Giải pháp mới cho vấn đề khan hiếm phổ tần

Mạng thế hệ thứ 5 (5G) tiến đến mạng thế hệ thứ 6 (6G) với xu hướng phát triển mở rộng vùng phổ sóng, tăng số lượng người dùng và hiệu quả tốc độ dữ liệu. Tuy nhiên, môi trường truyền dẫn đô thị thường phát sinh yếu tố đa đường và sự hiện diện của vật cản là nguyên nhân gây suy hao tín hiệu trong các hệ thống truyền thông không dây.

Nhóm nghiên cứu gồm Nguyễn Ngọc Thùy Trang, Chu Hải Sinh, Bùi Nguyễn Minh Quân và Nguyễn Hồng Như từ Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại học Sài Gòn đã đề xuất một hệ thống chia sẻ phổ CR-NOMA (Cognitive Radio-Non-Orthgonal Multiple Access) được hỗ trợ bởi bề mặt phản xạ thông minh tích cực (Active Reconfigurable Intelligent Surface - ARIS).

Công nghệ mới nối bề mặt phản xạ thông minh có thể cấu hình lại (RIS) được thiết kế cho phép các hệ thống mạng kiểm soát được tính phản xạ, khúc xạ và tán xạ của sóng vô tuyến lan truyền, giúp giảm tác động tiêu cực của môi trường đường dẫn đường và cải thiện chất lượng tín hiệu thu.

Mô hình hệ thống và phương pháp nghiên cứu

Mô hình hệ thống được nghiên cứu bao gồm một mạng thứ cấp chia sẻ phổ được hỗ trợ bởi RIS. Mạng thứ cấp bao gồm một nguồn thứ cấp (BS-Base Station), một RIS và hai người dùng thứ cấp (SD-Secondary Destination), hoạt động trong môi trường kênh Nakagami-m.

Mô hình hệ thống chia sẻ phổ NOMA được hỗ trợ bởi ARIS, tăng tín hiệu xếp chồng và phản xạ

Nhóm tác giả đã nghiên cứu hiệu năng của mạng thứ cấp, xét ràng buộc công suất tại BS và ràng buộc công suất nhiễu tại máy thu sơ cấp (PR-Primary Receiver). Dựa vào thống kê SNR (Signal-to-Noise Ratio), các tác giả đã phân tích xác suất dừng của hệ thống, đưa ra các biểu thức chính xác cho hiệu năng của hệ thống.

Khác với RIS thụ động truyền thống (PRIS), kiến trúc ARIS không chỉ có mạch dịch pha như PRIS, mà còn kết hợp các bộ khuếch đại công suất để tăng cường tín hiệu được truyền. Các tín hiệu xếp chồng tại ARIS được tăng cường vô mức trước khi được phản xạ về phía người dùng.

Kết quả đạt được của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đưa ra nhiều kết quả quan trọng:

1. Cải thiện xác suất dừng: Các kết quả mô phỏng cho thấy xác suất dừng trong trường hợp ARIS luôn tốt hơn PRIS.

2. Tối ưu hệ số phân bổ năng lượng: Nhóm nghiên cứu đã đề xuất phương pháp tìm kiếm để tính hệ số phân bổ năng lượng tối ưu cho xác suất dừng của hệ thống, có thể áp dụng thuật toán tìm kiếm Golden Search.

3. So sánh với OMA: Mô phỏng so sánh giữa OMA và NOMA cho thấy xác suất dừng được cải thiện khi số lượng phần tử phản xạ tăng lên.

4. Ảnh hưởng của hệ số phản xạ: Kết quả cho thấy xác suất dừng của hệ thống cải thiện khi số lượng phần tử phản xạ N tăng tương ứng với các giá trị khác nhau của hệ số.

Công nghệ ARIS là một giải pháp hiệu quả về khả năng suy giảm đường nhân lên bằng cách khuếch đại và phản xạ các tín hiệu đến những người dùng được chọn. Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường đô thị khi các tòa nhà cao tầng cản trở đường truyền trực tiếp.

Tầm quan trọng của nghiên cứu

Trong bối cảnh Internet vạn vật (IoT) đã được triển khai trong hơn một thập kỷ, việc tích hợp IoT với các kỹ thuật hiệu quả về phổ tần, bao gồm vô tuyến nhận thức (CR) và đa truy nhập không trực giao (NOMA) đã được đề xuất như các giải pháp quan trọng.

Nghiên cứu này góp phần giải quyết những thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất sử dụng phổ tần và nâng cao khả năng truyền thông trong môi trường đa đường. Đặc biệt, việc phân tích xác suất dừng và thông lượng hệ thống cung cấp căn cứ khoa học cho việc triển khai thực tế các hệ thống truyền thông thế hệ mới.

Công trình nghiên cứu này đã được trình bày tại Hội nghị Quốc gia lần thứ 27 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT 2024) và nhận được sự quan tâm từ cộng đồng nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông không dây.

Xem toàn văn.