Luận án nghiên cứu công nghệ truyền dẫn lai ghép FSO, MMW và sợi quang ứng dụng trong mạng backhaul di động

• Tác giả: Phạm Vũ 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 kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN
• 1.2. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.4. CÁC ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN
• 1.5. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BACKHAUL DI ĐỘNG
• 2.1. Tổng quan về mạng backhaul di động
• 2.2. Mạng backhaul di động
• 2.3. Đặc điểm của mạng backhaul di động
• 2.4. Một số giải pháp trong việc phát triển mạng backhaul di động
• 2.5. Các công nghệ backhaul
• 2.6. Các yêu cầu, thách thức của mạng backhaul thế hệ tiếp theo (5G)
• 2.7. Tổng quan về mạng thông tin di động 5G
• 2.8. Thách thức của mạng backhaul 5G
• 2.9. Một số nghiên cứu mới về mạng Backhaul 5G
• 2.10. Các công trình nghiên cứu liên quan đến luận án
• 2.10.1. Các công trình trong nước
• 2.10.2. Các công trình nghiên cứu nước ngoài
• 2.11. Các nghiên cứu về kiến trúc và công nghệ mạng backhaul lai ghép
• 2.11.1. Các nghiên cứu về kiến trúc sử dụng nút chuyển tiếp
• 2.11.2. Các nghiên cứu về việc sử dụng các mô hình chuyển đổi kết hợp
• 2.12. Định hướng nghiên cứu
• 2.13. Tổng kết chương 1
• 3. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP FSO/MMW
• 3.1. Tổng quan về hệ thống truyền thông quang không dây FSO
• 3.2. Giới thiệu về FSO
• 3.3. Ưu điểm của FSO
• 3.4. Hạn chế của FSO
• 3.5. Thách thức đối với FSO
• 3.6. Tổng quan về hệ thống truyền sóng milimet MMW
• 3.7. Giới thiệu về MMW
• 3.8. Ưu điểm của MMW
• 3.9. Hạn chế của MMW
• 3.10. Thách thức đối với MMW
• 3.11. Giải pháp truyền dẫn lai ghép FSO/MMW
• 3.12. Hệ thống truyền dẫn hai chặng hai chiều kết hợp FSO/RF sử dụng mã hoá mạng
• 3.13. Mô hình kênh của hệ thống
• 3.13.1. Mô hình kênh FSO
• 3.13.2. Mô hình kênh RF
• 3.14. Phân tích hiệu năng của hệ thống
• 3.15. Kết quả phân tích hiệu năng của hệ thống
• 3.16. Tổng kết chương 2
• 4. CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP DỰA TRÊN MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG
• 4.1. Cấu trúc truyền dẫn dựa trên WDM-PON
• 4.2. Phân tích hiệu năng của hệ thống
• 4.3. Hệ thống truyền dẫn backhaul WDM-PON
• 4.4. Hệ thống truyền dẫn backhaul lai ghép WDM-PON/FSO
• 4.5. Hệ thống truyền dẫn backhaul lai ghép WDM-PON/RF
• 4.6. Kết quả phân tích hiệu năng của hệ thống
• 4.7. Tổng kết chương 3
• 5. CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN BACKHAUL LAI GHÉP WDM-PON/FSO
• 5.1. Hệ thống truyền dẫn backhaul lai ghép OF/FSO qua WDM-PON
• 5.2. Phân tích hiệu năng của hệ thống
• 5.3. FWM trong sợi quang
• 5.4. Kênh khí quyển
• 5.5. Kết quả phân tích hiệu năng hệ thống
• 5.6. Tổng kết chương 4
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về mạng backhaul di động

Luận án tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ truyền dẫn lai ghép giữa FSO, MMW và sợi quang cho mạng backhaul di động. Mạng backhaul đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các trạm thu phát gốc với mạng lõi, đặc biệt trong bối cảnh phát triển của mạng 5G. Các yêu cầu chính của mạng backhaul thế hệ tiếp theo bao gồm khả năng mở rộng, hiệu quả chi phí, độ tin cậy cao và tiết kiệm năng lượng. Công nghệ truyền dẫn lai ghép được xem là giải pháp tối ưu để đáp ứng các yêu cầu này, kết hợp ưu điểm của truyền dẫn quang và truyền dẫn không dây.

1.1. Đặc điểm của mạng backhaul di động

Mạng backhaul di động đòi hỏi tốc độ truyền tải cao, độ tin cậy mạng và khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Công nghệ mạng hiện đại như FSO và MMW được nghiên cứu để cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. FSO (Free-Space Optical) là công nghệ truyền dẫn quang không dây, trong khi MMW (Millimeter Wave) là công nghệ truyền dẫn sóng milimet, cả hai đều có khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao.

1.2. Thách thức của mạng backhaul 5G

Mạng backhaul 5G đối mặt với nhiều thách thức như yêu cầu về tốc độ truyền tải, độ tin cậy mạng và hiệu quả năng lượng. Công nghệ truyền dẫn lai ghép giữa FSO, MMW và sợi quang được đề xuất để giải quyết các vấn đề này. FSO và MMW có khả năng bổ sung lẫn nhau, giúp tăng cường độ tin cậy mạng và khả năng hoạt động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

II. Công nghệ truyền dẫn lai ghép FSO MMW

Luận án đi sâu vào nghiên cứu công nghệ truyền dẫn lai ghép giữa FSO và MMW. FSO là công nghệ truyền dẫn quang không dây, sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu qua không gian tự do. MMW là công nghệ truyền dẫn sóng milimet, hoạt động ở tần số cao, cho phép truyền tải dữ liệu tốc độ cao. Sự kết hợp giữa hai công nghệ này mang lại hiệu quả cao trong việc tăng cường tốc độ truyền tải và độ tin cậy mạng.

2.1. Ưu điểm và hạn chế của FSO

FSO có ưu điểm là tốc độ truyền tải cao, chi phí thấp và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ. Tuy nhiên, FSO bị hạn chế bởi điều kiện thời tiết như sương mù, mưa lớn, làm giảm độ tin cậy mạng. Để khắc phục, FSO thường được kết hợp với MMW, công nghệ có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện thời tiết xấu.

2.2. Ưu điểm và hạn chế của MMW

MMW có khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao và ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết. Tuy nhiên, MMW có phạm vi truyền dẫn hạn chế và dễ bị suy hao khi truyền qua vật cản. Sự kết hợp giữa FSO và MMW giúp tận dụng ưu điểm của cả hai công nghệ, tăng cường tốc độ truyền tải và độ tin cậy mạng.

III. Giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép dựa trên mạng quang thụ động

Luận án đề xuất giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép dựa trên mạng quang thụ động (PON). PON là công nghệ truyền dẫn quang hiệu quả, cho phép kết nối nhiều điểm với chi phí thấp. Kết hợp PON với FSO và MMW tạo ra hệ thống truyền dẫn backhaul linh hoạt và hiệu quả, đáp ứng yêu cầu của mạng 5G.

3.1. Cấu trúc truyền dẫn dựa trên WDM PON

WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network) là công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng, cho phép truyền tải nhiều kênh dữ liệu trên cùng một sợi quang. Kết hợp WDM-PON với FSO và MMW giúp tăng cường tốc độ truyền tải và độ tin cậy mạng, đồng thời giảm chi phí triển khai.

3.2. Hiệu năng của hệ thống truyền dẫn lai ghép

Hệ thống truyền dẫn lai ghép WDM-PON/FSO và WDM-PON/MMW được đánh giá về hiệu năng thông qua các thông số như tốc độ truyền tải, độ tin cậy mạng và khả năng hoạt động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Kết quả cho thấy hệ thống này đáp ứng tốt các yêu cầu của mạng backhaul di động thế hệ tiếp theo.

IV. Giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép WDM PON FSO

Luận án đề xuất giải pháp truyền dẫn backhaul lai ghép WDM-PON/FSO, kết hợp WDM-PON với FSO để tăng cường tốc độ truyền tải và độ tin cậy mạng. FSO được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu qua không gian tự do, trong khi WDM-PON đảm bảo kết nối quang hiệu quả giữa các điểm.

4.1. Mô hình hệ thống truyền dẫn OF FSO

Hệ thống truyền dẫn OF/FSO (Optical Fiber/Free-Space Optical) được nghiên cứu để kết hợp sợi quang với FSO. Sợi quang đảm bảo truyền dẫn ổn định trong môi trường có dây, trong khi FSO bổ sung khả năng truyền dẫn không dây, tăng cường độ tin cậy mạng và khả năng mở rộng.

4.2. Phân tích hiệu năng hệ thống

Hệ thống truyền dẫn WDM-PON/FSO được đánh giá về hiệu năng thông qua các thông số như tốc độ truyền tải, độ tin cậy mạng và khả năng hoạt động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Kết quả cho thấy hệ thống này đáp ứng tốt các yêu cầu của mạng backhaul di động thế hệ tiếp theo, đặc biệt trong việc tối ưu hóa công nghệ mạng và giải pháp mạng.