tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON để QUY HOẠCH, NÂNG cấp và tối ưu hóa MẠNG TRUYỀN dẫn 3g WCDMA

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON
ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP VÀ TỐI ƯU HÓA
MẠNG TRUYỀN DẪN 3G WCDMA
Học Viên : Ngô Minh Đức
Lớp : K12 - KTĐT
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
HDKH : PGS.TS Nguyễn Thanh Hà
THÁI NGUYÊN - 2011
Luận văn được hoàn thành tại
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Cán bộ HDKH: PGS.TS Nguyễn Thanh Hà
Phản biện 1 : PGS TS Nguyễn Quốc Trung
Phản biện 2 : PGS TS Nguyễn Hữu Công
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp
tại: Phòng cao học số 2, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Vào 7 giờ 30 phút ngày 22 tháng 12 năm 2011.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học
Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với việc ngày càng phổ biến của băng rộng di động, giá cước
dữ liệu đang ngày càng giảm. Hơn nữa, áp lực giảm giá đến từ các
thuê bao đã quen với các mức giá của băng rộng cố định sẽ làm làm
cho xu hướng hình thành một mặt bằng cước giữa các mạng di động
ngày càng trở nên rõ nét. Chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu

một dịch vụ nào đó thì các nhà cung cấp khác buộc phải “chạy theo”
nếu muốn duy trì thế cạnh tranh. Theo phân tích của NSN, mức cước
bình quân trên một Mb sẽ giảm tối thiểu là 10%/năm.
Giá cước dữ liệu giảm cho thấy các nhà cung cấp dịch vụ đang
phải đối mặt với một thách thức đáng kể để đạt được tốc độ tái đầu
tư nhanh cho hạ tầng và các dịch vụ mới. Một giải pháp để vượt qua
thách thức này là tối ưu hóa mạng backhaul di động.
Các mạng hiện nay đang nâng cấp để đáp ứng nhu cầu bùng
nổ về băng rộng di động. Nhiều mạng truy nhập vô tuyến 3G hiện có
đang được nâng cấp lên HSPA. Tuy nhiên trong tương lai sẽ còn một
khối lượng lưu lượng khổng lồ đến từ việc triển khai các công nghệ
vô tuyến mới như WiMAX, I-HSPA và LTE. Tất cả các vấn đề đó
dẫn đến việc tăng áp lực lên mạng backhaul di động. Để đảm bảo
nguồn doanh thu hứa hẹn từ các dịch vụ dữ liệu tiên tiến, ngay từ bây
giờ các nhà cung cấp dịch vụ cần nhanh chóng xây dựng một mạng
backhau có khả năng đáp ứng dung lượng lớn. Điều đó có nghĩa là
chi phí dành cho các mạng backhaul sẽ tăng lên. Khi đó, tối ưu hóa
chi phí mạng backhaul sẽ trở thành vấn đề then chốt đối với hầu hết
các nhà khai thác. Những đầu tư thông minh cho mạng truyền tải lúc
này sẽ đem lại cơ hội giảm chi phí khai thác trong tương lai.
ECI (ECI Telecom, nhà cung cấp toàn cầu các giải pháp mạng
thế hệ mới) cho rằng, thị trường Việt Nam hiện nay, 3G đang tạo đà
-1-
cho sự phát triển các dịch vụ gia tăng trên mạng di động. Cho tới nay
đã có khoảng 14.5 triệu người sử dụng 3G. Sự tăng trưởng nảy sinh
từ khuyến mại về giá và phong cách sống ngày càng di động. Dự
kiến số lượng thuê bao 3G phát triển tới 73 triệu vào năm 2014
(chiếm 26.6% tổng thị trường). Trong đó, di động băng thông rộng là
khu vực tăng trưởng rộng lớn nhất, chủ yếu được thúc đẩy bởi truy
nhập Internet động phục vụ công việc và giải trí. Đồng thời, các nhà

mạng có xu hướng tiếp tục giảm của ARPU (Dự kiến giảm từ 5,5 đô
la Mỹ năm 2009 xuống 5 đô la Mỹ trong năm 2010). Trong khi đó,
lợi nhuận của các dịch vụ di động mới đặc biệt nhạy cảm với chi phí
truyền dẫn backhaul.
Nhiều hạ tầng mạng backhaul hiện có vẫn gắn liền với công
nghệ leased-line và các mạng tự xây dựng đang sử dụng chỉ được
giới hạn ở phân kết tập lưu lượng lớp 2 (loại dựa trên ATM). Kiến
trúc cũ này không còn phù hợp khi cung cấp dung lượng lớn hơn. Cụ
thể khi thêm vào các đường leased-line thì chi phí sẽ tăng theo hàm
mũ. Như vậy có nghĩa là về phương diện kinh tế thì công nghệ này
không đáp ứng được yêu cầu.
Để đạt được cả 2 mục tiêu là giảm giá thành và tăng dung
lượng cần phải phát triển mạng backhaul với yêu cầu: Giảm OPEX
(Tổng chi phí vận hành,…) trong dài hạn; Đạt được hiệu quả trong
CAPEX (Tổng chi phí triển khai, ); Có khả năng mở rộng mạng
truyền tải; Tương thích với các công nghệ sẽ được sử dụng trong
tương lai.
Để thực hiện được ý tưởng đã nêu tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON để quy hoạch, nâng cấp
và tối ưu hóa mạng truyền dẫn 3G WCDMA”
2. Ý nghĩa của đề tài
-2-
2.1. Ý nghĩa khoa học
- Tìm hiểu về công nghệ 3G WCDMA.
- Tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ PON.
- Nghiên cứu và giải quyết bài toán tối ưu cho mạng truyền
dẫn 3G WCDMA.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Luận văn đã đưa ra một trong các hướng cho bài toán tối ưu,
giải bài toán tối ưu đó để đạt được cả 2 mục tiêu là giảm giá thành

và tăng dung lượng cần phải phát triển mạng backhaul với yêu cầu:
Giảm OPEX (Tổng chi phí vận hành, …) trong dài hạn; Đạt được
hiệu quả trong CAPEX (Tổng chi phí triển khai,…); Có khả năng mở
rộng mạng truyền tải; Tương thích với các công nghệ sẽ được sử
dụng trong tương lai. Tôi đề xuất giải pháp mạng tích hợp PON –
WCN để ứng dụng công nghệ PON cho nâng cấp, quy hoạch và tối
ưu cho backhaul trong mạng 3G
Chương 1 :
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG
THẾ HỆ THỨ BA W-CDMA
1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA
Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ W-CDMA, cấu trúc
mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện
vô tuyến và đặc trưng riêng của chúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về
mạng W-CDMA 3G .
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập
đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA
và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như
video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm trong dải tần
1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz.
-3-
W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống
GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng
thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ
ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh
hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc
biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.
W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một

sóng mang.
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.
- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép
trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các
kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung
cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu
truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin
điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống
thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới
như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung
cấp các dịch vụ đa phương tiện khác.
1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA
1.3 Kết luận chương .
Chương này đã giới thiệu được công nghệ W-CDMA , cấu
trúc mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và giao
diện vô tuyến .
-4-
Chương 2:
CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HÓA PON.
2.1 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON
2.1.1 AON.
2.1.2 Mạng PON
2.1.3 Các chuẩn trong mạng PON
2.1.3.1 B-PON
2.1.3.2 BPON và Gigabit PON
2.1.3.3 WDM-PON
2.1.3.4 CDMA-PON
2.1.4. Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON

2.1.4.1 Bộ tách/ghép quang
2.1.4.2.Topo hình cây
2.1.4.3 Topo dạng bus
2.1.4.4 Topo dạng vòng
2.1.4.5 Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ
2.1.5. PON MAC layer
2.1.5.1 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control
Protocol)
2.1.5.2 PON với kiến trúc IEEE 802
* Định hướng nghiên cứu:
Xuất phát từ các cơ sở khoa học đã trình bày ở trên, để tiếp tục
nghiên cứu sâu hơn về công nghệ PON, mạng truyền dẫn. Với ý
tưởng muốn tìm bài toán tối ưu cho mạng truyền dẫn phục vụ nhu
cầu dung lượng, lưu lượng đa dịch vụ dữ liệu của mạng 3G
WCDMA. Đề tài luận văn mang tên “Nghiên cứu, ứng dụng công
nghệ PON để quy hoạch, nâng cấp và tối ưu hóa mạng truyền
dẫn 3G WCDMA” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
-5-
CHƯƠNG 3:
ỨNG DỤNG PON
ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP, TỐI ƯU HỆ THỐNG
TRUYỀN DẪN CHO MẠNG 3G
3.1 Giới thiệu:
3.2 Nhu cầu tối ưu hóa mạng Backhaul
3.3 Quy hoạch mạng tích hợp PON-WCN
3.3.1 Mô hình hệ thống PON-WCN tích hợp
Các đối tượng chính trong PON-WCN tích hợp
3.3.1.2 Các chế độ tích hợp
• Tích hợp theo Peer-to-Peer
• Tích hợp theo Overlay

• Tích hợp theo Radio-over-fiber
-6-
3.3.2 Truyền dẫn kết hợp trong PON-WCN tích hợp.
3.3.3 Mô hình phủ và truyền sóng vô tuyến.
3.3.4 Mô hình truyền dẫn trong sợi quang.
Định nghĩa 5.1. Bài toán DSP-PW.
Xây dựng công thức toán học:
3.4 Giải pháp.
3.4.1 Chia tách các bài toán
Mô hình chia tách bài toán (DSP-PW)
3.4.2 Xấp xỉ tuyến tính dựa trên sự tái lập lại.
Đồ thị tuyến tính của hàm lồi f (
k
ξ
).
-7-
Lưu đồ thuật toán của giải thuật xấp xỉ ε cho đường cong tuyến tính f
(
k
ξ
)
3.5 Các kết quả số học và các nghiên cứu điển hình.
-8-
2-D đường viền của tốc độ đạt được so sánh trong CT và chế
độ NCT.
Minh họa kịch bản (I) cách bố trí mạng lưới của AOI.
-9-
-10-
3.6 Tổng kết.
Trong chương này, tôi đã nghiên cứu bài toán xác định kích

thước mạng và quy hoạch vùng trong kiến trúc một kiến trúc PON
WCN tích hợp cho FMC. Kiến trúc tích hợp được xác định có giá trị
kinh tế và hiệu năng bằng cách tận dụng lợi thế của CT đa tế bào. Bài
toán này dẫn đến một khuôn khổ tối ưu hóa mới. Tôi đã cung cấp
một giải pháp dựa trên phân chia bài toán và xấp xỉ tuyến tính để giải
quyết bài toán phức tạp một cách hiệu quả. Các nghiên cứu điển hình
đã cho thấy một giảm đáng kể chi phí cơ sở hạ tầng, cải thiện hiệu
quả phổ tần và khả năng mở rộng với CT đa tế bào. Với một tập hợp
các các thông số mạng, khuôn khổ tối ưu hóa được đề xuất có thể
hướng dẫn thiết kế việc triển khai mạng và dự toán chi phí.
-11-
-12-
Số lượng các ONU-BS so với tăng tỷ lệ nhu cầu về lưu lượng của tất
cả các VIP.
Bố cục của các PS, CP và các ONU-BS có được sau khi giải quyết
bài toán DSP-W trong kịch bản (I)
Kết quả tối ưu hóa cây PON ( bao gồm bố cục sợi quang và vị trí đặt
các bộ chia quang) trong kịch bản (I).
-13-
Chương 4:
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI
Các nghiên cứu trong luận án này tập trung vào quy hoạch vị
trí trong các mạng truy cập băng thông rộng cho các cơ sở dân cư và
các khu kinh doanh các dịch vụ không dây và di động. Trong phần
này, tôi xác định một số hướng nghiên cứu cho công việc trong
tương lai như sau.
• Thiết kế phần quy hoạch phân bổ Vị trí và Quy hoạch tần số.
Đối với một mạng truy cập không dây quy mô lớn bao gồm
khu vực đô thị, một chương trình tối ưu tái sử dụng tần số là rất quan
trọng để tăng năng lực của một hệ thống không dây. Mặc dù quy

hoạch tần số có thể được thực hiện sau khi quy hoạch vị trí, một thiết
kế chung của quy hoạch vị trí và quy hoạch tần số có thể đạt được
hiệu suất tốt hơn và khó khăn hơn rất nhiều. Chúng ta có thể mở rộng
nghiên cứu hiện nay của Chương 3 bằng cách giả định yếu tố tái sử
dụng tần số là một. Nói cách khác, một khía cạnh khác thiết kế kích
thước mạng có thể được xem xét cùng với quy hoạch vị trí để tăng
thêm hiệu suất hệ thống trong điều kiện của việc sử dụng băng thông
không dây.
• Phân bố trong các mạng cảm biến không dây (WSNs) theo CT.
Các mạng cảm biến không dây được ứng dụng theo định
hướng, chẳng hạn như giám sát an ninh, môi trường và quan sát thời
tiết, nơi làm việc và các ứng dụng quân sự. Thời gian tồn tại mạng và
/ hoặc kết nối hiệu lực luôn là mối quan tâm chính cho WSNs. Bên
cạnh đó, sự vững mạnh và khả năng phục hồi khi có sự lỗi hệ thống
cũng rất quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng nhận biết bảo
mật. Ví dụ, các WSN giám sát an ninh có thể yêu cầu mỗi điểm được
-14-
bao phủ bởi ít nhất hai bộ cảm biến như vậy khi cảm biến bất kỳ bị
tổn thương, một cảm biến khác vẫn có thể hoạt động. CT có thể được
áp dụng trong các mạng cảm biến không dây hoạt động trên nguồn
accu. Bằng cách tận dụng lợi thế của công nghệ CT, hiệu quả sử
dụng có thể được cải thiện và do đó tuổi thọ mạng có thể được tăng
lên. Một sựu phân bố tối ưu của một WSN dựa trên CT có thể không
chỉ cải thiện lỗi mạnh mẽ, nhưng cũng có thể làm tăng tuổi thọ mạng.
• Phân bố mạng dọc theo đường quốc lộ, cao tốc. (tính di động
cao của các user)
Trong các mạng này, một số thiết bị không dây như bộ định
tuyến hoặc các bộ cảm biến được triển khai trên lề đường, đóng vai
trò như AP. Vai trò của các điểm truy cập thường gấp hai lần: một là
để cung cấp kết nối cho các du khách yêu cầu dịch vụ truy cập

Internet, khác là để theo dõi tình hình giao thông và phản ứng tai nạn
một cách nhanh chóng bằng tin nhắn báo động phát thanh truyền
hình. Các AP được kết nối với các cổng có liên kết trực tiếp với
Internet. Do đó, mạng này tạo thành một kiến trúc ba lớp bao gồm
các cổng, AP bên đường và các thiết bị đầu cuối theo xe. Sau đó, hai
vấn đề vị trí phát sinh cho việc triển khai cơ sở hạ tầng, đó là, vị trí
AP và triển khai cổng. Mục tiêu của vị trí AP là để trải toàn bộ con
đường để mỗi xe có thể được liên kết với ít nhất một AP. Và bài toán
bố trí các gateway, vì việc để mỗi AP kết nối với một gateway
không phải là không cần thiết và cũng không phải liên tục. Thay vào
đó, ta có thể chỉ đặt một số gateway trong mạng. Vì vậy, vấn đề là
làm thế nào để tối ưu đặt các gateway với một số yêu cầu cụ thể,
chẳng hạn như tổng số điện năng tiêu thụ tối thiểu, hoặc số hop tối
thiểu trung bình từ các điểm truy cập đến gateway. Do hiệu ứng
fading máy chủ được gây ra bởi sự di động của các xe, tương tự như
-15-
vậy, CT có thể được áp dụng để cải thiện tốc độ truyền dẫn và độ tin
cậy nhờ tăng sự đa dạng không gian. Vì vậy, chúng ta cũng có thể
thực hiện theo các phương pháp luận của nghiên cứu này và mở rộng
khuôn khổ tối ưu hóa để AP và vị trí gateway trong mạng dành cho
tính di động của các user dựa trên CT.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Quang Minh, Công nghệ và chuẩn hóa mạng quang thụ động
[2]. LGIC - Tổng cục bưu điện, “Thông tin di động (2 tập),” Nhà
xuất bản KHKT, 1997.
[3]. Minh ngọc – Phú Thành, “Mạng viễn thông chuyển giao dịch
vụ trên mạng,” Nhà xuất bản thống kê, 2002.
[4]. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3 (2
tập),” Nhà xuất bản bưu điện, 2001.
[5]. Josep Prat, Next-Generation FTTH Passive Optical Network,

Springer Press, 2008
[6]. IEEE Standard for Information Technology, IEEE 802.3ah
Ethernet in the First Miles Task Force, D3.3, April 19,2004
[7]. ITU-T Rec.G.983.1, Study Group 15, “Broadband optical
access based on passive optical network”, Oct.1998
[8]. W.Huang, X.Li, C.Xu, X.Hong, C.Xu and W.Liang, “Optical
transceivers for fiber-to-the-premises application : System
requirement and enabling technologies”, J.Lightwave Technol,
vol.25, pp.11-27, 2007
[9]. Cedric F.Lam, Passive Optical Network: Principle and
Practice, Academic Press, 2007
-16-
[10]. Govind P.Agrawal, Fiber-Optics Communication System,
Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, 2002
[11]. J.S.Lee, C.Nguyen, “Uniplanar picosecond pulse generator
using step recovery-time diode”, Electronic Letter, Vol.37,
No.8, April 2001, pp.504-506.
[12]. Clint Smith, Daniel Collins, “3G Wireless networks,”
McGraw-Hill Telecom,
2002.
[13]. M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for
3G Mobile Networks,” McGraw-Hill Telecom professional,
2002.
[14]. Hedberg, Tetal, “Evolving WCDMA,” Ericsson White Paper,
March 2001.
[15]. Tommi Heikkilä, “WCDMA radio network planning,”
www.telecomspace.com, 2006.
[16]. G.
Shen,
R. S. Tucker and C.

Chae,
“Fixed mobile
convergence
architectures
for broad- band
access:
integration of EPON and
WiMAX,”
IEEE Commun. Mag., vol. 45, no. 8, pp.
44–50,
Aug. 2007.
[17]. B. Lin, P. H. Ho and X.
Shen
, “Network Planning for Next-
Generation
Metrop
olitan-
Area Broadband
Access
under
EPON-WiMAX Integration
,”
in Proc. IEEE
Glob
e
c
om
,
New
Orleans,

LA, USA, Nov. 30 - Dec. 4 2009.
[18]. G. Kramer and G.
Pesavento,
“Ethernet
passive
optical
network (EPON): building a
next-generation
optical
access
network,” IEEE Commun. Mag., vol. 6, no. 5, pp. 66–73, Feb.
2000.
-17-
[19]. S. Sarkar, S. Dixit, and B. Mukherjee, “Hybrid
wireless-
optical broadband-access
net- work (WOBAN): a review of
relev
an
t

challenges,”
IEEE Journal of Lightwave
T
e
ch.
,
vol.
25, no. 11, pp.
3329–3340,

Nov. 2007.
[20]. Wong, N.
Cheng,
K.
Balasubramanian,
X. Zhu, M. Maier, and
L. G. Kazovsky,
“Hybrid
architecture and integrated routing
in a
scalable optical-wireless
access
network,”
IEEE
Journal of
Lightwave Technology,
vol. 25, no. 11, pp.
3443–3451,
Nov.
2007.
[21]. J. W. Mark and W.
Zhuang, Wireless Communications
and
Networking. Prentice
Hall, 2003.
[22]. K. Ohara, V. J.
Hernandez,
Y. Du, Z. Ding, S. J. B. Yoo and
Y. Horiuchi, “Resiliency of OCDM-PON
against near-far

problem,” in
Technical Digest
of IEEE/OSA Optical Fiber
Communication
Conference,
no. OMO3, 2007.
[23]. ILOG CPLEX
10.0/11.0,
CPLEX Optimization Inc. ,
2006.
[24]. IEEE
802.16e/D12,
Air
interface
for fixed and
mobile
broadband wireless access
systems. IEEE Standard for local and
metropolitan
area
networks, 2005.
[25]. [89] K. Ohara, V. J.
Hernandez,
Y. Du, Z. Ding, S. J. B. Yoo
and Y. Horiuchi, “Resiliency of OCDM-PON
against near-far
problem,” in
Technical Digest
of IEEE/OSA Optical Fiber
Communication

Conference,
no. OMO3, 2007.
-18-