Đồ án Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới trong 5G

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN THÔNG TIN NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Trần Xuân Tài Lớp: Thông tin 2 Khóa: 51 Ngành: Điện-Điện tử Chuyên ngành: Thông tin 1. Tên đồ án: “Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới trong 5G”. 2. Các số liệu ban đầu: Quyết định giao đồ án tốt nghiệp đại học – Học viện Kỹ thuật Quân sự. Dựa trên nhiệm vụ được giao và các tài liệu tham khảo. 3. Nội dung bản thuyết minh: Lời mở đầu. Chương 1: Giới thiệu về thông tin di động tế bào. Chương 2: Tổng quan về mạng 5G. Chương 3: Mạng truy cập vô tuyến mới NR. Kết luận chung. 4. Số lượng, nội dung các bản vẽ: ............................................................ ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ..................................................................................................................... 5. Cán bộ hướng dẫn: + Đại tá, PGS.TS Đỗ Quốc Trinh - Giáo viên Bộ môn Thông Tin - Khoa Vô tuyến Điện tử - Học viện Kỹ thuật Quân sự. Ngày giao: 22/06/2020 Ngày hoàn thành:02/11/2020 Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2020 Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hướng dẫn Trung tá, GVC.TS Nguyễn Thế Quang Đại tá, PGS.TS Đỗ Quốc Trinh Học viên thực hiện Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày tháng năm 2020 i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 1G First Generation Thế hệ thứ nhất 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba Third Generation 3GPP Dự án hợp tác thế hệ 3 Partnership Project 4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư 5G Fifth Generation Thế hệ thứ năm 5GC 5G Core Lõi 5G Advanced Mobile Phone Dịch vụ điện thoại đi AMPS Service động tiên tiến BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BWP Bandwidth Part Phần băng thông Code Division Multiple Đa truy cập phân chia CDMA Access theo mã CN Core Network Mạng lõi CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng Downlink Control Thông tin điều khiển DCI Information đường xuống DL Downlink Đường xuống EPC Evoved Packet Core Lõi gói tăng cường Evolved Universal Truy cập vô tuyến mặt E-UTRA Terrestrial Radio Access đất vạn năng tăng cường Frequency Division Song công phân chia FDD Duplex theo tần số Frequency Division Đa truy cập phân chia FDMA Multiple Access theo tần số ii FM Frequency Modulation Điều chế tần số General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói GPRS Services chung Global System for Hệ thống thông tin di GSM Mobile Communications động toàn cầu Hybrid Automatic Yêu cầu phát lại tự động HARQ Repeat Request lai High Speed Packet HSPA Truy cập gói tốc độ cao Access IoT Internet of Things Internet vạn vật International Liên minh viễn thông ITU Telecommunications thế giới Union LTE Long-Term Evolution Tiến hóa dài hạn MA Multiple Access Đa truy cập Multi-Access Edge Điện toán cạnh đa truy MEC Computing cập Multiple-Input and Nhiều đầu vào nhiều đầu MIMO Multiple-Output ra Negative NACK Xác nhận âm Acknowledgement Network Functions NFV Các chức năng mạng ảo Virtualization Next Generation Radio Mạng truy cập vô tuyến NG-RAN Access Network thế hệ tiếp theo NR New Radio Vô tuyến mới Orthogonal Frequency Đa truy cập phân chia OFDMA Division Multiple theo tần số trực giao Access Orthogonal Multiple OMA Đa truy cập trực giao Access High Peak-to-Average Tỷ số công suất đỉnh PAPR Power Ratio trên công suất trung bình Physical Broadcast PBCH Kênh quảng bá vật lý Channel iii Physical Downlink Kênh điều khiển đường PDCCH Control Channel xuống vật lý Physical Downlink Kênh chia sẻ đường PDSCH Shared Channel xuống vật lý PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PN Pseudo-Noise Tạp âm giả Physical Random Kênh truy cập ngẫu PRACH Access Channel nhiên vật lý PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý Primary Synchronisation PSS Tín hiệu đồng bộ sơ cấp Signal Physical Uplink Shared Kênh chia sẻ đường lên PUSCH Channel vật lý QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ Random Access Đáp ứng truy cập ngẫu RAR Response nhiên Radio Access Công nghệ truy cập vô RAT Technology tuyến RE Resource Element Phần tử tài nguyên Radio Network Nhận dạng tạm thời RNTI Temporary Identifier mạng vô tuyến Radio Resource Quản lý tài nguyên vô RRM Management tuyến Khoảng cách sóng mang SCS Sub-Carrier Spacing con Software-Defined Kết nối mạng bằng phần SDN Networking mềm SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ Synchronization SSB Khối chuỗi đồng bộ Sequence Block Song công phân chia TDD Time Division Duplex theo thời gian Time Division Multiple Đa truy cập phân chia TDMA Access theo thời gian UE User Equipment Thiết bị người dùng iv UL Uplink Đường lên Universal Mobile Hệ thống điện thoại di UMTS Telephone System động vạn năng UMTS Terrestrial Radio Mạng truy cập vô tuyến UTRAN Access Network mặt đất vạn năng VRB Virtual Resource Block Khối tài nguyên ảo v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Một cái nhìn tổng quan về các kỹ thuật đa truy cập khác nhau. ........... 5 Hình 1.2. Hiệu quả phổ (bps/Hz) của sự phát triển tế bào số. ............................. 6 Hình 1.3. Các khả năng người dùng trong các thế hệ tế bào. .............................. 6 Hình 1.4. Sơ đồ khối kiến trúc mạng 1G. ........................................................... 9 Hình 1.5. Sơ đồ khối kiến trúc mạng GSM 2G. ................................................ 12 Hình 1.6. Sơ đồ khối máy thu Rake WCDMA 3G. ........................................... 14 Hình 1.7. Sơ đồ khối kiến trúc mạng WCDMA 3G. ......................................... 15 Hình 1.8. Sơ đồ khối máy phát đường xuống WCDMA. .................................. 16 Hình 1.9. Sơ đồ khối máy phát đường lên WCDMA. ....................................... 17 Hình 1.10. Sơ đồ khối máy phát HSDPA. ........................................................ 17 Hình 1.11. Sơ đồ khối kiến trúc mạng HSDPA. ............................................... 18 Hình 1.12. Sự biểu diễn thời gian/tần số của tín hiệu OFDM cho tiêu chuẩnLTE. ......................................................................................................................... 20 Hình 1.13. Sự hình thành dạng sóng OFDMA với k sóng mang con. ............... 21 Hình 1.14. Sơ đồ khối kiến trúc mạng LTE 4G. ............................................... 22 Hình 1.15. Nét nổi bật của 3GPP. ..................................................................... 23 Hình 2.1. Sơ đồ khối kiến trúc mạng 5G. ......................................................... 26 Hình 2.2. Các kịch bản sử dụng của IMT-2020. ............................................... 28 Hình 2.3. Các ví dụ về massive MIMO: ghép kênh không gian (bên trái) và chùm tia đơn/đa người dùng. ............................................................................ 30 Hình 2.4. Ví dụ về một phần mạng hỗ trợ dịch vụ uR-LLC, eMBB và mMTC. 33 Hình 2.5. Sơ đồ mạng thể hiện chức năng điện toán phân tán đối với cạnh. ..... 35 Hình 2.6. Sự xem xét băng tần 5G. ................................................................... 37 Hình 2.7. Kỹ thuật thông tin đường lên và đường xuống. ................................. 41 Hình 2.8. Miền tốc độ của hai người dùng DL và UL. ...................................... 41 Hình 2.9. Sự phân bố phổ và công suất của NOMA và OMA. .......................... 42 Hình 3.1. (a): Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng NR, và (b): Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển. ....................................................................... 46 Hình 3.2. Ví dụ về luồng dữ liệu. ..................................................................... 46 vi Hình 3.3. Sơ đồ khối máy phát cho CP-OFDM với sự trải phổ DFT tùy ý trong UL. ................................................................................................................... 50 Hình 3.4. Quy trình truy cập ngẫu nhiên bốn bước cơ bản trong Phiên bản 15 và quy trình hai bước trong Phiên bản 16. ............................................................. 56 Hình 3.5. Chuỗi xử lý lớp vật lý PUSCH. ......................................................... 59 Hình 3.6. Truyền dẫn tín hiệu tham chiếu, điều khiển, dữ liệu đường xuống trong sóng mang 40-MHz với khoảng cách sóng mang con là 30-MHz. ........... 61 Hình 3.7. Chuỗi xử lý lớp vật lý PDSCH. ......................................................... 65 Hình 3.8. Chuỗi xử lý lớp vật lý PBCH. ........................................................... 67 Hình 3.9. Một ví dụ về CSI-IM Phiên bản 15 với mô hình RE 4-1 và các mô hình RE comb-4 và SRS w/comb-2. ................................................................. 69 Hình 3.10. Băng thông truyền dẫn lớn nhất và băng thông kênh. ...................... 73 Hình 3.11. Ví dụ về cấu trúc MAC NR. ........................................................... 74 Hình 3.12. Mô hình tổng quan của phân lớp RLC. ........................................... 75 Hình 3.13. Cấu trúc của lớp PDCP. .................................................................. 77 Hình 3.14. Chức năng của lớp PDCP. .............................................................. 77 Hình 3.15. Cơ cấu trạng thái UE và chuyển tiếp trạng thái giữa NR/5GC, E- UTRA/EPC và UTRA/5GC.............................................................................. 79 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đa truy cập trong các thế hệ của các mạng tế bào khác nhau. ............. 4 Bảng 2.1: Sự so sánh của các yêu cầu IMT-2010 và IMT-2020. ....................... 29 Bảng 2.2: Các băng tần số 5G mới. .................................................................. 38 Bảng 3.1: Các số bộ số liệu NR Phiên bản 15. .................................................. 49 Bảng 3.2: Các định dạng PUCCH NR. ............................................................. 54 Bảng 3.3: Các định dạng DCI Phiên bản 15. .................................................... 62 Bảng 3.4: Các loại cận cùng vị trí trong NR. .................................................... 68 Bảng 3.5: Các định nghĩa phép đo RRM. ......................................................... 70 Bảng 3.6: Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR1. ............ 71 Bảng 3.7: Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR2. ............ 72 viii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO .................... 3 1.1 Giới thiệu .................................................................................................. 3 1.2 Thông tin di động tế bào: Nhập môn ......................................................... 4 1.2.1 Sự phát triển của công nghệ di động .................................................... 7 1.2.2 Hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất ........................................................... 8 1.2.3 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ hai ..................................................... 10 1.2.4 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ ba ...................................................... 13 1.2.5 Các hệ thống tế bào thế hệ thứ tư....................................................... 19 1.3 Kết luận chương 1 ................................................................................... 25 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G ...................................................... 26 2.1 Sơ đồ kiến trúc mạng của 5G ................................................................... 26 2.2 Động lực của 5G ..................................................................................... 27 2.3 Các công nghệ của 5G ............................................................................. 29 2.3.1 Massive MIMO ................................................................................. 30 2.3.2 Kết nối mạng bằng phần mềm ........................................................... 32 2.3.3 Điện toán cạnh đa truy cập ................................................................ 34 2.3.4 Sự phân chia RAN ............................................................................. 35 2.4 Dải sóng mm và phổ tần 5G .................................................................... 37 2.5 Thiết kế dạng sóng cho 5G ...................................................................... 39 2.6 Công nghệ đa truy cập từ 1G đến 5G ....................................................... 40 2.7 Đa truy cập không trực giao là gì? ........................................................... 42 2.8 Kết luận chương 2 ................................................................................... 44 Chương 3 MẠNG TRUY CẬP VÔ TUYẾN MỚI NR ................................. 45 3.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................... 45 3.2 LỚP VẬT LÝ .......................................................................................... 47 3.2.1 Cấu trúc khung và tài nguyên ............................................................ 48 3.2.2 Kênh và tín hiệu đường lên................................................................ 51 3.2.3 Kênh và tín hiệu đường xuống ........................................................... 59 3.2.4 Giám sát liên kết vô tuyến và các phép đo đạc................................... 67 ix 3.3 Các khía cạnh của RF .............................................................................. 70 3.4 Lớp MAC ................................................................................................ 73 3.5 Lớp RLC ................................................................................................. 74 3.6 Lớp PDCP ............................................................................................... 76 3.7 Điều khiển tài nguyên vô tuyến ............................................................... 78 3.8 Kết luận chương 3 ................................................................................... 80 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 82 1 LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, thông tin di động là một phần không thể thiếu trong xã hội ngày nay. Thông tin di động ngày càng phát triển, đã và đang được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới. Nhưng do nhu cầu ngày càng đa dạng và nâng cao trong khi tài nguyên vô tuyến dùng cho thông tin di động là giới hạn và đắt đỏ đã đặt ra nhiều thách thức cho các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà nghiên cứu. Mặc dù các công nghệ đi trước đã phát triển, điển hình là công nghệ mạng 4G LTE/LTE-A rất phát triển, đem lại tốc độ truyền tương đối cao nhưng vẫn chưa đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng của người dùng. Do đó, mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) ra đời không chỉ với tốc độ nhanh hơn, độ tin cậy cao hơn và độ trễ thấp hơn mà đây còn là một bước tiến lớn, là một cuộc cách mạng các thiết bị kết nối internet. Với tốc độ kết nối nhanh hơn đáng kể mà không phụ thuộc vào thiết bị đang di chuyển hay không và có thể khai thác vào nhiều lĩnh vực điều khiển từ xa, độ phủ sóng rộng hơn, giảm thiểu tình trạng gián đoạn giữa các thiết bị với nhau, tiết kiệm điện năng hơnSự ra đời 5G là bước nhảy vọt về công nghệ di động không dây và hứa hẹn sẽ đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Để đảm bảo tính bền vững cũng như phát triển của các dịch vụ thông tin di động trong thập kỷ tới, các giải pháp công nghệ được đưa ra để đáp ứng được nhu cầu sử dụng cũng như các thách thức mới trong tương lại. Mạng di động không dây 5G được đưa ra với các tiêu chí về hiệu suất phổ, tốc độ dữ liệu người dùng, độ trễ, mật độ kết nối đòi hỏi số lượng kết nối, khả năng kết nối cao mà kỹ thuật truy cập trong các mạng 2G/3G/4G chưa thể đáp ứng được, công nghệ truy cập vô tuyến mới (NR) đã được đề xuất cho mạng 5G nhằm đáp ứng tăng khả năng truy cập mạng 5G. Do đó, em đã chọn đồ án tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu công nghệ truy cập vô tuyến mới trong 5G”. Nội dung đồ án được chia thành 3 chương, cụ thể như sau: Chương 1. Giới thiệu về thông tin di động tế bào 2 Chương 2. Các khía cạnh của mạng 5G Chương 3. Mạng truy cập vô tuyến mới NR Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đỗ Quốc Trinh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức bản thân còn hạn chế và thời gian có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 3 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO 1.1 Giới thiệu Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan về sự phát triển của các hệ thống thông tin di động. Chúng ta bắt đầu với một trích dẫn từ một cuộc trò chuyện được tổ chức qua mạng di động từ Martin Cooper vào ngày 3 tháng 4 năm 1973. “Tôi gọi cho bạn từ một điện thoại di động, một điện thoại di động cầm tay thực sự”. Thiết bị di động được sử dụng trong suốt cuộc trò chuyện này là Motorola DynaTAC có trọng lượng khoảng 2.5 lbs với chi phí khoảng 9.000 USD. Sự kiện lịch sử này đã kích hoạt một phong trào thay đổi cuộc sống của rất nhiều người. Sự thay đổi cuộc sống này là rất lớn, lớn hơn nhiều so với việc hỗ trợ người dùng di động, nó thúc đẩy việc tạo ra các thiết bị cực kỳ phức tạp (điện thoại thông minh hiện nay) giúp chúng ta kết nối với thế giới. Các thiết bị này không chỉ thực hiện các nhu cầu liên lạc dữ liệu và giọng nói rất cần thiết với chúng ta mà còn có rất nhiều ứng dụng hỗ trợ như thông báo cho bạn bè thông qua phương tiện truyền thông xã hội, cạnh tranh với trò chơi trực tuyến, tiêu thụ và sản xuất nội dung video, thực hiện các phép đo y tế, sử dụng các dịch vụ dựa trên định vị, v.v. Khi các thiết bị không dây này được thừa hưởng từ định luật Moore, các công nghệ di động tế bào có thể vẫn là tâm điểm để giới thiệu các tính năng mới và những đặc điểm thú vị mang lại lợi ích cho người dùng cuối. Chương này nhằm giải quyết các công nghệ điều khiển quan trọng đằng sau các thiết kế hệ thống vô tuyến mới (NR) 5G, tập trung vào các giải pháp hỗ trợ các dịch vụ mới 5G trong truyền dẫn đường lên (UL) với các yêu cầu như độ trễ thấp và độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng và các ứng dụng gói nhỏ. Các tài nguyên không cần sự cho phép (GF) trong UL NR được gọi là “cho phép trước”, có nghĩa là các thông số kỹ thuật được cấu hình trước sẽ được sử dụng để truyền 4 UE UL mà không cần lập lịch/cho phép. Ngoài ra trạm gốc (BS) trong mạng NR 5G được gọi là “NodeB thế hệ tiếp theo” hoặc “gNB”. 1.2 Thông tin di động tế bào: Nhập môn Các tiêu chuẩn di động sử dụng nhiều kỹ thuật đa truy cập (MA) được nhấn mạnh trong bảng 1.1. Những kỹ thuật này bao gồm đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) và đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA). Chúng ta cũng đề cập phương pháp song công liên quan được sử dụng cho thông tin hai chiều và các tài nguyên vật lý thực tế có sẵn để gán cho mỗi người dùng. Các phương pháp song công là song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Bảng 1.1: Đa truy cập trong các thế hệ của các mạng tế bào khác nhau. Phương pháp Tài nguyên Ví dụ đáng Thế hệ tế bào Kỹ thuật MA song công vật lý chú ý 1G FDMA FDD Tần số AMPS, NMT Các khe thời 2G TDMA FDD GSM, IS-54 gian Các khe thời 3G CDMA FDD/TDD gian/Các mã WCDMA PN Thời gian/tần 4G OFDMA FDD/TDD LTE, LTE-A số Thời gian/tần 5G OFDMA FDD/TDD 5G-NR số Tất cả các kỹ thuật đa truy cập ở trên có thể được xem như một dạng của đa truy cập “trực giao” (OMA), trong đó về mặt lý thuyết thì sự truy cập của người dùng không gây nhiễu cho nhau khi họ chia sẻ phương tiện không dây. Tuy nhiên chúng được giới hạn bởi số lượng tài nguyên có sẵn, điều này làm cho chúng trực giao với nhau. Đối với CDMA thì ngược lại, việc truyền từ thiết bị không dây đến đế trạm gốc vốn đã không trực giao. Trong FDMA, tần số được chia thành các kênh được sử dụng bởi nhiều người dùng khác nhau. Trong TDMA, thời gian được phân chia thành các khe 5 thời gian tức là cho phép nhiều người dùng khác nhau có thể truy cập hệ thống tế bào. Trong CDMA, các người dùng được phân biệt với nhau bằng các mã PN và truyền tất cả cùng một lúc trên toàn bộ kênh tần số. Trong OFDMA các người dùng được phân bổ cho các kênh tần số khác nhau (các nhóm sóng mang con) tại các khe thời gian khác nhau. Đối với hệ thống tế bào số thế hệ tiếp theo 5G, vẫn sử dụng OFDMA trong đó khoảng cách giữa các sóng mang con và độ dài khe thời gian thì mềm dẻo và có thể hỗ trợ các yêu cầu thay đổi rộng rãi khác nhau. 5G dự kiến sẽ sử dụng NOMA. Hình 1.1. Một cái nhìn tổng quan về các kỹ thuật đa truy cập khác nhau. Hình 1.1 cung cấp một cái nhìn tổng quan để giới thiệu các kỹ thuật truy cập khác nhau sẽ được thảo luận trong phần này. Chúng được so sánh theo ba chiều hoặc miền: công suất, thời gian và tần số. Một chỉ số hiệu suất hệ thống tiếp tục được cải thiện trong các thế hệ là hiệu quả phổ. Hình 1.2 cho thấy hiệu quả phổ DL của các chuẩn di động số 2G, 3G, 4G và 5G so với tốc độ dữ liệu đỉnh theo lý thuyết. Lưu ý rằng với mỗi tiêu chuẩn mới, nhu cầu về tốc độ dữ liệu cao hơn và cao hơn trong một thời gian dài dẫn đến nhu cầu tăng hiệu quả phổ trở nên rõ rệt hơn. Với mỗi thế hệ tế bào, không chỉ có sự kỳ vọng về hiệu suất tăng mà còn có thêm các tính năng mới. Hình 1.3 cho thấy khả năng của người dùng (và các 6 tính năng dự kiến) đã tăng theo cấp số nhân qua sự phát triển của các thế hệ di động. Chúng ta bắt đầu chỉ bằng tiếng nói và sau đó chuyển sang khả năng dịch vụ thoại và tin nhắn ngắn (SMS) trong 2G. Khả năng dữ liệu được cải thiện trong 3G bao gồm các dịch vụ chuyển mạch gói. Hình 1.2. Hiệu quả phổ (bps/Hz) của sự phát triển tế bào số. Hình 1.3. Các khả năng người dùng trong các thế hệ tế bào. 4G cung cấp Internet di động với các trường hợp sử dụng được mở rộng cho Internet vạn vật (IoT), phương tiện đến mọi thứ (V2X), thiết bị đến thiết bị (D2D), v.v. Hệ thống di động thế hệ tiếp theo 5G dự kiến sẽ chỉ tăng các khả năng trường hợp sử dụng, do đó mở ra nhiều cánh cửa cho việc cung cấp các sản phẩm sáng tạo. DL là hướng giao tiếp từ BS đến thiết bị cầm tay hoặc thiết bị người dùng (UE). UL là hướng giao tiếp từ các UE đến BS. UL cũng bao gồm quyền truy 7 cập ngẫu nhiên trong đó các UE cố gắng truy cập tài nguyên của hệ thống thông tin từ trạng thái bật nguồn hoặc bắt đầu một giao dịch mới. Phương pháp được sử dụng để phân tách giao tiếp DL và UL được gọi là song công. Ví dụ: thao tác này có thể được thực hiện trong miền thời gian (TDD)/hoặc tần số (FDD). Trong TDD, các khe thời gian nhất định được phân bổ cho DL và các khe thời gian khác cho UL. Trong FDD, việc truyền UL và DL xảy ra đồng thời ở các dải tần số khác nhau. Các ưu điểm của TDD là chỉ cần một phổ duy nhất và được chia sẻ (không cần phổ ghép) và có các chế độ xem kênh đối xứng (các phép đo UL có thể được sử dụng cho kỹ thuật thông tin DL và ngược lại). Ưu điểm của FDD là cần ít các yêu cầu đồng bộ thời gian hơn; tuy nhiên do sự phân tách tần số giữa DL và UL, các phép đo UL có thể không hữu ích cho kỹ thuật thông tin DL vì không thể đảm bảo tính tương hỗ. Dù sử dụng phương pháp nào, độ trễ (thời gian để truy cập tài nguyên mạng) ngày càng trở nên quan trọng như là một chỉ số hiệu suất hệ thống. 1.2.1 Sự phát triển của công nghệ di động Trong phần này, chúng ta sẽ giới thiệu các công nghệ truy cập vô tuyến di động (RATs) và hiểu được ưu điểm và lợi thế phát triển của chúng. Hình 1.1 cho thấy sự phát triển tiêu chuẩn của mạng tế bào từ 1G đến 4G. Chúng ta nhận thấy khi 2G và 3G phát triển đã có sự gia tăng độ phức tạp của hệ thống theo nhiều tiêu chuẩn. Điều này đã thay đổi khi ngành công nghiệp hội tụ thành một tiêu chuẩn 4G duy nhất với độ phức tạp gia tăng. Các kỹ thuật đa truy cập trực giao:  FDMA (đa truy cập phân chia theo tần số)  Việc gán nhiều sóng mang trên cùng một kênh là khó khăn  Các kênh băng hẹp (có băng thông nhỏ hơn băng thông kết hợp của kênh không dây) đang mong đợi  Các băng bảo vệ trong miền tần số là cần thiết để giảm sự phát xạ phổ đến các băng tần lân cận  Số lượng tài nguyên trực giao hữu hạn. 8  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 9 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 10  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...ng 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 32 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. 33 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 eMBB thông lượng cao nhất. Mạng đường trục 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. 34 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) 35  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 36 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. 37 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 38 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. Băng tần ( 6 Băng thông > Khu vực GHz 6 GHz GHz) 6 GHz Châu Âu 3.4-3.8 400 MHz 24.25-27.35 3.1 GHz Trung Quốc 3.3-3.6 300 MHz Nhật Bản 3.6-4.2 800 MHZ 27.5-29.5 2 GHz Hàn Quốc 3.4-3.7 300 MHz 26.5-29.5 3 GHz Mỹ 3.55-3.7 150 MHz 27.5-28.35 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. 39 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 40 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. 41 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 42 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. 43 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. 44 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. 45 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: 46  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 47 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 48 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 ...ho PDSCH trong một tế bào 1_1 Lập lịch cho PDSCH MIMO trong một tế bào 2_0 Cho biết định dạng khe của một nhóm UEs Cho biết symbol(s) và PRB(s) của một nhóm tế bào nơi 2_1 mà UE có thể giả sử việc truyền dẫn là dành cho UE 2_2 Truyền dẫn các lệnh TPC cho PUCCH và PUSCH Truyền dẫn một nhóm các lệnh TCP cho truyền dẫn SRS 2_3 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 63 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 64 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. 65 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 66 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, 67 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 68 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 Các tham số QCL loại A Dịch Doppler, trải Doppler, độ trễ trung bình, trải độ trễ QCL loại B Dịch Doppler, trải Doppler QCL loại C Độ trễ trung bình, dịch Doppler QCL loại D 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. 69 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 70 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 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 RSSI 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 RSRP [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 RSRQ 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 SINR 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 71 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 Băng UL Băng DL Chế độ NR BS Rx/UE Tx BS Tx/UE Rx song công n1 1920 MHz – 1980 MHZ 2110 MHz – 2170 MHZ FDD n2 1850 MHz – 1910 MHZ 1930 MHz – 1990 MHZ FDD n3 1710 MHz – 1785 MHZ 1805 MHz – 1880 MHZ FDD n5 824 MHz – 849 MHZ 869 MHz – 894 MHZ FDD n7 2500 MHz – 2570 MHZ 2620 MHz – 2690 MHZ FDD n8 880 MHz – 915 MHZ 925 MHz – 960 MHZ FDD n12 699 MHz – 716 MHZ 729 MHz – 746 MHZ FDD n20 832 MHz – 862 MHZ 791 MHz – 821 MHZ FDD n25 1850 MHz – 1915 MHZ 1930 MHz – 1995 MHZ FDD n28 703 MHz – 748 MHZ 758 MHz – 803 MHZ FDD n34 2010 MHz – 2025 MHZ 2010 MHz – 2025 MHZ TDD n38 2570 MHz – 2620 MHZ 2570 MHz – 2620 MHZ TDD n39 1880 MHz – 1920 MHZ 1880 MHz – 1920 MHZ TDD n40 2300 MHz – 2400 MHZ 2300 MHz – 2400 MHZ TDD n41 2496 MHz – 2690 MHZ 2496 MHz – 2690 MHZ TDD n50 1432 MHz – 1517 MHZ 1432 MHz – 1517 MHZ TDD1 n51 1427 MHz – 1432 MHZ 1427 MHz – 1432 MHZ TDD n66 1710 MHz – 1780 MHZ 2110 MHz – 2200 MHZ FDD n70 1685 MHz – 1710 MHZ 1995 MHz – 2020 MHZ FDD n71 663 MHz – 698 MHZ 617 MHz – 652 MHZ FDD n74 1427 MHz – 1470 MHZ 1475 MHz – 1518 MHZ FDD n75 N/A 1432 MHz – 1517 MHZ SDL n76 N/A 1427 MHz – 1432 MHZ SDL n77 3300 MHz – 4200 MHZ 3300 MHz – 4200 MHZ TDD n78 3300 MHz – 3800 MHZ 3300 MHz – 3800 MHZ TDD n79 4400 MHz – 5000 MHZ 4400 MHz – 5000 MHZ TDD n80 1710 MHz – 1785 MHZ N/A SUL n81 880 MHz – 915 MHZ N/A SUL n82 832 MHz – 862 MHZ N/A SUL 72 n83 703 MHz – 748 MHZ N/A SUL n84 1920 MHz – 1980 MHZ N/A SUL n86 1710 MHz – 1780 MHZ N/A 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. Chế Băng Băng UL Băng DL độ NR BS Rx/UE Tx BS Tx/UE Rx song công n257 26500 MHz – 29500 MHZ 26500 MHz – 29500 MHZ TDD n258 24250 MHz – 27500 MHZ 24250 MHz – 27500 MHZ TDD n260 37000 MHz – 40000 MHZ 37000 MHz – 40000 MHZ TDD n261 27500 MHz – 28350 MHZ 27500 MHz – 28350 MHZ 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 NREF có thể được ánh xạ tới tần số tham chiếu RF là FREF theo MHz như: FFFNN  ()  REF REFoO ffs GLOBAL REF REF ffs trong đó, độ phân giải bộ quét tần số toàn cầu FGLOBAL là 5 kHz ở FR1 và 15 kHz ở FR2; F = 3 GHz và N = 600000 ở FR2 và bằng không. REFo ffs REFffsO 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 73 xuống. Độ phân giải của bộ quét kênh là bội số của FG LO BA L , 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 74 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); 75  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 76 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; 77  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; 78  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: 79 - 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- 80 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. 81 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. 82 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).