Chương 1: Tổng quan về mạng backhaul di động, trình bày về mạng backhaul di động, các đặc điểm, các công nghệ backhaul cũng như một số giải pháp trong việc phát triển mạng backhaul di động. Trong chương này, luận án cũng trình bày tổng quan về mạng backhaul thế hệ tiếp theo 5G từ đó đưa ra các yêu cầu thách thức với việc phát triển mạng backhaul 5G. Phần cuối của chương, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hệ thống truyền dẫn lai ghép sợi quang, FSO và MMW được tổng kết theo các hướng nghiên cứu khác nhau như về kiến trúc 5 hệ thống, đánh giá hiệu năng hay hướng nghiên cứu cải thiện hiệu năng. Trên cơ sở khảo sát những nghiên cứu đã công bố từ đó hướng nghiên cứu của luận án được đề xuất.
Ø Chương 2: Công nghệ truyền dẫn backhaul lai ghép MMW/FSO, trình bày chi tiết về ưu điểm, nhược điểm, thách thức đối với hệ thống truyền thông quang trong không gian tự do FSO và hệ thống truyền sóng milimet MMW. Từ đó đề xuất sử dụng mã hóa mạng cho giải pháp truyền dẫn lai ghép hai chặng hai chiều kết hợp giữa truyền thông quang trong không gian tự do FSO và truyền thông RF nhằm cải thiện hiệu năng mạng backhaul di động. Luận án đã nghiên cứu hiệu năng của hệ thống đề xuất trong điều kiện nhiễu loạn khí quyển Gamma-Gamma và các kênh Rice/Rayleigh. Các kết quả phân tích hiệu năng cho thấy tính khả thi của việc sử dụng mã hoá mạng chuyển tiếp hai chặng trong hệ thống kết hợp FSO/RF.
Ngoài ra, trong luận án cũng so sánh giữa cường độ của các tác động tiêu cực gây ra bởi các liên kết FSO và RF. Dựa trên sự so sánh này, đưa ra khuyến nghị cho việc xác định vị trí nút chuyển tiếp sao cho có thể thu được hiệu năng tốt hơn. Kết quả của nghiên cứu được công bố trên kỷ yếu của hội nghị khoa học quốc tế: IEEE ATC [C1]. Ø Chương 3: Các giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép dựa trên mạng quang thụ động, trình bày giải pháp truyền dẫn backhaul di động dung lượng cao dựa trên mạng quang thụ động ghép kênh phân chia theo bước sóng với 3 kịch bản triển khai gồm thuần WDM-PON, lai ghép WDM-PON/FSO và lai ghép WDM- PON/MMW.
Trước tiên, luận án phát triển các mô hình toán học để phân tích hiệu năng của đường xuống cho ba giải pháp truyền dẫn. Sau đó luận án phân tích hiệu năng hệ thống, trong đó xem xét các tham số hệ thống khác như tổng khoảng cách, khoảng cách kết nối không dây, tỷ lệ chia tách, hệ số khuếch đại, tốc độ bit cũng như các tham số môi trường chính bao gồm sự suy hao do mưa và nhiễu loạn khí quyển. Kết quả nghiên cứu ở chương này đã được công bố trên Tạp chí Khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng [J1]. Ø Chương 4: Giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép WDM-PON/FSO, trình bày giải pháp cải thiện hiệu năng mạng backhaul di động lai ghép WDM-PON/FSO 6 dưới ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến trộn bốn sóng.
Nghiên cứu cũng xem xét đến tác động của hiện tượng fading do nhiễu loạn khí quyển và các thành phần nhiễu chính, bao gồm nhiễu bộ khuếch đại, nhiễu bắn, nhiễu giao thoa, nhiễu nền và nhiễu nhiệt. Các kết quả phân tích hiệu năng cho thấy, mặc dù công suất phát cao và hệ số khuếch đại tăng ở phía máy phát giúp giảm thiểu tác động của nhiễu và fading, chúng ta vẫn nên giới hạn chúng ở một giá trị cụ thể để tránh tác động của FWM. Do đó, việc sử dụng bộ khuếch đại hoặc đi ốt quang kiểu thác tại phía máy thu sẽ là một giải pháp tốt hơn để giữ tỷ lệ lỗi bit (BER) ở mức thấp. Kết quả của nghiên cứu trình bày trong chương này đã được đăng trên tạp chí quốc tế ISI [J2].
7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BACKHAUL DI ĐỘNG Tóm tắt: Mạng di động ngày càng là phương tiện phổ biến và tiện lợi nhất để truy cập các nội dung số. Loại mạng phổ biến nhất được sử dụng hiện nay là mạng backhaul di động, kết nối các phần tử mạng di động ở vị trí trạm gốc đến vị trí mạng lõi. Hai phương pháp chính để triển khai là backhaul dựa trên sợi quang và backhaul không dây. 5G là thế hệ tiếp theo của mạng truyền thông di động 4G, sử dụng các công nghệ mạng tiên tiến để cung cấp kết nối di động nâng cao.
Trong chương này sẽ đưa ra kiến thức tổng quan về mạng backhaul di động, sau đó phân tích ưu nhược điểm cũng như các thách thức đối với mạng backhaul thế hệ tiếp theo, từ đó đưa ra được định hướng cho các giải pháp mới cho mạng backhaul di động thế hệ tiếp theo. Tổng quan về mạng backhaul di động 1. Mạng backhaul di động Mạng backhaul di động cung cấp kết nối giữa các phần tử mạng di động nằm ở trạm gốc đến vị trí mạng lõi. Về cơ bản, mạng backhaul di động truyền tải băng thông nội bộ và tín hiệu giữa các phần tử trong hệ thống di động.
Mạng backhaul di động có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mạng đầu cuối di động vì vậy việc tính toán các yếu tố thiết kế mạng di động để tối ưu hóa về tổng chi phí và hiệu năng đầu cuối cũng đóng vai trò rất quan trọng [17].1 chỉ ra được kiến trúc tổng thể của mạng backhaul di động, một mạng di động thường chứa hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn vị trí trạm gốc trong khi số lượng mạng lõi tại các vùng mạng nhỏ thay đổi từ 2 đến 10 trạm và lên đến hàng chục trạm tại vùng mạng lớn. Tuỳ thuộc vào khu vực địa lý và chiến lược kinh doanh của các nhà mạng, một số địa điểm trung gian sẽ tập trung các phần tử mạng di động (thường là BSCs, RNCs hoặc các gateway khác nhau) được gọi đơn giản là bộ điều khiển hoặc các gateway mạng. Cấu trúc mạng backhaul di động Hầu hết các mạng backhaul hiện tại đều phục vụ cho các thế hệ mạng di động khác nhau. Các mạng backhaul di động thường được xây dựng dựa trên công nghệ truyền dẫn TDM, hay chủ yếu dựa trên thiết bị truyền dẫn PDH và SDH/Sonet.
Hiện nay, các mạng backhaul di động được xây dựng hoặc nâng cấp có chứa công nghệ tiên tiến hơn, đặc biệt là ở lớp lõi và lớp tổng hợp. Sự gia tăng lưu lượng trong mạng di động cũng làm gia tăng việc truyền tải gói tin trong các mạng backhaul thế hệ trước. Vì vậy, việc chuyển đổi sang mạng backhaul di động sử dụng các công nghệ đóng gói mới sẽ trở nên cần thiết khi dữ liệu di động tăng lên. Đặc điểm của mạng backhaul di động Ø Khả năng truyền tải cao Hiện nay, nhu cầu nâng cấp dung lượng đã và đang thay đổi đáng kể.
Dữ liệu di động tăng nhanh và được ứng dụng chính trong nhiều mạng di động thế hệ khác. Tốc độ tăng trưởng của lưu lượng dữ liệu tăng nhanh, được hỗ trợ bởi dung lượng mạng di động với các công nghệ và thế hệ mạng mới, chẳng hạn như HSPA, HSPA + và LTE. 9 Càng ngày dung lượng mạng backhaul càng được sử dụng nhiều cho các dịch vụ về dữ liệu và video. Hiện nay, ta có thể thấy vai trò của máy tính xách tay và các loại thiết bị đầu cuối là rất lớn.
Vì vậy, việc triển khai mạng backhaul cho các dịch vụ dữ liệu của các thiết bị đầu cuối đóng một vai trò rất quan trọng nhờ khả năng truyền tải cao của mạng backhaul di động. Ø Nhiều mạng tế bào Để đáp ứng nhu cầu tăng nhanh của băng thông đặc biệt là trong trung tâm thành phố, các đô thị thương mại và các nơi sử dụng lưu lượng cao thì việc gia tăng số lượng các mạng tế bào đóng một vai trò rất cần thiết. Các mạng tế bào với khả năng sử dụng lưu lượng cao cần các liên kết truyền tải với cự ly ngắn và lưu lượng lớn, linh hoạt trong việc xây dựng mạng lưới trong các môi trường đô thị này. Ø Chi phí vận hành thấp Một trong những đặc điểm nổi bật tiếp theo của mạng backhaul di động đó là chi phí vận hành thấp và tối ưu hơn so với các mạng khác.
Trong các mạng backhaul di động, điều này đạt được bằng cách đơn giản hoá mạng và vận hành mạng một cách tự động. Ví dụ, tính tự phục hồi của mạng làm giảm nhu cầu về bảo trì nên có thể giảm thiểu chi phí bên cạnh việc cải thiện chất lượng dịch vụ. Đơn giản hoá mạng đòi hỏi giảm thiểu sử dụng các công nghệ khác nhau và khuyến khích việc sử dụng cùng công nghệ. Một số giải pháp trong việc phát triển mạng backhaul di động Việc thay đổi sang sử dụng mạng backhaul di động có một số ưu điểm đáng kể như tốc độ truyền dẫn nhanh và cao hơn đáng kể, giảm thiểu chi phí và được tối ưu hoá.
Ngoài ra, sự phát triển trong việc truyền dẫn cũng được thay đổi đáng kể trong các giải pháp backhaul di động. Vì vậy phát triển dịch vụ di động và tăng lưu lượng truy cập cần lưu ý một số vấn đề để đưa ra được các giải pháp như sau: 10 Ø Dự báo băng thông cần thiết để thiết kế mạng backhaul di động phù hợp Dự báo tổng băng thông di động là rất cần thiết, cũng như dự báo cho việc phân chia lưu lượng này thành các loại lưu lượng khác nhau. Vì đây là đầu vào cần thiết cho thiết kế chi phí của mạng lưới backhaul di động. Ø Phân phối lưu lượng truy cập vào các lớp Phân bổ lưu lượng các lớp với các yêu cầu khác nhau cũng rất quan trọng, vì các dịch vụ trong thời gian thực đòi hỏi dung lượng kết nối cao hơn so với các dịch vụ khác.
Trong khả năng phân phối mạng backhaul di động, chủ yếu cần ước tính về tỷ trọng hoặc khối lượng của các dịch vụ không tương thích từ đó đưa ra giải pháp phân phối lưu lượng truy cập cho phù hợp. Ø Phát triển mạng lưới backhaul di động Sự phát triển của dịch vụ di động thay đổi đáng kể lưu lượng được thực hiện qua mạng backhaul. Ngoài ra, những thay đổi mạng di động về kiến trúc có thể ảnh hưởng đến các nhiệm vụ và yêu cầu của mạng backhaul.