Đang tải... (xem toàn văn)
Đối tượng nghiên cứu ở đây là giải pháp đa truy nhập không trực giao NOMA cho hệ thống mạng không dây thế hệ mới 5G, cụ thể là kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA và ứng dụng thực tế của nó trong 5G.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung kết nghiên cứu đồ án thực hướng dẫn ThS Lê Minh Tuấn Các nội dung, liệu tham khảo đồ án trích dẫn đầy đủ Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Người cam đoan Nguyễn Minh Cường ii LỜI NĨI ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Cơng nghệ thông tin truyền thông đà phát triển theo đòi hỏi người, với phát triển ngành công nghệ khác điện tử, tin học, quang học… công nghệ thông tin truyền thông trở thành phần thiếu xã hội Nó làm phong phú thêm sống hàng ngày với nhiều dịch vụ vui chơi, giải trí, ứng dụng tất lĩnh vực như: kinh tế, giáo dục, văn hóa, y học, ngoại giao, thông tin quảng bá… Sự đời hệ thống 4G/LTE mở khả tích hợp tất dịch vụ cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn liệu tốc độ cao Tuy nhiên, nhu cầu người tác động lớn đến đến đời phát triển công nghệ Để đáp ứng điều hệ truyền thơng khơng dây nghiên cứu để giải nhu cầu bối cảnh thơng tin truyền thơng tương lai, hệ thứ năm hệ thống truyền thông khơng dây 5G Vì vậy, em chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật đa truy nhập mã thưa SCMA ứng dụng” để làm đề tài đồ án tốt nghiệp cho II Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu giải pháp đa truy nhập không trực giao NOMA cho hệ thống mạng không dây hệ 5G, cụ thể kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA ứng dụng thực tế 5G III Phương pháp nghiên cứu: Phân tích, tổng hợp lý thuyết thơng qua việc đọc giáo trình trường có chun ngành, sách, báo, tài liệu tham khảo nước để tóm tắt nội dung đồ án sau triển khai chi tiết vấn đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu đồ án iii Công cụ, thiết bị hỗ trợ gồm có: Máy tính, mạng Internet, sách, báo, website tài liệu tiếng Anh IV Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Tìm hiểu ngun lý cơng nghệ đa truy nhập không trực giao NOMA cho hệ thống truyền thơng khơng dây 5G - Tìm hiểu ngun lý kỹ thuật đa truy nhập mã thưa SCMA - Ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập mã thưa SCMA truyền thông không dây 5G V Kết cấu đề tài: Chương “Đa truy nhập không trực giao NOMA cho truy nhập vơ tuyến tương lai” Trình bày khái quát phương pháp đa truy nhập không trực giao NOMA kỹ thuật đa truy nhập có phương pháp Chương “Kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA” Chương trình bày chi tiết nguyên lý hoạt động đường lên đường xuống, với mơ hình hoạt động hệ thống SCMA giúp ta có nhìn cụ thể kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA Chương “Ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập SCMA 5G” Chương đề cập đến khả ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập SCMA mạng không dây 5G cho đường lên Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Minh Cường iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN I LỜI NÓI ĐẦU II DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC HÌNH VẼ X DANH MỤC BẢNG BIỂU X CHƯƠNG ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO NOMA CHO TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TƯƠNG LAI 1.1 Giới thiệu tổng quan 1.2 Định hướng tiêu chuẩn mạng không dây 5G 1.2.1 Tốc độ liệu đỉnh 5G 1.2.2 Mật độ kết nối 5G 1.2.3 Tốc độ di chuyển 5G 1.2.4 Hiệu lượng 5G 1.2.5 Độ trễ 5G 1.2.6 Hiệu suất băng tần 5G 1.2.7 Tốc độ liệu 5G giới thực 1.3 Tổng quát hệ thống NOMA 1.4 Phân loại NOMA 13 1.4.1 Miền công suất - Power Domain 13 1.4.2 Miền mã - Code domain 14 1.4.3 Lai ghép miền lượng với miền mã 14 1.5 Sự khác NOMA với OMA 16 1.6 Kết luận chương 17 CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP THEO MÃ THƯA SCMA 19 2.1 Giới thiệu đa truy nhập mã thưa SCMA 20 2.1.1 Các phương pháp đa truy nhập có hệ thống thông tin di động 20 v 2.1.2 Khái niệm đa truy nhập mã thưa SCMA 20 2.2 Nguyên lý hoạt động đa truy nhập theo mã thưa SCMA 21 2.2.1 Mơ hình kỹ thuật đa truy nhập SCMA 21 2.2.2 Mã hóa SCMA 33 2.2.3 Ánh xạ codebook 26 2.2.4 Giải mã SCMA 27 2.3 Kết luận chương 28 CHƯƠNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP SCMA TRONG MẠNG KHÔNG DÂY 5G 29 3.1 SCMA sử dụng cho đường lên đa truy nhập cạnh tranh 29 3.1.1 Tổng quan truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 29 3.1.1.1 Hạn chế công nghệ LTE 29 3.1.1.2 Tổng quan truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 30 3.1.2 Mơ hình hệ thống 32 3.1.2.1 Truyền dẫn tách tín hiệu đa truy nhập SCMA 32 3.1.2.2 Khả mở rộng SCMA cho kết nối số lượng lớn 33 3.1.3 Tài nguyên truy nhập cạnh tranh dựa SCMA 34 3.1.4 Mô kết số 36 3.1.4.1 Thiết lập mô giả định hệ thống 36 3.1.4.2 Hiệu hệ thống 37 3.2 SCMA sử dụng cho đa truy nhập đường xuống 40 3.2.1 Hệ thống đường xuống SCMA 40 3.2.2 Các thuật toán sử dụng đường xuống MU-SCMA 41 3.2.2.1 Ghép cặp người dùng để tối đa tổng tốc độ truyền dẫn 41 3.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ 42 3.2.3 Kết mô hệ thống 43 3.3 Kết luận chương 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 vi DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết Từ đầy đủ tắt 1G 2G 3G 3GPP 4G 5G 802.11 AMC ATSC AWGN First Generation Cellular Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động hệ thứ Second Generation Hệ thống thông tin di động hệ thứ Cellular hai Third Generation Cellular The 3rd Generation Partnership Project Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Dự án đối tác hệ thứ Fourth Generation Hệ thống thông tin di động hệ thứ Cellular tư Fifth Generation Cellular Wireless Standard Adaptive Coding and Modulation Advanced Television Systems Committee Additive White Gaussian Noise Hệ thống thông tin di động hệ thứ năm Tiêu chuẩn không dây Điều chế mã hóa thích nghi Ủy ban hệ thống truyền hình tiên tiến Nhiễu Gauss trắng cộng BS Base Station Trạm gốc CB_i Codebook_i Bộ mã người dùng thứ i CDMA Cisco Code Division Multiple Access Cisco Visual Networking Đa truy nhập phân chia theo mã Chỉ số mạng trực quan Cisco vii VNI CTU DPC FDMA Index Contention Transmission Unit Dirty Paper Coding Frequency Division Multiple Access Đơn vị truyền dẫn tranh chấp Kỹ thuật truyền tải liệu số qua kênh truyền chịu tác động nhiễu Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi chuyển tiếp FN Function node Nút hàm GSM Global System for Mobile communications Hệ thống thơng tin di động tồn cầu IoT Internet of Things Internet kết nối vạn vật IP Internet Protocol Giao thức Internet LLR Log-Likelihood-Rate Tỷ lệ khả đăng nhập LTE Long-term Evolution Sự phát triển dài hạn MIMO MMSE MPA Multiple-input and Multiple-output Minimum Mean Square Error Message Passing Algorithm Đa đầu vào đa đầu Bộ cân tối thiểu lỗi Mean Square Thuật tốn truyền thơng điệp MUD Multi-user Detection Phát đa người dùng MUSA Multi‐user Shared Access Truy cập chia sẻ nhiều người dùng NOMA OF OFDM Non-orthogonal Multiple Access Đa truy nhập không trực giao Overloading Factor Hệ số tải Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số trực Division Multiplexing giao viii OFDMA OMA PDCCH PDMA PRACH PRE QAM QoS QPSK RAN RB RSMA Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần số Division Multiple Access trực giao Orthogonal Multiple Access Physical Downlink Control Channel Pattern Division Multiple Access Physical Random Access Channel Physic Resource Element Quadrature amplitude modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Đa truy nhập trực giao Kênh vật lý điều khiển đường xuống Đa truy nhập phân chia theo mẫu Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên Phần tử tài nguyên vật lý Điều chế biên độ cầu phương Chất lượng dịch vụ Điều chế pha cầu phương Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến Resource Block Khối tài nguyên Resource Spread Multiple Access Đa truy nhập trải tài nguyên Mã hóa chồng chất SC Superposition Coding SC- Single Carrier - Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA SCMA SDMA SE Division Multiple Access Sparse Code Multiple Access đơn sóng mang Đa truy nhập mã thưa Spatial Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo không Access gian Spectral efficiency Hiệu suất quang phổ ix SIC SIMO TDMA Successive Interference Cancellation Single-input and Multipleoutput Time Division Multiple Access Hủy nhiễu liên tiếp Một đầu vào đa đầu Đa truy nhập phân chia theo thời gian UE User Equiqment Thiết bị người dùng VN Variable Node Nút biến Wideband Code Division Đa truy cập phân chia theo mã dải Multiple Access rộng WCDMA 35 bảo chuỗi hoa tiêu gán khác Máy thu dự đoán kênh truyền dẫn khác dựa vào chuỗi hoa tiêu khác Do đó, thực tế, số lượng người dùng U thời điểm cụ thể điều chỉnh lớn J Các bảng mã tái sử dụng để tăng số người sử dụng hệ thống, hỗ trợ số lượng kết nối lớn 5G Xung đột xảy hai nhiều người dùng sử dụng chuỗi hoa tiêu vùng truy nhập cạnh tranh Các bảng mã SCMA xếp chồng lên đơn vị tài nguyên miền thời gian - tần số tạo thành CTU Các UE ánh xạ đến CTU dựa theo luật ánh xạ truy nhập vào mạng, kích thước số vùng truy cập phụ thuộc vào nhiều yếu tố số lượng thiết bị đầu cuối và/hoặc ứng dụng mong muốn phù hợp với đường lên SCMA Quá trình thể hình 3.3: Hình 3.3 Ánh xạ UE đến CTU 36 3.1.4 Mô kết số 3.1.4.1 Thiết lập mô giả định hệ thống Mô mức hệ thống cho kịch ứng dụng gói nhỏ thực mạng gồm thành phần gồm 19 ô Việc đánh giá thực tần số sóng mang 2GHz Cần lưu ý dải tế bào phần hệ thống 5G bao gồm phổ tần số cấp phép, khơng có giấy phép tần số cao Số lượng người dùng khác bỏ ngẫu nhiên mạng thống kê thu thập cho khu vực ô trung tâm Lưu lượng truy cập Uplink cho người dùng tuân theo phân phối Poisson với thời gian đến trung bình 160 ms cho người dùng Một tải lưu lượng truy cập cụ thể sector thu cách cấu hình số lượng người dùng hoạt động khác sector Một vùng tranh chấp với kích thước cặp khối tài nguyên LTE (RB) mô kênh fading Rayleigh phẳng mơ hình hố Một cặp RB tương đương với 12 sóng mang phụ tần số 14 ký hiệu OFDM thời gian [10] Để so sánh công sơ đồ SCMA OFDMA, kích thước liệu phù hợp với tài nguyên OFDMA cặp RB xem xét cho lần truyền với hiệu suất quang cố định 1bit/s/Hz Dữ liệu truyền SCMA trải rộng cặp RB Đối với OFDMA, truyền trong cặp RB Điều khiển công suất mở cho LTE áp dụng để xác định công suất truyền đầu cuối người dùng với MCS cố định Kết là, can thiệp từ khu vực lân cận vào khu vực trung tâm bị bắt, thay đổi theo thời gian Bộ thu MPA sử dụng cho SCMA để xử lý tín hiệu khơng trực giao Một thu MMSE tuyến tính sử dụng cho OFDMA kịch LTE Chúng ta xem xét kịch ứng dụng cho truyền gói nhỏ với độ trễ thấp Với ràng buộc độ trễ, gói tin bị giảm thời gian đợi truyền vượt yêu cầu độ trễ [10] Ước lượng kênh hoàn hảo giả định mô Các giả định mô chi tiết mô tả Bảng 3.1 37 Bảng 3.1 Thông số mô hệ thống đường lên đa truy nhập cạnh tranh dựa SCMA Thông số Giá trị Bố cục mạng 19 ô, với phân đoạn(sectors) ô Khoảng cách truyền dẫn 500m Kênh truyền Kênh fading Rayleigh phẳng Cấu hình antenna SIMO 1x2, anten không tương quan Điều chế mã hóa QPSK 1/2 sử dụng cho OFDMA; Bảng mã với K=4, N=2, J=6, tỉ lệ mã 1/2 sử dụng cho SCMA Ước tính kênh Lý tưởng Mẫu lưu lượng truy cập Gói Poisson đến với trung bình 160 ms cấu hình số người dùng hoạt động sector Công suất phát tối đa 23 dBm UE Hệ số điều khiển công suất α = 1.0 (bù toàn tổn thất đường dẫn) 𝑃0 = - 95 dBm Loại máy thu Máy thu MPA sử dụng cho SCMA, máy thu MMSE tuyến tính sử dụng cho OFDMA 3.1.4.2 Hiệu hệ thống Đề án mô OFDMA SCMA dựa tranh chấp đường lên đánh giá để truyền gói nhỏ với yêu cầu độ trễ thấp cho độ trễ nằm khoảng thời gian 5ms Do yêu cầu độ trễ chặt chẽ, khơng cho phép hội truyền lại [10] Hình 3.4 thể phân bố tỉ lệ rớt gói (hoặc mất) người dùng hàm tải lưu lượng dựa tranh chấp SCMA OFDMA Theo định 38 nghĩa, gói bị trình truyền thất bại lần thử Nó thể rõ ràng hiệu suất tỉ lệ rớt gói tin OFDMA rớt nhanh nhiều so với SCMA tải tăng SCMA có phân phối tỷ lệ rớt gói người dùng thấp OFDMA tải lưu lượng truy cập khác [10] Hệ thống hoạt động tải lưu lượng để đáp ứng điều kiện QoS xác định cố ngừng hoạt động UE mạng Một UE bị gặp cố tỷ lệ rớt gói liệu lớn 2% cố ngừng hoạt động hệ thống xác định tỷ lệ phần trăm người dùng ngừng hoạt động Hình 3.4 Tỷ lệ rớt gói với tải lưu lượng SCMA OFDMA Có thể thấy SCMA OFDMA thực điểm vận hành khác tải lưu lượng để đạt QoS Cụ thể, SCMA thể lợi lớn so với OFDMA số lượng người dùng hoạt động hỗ trợ 39 để đạt ngừng hoạt động hệ thống tương tự Ví dụ, để đạt mức ngừng hoạt động hệ thống 2%, SCMA hỗ trợ 119 người dùng OFDM hỗ trợ 42 người dùng [10] Hình 3.5 Cơng suất hỗ trợ dựa lần hệ thống khác Hình 3.5 cho thấy công suất hệ thống sector cho SCMA OFDMA chúng đạt mức ngừng hoạt động hệ thống 2% 5% Hình 3.6 Khả ngừng hoạt động SCMA so với OFDMA 40 Như biểu diễn hình 3.6, mức tăng SCMA mơ so với OFDMA 2,83 2,74 số lượng người dùng hỗ trợ cho lần ngừng hoạt động hệ thống tương ứng 2% 5% [10] 3.2 SCMA sử dụng cho đa truy nhập đường xuống MIMO đa người dùng MU-MIMO (Multi Users MIMO) biết đến kỹ thuật giúp chia sẻ nguồn tài nguyên thời gian – tần số công suất người dùng truy nhập đường xuống mạng không dây SCMA kỹ thuật đa truy nhập dựa mã hóa thưa với hiệu sử dụng phổ gần tối ưu Trong SCMA, bit liệu đến ánh xạ trực tiếp đến từ mã phức đa chiều chọn lựa từ bảng mã SCMA định nghĩa trước MU-SCMA kỹ thuật đề xuất đánh giá cao kỹ thuật giúp tăng hiệu mạng không dây, đặc biệt 5G [11] 3.2.1 Hệ thống đường xuống SCMA Một giải mã SCMA bao gồm U người dùng, tương ứng với 𝐽𝑢 lớp, u = 1,…,U Các từ mã SCMA mang K sóng mang OFDMA Trên đường xuống kênh SIMO, tín hiệu nhận của anten r người dùng 𝑢0 biểu diễn bởi: 𝐽𝑢 𝑦𝑟𝑢0 = 𝑑𝑖𝑎𝑔(ℎ𝑟𝑢0 ) ∑𝑈 𝑢=1 √𝑝𝑢 /𝐽𝑢 ∑𝑗=1 𝑥𝑗𝑢 + 𝑛𝑟𝑢0′ (3.1) Trong đó, 𝐽𝑢 số lớp phân bổ đến người dùng u, 𝑥𝑗𝑢 từ mã SCMA thứ j người dùng u mà ||𝑥𝑗𝑢 || = K 𝑝𝑢 tổng công suất truyền tải sóng mang người dùng u Cơng suất người dùng u lớp 𝐽𝑢 Khi tổng cơng suất truyền tải P = ∑𝑈 𝑢=1 𝑝𝑢 tổng số lớp ghép kênh 𝐽 J = ∑𝑗=1 𝐽𝑢 Véc tơ kênh anten nhận thứ r người dùng u ℎ𝑟𝑢 phần tử đại diện cho kênh sóng mang OFDMA Véc tơ nhiễu người dùng u anten nhận r biểu thị 𝑛𝑟𝑢 41 SCMA điều chế phi tuyến tính, việc mơ hình hóa phức tạp Thay vào đó, mơ hình chuỗi thưa tuyến tính sử dụng để mơ tả xây dựng thuật toán liên quan cho hệ thống MU-SCMA [11] 3.2.2 Các thuật toán sử dụng đường xuống MU-SCMA Trong MU-SCMA đường xuống, lớp truyền dẫn thuộc nhiều người dùng Vì vậy, nhiều thuật tốn áp dụng để hỗ trợ MU-SCMA Các người dùng ghép cặp lựa chọn từ tập hợp người dùng Tiêu chí lựa chọn cặp người dùng phương pháp tiếp cận tối ưu phần thơng số thiết kế Tín hiệu cặp người dùng truyền tải từ anten với ràng buộc tổng cơng suất Do đó, công suất chia cho người dùng khác dựa vào điều kiện kênh truyền người dùng Dựa theo cơng suất gán, tốc độ người dùng điều chỉnh để phù hợp với mục tiêu tỷ lệ lỗi chất lượng kênh truyền theo yêu cầu Kích thước bảng mã, tốc độ mã hóa số lớp thơng số dùng để điều chỉnh tốc độ người dùng ghép cặp [11] 3.2.2.1 Ghép cặp người dùng để tối đa tổng tốc độ truyền dẫn Giả sử có tập hợp người dùng với SINR tức thời 𝛾𝑢 = ||ℎ𝑢 ||2 𝑃/𝑁𝑢 , u = 1,…,U, tốc độ trung bình 𝑅𝑢 Trong trường hợp khơng có ghép nối người dùng, tỷ lệ lập biểu đẹp tối đa hóa tốc độ có trọng số sau: 𝑢∗ = 𝑚𝑎𝑥𝑢 𝑟𝑢 𝑅𝑢 ′ (3.2) Với 𝑟𝑢 xác định dựa CQI, ví dụ với OFDMA 𝑟𝑢 = log (1 + 𝛾𝑢 ) Mục đích ghép cặp người dùng để làm tối đa tốc độ truyền dẫn tổng hệ thống Giả dụ có người dùng, tốc độ truyền dẫn tổng là: 𝑢1∗ , 𝑢2∗ = 𝑚𝑎𝑥𝑢1 𝑢2 𝑟𝑢~1 𝑅𝑢1 + 𝑟𝑢~2 𝑅𝑢2 (3.3) 42 Với 𝑟𝑢~1 tốc độ điều chỉnh người dùng 𝑢1 sau ghép cặp Tỷ lệ điều chỉnh người dùng phụ thuộc vào người dùng ghép cặp cách phân chia công suất [11] Thuật tốn Greedy sử dụng để làm giảm phức tạp việc ghép cặp Đối với cách tiếp cận theo thuật toán greedy này, người dùng lựa chọn dựa theo tiêu chuẩn lựa chọn người dùng theo công thức (3.2) sau người dùng khác ghép đơi với người dùng lựa chọn Với lập biểu Greedy, thứ tự phức tạp hai cặp người dùng giảm xuống thành U – Các bước lựa chọn người dùng để ghép cặp xác định: 𝑢1∗ = 𝑚𝑎𝑥𝑢 𝑢2∗ = 𝑚𝑎𝑥 𝑢≠𝑢1∗ 𝑟𝑢 𝑅𝑢 ′ 𝑟𝑢~∗ 𝑅𝑢∗ + 𝑟𝑢~ 𝑅𝑢 ′ Và kết ghép cặp người dùng có giá trị điều kiện sau đảm bảo: 𝑟𝑢~∗ 𝑅𝑢∗ + 𝑟𝑢~∗ 𝑅𝑢∗ > 𝑟 𝑢∗ 𝑅𝑢∗ 3.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ Giả sử U = 2, 𝑝1 = 𝛼𝑃, 𝑝2 = (1 − 𝛼𝑃), mơ hình chuỗi thưa tuyến tính 𝑢1 , 𝑢2 biểu diễn sau: 𝛼𝑃 (1− 𝛼𝑃) 𝐽2 𝑦𝑢 = √ 𝐻𝑢1 𝑞1 + √ 𝐽 𝐻𝑢2 𝑞2 + 𝑛𝑢 , với u = 1, (3.7) Với 𝛼 thuộc khoảng (0, 1) hệ số chia sẻ công suất Không tính tổng quát, giả sử 𝛾1 > 𝛾2 Phương trình mơ hình kênh phát sóng MIMO mà thường khơng bị suy thối Nói cách khác, giả định y1> y2 không thiết ngụ ý người dùng giải mã liệu người dùng đạt tỷ lệ cao so với người dùng Để đơn giản hóa việc phân tích, mơ hình chuyển thành mơ 43 hình bị suy giảm xấp xỉ Tín hiệu người dùng coi nhiễu người dùng cho giao thoa tương đương mô tả là: 𝑅2 ≈ (𝑁2 + 𝛼𝑃||ℎ2 || )𝐼 (3.8) Với tương đương trên, người dùng tự giải mã liệu người dùng hồn tồn tự giải mã chúng Các thuật toán trước hết phát triển cho OFDMA sau mở rộng áp dụng cho SCMA Với OFDMA, cơng thức (3.7) viết lại thành: 𝑦𝑢 = ℎ𝑢 √𝛼𝑃𝑞1 + ℎ𝑢 √(1 − 𝛼𝑃)𝑞2 + 𝑛𝑢 (3.9) Do 𝛾1 > 𝛾2 , kênh OFDMA bị suy thối, người dùng người dùng có chất lượng tốt với tỷ lệ cao so với người dùng có tốc độ tức thời thấp 3.2.3 Kết mô hệ thống Mô thực để đánh giá lợi ích SCMA MU-SCMA mạng di động không dây đường xuống Như liệt kê BẢNG 3.2, giả định tham số mô phổ biến tuân theo phương pháp đánh giá 3GPP Mô đưa vào sử dụng bảng mã SCMA với độ dài từ mã K=4, số phần tử khác không N=2 số lượng lớp J=6 Các lớp SCMA phát với đầu dò MPA gần tối ưu [11] Bảng 3.2 Giải pháp tham số mô cho mạng lưới mạng Tham số Giá trị Triển khai Lưới lục giác, 19 sites, sector site khoảng cách 500 m sites Suy hao đường dẫn phụ L = 128.1 + 37.6log10 𝐷, D khoảng cách thuộc vào khoảng cách (km) D > 35m Mẫu ăng ten 3GPP 3D model Số lượng người dùng 570 người dùng phân phối đồng tồn mạng Băng thơng hệ thống 10 MHz tần số sóng mang GHz 44 Loại kênh Kênh fading 1×2 ITU-TU Tốc độ người dùng 30 km/h HARQ Gia tăng dư thừa (IR) HARQ với tối đa lần truyền lại Lập biểu PF với lập biểu băng rộng băng Kích thước từ mã SCMA tones OFDMA Kích thước bảng mã SCMA 4, 16 Số lớp tối đa SCMA với hệ số tải 1.5 Bộ thu SCMA Đầu dò MPA Các kết mơ mức hệ thống liệt kê BẢNG 3.3, so sánh OFDMA với SCMA MU-SCMA thông lượng tổng hợp tế bào tỷ lệ che phủ 5% người dùng di động Mơ hình lưu lượng đệm đầy đủ với trung bình 10 người dùng ô mạng LTE 10 MHz Kịch tương đương với mạng tải nhiều với nhu cầu cao thông lượng [11] Bộ lập lịch PF với tính lập kế hoạch băng rộng có nghĩa người dùng lên lịch chiếm toàn tài nguyên khoảng thời gian lập kế hoạch Bảng 3.3: Thông lượng tốc độ bao phủ hệ thống sử dụng OFDMA, SCMA MU-SCMA Phương pháp truy nhập Thông lượng [Mb/s] Tốc độ phủ sóng [Kb/s] OFDMA 18.6 574.7 SCMA 19.6 621.8 MU-SCMA 24.0 779.7 Rõ ràng, MU-SCMA cho giá trị thông lượng tốc độ phủ sóng cao hẳn so với cơng nghệ truy nhập OFDMA Ngồi ra, mơ độ lợi thơng lượng tính bao phủ SCMA MU-SCMA so với OFDMA Chi tiết thể qua lưu đồ hình 3.7: 45 Hình 3.7 Độ lợi thơng lượng phủ sóng hệ thống sử dụng SCMA MUSCMA so với hệ thống sử dụng OFDMA Ta thấy, SCMA cho 5% độ lợi thông lượng 8% độ lợi phủ sóng so với OFDMA Nguồn độ lợi mức tăng định hình đa chiều sách mã SCMA tính linh hoạt việc thích ứng liên kết liên quan đến SCMA Tuy nhiên, lợi SCMA so với OFDMA xuất kỹ thuật MU-SCMA không trực giao triển khai Đối với trường hợp sử dụng kỹ thuật MU-SCMA, giá trị độ lợi thông lượng độ lợi phủ sóng tương ứng 28% 36% Các kết áp dụng cho người dùng với tốc độ 3km/h cao Do đó, mạnh mẽ biến đổi MU-SCMA cho vòng lặp mở lợi so với MU-MIMO [11] 3.3 Kết luận chương SCMA tảng đường lên đa truy nhập cạnh tranh người dùng 5G Truy nhập cạnh tranh dựa SCMA đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt trễ truyền dẫn số lượng kết nối mạng Các kết mô SCMA cung cấp số lượng kết nối lớn 2.8 lần so với OFDMA điều kiện lưu lượng trễ Do đó, SCMA đánh giá 46 công nghệ tảng tuyệt vời việc giải vấn đề tồn đọng đường lên đa truy nhập cạnh tranh dựa OFDMA MU-SCMA coi kỹ thuật giúp sử dụng hiệu phổ đường xuống mạng không dây 5G sử dụng đa truy nhập không trực giao SCMA Bằng việc đưa vào khái niệm chuỗi thưa tuyến tính chế ghép cặp người dùng, MU-SCMA giúp tăng hiệu hệ thống mạng bù phần lượng bị tăng bậc điều chế phương pháp điều chế sử dụng Ngồi ra, điều chỉnh tốc độ, cơng suất người dùng ghép cặp giúp việc giải mã người dùng không phức tạp, dẫn đến hiệu mạng tăng lên đáng kể 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Đa truy nhập theo mã thưa SCMA hướng cho công nghệ đa truy nhập hệ thống mạng không dây Với ưu vượt trội so với công nghệ đa truy nhập nay, SCMA trở thành ứng cử viên sáng giá cho công nghệ đa truy nhập tảng hệ mạng không dây tương lai 5G Bằng việc sử dụng mã có tính chất thưa, SCMA giảm đáng kể xung đột người dùng, giải tốn khó đặt hệ di động tương lai phải đáp ứng nhu cầu hàng tỷ người dùng mạng, với yêu cầu cao chất lượng dịch vụ, yêu cầu nghiêm ngặt trễ truyền dẫn,.v.v B Hướng phát triển đề tài SCMA kỹ thuật đa truy nhập với nhiều đặc điểm ưu việt, hứa hẹn ứng cử viên đầy sáng giá áp dụng cho đa truy nhập mạng không dây 5G Các thông số SCMA điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu cao truy nhập 5G, cung cấp mức tải lưu lượng khác nhau, hỗ trợ số lượng kết nối cực lớn 5G Hy vọng tương lai, với nghiên cứu phát triển sâu SCMA, giới bước sang kỉ nguyên công nghệ thông tin di động viễn thông, kỉ nguyên văn minh nhân loại 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Navigo Solutions, “Tài liệu mạng 5G” [2] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động”, Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng [3] Phạm Thị Thúy Hiền, “Kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA 5G”, HVCNBCVT, 2017 Tiếng Anh [4] Stella Ho, “NOMA for 5G Wireless Communication Systems”, School of electrical engineering and telecommunications – Autralia [5] Wei Xiang, Kan Zheng, Xuemin (Sherman) Shen, “5G Mobile Communications”, Springer International Publishing, Switzerland, 2017 [6] Mansi Girdhar, Kuldeepak Singh and Daljeet Singh, “Non-Orthogonal Multiple Access in 5G”, Department of ECE, Guru Nanak Dev Engineering College, Ludhiana, Punjab, India [7] Jen‐Ming Wu, “New Radio Access Technology for 5G”, National Tsing Hua University, Hsinchu - Taiwan, 2016 [8] Yiqun Wu, Chao Wang, Yan Chen, and Alireza Bayesteh, “Sparse Code Multiple Access for 5G Radio Transmission”, Huawei Technologies Canada Co Ltd., Ottawa, Ontario, Canada, 2018 [9] ALTERA University Program, “1st 5G Algorithm Innovation Competition SCMA” [10] Kelvin Au, Liqing Zhang, Hosein Nikopour, Eric Yi, Alireza Bayesteh, Usa Vilaipornsawai, Jianglei Ma, and Peiying Zhu, “Uplink Contention Based SCMA for 5G Radio Access”, Huawei Technologies Canada Co., LTD [11] Hosein Nikopour, Eric Yi, Alireza Bayesteh, “SCMA for Downlink 49 Multiple Access of 5G Wireless Networks”, Huawei Technologies Canada Inc., Ottawa, Ontario, Canada Website [12] http://genk.vn/cong-bo-tieu-chuan-mang-5g-download-20-gbps-do-tre-1msket-noi-1-trieu-thiet-bi-trong-1-km2-tiet-kiem-dien-hon20170225220351654.chn ... động hệ thống SCMA giúp ta có nhìn cụ thể kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA Chương Ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập SCMA 5G” Chương đề cập đến khả ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập SCMA mạng không... thống truy n thông không dây 5G - Tìm hiểu nguyên lý kỹ thuật đa truy nhập mã thưa SCMA - Ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập mã thưa SCMA truy n thông không dây 5G V Kết cấu đề tài: Chương Đa truy nhập. .. NOMA cho truy nhập vô tuyến tương lai” Trình bày khái quát phương pháp đa truy nhập không trực giao NOMA kỹ thuật đa truy nhập có phương pháp Chương Kỹ thuật đa truy nhập theo mã thưa SCMA Chương