Giải pháp khắc phục nhiễu tương quan đường Uplink và Downlink trong mạng di động 5G

Không giống như công nghệ 4G trước đây, công nghệ 5G sử dụng phương pháp truy nhập TDD, đường UL và DL sử dụng chung một giải tần số làm phương tiện truyền dữ liệu. Tần số này là tái sử dụng 1:1, toàn bộ mạng lưới có 1 tần số duy nhất, giống nhau ở mọi Sector, ở mọi vị trí trạm 5G-gNodeB.

Chính việc sử dụng kiểu truy cập TDD làm nẩy sinh vấn đề về nhiễu giữa đường UL- DL, và ngượi lại. Nguyên nhân đến từ mất đồng bộ về mặt thời gian, bản chất hài vô tuyến và sự chênh lệch của suy hao đường truyền. Tại sao truy cập FDD người ta ít quan tâm đến vấn đề này, bởi FDD dùng 1 cặp tần số cho DL và UL, và giữa DL và UL luôn là giải tần số dự phòng rộng lớn, vì thế đường UL-DL không ảnh hưởng tới nhau, thứ nữa nếu sét thêm về nhiễu giữa DL –DL, hoặc UL –UL là ít và có thể kiểm soát được bằng tối ưu vùng phủ.

Hãy xem xét phương trình sau, để thấy nếu có sự ảnh hưởng bởi nhiễu thì vùng phủ sóng, hay tốc độ 5G bị thay đổi như thế nào?

Trên là phương trình cho thiết kế mạng vô tuyến. Bằng việc đưa ra mong muốn về dịch vụ tại biên cell- vị trí xa nhất có thể từ thuê bao khách hàng tới trạm gốc. Từ đây ta sẽ tính toán được vùng phục vụ của trạm gốc.  Ví dụ như 5G, dịch vụ tại biên cell cho đường UL là 0.1Mbps, ứng với SINR > -9.68dB.

Hay SINR = Tín hiệu(dBm) – Nhiễu(dBm) > -9.68dB cho UL. Để cân bằng vùng phủ UL và DL, ta suy ngược ra SINR DL = Tín hiệu(dBm) – Nhiễu(dBm) >1dB.

    Nếu thuê bao ở khu vực có SINR < -9.68dB, thì ta gọi là khu vực mất sóng. Dựa vào công thức này, ta cũng thấy, nêu tín hiệu giữ nguyên không đổi mà nhiễu tăng lên thì thuê bao 5G cũng bị mất sóng, thậm chí nếu nhiễu tăng mạnh thì ngay cả với tín hiệu tốt, thuê bao vẫn bị mất sóng, hoặc bị suy giảm chất lượng.

1. Nhiễu gây ra giữa các thuê bao 5G.

Hãy xem tình huống trên :

1. 2 thuê bao 5G gần nhau, 1 đang phát UL, cái còn lại thì đang sử dụng DL.

2. Trong tình huống trên, 2 thuê bao được phục vụ bởi 2 trạm 5G khác nhau.

Anten của thuê bao UL là vô hướng, nó sẽ ảnh hưởng tới thuê bao đang nhận dữ liệu đường DL. Vậy ảnh hưởng như thế nào?

Trong tình huống trên, 2 thêu bao truyền/nhận tín hiệu cùng một thời điểm. tín hiệu đường DL tới thuê bao 5G chịu rất nhiều suy hao, khi tới được thuê bao thì yếu đi rất nhiều như là minh họa còn 1 vạch sóng. Trong khi tín hiệu đường UL gần thuê bao hơn, ít vật cản hơn, suy hao ít hơn, vì vậy nó tới được thuê bao đang DL với cường độ tín hiệu còn rất mạnh, được minh họa còn full vạch sóng như hình trên. Khi này nhiễu mạnh hơn tín hiêu có ích -> SINR < 0, nếu so với yêu cầu SINR DL < 1 tại biên cell thì thuê bao đang DL này sẽ bị MẤT SÓNG.

2. Nhiễu gây ra giữa các trạm 5G.

Tình huống:

1. Tại trạm gNodeB 2, tín hiệu có ích là đường Uplink của thuê bao. Song song đó, nó nhận luôn nguồn nhiễu là tín hiệu Downlink(nguồn nhiễu) của trạm gNodeB1.

2. Nguồn tín hiệu có ích Uplink, có cường độ tín hiệu thấp hơn nhiều so với nguồn nhiễu. lý do là nó xuất phát từ máy di động, có cường độ phát thấp, thứ nữa là phải chịu vô số suy hao do nhà cửa, vật chắn, khi tín hiệu tới được trạm gốc thì đã rất yếu. Được minh họa 1 vạch sóng trên hình. Còn nguồn nhiễu truyền trong không gian tự do, không có bất cứ sự che chắn nào. Do vậy cường độ tín hiệu nhiễu là vô cùng lớn. Được minh họa với Full vạch sóng. Theo như SINR yêu cầu là > -9.68dB, thì chỉ cần nguồn nhiễu lớn hơn tín hiệu 9.68dB thì máy 5G đang Upload sẽ trong trạng thái mất sóng, điều này thì dễ dàng đạt được khi mà chỉ 1 lớp nhà cửa đã lấy đi 30dB >> 9.68dB của tín hiệu hữu ích đường UL.

3. Nhiễu gây ra bởi đối thủ.

Đặc tính tấn số được minh họa như hình trên, ngoài việc tập trung công suất trong vùng băng thông sử dụng, vẫn còn một lượng công suất phát xạ ra vùng ngoài băng thông được cấp. Công suất này là phát xạ không mong muốn, là nguồn nhiễu cho các kênh tần số khác hoặc cho nhà mạng khác, nếu giữa chúng không có giải phòng vệ. Khi đặt trong bối cảnh của tình huống 1 và 2, thì công suất phát xạ ngoài Band này cũng là lớn so với tín hiệu hữu ích, nó sẽ làm suy giảm chất lượng mạng, hoặc mât sóng.

4. Giải pháp khắc phục nhiễu UL- DL trong 5G.

a) Cho các nhà mạng triển khai mạng di động 5G.

    Các nhà mạng phải đồng bộ về mặt thời gian phát/ thu. Sử dụng giống nhau về cấu hình TDD như 8: 2, 80% thời gian cho DL, 20% còn lại cho UL.

    Vơi các nhà mạng không đồng bộ về thời gian, hoặc sử dụng cấu hình TDD khác thì cần ít nhất giải phòng vệ tần số giữa các nhà mạng là 10Mhz.

Giải pháp này thuộc về Bộ chủ quản đưa ra quy định cho các nhà mạng áp dụng.

b) Với các trạm 5G trong 1 nhà mạng.

- Các trạm phải đồng bộ về mặt thời gian phát/ thu một cách chính xác.

- Cấu hình TDD phải cố định cho toàn bộ các trạm.

Bài viết này nêu ra một vấn đề mới trong mạng di động 5G TDD. Đây là vấn đề chưa từng gặp trước đây khi khác thác hệ thống mạng di động 2G, 3G, 4G sử dụng công nghệ FDD. Bằng việc phân tích trên cho chúng ta hiểu thấu đáo vấn đề sẽ gặp phải, để có giải pháp ngay từ khi cấp phép tần số cho mạng di động 5G cho các nhà mạng, mua sắm thiết bị và xây dựng các quy trình khác thác.