quyền phổ

ba tầng để phù hợp với người dùng trên cơ sở chia sẻ với người dùng liên bang và

không liên bang của băng tần này. Một bản tóm tắt các mục cần được xem xét khi

sử dụng các dải tần 5G được thể hiện trong Hình 2.6.

Trong các tần số mới này, có thể sử dụng tần số mới được hỗ trợ tập trung

vào việc triển khai TDD. Do đó, chúng ta không chỉ mong đợi tính khả dụng của

băng thông thay đổi ở các dải tần số thấp (< 1 GHz), trung bình (< 6 GHz) và

cao (> 6 GHz), mà chúng ta mong muốn phương pháp song công cũng thay đổi.

Một số nhà khai thác đang tập trung vào truy cập không dây để cung cấp

dịch vụ 5G tốc độ cao (khoảng 1Gb/giây) trong việc triển khai cáp/sợi thay vì

triển khai 5G ban đầu trong các dải sóng mm, ngoài ra còn hỗ trợ các ứng dụng

băng rộng di động. Cách tiếp cận này sẽ giúp phát triển hệ sinh thái dựa trên sóng

mm cho phép các công nghệ 5G được sử dụng với các thiết bị chạy bằng pin.

Các tập hợp phổ tần không đồng nhất được nghiên cứu cho đến nay cho

rằng phổ tần được cấp phép luôn được sử dụng, và đã có một sáng kiến hỗ trợ

các dịch vụ chỉ sử dụng phổ tần không được cấp phép (như WiFi ngày nay).

Liên minh MulteFire cho phép công nghệ LTE (và 5G) được sử dụng riêng (theo

cách độc lập) trong phổ tần dùng chung và không được cấp phép để cho phép

các dịch vụ riêng, kiến trúc mạng máy chủ trung lập, mạng công nghiệp, v.v.

Bảng 2.2: Các băng tần số 5G mới.

Khu vực

Châu Âu Trung Quốc Nhật Bản Hàn Quốc Mỹ Băng tần (<6 GHz 3.4-3.8 3.3-3.6 3.6-4.2 3.4-3.7 3.55-3.7 Băng thông < 6 GHz 400 MHz 300 MHz 800 MHZ 300 MHz 150 MHz Băng tần (> 6 GHz) 24.25-27.35 27.5-29.5 26.5-29.5 27.5-28.35 Băng thông > 6 GHz 3.1 GHz 2 GHz 3 GHz 0.85 GHz

Phổ tần cho dịch vụ 5G sẽ là một thách thức. Một số dải tần số mới được

xem xét trong NR 5G theo vùng được thể hiện trong bảng 2.2. Các nhà khai thác

và nhà sản xuất thiết bị phải đối mặt với các tùy chọn khác nhau để xác định phổ

tần (tái canh, mua mới, đối tác, v.v.). Chúng ta thấy sự kết hợp hiệu quả (hướng

tới sự hài hòa toàn cầu) xoay quanh các dải tần số 3-4GHz trên toàn thế giới và

ở thời điểm này thì ít hơn ở Hoa Kỳ.

2.5 Thiết kế dạng sóng cho 5G

Như đã thảo luận trong mục 1.2.5, CP-OFDM có một số hạn chế nhất định

khiến nó không phải là dạng sóng phù hợp nhất cho tất cả các ứng dụng 5G. Tuy

nhiên, do những ưu điểm của nó và vì lý do tương thích ngược, OFDM vẫn sẽ là

dạng sóng chính cho các hệ thống 5G. Mặt khác, do những hạn chế của nó thì

một số sửa đổi nhất định đã được đề xuất trong đồ án để làm cho nó phù hợp với

ứng dụng 5G. Trong số những hạn chế này thì SCS cố định (trong 4G LTE), chi

phí CP và sự phát xạ OOB cao là quan trọng nhất.

Internet vạn vật (IoT) là đóng góp chính cho sự tăng trưởng theo cấp số

nhân của người dùng trong 5G. Các thiết bị IoT, ví dụ như các cảm biến thường

gửi các gói dữ liệu ngắn đơn lẻ và có công suất giới hạn. Mặt khác, đối với

eMBB thì một khối lượng dữ liệu lớn sẽ được truyền đi trong một khoảng thời

gian ngắn. Các đặc điểm khác nhau của các xung đột được vận chuyển làm cho

CP-OFDM với SCS cố định tạo thành một dạng sóng không chính xác. Đối với

các ứng dụng IoT, dạng sóng 5G được yêu cầu để hỗ trợ chế độ truyền với độ trễ

giao diện vô tuyến rất thấp được kích hoạt bởi các khung rất ngắn. Để cho phép

truyền độ trễ thấp thì cần có TTI rất ngắn, để truyền thông hiệu quả năng lượng

thì cần giảm thiểu thời gian của các thiết bị giá rẻ. Phát xạ OOB có thể được

giảm bằng cách áp dụng cửa sổ miền thời gian để làm trơn tru quá trình chuyển

đổi từ symbol này sang symbol khác.

Như đã thảo luận trước đó, các tham số OFDM đã được tạo ra để có thể hỗ

trợ việc triển khai phổ tần khác nhau. Đặc biệt, giá trị SCS hiện tại là 15, 30, 60,

120, 240 và 480 kHz. Kích thước FFT tối đa hiện được đặt thành 4096 và số

khối tài nguyên (RB) tối đa có thể được truyền cũng tăng lên đến 275 (hoặc

3300 sóng mang con). Bên cạnh những lợi thế triển khai phổ tần, các lựa chọn

này cũng cho phép truyền hiệu quả hơn. Ví dụ, trong LTE thì chúng ta sử dụng

18 MHz của phổ tần 20 MHz có sẵn, với việc áp dụng bộ số liệu mới, chúng ta

có khả năng sử dụng tới 99 MHz của phổ tần 100 MHz có sẵn. Khi xem xét một

ví dụ triển khai 100 MHz, một tập hợp các tham số có thể bao gồm SCS = 30

kHz và kích thước FFT = 4096 do đó dẫn đến tần số lấy mẫu là 122.88 MHz

(lớn hơn 4 lần so với LTE trong khi sử dụng phổ tần gấp 5 lần).

Việc có một hệ thống OFDMA linh hoạt là rất quan trọng để triển khai hiệu

quả một loạt các dịch vụ 5G. Dựa trên các đặc tính lan truyền, dự kiến các dải

tần số thấp hơn sẽ được sử dụng cho các triển khai trên diện rộng với SCS nhỏ

hơn và độ dài khung phụ lớn hơn, trong khi các dải tần số cao hơn dự kiến sẽ

được sử dụng cho các triển khai dày đặc với SCS lớn hơn và liên kết của chúng

nhỏ hơn thời gian khung con. Có thể thấy, khả năng triển khai này có thể dễ

dàng bắt nguồn từ một hệ thống số học linh hoạt. Để giảm phát xạ OOB, các

giải pháp dựa trên cửa sổ và lọc khác nhau được áp dụng cho OFDM. OFDM đã

lọc (F-OFDM), OFDM cửa sổ (còn được gọi là chồng lấn có trọng số hoặc

Wola-OFDM), OFDM được lọc phổ biến (UF-OFDM), các bộ lọc đa sóng mang

(FBMC) và các giải pháp khác đã được đề xuất cho dạng sóng mới trong 5G và

hơn thế nữa.

2.6 Công nghệ đa truy cập từ 1G đến 5G

Chúng ta hãy nhớ lại nhiều kỹ thuật đa truy cập được triển khai trong các

hệ thống tế bào cho đến nay. Ở thế hệ đầu tiên, các hệ thống tế bào đã sử dụng

FDMA trong đó dải tần số được chia thành các kênh tần số và người dùng được

chỉ định ở các kênh. Ở thế hệ thứ hai, TDMA và CDMA đã được sử dụng và

trong cả hai trường hợp, dải tần số được chia thành các kênh tần số nhỏ hơn.

Trong TDMA, độ dài thời gian mới được sử dụng làm tài nguyên (khe thời gian)

và trong CDMA, kích thước miền mã mới (chuỗi PN) đã được sử dụng. Độ phức

tạp của máy thu TDMA tăng theo cấp số nhân khi tốc độ dữ liệu được tăng lên,

thứ tự điều chế tăng và số lượng anten tăng. Ở thế hệ thứ ba, CDMA đã được

triển khai sử dụng băng thông lớn hơn và quan trọng hơn là đưa ra khái niệm về

kênh chia sẻ. Ở đây, tài nguyên vật lý được phân bổ cho người dùng là: khe thời

gian và mã PN. Độ phức tạp công nghệ CDMA tăng khi tốc độ dữ liệu tăng. Kết

quả là băng thông trải rộng WCDMA đòi hỏi mức tăng xử lý lớn hơn để có khả

năng triệt tiêu nhiễu liên đường hiệu quả.

Hình 2.7. Kỹ thuật thông tin đường lên và đường xuống.

Thế hệ thứ tư của các hệ thống tế bào đã triển khai OFDMA và giữ nguyên

khái niệm kênh chia sẻ. Ở đây, tài nguyên vật lý là các khe thời gian và sóng

mang con tần số. Công nghệ OFDMA duy trì tính khả dụng của tài nguyên và

giữ cho băng thông thông tin có sẵn ở giá trị mong muốn. Do việc sử dụng xử lý

tín hiệu miền tần số và tần số tuần hoàn, độ phức tạp của máy thu có thể quản lý

được. Đó cũng là một lý do tại sao thế hệ thứ năm đã quyết định tiếp tục với

OFDMA.

Hình 2.8. Miền tốc độ của hai người dùng DL và UL.

Hình 2.7 thể hiện sự khác biệt giữa các liên kết thông tin DL và UL. DL bắt

đầu với một tín hiệu chung được truyền đi bao gồm tổng của tất cả các UE trong

tế bào đó. Mỗi UE được đặt vật lý ở một vị trí tế bào khác nhau và do đó trải qua

quá trình pha đinh đa đường khác nhau, ký hiệu là hi. Mỗi UE có tạp âm cộng tính

riêng, ký hiệu là ni. UL bắt đầu với việc truyền tín hiệu riêng lẻ bị suy hao bởi pha

đinh khác nhau do các vị trí vật lý trong một tế bào. Những tín hiệu riêng lẻ này

được tổng hợp tại ăng ten thu trạm gốc, trong đó trạm gốc thêm tạp âm cộng tính.

Các vùng tốc độ của đa truy cập DL và UL được thể hiện trong Hình 2.8, cho các

trường hợp hai người dùng. Các phép đo so sánh OMA thì được thể hiện bằng

đường liền nét, còn sự chống lại mã hóa chồng chất thì được thể hiện bằng đường

đứt nét. Đường cong bên trái được sử dụng để thể hiện dung lượng DL còn đường

cong bên phải được sử dụng để thể hiện dung lượng UL.

2.7 Đa truy cập không trực giao là gì?

Trong một hệ thống đa truy cập trực giao (OMA), chẳng hạn như TDMA

và FDMA, sự phân bổ tài nguyên trực giao được sử dụng giữa những người

dùng để tránh nhiễu nội bào (giữa người dùng). Số lượng người dùng có thể

được hỗ trợ sau đó bị giới hạn bởi số lượng tài nguyên trực giao có sẵn. Đa truy

cập không trực giao (NOMA) cho phép và sử dụng nhiễu nội bào trong phân bổ

tài nguyên của người dùng. Các kỹ thuật loại bỏ nhiễu, như sự loại bỏ nhiễu liên

tiếp (SIC) hoặc bộ tách nhiều người dùng (MUD) được sử dụng để giảm thiểu

nhiễu này. NOMA là một kỹ thuật đang được 3GPP xem xét trong Phiên bản 16.

Hình 2.9. Sự phân bố phổ và công suất của NOMA và OMA.

NOMA đề cập đến MA không trực giao có thể hỗ trợ nhiều người dùng

trong một tài nguyên và do đó có thể cải thiện thông lượng của người dùng và

toàn bộ hệ thống. Nó có thể được thực hiện trong miền công suất, miền mã hoặc

các miền khác.

Miền công suất NOMA khai thác sự khác biệt cường độ kênh giữa người

dùng và là kỹ thuật đa truy cập đạt được lưu lượng tối ưu trong mạng đơn bào,

được thể hiện trong Hình 2.7 và 2.8. Phân bổ phổ tần và công suất cho miền

công suất NOMA được so sánh bằng đồ họa với OMA trong Hình 2.9. Trong

các hệ thống dựa trên NOMA, hai người dùng có thể chia sẻ cùng một dải phổ

tần, trong đó mỗi người dùng có một công suất khác nhau được phân bổ cho nó.

Các sơ đồ NOMA miền mã thường khai thác các sơ đồ phát hiện đa

người dùng có độ phức tạp thấp. Đa truy cập mã thưa (SCMA), đa truy nhập

phân chia xen kẽ (IDMA) và phân tán mật độ thấp (LDS)-CDMA là những ví

dụ đáng chú ý của miền mã NOMA.

Một số lợi ích có thể có khi sử dụng NOMA là:

 Kết nối lớn: Trong khi OMA bị giới hạn bởi số lượng tài nguyên trực giao

còn NOMA thì không. Về mặt lý thuyết, NOMA có thể hỗ trợ số lượng người

dùng không giới hạn.

 Độ trễ thấp hơn: OMA chờ các khối tài nguyên có sẵn để truyền đi, được

thực hiện bằng cách chờ cấp quyền truy cập trong khi NOMA có thể hỗ trợ

truyền lịch biểu linh hoạt và truyền miễn phí.

 Hiệu suất phổ tần được cải thiện (bps/Hz): Mỗi người dùng NOMA có thể

sử dụng toàn bộ băng thông, trong khi người dùng OMA có thể sử dụng một

lượng hạn chế. Tốc độ dữ liệu của người dùng được phân nhóm đúng có thể

được tăng lên khi so sánh với OMA.

Các thành phần hệ thống tế bào của NOMA là:

 Nhóm nhiều người dùng, tức là quyết định những người dùng nào sẽ được

nhóm lại với nhau để triển khai NOMA.

 Phân bổ tài nguyên (công suất, mã, v.v.), ví dụ đối với trường hợp NOMA

miền công suất, người dùng có chênh lệch công suất lớn là thuận lợi.

 Các kỹ thuật khử nhiễu SIC hoặc MUD để loại bỏ sự thêm vào NOMA

được điều khiển.

Với SIC hoặc MUD, NOMA có thể hỗ trợ khái niệm đa truy cập này.

Chúng ta hy vọng sẽ hỗ trợ sự tăng lên theo cấp số nhân về dung lượng hệ

thống và thông lượng người dùng trong các hệ thống tương lai. Lượng tăng

lên này đưa ra những thách thức buộc chúng ta phải nghiên cứu các giải pháp

mới. Sự lựa chọn của công nghệ truy cập vô tuyến đóng một vai trò quan

trọng. NOMA là một lựa chọn đề xuất để giải quyết các nhu cầu hệ thống

trong tương lai.

2.8 Kết luận chương 2

Trong chương này, chúng ta tìm hiểu tổng quan mạng tế bào 5G ở các khía

cạnh khác nhau. Một sự nhấn mạnh đặc biệt đã được đặt vào các kỹ thuật đa truy

cập trực giao và không trực giao và kiến trúc mạng trong các thế hệ công nghệ tế

bào khác nhau. Yêu cầu IMT-2020 cho 5G bao gồm tăng băng thông rộng di

động, kỹ thuật thông tin từ máy cỡ lớn đến máy và độ tin cậy cao và kỹ thuật

thông tin với độ trễ thấp đã được thảo luận và các sửa đổi có thể có, chẳng hạn

như OFDM linh hoạt, cần thiết để giải quyết các yêu cầu này đã được xem xét.

Một vài thành phần kỹ thuật chính cho mạng không dây 5G, bao gồm massive

MIMO, RAN và SDN, đã được giải quyết. Các ưu điểm và vấn đề của CP-

OFDM đã được liệt kê và hướng khả thi cho thiết kế dạng sóng mới đã được

vạch ra.

Chương 3

MẠNG TRUY CẬP VÔ TUYẾN MỚI NR

3.1 GIỚI THIỆU

Chương này giới thiệu mạng truy cập vô tuyến mới NR (RAN), đảm

nhiệm phát qua không khí và thu thông tin mặt phẳng người dùng (tức là dữ

liệu) và mặt phẳng điều khiển (tức là quản lý thiết bị và các thông số bảo

mật). Các thực thể RAN chính là những thiết bị người dùng (UEs) và các nút

truy cập vô tuyến thế hệ tiếp theo (NG-RAN) hoặc các trạm gốc. Nút NG-

RAN là một NodeB mở rộng (gNB), để kết cuối giao thức mặt phẳng người

dùng NR và mặt phẳng điều khiển đối với UE hoặc ng-eNB, kết cuối giao

thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng truy cập vô tuyến mặt

đất phổ biến (E-UTRA) về phía UE. Phần còn lại của chương này tập trung

vào gNB NR, các chức năng khác của gNB bao gồm quản lý tài nguyên vô

tuyến (RRM), lập lịch và truyền dẫn tìm gọi và thông tin hệ thống, phát hành

và thiết lập kết nối, tương tác với E-UTRA, điều khiển di động, v.v.

Cả mặt phẳng người dùng NR và mặt phẳng điều khiển NR đều có một

ngăn xếp giao thức mô-đun, tương tự như LTE. Ngăn xếp giao thức lớp 2 cho

mặt phẳng người dùng NR được thể hiện trong Hình 3.1 (a) và bao gồm các

(phân) lớp và chức năng sau:

 Giao thức tương thích dữ liệu dịch vụ (SDAP): Thực hiện ánh xạ giữa một

luồng chất lượng dịch vụ (QoS) và thiết bị mang dữ liệu vô tuyến.

 Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP): Đánh số thứ tự, nén/giải nén tiêu đề,

mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn.

 Điều khiển kết nối vô tuyến (RLC): Đánh số thứ tự, phân đoạn và ghép

đoạn.

 Điều khiển truy cập môi trường (MAC): Ánh xạ các kênh logic để truyền

các kênh và thực hiện sửa lỗi thông qua yêu cầu phát lại tự động lai (HARQ).

 Lớp vật lý: Truyền dẫn và tiếp nhận qua không khí. Ngăn xếp giao thức mặt

phẳng điều khiển được thể hiện trong Hình 3.1 (b) và bao gồm:

 Giao thức kiểm soát tầng không truy cập (NAS): Xác thực, quản lý di

động và kiểm soát bảo mật.

 Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) lớp 3: Thiết lập kết nối RRC, chức

năng di động và khôi phục lỗi liên kết vô tuyến

 Các lớp PDCP, RLC, MAC và PHY.

Hình 3.1. (a): Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng NR, và (b): Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển.

Hình 3.2. Ví dụ về luồng dữ liệu.

Ở phía phát, mỗi lớp nhận một đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) từ một

phân lớp cao hơn được xử lý, nối với các tiêu đề và được chuyển dưới dạng

một đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) cho phân lớp bên dưới và ngược lại khi

nhận, được thể hiện trong Hình 3.2. Lớp SDAP là mới so với LTE, nó nhận

các gói IP để tạo PDU dựa trên các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS).

PDU MAC khi được chuyển đến lớp vật lý cũng được gọi là một khối vận

chuyển (TB). Phần còn lại của chương này mô tả các chức năng chính của Phiên

bản 15 và các đặc tính thiết kế của từng lớp giao thức trên. Lớp vật lý NR tại giao

diện vô tuyến cho cả hai hướng đường xuống và đường lên được đề cập trong

mục 3.2, sau đó là tổng quan ngắn gọn về các khía cạnh tần số vô tuyến trong

mục 3.3.

Tiếp theo là lớp MAC trong mục 3.4, lớp RLC trong mục 3.5, lớp PDCP và

SDAP trong mục 3.6, lớp RRC trong mục 3.7. Mục 3.8 là kết luận của chương.

3.2 LỚP VẬT LÝ

Trước khi đi sâu vào chi tiết của các kênh và tín hiệu của lớp vật lý khác

nhau thì chúng ta nên xem xét một quy trình bậc cao để xem các phần khác nhau

kết hợp với nhau như thế nào. Một ví dụ phù hợp là quy trình truy cập ngẫu nhiên

để truy cập ban đầu. Một UE thực hiện quy trình này khi nó cố gắng kết nối với

một tế bào NR độc lập trong lần đầu tiên sau khi được bật nguồn và có thể được

tóm tắt là:

 UE điều chỉnh kênh tần số vô tuyến (RF) cụ thể và tìm kiếm một tế bào để kết

nối. Dải tần số của kênh RF (tức là dưới hoặc trên 24 GHz) xác định phạm vi

của RF và các tham số lớp vật lý được UE giả định cho tìm kiếm tế bào của nó.

 UE tìm kiếm khối dãy đồng bộ (SSB) xác định tế bào của gNB nằm trên lưới

đồng bộ. Việc này thường liên quan đến việc vận hành một bộ tương quan cho

các mẫu tín hiệu đồng bộ chính (PSS) tương tự như LTE.

 Sau khi phát hiện PSS theo sau là tín hiệu đồng bộ hóa thứ cấp (SSS), UE giả

định rằng nó đã định vị SSB và thực hiện giải mã kênh quảng bá vật lý (PBCH)

đường xuống liên kết với sự trợ giúp của tín hiệu tham chiếu giải điều chế

(DMRS) PBCH.

 Việc đọc khối thông tin chính (MIB) trong tải PBCH dẫn UE đến thông tin

hệ thống tối thiểu còn lại (RMSI) được lập lịch bởi một không gian tìm kiếm

kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH) loại 0 và được vận chuyển trên

kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH). RMSI chứa thông tin hệ thống

cần thiết để thực hiện việc truyền dẫn truy cập ngẫu nhiên trên đường lên.

 UE có thể đo các SSB bổ sung (nếu được truyền) để xác định SSB nào (tương

đương, chùm tia đường xuống) có chất lượng tốt nhất (ví dụ: công suất nhận cao

nhất). Sau đó UE suy ra tài nguyên truy cập ngẫu nhiên nào để sử dụng do sự

tương thích giữa chất lượng SSB và tài nguyên truy cập ngẫu nhiên, do nhiều

hướng chùm tia có thể được sử dụng trong phổ tần sóng milimet.

 UE truyền một đoạn mở đầu truy cập ngẫu nhiên trên kênh truy cập ngẫu

nhiên vật lý (PRACH) để thông báo gNB về sự hiện diện của nó. Nếu PRACH

được phát hiện, gNB lập lịch phản hồi thông qua PDCCH và cung cấp cho UE

với sự cho phép lập lịch đường lên đầu tiên của nó.

 UE phát một yêu cầu kết nối trên kênh chia sẻ đường lên vật lý (PUSCH) theo

sự cho phép đường lên. gNB giải mã PUSCH với sự hỗ trợ của DMRS UL liên

quan.

 Khi yêu cầu kết nối được chấp nhận và quy trình truy cập ngẫu nhiên hoàn tất,

UE bắt đầu giám sát PDCCH cho DL và UL lập lịch và thực hiện các phép đo

được cấu hình dựa trên tín hiệu tham chiếu DL (như tín hiệu tham chiếu thông

tin trạng thái kênh (CSI-RS)) cho tế bào dịch vụ của nó và tế bào lân cận. Kết

quả về các phép đo này hỗ trợ gNB với việc điều chỉnh liên kết và quản lý di

động.

Mỗi kênh và tín hiệu trên được mô tả chi tiết trong phần còn lại của phần này.

3.2.1 Cấu trúc khung và tài nguyên

Ghép kênh phân chia tần số trực giao theo tiền tố vòng (CP-OFDM) được

chọn làm dạng sóng NR sau một nghiên cứu toàn diện trong Phiên bản 14. Một

lý do là ở tần số dưới 7 GHz, CP-OFDM được chứng minh tốt vì nó cũng được

sử dụng trong LTE. CP-OFDM với tỷ lệ thích hợp của khoảng cách sóng mang

con (SCS) cũng có thể áp dụng cho các tần số sóng mang milimet và dạng sóng

không thay đổi trên các dải tần khác nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực

hiện. Sơ đồ khối máy phát được thể hiện trong Hình 3.3. Vô hiệu hóa hoạt động

tiền mã hóa biến đổi dẫn đến dạng sóng UL ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao (OFDM) trong mặt phẳng điều khiển, trong khi cho phép nó tạo ra

dạng sóng OFDM biến đổi Fourier rời rạc (DFT) (tức là dạng sóng UL LTE)

bảo vệ UL tốt hơn.

NR có cấu trúc khung linh hoạt không bị giới hạn trong cấu trúc ghép kênh

phân chia theo tần số hoặc phân chia theo thời gian cụ thể như trong LTE.

Truyền dẫn đường xuống và đường lên được tổ chức thành các khung có độ dài

10ms, mỗi khung bao gồm mười khung con có độ dài 1 ms. Độ dài của khe với

một SCS 15 kHz là 14 symbols với CP thông thường và 12 symbols có CP mở

rộng và được chia theo thời gian như là một hàm của khoảng cách sóng mang

con được sử dụng để luôn có số lượng khe trong số khung con là số nguyên. Các

bộ số liệu này được hỗ trợ trong Phiên bản 15 và Phiên bản 16 được thể hiện

trong bảng 3.1.

Ví dụ: với khoảng cách sóng mang con là 30 kHz, thì có hai khe trên mỗi

khung con, trong khi với khoảng cách 240 kHz có 16 khe trên mỗi khung con.

Mỗi khung được chia thành hai nửa khung có kích thước bằng nhau của 5 khung

con, với nửa khung 0 bao gồm các khung con 0 - 4 và nửa khung 1 bao gồm các

khung con 5-9. Có một bộ khung trong đường lên và một bộ khung trong đường

xuống trên một sóng mang.

Bảng 3.1: Các số bộ số liệu NR Phiên bản 15.

µ SCS Tiền tố tuần hoàn Hỗ trợ dữ liệu

0 1 2 3 4 15 30 60 120 240 Bình thường Bình thường Bình thường, mở rộng Bình thường Bình thường có Có Có Có Không Hỗ trợ đồng bộ Có Có Không Có Có

Các symbol OFDM trong một khe có thể được phân loại linh hoạt thành

đường xuống hoặc đường lên. Báo hiệu của các định dạng khe được thực hiện

bằng cách sử dụng chỉ báo định dạng khe (SFI) trong các kênh điều khiển đường

xuống. Trong một khe của một khung đường xuống, UE giả sử rằng việc truyền

dẫn đường xuống chỉ xảy ra trong các symbol đường xuống hoặc symbols linh

hoạt.

Trong một khe của khung đường lên, UE chỉ truyền trong các symbol

đường lên hoặc các symbol linh hoạt. Cả song công phân chia theo tần số (FDD)

và song công phân chia theo thời gian (TDD) đều có khả năng hỗ trợ truyền

trong phổ ghép và không ghép đôi.

Hình 3.3. Sơ đồ khối máy phát cho CP-OFDM với sự trải phổ DFT tùy ý trong UL.

NR cũng hỗ trợ nhiều bộ số liệu OFDM trong các điều kiện của SCS có chỉ

số là µ, được thể hiện trong bảng 3.1. Sự linh hoạt để chọn một bộ số liệu phù

hợp cho các trường hợp triển khai cụ thể là một trong những yếu tố phân biệt

chính giữa NR và bộ số liệu 15 kHz của LTE. Ví dụ, khoảng cách sóng mang

con là 120 kHz (𝜇 = 3) và 240 kHz (𝜇 = 4) là lý tưởng cho việc triển khai sóng

milimet NR với hàng trăm megahertz băng thông sóng mang và các tế bào phạm

vi nhỏ, vì một băng thông sóng mang lớn có thể đạt được với một kích thước

FFT thực tế và độ dài CP ngắn sẽ không làm giảm hiệu suất. Có thể sử dụng

khoảng cách sóng mang con là 15 kHz (𝜇 = 0) khi triển khai NR trong phổ tần

LTE được tái sử dụng để phủ sóng tế bào lớn.

Tài nguyên miền tần số được xác định theo các khối tài nguyên, trong đó

một khối tài nguyên trải trên 12 sóng mang con bất kể SCS. Trong sự thay đổi từ

LTE, NR đưa ra khái niệm về một phần băng thông (BWP). Một phần băng

thông là một tập hợp con của các khối tài nguyên chung liền kề cho một SCS

định trước trên một sóng mang định trước. UE có thể được cấu hình tối đa bốn

BWP trong đường xuống với một phần băng thông đường xuống duy nhất đang

hoạt động tại một thời điểm nhất định. UE sẽ không nhận được dữ liệu, các kênh

điều khiển hoặc các tín hiệu tham chiếu (ngoại trừ các phép đo di động) bên

ngoài một phần băng thông đang hoạt động. Do đó, các loại UE khác nhau có

thể được cấu hình để giám sát và vận hành trên các BWP khác nhau của băng

thông sóng mang mà không phải thay đổi cấu hình tế bào cho tất cả các UE. Ví

dụ, các UE loại máy có thể được tạo ra với một BWP nhỏ để đạt được hiệu quả

năng lượng, trong khi các UE eMBB có thể được tạo ra với một BWP lớn cho

thông lượng cao.

Một UE có thể được cấu hình tối đa 4 BWPs trong đường lên chỉ với một

phần băng thông đường lên đang hoạt động ở thời điểm nhất định. Nếu một UE

được cấu hình với một đường lên bổ sung (SUL), UE cũng có thể được cấu hình

tối đa 4 BWPs trên đường lên bổ sung với một BWP SUL đang hoạt động ở thời

điểm nhất định. UE không truyền dữ liệu hoặc các kênh điều khiển ngoài một

phần băng thông đang hoạt động.

3.2.2 Kênh và tín hiệu đường lên

Các kênh và tín hiệu đường lên (UL) được các UE truyền đến một hoặc

nhiều tế bào dịch vụ. Các kênh vật lý UL sau đây đã được định nghĩa trong Phiên

bản 15 và Phiên bản 16 để mang thông tin có nguồn gốc từ các lớp cao hơn:

 Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH);

 Kênh chia sẻ đường lên vật lý (PUSCH);

 Kênh điều khiển đường lên vật lý (PUCCH).

Các chức năng của phần trên giống như trong LTE. Nghĩa là, PRACH được

sử dụng để bắt đầu quy trình truy cập ban đầu hoặc để khôi phục đồng bộ thời

gian với gNB và cũng để bắt đầu quy trình khôi phục lỗi chùm tia. PUSCH mang

dữ liệu UL (các khối vận chuyển) và/hoặc thông tin điều khiển đường lên (UCI),

trong khi PUCCH truyền tải UCI. Nhiều kênh và tín hiệu UL có thể được truyền

đồng thời trong trường hợp kết nối kép, chịu các hạn chế về công suất UE.

Các tín hiệu tham chiếu UL (RSs) sau đây khả dụng:

 Các tín hiệu tham chiếu giải điều chế (DM-RS);

 Các tín hiệu tham chiếu theo dõi pha (PT-RS);

 Tín hiệu tham chiếu âm thanh (SRS).

Vai trò của RSs là tạo điều kiện thuận lợi cho việc ước lượng kênh UL

cùng với việc phát hiện và giải mã các kênh vật lý UL bằng gNB. DM-RS được

bao gồm với truyền dẫn PUCCH và PUSCH để hỗ trợ giải điều chế của chúng,

trong khi SRS được sử dụng để phát âm thanh kênh (tức là, gNB có thể suy ra

trạng thái kênh DL sau khi sử dụng SRS để ước lượng kênh UL). Trong khi

DM-RS và SRS có các bản sao trong LTE, một bổ sung mới trong NR là PT-RS.

Các hệ thống OFDM nói chung phải xử lý các độ lệch giữa các bộ dao động tần

số gNB và UE do các thành phần phần cứng không lý tưởng. Việc bù tần số và

dẫn đến mất tính trực giao của sóng mang dẫn đến một hiệu ứng được gọi là

hiệu ứng tạp âm pha trên các sóng mang con OFDM.

Các hệ thống NR hoạt động ở các tần số sóng milimet đặc biệt dễ bị ảnh

hưởng bởi cường độ (mật độ phổ công suất) của thang đo tạp âm pha với tần số

dao động. Do đó, PT-RS được giới thiệu để theo dõi và bù tạp âm pha tại máy

thu (trong trường hợp này là gNB). Một UE có thể được cấu hình chỉ để truyền

PT-RS trong các khối tài nguyên được sử dụng cho PUSCH.

3.2.2.1 Kênh dữ liệu và điều khiển

Việc truyền dẫn PUSCH có thể được lập lịch động thông qua thông tin điều

khiển đường xuống (DCI) được gửi trên PDCCH hoặc được xác định trước

thông qua một sự cho phép đã được cấu hình (CG). Khi một UE nhận được một

sự cho phép đường lên động ở định dạng DCI 0_0 (từ mã UL đơn) hoặc định

dạng DCI 0_1 (hai từ mã UL) và nó nhận được cả việc gán tài nguyên miền tần

số và gán miền thời gian của truyền dẫn PUSCH tương ứng. Không giống như

LTE, các tài nguyên PUSCH NR được ánh xạ theo phương pháp đầu tiên là tần

số, sau đó là thời gian, cho phép máy thu bắt đầu giải mã trên cơ sở mỗi symbol

thay vì chờ để nhận toàn bộ khe đầu tiên. Các tài nguyên trên miền tần số nằm

trong băng thông của BWP UL đang hoạt động và có thể bao gồm nhảy tần nếu

được chỉ ra trong DCI. Hai sơ đồ phân bổ tài nguyên đường lên loại 0 và loại 1

thì được hỗ trợ. Loại phân bổ mà xác định UE thực hiện việc gán tài nguyên trên

miền tần số trong DCI như thế nào và được chỉ ra trong DCI hoặc được cấu hình

bởi RRC. Trong loại 0, một ánh xạ bit biểu thị các nhóm khối tài nguyên (RBG)

được phân bổ cho UE lập lịch thì được truyền tải với một bit cho mỗi nhóm khối

tài nguyên UL (RBG), sao cho tất cả các RBG đều có thể xử lý được cho một

UE. Một RBG chứa từ 2 đến 16 khối tài nguyên ảo liên tiếp (VRB) và được xác

định bởi các lớp cao hơn. Một VRB có thể trùng hoặc không trùng với PRB có

cùng số, tùy thuộc vào cách phân bổ tài nguyên được biễu diễn. Trong loại 1, giá

trị chỉ số tài nguyên (RIV) truyền tải một khối tài nguyên ảo và độ dài theo các

khối tài nguyên được phân bổ liền kề. Do đó, NR loại 0 tương ứng với phân bổ

UL LTE loại 0, trong khi NR loại 1 tương ứng với phân bổ UL LTE loại 2.

Đối với PUSCH được lên lịch động, tài nguyên trên miền thời gian là các

khe, SLIV chỉ báo bắt đầu và độ dài trong khe đó hoặc trực tiếp là symbol bắt

đầu S và độ dài phân bổ L trong các symbol liên tiếp bắt đầu từ S, trong đó một

sự bù khe K2 từ khe mang thông tin điều khiển đường xuống lập lịch (DCI)

được sử dụng để trỏ đến khe PUSCH. Bốn bit trong phép gán miền thời gian

trong DCI được sử dụng để trỏ đến một chỉ số hàng của bảng mặc định hoặc

được cấu hình để truyền tải thông tin bù khe K2, SLIV hoặc (S, L) và loại ánh

xạ PUSCH (loại A hoặc loại B). Mỗi bảng mặc định và bảng cấu hình RRC có

16 hàng, bảng cấu hình RRC được truyền tải qua PUSCH-TimeDomainResource

AllocationList. Nếu SLIV lấy từ bảng được cấu hình, UE sẽ tính symbol bắt đầu

S và độ dài L như định nghĩa, nếu không UE sẽ lấy S và L trực tiếp từ bảng mặc

định. Loại ánh xạ PUSCH xác định sự bắt đầu các phần tử tài nguyên theo miền

thời gian của PUSCH, cũng như vị trí của DM-RS, ví dụ theo định nghĩa S = 0

cho ánh xạ loại A (PUSCH dựa trên khe) trong khi S = 2, 4, 8 được phép cho

ánh xạ loại B (PUSCH không dựa trên khe).

Truyền dẫn PUSCH CG là tuần hoàn và có thể được cấu hình loại 1 hoặc

loại 2. Trong loại 1, tài nguyên thời gian-tần số cùng với tất cả các tham số khác

được cấu hình bởi các lớp cao hơn (ConﬁguredGrantConfig). Trong loại 2, một

phần của các tham số (CS-RNTI, tính tuần hoàn và số lượng quy trình HARQ)

được cấu hình bởi các lớp cao hơn trong khi các tham số còn lại có thể được cập

nhật tự động qua DCI gửi đến CS-RNTI. Khi một sự cho phép đường lên được

cấu hình đang hoạt động, nếu UE không thể tìm thấy C-RNTI/CS-RNTI của nó

trên PDCCH(s) thì có thể thực hiện truyền dẫn đường lên theo sự cho phép

đường lên được cấu hình. Mặt khác, nếu UE tìm thấy C-RNTI/CS-RNTI của nó

trên PDCCH(s) thì phân bổ PDCCH sẽ ghi đè lên sự cho phép đường lên được

cấu hình.

Không giống như PUCCH LTE nằm ở rìa của băng thông sóng mang và có

thời gian và độ dài cố định, PUCCH NR thì linh hoạt trong phân bổ thời gian và tần

số. Các định dạng PUCCH 0 và 2 có độ dài tối đa hai symbol và được gọi là

PUCCH ngắn, trong khi các định dạng PUCCH khác có độ dài từ 4 đến 14 symbol

và được gọi là PUCCH dài. Nhảy tần trong một khe có thể được cấu hình cho các

định dạng PUCCH 1, 3 và 4. Ghép kênh nhiều người dùng trên cùng tài nguyên

thời gian và tần số chỉ được hỗ trợ cho định dạng PUCCH 0, 1 và 4 bằng các dịch

chuyển theo chu kỳ khác nhau hoặc mã bảo vệ trực giao (OCC) như áp dụng. Danh

sách các định dạng PUCCH Phiên bản 15 được thể hiện trong bảng 3.2.

Bảng 3.2: Các định dạng PUCCH NR.

Số lượng RBs

Định dạng PUCCH 0 1 2 3 4 Độ dài trong các symbol OFDM 1 - 2 4 – 14 1 - 2 4 – 14 4 – 14 Số lượng các bit tải ≤ 2 ≤ 2 > 2 > 2 > 2 1 1 ≥ 1 ≥ 1 1

Một UE có thể được cấu hình tối đa bốn bộ tài nguyên PUCCH, trong đó

mỗi bộ tài nguyên bao gồm tối đa 32 tài nguyên PUCCH, mỗi tài nguyên

PUCCH có một chỉ số tài nguyên tương ứng là định dạng PUCCH, symbol đầu

tiên, độ dài, sự bù PRB, thông tin nhảy tần và bộ chỉ số dịch chuyển theo chu

kỳ. Bộ tài nguyên PUCCH được cung cấp bởi tham số lớp cao hơn bộ tài

nguyên PUCCH và được liên kết với chỉ số bộ tài nguyên PUCCH. Do đó, UE

truyền UCI phải xác định bộ tài nguyên đầu tiên (nếu nhiều bộ được cấu hình),

tiếp theo là tài nguyên PUCCH. Chỉ số bộ tài nguyên được xác định dựa trên

số lượng bit UCI là NUCI được truyền, nghĩa là bộ tài nguyên 1 nếu NUCI ≤ 2, bộ

tài nguyên 2 nếu 2 < NUCI ≤ N2, bộ tài nguyên 3 nếu N2 < NUCI

nguyên 4 nếu N3

Tiếp theo, việc xác định tài nguyên PUCCH dựa trên trường chỉ số tài nguyên

PUCCH ở định dạng DCI 1_0 hoặc DCI 1_1 gần nhất mà UE phát hiện được và

UE sẽ truyền thông tin HARQ-ACK tương ứng trong PUCCH. Cuối cùng, khe thời

gian để truyền PUCCH dựa trên việc UCI có chứa HARQ-ACK/NACK hay là một

bản CSI định kỳ/bán định kỳ. Đối với phản hồi HARQ-ACK/NACK, UE phát hiện

định dạng DCI 1_0 hoặc định dạng DCI 1_1 lập lịch cho việc tiếp nhận PDSCH kết

thúc ở khe thứ n, UE cung cấp thông tin HARQ-ACK tương ứng trong việc truyền

PUCCH trong khe n + k, trong đó k là số khe và được biểu thị bằng chỉ số thời gian

từ PDSCH đến HARQ ở định dạng DCI, nếu có hoặc được cung cấp bởi tham số

lớp cao hơn dl-DataToUL-ACK. Đối với bản CSI định kỳ hoặc bán định kỳ, khe

PUCCH được cấu hình bởi các lớp cao hơn.

3.2.2.2 Kênh và thủ tục truy cập ngẫu nhiên

Để truyền PRACH trong suốt quá trình truy cập ban đầu, UE nhận được

cấu hình của các tham số truyền dẫn (định dạng mở đầu PRACH, tài nguyên

thời gian và tài nguyên tần số để truyền dẫn PRACH) từ thông tin hệ thống được

quảng bá bởi tế bào (SIB1 hoặc RMSI). Chuỗi mở đầu PRACH NR có thể có độ

dài 839 hoặc 139 và dựa trên chuỗi Zadoff-Chu, tương tự như LTE. Trong Phiên

bản 15 thì 9 định dạng PRACH (A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, C0, C2) với chuỗi

mở đầu khác nhau và khoảng thời gian trước chu kỳ là có sẵn cho các chuỗi có

độ dài là 139 và bốn định dạng PRACH (0, 1, 2, 3) là có sẵn cho các chuỗi có độ

dài là 839. Mạng có thể cấu hình các tham số PRACH phù hợp dựa trên trường

hợp triển khai.

Truy cập ngẫu nhiên ban đầu chỉ có thể được truyền trong các tài nguyên

thời gian (SFN, số khung con, symbol bắt đầu) được cung cấp bởi tham số lớp

cao hơn prach-ConﬁgurationIndex (256 khả năng) và trong tài nguyên tần số

được cung cấp bởi tham số lớp cao hơn msg1-FrequencyStart là phần bù của

việc truyền PRACH được đánh số thấp nhất trong miền tần số tương ứng với

PRB 0 và có thể trỏ đến bất kỳ PRB bắt đầu nào trong băng thông hệ thống. Đa

số các trường hợp PRACH (1, 2, 4 hoặc 8) có thể được ghép kênh trong miền

tần số trong cùng một khe PRACH, không giống như LTE và được đánh số theo

thứ tự tăng dần.

Vậy làm thế nào để UE chọn tài nguyên miền thời gian để truyền PRACH

từ các trường hợp hợp lệ được chỉ ra bởi prach-ConﬁgurationIndex? Một UE

được cung cấp N khối SS/PBCH được kết hợp với một khả năng PRACH (N ∈

{1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16}, trong đó N = 1/8 cung cấp một khối SS/PBCH

được liên kết với tám khả năng PRACH) và một số R của phần mở đầu dựa trên

sự tranh chấp trên mỗi khối SS/PBCH cho mỗi trường hợp PRACH hợp lệ bằng

tín hiệu lớp cao hơn. Sau khi đo đạc nhiều khối SS/PBCH, UE truyền PRACH

vào PRACH tương ứng với khối SS/PBCH chất lượng cao nhất. Điều này cho

phép gNB suy ra hướng chùm tối ưu cho các lần truyền dẫn DL tiếp theo để

hoàn tất quy trình truy cập ban đầu.

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.

Quy trình truy cập ngẫu nhiên dựa trên sự tranh chấp để truy cập ban đầu

bao gồm trao đổi thông điệp giữa UE và tế bào mà nó muốn kết nối. Trong quy

trình NR Phiên bản 15 cơ bản, bốn thông điệp được trao đổi theo bốn bước như

trong Hình 3.4:

1. Phần mở đầu Msg1 được UE gửi đến gNB trên PRACH. Điều này thông

báo cho gNB rằng UE đang cố truy cập vào tế bào.

2. Phản hồi truy cập ngẫu nhiên Msg2 (RAR) được gửi bởi gNB đến UE (s).

RAR được lập lịch trên PDCCH được gửi đến một định danh tạm thời của

mạng vô tuyến truy cập ngẫu nhiên (RNTI) và được truyền trên PDSCH.

RAR mang một sự cho phép UL và thông tin trước về thời gian cho UE.

3. Msg3 mang theo một YÊU CẦU KẾT NỐI RRC được UE gửi trên sự cho

phép UL được chỉ ra trong RAR.

4. Msg4 mang thông tin giải quyết tranh chấp được gửi bởi gNB trên

PDSCH. Cần có sự giải quyết tranh chấp để xử lý trường hợp góc trong

đó hai UE gửi cùng một lời mở đầu trong cùng một khe và có một sự

không chắc chắn trong danh tính của UE mà gNB gửi tới RAR.

Như trong Hình 3.4, một quy trình truy cập ngẫu nhiên hai bước rút ngắn

đã được giới thiệu trong Phiên bản 16 để giảm độ trễ truy cập ban đầu. Điều này

cũng hữu ích cho hoạt động trong phổ tần không được cấp phép vì số lần truy

cập kênh bị giảm đi một nửa. Một MsgA mới kết hợp với PUSCH phần mở đầu

Msg1 và Msg3 được UE truyền đi trong bước đầu tiên. Sau đó MsgB từ gNB

chứa thông tin giải quyết tranh chấp và tịnh tiến. Trong trường hợp MsgA không

thể được giải mã hoàn toàn bởi gNB, việc truy cập ngẫu nhiên bốn bước được

thực hiện bằng cách gửi một RAR.

3.2.2.3 Các tín hiệu tham chiếu

Các vị trí miền thời gian của một hoặc hai symbol DM-RS PUSCH phụ

thuộc vào loại ánh xạ PUSCH (loại-A hoặc loại-B, được mô tả trong mục 3.2.1),

độ dài của truyền dẫn PUSCH và nhảy tần hoặc các vị trí DM-RS bổ sung (tối đa

ba DM-RS bổ sung cho các khả năng tốc độ cao) được cấu hình bởi các lớp cao

hơn. DM-RS PUSCH được tải trước theo nghĩa là symbol DM-RS đầu tiên được

đặt ở đầu của truyền dẫn PUSCH để tạo điều kiện cho việc ước lượng kênh sớm.

DM-RS PUCCH thuộc các định dạng PUCCH 1, 2, 3 và 4 (định dạng

PUCCH 0 là một chuỗi không được điều chế và do đó không cần giải điều chế)

và vị trí trong miền thời gian của chúng phụ thuộc vào số lượng symbol PUCCH

và có hay không nhảy tần nội khe được kích hoạt.

PT-RS PUSCH được UE truyền đi khi được cấu hình để tiếp tục truyền bởi

các lớp cao hơn. Mật độ miền thời gian và miền tần số PT-RS được đặt ở giá trị

mặc định hoặc được đảm bảo bởi các lớp cao hơn và là một chức năng của sơ đồ

mã hóa và điều chế PUSCH (MCS) và phân bổ RB (số lượng PUSCH RB lớn

hơn dẫn đến mật độ miền tần số lớn hơn của PT-RS, trong khi MCS PUSCH cao

hơn dẫn đến mật độ miền thời gian thấp hơn của PT-RS). Các symbol miền thời

gian PT-RS được chọn để không trùng với các symbol DM-RS.

Các phần tử tài nguyên được sử dụng cho DM-RS và PT-RS luôn nằm

trong phân bổ tài nguyên cho PUSCH và PUCCH tương ứng. PUSCH cùng tốc

độ với các tín hiệu tham chiếu để tránh sự suy giảm hiệu suất giải mã, điều đó có

nghĩa là ánh xạ tài nguyên PUSCH tránh các vị trí RS thay vì bị chúng lược bớt.

Cuối cùng, tài nguyên SRS được cấu hình bởi các lớp cao hơn và trải dài 1,

2 hoặc 4 symbol liên tiếp trên mỗi UE. Việc truyền dẫn SRS có thể là định kỳ

hoặc không định kỳ (được kích hoạt bởi DCI) và nhảy tần thì có thể được bỏ

qua. Tương tự như LTE, nhiều UE có thể được cấu hình để truyền SRS trong

cùng symbol và mỗi SRS của UE tuân theo sự dịch chuyển theo chu kỳ và cấu

trúc hình lược trong miền tần số, trong đó đỉnh thể hiện các sóng mang con SRS

là tất cả sóng mang con thứ hai hoặc sóng mang con thứ tư.

3.2.2.4 Phương pháp truyền dẫn

NR đạt được độ tin cậy cao và thông lượng cao ở lớp vật lý với sự hỗ trợ

của mã hóa kiểm soát lỗi, sự thích ứng liên kết và các kỹ thuật truyền dẫn nhiều

đầu ra nhiều đầu vào (MIMO). PUSCH NR hỗ trợ cả ghép kênh phân chia tần số

tiền trực giao theo chu kỳ (CP-OFDM) và DFT-S-OFDM (cũng được ký hiệu là

tiền mã hóa biến đổi), trong khi PUSCH LTE chỉ hỗ trợ DFT-S-OFDM, thường

có các thuộc tính tỉ lệ công suất đỉnh trên công suất trung bình tốt hơn so với

CP-OFDM và phù hợp hơn cho các trường hợp UL vùng phủ sóng bị giới hạn.

Chuỗi xử lý lớp vật lý PUSCH được thể hiện trong Hình 3.5. Tương tự như

LTE, các bước quan trọng được thực hiện trên TB từ lớp MAC bao gồm mã hóa

sửa lỗi, sự tương thích tốc độ, điều chế, ánh xạ tới tài nguyên vật lý và quá trình

xử lý đa ăng-ten.

Mã hóa sửa lỗi PUSCH dựa trên mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

(LDPC) tương thích với tốc độ (so với mã turbo trong LTE) trong khi UCI

trên PUCCH được mã hóa bằng mã phân cực (so với mã tích chập trong LTE)

hoặc mã khối Reed-Muller cho kích thước tải nhỏ. PUSCH hỗ trợ nhiều sơ đồ

điều chế (π/2-BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, 256 QAM), trong khi

PUCCH sử dụng π/2-BPSK (định dạng PUCCH 3 hoặc 4) hoặc QPSK (trừ

định dạng 0). DCI lập lịch PUSCH chỉ ra MCS nên được sử dụng. Các bit

PUSCH mã hóa thì được xáo trộn với một sự đồng nhất riêng UE (RNTI)

trước khi điều chế.

Hình 3.5. Chuỗi xử lý lớp vật lý PUSCH.

Về khả năng MIMO, PUSCH hỗ trợ một từ mã duy nhất có thể được ánh

xạ lên đến bốn lớp không gian, đặc biệt PUSCH LTE hỗ trợ ghép kênh không

gian với hai từ mã và bốn lớp.

Hai sơ đồ truyền dẫn được hỗ trợ cho PUSCH đó là truyền dẫn dựa trên

sách mã và truyền dẫn không dựa trên sách mã. Đối với truyền dẫn dựa trên sách

mã thì gNB cung cấp cho UE một chỉ số ma trận tiền mã hóa truyền trong DCI.

UE sử dụng chỉ số để chọn bộ tiền mã hóa để truyền PUSCH từ sách mã. Đối

với truyền dẫn không dựa trên sách mã, UE xác định bộ tiền mã hóa PUSCH của

nó dựa trên trường chỉ số tài nguyên SRS băng rộng từ DCI.

3.2.3 Kênh và tín hiệu đường xuống

Các kênh và tín hiệu DL được truyền bởi các gNB đến một hoặc nhiều UE ở

chế độ phát quảng bá hoặc phát đơn hướng và được được định nghĩa trong Phiên

bản 15 và Phiên bản 16 để mang thông tin có nguồn gốc từ các lớp cao hơn:

 Kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH).

 Kênh quảng bá vật lý (PBCH).

 Kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH)

Các chức năng ở trên giống như trong LTE. Đó là PDSCH mang dữ liệu dò

tìm DL và các bản tin quảng bá hệ thống, PBCH mang thông tin quan trọng cần

thiết để truy cập vào tế bào và PDCCH mang thông tin lập lịch cho phép UE xác

định vị trí PDSCH của nó. Trong NR, PDCCH cũng có thể truyền tải các bản tin

tìm gọi ngắn không liên quan đến PDSCH. Trong NR kênh chỉ số ARQ lai vật

lý LTE (PHICH) cho phản hồi HARQ UL và kênh chỉ số định dạng điều khiển

vật lý LTE (PCFICH) không còn xuất hiện. Điều này là do HARQ UL không

còn đồng bộ trong NR (không giống như mối quan hệ thời gian n + 4 trong FDD

LTE, trong đó PUSCH được truyền trong khung con n là ACKed/NACKed qua

PHICH trong khung con DL n + 4), do đó không cần PHICH. Hơn nữa,

PCFICH được sử dụng để chỉ ra số lượng symbol miền thời gian của vùng điều

khiển LTE (PDCCH/PHICH) trên mỗi khung con, trong khi PDCCH NR được

truyền trong tập tài nguyên điều khiển được cấu hình (CORESET), điều này có

thể linh hoạt hơn trong việc phân bổ tài nguyên và do đó CORESETs được cấu

hình rõ ràng cho UE.

Các tín hiệu vật lý đường xuống sau đây được xác định:

 Tín hiệu tham chiếu giải điều chế (DM-RS).

 Tín hiệu tham chiếu theo dõi pha (PT-RS).

 Tín hiệu tham chiếu thông tin trạng thái kênh (CSI-RS).

 Tín hiệu đồng bộ sơ cấp (PSS).

 Tín hiệu đồng bộ thứ cấp (SSS).

Với việc ngoại trừ PT-RS (như đã thảo luận cho UL), các tín hiệu còn lại

có chức năng tương tự như trong LTE. DM-RS được bao gồm trong truyền dẫn

PDSCH, PBCH và PDCCH cho mục đích giải điều chế, CSI-RS được sử dụng

để ước lượng CSI DL và tạo các bản CSI được đưa trở lại gNB và cùng

PSS/SSS chỉ ra ID tế bào vật lý NR và được sử dụng để phát hiện và thu nhận tế

bào. Tín hiệu tham chiếu đặc trưng của tế bào (CRS) từ LTE truyền qua băng

thông sóng mang đã bị xóa khỏi NR do việc truyền CRS liên tục trong mỗi

khung con LTE DL thì không phù hợp với lưu lượng dạng cụm và gây ra nhiễu

không cần thiết cho các tế bào khác. PSS và SSS NR là đặc trưng của tế bào,

trong khi các tín hiệu còn lại là đặc trưng của UE.

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.

Một ví dụ truyền dẫn DL qua hai khe chứa một số kênh và tín hiệu trên và

giả sử khoảng cách sóng mang con OFDM 30 kHz được mô tả trong Hình 3.6.

3.2.3.1 Các kênh dữ liệu và điều khiển

Sau khi chuyển sang trạng thái RRC_CONNECTED, các UE phải theo dõi

và giải mã PDCCH để nhận được thông tin lập lịch cho PDSCH. UE giám sát

một tập các khả năng của PDCCH trong một hoặc nhiều bộ tài nguyên điều

khiển (CORESET) trên BWP DL đang hoạt động của mỗi tế bào dịch vụ được

cấu hình (ví dụ: nhiều tế bào dịch vụ trong trường hợp kết hợp sóng mang). Các

không gian tìm kiếm PDCCH khác nhau (không gian chung hoặc không gian

riêng biệt) có thể được định nghĩa trong một CORESET, trong đó UE tìm kiếm

các khả năng PDCCH khác nhau. Như trong LTE, các khả năng PDCCH khác

nhau (và được liên kết với định dạng DCI) tương ứng với thông tin hệ thống

(không gian tìm kiếm chung), thông tin điều khiển công suất (không gian tìm

kiếm chung), chỉ số định dạng khe (SFI) (không gian tìm kiếm chung) hoặc

thông tin lập lịch DL và UL (không gian tìm kiếm UE riêng biệt). Một UE có

thể cấu hình tối đa 40 khả năng PDCCH (tối đa 10 không gian tìm kiếm trên mỗi

BWP). Danh sách các định dạng DCI được hỗ trợ trong Phiên bản 15 được thể

hiện trong bảng 3.3.

Tài nguyên CORESET được báo hiệu bởi các lớp cao hơn và tối đa ba

CORESET có thể được cấu hình trên mỗi BWP DL trong một tế bào dịch vụ,

bao gồm tối đa 12 CORESET trên mỗi tế bào dịch vụ. Tài nguyên miền tần số

trong CORESET có thể là liền kề hoặc không liền kề, trong khi tài nguyên miền

thời gian trải dài 1-3 symbol OFDM liên tiếp. Do đó, CORESETs vượt trội hơn

nhiều so với vùng điều khiển PDCCH LTE, trải rộng băng thông sóng mang và

luôn chiếm các symbol 1-4 đầu tiên của khung con DL.

Khi định dạng DCI biểu thị thông tin lập lịch cho PDSCH (định dạng 1_0

hoặc định dạng 1_1) đã được phát hiện trong PDCCH, UE có thể xác định tài

nguyên tần số-thời gian thích hợp của PDSCH và BWP tương ứng hoặc tế bào

dịch vụ tương ứng trong trường hợp CA từ DCI.

Phân bố tài nguyên trên miền tần số của PDSCH có thể thuộc loại 0 và loại

1, định dạng DCI 1_0 tự động kéo theo phân bố loại 1 được sử dụng.

Bảng 3.3: Các định dạng DCI Phiên bản 15.

Định dạng DCI 0_0 0_1 1_0 1_1 2_0

2_1

2_2

2_3 Mục đích Lập lịch cho PUSCH trong một tế bào Lập lịch cho PUSCH MIMO trong một tế bào Lập lịch cho PDSCH trong một tế bào Lập lịch cho PDSCH MIMO trong một tế bào Cho biết định dạng khe của một nhóm UEs Cho biết symbol(s) và PRB(s) của một nhóm tế bào nơi mà UE có thể giả sử việc truyền dẫn là dành cho UE Truyền dẫn các lệnh TPC cho PUCCH và PUSCH Truyền dẫn một nhóm các lệnh TCP cho truyền dẫn SRS bằng một UE hoặc nhiều hơn.

Sự chuyển đổi giữa các loại phân bố có thể được thực hiện thông qua DCI

nếu được đảm bảo. Tương tự như phân bố tần số PUSCH, loại 0 truyền tải một

ánh xạ bit cho biết nhóm khối tài nguyên DL (RBG) được phân bố để lập lịch

với một bit cho mỗi RBG (một RBG bao gồm từ 2 đến 16 RB tùy thuộc vào

kích thước BWP). Trong loại 1, giá trị chỉ số tài nguyên (RIV) truyền tải một

khối tài nguyên ảo DL bắt đầu và độ dài theo các VRB xen kẽ hoặc không xen

kẽ được phân bố liên tiếp. Do đó, NR loại 0 tương tự như phân bổ DL loại 0

LTE, trong khi NR loại 1 tương ứng với phân bổ DL loại 2 LTE.

Phân bố tài nguyên trên miền thời gian của PDSCH tương tự như phân bố cho

PUSCH. DCI biểu thị khe, chỉ số bắt đầu và độ dài SLIV trong khe đó hoặc trực

tiếp là symbol bắt đầu S và độ dài phân bố L trong các symbol liên tiếp bắt đầu từ

S, trong đó một sư bù khe K0 từ khe mang DCI được sử dụng để trỏ đến khe

PDSCH. Bốn bit trong phép gán miền thời gian trong DCI được sử dụng để trỏ đến

một chỉ số hàng của bảng mặc định hoặc được cấu hình để truyền tải thông tin bù

khe K0, SLIV hoặc (S, L) và loại ánh xạ PDSCH (loại A hoặc loại B). Loại ánh xạ

PDSCH xác định symbol bắt đầu S cũng như vị trí của các symbol DM-RS.

gNB có thể ưu tiên truyền dẫn PDSCH đang hoạt động đến một UE với

truyền dẫn nhạy cảm với trễ tới một UE khác. gNB có thể cấu hình các UE để

theo dõi các dấu hiệu truyền dẫn bị gián đoạn bằng cách sử dụng INT-RNTI trên

PDCCH. Nếu một UE nhận được dấu hiệu truyền dẫn bị gián đoạn, UE có thể

cho rằng không có thông tin hữu ích nào cho UE đó được mang theo bởi các

phần tử tài nguyên có trong dấu hiệu, ngay cả khi một số phần tử tài nguyên đó

đã được lập lịch tới UE. Ngoài ra, với lập lịch bán kiên trì (SPS) thì gNB có thể

phân bổ tài nguyên đường xuống cho các lần truyền dẫn HARQ ban đầu tới các

UE: RRC định nghĩa tính chu kỳ của các phép gán đường xuống được cấu hình

trong khi PDCCH gửi đến CS-RNTI có thể báo hiệu và kích hoạt phép gán

đường xuống được cấu hình hoặc hủy kích hoạt nó. Đó là một PDCCH được gửi

tới CS-RNTI chỉ ra rằng việc gán đường xuống có thể tái sử dụng hoàn toàn

theo chu kỳ được xác định bởi RRC cho đến khi bị hủy kích hoạt.

PBCH cùng với PSS và SSS tạo thành một khối SS/PBCH (SSB) rất quan

trọng đối với truy cập ban đầu, như đã thấy ở đầu mục 2.1. Trong miền thời

gian, một khối SS/PBCH bao gồm 4 symbol OFDM là PSS symbol 0, SSS

symbol 2, PBCH và DM-RS trải đều trên các symbol 1, 2, 3. Trong miền tần số,

SSB bao gồm 240 các sóng mang con liên tiếp trong đó PSS và SSS chiếm ở

giữa 127 sóng mang con trong symbol 0 và 2, trong khi PBCH/DM-RS trải trên

240 sóng mang con trong symbol 1 và 3, 96 sóng mang con ở rìa trong symbol 2

và các sóng mang con DM-RS được xác định bằng ID tế bào. ID tế bào có thể

lấy một trong 1008 giá trị tồn tại và được suy ra từ PSS (ba chuỗi tồn tại) và SSS

(336 chuỗi tồn tại). TTI PBCH được đặt thành 80 ms như trong LTE.

3.2.3.2 Các tín hiệu tham chiếu

PT-RS và DM-RS cho PDSCH và DM-RS cho PDCCH được đặt trong

các khối tài nguyên được phân bố cho các kênh đó, trong khi vị trí của DM-

RS cho PBCH trong SSB đã được đề cập trong phần 3.2.3.1. Việc tiếp nhận

PT-RS DL được cấu hình bởi các lớp cao hơn và mật độ miền thời gian và tần

số tuân theo các quy tắc tương tự như UL.

Có một symbol DM-RS PDSCH trên mỗi khe hoặc hai trong các symbol

OFDM liên tiếp trong một khe. Có thể tạo tối đa bốn symbol DM-RS trên mỗi

khe trong miền thời gian cho các trường hợp UE tốc độ cao. Các phần tử tài

nguyên của symbol DM-RS này nằm rải rác trên các sóng mang con khác

nhau theo hai loại cấu hình. Trong cấu hình loại 1, các symbol DM-RS được

chèn vào hai sóng mang con trong PDSCH. Trong cấu hình loại 2, các symbol

DM-RS được chèn vào năm sóng mang con trong PDSCH. Đối với PBCH và

PDCCH, các symbol DM-RS được chèn vào bốn sóng mang con theo tần số.

Các UE có thể được cấu hình với nhiều tập tài nguyên CSI-RS để ước

lượng kênh DL, các phép đo đạc RRM xen kẽ và các phép đo nhiễu. Các cấu

hình tài nguyên CSI-RS là UE riêng biệt, nhưng nhiều người dùng cũng có

thể chia sẻ cùng một tài nguyên với sự trợ giúp của ghép kênh phân chia theo

mã (CDM) của CSI-RS. CSI-RS có thể là tuần hoàn với một chu kỳ đã định

trước hoặc không theo chu kỳ nơi mà nó được chỉ ra bởi DCI xuất hiện trong

một khe tiếp theo. Tài nguyên miền thời gian và miền tần số của mỗi tài

nguyên CSI được cấu hình bởi các lớp cao hơn và bất kỳ symbol nào trong

một khe đều có thể được sử dụng cho CSI-RS, là băng thông rộng hoặc băng

tần một phần.

3.2.3.3 Phương pháp truyền dẫn

Trình tự xử lý lớp vật lý cho truyền dẫn PDSCH được thể hiện trong

Hình 3.7. Tương tự như LTE, các hoạt động quan trọng bao gồm mã hóa sửa

lỗi, tương thích tốc độ, điều chế, ánh xạ tới tài nguyên vật lý và quá trình xử

lý đa ăng-ten.

Mã hóa sửa lỗi PDSCH dựa trên các mã LDPC mã tuần hoàn tương thích

tốc độ. Các bit PDSCH và PDCCH được mã hóa thì được xáo trộn với sự kết

hợp của ID UE riêng biệt và ID tế bào trước khi điều chế. Các định dạng điều

chế PDSCH được hỗ trợ là QPSK, 16 QAM, 64 QAM và 256 QAM, với MCS

được chỉ ra bởi DCI cho PDSCH được lập lịch động. PDCCH sử dụng mã hóa

phân cực dựa trên các chuỗi lồng nhau và chỉ điều chế QPSK cho độ hiệu quả.

Hình 3.7. Chuỗi xử lý lớp vật lý PDSCH.

Về khả năng MIMO, các symbol PDSCH của một từ mã đơn được ánh xạ

trên một đến bốn lớp không gian. Một PDSCH có thể có hai từ mã và truyền dẫn

lên đến tám lớp. Các lớp không gian được ánh xạ tới các cổng ăng ten theo một

cách độc lập cụ thể, do đó các hoạt động định dạng chùm tia tùy ý hoặc tiền mã

hóa MIMO có thể được thực hiện bởi gNB theo cách trong suốt đối với UE.

DMRS và PDSCH tương ứng được truyền bằng cách sử dụng cùng một ma trận

tiền mã hóa và UE không cần biết ma trận tiền mã hóa để giải điều chế việc

truyền dẫn. Máy phát có thể sử dụng ma trận tiền mã hóa khác nhau cho các

phần khác nhau của băng thông truyền dẫn, dẫn đến tiền mã hóa chọn lọc tần số.

Trái ngược với PDSCH, mô hình lớp vật lý cho truyền dẫn PBCH được đặc

trưng bằng cách cố định, được định trước định dạng vận chuyển, như trong Hình

3.8. Mã hóa sửa lỗi cho PBCH dựa trên mã hóa phân cực và điều chế được cố

định đối với QPSK. Không có quy trình xử lý đa ăng-ten đặc biệt nào được thực

hiện để đơn giản hóa việc thu nhận tế bào ban đầu của các UE.

Cận cùng vị trí (QCL) là một khái niệm quan trọng để thu các tín hiệu và

kênh tham chiếu DL. Về mặt kỹ thuật, hai cổng ăng ten NR được gọi là cận

cùng vị trí nếu các thuộc tính quy mô lớn của kênh mà symbol trên một cổng

ăng ten được truyền có thể được suy ra từ kênh có symbol trên cổng ăng ten

khác được truyền tải. Các thuộc tính quy mô lớn bao gồm một hoặc nhiều độ trễ

lan truyền, độ trễ Doppler, độ dịch chuyển Doppler, mức tăng trung bình, độ trễ

trung bình và các tham số Rx không gian, như trong bảng 3.4. Trong thực tế, UE

thường cần tính toán các số liệu thống kê bậc hai của kênh DL để lọc tín hiệu

nhận được.

Tuy nhiên, một số tín hiệu tham chiếu DL có thể không được truyền

thường xuyên để thu thập các số liệu thống kê này. Trong các trường hợp như

vậy, nếu hai RSs là QCL thì UE có thể suy ra một số thuộc tính thống kê nhất

định từ một RS và áp dụng nó vào xử lý quá trình nhận của một RS khác và

kênh dữ liệu hoặc điều khiển liên quan của nó.

Ví dụ, một UE có thể được cấu hình tối đa chỉ số cấu hình truyền dẫn (TCI)

là M - Các cấu hình để giải mã PDSCH theo PDCCH được phát hiện với DCI

dành cho UE và tế bào dịch vụ đã cho, trong đó M phụ thuộc vào khả năng UE

maxNumberActiveTCI-PerBWP. Mỗi trạng thái TCI chứa các tham số để cấu

hình cận cùng vị trí giữa một hoặc hai tín hiệu tham chiếu đường xuống và các

cổng DM-RS của PDSCH. Cận cùng vị trí được cấu hình bởi tham số lớp cao

hơn qcl-Type1 cho RS DL đầu tiên và qcl-Type2 cho RS DL thứ hai (nếu được

cấu hình). Đối với trường hợp có hai RS DL, các loại QCL sẽ không giống nhau,

bất kể sự tham chiếu là RS DL là giống nhau hoặc RSs DL khác nhau. Các kiểu

định vị gần đúng tương ứng với mỗi RS DL được đưa ra bởi tham số lớp cao

hơn QCL-Type và được tóm tắt trong bảng 3.4.

3.2.4 Giám sát liên kết vô tuyến và các phép đo đạc

Các phép đo UE của các tín hiệu DL và các báo cáo khả năng quay trở lại

gNB là rất quan trọng cho việc duy trì liên kết dịch vụ đáng tin cậy và để quản

lý di động. Một số loại phép đo có thể được xác định cho NR:

 Các phép đo và báo cáo thông tin trạng thái kênh (CSI) được sử dụng cho sự

thích ứng với liên kết vòng lặp kín.

 Các phép đo nhiễu để đo các tế bào không dịch vụ.

 Các phép đo RRM của các tế bào lân cận để quản lý di động.

 Các phép đo giám sát liên kết vô tuyến (RLM) dựa trên SSB hoặc CSI-RS để

xác định xem tế bào dịch vụ có đồng bộ hóa hay không đồng bộ hóa như là

một dấu hiệu của lỗi liên kết vô tuyến.

Hình 3.8. Chuỗi xử lý lớp vật lý PBCH.

Các phép đo CSI để điều chỉnh liên kết (tức là thích ứng MCS và MIMO)

bao gồm chỉ số chất lượng kênh (CQI), chỉ số lớp, chỉ số bậc và chỉ số ma trận

tiền mã hóa (PMI). Các tham số này được báo cáo lại cho gNB như một phần

thông tin điều khiển đường lên (UCI) trên PUCCH hoặc PUSCH. Phiên bản 15

NR hỗ trợ hai tài nguyên đo nhiễu khác nhau, CSI-IM và CSI-RS công suất

bằng không (NZP-CSI-RS), chủ yếu nhằm mục tiêu cho các phép đo nhiễu nội

tế bào thông thường từ đường xuống tới đường xuống. Từ góc độ cho phép các

cấu hình đo đạc linh hoạt hơn, việc tận dụng tài nguyên CSI-IM có thể được

xem là khả thi hơn đối với NZP-CSI-RS cho các phép đo nhiễu liên kết ngang

(CLI) đường lên tới đường xuống, TS 38.211 định nghĩa hai mẫu RE CSI-IM

khác nhau (mẫu 2-2 và 4-1) cho các phép đo nhiễu.

Các mẫu RE CSI-IM đã nói ở trên là phù hợp với các mẫu CSI-RS DL (Y,

Z) = (2,2) hoặc (4,1), trong đó Y và Z lần lượt là số lượng RE trong tần số và

trong các symbol theo thời gian với mã bảo vệ trực giao OCC-2 và OCC-4. Tuy

nhiên, các mẫu RE CSI-IM Phiên bản 15 chưa được thiết kế để phù hợp với bất

kỳ mẫu RE tín hiệu tham chiếu UL nào, ví dụ các mẫu RE SRS UL, comb-2 và

comb-4 cho các phép đo nhiễu liên kết ngang UL đến DL.

Bảng 3.4: Các loại cận cùng vị trí trong NR.

Loại QCL QCL loại A QCL loại B QCL loại C QCL loại D Các tham số Dịch Doppler, trải Doppler, độ trễ trung bình, trải độ trễ Dịch Doppler, trải Doppler Độ trễ trung bình, dịch Doppler Tham số Rx không gian

Hình 3.9 cho thấy một minh họa của các mẫu RE được liên kết với mẫu

RE-15 dựa trên RE CSI-IM 4-1 và mẫu RE SRS UL comb-2 và comb-4 trong

một PRB trên sáu symbol cuối cùng trong một khe. Ở đây, các vị trí RE tiềm

năng của CSI-IM với mẫu 4-1 (bốn RE liên tiếp theo tần số) được đánh dấu màu

xanh lá cây và REs được đánh dấu màu đỏ biểu thị SRS với mẫu comb-2 cũng

như mẫu comb-4.

Các phép đo và báo cáo của L1 UE rất quan trọng để duy trì kết nối với

RAN. Các phép đo này được bắt đầu và kiểm soát bởi các lớp cao hơn và có thể

được phân loại theo các kiểu đo đạc được báo cáo khác nhau: nội tần số, nội hệ

thống, dung lượng lưu lượng, chất lượng và các phép đo bên trong UE.

Mạng có thể cấu hình một UE RRC_CONNECTED để thực hiện các phép

đo và báo cáo chúng theo độ chính xác với cấu hình của phép đo. Cấu hình của

phép đo được cung cấp bằng báo hiệu RRC chuyên dụng. Các UE được cấu hình

để thực hiện các phép đo NR và/hoặc các phép đo giữa các công nghệ vô tuyến

của các tần số E-UTRA.

Mạng có thể cấu hình UE để báo cáo thông tin đo đạc dựa trên (các) khối

SS/PBCH:

 Kết quả phép đo trên mỗi khối SS/PBCH;

 Kết quả phép đo trên mỗi tế bào dựa trên (các) khối SS/PBCH;

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.

 Chỉ số (các) khối SS/PBCH.

Mạng có thể cấu hình UE để báo cáo thông tin đo đạc dựa trên CSI-RS:

 Kết quả phép đo trên mỗi tài nguyên CSI-RS;

 Kết quả phép đo trên mỗi tế bào dựa trên (các) tài nguyên CSI-RS;

 Nhận dạng phép đo tài nguyên CSI-RS.

Ba số liệu đo đạc RRM phổ biến nhất là công suất thu tín hiệu tham

chiếu (RSRP), chất lượng nhận tín hiệu tham chiếu (RSRQ)) và tỷ lệ tín hiệu

trên nhiễu cộng tạp âm (SINR), như được nêu trong Bảng 3.5. Các phép đo

này có thể được lấy từ SS hoặc CSI-RS. SS-RSRP hoặc CSI-RSRP được sử

dụng, ví dụ trong suốt quy trình truy cập ngẫu nhiên để chọn SSB để lấy tài

nguyên truy cập ngẫu nhiên cho việc truyền dẫn msg 1. Các phép đo L1-

RSRP được UE thực hiện trên các tài nguyên SSB hoặc CSI-RS được cấu

hình. Phạm vi báo cáo của SS-RSRP và CSI-RSRP cho báo cáo L1 được xác

định từ -140 đến -40dBm với độ phân giải 1 dB. Phạm vi báo cáo của SS-

RSRQ được xác định từ -43 dB đến 20dB với độ phân giải 0,5 dB, trong khi

phạm vi báo cáo của SS-SINR được xác định từ -23 dB đến 40 dB với độ

phân giải 0,5 dB. Các UE có thể được cấu hình bằng các tham số lọc được

thêm vào lớp 3 trước khi báo cáo.

Bảng 3.5: Các định nghĩa phép đo RRM.

Hệ

RSSI

RSRP

RSRQ

SINR

Định nghĩa Trung bình tuyến tính của tổng cộng suất nhận được (tính bằng [W]) chỉ quan sát được trong một số symbol OFDM của tài nguyên thời gian phép đo trong băng thông phép đo, trên số N của RBs từ tất cả các nguồn, bao gồm các tế bào dịch vụ cùng kênh và tế bào không dịch vụ, nhiễu kênh lân cận, tạp âm nhiệt, v.v. Giá trị trung bình tuyến tính trên các phần góp công suất (tình bằng [W] của các phần tử tài nguyên mang SS (SS-RSRP) hoặc CSI-RS (CSI-RSRP). Tỉ lệ NxRSRP/RSSI sóng mang NR, trong đó N là số RBs trong băng thông phép đo RSSI sóng mang NR. Các phép đo ở tử số và mẫu số phải được thực hiện trên cùng một tập RBs. Giá trị trung bình tuyến tính trên phần góp công suất của các phần tử tài nguyên mang SS hoặc CSI-RS là thương của giá trị trung bình tuyến tính tạp âm và phần góp công suất nhiễu trên các phần tử sóng mang mang SS hoặc CSI-RS trong cùng băng thông tần số. Để xác định SS-SINR, ngoài DM-RS PBCH thì SSS có thể được sử dụng.

3.3 Các khía cạnh của RF

Phiên bản 16 NR được thiết kế để hoạt động ở hai dải tần số vô tuyến:

FR1 và dải tần số 2 (FR2). FR1 trải dài từ 410 MHz - 7.125 MHz, trong khi

FR2 trải dài từ 24.250 MHz - 52.600 MHz. Dải tần từ 7.125 MHz – 24.250

MHz có thể được xem là dải tần số 3 và dải tần từ 52.600 MHz đến 114 GHz

có thể được xem là dải tần số 4 trong các bản phát hành NR trong tương lai.

Phiên bản 16 hoạt động ở các băng tần đối với NR trong FR1 và FR2 được

liệt kê tương ứng trong bảng 3.6 và bảng 3.7.

Bảng 3.6: Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR1.

Băng NR n1 n2 n3 n5 n7 n8 n12 n20 n25 n28 n34 n38 n39 n40 n41 n50 n51 n66 n70 n71 n74 n75 n76 n77 n78 n79 n80 n81 n82 Băng UL BS Rx/UE Tx 1920 MHz – 1980 MHZ 1850 MHz – 1910 MHZ 1710 MHz – 1785 MHZ 824 MHz – 849 MHZ 2500 MHz – 2570 MHZ 880 MHz – 915 MHZ 699 MHz – 716 MHZ 832 MHz – 862 MHZ 1850 MHz – 1915 MHZ 703 MHz – 748 MHZ 2010 MHz – 2025 MHZ 2570 MHz – 2620 MHZ 1880 MHz – 1920 MHZ 2300 MHz – 2400 MHZ 2496 MHz – 2690 MHZ 1432 MHz – 1517 MHZ 1427 MHz – 1432 MHZ 1710 MHz – 1780 MHZ 1685 MHz – 1710 MHZ 663 MHz – 698 MHZ 1427 MHz – 1470 MHZ N/A N/A 3300 MHz – 4200 MHZ 3300 MHz – 3800 MHZ 4400 MHz – 5000 MHZ 1710 MHz – 1785 MHZ 880 MHz – 915 MHZ 832 MHz – 862 MHZ Băng DL BS Tx/UE Rx 2110 MHz – 2170 MHZ 1930 MHz – 1990 MHZ 1805 MHz – 1880 MHZ 869 MHz – 894 MHZ 2620 MHz – 2690 MHZ 925 MHz – 960 MHZ 729 MHz – 746 MHZ 791 MHz – 821 MHZ 1930 MHz – 1995 MHZ 758 MHz – 803 MHZ 2010 MHz – 2025 MHZ 2570 MHz – 2620 MHZ 1880 MHz – 1920 MHZ 2300 MHz – 2400 MHZ 2496 MHz – 2690 MHZ 1432 MHz – 1517 MHZ 1427 MHz – 1432 MHZ 2110 MHz – 2200 MHZ 1995 MHz – 2020 MHZ 617 MHz – 652 MHZ 1475 MHz – 1518 MHZ 1432 MHz – 1517 MHZ 1427 MHz – 1432 MHZ 3300 MHz – 4200 MHZ 3300 MHz – 3800 MHZ 4400 MHz – 5000 MHZ N/A N/A N/A Chế độ song công FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD TDD TDD TDD TDD TDD TDD1 TDD FDD FDD FDD FDD SDL SDL TDD TDD TDD SUL SUL SUL

n83 n84 n86 703 MHz – 748 MHZ 1920 MHz – 1980 MHZ 1710 MHz – 1780 MHZ N/A N/A N/A SUL SUL SUL

Băng thông kênh UE hỗ trợ một sóng mang RF NR đơn trong đường lên

hoặc đường xuống tại UE. Từ góc độ BS, băng thông kênh UE khác nhau có thể

được hỗ trợ trong cùng một phổ để truyền và nhận từ các UE được kết nối với

BS. Mối quan hệ giữa băng thông kênh, dải bảo vệ ở các rìa của kênh và cấu

hình băng thông truyền dẫn tối đa (về mặt RBs có thể sử dụng) được thể hiện

trong Hình 3.10.

Bảng 3.7: Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR2.

Băng NR Băng UL BS Rx/UE Tx Băng DL BS Tx/UE Rx

n257 n258 n260 n261 26500 MHz – 29500 MHZ 24250 MHz – 27500 MHZ 37000 MHz – 40000 MHZ 27500 MHz – 28350 MHZ 26500 MHz – 29500 MHZ 24250 MHz – 27500 MHZ 37000 MHz – 40000 MHZ 27500 MHz – 28350 MHZ Chế độ song công TDD TDD TDD TDD

Việc đánh số và đặt các sóng mang được thực hiện như sau. Các tần số

tham chiếu RF được thiết kế bởi một số kênh tần số vô tuyến tuyệt đối NR (NR-

ARFCN) trong phạm vi (0 đến 2016666 cho FR1 và 2016667 đến 3279165 cho

FR2) trên bộ quét tần số toàn cầu. Bộ quét kênh tần số toàn cầu định nghĩa là

một tập các tần số tham chiếu RF được sử dụng trong báo hiệu để xác định vị trí

của các kênh RF, các khối SS và các phần tử khác. Do đó, Giá trị NR-ARFCN là

có thể được ánh xạ tới tần số tham chiếu RF là theo MHz như:

trong đó, độ phân giải bộ quét tần số toàn cầu là 5 kHz ở FR1 và 15

kHz ở FR2; = 3 GHz và = 600000 ở FR2 và bằng không.

Bộ quét kênh và bộ quét đồng bộ hoàn thành việc sắp xếp kênh. Bộ quét

kênh định nghĩa là một tập con các tần số tham chiếu RF từ bộ quét tần số toàn

cầu có thể được sử dụng để xác định vị trí kênh RF trong đường lên và đường

xuống. Độ phân giải của bộ quét kênh là bội số của , ví dụ độ phân giải

của 15 kHz, 30 kHz và 100 kHz được định nghĩa trong FR1.

Hình 3.10. Băng thông truyền dẫn lớn nhất và băng thông kênh.

3.4 Lớp MAC

Lớp MAC NR được cấu hình bởi RRC và tương tác chặt chẽ với lớp vật lý.

Một thực thể MAC được định nghĩa cho mỗi nhóm tế bào UE (tức là hai thực

thể MAC có mặt trong trường hợp kết nối kép) và xử lý tất cả các chức năng

MAC cho các tế bào trong nhóm. Ví dụ cấu trúc MAC được thể hiện trong Hình

3.11. Giống như trong LTE, phân lớp MAC hỗ trợ các chức năng sau:

 Ánh xạ giữa các kênh logic và các kênh vận chuyển;

 Ghép kênh/tách kênh SDUs MAC giữa một hoặc các kênh logic khác nhau và

các khối vận chuyển khác nhau để được chuyển đến/từ lớp vật lý trên các kênh

vận chuyển;

 Lập lịch báo cáo thông tin;

 Sửa lỗi thông qua HARQ;

 Sự ưu tiên kênh logic.

Thực thể MAC xác định các kênh logic nào được ánh xạ tới kênh vận

chuyển nào và chuyển thông tin này đến PHY. Một loại kênh logic được xác

định bởi loại thông tin gì được truyền; ví dụ: kênh điều khiển tìm gọi, kênh điều

khiển quảng bá và kênh lưu lượng chuyên dụng. Chúng được ánh xạ tới các

kênh vận chuyển thích hợp: điều khiển tìm gọi trên kênh tìm gọi (PCH), điều

khiển quảng bá trên kênh quảng bá (PBCH), kênh lưu lượng chuyên dụng trên

kênh chia sẻ UL hoặc DL (PUSCH hoặc PDSCH), v.v. như trong Hình 2.12.

Lớp vật lý cung cấp một kênh vận chuyển đến MAC. Kênh vận chuyển được

đặc trưng bởi cách thông tin được truyền qua giao diện vô tuyến. RACH cũng

được MAC sử dụng nhưng không được ánh xạ tới bất kỳ kênh logic nào, nó

hoàn toàn được sử dụng để kiểm soát truy cập ngẫu nhiên (RA).

Hình 3.11. Ví dụ về cấu trúc MAC NR.

3.5 Lớp RLC

Phân lớp RLC hỗ trợ ba chế độ truyền dẫn cho truyền dữ liệu: Chế độ trong

suốt (TM), Chế độ không báo nhận (UM), và chế độ báo nhận (AM). Trong chế

độ AM, một giao thức yêu cầu tự động phát lại (ARQ) có sẵn để truyền lại SDU

lớp RLC từ một thực thể RLC sang ngang hàng với nó. Ở phía phát, lớp RLC

cung cấp các gói cho lớp MAC bên dưới. Các gói này là các PDU RLC từ

phương diện RLC và các SDU MAC từ phương diện MAC.

Thực thể RLC được phân loại là TM, UM hoặc AM tùy thuộc vào chế độ

truyền và thường được cấu hình bởi RRC. Các dịch vụ và chức năng chính của

phân lớp RLC phụ thuộc vào chế độ truyền và bao gồm:

 Chuyển giao PDU lớp trên;

 Đánh số thứ tự độc lập với số thứ tự trong PDCP (UM và AM);

 Sửa lỗi thông qua ARQ (chỉ AM);

 Phân đoạn (AM và UM) và không phân đoạn (chỉ AM) của RLC SDU;

 Sự lắp ghép lại của SDU (AM và UM);

 Phát hiện sự trùng lặp (chỉ AM);

 Loại bỏ SDU RLC (AM và UM);

 Tái thiết lập RLC;

 Phát hiện lỗi giao thức (chỉ AM).

Một minh họa về tổng quan lớp RLC và các tương tác giữa truyền và nhận

các thực thể RLC được thể hiện trong Hình 3.12. Người ta thấy rằng một thực thể

UM hoặc TM nhất định có thể được cấu hình là một thực thể truyền hoặc nhận,

trong khi một thực thể AM duy nhất có thể được cấu hình cho cả truyền và nhận.

Hình 3.12. Mô hình tổng quan của phân lớp RLC.

Trong chế độ TM, dữ liệu được truyền và nhận mà không có bất kỳ sự thay

đổi nào đối với các lớp dưới và trên và việc đánh số thứ tự không được áp dụng.

Ứng dụng của TM được giới hạn bởi một tập nhỏ các thông báo RRC, chẳng

hạn như khối thông tin chính, thông tin hệ thống, thông báo tìm gọi và thông báo

quản lý kết nối RRC. Trong chế độ UM, việc đánh số thứ tự chuỗi 6 bit hoặc 12

bit được áp dụng tại thực thể truyền và máy thu duy trì một cửa sổ ghép lại cho

các PDU với số thứ tự cụ thể (SN) và đặt chúng vào bộ đệm nhận. Trong chế độ

AM, thực thể phát duy trì một cửa sổ truyền dựa trên SN 12 bit hoặc 18 bit và

không gửi đến lớp dưới và PDU dữ liệu mà SN của nó nằm ngoài cửa sổ phát.

Thực thể AM nhận duy trì một cửa sổ nhận để xác định PDU nào được đặt trong

bộ đệm nhận để xử lý tiếp. Một thực thể RLC AM gửi các PDU STATUS đến

thực thể RLC AM ngang hàng với nó để cung cấp các xác nhận tích cực và/hoặc

tiêu cực của các SDU RLC.

3.6 Lớp PDCP

Phân lớp PDCP xử lý các thông báo RRC trong mặt phẳng điều khiển và

các gói IP trong mặt phẳng người dùng. Phân lớp PDCP được sử dụng cho

một thiết bị vô tuyến được ánh xạ trên loại kênh logic DCCH và DTCH và

không được sử dụng cho bất kỳ loại kênh logic nào khác. Một thiết bị vô

tuyến được sử dụng để vận chuyển mặt phẳng người dùng hoặc dữ liệu báo

hiệu từ mạng lõi và được ánh xạ tới một dòng QoS bởi lớp SDAP.

Sự tương tác giữa các lớp RLC và PDCP được thể hiện trong Hình 3.13.

Mỗi thực thể PDCP được liên kết với một, hai hoặc bốn thực thể RLC tùy thuộc

vào đặc tính RB (ví dụ: đơn hướng/hai chiều hoặc tách/không tách) hoặc chế độ

RLC. Đối với những kênh mang không tách, mỗi thực thể PDCP được liên kết

với một thực thể RLC UM, hai thực thể RLC UM (cho cùng một hướng) hoặc

một thực thể RLC AM. Đối với các phần tử phân tách, mỗi thực thể PDCP được

liên kết với hai thực thể RLC UM (cho cùng một hướng), bốn thực thể RLC UM

(hai thực thể cho mỗi hướng) hoặc hai thực thể RLC AM (cho cùng một hướng).

Một sự biểu diễn chức năng của lớp PDCP được thể hiện trong Hình 3.14.

Lớp PDCP hỗ trợ các chức năng sau:

 Truyền dữ liệu (mặt phẳng người dùng hoặc mặt phẳng điều khiển);

 Bảo trì của SN PDCP;

 Nén và giải nén tiêu đề bằng giao thức ROHC;

 Mã hóa và giải mã;

 Sự bảo vệ tính toàn vẹn và xác minh tính toàn vẹn;

 Loại bỏ SDU dựa trên bộ định thời;

 Định tuyến cho các thiết bị tách;

Hình 3.13. Cấu trúc của lớp PDCP.

Hình 3.14. Chức năng của lớp PDCP.

 Sự sao chép;

 Sắp xếp lại và chuyển giao theo thứ tự;

 Chuyển giao không thứ tự;

 Loại bỏ trùng lặp.

3.7 Điều khiển tài nguyên vô tuyến

Điều khiển tài nguyên vô tuyến lớp 3 chịu trách nhiệm vận chuyển các

thông báo NAS và cấu hình các tham số kết nối vô tuyến UE, trong số các thông

số khác. Các dịch vụ và chức năng chính của phân lớp RRC bao gồm:

 Quảng bá thông tin hệ thống liên quan đến AS và NAS;

 Tìm gọi được bắt đầu bởi 5GC hoặc NG-RAN;

 Thiết lập, bảo trì và phát hành kết nối RRC giữa UE và NG-RAN, bao gồm:

 Bổ sung, sửa đổi và giải phóng tập hợp sóng mang;

 Bổ sung, sửa đổi và giải phóng kết nối kép trong NR hoặc giữa E-UTRA và

NR.

 Chức năng bảo mật bao gồm sự quản lý khóa;

 Thiết lập, cấu hình, bảo trì và giải phóng các thiết bị vô tuyến báo hiệu (SRBs)

và các thiết bị vô tuyến dữ liệu (DRBs);

 Các chức năng di động bao gồm:

 Chuyển giao và truyền nội dung;

 Lựa chọn tế bào UE và tái lựa chọn và kiểm soát sự lựa chọn và tái lựa chọn tế

bào;

 Tính di động giữa các RAT.

 Chức năng quản lý QoS;

 Báo cáo đo lường UE và kiểm soát báo cáo;

 Phát hiện và phục hồi từ lỗi liên kết vô tuyến;

 Truyền tin nhắn NAS đến/từ NAS từ/đến UE.

Một UE ở trạng thái RRC_CONNECTED hoặc ở trạng thái

RRC_INACTIVE khi một kết nối RRC được thiết lập. Nếu đây không có kết nối

RRC nào được thiết lập, thì UE ở trạng thái RRC_IDLE. Các trạng thái RRC có

thể được mô tả thêm như sau:

 RRC_IDLE:

- Một DRX UE riêng biệt có thể được cấu hình bởi các lớp trên. UE điều

khiển tính di động dựa trên cấu hình mạng. UE giám sát kênh tìm gọi cho tìm

gọi CN bằng cách sử dụng nhận dạng di động S-tremporary 5G (5G-S-TMSI),

thực hiện các phép đo tế bào lân cận và (tái) lựa chọn tế bào, và nhận được

thông tin hệ thống và có thể gửi yêu cầu SI (nếu được cấu hình).

 RRC_INACTIVE:

- Việc tiếp nhận không liên tục (DRX) của UE riêng biệt để tiết kiệm công

suất có thể được cấu hình bởi các lớp trên. UE điều khiển tính di động dựa

trên cấu hình mạng. UE lưu trữ nội dung AS và một khu vực thông báo dựa

trên RAN được cấu hình bởi lớp RRC. UE giám sát kênh tìm gọi cho tìm gọi

CN bằng cách sử dụng 5G-S-TMSI, thực hiện các phép đo tế bào lân cận và

(tái) lựa chọn tế bào, thực hiện cập nhật khu vực thông báo dựa trên RAN

theo định kỳ và khi di chuyển ra ngoài khu vực thông báo dựa trên RAN được

cấu hình, và nhận được thông tin hệ thống và có thể gửi yêu cầu SI (nếu được

cấu hình).

Hình 3.15. Cơ cấu trạng thái UE và chuyển tiếp trạng thái giữa NR/5GC, E-

UTRA/EPC và UTRA/5GC.

 RRC_CONNECTED:

- Áp dụng khi kết nối 5GC-NG-RAN (cả hai mặt phẳng C/U) được thiết

lập cho UE, nội dung AS UE được lưu trữ trong NG-RAN và UE và NG-

RAN biết tế bào thuộc về UE nào. UE giám sát kênh tìm gọi, nếu được cấu

hình, giám sát các kênh điều khiển được liên kết với kênh dữ liệu chia sẻ để

xác định xem dữ liệu có được lập lịch cho nó hay không, cung cấp thông tin

phản hồi và chất lượng kênh, thực hiện báo cáo đo đạc và đo đạc tế bào lân

cận và nhận thông tin hệ thống. Các chuyển đổi trạng thái RRC khác nhau

cho một UE NR được kết nối với NR RAN hoặc E-UTRA được thể hiện

trong Hình 3.15.

3.8 Kết luận chương 3

Chương này đã tóm tắt các chức năng ngăn xếp giao thức của các thực thể

RAN chính, UE và gNB. Chẳng hạn như xem xét việc truyền dữ liệu DL, các

bước xử lý của các phân lớp khác nhau có thể được tóm tắt là:

 Lớp SDAP ánh xạ các gói IP tới các thiết bị vô tuyến dữ liệu trong các luồng

QoS;

 Lớp PDCP thực hiện nén và mã hóa tiêu đề và thêm số thứ tự;

 Lớp RLC thực hiện phân đoạn và đánh số thứ tự bổ sung;

 Lớp MAC thực hiện sửa lỗi thông qua HARQ và ánh xạ các kênh logic sang

các kênh vận chuyển;

 Lớp vật lý truyền khối vận chuyển MAC qua không gian sau khi thực hiện mã

hóa kênh, điều chế và tiền mã hóa MIMO.

Các thực thể tương ứng trong các hoạt động trên tại phía đối diện UE cung cấp

các gói IP được giải mã một cách chính xác đến các lớp cao hơn.

KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu đồ án về nội dung công nghệ truy cập vô tuyến mới trong

mạng 5G, với công nghệ truy cập vô tuyến mới và quy trình truy cập được cải

tiến, cùng với đó là phát triển phần cứng, phần mềm đã giải quyết được những

nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về tốc độ dữ liệu, độ trễ, số lượng kết

nối,...

Chương 1 đồ án đã chỉ ra sự phát triển của các mạng tế bào 1G đến 5G.

Các kỹ thuật đa truy cập trực giao, không trực giao và kiến trúc mạng trong các

thế hệ tế bào khác nhau cũng đã được đề cập đến trong chương này.

Trong chương 2, chúng ta đã thấy được tổng quan của mạng 5G và các yêu

cầu IMT-2020 cho 5G và một vài thành phần kỹ thuật chính cho mạng không

dây 5G đã được thảo luận. Qua đó là tiền đề để chúng ta nghiên cứu công nghệ

truy cập vô tuyến mới trong 5G ở chương tiếp theo.

Chương 3 đã đi sâu tìm hiểu về mạng truy cập vô tuyến mới NR cũng như

các chức năng ngăn xếp giao thức của các thực thể RAN chính, UE và gNB.

Như việc truyền dữ liệu UL, DL và các bước xử lý của các phân lớp khác nhau.

Từ việc nghiên cứu mạng truy cập vô tuyến mới trong mạng 5G, chúng ta

thấy được hiệu quả của giải pháp mới đã giải quyết được vấn đề mà các mạng di

động tế bào thế hệ trước chưa khắc phục được. Đảm bảo phục vụ tốt các nhu cầu

của người dùng ngày càng tăng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt 1. Đỗ Quốc Trinh, “Hệ thống di động băng thông rộng LTE-ADVANCED”,

Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2015.

2. Đỗ Quốc Trinh, “Những kiến thức cơ bản về hệ thống di động 4G LTE và

LTE-ADVANCED”, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2016.

Tiếng Anh

3. The story behind the first cell phone call ever made (Online).

4. J. Boccuzzi, Signal Processing for Wireless Communications (McGraw-Hill,

2008).

5. X. Lin et al., “5G New Radio: Unveiling the essentials of the next generation

wireless access technology,” 2018 (Online).

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

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:

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

NĂM 2020

KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN THÔNG TIN

MỤC LỤC

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi