Ưu
khuyết điểm sóng 5G mmWave và hướng thiết kế
Hình:
Phổ tần số sử dụng trong 5G.
Theo công nghệ 5G, thì có
2 giải tần số phổ biến được sử dụng. Đó là giải tần số < 6Ghz, được gọi là
5G sub 6Ghz, và giải tần số cao trên 24Ghz.
Sóng Mili mét có giải tần
từ 24 tới 100Ghz, ứng với bước sóng λ từ 12.5mm tới 3mm. Quy hoạch cho 5G được
sử dụng giải tần từ 24 tới 52.6Ghz, Đây cũng là lý do người ta gọi giải tần số
từ 24 tới 52.6Ghz là giải tần số mmWave.
Để cân nhắc thiết kế mạng
5G mmWave. Xin được phân tích các ưu/ nhược điểm của tần số mmWave cho thiết kế
5G như sau:
ƯU ĐIỂM
Kích thước anten nhỏ, số lương Beam lớn
và Gain cao. Theo nguyên tắc của sóng điện từ, thì các
chấn tử lắp đặt trong Anten phải giãn cách nhau λ/2. Với sóng mmWave thì λ là
nhỏ, vì thế cho phép rất nhiều chấn tử lắp đặt trong một anten. Mỗi chấn tử có
Gain từ 5-7dBi, nếu búp sóng kết hợp toàn bộ các chấn tử này lại thì cho Gain rất
lớn đạt khoảng 33dBi, so với Anten 2
3G truyền thống chỉ là 17dBi. Về phía đầu cuối. Cũng chính vì chấn tử anten nhỏ
lên cho phép lắp nhiều chấn tử vào thiết bị đầu cuối, dẫn đến Anten Gain của đầu
cuối 5G mmWave cũng cao hơn, thông thường đạt 11dBi so với 0dBi của loại không sử dụng 5G mmWave. Những lợi thế
này giúp cải thiện tốc độ tại biên cell, và bù lại đươc một phần suy hao của tần
số cao gây ra.
Dung lượng lớn, tốc độ cao: Băng
thông 5G cho tần số thấp là 100Mhz, thì ở tần số mmWave băng thông là 400Mhz.
Điều này giúp cho tốc độ đỉnh đạt 5.1Gbps,
trong khi nếu sử dụng tần số thấp hơn thì tốc độ đỉnh chỉ đạt 1.7Gbps.
Hiệu
quả của Beamforming ở tần số mmWave rất tốt, kết hợp với băng thông lớn đã giúp
cho dung lượng của 5G mmWave cao hơn 31
lần, so với 5G sử dụng tần số thấp.
Thông
kế về tốc độ Data cho 2 bản thiết kế. Một sử dụng tần số 5G Sub 6 và tần số 5G
mmWave. Ta thấy rõ ưu điểm của 5G mmWave, khi mà với điều kiện tải tăng lên thì
nhiễu SINR không bị ảnh hưởng bởi sử dụng mmWave -> Tốc độ người dùng không bị ảnh hưởng, số lượng
mẫu tốc độ cao > 1.5Gbps ổn định đạt 22%.
KHUYẾT ĐIỂM
Sóng
tần số cao truyền trong không khi, chịu rất nhiều suy hao, cái mà ở những tần số
2G, 3G hoặc 5G Sub 6 không bị ảnh hưởng. Ở tần số mmWave đó là suy hao do hơi
nước, do Oxy và do mưa.
Ngoài
các suy hao trên, sóng mmWave còn chịu suy hao nặng hơn trong không gian tự do,
và với các vật chắn.
-
Suy hao trong không gian tự do: Sóng
mmWave suy hao cao hơn 21dB so với tần số thấp.
-
Suy hao do lá cây: 11dB cho 5m lá cây.
-
Suy hao do tường nhà: cao hơn so với tần số
thấp khoảng 15dB, thông thường suy hao do tường là 38dB.
-
Suy hao Body( người), Hand( tay cầm máy),
Crowd(đám đông): Cao hơn so với tần số thấp 6 tới 8dB mỗi loại.
Với
tần số mmWave bước sóng của nó tiến gần tới bước sóng của anh sáng, các đặc
tính phản xạ, tán xạ cũng phải tính tới khi tính toán đường truyền sóng. Vì thế
việc dự đoán vùng phủ sóng phức tạp hơn, do phải tính tới những yếu tố đó.
Đánh
giá vùng phủ DL tại biên cell giữa 5G Sub 6 với 5G mmWave ta thấy: 5G mmWave tỉ
lệ sóng trong nhà là KHÔNG, vùng phủ tổng thể cũng thấp hơn đáng kể so với vùng
phủ của 5G sub 6.
Cũng giống
như hướng DL. Với hướng ULvùng phủ tại biên cell ở trong môi trương trong nhà
là KHÔNG. Vùng phủ tổng thể chỉ bằng 1/3 so với tần số 5G sub 6.
PHƯƠNG HƯỚNG SỬ DỤNG 5G mmWave.
Tần số mmWave đã được nhiều nước phát triển cấp phép để sử dụng.
Với những ưu điểm của nó, nếu sử dụng đúng sẽ mang lại hiệu quả rất lớn.
-
Với tốc độ cao, anten định
hướng tốt. 5G mmWave được sử dụng làm đường truyền dẫn BACKHAUL, FRONTHQHAUl.
-
Kinh nghiệm của các nước
triển khai 5G như Nhật Bản, Hàn Quốc. Thì sóng 5G mmWave được sử dụng làm vùng
phủ Outdoor cho khu vực thành thị.
-
Bổ xung dung lượng cho những
khu vực có nhu cầu dung lượng lớn: như lễ hội, sân bóng, chợ, trung tâm thương
mại.
-
Triển khai Small cell
trong các tòa nhà.
-
Kết hợp với tính năng
DSS(Dynamic sharing spectrum), giúp tăng tốc độ 5G. Bằng cách đường DL sử dụng
tần số mmWave, tần số thấp được sử dụng cho UL.
