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

Tuy nhiên, vßi tính phß bi¿n ngày càng tng cÿa Internet di ßng và sÿ ra ßi cÿa các ÿng dÿng thông minh, sÿ bùng nß cÿa l±u l±ÿng sß lißu di ßng là mßt trong nhÿng thách thÿc mà m¿ng di ß

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

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

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

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.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 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

1 TÍNH C¾P THI¾T CþA LU¾N ÁN 1

2 MþC TIÊU, NHIÞM Vþ VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CþU 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 công nghß backhaul 11

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

1.2.1 Tßng quan vß m¿ng thông 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 công trình nghiên cÿu liên quan ¿n lu¿n án 23

1.3.1 Các công trình trong n±ßc 23

1.3.2 Các công trình nghiên cÿu n±ßc ngoài 24

1.3.2.1 Các nghiên cÿu vß ki¿n trúc và công 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

1.3.2.3 Các nghiên cÿu vß vißc sÿ dÿng các mô hình chuyßn ßi k¿t hÿp 29

1.4 ßnh h±ßng nghiên cÿu 32

1.5 Tßng k¿t ch±¡ng 1 33

CH¯¡NG 2: CÔNG NGHÞ TRUYÞN D¾N BACKHAUL LAI GHÉP FSO/MMW 34

2.1 Tßng quan vß hß thßng truyßn thông quang không 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 truyßn sóng milimet MMW 44

2.3.3 Mô hình kênh cÿa hß thßng 55

2.3.3.1 Mô hình kênh FSO 55

2.3.3.2 Mô 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 Tßng k¿t ch±¡ng 2 67

CH¯¡NG 3: CÁC GI¾I PHÁP TRUYÞN D¾N BACKHAUL LAI GHÉP DþA TRÊN M¾NG QUANG THþ ÞNG 68

3.1 ¿t v¿n ß 68

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 Tßng k¿t ch±¡ng 3 87

CH¯¡NG 4: GI¾I PHÁP TRUYÞN D¾N BACKHAUL LAI GHÉP WDM-PON/FSO 88

4.1 ¿t v¿n ß 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 quyßn 95

4.3 K¿t qu¿ phân tích hißu nng hß thßng 99

4.4 Tßng k¿t ch±¡ng 4 104

K¾T LU¾N 105

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HÞC Ã CÔNG BÞ 106

DANH MþC TÀI LIÞU THAM KH¾O 107

B¾NG THU¾T NGþ VI¾T T¾T

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¿ khoá dßch pha nhß

CoMP Coordinated Multi-Point

transmission and reception Truyßn và nh¿n a ißm

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

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 toàn c¿u GVD Group Velocity Dispersion Tán s¿c v¿n tßc nhóm

IMT International Mobile

Telecommunications Vißn thông di ßng qußc t¿ IoT Internet of Things Internet v¿n v¿t

IP Internet Protocol Giao thÿc Internet

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

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

Truyßn thông quang không 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

POTS Plain Old Telephone Service Dßch vÿ ißn tho¿i thông 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

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

RoF Radio over Fiber Truyßn sóng vô tuy¿n qua sÿi

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

SONET Synchronous Optical

T

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

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

�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

/. 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 công su¿t nhißu tính b¿ng dBm ho¿c MHz �㗄# Nhißu cÿa máy thu

�㗄9$: Công su¿t nhißu ASE

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

�㗄=> Công su¿t nhißu nßn �㗄0 Lßi công su¿t

�㗄#. Công 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 công 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 thußc thßi ti¿t tính b¿ng km-1

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

�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 dòng tín hißu �㗰,( Phu¡ng sai nháy sáng

�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 âm

DANH MþC CÁC HÌNH V¾

Hình 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 Mô hình hß thßng FSO 36

Hình 2 2 Các công nghß truyßn thông không dây [138] 37

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

Hình 2 4 Mô 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 = 10 dBm, 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 = 10 dBm và �㗃 = 2000 m&&&&&&&&&&&&& 66 Hình 3 1 Hß thßng truyßn d¿n di ßng tích hÿp giÿa không dây và sÿi quang [16] .69

Hình 3 2 C¿u trúc hß thßng truyßn 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

Hình 4 1 Mô hình hß thßng truyßn 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 công su¿t phát vßi �㗃:T#9 = �㗃G9 = 0 dB, M = 1 và �㗃#$% =

DANH MþC CÁC B¾NG

B¿ng 1 1 Công nghß Backhaul không dây 11 B¿ng 1 2 Công nghß Backhaul có dây 13

PH¾N MÞ ¾U

Trong nhÿng nm g¿n ây, nhu c¿u sÿ dÿng trong l)nh vÿc công nghß thông tin và truyßn thông (ICT) trên toàn c¿u ang tng lên mßt cách nhanh chóng Truyßn thông không dây là mßt trong nhÿng l)nh vÿc phát trißn nhanh nh¿t, quan trßng nh¿t trong chi¿n l±ÿc ICT hóa toàn c¿u, làm nßn t¿ng cho nhißu ngành công nghißp khác Báo cáo cÿa Hißp hßi di ßng Châu Âu EMO ã chß ra trong nm 2020, l)nh vÿc truyßn thông 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 công nghß không 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 công cÿa truyßn thông di ßng không dây ±ÿc ph¿n ánh bßi tßc ß ßi mßi công nghß nhanh chóng Tÿ th¿ hß thÿ hai (2G) hß thßng thông 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 không dây ã chuyßn ßi tÿ mßt hß thßng ißn tho¿i thu¿n túy thành mßt hß thßng có thß truyßn t¿i các nßi dung a ph±¡ng tißn phong phú Ti¿p ¿n, hß thßng không dây 4G ±ÿc thi¿t k¿ ß áp ÿng các yêu c¿u cÿa tß chÿc Vißn thông Di ßng Qußc t¿ (IMT-A) sÿ dÿng IP cho t¿t c¿ các dßch vÿ [79] Trong hß thßng m¿ng thông tin di ßng th¿ hß thÿ 4 (4G), giao dißn vô 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 công 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 thông 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 không thß áp ÿng ±ÿc 5G là th¿ hß ti¿p theo cÿa m¿ng truyßn thông di ßng 4G, sÿ dÿng các công 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

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

Trong thông tin di ßng, m¿ng backhaul óng vai trò 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 không dây là mßt gi¿i pháp

hÿa h¿n Các ph±¡ng thÿc truyßn d¿n quang, vô tuy¿n ßu có kh¿ nng truyßn d¿n tßc ß cao do ó áp ÿng ±ÿc yêu c¿u thÿ nh¿t Thách thÿc thÿ hai có thß gi¿i quy¿t thông qua vißc sÿ dÿng ßng thßi c¿ k¿t nßi có dây và không dây nh¿m tng c±ßng kh¿ nng b¿o vß và tính s¿n sàng cÿa m¿ng Cußi cùng, truyßn d¿n quang không 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 không 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 công nghß truyßn t¿i backhaul còn 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 truyßn sóng vô tuy¿n Còn 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

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 công 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 công 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 mô hình ki¿n trúc m¿ng backhaul di ßng th¿ hß ti¿p theo dÿa trên mô 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 mô hình m¿ng backhaul ã ±ÿc ß xu¿t thông 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 mô phßng kißm chÿng Cÿ thß là, dÿa trên nghiên cÿu lý thuy¿t ß ß xu¿t mô hình ki¿n trúc và các công nghß chÿ chßt cho m¿ng backhaul trong thông tin di ßng 5G Sÿ dÿng lý thuy¿t thông tin, lý thuy¿t xác su¿t và các công cÿ toán hßc ß xây dÿng mô hình gi¿i tích phÿc vÿ cho vißc tính toán và phân tích hißu nng cÿa m¿ng backhaul ß xu¿t trong ß tài này Tÿ ó, xây dÿng mô hình mô phßng và các ch±¡ng trình mô 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 mô 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, truyßn thông quang trong không gian tÿ do FSO và k¿t nßi vô 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 thông 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

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 xußng mang tính ßi xÿng, các k¿t qu¿ phân tích hißu nng ±ÿc thÿc hißn cho ±ßng xußng tÿ CS tßi BS Ngoài ra, vßi mÿc tiêu ÿng dÿng trong m¿ng truy nh¿p, cÿ ly truyßn d¿n ng¿n, công su¿t phát th¿p nên ¿nh h±ßng cÿa méo phi tuy¿n trong các thi¿t bß thu phát vô tuy¿n không ±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

truyßn d¿n lai ghép hai ch¿ng hai chißu k¿t hÿp giÿa truyßn thông quang trong không gian tÿ do FSO và truyßn thông 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 mô 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 công 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 cußi cÿa ch±¡ng, các công trình nghiên cÿu trong và ngoài n±ßc liên quan ¿n hß thßng truyßn 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

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 công 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 truyßn thông quang trong không gian tÿ do FSO và hß thßng truyßn sóng milimet MMW Tÿ ó ß xu¿t sÿ dÿng mã hóa m¿ng cho gi¿i pháp truyßn d¿n lai ghép hai ch¿ng hai chißu k¿t hÿp giÿa truyßn thông quang trong không gian tÿ do FSO và truyßn thông 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 quyßn 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 hoá m¿ng chuyßn ti¿p hai ch¿ng trong hß thßng k¿t hÿp FSO/RF Ngoài 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 chuyßn ti¿p sao cho có thß thu ±ÿc hißu nng tßt h¡n K¿t qu¿ cÿa nghiên cÿu ±ÿc

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

quang thÿ ßng, trình bày 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 PON, lai ghép PON/FSO và lai ghép WDM-PON/MMW Tr±ßc tiên, lu¿n án phát trißn các mô hình toán 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 không dây, tÿ lß chia tách, hß sß khu¿ch ¿i, tßc ß bit cing nh± các tham sß môi tr±ßng chính bao gßm sÿ suy hao do m±a và nhißu lo¿n khí quyßn

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

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

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 quyßn 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 công 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 qußc t¿ ISI [J2]

CH¯¡NG 1: TÞNG QUAN VÞ M¾NG BACKHAUL DI ÞNG

Tóm t¿t: M¿ng di ßng 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 không dây 5G là th¿ hß ti¿p theo cÿa m¿ng truyßn thông di ßng 4G, sÿ dÿng các công 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 thông 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 cußi di ßng vì v¿y vißc tính toán các y¿u tß thi¿t k¿ m¿ng di ßng ß tßi ±u hóa vß tßng chi phí và hißu nng ¿u cußi cing óng vai trò 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

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 công nghß truyßn 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 công 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 truyßn 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 công 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 công nghß và th¿ hß m¿ng mßi, ch¿ng h¿n nh± HSPA, HSPA + và LTE

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 trò 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 trò 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 ô 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 trò 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 môi tr±ßng ô 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 hoá 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 hoá m¿ng òi hßi gi¿m thißu sÿ dÿng các công nghß khác nhau và khuy¿n khích vißc sÿ dÿng cùng công 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 hoá Ngoài ra, sÿ phát trißn trong vißc truyßn 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:

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

Dÿ báo tßng bng thông 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 yêu c¿u khác nhau cing r¿t quan trßng, vì các dßch vÿ trong thßi gian thÿc òi 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 không 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 Ngoài 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 ô 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 Ngoài 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 toàn 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 phòng ±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 mô và m¿t ß cÿa m¿ng di ßng Chi phí b¿o trì phÿ thußc nhißu

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 soát và tßi ±u b¿ng cách:

1.1.4 Các công 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 không có s¿n ß các qußc gia châu Âu và các thi¿t bß thay th¿ sóng vi ba hißn thßi không 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 toàn 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 công nghß ci và mßi nh± [15][79][130] Công nghß backhaul bao gßm công nghß backhaul không dây và công nghß backhaul có dây Các công 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 Công nghß Backhaul không dây

B¿t kÿ công nghß backhaul nào cing ßu có thß ±ÿc trißn khai trong các mô hình liên k¿t khác nhau Ví dÿ: liên k¿t ißm tßi ißm (PtP) có thß ±ÿc g¿n trong các m¿ng chußi, cây, vòng 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 Công nghß Backhaul có dây

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 thông tin di ßng 5G

5G là th¿ hß m¿ng ti¿p theo cÿa m¿ng truyßn thông 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 toàn c¿nh hoàn toàn mßi vß các dßch vÿ di ßng Theo thông 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 mô 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 truyßn i trong kho¿ng

cách xa do sóng t¿n sß cao [109]

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 mô 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 Công nghß này còn 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 truyßn lên và xußng, do ó tng g¿p ôi 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

Không gißng nh± các th¿ hß di ßng hißn nay, 5G là k¿t hÿp cÿa sÿ phát trißn các công nghß hißn t¿i vßi các công nghß ßt phá, có ¿nh h±ßng ¿n t¿t c¿ các ph¿n cÿa m¿ng M¿ng backhaul 5G cing là mßt cußc cách m¿ng hóa các ph±¡ng pháp ti¿p c¿n truyßn thßng ßi vßi thi¿t k¿ m¿ng Do ó, các thách thÿc trong quá 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 soát ch¿t ch¿

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 toàn vùng phÿ sóng [75]

Ø Kênh ¡n cho c¿ ±ßng lên và ±ßng xußng: Sóng vô tuy¿n không dây ß ch¿

ß song công hoàn toàn chß sÿ dÿng mßt kênh duy nh¿t ß truyßn và nh¿n tín hißu ß thßi gian và t¿n sß gißng hßt nhau Do ó, mßt hß thßng song công hoàn toàn ¿t ±ÿc hißu nng nh± nhau trên c¿ ±ßng lên và ±ßng xußng, vì v¿y giúp cho vißc tng dung l±ÿng ±ßng truyßn, ti¿t kißm phß và chi phí Tuy nhiên, vißc trißn khai các hß thßng song công hoàn toàn không hß ¡n gi¿n vì hißn nay sóng vô 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 truyßn thông không dây Do sß l±ÿng ngày càng tng cÿa các thi¿t bß ¿u cußi, các công nghß cing nh± các ÿng dÿng (nh± HetNets, CRNs, song công hoàn toàn và k¿t nßi D2D), nhißu cing s¿ tng lên trong m¿ng 5G và các công nghß tiên ti¿n nh¿t có thß không ho¿t ßng tßt trong các m¿ng di ßng th¿ hß sau [86] Trong m¿ng 5G, các bi¿t thß cußi 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 soát ±ÿc công su¿t, liên k¿t giÿa các t¿ bào và cân b¿ng t¿i

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

thÿ 70% - 80% tßng công su¿t [19][49] Các công nghß không 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 môi tr±ßng [22] Do ó, yêu c¿u ¿t ra c¿n ph¿i phát trißn các hß thßng thông tin liên l¿c ti¿t kißm nng l±ÿng, ph¿n cÿng và các công nghß ß ¿m b¿o tß lß giÿa thông l±ÿng m¿ng và mÿc tiêu thÿ nng l±ÿng ß mÿc cân b¿ng

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 mô lßn mà không làm tng chi phí c¡ sß h¿ t¿ng vì nó yêu c¿u các công nghß có k¿t nßi nhanh, chuyßn giao nhanh và tßc ß truyßn dÿ lißu cao

Ø Tßi ±u hoá 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 toán chung cho m¿ng 5G ß tßi ±u nhÿng hoá 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 truyßn

thông 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 chuyßn giao: Các UE không dây 5G ±ÿc dùng ß duy trì k¿t nßi

dßch vÿ ho¿t ßng khi di chuyßn th±ßng xuyên tÿ ô này sang ô 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 không dây không 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 công nh± m¿o danh, tÿ chßi dßch vÿ (DoS), phát l¿i, nghe lén, trung gian và tÿ chßi các cußc t¿n công Ngoài ra, vißc truyßn mßt khßi l±ÿng dÿ lißu khßng lß mßt cách an toàn và vßi tßc ß cao là r¿t quan trßng, ßng thßi ngn