KỸ THUẬT QUẢN LÝ CHÙM BÚP SÓNG TRONG MẠNG 5G

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

KỸ THUẬT QUẢN LÝ CHÙM BÚP SÓNG TRONG MẠNG 5G

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Viết Minh
Sinh viên thực hiện

: Võ Anh Tuấn

Lớp

: D17CQVT07-B

Hà Nội - 2021


NỘI DUNG

1

Chương 1: Tổng quan về mạng 5G và kỹ thuật định
dạng búp sóng

2

Chương 2: Kỹ thuật quản lý chùm búp sóng

3

Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G


Chương 1: Tổng quan về mạng 5G và kỹ thuật định dạng
búp sóng
Q trình phát triển 5G

Các trường hợp sử dụng 5G

Hình 1.1 Quá trình phát triển của 5G.

Hình 1.2 Các trường hợp sử dụng 5G

1


Chương 1: Tổng quan về mạng 5G và kỹ thuật định dạng
búp sóng
Kiến trúc mạng 5G

Hình 1.4 Tùy chọn triển khai 5G được xác định bởi 3GPP

Xem xét băng tần 5G

Hình 1.5 Xem xét băng tần 5G

2

Chương 1: Tổng quan về mạng 5G và kỹ thuật định dạng
búp sóng
Kỹ thuật định dạng búp sóng
- Định dạng búp sóng có thể ở phía phát và phía thu
- Các thủ tục của định dạng chùm búp sóng:
• Qt chùm búp sóng
• Đo lường chùm búp sóng
• Lựa chọn chùm búp sóng
• Báo cáo búp sóng
• Bảo trì chùm búp sóng
• Khơi phục chùm búp sóng

- Định dạng búp sóng có 3 loại kỹ thuật:
• Định dạng búp tương tự
• Định dạng búp sóng số
• Định dạng búp sóng hỗn hợp
Hình 1.6 Kịch bản định dạng búp sóng điển hình trong một ơ.

3


Chương 2: Kỹ thuật quản lý chùm búp sóng
Tổng quan

Thiết lập chùm ban đầu - IBE

- Khái niệm: Quản lý chùm búp sóng là một
tập hợp gồm 3 quy trình cơ bản nhằm thiết
lập và duy trì một cặp chùm búp sóng phù

hợp
- Kỹ thuật quản lý chùm búp sóng gồm 3 giai
đoạn chính:
• Thiết lập chùm ban đầu
• Điều chỉnh chùm
• Khơi phục liên kết

- Truy cập ban đầu là quá trình quan
trọng.
- Thủ tục truy cập ngẫu nhiên nằm
trong q trình truy cập ban đầu, có
2 loại:
• Truy cập ngẫu nhiên dựa trên
tranh chấp – CBRA
• Truy cập ngẫu nhiên không
tranh chấp – CFRA

- Đây là kỹ thuật có vai trị quan trọng với
q trình định dạng búp sóng

Hình 2.1 Tổng quan q trình thiết lập chùm ban đầu

4


Chương 2: Kỹ thuật quản lý chùm búp sóng
Điều chỉnh chùm - BA

Điều chỉnh chùm phía phát đường xuống

- Khi UE đã thiết lập kết nối thông qua một cặp
chùm phù hợp, có vài yếu tố mơi trường như
chuyển động, quay, tắc nghẽn nhẹ – có thể
ảnh hưởng xấu đến tín hiệu, và cần phải khắc
phục bằng cách điều chỉnh cặp chùm kết nối.
- Các khái niệm trong điều chỉnh chùm:
• Truyền PDCCH, lập lịch PDSCH / PUSCH
• Chỉ báo chùm búp sóng

Hình 2.5 Qt chùm cho q trình BA phía phát đường xuống

Điều chỉnh chùm phía thu đường xuống

- Các loại điều chỉnh chùm bao gồm:
• Điều chỉnh chùm phía phát đường xuống
• Điều chỉnh chùm phía thu đường xuống
• Điều chỉnh chùm phía phát đường lên
• Điều chỉnh chùm phía thu đường lên
Hình 2.6 Qt chùm cho q trình BA phía thu đường xuống

5


Chương 2: Kỹ thuật quản lý chùm búp sóng
Khơi phục liên kết

Lỗi liên kết vơ tuyến

- Nhờ có q trình thiết lập chùm ban đầu và điều
chỉnh chùm, ta đã có thể thiết lập và duy trì kết nối

giữa gNB và UE. Tuy nhiên đôi khi, các điều kiện của
kênh vơ tuyến có thể thay đổi q nhanh, đến mức
BA khơng kịp đối phó và xử lý những thay đổi đó. Do
đó ta cần có q trình khơi phục liên kết.
Hình 2.7 Các tình huống ví dụ về lỗi chùm búp sóng và lỗi liên kết vơ tuyến

- Khơi phục liên kết bao gồm 2 q trình:

• Phát hiện lỗi chùm – BFD
• Khơi phục lỗi chùm búp sóng – BFR

6


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Các số liệu đo lường hiệu suất:
Các thông số và mối quan hệ với các số liệu
• Độ chính xác của khả năng phát hiện
• Khả năng phản ứng
• Chi phí
Các thơng số được phân loại theo các khía
cạnh sau:
• Cấu trúc khung
• Phân tập tần số
• Cấu hình khối SS
• Cấu hình CSI − RS
• Đặc tính hình học mảng
• Kiến trúc định dạng chùm búp sóng
• Kế hoạch triển khai mạng

Bảng 3.1 Mối quan hệ giữa các số liệu đo lường hiệu suất và thông số
Những chỗ dấu (*) phụ thuộc vào kế hoạch theo dõi.

Mơ hình kênh:

Bảng 3.3 Các thơng số mơ phỏng chính.

7


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Đánh giá độ chính xác của khả năng phát hiện
Kích thước mảng và mật độ gNB

Khoảng cách sóng mang con và phân tập tần số

Hình 3.3 CDF của SNR, cho các cấu hình anten khác nhau.
Hình 3.5 PMD dưới dạng một hàm của λb, cho các khoảng cách sóng mang con ∆f
và các kế hoạch lặp lại khác nhau và cho các cấu hình anten khác.

Hình 3.4 PMD dưới dạng một hàm của λb, cho các cấu hình anten khác nhau.

8


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Kết quả phản ứng đối với quá trình truy cập ban đầu - TIA
Số lượng khối SS trên mỗi chùm và các kỹ thuật định dạng chùm

(b) gNB tương tự, UE kết hợp (cấu hình dựa
trên DL)

(a) gNB tương tự, UE tương tự

(d) gNB số, UE tương tự (cấu hình dựa trên
UL)

(c) gNB tương tự, UE số (cấu hình dựa trên DL)
Hình 3.6 TIA dưới dạng một hàm của NSS với TSS = 20 ms.

9


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Chu kỳ cụm SS

Tác động của báo cáo chùm búp sóng

Hình 3.7 TIA dưới dạng một hàm của TSS cho cấu hình đường
xuống với gNB tương tự và UE hỗn hợp. NSS = 64

Bảng 3.4 Hiệu suất phản ứng cho các hoạt động báo cáo chùm xem xét cho kiến
trúc SA hoặc NSA. Định dạng chùm tương tự hoặc số được thực hiện ở phía gNB,
trong khi UE cấu hình hướng chùm tối ưu của nó. TSS = 20 ms, ∆f = 120 KHz.

Khoảng cách sóng mang con

Hình 3.8 TIA cho các cấu hình anten và khoảng cách sóng mang con ∆f khác
nhau, với gNB tương tự, UE tương tự.

10


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Kết quả phản ứng đối với quá trình theo dõi chùm búp sóng
Các tùy chọn lập lịch, số lượng người dùng và chu kỳ CSI− RS

(a) MgNB = 64, định dạng chùm tương tự, TSS = 20 ms

(b) MgNB = 64, định dạng chùm tương tự, TCSI = 0.625 ms

Hình 3.9 Hiệu suất theo dõi bằng CSI-RS cho tùy chọn 1 và 2

Chu kỳ cụm SS

Giới hạn về chu kỳ CSI− RS ?
Cấu trúc SA và NSA ?

Hình 3.10 NCSI dưới dạng một hàm của các chu kỳ
TSS và TCSI.

Đường xuống với đường lên và
kiến trúc định dạng chùm búp
sóng ?
Khôi phục RLF ?

11

Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Kết quả chi phí
Khoảng cách sóng mang con và phân tập tần số

(a) Ω5ms dưới dạng một hàm của NSS, cho các khoảng
cách sóng mang con ∆f và các chiến lược lặp lại

Chu kỳ cụm SS

(b) ΩTSS dưới dạng một hàm của TSS, cho các khoảng cách sóng mang con ∆f và các chiến lược
lặp lại khác nhau. NSS được đặt thành giá trị lớn nhất, tức là 64.

Hình 3.12 Chi phí cho truy cập ban đầu, được tính tốn bằng cách truyền các khối SS

Chu kỳ CSI− RS

Hình 3.13a Chi phí ΩCSI dưới dạng hàm của Nsymb, CSI
và ρ, đối với các chu kỳ TCSI khác nhau, với TSS = 20
ms.

12


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Tác động của quá trình IA và quá trình theo dõi

Tác động của báo cáo chùm

Bảng 3.6 Chi phí cho các hoạt động báo cáo chùm xem xét cho kiến trúc SA. Định
dạng chùm tương tự hoặc số được thực hiện ở phía gNB, cho các cấu trúc mảng

anten khác nhau.

Hình 3.13b Chi phí Ωtot dưới dạng một hàm của Nsymb, CSI
và ρ, cho các khoảng cách sóng mang con ∆f và các chiến
lược lặp lại khác nhau. NSS được đặt thành giá trị lớn
nhất, tức là 64 và TCSI, slot = 5 vị trí.

13


Chương 3: Hiệu năng quản lý chùm búp sóng trong 5G
Kết luận về từng thơng số











Khoảng cách sóng mang con − ∆f
Phân tập tần số − D
Số khối SS trong một cụm − NSS
Chu kỳ cụm SS – TSS
Chu kỳ của CSI – RS – TCSI
Số lượng CSI− RS được giám sát ở phía UE − NCSI,RX
Mật độ gNB − λb

Kiến trúc định dạng chùm búp sóng − KBF
Mảng anten − MgNB,MUE
Khung đo lường

Hình 3.14 So sánh ba cấu hình khác nhau về độ chính xác, khả năng phản ứng và chi phí.

14


Kết Luận
 Chương đầu tiên trình bày tổng quan về mạng 5G cũng như kỹ thuật định dạng
chùm búp sóng.
• Tổng quan 5G gồm có lịch sử phát triển, các trường hợp sử dụng 5G, dải tần
5G
• Tổng quan định dạng búp sóng gồm có khái niệm, các thủ tục, loại kỹ thuật
định dạng búp sóng
 Các khía cạnh trong kỹ thuật quản lý chùm búp sóng được trình bày trong chương
2. 3 Quy trình lớn là:
• Thiết lập chùm ban đầu
• Điều chỉnh chùm
• Khơi phục liên kết
• Tổng quan lỗi liên kết vơ tuyến cũng được trình bày khái quát
 Chương cuối xem xét, đánh giá hiệu năng của quản lý chùm búp sóng
• Ta xem xét các số liệu đo lường, các thông số, và mối quan hệ giữa chúng
• Các kết luận về từng thơng số cũng được trình bày khái quát

15


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

KHOA VIỄN THƠNG I

Cảm ơn thầy cô đã lắng nghe !