TÓM TẮT:
Trong tải w88 vô tuyến, phổ tần vô tuyến là hữu hạn, muốn tăng dung lượng phải nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần. Trong mạng tải w88 di động, với kỹ thuật đa truy cập trực giao OMA (Orthogonal Multiple Access), mỗi người dùng trong một tế bào được cấp phát tài nguyên riêng (thời gian và tần số), còn với kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA (Non Orthogonal Multiple Access), người dùng chia sẻ tài nguyên bằng cách khai thác sự khác nhau giữa các kênh tương ứng. Do đó, kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA có khả năng dung hòa hiệu năng hệ thống và công bằng giữa các người dùng so với kỹ thuật đa truy cập trực giao OMA. Bài viết nghiên cứu hiệu năng mạng tải w88 di động 5G đường xuống ngẫu nhiên sử dụng kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA.
Từ khóa: NOMA, OMA, SIC, di động 5G.
1. Đặt vấn đề
Khác với kỹ thuậtđa truy cậptrực giao OMA, kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA cho phép người dùng chia sẻ tài nguyên, do đó hiệu năng mạng cao. Bài viết phân tích tốc độ tổng khi sử dụng OMA và khi sử dụng kỹ thuật NOMA kết hợp SIC trong kênh đường xuống của mạng tải w88 di động. Xét trường hợp cụ thể có 1 trạm thu phát gốc BS và 2 người dùng. Có thể phân tích tương tự khi mở rộng nhiều người dùng.
2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Hiệu năng mạng tải w88 di động
Các thông số đánh giá hiệu năng mạng tải w88 di động: xác suất dừng (OP: Outage Probability), tỷ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Rate), dung lượng kênh trung bình (EC: Ergodic Capacity), tốc độ tổng.
2.2. Lựa chọn mô hình mô phỏng
Trong mạng tải w88 di động, các thiết bị không dây được đặt hoặc chuyển động ngẫu nhiên trong một khu vực xác định và tương tác với nhau hoặc tương tác với trạm gốc thông qua sóng vô tuyến. Do đó, khoảng cách giữa các thiết bị hoặc giữa thiết bị và trạm gốc là biến ngẫu nhiên. Mô hình mạng lựa chọn nghiên cứu là mô hình nhiều người dùng US (User) xuất hiện ngẫu nhiên xung quanh một trạm gốc BS (Base Station).
2.3. Kỹ thuật đa truy cập phi trực giao
Kỹ thuật đa truy cập trực giao sử dụng trong mạng tải w88 di động gồm: đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access), đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Trong kỹ thuật đa truy nhập FDMA, băng tần được phân chia thành các băng tần nhỏ để phân phối đến từng người dùng. Sự trực giao trong FDMA là về tần số. Tuy nhiên, tốc độ truyền của mỗi người dùng bị giới hạn vì chỉ được sử dụng một băng con. Trong kỹ thuật đa truy nhập TDMA, mỗi người dùng được sử dụng toàn bộ băng tần nhưng bị giới hạn thời gian sử dụng, nghĩa là mỗi người dùng chỉ được sử dụng băng tần trong một khoảng thời gian nhất định. Sự trực giao trong TDMA là về thời gian. Trong kỹ thuật đa truy nhập CDMA, mỗi người dùng được cấp một mã code trực giao lẫn nhau, cho phép các người dùng sử dụng toàn bộ băng thông và bất cứ thời gian nào.
Đa truy nhập phi trực giao cho phép một thiết bị phát gửi dữ liệu đến nhiều thiết bị thu cùng lúc, trên cùng tần số và cùng mã. Thiết bị phát sẽ phân bổ mức công suất phát khác nhau cho các tín hiệu của các thiết bị thu theo nguyên tắc: thiết bị thu nào có kênh truyền đến thiết bị phát tốt hơn sẽ được phân bổ công suất phát cho tín hiệu thấp hơn. Khi một thiết bị thu nhận tín hiệu từ thiết bị phát, thiết bị này sẽ lần lượt giải mã các tín hiệu theo thứ tự được phân bổ mức công suất cao nhất, cao thứ hai,… Sau khi giải mã xong, tín hiệu được phân bổ mức công suất cao nhất, thiết bị thu này sẽ loại bỏ tín hiệu này ra khỏi tín hiệu nhận được, rồi tiếp tục giải mã tín hiệu được phân bổ mức công suất cao thứ hai. Tiến trình này lặp lại cho đến khi thiết bị thu giải mã được tín hiệu mong muốn. Đây được gọi là kỹ thuật khử giao thoa liên tiếp SIC (Successive Interference Cancellation).
Xét mô hình đường xuống tải w88 trường hợp 1 thiết bị phát (trạm gốc BS) phục vụ cùng lúc 2 thiết bị thu U1và U2 (người dùng 1 và người dùng 2). Mô hình này có thể mở rộng với nhiều thiết bị thu. (Hình 1)
Trong ví dụ sử dụng nguồn băng tải w88 1 Hz. Với kỹ thuật NOMA, băng tải w88 1Hz được sử dụng đồng thời bởi cả hai người dùng, còn OMA thì một người dùng sử dụng băng tải w88 β Hz và người kia có băng tải w88 (1 -β)Hz. (Hình 2)
Theo nguyên lý phân bổ công suất phát, trạm BS sẽ phân bổ công suất lớn hơn cho tín hiệu người dùng U2. Do vậy, khi nhận được tín hiệu, người dùng U2sẽ giải mã tín hiệu của mình, tải w88 khi người dùng U1giải mã tín hiệu của người dùng U2, sau đó thực hiện khử tín hiệu của người dùng U2rồi mới giải mã tín hiệu mình mong muốn. Như vậy, người dùng U1 coi tín hiệu của người dùng U2như là nhiễu.
2.4. Kết quả mô phỏng
Mô phỏng trường hợp có 2 người dùng như trên, người thứ nhất U1ở gần trạm BS hơn người thứ hai U2, công suất phát P=1, hệ số công suất phát cho người dùng U1, U2là 0,25 và 0,75, tín hiệu điều chế QPSK (Quadrature phase-shift keying). Trường hợp OMA, lấy β= 0.5.
Kết quả mô phỏng cho thấy tốc độ tổng được cải thiện đáng kể khi sử dụng NOMA so với khi sử dụng OMA. (Hình 3)
3. Kết luận
Bài viết giới thiệu kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA sử dụng trong tải w88 di động 5G, trong đó có sử dụng kỹ thuật khử nhiễu giao thoa SIC. Sự kết hợp SIC trong đa truy cập phi trực giao đem lại hiệu năng mạng, đặc biệt về tốc độ tổng vì sử dụng chung tài nguyên vô tuyến. Bài viết đã phân tích để thấy được sự nâng cao tốc độ tổng khi sử dụng kỹ thuật NOMA kết hợp SIC.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2024). tải w88 di động 5G và lộ trình phát triển lên 6G, NXB tải w88 và Truyền thông, Hà Nội.
[2] Trịnh Anh Vũ (2006). tải w88 di động, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[3] K. Higuchi and A. Benjebbour (2015). Non-orthogonal multiple access (NOMA) with successive interference cancellation for future radio access, IEICE Trans. Commun. vol. E98-B, no. 3, Mar.
[4] Nguyễn Thị Thu Thảo (2021). Đánh giá hiệu năng của NOMA trong tải w88 vô tuyến, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, Số 65, trang 36-45.
Advancing 5G mobile communication networks with non-orthogonal multiple access (NOMA) technique
Nguyen Thi Thu Ha1
Nguyen Thi Nga1
Dao Thi Mo1
Vu Thanh Hai1
Tong Thi Lan1
1Thai Binh University
ABSTRACT:
In radio communications, the finite nature of the radio spectrum necessitates more efficient spectrum utilization to increase network capacity. Traditional mobile communication networks use Orthogonal Multiple Access (OMA), where each user is allocated distinct time and frequency resources within a cell. In contrast, Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) allows multiple users to share the same resources by leveraging differences in their channel conditions. While NOMA can enhance spectral efficiency, it may introduce trade-offs between system performance and user fairness compared to OMA. This study analyzes the performance of a random downlink 5G mobile communication network employing the NOMA technique, providing insights into its potential advantages and challenges in improving network capacity and user experience.
Keywords: NOMA, OMA, SIC, 5G mobile network.
[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 3 tháng 1 năm 2025]