mmWave Beamforming và Massive MIMO
Nền tảng
Trong quá trình mở rộng truyền thông 5G sang dải tần mmWave, một câu hỏi quan trọng đã được đặt ra. Làm cách nào để tích hợp cả công nghệ beamforming (định dạng chùm) và công nghệ mmWave Massive MIMO cùng với hoạt động của các trạm cơ sở? Chủ đề quan trọng này sẽ được thảo luận trong bài viết này.
Do đặc tính suy giảm cao của mmWave, beamforming trở thành công nghệ chính cho giao tiếp mmWave. Beamforming có ưu điểm là tăng khoảng cách truyền dẫn và giảm nhiễu giữa các kênh RF khác nhau. Tuy nhiên, nó vẫn cần cải thiện khi triển khai trên truyền thông 5G. Các vấn đề như nhiệt độ cao, mức tiêu thụ điện năng, chi phí phần cứng, v.v. đều là những chủ đề cần được tiếp tục giải quyết.
Các hệ thống MIMO lớn của mmWave cần kết hợp một số lượng lớn anten, thuật toán phức tạp và điều khiển hướng chùm tia. Với số lượng lớn anten, tín hiệu vô tuyến được tập trung trong một khu vực không gian nhỏ để tạo thành chùm tia hẹp hơn cho những người dùng cụ thể. Điều này có thể cải thiện đáng kể khả năng truyền dẫn và giảm nhiễu cho người dùng lân cận. Với thiết kế mạng 5G NR, MIMO đã trở nên quan trọng đối với việc triển khai 5G NR. Khi số lượng anten tăng lên, việc thiết kế và triển khai các trạm cơ sở và thiết bị người dùng sẽ phức tạp hơn để phối hợp các hoạt động MIMO. Tất cả những tiến bộ này đều cần thiết để cải thiện trải nghiệm của người dùng trong 5G.
Giải pháp
Hình 1: Giải pháp tổng thể TMYTEK mmWave Massive MIMO, bên trái là trạm cơ sở (a) và bên phải là thiết bị người dùng (b).
Như trong Hình 1, gói giải pháp mmWave Massive MIMO do TMYTEK và National Instrument (NI) hợp tác cung cấp. Hệ thống này bao gồm bốn phần: bộ tạo tia (hoặc anten sừng), bộ chuyển đổi lên/xuống, bộ thu phát RF và bộ xử lý MIMO. Hệ thống này hiện hỗ trợ tới 128 kênh tại trạm gốc và có thể hỗ trợ 12 người dùng cùng lúc. Nó cũng có khả năng thực hiện điều khiển tạo chùm tia ba chiều nhanh chóng.
Beamformer và bộ chuyển đổi lên/xuống do TMYTEK cung cấp có tên là BBox One và UD Box. BBox One có 16 kênh RF độc lập. Bằng cách kiểm soát pha và biên độ của từng kênh, nó có thể đạt được phạm vi điều khiển chùm tia lên tới 90 độ theo cả hai hướng ngang và dọc. BBox One được thể hiện trong Hình 2(a) bên dưới. Có hai phiên bản tần số của BBox One: 28 GHz và 39 GHz. Sản phẩm còn lại, UD Box, là bộ chuyển đổi tần số lên/xuống băng thông rộng. Dải tần của UD Box là từ 0,01 đến 14 GHz cho IF và 24 đến 44 GHz cho RF, như trong Hình 2(b) bên dưới. Ngoài ra, TMYTEK cũng sản xuất anten sừng dành riêng cho băng tần 5G như trong Hình 2(c).
Hình 2: BBox One
Hình 3: UD Box
Hình 2(c): Anten sừng
Lợi ích
TMYTEK tin rằng việc tích lũy bí quyết, và ứng dụng mmWave Massive MIMO và beamforming là công nghệ then chốt để kích hoạt hệ thống truyền thông 5G/B5G mmWave. TMYTEK hy vọng sẽ xây dựng một nguyên mẫu của mmWave Massive MIMO, có thể được cung cấp để hỗ trợ nghiên cứu và phát triển hệ thống. Hệ thống này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm nghiên cứu thuật toán, thu thập và xác minh dữ liệu trường sóng milimet, phát triển hệ thống RU, v.v., để nâng cao và củng cố hơn nữa thế giới truyền thông.
