Nghiên cứu kỹ thuật truyền dẫn rof kết nối cho phân hệ FRONTHAUL của mạng di động tốc độ cao TT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Ngơ Việt Trung

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN RoF
KẾT NỐI CHO PHÂN HỆ FRONTHAUL CỦA
MẠNG DI ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO

Chuyên nghành: Kỹ thuật viễn thơng
Mã số: 8.52.02.08

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2021


Luận văn được hồn thành tại:
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trương Cao Dũng

Phản biện 1: PGS. TS. Lê Hải Châu
Phản biện 2: TS. Lê Hải Nam

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ
tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thơng
Vào lúc: .......... giờ .......... ngày 15 tháng 01 năm 2022
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thông

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam có sự phát triển
hết sức mạnh mẽ về số thuê bao di động. Hơn nữa, với sự phát triển
của xã hội, con người có nhu cầu cao hơn về dịch vụ, như video, đa
phương tiện và các dịch vụ giá trị gia tăng mới. Để có thể cung cấp
được các dịch vụ, các hệ thống di động cần phải có khả năng truyền
dẫn dữ liệu cao hơn. Để đáp ứng được nhu cầu trên, yêu cầu tốc độ
cho Fronthaul đối với các mạng high-speed như 4G, đặc biệt 5G, 6G
về sau cần phải lưu thoát lưu lượng lớn và nhanh, ít trễ, đảm bảo cấu
hình vơ tuyến, chuyển giao, bảo vệ lưu lượng nhanh, nâng cao hiệu
suất phổ...sẽ cần RoF cho fronthaul nhiều
Chủ đề chính của Luận văn là nói về các cơng nghệ hiện tại
sử dụng các kiểu truyền dẫn RoF cho kết nối fronthaul của mạng 4G,
5G, kết nối C-RAN, truyền dẫn RoF cho kết nối fronthaul
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Trong luận văn này trình bày tìm hiểu về kỹ thuật Radio over
Fiber kết nối cho phân hệ fronthaul của mạng di động tốc độ cao
(4G, 5G). Fronthaul là một thuật ngữ đề cập đến kết nối C-RAN, một
kiểu kiến trúc mạng di động mới của các đơn vị băng tần cơ sở tập
trung (BBU), ở lớp truy cập của mạng tới các đầu vô tuyến độc lập
từ xa tại các trạm gốc. Do nhu cầu ngày càng tăng đối với việc triển
khai C-RAN (thường được gọi là mạng truy cập vơ tuyến điện tốn
đám mây hoặc mạng truy cập vơ tuyến tập trung), việc sử dụng


2
fronthaul như một phương pháp hỗ trợ tất cả các thế hệ truyền thông

không dây. Như vậy, đề tài sẽ nghiên cứu các phương pháp, công
nghệ hiện tại sử dụng các kiểu truyền dẫn RoF cho kết nối fronthaul
của mạng 4G, 5G.
Các phần tử vô tuyến riêng biệt được kết nối với bộ điều
khiển tập trung thông qua giao diện vô tuyến công cộng chung
(CPRI) là giao thức truyền tải chính thớng trong các mạng fronthaul
hiện đại. CPRI mới nhất bổ sung dung lượng cho các đầu vô tuyến từ
xa, đạt được MIMO bậc cao hơn và cho phép cấu hình đa sóng
mang. Loại giao diện này hỗ trợ cơ sở hạ tầng chia sẻ và phân bổ
dung lượng động, cho phép RAN có thể được sử dụng cho các ứng
dụng 5G và các kịch bản triển khai trong tương lai.
3. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu kỹ thuật truyền dẫn RoF kết nối cho phân hệ
fronthaul của mạng di động 4G, 5G, nghiên cứu các phương pháp,
công nghệ hiện tại sử dụng các kiểu truyền dẫn RoF cho kết nối
fronthaul của mạng 4G, 5G và các kết nối C-RAN, truyền dẫn cho
các hệ thống di động sau 4G như 5G, 6G
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật truyền dẫn RoF, các kết
nối C-RAN kết nối cho phân hệ fronthaul của mạng di động 4G, 5G.
.


3
5. Phương pháp nghiên cứu
Mô phỏng và khảo sát đánh giá các hiệu năng hệ thống theo
các tham số vật lý của mạng như: Khảo sát BER theo tốc độ kênh,
khoảng cách kênh, các tham số suy hao môi trường vật lý, tán sắc sợi
quang, tham số phi tuyến sợi...
6. Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo,
nội dung của luận văn gồm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về các mạng di động hiện nay
Chương II: Các phương pháp, công nghệ hiện tại sử dụng
các kiểu truyền dẫn RoF cho kết nối fronthaul của mạng 4G, 5G
Chương III: Mô phỏng và đánh giá


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠNG DI ĐỘNG
HIỆN NAY
1.1 Giới thiệu kiến trúc mạng di động 3G hiện nay: Lược sử,
công nghệ sử dụng, kiến trúc mạng, các dịch vụ cung cấp.
Mạng 3G UMTS bao gồm các phân hệ:
UTRAN: sử dụng WCDMA & FDD
CN (mạng lõi)
UE Người dùng
NodeB: là trạm gớc 3G thực hiện chức năng thu/phát tín hiệu
(Rx/Tx), lọc và khuếch đại tín hiệu, điều chế và giải điều chế tín
hiệu, giao tiếp với RNC thơng qua giao diện Iub và kết nối với thiết
bị đầu cuối (UE) thông qua giao diện Uu, sử dụng kênh WCDMA.
Đồng thời phần tử này cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
Một NodeB phục vụ 1 hoặc nhiều cell. NodeB có thể hỗ trợ FDD
hoặc TDD. Các chức năng chính của NodeB như: Điều biến, trải phổ
giải trải phổ, xử lý RF, điều khiển công suất.
1.2 Giới thiệu mạng di động 4G đang triển khai và bức tranh các
mạng di động sau 4G như 5G, 6G
1.2.1 Giới thiệu mạng di động 4G:
4G là thế hệ mạng tiếp theo của 3G, được IEEE đặt ra nhằm
phân biệt với các chuẩn mạng trước đó (2G/3G). Những tiêu chuẩn

cơ bản nhất của mạng 4G được ITU-R chính thức thiết lập vào
T3/2008, được gọi tên là IMT-Advanced. LTE (Long-Term
Evolution) được thương mại hoá trên thị trường với cái tên phổ biến
là 4G-LTE. LTE hoạt động dựa trên các công nghệ mạng


5
GSM/EDGE và UMTS/HSPA với việc tăng cường hiệu năng, tốc độ
truyền tải nhờ vào việc sử dụng các phương thức vơ tuyến tiên tiến
(bộ xử lý tín hiệu, bộ điều chỉnh tần số, cùng với những cải tiến ở
mạng lõi,…). 4G LTE cho tốc độ download tối đa 300Mbps, upload
tối đa 75Mbps với độ trễ truyền tải dữ liệu < 5ms (MIMO 4x4). Tại
Việt Nam, Bộ TT&TT đã quy hoạch băng tần cho 4G với các dải
1800 – 2300 – 2600 MHz.
1.2.2 Kiến trúc mạng:
Evolved-NodeB (eNB) là trạm kết nối mạng với UE, cung cấp
các giao thức hướng tới UE trên mặt phẳng điều khiển (E-UTRAN
Control-Plane) và mặt phẳng người dùng (E-UTRAN User-Plane).
eNB có thể hoạt động với FDD mode, TDD mode, hoặc dual mode.
Một sớ chức năng chính của eNodeB như: Quản lý tài nguyên vô
tuyến: Điều khiển Bearer, Admission, Connection Mobility, cấp phát
tài nguyên động tới UE trên 2 hướng uplink & downlink; Mã hố,
bảo vệ tồn vẹn dữ liệu người dùng; MME selection (trong MME
pool); Định tuyến dữ liệu người dùng tới S-GW; Hoạch định và
truyền các bản tin paging, broadcast (gửi xuống từ MME; Đo lường
và cấu hình báo cáo đo lường cho mobility và scheduling.
1.2.3 Bức tranh các mạng di động sau 4G như 5G
Tại Việt Nam, mơ hình phát triển 5G phù hợp cho VNPT là
5G NSA bởi các lý do: Mạng 4G vẫn đảm bảo cung cấp lưu lượng
dữ liệu di động với yêu cầu tốc độ đáp ứng cho số đông dịch vụ. Bên

cạnh đó 5G được triển khai song song cung cấp dịch với yêu cầu tốc


6
độ cao hơn và độ trễ thấp hơn. Cho phép tận dụng mạng core PS 4G;
qua đó giảm mức đầu tư tổng. Phù hợp với điều kiện hạ tầng truyền
dẫn và điều kiện kinh tế xã hội hiện tại..
1.3 Các phân hệ di động 4G, 5G với fronthaul, backhaul
subsystems
1.3.1 Các khái niệm
Backhaul của mạng di động, còn được gọi là backhaul di
động kết nối tháp di động với mạng lõi. Hai phương pháp chính để
triển khai backhaul di động là backhaul dựa trên sợi quang và
backhaul không dây điểm tới điểm. Các phương pháp khác, chẳng
hạn như đường dây đồng, truyền thông vệ tinh và công nghệ không
dây điểm đến đa điểm đang bị loại bỏ dần khi yêu cầu về dung lượng
và độ trễ ngày càng cao trong mạng 4G và 5G. Điện thoại di động
giao tiếp với một tháp di động tạo thành một mạng con cục bộ. Kết
nới giữa tháp di động với phần cịn lại bắt đầu bằng liên kết backhaul
đến lõi mạng của nhà cung cấp dịch vụ internet (thông qua một điểm
hiện diện). Backhaul có thể bao gồm các thành phần có dây, cáp
quang và khơng dây. Các phần khơng dây có thể sử dụng các băng
tần vi sóng và cấu trúc liên kết mạng mesh và mạng cạnh có thể sử
dụng kênh khơng dây dung lượng cao để đưa các gói đến liên kết vi
sóng hoặc cáp quang.
Fronthaul là một thuật ngữ đề cập đến kết nối C-RAN, một
kiểu kiến trúc mạng di động mới của các đơn vị băng tần cơ sở tập
trung (BBU), ở lớp truy cập của mạng tới các đầu vô tuyến độc lập

7
từ xa tại các trạm gốc. Do nhu cầu ngày càng tăng đối với việc triển
khai C-RAN (thường được gọi là mạng truy cập vơ tuyến điện tốn
đám mây hoặc mạng truy cập vô tuyến tập trung), việc sử dụng
fronthaul như một phương pháp hỗ trợ tất cả các thế hệ truyền thông
không dây đã được chú ý.
1.3.2 Fronthaul, Backhaul Systems
Trong 4G, mạng truyền tải fronthaul kết nối Đầu vô tuyến từ
xa (RRH) với các Đơn vị băng tần cơ sở đám mây / tập trung ở xa
(BBU), trong khi backhaul kết nối các BBU trở lại với 4G Evolved
Packet Core (EPC). Trong 5G, Bộ đàm mới (NR) được kết nới với
BBU, có thể được phân tách (và ảo hóa) thành Đơn vị trung tâm
(CU) và Đơn vị phân tán (DU). Đường giữa mới kết nối CU với DU
thông qua giao diện 3GPP F1 mới, được tiêu chuẩn hóa. Quá trình hỗ
trợ 5G, ban đầu, nơi các nhà khai thác tập trung vào việc cung cấp
các dịch vụ eMBB mới, về cơ bản giống như trong 4G, mặc dù mang
lại nhiều lưu lượng hơn do hiệu suất cao hơn, băng thông cao hơn 5G
New Radios (NRs).
Khi bạn kết hợp kiến trúc fronthaul và backhaul (cũng như
midhaul), nó cịn được gọi là crosshaul (hoặc x-haul hoặc xhaul).


8

Hình 1.13 4G-RAN và 5G-RAN Fronthaul/Backhaul
1.4 Kết luận chương
Chương này đã giới thiệu một cách tổng quát kiến trúc mạng
di động 3G hiện nay như lược sử, công nghệ và giới thiệu về mạng
di động 4G đang triển khai cũng như bức tranh mạng 5G sẽ triển
khai. Phần cuối chương tập trung vào trình bày về phân hệ di động

4G, 5G với fronthaul, backhaul subsystems.


9
CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI
SỬ DỤNG CÁC KIỂU TRUYỀN DẪN ROF CHO KẾT NỐI
FRONTHAUL CỦA MẠNG 4G, 5G
2.1 Truyền cho các kênh vô tuyến trong các mạng di động 4G
Các kỹ thuật áp dụng:
LTE phát triển trên 3 kỹ thuật chính: OFDMA (Orthogonal
Frequency Division Multiple Access): Downlink; SC-FDMA (Single
Carrier Frequency Division Multiple Access): Uplink ; Anten MIMO
(Multi Input Multi Output)
2.2 Truyền dẫn cho các hệ thống di động sau 4G: 5G, 6G
Các tính năng chính của mạng 5G bao gồm băng thông
lớn (lên đến 1Gb/s), độ trễ thấp (1ns) và kết nối khối lượng (mật độ
kết nối 106/km2), cung cấp các yêu cầu mới về băng thơng, dung
lượng, độ trễ và tính linh hoạt của mạng mạng mang tải. Tín hiệu
baseband của trạm gớc 5G được truyền kỹ thuật số, sử dụng giao
diện giao thức eCPRI (tỷ lệ điển hình 25.16Gb/s). Xem xét các trạm
chung với 4G, tùy chọn CPRI tùy chọn10 (24.33Gb/s) cần phải
tương thích.
Các thiết bị truyền thông quang học là các thành phần cốt lõi
của mạng truyền dẫn quang, mang các chức năng của lớp vật lý
mạng quan trọng, chẳng hạn như chuyển đổi quang điện, ghép kênh
và ghép kênh, và phân phối nguồn quang. So với mạng 3G / 4G hiện
tại, sự thay đổi lớn nhất của 5G trong mạng mang tải không dây là
fronthaul và middlehaul. Mặt trước của 5G đề cập đến kết nối giữa
trạm cơ sở (AAU) và DU (đơn vị phân phối, xử lý giao thức tầng vật

10
lý và dịch vụ thời gian thực), trong khi 5G middlehaul là kết nối giữa
DU và CU (đơn vị tập trung, xử lý không thực) giao thức thời gian
và dịch vụ).
Cấu trúc mạng PON thụ động trong 5G: Mạng quang thụ động
(PON) sử dụng bộ tách quang để tạo cấu trúc liên kết điểm tới đa
điểm. Tách sợi thụ động hỗ trợ ghép kênh thống kê là một đối trọng
tiềm năng đới với mật độ kết nới RU vớn có của công nghệ MIMO
khổng lồ.
Mỗi lần phân chia bổ sung được giới thiệu trong mạng
fronthaul 5G có thể tăng gấp đơi dung lượng hiện có, nhưng cũng
dẫn đến tổn thất 3dB tối thiểu ngay cả trong điều kiện kết nối lý
tưởng. Những cải tiến mới như WDM-PON kết hợp các cơng nghệ
cho phép bằng cách phủ các bước sóng mới lên mạng PON kế thừa
mà không ảnh hưởng đến băng thơng của các dịch vụ truy cập cớ
định hiện có. Ngoài ra, NG-PON2 đang nổi lên và sử dụng WDM
với nhiều bước sóng 10G, cả lên và x́ng, để cung cấp dịch vụ 40
Gbps đối xứng. NG-PON2 sử dụng các bước sóng khác nhau đới với
G-PON và XG / XGS-PON để cho phép cả ba cùng tồn tại dịch vụ
trên cùng một mạng PON.
Các nút mạng truyền tải Fronthaul: Mạng 5G fronthaul phụ
thuộc rất nhiều vào kết nối cáp quang để có hiệu suất tới ưu. Kiến
trúc fronthaul thế hệ tiếp theo cũng địi hỏi khả năng phân tích phổ
thời gian thực phức tạp, kiểm tra thời gian và đồng bộ hóa. Mơ-đun
mở rộng thời gian VIAVI (TEM) có thể bổ sung cho máy kiểm tra


11
mạng dòng T-BERD / MTS-5800 cầm tay bằng cách cung cấp khả

năng kiểm tra thời gian và đồng bộ hóa phía trước 5G chính xác nano
giây trong một gói di động hiện trường chắc chắn. TEM cũng có thể
thực hiện chính xác lỗi thời gian PTP và đo PDV.

Hình 2.12 Mạng lưới truyền tải
Kiến trúc mạng truyền tải 5G: Với 5G, một mạng vật lý
được phân thành nhiều mạng ảo có thể hỗ trợ các mạng truy cập vơ
tuyến (RAN) khác nhau hoặc các loại dịch vụ khác nhau chạy trên
một mạng vật lý. Network slicing chủ yếu được sử dụng để phân
vùng trong mạng lõi, nhưng cũng có thể được thực hiện trong RAN.
Network slicing có vai trị quan trọng trong mạng 5G vì cho phép hỗ
trợ linh hoạt các dịch vụ mới trên nền tảng 5G 5G. Các dịch vụ mới
này đặt ra các yêu cầu khác nhau về chức năng, hiệu suất và các
thông số QoS khác nhau.


12
2.3 Các yêu cầu tốc độ cho Fronthaul đối với các mạng highspeed như 4G, đặc biệt 5G, 6G về sau
2.3.1 Công nghệ tăng tốc độ
5G sẽ giải quyết những nhu cầu này thơng qua các tính năng
rõ ràng trái ngược nhau: thông lượng 10-100 x, độ trễ thấp hơn 10 x
và nhiều thiết bị được kết nối hơn 10-100 x. Các nhà khai thác cấp 1
đang tăng tốc thử nghiệm công nghệ vô tuyến 5G và đánh giá các
băng tần mới, chẳng hạn như băng tần vô tuyến 3,5 GHz hoặc 28
GHz với băng tần cơ sở 200 MHz, rộng hơn 10 lần so với băng tần
được sử dụng trong LTE.
Ngoài ra, trước khi triển khai hàng loạt 5G, các nhà khai thác
di động sẽ cải thiện hiệu suất của LTE với các tiêu chuẩn mới. Họ sẽ
sử dụng các kỹ thuật mới - như đa điểm phối hợp (CoMP) - để đạt
thông lượng 1 Gbit / s, nhưng điều này cần một đường dẫn ngắn hơn,

nhanh hơn giữa các RRH, điều này rất khó nếu khơng có kiến trúc
RAN tập trung.
2.3.2 Công nghệ để giảm độ trễ Latency
 Grant-free Scheduling
 D2D
 MEC


13
2.4 Kết nối C-RAN và các công nghệ hiện tại sử dụng các kiểu
truyền dẫn RoF cho kết nối fronthaul của mạng 4G, 5G...
2.4.1 Mạng cắt lát trong C-RAN
Mạng truy cập vơ tuyến điện tốn đám mây (C-RAN) là một
kiến trúc mạng đầy hứa hẹn có thể được sử dụng để kích hoạt các
mạng ảo hóa và phân chia mạng. Trong C-RAN, các chức năng của
trạm gốc đã biết từ ngăn xếp giao thức được chia thành Đơn vị phân
tán (DU) và Đơn vị tập trung (CU). DU được đặt gần ăng-ten trong
cột ăng-ten và do đó gần với người dùng, nơi CU có thể được đặt
trong trung tâm dữ liệu được hưởng lợi từ cơng suất xử lý cao.

Hình 2.19: Mạng cắt lát C-RAN
2.4.2 Các xu hướng Fronthaul cho di động
Một cuộc khảo sát lớn về các dịch vụ dựa trên đám mây ở đã
chỉ ra những lợi ích của mạng ảo hóa và lập luận về việc sử dụng
kiến trúc C-RAN do khả năng mở rộng và dung lượng hệ thớng cao
của nó. Việc tiêu chuẩn hóa C-RAN và phân chia chức năng giữa CU


14
và DU hiện đang được tiến hành quy trình, trong đó 3GPP đóng góp

với và IEEE đã thành lập nhóm làm việc về Giao diện Fronthaul Thế
hệ Tiếp theo (NGFI) năm 1914. Các liên minh ngành khác nhau cũng
đang xem xét vấn đề này bao gồm liên minh CPRI, liên minh NGMN
và Diễn đàn Tế bào nhỏ.
2.4.3 Các thách thức mạng Fronthaul

Hình 2.20 Tốc độ bit fronthaul cho các phân tách chức năng đã chọn

Hình 2.20 minh họa vị trí của bốn tùy chọn phân chia chức
năng khác nhau và các bitrate fronthaul tương ứng của chúng. Tốc độ
bit cho tùy chọn RF / PHY rất cao và tốc độ bit cho tùy chọn PDCP /
RRC và PHY / MAC rất thấp. Sự phân chia chức năng cũng sẽ xác
định xem tốc độ bit trên liên kết fronthaul là không đổi hay thay đổi
theo tải của người dùng. Điều này được xác định bởi sớ lượng chức
năng cịn lại trong DU, tức là lượng xử lý tín hiệu từ lớp vật lý diễn
ra trong DU. Nhìn vào Hình 3, phân tách RF / PHY có tải khơng đổi,


15
trong đó phân chia PHY / MAC, PDCP / RRC có tớc độ bit thay đổi
theo tải của người dùng. liên kết fronthaul. Tớc độ bit fronthaul có
thay đổi được hay không đối với phần tách PHY là tùy thuộc vào vị
trí trong lớp vật lý mà phân chia PHY nằm. Hình 4 minh họa các
khới chức năng bên trong lớp vật lý và loại dữ liệu nào được vận
chuyển giữa chúng. Các khối ảnh hưởng đến bitrate fronthaul nhiều
nhất được đánh dấu và sẽ được thảo luận thêm; các khới cịn lại được
đưa vào hình cho hồn chỉnh. Đọc từ phía bên phải, dữ liệu được
nhận / truyền từ khối RF được biểu diễn bằng các ký hiệu IQ. Đường
màu đỏ minh họa cách các phần tách chức năng bao gồm bộ ánh xạ
RE (de) trong DU có tải thay đổi trên liên kết fronthaul, trong đó các

phần tách chức năng nằm gần khới RF có tải khơng đổi trên liên kết
fronthaul.
2.4.4 Kiến trúc mạng truy cập vô tuyến điện toán đám mây/tập
trung C-RAN:


16
Hình 2.23 Hệ thống C-RAN thích ứng có hỗ trợ A-RoF được đề xuất

Các WDM-Demux phân tách từng tín hiệu ODSB-STBC và
FBG chia từng dải bên của tín hiệu ODSB-STBC mang theo luồng
STBC của Alamouti và sau đó chuyển nó cho chuyển đổi quang
thành điện (O / E) và khuếch đại điện tử (EA). Sau đó, mỗi băng tần
bên của tín hiệu ODSB-STBC mang mã của Alamouti được ánh xạ
tới từng STBC được kích hoạt ăng ten của Hình 2.22. Lưu ý rằng do
lựa chọn băng tần bên khả năng truyền một tín hiệu ODSB-STBC
duy nhất tại mỗi Khoảng thời gian ký hiệu SM-STBC, chỉ một cặp
STBC được kích hoạt ăng-ten của Hình 2.23 sẽ truyền dữ liệu được
điều chế trong mỗi khoảng thời gian ký hiệu SM-STBC, trong khi
các ăng-ten cịn lại vẫn khơng hoạt động. Ngồi ra, chúng tơi đề xuất
một thiết kế thích ứng, trong đó sớ lượng RRH hỗ trợ người dùng
cũng như điều chế kỹ thuật được sử dụng cho mỗi người dùng được
điều chỉnh. Như thể hiện trong Hình 2.23, khới thực hiện cả lược đồ
STBC và trực tiếp sơ đồ điều chế (DM), trong Hình 2.23, chúng tơi
đề cập đến là ‘‘ STBC & SD (SD) ’’, có khả năng điều chỉnh sớ
lượng các RRH được kết nối bằng cách gán các ký hiệu STBC cho
mỗi SD_RRHx, do đó nhận ra một hệ thớng C-RAN thích ứng linh
hoạt, mà chúng tơi sẽ kiểm soát bằng cách gọi một thuật toán học
trong Phần III. Phần này sẽ chỉ trình bày chi tiết về A-RoF của chúng
tôi hỗ trợ thiết kế C-RAN.

17
2.4 Kết luận chương
Chương này đã trình bày các phương pháp, công nghệ hiện tại
sử dụng các kiểu truyền dẫn RoF cho kết nối fronthaul của mạng 4G,
5G. Cụ thể mạng di động 4G để đạt được hiệu năng vượt trội về tốc
độ dữ liệu, LTE phát triển trên 3 kỹ thuật chính đó là OFDMA
(Orthogonal Frequency Division Multiple Access): Downlink, SCFDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access): Uplink
và Anten MIMO (Multi Input Multi Output). Sang đến mạng 5G,
các tính năng chính của mạng 5G bao gồm băng thơng lớn (lên đến
1Gb/s), độ trễ thấp (1ns) và kết nối khối lượng (mật độ kết nối
106/km2), cung cấp các yêu cầu mới về băng thơng, dung lượng, độ
trễ và tính linh hoạt của mạng mạng mang tải. Tín hiệu baseband của
trạm gốc 5G được truyền kỹ thuật số, sử dụng giao diện giao thức
eCPRI (tỷ lệ điển hình 25.16Gb/s). Xem xét các trạm chung với 4G,
tùy chọn CPRI tùy chọn10 (24.33Gb/s) cần phải tương thích.
Về kết kiến trúc C-RAN cũng đã được nói đến, với tớc độ dữ
liệu ngày càng tăng tới người dùng cuối, Fronthaul cũng sẽ cần tốc
độ bit nhanh hơn trên giao diện công cộng vô tuyến chung (CPRI).
Các yêu cầu tốc độ cho Fronthaul đối với các mạng high-speed như
4G, đặc biệt 5G, 6G về sau. Các trường hợp sử dụng cấp cao cho 5G
bao gồm Băng thông rộng di động nâng cao (eMBB), Giao tiếp kiểu
máy khối lượng lớn (mMTC) và Truyền thông độ trễ thấp siêu đáng
tin cậy (uRLLC). Trong C-RAN, các chức năng của trạm gốc đã biết
từ ngăn xếp giao thức được chia thành Đơn vị phân tán (DU) và Đơn
vị tập trung (CU). DU được đặt gần ăng-ten trong cột ăng-ten và do


18

đó gần với người dùng, nơi CU có thể được đặt trong trung tâm dữ
liệu được hưởng lợi từ công suất xử lý cao.


19

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ
CỦA KỸ THUẬT TẠO BÚP SĨNG
Trong chương này, chúng tơi đề xuất một giao diện fronthaul
mới đã được chứng minh bằng mô phỏng sớ cho hai kênh tín hiệu vơ
tuyến ở dải tần số VHF sử dụng điều chế DPSK và CPFSK mà
không cần mã sửa lỗi trước qua 20 km sợi quang đơn mode tiêu
chuẩn. Phương pháp được đề xuất có khả năng hỗ trợ hiệu quả băng
thông tổng thể của liên kết cao với việc hỗ trợ tốc độ bit lên đến 2,8
Gbps mà vẫn đảm bảo tỷ số lỗi bit nhỏ hơn 10-9. Phân tích hiệu suất
đã được chứng minh cho RoF kỹ thuật số được đề xuất. Như một con
số đáng khen, đánh giá hiệu suất của hai kênh với hai phương pháp
điều chế số cao cấp được báo cáo bằng cách phân tích tham sớ chất
lượng Q qua giản đồ mắt, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Nó được chỉ ra
rằng các liên kết quang kỹ thuật sớ có thể hỗ trợ trùn xa hơn 20 km
ở mức phát laser thấp mà không cần bù tán sắc với mức phát tiêu
chuẩn của laser bán dẫn đơn mode và là ứng cử viên tốt đáp ứng hoạt
động của các hệ thống C-RAN băng rộng.
3.1 Giới thiệu
Các yêu cầu chính của kiến trúc liên kết RoF là hoạt động
song công (đường xuống-đường lên), độ dài hợp lý và các thành
phần quang hiệu suất cao.
Hiện nay, công nghệ RoF cung cấp một nền tảng thiết yếu để
xây dựng một giải pháp kiến trúc sáng tạo được gọi là mạng truy cập

20
vơ tuyến điện tốn đám mây / tập trung C-RAN (Cloud Radio Access
Network) có thể kiểm sốt các đơn vị băng tần cơ sở tập trung
(BBU) đến từ nhiều trạm gốc (BS) và các đầu vô tuyến từ xa
(RRHs). Khả năng kết nối giữa các BBU này với RRH là khả thi về
mặt kinh tế với mạng lưới phân phối được gọi là 'fronthaul'. Các
công nghệ RoF là ứng cử viên phù hợp nhất cho quá trình điều chỉnh
trước do đặc tính mao dẫn vớn có của chúng. Chẳng hạn, một số hệ
thống công nghệ trạm gốc nhỏ (smallcell) mới nổi trong các kiến trúc
C-RAN sử dụng kỹ thuật FSO hay RoF để kết nối tới RRH. Mục
tiêu của việc sử dụng RoF là nhằm tạo ra một giải pháp đơn giản và
chi phí thấp để phân phới tín hiệu vô tuyến từ BS đến các đơn vị ăng
ten ở xa. Đã có nhiều phiên bản của RoF, chẳng hạn RoF tương tự
(A-RoF). Tuy nhiên, những chuyển thể này có xu hướng phi tuyến
tính. Việc bù đắp những điểm phi tuyến như vậy là một nhiệm vụ có
thể đạt được nhưng phức tạp. Các hạn chế trong trường hợp A-RoF
có thể được khắc phục bằng cách sử dụng liên kết RoF tương tự và
kỹ thuật số hoặc RoF hệ thống thông tin số (D-RoF).


21
3.2 Thiết kế hệ thống D-ROF hai kênh vàmiêu tả:

Hình 3.2 Sơ đồ thiết lập mô phỏng số cho hệ thống RoF
Hình 3.2 mơ tả một sơ đồ ngun lý của hệ thống thông tin
RoF hai kênh dữ liệu (CH1 và CH2) sử dụng kỹ thuật điều chế số
theo các khóa dịch pha mà khơng cần sử dụng mã sửa lỗi trước FEC
(Forward error correction). Phần nguyên lý và cơ chế hoạt động như
sẽ được trình bày chi tiết trong đồ án

3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng và đặc tính hóa hiệu năng:
Mơ phỏng sớ sử dụng cơng cụ mơ phỏng thương mại hóa
Optisystem cho hệ thớng hai kênh vơ tuyến được thiết lập hoạt động
ở tín hiệu sớ băng gốc ở tốc độ Rb= 1 Gb/s và phần tín hiệu vơ tuyến
được điều chế tại hai sóng mang RF là 250 GHz và 255 GHz và sau
đó được biến điệu vào tín hiệu quang ở bước sóng 1550 nm thơng
qua bộ điều chế quang ngồi MZM. Sau đó, tại những tín hiệu được


22
lọc này sẽ được đưa qua bộ tách sóng quang sẽ chuyển đổi trực tiếp
các tín hiệu quang này thành tín hiệu băng tần cơ sở. Bộ lọc thơng
thấp với tần số cắt bằng 0.75 * Tốc độ bit (Hz) được sử dụng để lọc
các thành phần tần số cao hơn và cuối cùng chúng ta sẽ nhận được
dữ liệu được truyền ban đầu. Trong các hệ thống thông tin số và đặc
biệt là trong các hệ thống thông tin quang, mẫu mắt (eye pattern) hay
giản đồ mắt (eye diagram) của hệ thớng thơng tin đới với tiến trình
mơ phỏng cho hai kiểu điều chế cao cấp DPSK và CPFSK. Giản đồ
mắt là một màn hình hiển thị dao động ký trong đó tín hiệu kỹ thuật
sớ từ máy thu được lấy mẫu lặp đi lặp lại và áp dụng cho đầu vào
dọc, trong khi tốc độ dữ liệu được sử dụng để kích hoạt qt ngang.
Nó được gọi như vậy bởi vì, đới với một sớ kiểu mã hóa, mơ hình
trơng giớng như một chuỗi các mắt giữa một cặp đường ray. Giản đồ
mắt là một công cụ hữu hiệu và đặc trưng để đánh giá các tác động
tổng hợp của nhiễu kênh, sự phân tán và nhiễu giữa các ký hiệu đối
với hiệu suất của hệ thống truyền xung băng tần cơ sở. Từ góc độ
tốn học, mẫu mắt là hình ảnh của hàm mật độ xác suất PDF
(Probability distribution function) của tín hiệu, mơ đun hóa khoảng
đơn vị (UI). Nói cách khác, nó cho thấy xác suất của tín hiệu ở mỗi

điện áp có thể trong śt thời gian của giao diện người dùng. Thông
thường, một đường dốc màu được vẽ nên để áp dụng cho PDF nhằm
tạo ra sự khác biệt nhỏ về độ sáng dễ hình dung hơn.


23
3.4 Kết luận chương:
Trong chương này trình bày một nghiên cứu về đề xuất cấu
trúc hệ thống vô tuyến qua sợi quang sử dụng điều chế số cao cấp
DPSK và CPFSK không cần mã sửa lỗi trước qua một khoảng cách
lên đến 20 km. Kết quả mô phỏng số thực hiện qua công cụ mô
phỏng Optisystems cho thấy rằng hệ thớng có thể đạt được tớc độ lên
đến 2,8 G/s mà không cần bù tán sắc trong khi giữ mức công suất
phát laser bán dẫn ở mức tiêu chuẩn 0 dBm. Kết quả mô phỏng cho
thấy rằng cả hai điều chế số đảm bảo hoạt động hiệu suất sử dụng
băng thông cao nhưng điều chế CPFSK là tốt hơn DPSK. Đề xuất
mơ hình mạng thơng tin như vậy là hữu dụng cho những ứng dụng
của hệ thống kết nối giữa các khối BBU với RRH trong mạng truy
nhập vô tuyến đám mây C-RAN băng rộng thế hệ mới.