luận án tiến sĩ nghiên cứu công nghệ truyền dẫn lai ghép fso mmw và sợi quang cho mạng backhaul di động

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.94 MB, 148 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

HÞC VIÞN CƠNG NGHÞ B¯U CHÍNH VIịN THễNG

PHắM Vi MINH T

NGHIấN CỵU CễNG NGHị TRUYịN DắN LAI GHẫP FSO, MMW V SỵI QUANG CHO

MắNG BACKHAUL DI ịNG

LUắN N TIắN S) Kỵ THUắT

H Nòi 3 2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

HịC VIịN CễNG NGHị BU CHNH VIịN THễNG

PHắM Vi MINH T

NGHIấN CỵU CễNG NGHị TRUYịN DắN LAI GHẫP FSO, MMW V SỵI QUANG CHO

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LịI CAM OAN

Tơi xin cam oan ây là cơng trình nghiên cÿu cÿa chính mình. Các sß lißu, k¿t qu¿ trong lu¿n án là trung thÿc và ch±a tÿng ±ÿc cơng bß trong b¿t cÿ cơng trình nào khác. Các k¿t qu¿ ±ÿc vi¿t chung vßi các tác gi¿ khác ßu ±ÿc các tác gi¿ ó ßng ý tr±ßc khi ±a vào lu¿n án. T¿t c¿ các k¿ thÿa cÿa các tác gi¿ khác ã ±ÿc trích d¿n.

Nghiên cÿu sinh

Ph¿m Vi Minh Tú

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LịI CắM ĂN

Sau bòn nm tp trung nghiờn cu, nghiên cÿu sinh ã ¿t ±ÿc nhÿng k¿t qu¿ nh¿t ßnh trong ß tài nghiên cÿu cÿa mình. Nhÿng k¿t qu¿ ¿t ±ÿc ó khơng chß là sÿ cß g¿ng, nß lÿc cÿa nghiên cÿu sinh, mà cịn có sÿ hß trÿ và giúp ÿ cÿa các th¿y h±ßng d¿n, nhà tr±ßng và gia ình. Nghiên cÿu sinh mn bày tß tình c¿m cÿa mình ¿n vßi hß.

¿u tiên, nghiên cÿu sinh gÿi lßi bi¿t ¡n sâu s¿c tßi các th¿y h±ßng d¿n, PGS.TS. ¿ng Th¿ Ngßc và PGS.TS. Vi Vn San ã ßnh h±ßng nghiên cÿu và h±ßng d¿n nghiên cÿu sinh thÿc hißn các nhißm vÿ nghiên cÿu trong st q trình thÿc hißn lu¿n án này.

Nghiên cÿu sinh trân trßng c¿m ¡n các th¿y cơ trong Hßc vißn và Lãnh ¿o Hßc vißn Cơng nghß B±u chính Vißn thơng ã ßng viên và t¿o ißu kißn thu¿n lÿi cho tơi trong st thßi gian làm lu¿n án.

Cußi cùng, nghiên cÿu sinh cing xin gÿi lßi c¿m ¡n chân thành tßi gia ình ã ln bên c¿nh ÿng hß và ßng viên tơi trong st q trình thÿc hißn nßi dung lu¿n án.

Hà Nßi, tháng 10 nm 2023

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

1. TNH CắP THIắT CỵA LUắN N ...1

2. MỵC TIấU, NHIịM Vỵ V PHĂNG PHP NGHIấN CỵU ...3

1.1.2. c ißm cÿa m¿ng backhaul di ßng ...8

1.1.3. Mßt sß gi¿i pháp trong vißc phát trißn m¿ng backhaul di ßng ...9

1.1.4. Các cơng nghß backhaul ...11

1.2. Các u c¿u, thách thÿc cÿa m¿ng backhaul th¿ hß ti¿p theo (5G) ...15

1.2.1. Tßng quan vß m¿ng thơng tin di ßng 5G ...15

1.2.2. Thách thÿc cÿa m¿ng backhaul 5G ...16

1.2.3. Mßt sß nghiên cÿu mßi vß m¿ng Backhaul 5G ...19

1.3. Các cơng trình nghiên cÿu liên quan ¿n lu¿n án ...23

1.3.1. Các cơng trình trong n±ßc ...23

1.3.2. Các cơng trình nghiên cÿu n±ßc ngồi ...24

1.3.2.1. Các nghiên cÿu vß ki¿n trúc và cơng nghß m¿ng backhaul lai ghép ...24

1.3.2.2. Các nghiên cÿu vß ki¿n trúc sÿ dÿng nút chuyßn ti¿p ...27

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.3.2.3. Các nghiên cÿu vß vißc sÿ dÿng các mơ hình chun ßi k¿t hÿp ...29

1.4. ßnh h±ßng nghiên cÿu ...32

1.5. Tßng k¿t ch±¡ng 1 ...33

CHĂNG 2: CễNG NGHị TRUYịN DắN BACKHAUL LAI GHẫP FSO/MMW ...34

2.1. Tßng quan vß hß thßng trun thơng quang khơng dây FSO ...34

2.1.1. Gißi thißu vß FSO ...34

2.1.2. ¯u ißm cÿa FSO ...39

2.1.3. H¿n ch¿ cÿa FSO ...40

2.1.4. Thách thÿc ßi vßi FSO ...42

2.2. Tßng quan vß hß thßng trun sóng milimet MMW ...44

2.3.3. Mơ hình kênh cÿa hß thßng ...55

2.3.3.1. Mơ hình kênh FSO ...55

2.3.3.2. Mơ hình kênh RF ...58

2.3.4. Phân tích hißu nng cÿa hß thßng ...60

2.3.5. K¿t qu¿ phân tích hißu nng cÿa hß thßng ...62

2.4. Tòng kt chĂng 2 ...67

CHĂNG 3: CC GIắI PHP TRUYịN DắN BACKHAUL LAI GHẫP DỵA TRấN MắNG QUANG THỵ ịNG ...68

3.1. t vn ò ...68

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

3.2. C¿u trúc truyßn d¿n dÿa trên WDM-PON ...71

3.3. Phân tích hißu nng cÿa hß thßng ...73

3.3.1. Hß thßng truyßn d¿n backhaul WDM-PON ...73

3.3.2. Hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép WDM-PON/FSO ...76

3.3.3. Hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép WDM-PON/RF ...79

3.4. K¿t qu¿ phân tích hißu nng cÿa hß thßng ...80

3.5. Tòng kt chĂng 3 ...87

CHĂNG 4: GIắI PHP TRUYịN DắN BACKHAUL LAI GHẫP WDM-PON/FSO ...88

4.1. t vn ò ...88

4.2. Hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép OF/FSO qua WDM-PON ...91

4.3. Phân tích hißu nng cÿa hß thßng ...92

4.3.1. FWM trong sÿi quang ...93

4.3.2. Kênh khí qun ...95

4.3. K¿t qu¿ phân tích hißu nng hò thòng ...99

4.4. Tòng kt chĂng 4 ...104

KắT LUắN ...105

CC CễNG TRèNH KHOA HịC CễNG Bị ...106

DANH MỵC TI LIịU THAM KHắO ...107

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

BắNG THUắT NGỵ VIắT TắT

AF Amplify and Forward Khu¿ch ¿i và chuyßn ti¿p APD Avalanche Photodiode i-ßt quang thác

ASE Amplified Spontaneous Emission

Nhißu phát x¿ tÿ phát ±ÿc khu¿ch ¿i

ATM Asynchronous Transfer

AWG Arrayed Waveguide Grating Cách tÿ ßng d¿n sóng d¿ng m¿ng

AWGN Additive White Gaussian

BPSK Binary Phase Shift Keying ißu ch¿ khố dßch pha nhß

CoMP Coordinated Multi-Point

transmission and reception Truyßn và nh¿n a ißm

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

C-RAN Cloud Radio Access Network

M¿ng truy nh¿p vô tuy¿n ám mây

CSI Channel State Information Thông tin tr¿ng thái kênh

D2D Device to device Thi¿t bß tßi thi¿t bß DF Decode and Forward Gi¿i mã và chuyßn ti¿p DOCSIS Data Over Cable Service

Interface Specification

¿c tính giao dißn dßch vÿ truyßn dÿ lißu qua cáp DSL Digital Subscriber Line ±ßng dây thuê bao sß

EFM Ethernet in the First Mile Ethernet trong d¿m ¿u tiên EHF Extremely high frequency T¿n sß cÿc kÿ cao

eMBB Enhanced Mobile

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

FEC Forward Error Correction Sÿa lßi tr±ßc FSO Free-Space Optical

GFP Generic Framing Procedure Quy trình t¿o khung chung GPON Gigabit Passive Optical

Networks

M¿ng quang thÿ ßng tßc ß gigabit

GPS Global Positioning System Hß thßng ßnh vß tồn c¿u GVD Group Velocity Dispersion Tán s¿c v¿n tßc nhóm

IMT International Mobile

Telecommunications Vißn thơng di ßng qc t¿ IoT Internet of Things Internet v¿n v¿t

IP Internet Protocol Giao thÿc Internet

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

LCAS Link Capacity Adjustment Scheme

S¡ ß ißu chßnh dung l±ÿng liên k¿t

LED Light-emitting diode ißt phát quang

M

MBS Macrocell Base Stations Tr¿m gßc macrocell

MIMO Multiple Input Multiple

Virtualization ¾o hóa chÿc nng m¿ng NG PON Next Generation Passive

Non Orthogonal Multiple

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

O

ODN Optical Distribution

OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo t¿n sß trÿc giao

OLT Optical line terminal ¿u cußi truyßn quang ONU Optical Network Unit Khßi m¿ng quang

OTH Optical Transport Hierarchy Hß thßng phân c¿p truyßn t¿i quang

OTN Optical Transport Network M¿ng Truyßn t¿i Quang

OWC Optical Wireless Communications

Trun thơng quang khơng dây

P

PA Power Amplifier Bß khu¿ch ¿i cơng su¿t PAN Personal Area Network M¿ng khu vÿc cá nhân PCM Pulse Code Modulation ißu ch¿ xung mã

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

POTS Plain Old Telephone Service Dßch vÿ ißn tho¿i thơng th±ßng

PSK Phase Shift Keying ißu ch¿ khố dßch pha

Q

QoE Quality of Experience Ch¿t l±ÿng tr¿i nghißm QoS Quality of Service Ch¿t l±ÿng dßch vÿ

R

RAN Radio Access Network M¿ng truy nh¿p vô tuy¿n RAU Radio Access Unit ¡n vß truy nh¿p vơ tuy¿n

RNC Radio Network Controller Bß ißu khißn m¿ng vơ tuy¿n

RoF Radio over Fiber Trun sóng vơ tuy¿n qua sÿi

SNR Signal-to-Soise Ratio Tß sß tín hißu trên nhißu

SONET Synchronous Optical

T

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo

TMD-PON Time Division Multiplexing Passive Optical Network

VC Virtual Concatenation K¿t nßi ¿o

VDSL Very high-speed Digital

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

BắNG DANH MỵC CC Kí HIịU

A Biờn ò ßnh

al Hß sß suy gi¿m �㗄!"" Bán kính hißu dÿng

�㗄#$% Hß sß suy hao (do s±¡ng mù mßng) �㗄%# Hß sß suy hao sÿi quang

�㗃, Hß sß khu¿ch ¿i cÿa ng-ten thu �㗃- Hß sß khu¿ch ¿i cÿa ng-ten phát �㗃( Hß sß xu¿t hißn fading cÿa kênh FSO /& H¿ng sß Planck

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

/. Hß sß tßn th¿t kênh và dao ßng c±ßng ß do nhißu ßng khí

�㗃2(.) Hàm Bessel ±ÿc sÿa ßi cÿa lo¿i hai và b¿c v

�㗃345 (.) Hàm Bessel c¿i ti¿n lo¿i hai

L Kho¿ng cách liên k¿t

�㗃. Kho¿ng cách liên k¿t sÿi ¿u tiên �㗃%# Chißu dài sÿi quang

�㗃#$% Kho¿ng cách cÿa liên k¿t FSO

�㗄& M¿t ß phß cơng su¿t nhißu tính b¿ng dBm ho¿c MHz �㗄# Nhißu cÿa máy thu

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

�㗄9$: Cơng su¿t nhißu ASE

�㗄9;< Cơng su¿t tín hißu sau khi ch¿y qua AWG �㗄1 Cơng su¿t RF ±ÿc trun i

�㗄=> Cơng su¿t nhißu nßn �㗄0 Lßi cơng su¿t

�㗄#. Cơng su¿t ¿u ra cÿa sÿi quang ¿u tiên �㗄#$%(e) BER trung bình cÿa liên k¿t FSO

�㗄?#(e) BER trung bình cÿa liên k¿t RF

= ß áp ÿng cÿa i ßt quang �㗄= Tßc ß bit

�㗄@ ißn trß

�㗅A!*' Giá trß trung bình cÿa phân bß Rayleigh S.I Ph±¡ng sai chu¿n hóa cÿa c±ßng ß �㗄9$: M¿t ß phß cơng su¿t (hai m¿t) cÿa ASE

T Nhißt ß tuyßt ßi �㗄! Nhißt ß (Kelvin)

z Kho¿ng cách truyßn

�㗄 Bán kính máy thu 2�㗯 ±ßng kính thu

�㗯*--- Hß sß suy gi¿m phÿ thc thßi ti¿t tính b¿ng km-1

�㗯" Hß sß suy hao sÿi quang �㗯B Hß sß suy hao

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

�㗯7CD, �㗯,*E' ß suy gi¿m do h¿p thÿ oxy và m±a gây ra

>>> SNR trung bình cÿa liên k¿t FSO �㗯1 SNR tÿc thßi cÿa liên k¿t RF �㗯1

>>> SNR trung bình cÿa liên k¿t RF �㗯-F Ng±ÿng SNR

�㗰+ Ph¿n công su¿t ±ÿc thêm vào bßi mßt thành ph¿n xuyên âm trong cùng d¿i (in-band)

:2�㗰 Giá trß hißu dÿng cÿa ±ßng bao

�㗰.(, �㗰&( Ph±¡ng sai nhißu thu cÿa các dịng tín hißu �㗰,( Phu¡ng sai nháy sáng

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

�㗰C( Ph±¡ng sai chu¿n hóa cÿa X �㗰?( Ph±¡ng sai Rytov

�㗰9( Ph±¡ng sai cÿa nhißu âm cßng d¿ng Gauss (AWGN) �㗰646/( Ph±¡ng sai nhißu giao thoa tín hißu ASE

�㗰6F( Ph±¡ng sai nhißu b¿n �㗰-F( Ph±¡ng sai nhißu nhißt �㗰C+( Ph±¡ng sai nhißu xuyên õm

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

DANH MỵC CC HèNH Vắ

Hỡnh 1. 1. C¿u trúc m¿ng backhaul di ßng ...8

Hình 1. 2. Các ki¿n trúc m¿ng backhaul di ßng 5G ...26

Hình 2. 1. Mơ hình hß thßng FSO ...36

Hình 2. 2. Các cơng nghß trun thơng khơng dây [138] ...37

Hình 2. 3. Tác ßng cÿa mơi tr±ßng tßi mßt hß thßng FSO ...40

Hình 2. 4. Mơ hình hß thßng k¿t hÿp FSO/RF hai ch¿ng ...53

Hình 2. 5. T±¡ng quan giÿa xác su¿t dÿng vßi tßng kho¿ng cách trong tr±ßng hÿp �㗄9 = �㗄1 = 10 dBm, �㗃?# / �㗃#$% = 1/2 , �㗯-F= 0 dB&&&&&&&&&&&&..64

Hình 2. 6. T±¡ng quan giÿa xác su¿t dÿng vßi tßng kho¿ng cách trong tr±ßng hÿp PI = PJ = 10dBm, CK(=104.L, và ³MN = 0 dB&&&&&&&&&&&&..65

Hình 2. 7. BER so vßi tÿ lß �㗃?#/�㗃#$%trong tr±ßng hÿp fading Gamma-Gamma / Rayleigh vßi�㗄9 = �㗄1 = 10dBm và �㗃 = 2000 m&&&&&&&&&&&&& 66 Hình 3. 1. Hß thßng trun d¿n di ßng tích hÿp giÿa khơng dây và sÿi quang [16] ...69

Hình 3. 2. C¿u trúc hß thßng trun d¿n dÿa trên WDM-PON ...71

Hình 3. 3. So sánh hißu nng cÿa hß thßng truyßn d¿n lai ghép WDM-PON/FSO, WDM-PON/RF và hß thßng NGPON2 vßi �㗄= = 10 Gbps và �㗃?# = �㗃#$% = 800

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hình 4. 1. Mơ hình hß thßng trun d¿n sÿi quang OF/FSO dÿa trên WDM-PON .89 Hình 4. 2. C¿u trúc hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép OF/FSO dÿa trên WDM-PON ...92 Hình 4. 3. Các thành ph¿n nhißu xuyên âm FWM gây ra bßi giao thoa tín hißu cÿa bßn kênh cách ßu nhau ß các t¿n sß �㗅1, �㗅2, �㗅3, �㗅4 ...93

Hình 4. 4. BER vßi tßng cơng su¿t phát vßi �㗃:T#9 = �㗃G9 = 0 dB, M = 1 v #$% =

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

DANH MỵC CC BắNG

Bng 1. 1. Cụng nghò Backhaul khụng dõy ...11 B¿ng 1. 2. Cơng nghß Backhaul có dây ...13

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

PHắN Mị ắU

Trong nhng nm g¿n ây, nhu c¿u sÿ dÿng trong l)nh vÿc công nghß thơng tin và trun thơng (ICT) trên tồn c¿u ang tng lên mßt cách nhanh chóng. Trun thơng khơng dây là mßt trong nhÿng l)nh vÿc phát trißn nhanh nh¿t, quan trßng nh¿t trong chi¿n l±ÿc ICT hóa tồn c¿u, làm nßn t¿ng cho nhißu ngành cơng nghißp khác. Báo cáo cÿa Hißp hßi di ßng Châu Âu EMO ã chß ra trong nm 2020, l)nh vÿc trun thơng di ßng có tßng doanh thu là 174 tÿ Euro v±ÿt qua c¿ ngành hàng không vi trÿ và d±ÿc ph¿m [79]. Sÿ phát trißn cÿa cơng nghß khơng dây ã c¿i thißn áng kß kh¿ nng giao ti¿p cÿa con ng±ßi trong mßi l)nh vÿc ßi sßng xã hßi.

Sÿ thành cơng cÿa trun thơng di ßng khơng dây ±ÿc ph¿n ánh bßi tßc ß ßi mßi cơng nghß nhanh chóng. Tÿ th¿ hß thÿ hai (2G) hß thßng thơng tin di ßng ra m¿t vào nm 1991, hß thßng 3G ra m¿t l¿n ¿u tiên vào nm 2001, m¿ng di ßng khơng dây ã chun ßi tÿ mßt hß thßng ißn tho¿i thu¿n túy thành mßt hß thßng có thß trun t¿i các nßi dung a ph±¡ng tißn phong phú. Ti¿p ¿n, hß thßng khơng dây 4G ±ÿc thi¿t k¿ ß áp ÿng các yêu c¿u cÿa tß chÿc Vißn thơng Di ßng Qc t¿ (IMT-A) sÿ dÿng IP cho t¿t c¿ các dßch vÿ [79]. Trong hß thßng m¿ng thơng tin di ßng th¿ hß thÿ 4 (4G), giao dißn vơ tuy¿n tiên ti¿n ±ÿc sÿ dÿng vßi ghép kênh phân chia theo t¿n sß trÿc giao (OFDM), a ¿u ra a ¿u vào (MIMO) và các cơng nghß khác.

Nh± ta có thß th¿y, m¿ng 4G ã ±ÿc trißn khai ß nhißu n±ßc trên th¿ gißi. Tuy nhiên, vßi tính phß bi¿n ngày càng tng cÿa Internet di ßng và sÿ ra ßi cÿa các ÿng dÿng thơng minh, sÿ bùng nß cÿa l±u l±ÿng sß lißu di ßng là mßt trong nhÿng thách thÿc mà m¿ng di ßng 4G khơng thß áp ÿng ±ÿc. 5G là th¿ hß ti¿p theo cÿa m¿ng trun thơng di ßng 4G, sÿ dÿng các cơng nghß m¿ng tiên ti¿n ß cung c¿p k¿t nßi di ßng nâng cao. So vßi m¿ng 4G, m¿ng 5G dÿ ki¿n s¿ ¿t g¿p 1000 l¿n dung l±ÿng hß thßng, g¿p 10 l¿n hißu su¿t phß, hißu qu¿ nng l±ÿng, tßc ß dÿ lißu và g¿p 25 l¿n

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

thơng l±ÿng m¿ng t¿ bào trung bình [17]. Chính vì v¿y, nhÿng nghiên cÿu vß m¿ng thơng tin di ßng 5G ã ±ÿc khßi ßng nh¿m mÿc tiêu có thß trißn khai m¿ng thơng tin di ßng 5G tÿ sau nm 2020.

Trong thơng tin di ßng, m¿ng backhaul óng vai trị cung c¿p k¿t nßi giÿa các tr¿m thu phát gßc và m¿ng lõi. Mßt trong các yêu c¿u quan trßng vßi m¿ng backhaul di ßng th¿ hß ti¿p theo là truyßn t¿i mßt khßi l±ÿng khßng lß l±u l±ÿng dÿ lißu tÿ các thi¿t bß di ßng tßi m¿ng lõi và ng±ÿc l¿i. K¿t qu¿ là có ba yêu c¿u, thách thÿc ¿t ra ßi vßi m¿ng backhaul di ßng th¿ hß ti¿p theo: (1) m¿ng c¿n có kh¿ nng mß rßng, chi phí hißu qu¿, ßng thßi v¿n ¿m b¿o yêu c¿u vß dung l±ÿng và ch¿t l±ÿng dßch vÿ; (2) m¿ng backhaul c¿n có kh¿ nng hßi phÿc ß ¿m b¿o ho¿t ßng trong nhißu ißu kißn thßi ti¿t khác nhau, ây cing là yêu c¿u quan trßng nh¿m ¿m b¿o ch¿t l±ÿng tr¿i nghißm cÿa ng±ßi dùng; (3) m¿ng c¿n ¿m b¿o hißu qu¿ sÿ dÿng nng l±ÿng, ây là mßt v¿n ß quan trßng trong các m¿ng backhaul cÿ lßn.

ß v±ÿt qua các thách thÿc và áp ÿng các yêu c¿u ã ¿t ra ß trên, m¿ng

backhaul lai ghép sÿ dÿng c¿ k¿t nßi sÿi quang, k¿t nßi khơng dây là mßt gi¿i pháp

hÿa h¿n. Các ph±¡ng thÿc truyßn d¿n quang, vơ tuy¿n ßu có kh¿ nng trun d¿n tßc ß cao do ó áp ÿng ±ÿc u c¿u thÿ nh¿t. Thách thÿc thÿ hai có thß gi¿i quy¿t thơng qua vißc sÿ dÿng ßng thßi c¿ k¿t nßi có dây và khơng dây nh¿m tng c±ßng kh¿ nng b¿o vß và tính s¿n sàng cÿa m¿ng. Ci cùng, trun d¿n quang khơng dây cÿ thß là FSO là mßt ph±¡ng thÿc truyßn d¿n r¿t hißu qu¿ vß nng l±ÿng và chi phí giúp ¿m b¿o yêu c¿u thÿ ba. Vißc sÿ dÿng ßng thßi c¿ ba ph±¡ng thÿc truyßn d¿n trong m¿ng backhaul cing em l¿i nhÿng ±u ißm nßi b¿t mà vißc sÿ dÿng riêng l¿ tÿng ph±¡ng pháp khơng có ±ÿc.

Theo nh± tìm hißu, ß Vißt Nam, sß l±ÿng các k¿t qu¿ nghiên cÿu vß các v¿n ß liên quan ¿n m¿ng và các cơng nghß trun t¿i backhaul cịn h¿n ch¿. Mßt sß nghiên cÿu ißn hình nh± [66][106][108][117][141] t¿p trung chÿ y¿u vß phân tích hißu nng cÿa hß thßng trun sóng vơ tuy¿n. Cịn t¿i các n±ßc phát trißn, nghiên cÿu vß m¿ng backhaul th¿ hß ti¿p theo ang ±ÿc ti¿n hành nghiên cÿu r¿t tích cÿc nh± [17][20][72][113]. So vßi các nghiên cÿu mà các nhà khoa hßc cÿa các n±ßc tiên ti¿n

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

ang ti¿n hành vß m¿ng backhaul, mÿc ß c¿p nh¿t cÿa các nghiên cÿu trong n±ßc ch±a cao, ¿c bißt t¿p trung vào nghiên cÿu các cơng nghß cho m¿ng backhaul di ßng th¿ hß ti¿p theo. Xu¿t phát tÿ nhÿng phân tích trên, nghiên cÿu sinh ã quy¿t

ßnh chßn ß tài: <Nghiên cÿu cơng nghß truyßn d¿n lai ghép FSO, MMW và sÿi

quang cho m¿ng backhaul di ßng= cho lu¿n án nghiên cÿu cÿa mình.

Mÿc tiêu nghiên cÿu cÿa lu¿n án là ß xu¿t mơ hình ki¿n trúc m¿ng backhaul di ßng th¿ hß ti¿p theo dÿa trên mơ hình lai ghép vßi kh¿ nng truyßn t¿i dung l±ÿng cao; kh¿ nng mß rßng; chi phí hißu qu¿; cing nh± kh¿ nng trißn khai và ho¿t ßng trong nhißu ißu kißn khác nhau. Nghiên cÿu cing h±ßng ¿n vißc chÿng minh kh¿ nng trißn khai cÿa mơ hình m¿ng backhaul ã ±ÿc ß xu¿t thơng qua vißc phân tích hißu nng và ß xu¿t các gi¿i pháp c¿i thißn hißu nng m¿ng backhaul.

ß ¿t ±ÿc các mÿc tiêu nêu trên, ph±¡ng pháp nghiên cÿu cÿa lu¿n án là nghiên cÿu lý thuy¿t k¿t hÿp vßi mơ phßng kißm chÿng. Cÿ thß là, dÿa trên nghiên cÿu lý thuy¿t ß ß xu¿t mơ hình ki¿n trúc và các cơng nghß chÿ chßt cho m¿ng backhaul trong thơng tin di ßng 5G. Sÿ dÿng lý thuy¿t thông tin, lý thuy¿t xác su¿t và các cơng cÿ tốn hßc ß xây dÿng mơ hình gi¿i tích phÿc vÿ cho vißc tính tốn và phân tích hißu nng cÿa m¿ng backhaul ß xu¿t trong ß tài này. Tÿ ó, xây dÿng mơ hình mơ phßng và các ch±¡ng trình mơ phßng nh¿m kißm chÿng các k¿t qu¿ nghiên cÿu lý thuy¿t. Cußi cùng là ±a ra các khuy¿n nghß, nh¿n xét, ánh giá dÿa trên các k¿t qu¿ nghiên cÿu lý thuy¿t và mơ phßng.

Ph¿m vi nghiên cÿu cÿa lu¿n án t¿p trung vào các hß thßng truyßn d¿n lai ghép cho m¿ng backhaul di ßng sÿ dÿng sÿi quang, trun thơng quang trong khơng gian tÿ do FSO và k¿t nßi vơ tuy¿n ß bng t¿n milimet. ßi vßi hß thßng truyßn d¿n lai ghép FSO/MMW, lu¿n án t¿p trung nghiên cÿu hißu nng cÿa hß thßng hai ch¿ng hai chißu trên kênh ßi xÿng k¿t nßi giÿa 2 nút thơng qua mßt nút chuyßn ti¿p. Vßi hß thßng truyßn d¿n lai ghép sÿ dÿng sÿi quang cÿ thß ß ây là m¿ng quang thÿ ßng và

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

truyßn thông quang trong không gian tÿ do FSO, lu¿n án t¿p trung nghiên cÿu các hß thßng k¿t nßi ißm - ißm giÿa CS và BS. ßng thßi, vßi gi¿ thi¿t ±ßng lên và ±ßng xng mang tính ßi xÿng, các k¿t qu¿ phân tích hißu nng ±ÿc thÿc hißn cho ±ßng xußng tÿ CS tßi BS. Ngồi ra, vßi mÿc tiêu ÿng dÿng trong m¿ng truy nh¿p, cÿ ly trun d¿n ng¿n, cơng su¿t phát th¿p nên ¿nh h±ßng cÿa méo phi tuy¿n trong các thi¿t bß thu phát vơ tuy¿n khơng ±ÿc phân tích ánh giá trong lu¿n án này.

Các k¿t qu¿ óng góp mßi vß khoa hßc cÿa lu¿n án có thß phân thành ba nhóm chính, bao gßm:

óng góp thÿ nh¿t cÿa lu¿n án là ß xu¿t sÿ dÿng mã hóa m¿ng cho gi¿i pháp

trun d¿n lai ghép hai ch¿ng hai chißu k¿t hÿp giÿa trun thơng quang trong khơng gian tÿ do FSO và trun thơng RF nh¿m c¿i thißn hißu nng m¿ng backhaul di ßng.

óng góp thÿ hai cÿa lu¿n án là ß xu¿t gi¿i pháp truyßn d¿n backhaul di ßng

dung l±ÿng cao dÿa trên m¿ng quang thÿ ßng ghép kênh phân chia theo b±ßc sóng vßi 3 kßch b¿n trißn khai gßm thu¿n WDM-PON, lai ghép WDM-PON/FSO và lai ghép WDM-PON/MMW.

óng góp thÿ ba cÿa lu¿n án là xây dÿng mơ hình gi¿i tích phÿc vÿ cho vißc

thi¿t k¿ và phân tích hißu nng m¿ng backhaul di ßng lai ghép WDM-PON/FSO d±ßi ¿nh h±ßng cÿa hißu ÿng phi tuy¿n trßn bßn sóng.

Nßi dung cÿa lu¿n án ±ÿc trình bày trong bßn ch±¡ng, trong ó:

backhaul di ßng, các ¿c ißm, các cơng nghß backhaul cing nh± mßt sß gi¿i pháp trong vißc phát trißn m¿ng backhaul di ßng. Trong ch±¡ng này, lu¿n án cing trình bày tßng quan vß m¿ng backhaul th¿ hß ti¿p theo 5G tÿ ó ±a ra các yêu c¿u thách thÿc vßi vißc phát trißn m¿ng backhaul 5G. Ph¿n ci cÿa ch±¡ng, các cơng trình nghiên cÿu trong và ngồi n±ßc liên quan ¿n hß thßng trun d¿n lai ghép sÿi quang, FSO và MMW ±ÿc tßng k¿t theo các h±ßng nghiên cÿu khác nhau nh± vß ki¿n trúc

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

hß thßng, ánh giá hißu nng hay h±ßng nghiên cÿu c¿i thißn hißu nng. Trên c¡ sß kh¿o sát nhÿng nghiên cÿu ã cơng bß tÿ ó h±ßng nghiên cÿu cÿa lu¿n án ±ÿc ß

xu¿t.

chi ti¿t vß ±u ißm, nh±ÿc ißm, thách thÿc ßi vßi hß thßng trun thơng quang trong khơng gian tÿ do FSO và hß thßng trun sóng milimet MMW. Tÿ ó ß xu¿t sÿ dÿng mã hóa m¿ng cho gi¿i pháp trun d¿n lai ghép hai ch¿ng hai chißu k¿t hÿp giÿa truyßn thơng quang trong khơng gian tÿ do FSO và trun thơng RF nh¿m c¿i thißn hißu nng m¿ng backhaul di ßng. Lu¿n án ã nghiên cÿu hißu nng cÿa hß thßng ß xu¿t trong ißu kißn nhißu lo¿n khí qun Gamma-Gamma và các kênh Rice/Rayleigh. Các k¿t qu¿ phân tích hißu nng cho th¿y tính kh¿ thi cÿa vißc sÿ dÿng mã hố m¿ng chun ti¿p hai ch¿ng trong hß thßng k¿t hÿp FSO/RF. Ngồi ra, trong lu¿n án cing so sánh giÿa c±ßng ß cÿa các tác ßng tiêu cÿc gây ra bßi các liên k¿t FSO và RF. Dÿa trên sÿ so sánh này, ±a ra khuy¿n nghß cho vißc xác ßnh vß trí nút chun ti¿p sao cho có thß thu ±ÿc hißu nng tßt h¡n. K¿t qu¿ cÿa nghiên cÿu ±ÿc

cơng bß trên kÿ y¿u cÿa hßi nghß khoa hßc qußc t¿: IEEE ATC [C1].

quang thÿ ßng, trình bày gi¿i pháp trun d¿n backhaul di ßng dung l±ÿng cao

dÿa trên m¿ng quang thÿ ßng ghép kênh phân chia theo b±ßc sóng vßi 3 kßch b¿n trißn khai gßm thu¿n PON, lai ghép PON/FSO và lai ghép WDM-PON/MMW. Tr±ßc tiên, lu¿n án phát trißn các mơ hình tốn hßc ß phân tích hißu nng cÿa ±ßng xußng cho ba gi¿i pháp truyßn d¿n. Sau ó lu¿n án phân tích hißu nng hß thßng, trong ó xem xét các tham sß hß thßng khác nh± tßng kho¿ng cách, kho¿ng cách k¿t nßi khơng dây, tÿ lß chia tách, hß sß khu¿ch ¿i, tßc ß bit cing nh± các tham sß mơi tr±ßng chính bao gßm sÿ suy hao do m±a và nhißu lo¿n khí qun.

K¿t qu¿ nghiên cÿu ß ch±¡ng này ã ±ÿc cơng bß trên T¿p chí Khoa hßc và cơng

nghß ¿i hßc à N¿ng [J1].

bày gi¿i pháp c¿i thißn hißu nng m¿ng backhaul di ßng lai ghép WDM-PON/FSO

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

d±ßi ¿nh h±ßng cÿa hißu ÿng phi tuy¿n trßn bßn sóng. Nghiên cÿu cing xem xét ¿n tác ßng cÿa hißn t±ÿng fading do nhißu lo¿n khí qun và các thành ph¿n nhißu chính, bao gßm nhißu bß khu¿ch ¿i, nhißu b¿n, nhißu giao thoa, nhißu nßn và nhißu nhißt. Các k¿t qu¿ phân tích hißu nng cho th¿y, m¿c dù cơng su¿t phát cao và hß sß khu¿ch ¿i tng ß phía máy phát giúp gi¿m thißu tác ßng cÿa nhißu và fading, chúng ta v¿n nên gißi h¿n chúng ß mßt giá trß cÿ thß ß tránh tác ßng cÿa FWM. Do ó, vißc sÿ dÿng bß khu¿ch ¿i ho¿c i ßt quang kißu thác t¿i phía máy thu s¿ là mßt gi¿i pháp tßt h¡n ß giÿ tÿ lß lßi bit (BER) ß mÿc th¿p. K¿t qu¿ cÿa nghiên cÿu trình bày

trong ch±¡ng này ã ±ÿc ng trên t¿p chí qc t¿ ISI [J2].

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

CH¯¡NG 1: TÞNG QUAN Vị MắNG BACKHAUL DI ịNG

Túm tt: Mng di òng ngày càng là ph±¡ng tißn phß bi¿n và tißn lÿi nh¿t ß truy

c¿p các nßi dung sß. Lo¿i m¿ng phß bi¿n nh¿t ±ÿc sÿ dÿng hißn nay là m¿ng backhaul di ßng, k¿t nßi các ph¿n tÿ m¿ng di ßng ß vß trí tr¿m gßc ¿n vß trí m¿ng lõi. Hai ph±¡ng pháp chính ß trißn khai là backhaul dÿa trên sÿi quang và backhaul khơng dây. 5G là th¿ hß ti¿p theo cÿa m¿ng trun thơng di ßng 4G, sÿ dÿng các cơng nghß m¿ng tiên ti¿n ß cung c¿p k¿t nßi di ßng nâng cao.

Trong ch±¡ng này s¿ ±a ra ki¿n thÿc tßng quan vß m¿ng backhaul di ßng, sau ó phân tích ±u nh±ÿc ißm cing nh± các thách thÿc ßi vßi m¿ng backhaul th¿ hß ti¿p theo, tÿ ó ±a ra ±ÿc ßnh h±ßng cho các gi¿i pháp mßi cho m¿ng backhaul di ßng th¿ hß ti¿p theo.

1.1. Tßng quan vß m¿ng backhaul di ßng 1.1.1. M¿ng backhaul di ßng

M¿ng backhaul di ßng cung c¿p k¿t nßi giÿa các ph¿n tÿ m¿ng di ßng n¿m ß tr¿m gßc ¿n vß trí m¿ng lõi. Vß c¡ b¿n, m¿ng backhaul di ßng truyßn t¿i bng thơng nßi bß và tín hißu giÿa các ph¿n tÿ trong hß thßng di ßng. M¿ng backhaul di ßng có ¿nh h±ßng áng kß ¿n ch¿t l±ÿng m¿ng ¿u ci di ßng vì v¿y vißc tính tốn các y¿u tß thi¿t k¿ m¿ng di ßng ß tßi ±u hóa vß tßng chi phí và hißu nng ¿u ci cing óng vai trị r¿t quan trßng [17].

Hình 1.1 chß ra ±ÿc ki¿n trúc tßng thß cÿa m¿ng backhaul di ßng, mßt m¿ng di ßng th±ßng chÿa hàng nghìn ho¿c hàng chÿc nghìn vß trí tr¿m gßc trong khi sß l±ÿng m¿ng lõi t¿i các vùng m¿ng nhß thay ßi tÿ 2 ¿n 10 tr¿m và lên ¿n hàng chÿc tr¿m t¿i vùng m¿ng lßn. Tuÿ thußc vào khu vÿc ßa lý và chi¿n l±ÿc kinh doanh cÿa các nhà m¿ng, mßt sß ßa ißm trung gian s¿ t¿p trung các ph¿n tÿ m¿ng di ßng (th±ßng là BSCs, RNCs ho¿c các gateway khác nhau) ±ÿc gßi ¡n gi¿n là bß ißu khißn ho¿c các gateway m¿ng.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 1. 1. C¿u trúc m¿ng backhaul di ßng

H¿u h¿t các m¿ng backhaul hißn t¿i ßu phÿc vÿ cho các th¿ hß m¿ng di ßng khác nhau. Các m¿ng backhaul di ßng th±ßng ±ÿc xây dÿng dÿa trên cơng nghß trun d¿n TDM, hay chÿ y¿u dÿa trên thi¿t bß truyßn d¿n PDH và SDH/Sonet. Hißn nay, các m¿ng backhaul di ßng ±ÿc xây dÿng ho¿c nâng c¿p có chÿa cơng nghß tiên ti¿n h¡n, ¿c bißt là ß lßp lõi và lßp tßng hÿp. Sÿ gia tng l±u l±ÿng trong m¿ng di ßng cing làm gia tng vißc trun t¿i gói tin trong các m¿ng backhaul th¿ hß tr±ßc. Vì v¿y, vißc chuyßn ßi sang m¿ng backhaul di ßng sÿ dÿng các cơng nghß óng gói mßi s¿ trß nên c¿n thi¿t khi dÿ lißu di ßng tng lên.

1.1.2. ¿c ißm cÿa m¿ng backhaul di ßng

Hißn nay, nhu c¿u nâng c¿p dung l±ÿng ã và ang thay ßi áng kß. Dÿ lißu di ßng tng nhanh và ±ÿc ÿng dÿng chính trong nhißu m¿ng di ßng th¿ hß khác. Tßc ß tng tr±ßng cÿa l±u l±ÿng dÿ lißu tng nhanh, ±ÿc hß trÿ bßi dung l±ÿng m¿ng di ßng vßi các cơng nghß và th¿ hß m¿ng mßi, ch¿ng h¿n nh± HSPA, HSPA + và LTE.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Càng ngày dung l±ÿng m¿ng backhaul càng ±ÿc sÿ dÿng nhißu cho các dßch vÿ vß dÿ lißu và video. Hißn nay, ta có thß th¿y vai trị cÿa máy tính xách tay và các lo¿i thi¿t bß ¿u cußi là r¿t lßn. Vì v¿y, vißc trißn khai m¿ng backhaul cho các dßch vÿ dÿ lißu cÿa các thi¿t bß ¿u cußi óng mßt vai trị r¿t quan trßng nhß kh¿ nng truyßn t¿i cao cÿa m¿ng backhaul di ßng.

ß áp ÿng nhu c¿u tng nhanh cÿa bng thông ¿c bißt là trong trung tâm thành phß, các ơ thß th±¡ng m¿i và các n¡i sÿ dÿng l±u l±ÿng cao thì vißc gia tng sß l±ÿng các m¿ng t¿ bào óng mßt vai trị r¿t c¿n thi¿t. Các m¿ng t¿ bào vßi kh¿ nng sÿ dÿng l±u l±ÿng cao c¿n các liên k¿t truyßn t¿i vßi cÿ ly ng¿n và l±u l±ÿng lßn, linh ho¿t trong vißc xây dÿng m¿ng l±ßi trong các mơi tr±ßng ơ thß này.

Mßt trong nhÿng ¿c ißm nßi b¿t ti¿p theo cÿa m¿ng backhaul di ßng ó là chi phí v¿n hành th¿p và tßi ±u h¡n so vßi các m¿ng khác. Trong các m¿ng backhaul di ßng, ißu này ¿t ±ÿc b¿ng cách ¡n gi¿n hố m¿ng và v¿n hành m¿ng mßt cách tÿ ßng. Ví dÿ, tính tÿ phÿc hßi cÿa m¿ng làm gi¿m nhu c¿u vß b¿o trì nên có thß gi¿m thißu chi phí bên c¿nh vißc c¿i thißn ch¿t l±ÿng dßch vÿ. ¡n gi¿n hố m¿ng ịi hßi gi¿m thißu sÿ dÿng các cơng nghß khác nhau và khuy¿n khích vißc sÿ dÿng cùng cơng nghß.

1.1.3. Mßt sß gi¿i pháp trong vißc phát trißn m¿ng backhaul di ßng

Vißc thay ßi sang sÿ dÿng m¿ng backhaul di ßng có mßt sß ±u ißm áng kß nh± tßc ß truyßn d¿n nhanh và cao h¡n áng kß, gi¿m thißu chi phí và ±ÿc tßi ±u hố. Ngồi ra, sÿ phát trißn trong vißc trun d¿n cing ±ÿc thay ßi áng kß trong các gi¿i pháp backhaul di ßng. Vì v¿y phát trißn dßch vÿ di ßng và tng l±u l±ÿng truy c¿p c¿n l±u ý mßt sß v¿n ß ß ±a ra ±ÿc các gi¿i pháp nh± sau:

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Ø Dÿ báo bng thơng c¿n thi¿t ß thi¿t k¿ m¿ng backhaul di ßng phù hÿp

Dÿ báo tßng bng thơng di ßng là r¿t c¿n thi¿t, cing nh± dÿ báo cho vißc phân chia l±u l±ÿng này thành các lo¿i l±u l±ÿng khác nhau. Vì ây là ¿u vào c¿n thi¿t

cho thi¿t k¿ chi phí cÿa m¿ng l±ßi backhaul di ßng.

Phân bß l±u l±ÿng các lßp vßi các u c¿u khác nhau cing r¿t quan trßng, vì các dßch vÿ trong thßi gian thÿc ịi hßi dung l±ÿng k¿t nßi cao h¡n so vßi các dßch vÿ khác. Trong kh¿ nng phân phßi m¿ng backhaul di ßng, chÿ y¿u c¿n ±ßc tính vß tÿ trßng ho¿c khßi l±ÿng cÿa các dßch vÿ khơng t±¡ng thích tÿ ó ±a ra gi¿i pháp phân phßi l±u l±ÿng truy c¿p cho phù hÿp.

Sÿ phát trißn cÿa dßch vÿ di ßng thay ßi áng kß l±u l±ÿng ±ÿc thÿc hißn qua m¿ng backhaul. Ngồi ra, nhÿng thay ßi m¿ng di ßng vß ki¿n trúc có thß ¿nh h±ßng ¿n các nhißm vÿ và yêu c¿u cÿa m¿ng backhaul. Mßt sß ißm quan trßng c¿n l±u ý khi phát trißn m¿ng l±ßi backhaul di ßng:

- Các m¿ng t¿ bào ơ thß (tr¿m phát)

Sÿ phát trißn cÿa dßch vÿ và sÿ phát trißn cÿa m¿ng di ßng ßu ±a ra các yêu c¿u vß thi¿t k¿ m¿ng backhaul di ßng. Ngồi ra, c¿n ph¿i gi¿m m¿nh chi phí cÿa các m¿ng backhaul nh± chi phí ¿u t± cing nh± chi phí v¿n hành cÿa tồn bß m¿ng backhaul. Chi phí th¿p h¡n s¿ giúp cho vißc xÿ lý sÿ cß ¿t hißu qu¿ cao h¡n. Kh¿ nng xÿ lý l±u l±ÿng truy c¿p m¿nh m¿ tßt h¡n và kh¿ nng dÿ phịng ±ÿc tßi ±u hóa.

Chi phí ho¿t ßng phÿc vÿ cho m¿ng l±ßi backhaul di ßng phÿ thußc r¿t nhißu vào dißn tích, quy mơ và m¿t ß cÿa m¿ng di ßng. Chi phí b¿o trì phÿ thc nhißu

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

h¡n các chi phí khác vào khu vÿc ßa lý, vì vißc b¿o trì s¿ ¿t h¡n ß các khu vÿc dân c± th±a, các khu vÿc có kho¿ng cách xa giÿa các nút. Chi phí ho¿t ßng có thß ±ÿc kißm sốt và tßi ±u b¿ng cách:

1.1.4. Các cơng nghß backhaul

Các m¿ng backhaul hißn nay h¿u h¿t ±ÿc xây dÿng dÿa trên các liên k¿t t¿i d¿i t¿n viba và liên k¿t sÿi quang ho¿c ßng tuÿ thußc vào các nhà m¿ng ho¿c tÿng qußc gia. Trên thÿc t¿, nghiên cÿu tÿ nm 2014 cho th¿y m¿ng cáp quang khơng có s¿n ß các qc gia châu Âu và các thi¿t bß thay th¿ sóng vi ba hißn thßi khơng thß duy trì ±ÿc l±u l±ÿng tng tr±ßng cÿa LTA/LTA-A sau nm 2018. Cáp quang FTTH k¿t nßi thu¿n túy i trÿc ti¿p tÿ nhà m¿ng (ISP) ¿n hß gia ình ho¿c doanh nghißp hißn ang trß nên khan hi¿m trên tồn th¿ gißi vßi chß 16 qußc gia v±ÿt quá 15% tßc ß sÿ dÿng FTTH [40]. Do ó, nhu c¿u ßi mßi trong vißc cung c¿p backhaul là rõ ràng và quan trßng h¡n trong thßi kÿ ¿u cÿa 5G.

Có khá nhißu nghiên cÿu vß các gi¿i pháp backhaul bao gßm các cơng nghß ci và mßi nh± [15][79][130]. Cơng nghß backhaul bao gßm cơng nghß backhaul khơng dây và cơng nghß backhaul có dây. Các cơng nghß backhaul này ã ±ÿc tóm t¿t và trình bày trong b¿ng 1.1 và b¿ng 1.2 d±ßi ây:

B¿ng 1. 1. Cơng nghß Backhaul khơng dây

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

B¿t kÿ cơng nghß backhaul nào cing ßu có thß ±ÿc trißn khai trong các mơ hình liên k¿t khác nhau. Ví dÿ: liên k¿t ißm tßi ißm (PtP) có thß ±ÿc g¿n trong các m¿ng chi, cây, vịng ho¿c l±ßi, nh±ng ß trß phát sinh s¿ tng theo ß dài liên k¿t, sß b±ßc nh¿y và ß trß trong các ißm tßng hÿp/phân kênh. Trong khi ó, ki¿n trúc ißm tßi a ißm (PtmP) h¿n ch¿ sÿ phÿ thußc cÿa m¿ng backhaul vào sß l±ÿng nút tßng hÿp cho phép dß dàng thêm, xóa, sÿa ßi các nút.

B¿ng 1. 2. Cơng nghß Backhaul có dây

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

1.2. Các yêu c¿u, thách thÿc cÿa m¿ng backhaul th¿ hß ti¿p theo (5G) 1.2.1. Tßng quan vß m¿ng thơng tin di ßng 5G

5G là th¿ hß m¿ng ti¿p theo cÿa m¿ng trun thơng di ßng 4G, ±ÿc kÿ vßng s¿ áp ÿng nhu c¿u ngày càng tng vß k¿t nßi di ßng nâng cao, mß ra tồn c¿nh hồn tồn mßi vß các dßch vÿ di ßng. Theo thơng sß kÿ thu¿t, m¿ng 5G có thß hß trÿ truyßn dÿ lißu ß tßc ß t¿i xußng cao nh¿t là 20 Gbps vßi ß trß d±ßi 1ms. ß ¿t ±ÿc hißu nng nh± v¿y, mßt mơ hình m¿ng ±ÿc ß xu¿t bao gßm:

cao. Do ó, trong 5G, t¿n sß tÿ 30 ¿n 300 GHz s¿ ±ÿc sÿ dÿng ß cung c¿p cho các ¡n vß v¿n hành bng thông lên ¿n 400 MHz nh±ng không thß trun i trong kho¿ng

cách xa do sóng t¿n sß cao [109].

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Ø M¿ng t¿ bào nhß: C¿n l¿p ¿t thêm nhißu tr¿m gßc ß bù l¿i sÿ suy hao do

sóng ißn tÿ t¿n sß cao gây ra. Vßi kích th±ßc các ng-ten nhß dùng cho các b±ßc

sóng nhß s¿ giúp vißc trißn khai m¿ng quy mơ lßn trß nên dß dàng h¡n [142].

kh¿ nng xÿ lý tín hißu dÿ lißu tÿ nhißu ng±ßi dùng ang k¿t nßi cùng lúc. M¿ng 5G

dÿ ki¿n s¿ xÿ lý bng thông Massive MIMO [39].

ch¿ng mà sóng ißn i ¿n ng±ßi dùng vßi ß gi¿m nhißu th¿p nh¿t. Sau ó, Beamforming ±ÿc sÿ dÿng ß t¿p trung các chùm tín hißu trÿc ti¿p ¿n thi¿t bß nh¿n, ¿m b¿o ch¿t l±ÿng tín hißu tßt h¡n cho ng±ßi dùng. Cơng nghß này cịn gi¿m thißu

nguy c¡ nhißu b¿ng cách ngn ch¿n các tín hißu sÿ dÿng các t¿n sß giao nhau [164].

gißng nhau ß c¿ ±ßng trun lên và xng, do ó tng g¿p ơi hißu qu¿ phß thay vì

sÿ dÿng bng t¿n tách bißt cho mßi ±ßng truyßn [52].

1.2.2. Thách thÿc cÿa m¿ng backhaul 5G

Khơng gißng nh± các th¿ hß di ßng hißn nay, 5G là k¿t hÿp cÿa sÿ phát trißn các cơng nghß hißn t¿i vßi các cơng nghß ßt phá, có ¿nh h±ßng ¿n t¿t c¿ các ph¿n cÿa m¿ng. M¿ng backhaul 5G cing là mßt cc cách m¿ng hóa các ph±¡ng pháp ti¿p c¿n trun thßng ßi vßi thi¿t k¿ m¿ng. Do ó, các thách thÿc trong q trình ho¿t ßng cÿa 5G r¿t a d¿ng:

Ø Tng tßc ß dÿ lißu và mß rßng dung l±ÿng m¿ng b¿ng cách tßi ±u hóa nng

l±ÿng: Hißn nay, vißc trißn khai nhißu tr¿m gßc BS trong mßt khu vÿc ßa lý, sÿ dÿng

các bng t¿n cao và c¿i thißn k¿t nßi s¿ hß trÿ cho vißc mß rßng dung l±ÿng m¿ng, tßc ß dÿ lißu cao, ¿c bißt giúp cho vißc truyßn t¿i l±ÿng dÿ lißu lßn mßt cách hißu qu¿ tßi m¿ng lõi. Tuy nhiên, vißc thÿc hißn các gi¿i pháp này là mßt nhißm vÿ khó khn vß m¿t kinh t¿ và tiêu thÿ nng l±ÿng. Do ó, ß gi¿i quy¿t v¿n ß này, dung l±ÿng c¿n ph¿i ±ÿc tng lên mßt cách áng kß, ßng thßi mÿc tiêu thÿ nng l±ÿng cing c¿n ±ÿc giÿ mßt cách ßn ßnh và ±ÿc kißm sốt ch¿t ch¿.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Ø Kh¿ nng mß rßng và tính linh ho¿t: ây là mßt trong nhÿng tính nng nßi b¿t

nh¿t trong các nghiên cÿu vß 5G. C¡ sß h¿ t¿ng và các ph±¡ng pháp thÿc hißn ßu ph¿i ±ÿc thi¿t k¿ phù hÿp vßi m¿ng HetNets. H¡n nÿa, ß áp ÿng sß l±ÿng lßn ng±ßi dùng lßn, m¿ng 5G ph¿i ÿ m¿nh ß hß trÿ ±ÿc yêu c¿u cÿa ng±ßi dùng ß mß rßng trên tồn vùng phÿ sóng [75].

Ø Kênh ¡n cho c¿ ±ßng lên và ±ßng xng: Sóng vơ tuy¿n khơng dây ß ch¿

ß song cơng hồn tồn chß sÿ dÿng mßt kênh duy nh¿t ß trun và nh¿n tín hißu ß thßi gian và t¿n sß gißng hßt nhau. Do ó, mßt hß thßng song cơng hồn tồn ¿t ±ÿc hißu nng nh± nhau trên c¿ ±ßng lên và ±ßng xußng, vì v¿y giúp cho vißc tng dung l±ÿng ±ßng trun, ti¿t kißm phß và chi phí. Tuy nhiên, vißc trißn khai các hß thßng song cơng hồn tồn khơng hß ¡n gi¿n vì hißn nay sóng vơ tuy¿n ph¿i sÿ dÿng các giao thÿc r¿t tinh vi cho lßp liên k¿t v¿t lý và dÿ lißu [168], và các c¡ ch¿ lo¿i bß ¿nh h±ßng cÿa nhißu.

Ø Xÿ lý nhißu: Xÿ lý nhißu giÿa các thi¿t bß k¿t nßi là mßt trong nhÿng v¿n ß nßi

trßi trong trun thơng khơng dây. Do sß l±ÿng ngày càng tng cÿa các thi¿t bß ¿u ci, các cơng nghß cing nh± các ÿng dÿng (nh± HetNets, CRNs, song cơng hồn tồn và k¿t nßi D2D), nhißu cing s¿ tng lên trong m¿ng 5G và các cơng nghß tiên ti¿n nh¿t có thß khơng ho¿t ßng tßt trong các m¿ng di ßng th¿ hß sau [86]. Trong m¿ng 5G, các bi¿t thß ci có thß bß nhißu tÿ nhißu tr¿m c¡ sß marcrocell (MBSs) và các tr¿m c¡ sß t¿ bào nhß. Do ó, c¿n ph¿i có nhÿng gi¿i pháp hißu qu¿ nh± vißc chßng quá t¿i m¿ng, áng tin c¿y trong vißc qu¿n lý nhißu ß phân bß kênh, kißm sốt ±ÿc cơng su¿t, liên k¿t giÿa các t¿ bào và cân b¿ng t¿i.

Ø Thân thißn vßi mơi tr±ßng: M¿ng truy nh¿p vơ tuy¿n (RAN) hißn t¿i ang tiêu

thÿ 70% - 80% tßng cơng su¿t [19][49]. Các cơng nghß khơng dây tiêu thÿ r¿t nhißu nng l±ÿng d¿n ¿n l±ÿng khí th¿i CO2 khßng lß tng lên và làm tng chi phí, ßng thßi cing là mßt mßi e do¿ nghiêm trßng vßi mơi tr±ßng [22]. Do ó, u c¿u ¿t ra c¿n ph¿i phát trißn các hß thßng thơng tin liên l¿c ti¿t kißm nng l±ÿng, ph¿n cÿng và các cơng nghß ß ¿m b¿o tß lß giÿa thơng l±ÿng m¿ng và mÿc tiêu thÿ nng l±ÿng ß mÿc cân b¿ng.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Ø ß trß th¿p và ß tin c¿y cao: ây là mßt trong nhÿng y¿u tß r¿t quan trßng và

cing là mßt trong nhÿng thách thÿ ßi vßi các hß thßng thßi gian thÿc. Tuy nhiên r¿t khó có thß ß ¿t ±ÿc ß trß th¿p và vißc phân phßi dÿ lißu áng tin c¿y qua các m¿ng có quy mơ lßn mà khơng làm tng chi phí c¡ sß h¿ t¿ng vì nó u c¿u các cơng nghß có k¿t nßi nhanh, chun giao nhanh và tßc ß truyßn dÿ lißu cao.

Ø Tßi ±u hố hißu nng m¿ng: Các tham sß hißu nng nh± tßc ß dÿ lißu cao nh¿t,

vùng phÿ sóng ßa lý, hißu qu¿ phß, QoS, QoE, sÿ dß k¿t nßi, ti¿t kißm nng l±ÿng, ß trß, ß tin c¿y và ß phÿc t¿p trong trißn khai là v¿n ß r¿t quan trßng ßi vßi m¿ng di ßng [22]. Do ó, c¿n có mßt thu¿t tốn chung cho m¿ng 5G ß tßi ±u nhÿng hố nhÿng tham sß này ßng thßi ph¿i ¿m b¿o sÿ ßn ßnh giÿa các tham sß.

Ø Tác ßng kinh t¿: Sÿ thay ßi mang tính cách m¿ng cÿa các kÿ thu¿t trun

thơng di ßng s¿ tác ßng m¿nh m¿ ¿n kinh t¿, nh¿t là vß m¿t trißn khai. Vì v¿y các v¿n ß liên quan ¿n chi phí trißn khai, b¿o trì, qu¿n lý và v¿n hành c¡ sß h¿ t¿ng c¿n ph¿i phù hÿp. Bên c¿nh ó, chi phí sÿ dÿng các thi¿t bß trong giao ti¿p D2D cing c¿n ±ÿc cân nh¿c sao cho không nhißu h¡n so vßi sÿ dÿng dßch vÿ cÿa BS [111]. Tng tr±ßng doanh thu dÿ ki¿n th¿p h¡n nhißu so vßi tng tr±ßng l±u l±ÿng truy c¿p [152] nên c¿n ph¿i phát trißn m¿ng 5G ß c¿ nhà m¿ng và ng±ßi dùng ßu có lÿi.

Ø Sÿ di ßng và chun giao: Các UE khơng dây 5G ±ÿc dùng ß duy trì k¿t nßi

dßch vÿ ho¿t ßng khi di chun th±ßng xun tÿ ơ này sang ơ khác ho¿c tÿ mßt RAT sang mßt RAT khác (ví dÿ 3G, 4G, 5G, WiFi, Bluetooth và WLAN). Kh¿ nng thích ÿng di ßng cho các thi¿t bß khơng dây khơng nên back-off khi ß mßt tßc ß r¿t cao ho¿c cùng mßt kho¿ng thßi gian cÿ thß.

Ø B¿o m¿t và quyßn riêng t± cÿa m¿ng và UE: Các tính nng ±u vißt cÿa m¿ng

5G cing mang ¿n nhÿng thách thÿc trong vißc thi¿t k¿ m¿ng 5G ßnh h±ßng b¿o m¿t và riêng t±. Ví dÿ: mßt sß l±ÿng lßn các lo¿i thi¿t bß mßi (k¿t nßi mßi thßi ißm) có thß t¿o ra mßt sß lo¿i t¿n cơng nh± m¿o danh, tÿ chßi dßch vÿ (DoS), phát l¿i, nghe lén, trung gian và tÿ chßi các cußc t¿n cơng. Ngồi ra, vißc trun mßt khßi l±ÿng dÿ lißu khßng lß mßt cách an tồn và vßi tßc ß cao là r¿t quan trßng, ßng thßi ngn

</div>