Luận án tiến sĩ về công nghệ truyền dẫn FSO và MMW cho mạng backhaul di động

Luận án tiến sĩ nghiên cứu công nghệ truyền dẫn lai ghép FSO, MMW và sợi quang cho mạng backhaul di động, nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu.

• Tác giả: Phạm Vi Minh Tú
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thế Ngọc
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Truyền Dẫn Lai Ghép FSO, MMW Và Sợi Quang Cho Mạng Backhaul Di Động
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BACKHAUL DI ĐỘNG
• 1.1. Tổng quan về mạng backhaul di động
• 1.2. Mạng backhaul di động
• 1.3. Đặc điểm của mạng backhaul di động
• 1.4. Một số giải pháp trong việc phát triển mạng backhaul di động
• 1.5. Các công nghệ backhaul
• 1.6. Các yêu cầu, thách thức của mạng backhaul thế hệ tiếp theo (5G)
• 1.7. Tổng quan về mạng thông tin di động 5G
• 1.8. Thách thức của mạng backhaul 5G
• 1.9. Một số nghiên cứu mới về mạng Backhaul 5G
• 1.10. Các công trình nghiên cứu liên quan đến luận án
• 1.11. Các công trình trong nước
• 1.12. Các công trình nghiên cứu nước ngoài
• 1.13. Các nghiên cứu về kiến trúc và công nghệ mạng backhaul lai ghép
• 1.14. Các nghiên cứu về kiến trúc sử dụng nút chuyển tiếp
• 1.15. Các nghiên cứu về việc sử dụng các mô hình chuyển đổi kết hợp
• 1.16. Ảnh hưởng nghiên cứu
• 1.17. Tổng kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP FSO/MMW
• 2.1. Tổng quan về hệ thống truyền thông quang không dây FSO
• 2.2. Giới thiệu về FSO
• 2.3. Hạn chế của FSO
• 2.4. Thách thức đối với FSO
• 2.5. Tổng quan về hệ thống truyền sóng milimet MMW
• 2.6. Giới thiệu về MMW
• 2.7. Hạn chế của MMW
• 2.8. Thách thức đối với MMW
• 2.9. Giải pháp truyền dẫn lai ghép FSO/MMW
• 2.10. Hệ thống truyền dẫn hai chặng hai chiều kết hợp FSO/RF sử dụng mã hóa mạng
• 2.11. Mô hình kênh của hệ thống
• 2.12. Mô hình kênh FSO
• 2.13. Mô hình kênh RF
• 2.14. Phân tích hiệu năng của hệ thống
• 2.15. Kết quả phân tích hiệu năng của hệ thống
• 2.16. Tổng kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP DỰA TRÊN MẠNG QUANG THU ĐỘNG
• 3.1. Cấu trúc truyền dẫn dựa trên WDM-PON
• 3.2. Phân tích hiệu năng của hệ thống
• 3.3. Hệ thống truyền dẫn backhaul WDM-PON
• 3.4. Hệ thống truyền dẫn backhaul lai ghép WDM-PON/FSO
• 3.5. Hệ thống truyền dẫn backhaul lai ghép WDM-PON/RF
• 3.6. Kết quả phân tích hiệu năng của hệ thống
• 3.7. Tổng kết chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP WDM-PON/FSO
• 4.1. Hệ thống truyền dẫn backhaul lai ghép OF/FSO qua WDM-PON
• 4.2. Phân tích hiệu năng của hệ thống
• 4.3. FWM trong sợi quang
• 4.4. Kênh khí quyển
• 4.5. Kết quả phân tích hiệu năng hệ thống
• 4.6. Tổng kết chương 4
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng backhaul di động

Mạng backhaul di động đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các trạm thu phát với mạng lõi. Sự phát triển của công nghệ di động, đặc biệt là công nghệ 5G, đã tạo ra nhu cầu cao về băng thông và tốc độ truyền tải. Mạng backhaul cần đáp ứng yêu cầu về tốc độ truyền dữ liệu và độ tin cậy cao. Các giải pháp hiện tại bao gồm truyền dẫn quang và truyền dẫn không dây. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là làm thế nào để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong điều kiện môi trường khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp giữa các công nghệ như FSO (Free-Space Optical) và MMW (Millimeter Wave) có thể mang lại giải pháp tối ưu cho mạng backhaul di động.

1.1. Các yêu cầu và thách thức của mạng backhaul

Mạng backhaul di động cần phải đáp ứng ba yêu cầu chính: (1) khả năng mở rộng băng thông, (2) độ tin cậy trong điều kiện thời tiết khác nhau, và (3) hiệu quả sử dụng năng lượng. Các thách thức này đòi hỏi các giải pháp sáng tạo và linh hoạt. Việc sử dụng công nghệ truyền dẫn không dây như MMW có thể giúp cải thiện tốc độ truyền tải, trong khi FSO cung cấp một giải pháp không dây với chi phí thấp và hiệu quả cao. Tuy nhiên, cả hai công nghệ này đều gặp phải những hạn chế riêng, như ảnh hưởng của thời tiết đối với FSO và khoảng cách truyền tải hạn chế của MMW.

II. Công nghệ truyền dẫn FSO và MMW

Công nghệ FSO sử dụng ánh sáng để truyền tải dữ liệu qua không gian, mang lại tốc độ cao và chi phí thấp. Tuy nhiên, FSO dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như mưa, sương mù và bụi. Ngược lại, MMW sử dụng sóng milimet để truyền tải dữ liệu, có khả năng truyền tải qua các vật cản tốt hơn so với FSO. Việc kết hợp hai công nghệ này có thể tạo ra một hệ thống truyền dẫn mạnh mẽ, có khả năng tự động chuyển đổi giữa FSO và MMW tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Điều này không chỉ cải thiện độ tin cậy mà còn tối ưu hóa hiệu suất mạng.

2.1. Ưu điểm và nhược điểm của FSO

FSO có nhiều ưu điểm như tốc độ truyền tải cao và chi phí lắp đặt thấp. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là độ nhạy với thời tiết. Trong điều kiện thời tiết xấu, hiệu suất của FSO có thể giảm đáng kể, dẫn đến mất kết nối. Do đó, việc sử dụng FSO trong mạng backhaul cần được cân nhắc kỹ lưỡng, đặc biệt là trong các khu vực có khí hậu không ổn định.

2.2. Ưu điểm và nhược điểm của MMW

MMW có khả năng truyền tải dữ liệu qua các vật cản tốt hơn so với FSO, giúp duy trì kết nối ổn định hơn trong điều kiện thời tiết xấu. Tuy nhiên, MMW cũng có những hạn chế như khoảng cách truyền tải ngắn và chi phí thiết bị cao. Việc sử dụng MMW trong mạng backhaul có thể giúp cải thiện độ tin cậy, nhưng cần phải có các giải pháp bổ sung để tối ưu hóa hiệu suất.

III. Giải pháp truyền dẫn lai ghép FSO MMW

Giải pháp truyền dẫn lai ghép giữa FSO và MMW được đề xuất như một phương án tối ưu cho mạng backhaul di động. Bằng cách kết hợp hai công nghệ này, mạng có thể tự động chuyển đổi giữa FSO và MMW tùy thuộc vào điều kiện môi trường, từ đó đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất cao. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng mô hình kênh kết hợp có thể cải thiện đáng kể hiệu suất truyền tải. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mất kết nối mà còn tối ưu hóa việc sử dụng băng thông.

3.1. Mô hình kênh kết hợp

Mô hình kênh kết hợp giữa FSO và MMW cho phép hệ thống tự động điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất truyền tải. Việc sử dụng các thuật toán thông minh để phân tích điều kiện môi trường và điều chỉnh công nghệ truyền dẫn phù hợp sẽ giúp cải thiện đáng kể độ tin cậy và tốc độ truyền tải. Nghiên cứu cho thấy rằng mô hình này có thể giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit (BER) và tăng cường khả năng phục hồi của mạng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và truyền thông (ICT), nhu cầu sử dụng mạng di động ngày càng tăng cao, đặc biệt với sự xuất hiện của mạng 5G. Theo báo cáo của Hiệp hội Di động Châu Âu năm 2020, lĩnh vực truyền thông di động đạt doanh thu khoảng 174 tỷ Euro, phản ánh sự phát triển mạnh mẽ và tầm quan trọng của ngành này. Mạng backhaul di động đóng vai trò then chốt trong việc kết nối các trạm gốc với mạng lõi, đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và ổn định. Tuy nhiên, với sự gia tăng lưu lượng dữ liệu và yêu cầu khắt khe về băng thông, độ trễ, cũng như tính linh hoạt, mạng backhaul truyền thống đang đối mặt với nhiều thách thức lớn.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng và phân tích các giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép sử dụng công nghệ truyền dẫn quang trong không gian tự do (FSO), sóng milimet (MMW) và sợi quang nhằm đáp ứng các yêu cầu về dung lượng cao, khả năng mở rộng, chi phí hiệu quả và độ tin cậy trong mạng backhaul di động thế hệ tiếp theo. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hệ thống truyền dẫn lai ghép cho mạng backhaul di động 5G, với các mô hình kênh và hiệu năng được phân tích trong điều kiện thực tế tại Việt Nam và một số địa phương khác, trong khoảng thời gian từ năm 2020 đến 2023.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất mạng backhaul, góp phần thúc đẩy triển khai mạng 5G hiệu quả, đồng thời giảm thiểu chi phí và tiêu thụ năng lượng, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế trong bối cảnh phát triển hạ tầng viễn thông hiện nay.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết thông tin và lý thuyết xác suất, kết hợp với các mô hình truyền dẫn kênh quang và vô tuyến. Lý thuyết thông tin giúp đánh giá hiệu suất truyền dẫn qua các tham số như tỷ lệ lỗi bit (BER), tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR), và dung lượng kênh. Lý thuyết xác suất được sử dụng để mô hình hóa các hiện tượng fading và nhiễu trong kênh truyền, bao gồm mô hình fading Gamma-Gamma cho kênh FSO và mô hình Rayleigh/Rice cho kênh RF.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• FSO (Free-Space Optical Communication): Truyền dẫn quang trong không gian tự do, sử dụng tia laser để truyền tín hiệu qua không khí.
• MMW (Millimeter Wave): Sóng milimet, tần số cao trong dải 30-300 GHz, dùng cho truyền dẫn vô tuyến băng thông rộng.
• WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network): Mạng quang thụ động ghép kênh theo bước sóng, tăng dung lượng truyền dẫn.
• Mã hóa mạng (Network Coding): Kỹ thuật mã hóa dữ liệu nhằm cải thiện hiệu suất truyền dẫn và độ tin cậy.
• Nút chuyển tiếp (Relay Node): Thiết bị trung gian giúp mở rộng phạm vi và cải thiện chất lượng truyền dẫn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng kiểm chứng. Nguồn dữ liệu chính bao gồm các tham số kỹ thuật từ các hệ thống truyền dẫn thực tế, số liệu thống kê về lưu lượng mạng di động, và các mô hình kênh truyền được xây dựng dựa trên các nghiên cứu trước đây.

Cỡ mẫu mô phỏng được lựa chọn phù hợp với các kịch bản thực tế, bao gồm khoảng cách truyền dẫn từ 800 m đến 40 km, công suất phát từ 0 đến 10 dBm, và các điều kiện khí quyển khác nhau như mưa, sương mù. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các tiêu chí đại diện cho môi trường truyền dẫn thực tế tại Việt Nam và các khu vực đô thị, nông thôn.

Phân tích hiệu năng được thực hiện thông qua các chỉ số BER, SNR, và khả năng phục hồi lỗi, sử dụng các công cụ mô phỏng mạng và tính toán xác suất. Timeline nghiên cứu kéo dài từ đầu năm 2022 đến cuối năm 2023, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu năng của hệ thống lai ghép FSO/MMW:
   Nghiên cứu cho thấy hệ thống lai ghép hai chặng FSO và MMW với mã hóa mạng cải thiện đáng kể hiệu suất truyền dẫn. Trong điều kiện fading Gamma-Gamma và Rayleigh, tỷ lệ lỗi bit (BER) giảm xuống dưới 10^-6 khi công suất phát đạt 10 dBm và khoảng cách truyền dẫn là 2 km. So sánh với hệ thống chỉ dùng FSO hoặc MMW riêng lẻ, hiệu suất tăng khoảng 30-40%.

2. Giải pháp truyền dẫn backhaul dựa trên mạng quang thụ động WDM-PON:
   Ba kịch bản triển khai gồm thuần WDM-PON, lai ghép WDM-PON/FSO và WDM-PON/MMW được phân tích. Kết quả mô phỏng cho thấy lai ghép WDM-PON/FSO có thể đạt tốc độ truyền 10 Gbps với khoảng cách lên đến 40 km, trong khi WDM-PON/MMW phù hợp với khoảng cách ngắn hơn khoảng 2-3 km nhưng có tính linh hoạt cao hơn. Tỷ lệ lỗi bit trung bình (BER) của hệ thống lai ghép thấp hơn 10^-7 trong điều kiện môi trường ổn định.

3. Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến và nhiễu trên hệ thống WDM-PON/FSO:
   Nghiên cứu phân tích tác động của hiện tượng Four-Wave Mixing (FWM) và các thành phần nhiễu như nhiễu băng thông ASE, nhiễu nhiệt và nhiễu giao thoa. Kết quả cho thấy việc sử dụng bộ khuếch đại quang và bộ lọc Bessel giúp giảm thiểu đáng kể các tác động này, duy trì BER ở mức thấp dưới 10^-8 khi công suất phát được điều chỉnh hợp lý.

4. Khả năng triển khai và tối ưu vị trí nút chuyển tiếp:
   Qua phân tích mô hình kênh và hiệu suất, vị trí nút chuyển tiếp ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy và khả năng mở rộng mạng backhaul. Vị trí tối ưu giúp giảm thiểu jitter và tăng cường khả năng phục hồi lỗi, nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên cho thấy việc kết hợp công nghệ truyền dẫn quang trong không gian tự do (FSO) với sóng milimet (MMW) và mạng quang thụ động WDM-PON là giải pháp hiệu quả cho mạng backhaul di động 5G. Việc sử dụng mã hóa mạng và các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến giúp cải thiện đáng kể hiệu suất truyền dẫn, giảm thiểu lỗi và tăng khả năng phục hồi trong điều kiện môi trường biến động.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã mở rộng phạm vi phân tích bằng cách kết hợp nhiều công nghệ truyền dẫn và mô hình kênh thực tế tại Việt Nam, cung cấp các số liệu cụ thể về hiệu suất và khả năng triển khai. Các biểu đồ so sánh BER theo công suất phát và khoảng cách truyền dẫn minh họa rõ ràng sự vượt trội của hệ thống lai ghép so với các hệ thống truyền dẫn đơn lẻ.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao hiệu quả kỹ thuật mà còn góp phần giảm chi phí đầu tư và vận hành mạng, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường trong phát triển hạ tầng viễn thông hiện đại.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống backhaul lai ghép FSO/MMW tại các khu vực đô thị và ngoại ô:
   Đề xuất các nhà mạng ưu tiên áp dụng công nghệ lai ghép này trong vòng 1-2 năm tới nhằm tận dụng ưu điểm về dung lượng cao và khả năng phục hồi trong điều kiện thời tiết đa dạng. Chủ thể thực hiện là các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và đơn vị phát triển hạ tầng.

2. Phát triển mạng quang thụ động WDM-PON kết hợp với FSO cho các liên kết dài:
   Khuyến nghị xây dựng các mô hình mạng lai ghép WDM-PON/FSO để mở rộng phạm vi truyền dẫn lên đến 40 km, phù hợp với các khu vực có mật độ trạm gốc thấp. Thời gian thực hiện dự kiến 2-3 năm, do các nhà cung cấp thiết bị quang và nhà mạng phối hợp.

3. Tối ưu hóa vị trí nút chuyển tiếp và sử dụng mã hóa mạng:
   Đề xuất nghiên cứu thêm về vị trí đặt nút chuyển tiếp để giảm thiểu jitter và tăng độ tin cậy, đồng thời áp dụng mã hóa mạng để nâng cao hiệu quả truyền dẫn. Chủ thể thực hiện là các nhóm nghiên cứu và phòng thí nghiệm viễn thông trong 1 năm tới.

4. Ứng dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu và bộ lọc quang tiên tiến:
   Khuyến nghị sử dụng bộ lọc Bessel và các kỹ thuật khuếch đại quang để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và hiện tượng phi tuyến, đảm bảo chất lượng dịch vụ. Thời gian triển khai song song với các giải pháp trên, do các nhà sản xuất thiết bị và nhà mạng phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông:
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ truyền dẫn lai ghép, mô hình kênh và phân tích hiệu năng, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp mạng backhaul hiện đại.

2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách viễn thông:
   Thông tin về các thách thức và giải pháp kỹ thuật giúp đưa ra các quyết định đầu tư, phát triển hạ tầng mạng phù hợp với xu hướng công nghệ 5G và tương lai.

3. Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và doanh nghiệp hạ tầng mạng:
   Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để lựa chọn công nghệ, tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng dịch vụ mạng backhaul, đặc biệt trong bối cảnh phát triển mạng 5G.

4. Các chuyên gia phát triển sản phẩm và thiết bị viễn thông:
   Tham khảo các mô hình và kết quả phân tích để thiết kế, cải tiến các thiết bị truyền dẫn quang và vô tuyến, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần sử dụng hệ thống lai ghép FSO/MMW cho mạng backhaul?
   Hệ thống lai ghép kết hợp ưu điểm của FSO về dung lượng cao và MMW về khả năng truyền dẫn linh hoạt, giúp cải thiện độ tin cậy và hiệu suất trong điều kiện thời tiết khác nhau, đồng thời giảm thiểu chi phí đầu tư.

2. Mạng WDM-PON có vai trò gì trong giải pháp backhaul?
   WDM-PON cho phép ghép nhiều kênh quang trên cùng một sợi, tăng dung lượng truyền dẫn và mở rộng phạm vi kết nối, phù hợp với các liên kết dài trong mạng backhaul 5G.

3. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống truyền dẫn lai ghép?
   Hiệu suất chịu ảnh hưởng bởi công suất phát, khoảng cách truyền dẫn, hiện tượng fading, nhiễu phi tuyến, và điều kiện môi trường như mưa, sương mù. Việc tối ưu các tham số này giúp giảm tỷ lệ lỗi bit và tăng độ tin cậy.

4. Làm thế nào để tối ưu vị trí nút chuyển tiếp trong mạng backhaul?
   Vị trí nút chuyển tiếp cần được xác định dựa trên phân tích mô hình kênh và hiệu suất truyền dẫn, nhằm giảm thiểu jitter và tăng khả năng phục hồi lỗi, đồng thời cân bằng chi phí triển khai và vận hành.

5. Giải pháp nào giúp giảm thiểu tác động của hiện tượng Four-Wave Mixing trong WDM-PON?
   Sử dụng bộ lọc quang Bessel và điều chỉnh công suất phát hợp lý giúp giảm thiểu hiện tượng FWM, từ đó duy trì chất lượng tín hiệu và giảm tỷ lệ lỗi bit trong hệ thống truyền dẫn.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng và phân tích thành công các mô hình truyền dẫn backhaul lai ghép FSO, MMW và sợi quang, đáp ứng yêu cầu dung lượng cao và độ tin cậy trong mạng 5G.
• Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống lai ghép cải thiện đáng kể hiệu suất truyền dẫn so với các giải pháp đơn lẻ, với BER đạt mức thấp dưới 10^-6 trong nhiều điều kiện thực tế.
• Giải pháp dựa trên mạng quang thụ động WDM-PON kết hợp FSO và MMW mở rộng phạm vi truyền dẫn lên đến 40 km, phù hợp với các khu vực đô thị và ngoại ô.
• Nghiên cứu cũng đề xuất các phương án tối ưu vị trí nút chuyển tiếp và kỹ thuật xử lý tín hiệu nhằm giảm thiểu nhiễu và hiện tượng phi tuyến, nâng cao chất lượng dịch vụ.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm thực tế, mở rộng nghiên cứu về tích hợp với các công nghệ mạng mới và phát triển các thuật toán tối ưu hóa cho mạng backhaul lai ghép.

Hành động khuyến nghị: Các nhà mạng và đơn vị nghiên cứu nên phối hợp triển khai các giải pháp lai ghép truyền dẫn này để nâng cao hiệu quả mạng backhaul, đáp ứng yêu cầu phát triển mạng 5G và tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BÞ THÔNG TIN VÀ TRUYÞN THÔNG HÞC VIÞN CÔNG NGHÞ B¯U CHÍNH VIÞN THÔNG PH¾M Vi MINH TÚ NGHIÊN CþU CÔNG NGHÞ TRUYÞN D¾N LAI GHÉP FSO, MMW VÀ SþI QUANG CHO M¾NG BACKHAUL DI ÞNG LU¾N ÁN TI¾N S) Kþ THU¾T Hà Nßi 3 2023 BÞ THÔNG TIN VÀ TRUYÞN THÔNG HÞC VIÞN CÔNG NGHÞ B¯U CHÍNH VIÞN THÔNG PH¾M Vi MINH TÚ NGHIÊN CþU CÔNG NGHÞ TRUYÞN D¾N LAI GHÉP FSO, MMW VÀ SþI QUANG CHO M¾NG BACKHAUL DI ÞNG CHUYÊN NGÀNH: Kþ THU¾T VIÞN THÔNG MÃ SÞ: 9.08 LU¾N ÁN TI¾N S) Kþ THU¾T NG¯ÞI H¯ÞNG D¾N KHOA HÞC 1. ¾NG TH¾ NGÞC 2. Vi VN SAN Hà Nßi 3 2023 i LÞI CAM OAN Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên cÿu cÿa chính mình. Các sß lißu, k¿t qu¿ trong lu¿n án là trung thÿc và ch±a tÿng ±ÿc công bß trong b¿t cÿ công 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 ii LÞI C¾M ¡N Sau bßn nm t¿p trung nghiên cÿu, 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 không chß là sÿ cß g¿ng, nß lÿc cÿa nghiên cÿu sinh, mà còn có sÿ hß trÿ và giúp ÿ cÿa các th¿y h±ßng d¿n, nhà tr±ßng và gia ình.

Nghiên cÿu sinh mußn 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. ¿ng Th¿ Ngßc và PGS. 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 sußt quá trình thÿc hißn lu¿n án này.

Nghiên cÿu sinh trân trßng c¿m ¡n các th¿y cô trong Hßc vißn và Lãnh ¿o Hßc vißn Công nghß B±u chính Vißn thông ã ßng viên và t¿o ißu kißn thu¿n lÿi cho tôi trong sußt thßi gian làm lu¿n án. Cußi cùng, nghiên cÿu sinh cing xin gÿi lßi c¿m ¡n chân thành tßi gia ình ã luôn bên c¿nh ÿng hß và ßng viên tôi trong sußt quá trình thÿc hißn nßi dung lu¿n án. Hà Nßi, tháng 10 nm 2023 iii MþC LþC LÞI CAM OAN. ii B¾NG THU¾T NGþ VI¾T T¾T.

vi B¾NG DANH MþC CÁC KÝ HIÞU. xiii DANH MþC CÁC HÌNH V¾. xviii DANH MþC CÁC B¾NG. TÍNH C¾P THI¾T CþA LU¾N ÁN.

MþC TIÊU, NHIÞM Vþ VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CþU. PH¾M VI NGHIÊN CþU .4 CH¯¡NG 1: TÞNG QUAN VÞ M¾NG BACKHAUL DI ÞNG. Tßng quan vß m¿ng backhaul di ßng. M¿ng backhaul di ßng.

¿c ißm cÿa m¿ng backhaul di ßng. Mßt sß gi¿i pháp trong vißc phát trißn m¿ng backhaul di ßng. Các công nghß backhaul. Các yêu c¿u, thách thÿc cÿa m¿ng backhaul th¿ hß ti¿p theo (5G).

Tßng quan vß m¿ng thông tin di ßng 5G. Thách thÿc cÿa m¿ng backhaul 5G. Mßt sß nghiên cÿu mßi vß m¿ng Backhaul 5G. Các công trình nghiên cÿu liên quan ¿n lu¿n án.

Các công trình trong n±ßc. Các công trình nghiên cÿu n±ßc ngoài. Các nghiên cÿu vß ki¿n trúc và công nghß m¿ng backhaul lai ghép. Các nghiên cÿu vß ki¿n trúc sÿ dÿng nút chuyßn ti¿p.

Các nghiên cÿu vß vißc sÿ dÿng các mô hình chuyßn ßi k¿t hÿp. ßnh h±ßng nghiên cÿu. Tßng k¿t ch±¡ng 1 .33 CH¯¡NG 2: CÔNG NGHÞ TRUYÞN D¾N BACKHAUL LAI GHÉP FSO/MMW. Tßng quan vß hß thßng truyßn thông quang không dây FSO.

Gißi thißu vß FSO. H¿n ch¿ cÿa FSO. Thách thÿc ßi vßi FSO. Tßng quan vß hß thßng truyßn sóng milimet MMW.

Gißi thißu vß MMW. H¿n ch¿ cÿa MMW. Thách thÿc ßi vßi MMW. Gi¿i pháp truyßn d¿n lai ghép FSO/MMW.

Hß thßng truyßn d¿n hai ch¿ng hai chißu k¿t hÿp FSO/RF sÿ dÿng mã hoá m¿ng&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&. Mô hình kênh cÿa hß thßng. Mô hình kênh FSO. Mô hình kênh RF.

Phân tích hißu nng cÿa hß thßng. K¿t qu¿ phân tích hißu nng cÿa hß thßng. Tßng k¿t ch±¡ng 2 .67 CH¯¡NG 3: CÁC GI¾I PHÁP TRUYÞN D¾N BACKHAUL LAI GHÉP DþA TRÊN M¾NG QUANG THþ ÞNG. C¿u trúc truyßn d¿n dÿa trên WDM-PON.

Phân tích hißu nng cÿa hß thßng. Hß thßng truyßn d¿n backhaul WDM-PON. Hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép WDM-PON/FSO. Hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép WDM-PON/RF.

K¿t qu¿ phân tích hißu nng cÿa hß thßng. Tßng k¿t ch±¡ng 3 .87 CH¯¡NG 4: GI¾I PHÁP TRUYÞN D¾N BACKHAUL LAI GHÉP WDM- PON/FSO. Hß thßng truyßn d¿n backhaul lai ghép OF/FSO qua WDM-PON. Phân tích hißu nng cÿa hß thßng.

FWM trong sÿi quang. Kênh khí quyßn. K¿t qu¿ phân tích hißu nng hß thßng. Tßng k¿t ch±¡ng 4 .105 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HÞC à CÔNG BÞ .106 DANH MþC TÀI LIÞU THAM KH¾O .107 vi B¾NG THU¾T NGþ VI¾T T¾T Vi¿t t¿t Ti¿ng Anh Ti¿ng Vißt A AF Amplify and Forward Khu¿ch ¿i và chuyßn ti¿p APD Avalanche Photodiode i-ßt quang thác Amplified Spontaneous Nhißu phát x¿ tÿ phát ±ÿc ASE Emission khu¿ch ¿i Asynchronous Transfer ATM Ch¿ ß truyßn không ßng bß Mode Cách tÿ ßng d¿n sóng d¿ng AWG Arrayed Waveguide Grating m¿ng Additive White Gaussian AWGN Nhißu Gauss tr¿ng cßng Noise B BBU Base Band Unit Khßi bng t¿n c¡ sß BER Bit Error Rate Tß lß lßi bit ißu ch¿ khoá dßch pha nhß BPSK Binary Phase Shift Keying phân BOF Bessel Optical Filter Bß lßc quang Bessel BS Base Station Tr¿m gßc BSC Base Station Center Trung tâm qu¿n lý tr¿m gßc C Code-Division Multiple a truy c¿p phân chia theo CDMA Access mã Coordinated Multi-Point CoMP Truyßn và nh¿n a ißm transmission and reception vii Cloud Radio Access M¿ng truy nh¿p vô tuy¿n ám C-RAN Network mây CS Center Station Tr¿m trung tâm CSI Channel State Information Thông tin tr¿ng thái kênh D D2D Device to device Thi¿t bß tßi thi¿t bß DF Decode and Forward Gi¿i mã và chuyßn ti¿p Data Over Cable Service ¿c tính giao dißn dßch vÿ DOCSIS Interface Specification truyßn dÿ lißu qua cáp DSL Digital Subscriber Line ±ßng dây thuê bao sß Dense Wavelengths Ghép kênh phân chia theo DWDM Division Multiplexing b±ßc sóng m¿t ß cao E Erbium-Doped Fiber Khu¿ch ¿i quang pha t¿p EDFA Amplifier Erbium EFM Ethernet in the First Mile Ethernet trong d¿m ¿u tiên EHF Extremely high frequency T¿n sß cÿc kÿ cao Enhanced Mobile Bng thông rßng di ßng eMBB Broadband nâng cao Ethernet Passive Optical M¿ng quang thÿ ßng EPON Network Ethernet EVC Ethernet Virtual Connection K¿t nßi Ethernet ¿o F Song công phân chia theo t¿n FDD Frequency Division Duplex sß Frequency Division a truy c¿p phân chia theo FDMA Multiple Access t¿n sß viii FEC Forward Error Correction Sÿa lßi tr±ßc Free-Space Optical Truyßn thông quang trong FSO Communication không gian tÿ do FWM Four-wave Mixing Trßn bßn sóng G GFP Generic Framing Procedure Quy trình t¿o khung chung Gigabit Passive Optical M¿ng quang thÿ ßng tßc ß GPON Networks gigabit GPS Global Positioning System Hß thßng ßnh vß toàn c¿u GVD Group Velocity Dispersion Tán s¿c v¿n tßc nhóm H HSPA High Speed Packet Access Truy c¿p gói tßc ß cao I Information & Công nghß thông tin và ICT Communication truyßn thông Technologies International Mobile IMT Vißn thông di ßng qußc t¿ Telecommunications IoT Internet of Things Internet v¿n v¿t IP Internet Protocol Giao thÿc Internet International Liên minh Vißn thông Qußc ITU-R Telecommunication Union t¿ L LAN Local Area Network M¿ng cÿc bß ix Link Capacity Adjustment S¡ ß ißu chßnh dung l±ÿng LCAS Scheme liên k¿t LED Light-emitting diode ißt phát quang LOS Line of Sight ±ßng nhìn th¿ng M MBS Macrocell Base Stations Tr¿m gßc macrocell Multiple Input Multiple MIMO a ¿u ra a ¿u vào Output Massive Machine-Type þng dÿng truyßn thông máy mMTC Communications sß l±ÿng lßn MMW Millimeter Wave Sóng milimet Maximum Ratio Kÿ thu¿t k¿t hÿp theo tÿ lß tßi MRC Combination ±u N NC Network Coding Mã hoá m¿ng Network Function NFV ¾o hóa chÿc nng m¿ng Virtualization Next Generation Passive M¿ng quang thÿ ßng th¿ hß NG PON Optical Network ti¿p theo Next Generation of NG-SDH Synchronous Digital SDH th¿ hß sau Hierarchy NLOS Non 3 Line Of Sight ±ßng truyßn không trÿc ti¿p Non Orthogonal Multiple NOMA Access a truy nh¿p phi trÿc giao x O Optical Distribution ODN M¿ng phân phßi quang Network OF Optical Fiber Sÿi quang OFC Optical Fiber Cable Cáp quang Orthogonal Frequency- Ghép kênh phân chia theo t¿n OFDM Division Multiplexing sß trÿc giao OLT Optical line terminal ¿u cußi truyßn quang ONU Optical Network Unit Khßi m¿ng quang OOK On Off Keying ißu ch¿ khoá on-off Hß thßng phân c¿p truyßn t¿i OTH Optical Transport Hierarchy quang OTN Optical Transport Network M¿ng Truyßn t¿i Quang Optical Wireless Truyßn thông quang không OWC Communications dây P PA Power Amplifier Bß khu¿ch ¿i công su¿t PAN Personal Area Network M¿ng khu vÿc cá nhân PCM Pulse Code Modulation ißu ch¿ xung mã PD Photo-Diode Diode tách quang Plesiochronous Digital Hß thßng phân c¿p sß c¿n PDH Hierarchy ßng bß PON Passive Optical Network M¿ng quang thÿ ßng xi Dßch vÿ ißn tho¿i thông POTS Plain Old Telephone Service th±ßng PSK Phase Shift Keying ißu ch¿ khoá 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 vô tuy¿n RF Radio Frequency T¿n sß vô tuy¿n RNC Radio Network Controller Bß ißu khißn m¿ng vô tuy¿n Truyßn sóng vô tuy¿n qua sÿi RoF Radio over Fiber quang RRH Remote Radio Head ¿u cußi vô tuy¿n tÿ xa S SBS Small Cell Base Stations Tr¿m gßc ô nhß SC Selective Combining Tß hÿp có chßn lßc Synchronous Digital Hß thßng phân c¿p sß ßng SDH Hierarchy bß SNR Signal-to-Soise Ratio Tß sß tín hißu trên nhißu Synchronous Optical SONET M¿ng quang ßng bß Networking T xii Song công phân chia theo TDD Time Division Duplex thßi gian Ghép kênh phân chia theo TDM Time Division Multiplexing thßi gian Time Division Multiple a truy c¿p phân chia theo TDMA Access thßi gian Time Division Multiplexing M¿ng quang thÿ ßng ghép TMD-PON Passive Optical Network kênh phân chia theo thßi gian Công nghß sÿ dÿng kho¿ng TVWS TV White Space b¿o vß kênh lân c¿n cÿa truyßn hình U Ultra-Reliable Low Latency Truyßn thông áng tin c¿y vßi URLLC Communications ß trß th¿p V VC Virtual Concatenation K¿t nßi ¿o Very high-speed Digital ±ßng dây thuê bao kÿ thu¿t VDSL Subscriber Lines sß tßc ß r¿t cao W Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo WDM Multiplexing b±ßc sóng Wavelength Division M¿ng quang thÿ ßng ghép WDM-PON Multiplexing Passive kênh phân chia theo b±ßc Optical Network sóng xiii B¾NG DANH MþC CÁC KÝ HIÞU A Biên ß 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 B Bng thông RF �㗃& Bng thông quang �㗃!