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
TÍNH CắP THIắT CỵA LUắN ÁN
Trong nhÿng nm g¿n õy, nhu c¿u sÿ dÿng trong l)nh vÿc cụng nghò thụng tin và truyòn thụng (ICT) trờn toàn c¿u ang tng lờn mòt cỏch nhanh chúng Truyòn thụng khụng dõy là mòt trong nhÿng l)nh vÿc phỏt triòn nhanh nh¿t, quan tròng nh¿t trong chi¿n l±ÿc ICT húa toàn c¿u, làm nòn t¿ng cho nhiòu ngành cụng nghiòp khỏc Bỏo cỏo cÿa Hiòp hòi di òng Chõu Âu EMO ó chò ra trong nm 2020, l)nh vÿc truyòn thụng di òng cú tòng doanh thu là 174 tÿ Euro v±ÿt qua c¿ ngành hàng khụng vi trÿ và d±ÿc ph¿m [79] Sÿ phỏt triòn cÿa cụng nghò khụng dõy ó c¿i thiòn ỏng kò kh¿ nng giao ti¿p cÿa con ng±òi trong mòi l)nh vÿc òi sòng xó hòi
Sÿ thành cụng cÿa truyòn thụng di òng khụng dõy ±ÿc ph¿n ỏnh bòi tòc ò òi mòi cụng nghò nhanh chúng Tÿ th¿ hò thÿ hai (2G) hò thòng thụng tin di òng ra m¿t vào nm 1991, hò thòng 3G ra m¿t l¿n ¿u tiờn vào nm 2001, m¿ng di òng khụng dõy ó chuyòn òi tÿ mòt hò thòng iòn tho¿i thu¿n tỳy thành mòt hò thòng cú thò truyòn t¿i cỏc nòi dung a ph±Ăng tiòn phong phỳ Ti¿p ¿n, hò thòng khụng dõy 4G ±ÿc thi¿t k¿ ò ỏp ÿng cỏc yờu c¿u cÿa tò chÿc Viòn thụng Di òng Quòc t¿ (IMT-A) sÿ dÿng IP cho t¿t c¿ cỏc dòch vÿ [79] Trong hò thòng m¿ng thụng tin di òng th¿ hò thÿ 4 (4G), giao diòn vụ tuy¿n tiờn ti¿n ±ÿc sÿ dÿng vòi ghộp kờnh phõn chia theo t¿n sò trÿc giao (OFDM), a ¿u ra a ¿u vào (MIMO) và cỏc cụng nghò khác
Nh± ta cú thò th¿y, m¿ng 4G ó ±ÿc triòn khai ò nhiòu n±òc trờn th¿ giòi Tuy nhiờn, vòi tớnh phò bi¿n ngày càng tng cÿa Internet di òng và sÿ ra òi cÿa cỏc ÿng dÿng thụng minh, sÿ bựng nò cÿa l±u l±ÿng sò liòu di òng là mòt trong nhÿng thỏch thÿc mà m¿ng di òng 4G khụng thò ỏp ÿng ±ÿc 5G là th¿ hò ti¿p theo cÿa m¿ng truyòn thụng di òng 4G, sÿ dÿng cỏc cụng nghò m¿ng tiờn ti¿n ò cung c¿p k¿t nòi di òng nõng cao So vòi m¿ng 4G, m¿ng 5G dÿ ki¿n s¿ ¿t g¿p 1000 l¿n dung l±ÿng hò thòng, g¿p 10 l¿n hiòu su¿t phò, hiòu qu¿ nng l±ÿng, tòc ò dÿ liòu và g¿p 25 l¿n thụng l±ÿng m¿ng t¿ bào trung bỡnh [17] Chớnh vỡ v¿y, nhÿng nghiờn cÿu vò m¿ng thụng tin di òng 5G ó ±ÿc khòi òng nh¿m mÿc tiờu cú thò triòn khai m¿ng thụng tin di òng 5G tÿ sau nm 2020
Trong thụng tin di òng, m¿ng backhaul úng vai trũ cung c¿p k¿t nòi giÿa cỏc tr¿m thu phỏt gòc và m¿ng lừi Mòt trong cỏc yờu c¿u quan tròng vòi m¿ng backhaul di òng th¿ hò ti¿p theo là truyòn t¿i mòt khòi l±ÿng khòng lò l±u l±ÿng dÿ liòu tÿ cỏc thi¿t bò di òng tòi m¿ng lừi và ng±ÿc l¿i K¿t qu¿ là cú ba yờu c¿u, thỏch thÿc ¿t ra òi vòi m¿ng backhaul di òng th¿ hò ti¿p theo: (1) m¿ng c¿n cú kh¿ nng mò ròng, chi phớ hiòu qu¿, òng thòi v¿n ¿m b¿o yờu c¿u vò dung l±ÿng và ch¿t l±ÿng dòch vÿ; (2) m¿ng backhaul c¿n cú kh¿ nng hòi phÿc ò ¿m b¿o ho¿t òng trong nhiòu iòu kiòn thòi ti¿t khỏc nhau, õy cing là yờu c¿u quan tròng nh¿m ¿m b¿o ch¿t l±ÿng tr¿i nghiòm cÿa ng±òi dựng; (3) m¿ng c¿n ¿m b¿o hiòu qu¿ sÿ dÿng nng l±ÿng, õy là mòt v¿n ò quan tròng trong cỏc m¿ng backhaul cÿ lòn ò v±ÿt qua cỏc thỏch thÿc và ỏp ÿng cỏc yờu c¿u ó ¿t ra ò trờn, m¿ng backhaul lai ghộp sÿ dÿng c¿ k¿t nòi sÿi quang, k¿t nòi khụng dõy là mòt gi¿i phỏp hÿa h¿n Cỏc ph±Ăng thÿc truyòn d¿n quang, vụ tuy¿n òu cú kh¿ nng truyòn d¿n tòc ò cao do ú ỏp ÿng ±ÿc yờu c¿u thÿ nh¿t Thỏch thÿc thÿ hai cú thò gi¿i quy¿t thụng qua viòc sÿ dÿng òng thòi c¿ k¿t nòi cú dõy và khụng dõy nh¿m tng c±òng kh¿ nng b¿o vò và tớnh s¿n sàng cÿa m¿ng Cuòi cựng, truyòn d¿n quang khụng dõy cÿ thò là FSO là mòt ph±Ăng thÿc truyòn d¿n r¿t hiòu qu¿ vò nng l±ÿng và chi phớ giỳp ¿m b¿o yờu c¿u thÿ ba Viòc sÿ dÿng òng thòi c¿ ba ph±Ăng thÿc truyòn d¿n trong m¿ng backhaul cing em l¿i nhÿng ±u iòm nòi b¿t mà viòc sÿ dÿng riờng l¿ tÿng ph±¡ng pháp không có ±ÿc
Theo nh± tỡm hiòu, ò Viòt Nam, sò l±ÿng cỏc k¿t qu¿ nghiờn cÿu vò cỏc v¿n ò liờn quan ¿n m¿ng và cỏc cụng nghò truyòn t¿i backhaul cũn h¿n ch¿ Mòt sò nghiờn cÿu iòn hỡnh nh± [66][106][108][117][141] t¿p trung chÿ y¿u vò phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng truyòn súng vụ tuy¿n Cũn t¿i cỏc n±òc phỏt triòn, nghiờn cÿu vò m¿ng backhaul th¿ hò ti¿p theo ang ±ÿc ti¿n hành nghiờn cÿu r¿t tớch cÿc nh± [17][20][72][113] So vòi cỏc nghiờn cÿu mà cỏc nhà khoa hòc cÿa cỏc n±òc tiờn ti¿n ang ti¿n hành vò m¿ng backhaul, mÿc ò c¿p nh¿t cÿa cỏc nghiờn cÿu trong n±òc ch±a cao, ¿c biòt t¿p trung vào nghiờn cÿu cỏc cụng nghò cho m¿ng backhaul di òng th¿ hò ti¿p theo Xu¿t phỏt tÿ nhÿng phõn tớch trờn, nghiờn cÿu sinh ó quy¿t ònh chòn ò tài: 1 ms) Ki¿n trỳc ±ÿc ò xu¿t khỏ linh ho¿t, cú thò mò ròng, nõng c¿p và bò sung dò dàng ¯u iòm cÿa gi¿i phỏp trong bng t¿n milimet MMW chÿ y¿u xu¿t phỏt tÿ viòc tỏi sÿ dÿng ph¿n cÿng và phò, do ú, tòi a húa viòc sÿ dÿng tài nguyờn và gi¿m CapEX Viòc triòn khai truyòn thụng RF t¿i bng t¿n milimet MMW trong HetNets cing ±ÿc nghiờn cÿu trong [19] Mòt bài bỏo g¿n õy [139] cing ó xem xột nhÿng thỏch thÿc trong viòc k¿t hÿp cỏc cụng nghò MIMO và MMW trong m¿ng 5G ò cung c¿p cỏc gi¿i phỏp quan tròng nh¿m gi¿i quy¿t nhiòu thỏch thÿc kÿ thu¿t cÿa m¿ng l±òi 5G trong t±Ăng lai
K¿t nòi khụng dõy là gi¿i phỏp cú thò l¿p ¿y cỏc kho¿ng tròng thi¿u hÿt cÿa liờn k¿t cỏp quang trong m¿ng truyòn d¿n 5G Backhaul trong bng t¿n r¿t hÿa h¿n vỡ nú khụng yờu c¿u ¿u t± bò sung ho¿c gi¿y phộp phò, nh±ng cing cú thò khụng ỏp ÿng nhu c¿u bng thụng trong nhiòu tr±òng hÿp Súng vi ba vòi k¿t nòi iòm 3 a iòm ±ÿc h±òng lÿi tÿ hiòu nng phò cao vỡ nú ±ÿc chia s¿ bòi nhiòu m¿ng t¿ bào nhò; tuy nhiờn cú thò d¿n ¿n tỡnh tr¿ng thi¿u bng thụng khi l±u l±ÿng truy c¿p òng thòi t¿i thòi gian cao iòm, truyòn thụng RF t¿i bng t¿n milimet MMW yờu c¿u chi phớ c¿p phộp tòi thiòu cú bng thụng ròng nh±ng dò bò ¿nh h±òng bòi hiòn t±ÿng shadowing khi¿n nú bò tờ liòt trong mòt sò tr±òng hÿp HĂn nÿa, sÿ lan truyòn súng milimet bò h¿n ch¿ và dò bò ¿nh h±òng bòi iòu kiòn thòi ti¿t; tuy nhiờn nhÿng ti¿n bò cÿa MIMO lòn cú thò gi¿i quy¿t ±ÿc cỏc v¿n ò này
Hiòn nay, cú khỏ nhiòu h±òng nghiờn cÿu liờn quan ¿n m¿ng backhaul 5G ò gi¿i quy¿t cỏc bài toỏn liờn quan ¿n thỏch thÿc cÿa m¿ng backhaul 5G, mòt sò h±òng nghiờn cÿu ó ±ÿc cỏc tỏc gi¿ ±a ra cÿ thò và chi ti¿t trong cỏc bài bỏo
Wang và cỏc tỏc gi¿ [22] ó thÿc hiòn mòt thớ nghiòm tỏch súng cho tÿng ng±òi dựng trong nhà và ngoài tròi sÿ dÿng m¿ng ụ nhò trờn tàu ho¿c xe bus Nhúm tỏc gi¿ ó ò xu¿t sÿ dÿng mòt m¿ng di òng t¿ bào nhò n¿m trong cỏc ph±Ăng tiòn, cho phộp cỏc thi¿t bò ng±òi dựng bờn trong cú thò liờn l¿c vòi nhau Trong khi cỏc m¿ng ng ten lòn n¿m ngoài cỏc ph±Ăng tiòn cú thò liờn l¿c b¿ng tr¿m gòc macrocell MBS Hay nh± trong [99], ki¿n trỳc hai t¿ng ±ÿc triòn khai trong quỏ trỡnh tng m¿t ò m¿ng õy là sÿ k¿t hÿp giÿa m¿t ò khụng gian (tng sò l±ÿng ng ten trờn mòi thi¿t bò ng±òi dựng và MBS, òng thòi tng m¿t ò BS) và tòng hÿp phò (sÿ dÿng d¿i t¿n sò cao hĂn > 3 Ghz) Viòc mò ròng ph¿m vi ụ ±ÿc thÿc hiòn ò ỏp ÿng nhiòu thi¿t bò ng±òi dựng hĂn HĂn nÿa, cỏc tr¿m gòc ụ nhò SBS ±ÿc triòn khai trong vn phũng ho¿c trong nhà cing cú thò sÿ dÿng ò phÿc vÿ cho ng±òi dựng ngoài tròi Cỏch ti¿p c¿n này ±ÿc gòi là dòch vÿ ng±òi dựng tÿ trong nhà ¿n ngoài tròi [99]
Hò thòng mMIMO hay cũn ±ÿc gòi là hò thòng ng-ten quy mụ lòn [31][162]
Hò thòng mMIMO sÿ dÿng m¿ng chÿa hàng trm ng-ten t¿i MBS ò phÿc vÿ òng thòi nhiòu thi¿t bò ng±òi dựng vòi duy nh¿t mòt ng-ten ò cựng thòi iòm và t¿n sò giòng nhau, do ú th±òng cỏc thi¿t bò cú giỏ thành cao s¿ ±ÿc g¿n trờn MBS [83]
Hò thòng mMIMO giỳp gi¿m ò trò và nng l±ÿng, Ăn gi¿n húa lòp MAC, òng thòi cú kh¿ nng chÿ òng chòng gõy nhiòu cing nh± tng dung l±ÿng nhò ghộp kờnh không gian
Mòt h±òng nghiờn cÿu khỏc cing ±ÿc cỏc tỏc gi¿ ±a ra là gi¿m t¿i m¿ng b¿ng k¿t nòi D2D [10][85][90] Giao ti¿p D2D ó mang l¿i ò tin c¿y liờn k¿t giÿa cỏc thi¿t bò ng±òi dựng, tòc ò dÿ liòu cao hĂn tòi cỏc thi¿t bò ng±òi dựng Nú giỳp cho viòc dò dàng chia s¿ cỏc tòp ngang hàng, dòch vÿ tho¿i cÿc bò, truyòn phỏt video cÿc bò, chĂi trũ chĂi trÿc tuy¿n cÿc bò, hiòu qu¿ quang phò ±ÿc c¿i thiòn, gi¿m mÿc tiờu thÿ iòn nng cÿa cỏc thi¿t bò ng±òi dựng và gi¿m t¿i l±u l±ÿng tÿ MBS
Cỏc tỏc gi¿ trong [51][150] cing ó ±a ra cỏc ò xu¿t tòi ±u m¿ng backhaul Cỏc tỏc gi¿ trong [51] ±a ra ki¿n trỳc dÿa trờn cỏch ti¿p c¿n PTMP khụng dõy ò tòi ±u m¿ng backhaul Cũn Ni và cỏc tỏc gi¿ [150] ó ò xu¿t mòt ki¿n trỳc ±òng trÿc t±¡ng thích dÿa trên ph±¡ng pháp ti¿p c¿n PTP không dây và song công phân chia t¿n sò cho cỏc kờnh ±òng lờn và ±òng xuòng
Mòt trong nhÿng h±òng nghiờn cÿu ±ÿc ±a ra trong viòc tng dung l±ÿng và mò ròng dung l±ÿng m¿ng 5G là sÿ dÿng NFV và ki¿n trỳc dÿa trờn SDN [75][112][146][152] NFV [11] thÿc hiòn cỏc chÿc nng m¿ng nh± chuyòn òi òa chò m¿ng, t±òng lÿa, phỏt hiòn xõm nh¿p, dòch vÿ tờn miòn, qu¿n lý t¿i l±u l±ÿng và l±u vào bò nhò òm thụng qua ph¿n mòm ch¿y trờn mỏy chÿ Do ú, NFV giỳp gi¿m gỏnh n¿ng vò chi phớ cho cỏc nhà khai thỏc m¿ng b¿ng cỏch khụng c¿p nh¿t mỏy chÿ/ph¿n cÿng chuyờn dÿng Bờn c¿nh ú, C-RANs tớch hÿp c¿ SDN và NFV ò ỏp ÿng cỏc yờu c¿u vò kh¿ nng mò ròng và tớnh linh ho¿t trong cỏc m¿ng di òng trong t±¡ng lai [124]
Các công trình nghiên cÿu liên quan ¿n lu¿n án
1.3.1 Cỏc cụng trỡnh trong n±òc ị Viòt Nam, theo nh± tỡm hiòu, sò l±ÿng cỏc k¿t qu¿ nghiờn cÿu vò cỏc v¿n ò liờn quan ¿n m¿ng và cỏc cụng nghò truyòn t¿i backhaul cũn h¿n ch¿ Mòt vài nghiờn cÿu iòn hỡnh ti¿n hành theo h±òng nghiờn cÿu cÿa ò tài nh± Nghiờn cÿu phõn tớch hiòu nng hò thòng truyòn súng vụ tuy¿n qua sÿi quang (RoF) [108] ±ÿc thÿc hiòn bòi nhúm nghiờn cÿu thuòc ¿i hòc Bỏch khoa à N¿ng Nh± ó ±ÿc ò c¿p ò trờn, RoF là mòt trong nhÿng kÿ thu¿t ±ÿc sÿ dÿng trong m¿ng backhaul ò truyòn t¿i tớn hiòu t¿i t¿n sò vụ tuy¿n giÿa tr¿m trung tõm và cỏc tr¿m thu phỏt vụ tuy¿n ò xa Trong
[108], cỏc tỏc gi¿ ó kh¿o sỏt hiòu nng cÿa hò thòng RoF vòi cỏc ph±Ăng phỏp iòu ch¿ khỏc nhau k¿t hÿp vòi bò thu quang coherent và bò khu¿ch ¿i quang EDFA
Cỏc nghiờn cÿu vò hiòu nng và ÿng dÿng cÿa hò thòng FSO ó và ang ±ÿc thÿc hiòn bòi mòt sò nhúm nghiờn cÿu nh± Viòn khoa hòc kÿ thu¿t b±u iòn [117], ¿i hòc Bỏch khoa à N¿ng [107], ¿i hòc Bỏch Khoa Hà Nòi và nhúm nghiờn cÿu cÿa chÿ nhiòm ò tài thuòc Hòc viòn Cụng nghò B±u chớnh Viòn thụng [66,106] Tuy nhiờn, nhÿng nghiờn cÿu vò cụng nghò FSO t¿i Viòt Nam ch±a xột ¿n ÿng dÿng cÿa cụng nghò này trong m¿ng backhaul cing nh± sÿ k¿t hÿp cÿa cụng nghò FSO vòi cỏc cụng nghò truyòn d¿n khỏc
1.3.2 Cỏc cụng trỡnh nghiờn cÿu n±òc ngoài
Trong nhÿng nm g¿n õy, nghiờn cÿu vò m¿ng backhaul di òng th¿ hò ti¿p theo ang ±ÿc ti¿n hành r¿t tích cÿc Thách thÿc ¿u tiên trong thi¿t k¿ m¿ng backhaul di òng chớnh là yờu c¿u cỏc m¿ng cú kh¿ nng mò ròng và ti¿t kiòm chi phớ, k¿t nòi mòt sò l±ÿng lòn cỏc t¿ bào ¿n ho¿c tÿ m¿ng di òng trung tõm, òng thòi ¿m b¿o vò dung l±ÿng và ch¿t l±ÿng dòch vÿ Thỏch thÿc thÿ hai là kh¿ nng phÿc hòi cÿa cỏc m¿ng backhaul ò òi phú vòi cỏc iòu kiòn thòi ti¿t khỏc nhau tÿ ú ¿m b¿o tòt tr¿i nghiòm ng±òi dựng Cuòi cựng, hiòu qu¿ nng l±ÿng cing là mòt v¿n ò quan tròng trong cỏc m¿ng l±òi backhaul quy mụ lòn ò ỏp ÿng nhÿng thỏch thÿc này, m¿ng backhaul lai ghộp sÿ dÿng c¿ liờn k¿t khụng dõy và sÿi quang là mòt gi¿i phỏp ti¿t kiòm nng l±ÿng và hiòu qu¿ ò hò trÿ l±u l±ÿng backhaul khòng lò
[40] Nhiòu ò xu¿t thi¿t k¿ ki¿n trỳc cỏc m¿ng backhaul lai ghộp ó ±ÿc ±a ra
1.3.2.1 Cỏc nghiờn cÿu vò ki¿n trỳc và cụng nghò m¿ng backhaul lai ghộp
Mòt sò k¿t hÿp giÿa truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO và truyòn thụng RF cho cỏc ÿng dÿng khụng dõy khỏc nhau ó ±ÿc ò xu¿t trong [34] Sau ý t±òng cÿa viòc k¿t hÿp giÿa RF và súng quang là sÿ bò sung cÿa cỏc cụng nghò trong cỏc iòu kiòn thòi ti¿t khỏc nhau M±a là nguyờn nhõn chớnh gõy suy hao trong liờn k¿t RF, trong khi s±Ăng mự là nguyờn nhõn quan tròng nh¿t gõy suy hao trong liờn k¿t FSO Hiòn nay, truyòn thụng RF t¿i bng t¿n milimet MMW ó trò thành mòt gi¿i phỏp kh¿ thi trong hò thòng lai ghộp FSO/RF do cụng nghò MMW cú thò cung c¿p tòc ò dÿ liòu cao t±Ăng tÿ nh± FSO Ngoài ra, d¿i t¿n MMW (70/80 GHz) trò nờn ¿c biòt h¿p d¿n òi vòi truyòn thụng t¿m xa vỡ cỏc d¿i này cú mÿc h¿p thÿ khớ quyòn
O 2 và H 2 O r¿t th¿p [33] Do ú, khi liờn k¿t FSO bò lòi, MMW cú thò cung c¿p cỏc yờu c¿u vò thụng l±ÿng t±Ăng ±Ăng nhau trong quỏ trỡnh truyòn dÿ liòu Cỏc hò thòng thụng th±òng chò sÿ dÿng MMW vòi mÿc ớch dÿ phũng khi kờnh FSO bò lòi HĂn nÿa, viòc chuyòn òi giÿa hai liờn k¿t phÿ thuòc vào sÿ thay òi trong iòu kiòn kờnh vỡ v¿y d¿n ¿n viòc sÿ dÿng tài nguyờn m¿ng khụng hiòu qu¿ Do ú, õy là mòt gi¿i phỏp h¿p d¿n cho k¿t nòi khụng dõy tòc ò cao, khi c¿ liờn k¿t FSO và MMW ±ÿc sÿ dÿng cựng lỳc [145] ò xu¿t k¿t hÿp FSO và MMW ±ÿc kÿ vòng s¿ cung c¿p k¿t nòi di òng giỏ r¿, cú thò mò ròng ±ÿc và k¿t nòi dung l±ÿng cao cho m¿ng truy nh¿p vụ tuy¿n ỏm mõy (C-RAN) t±Ăng lai trong cỏc iòu kiòn triòn khai khỏc nhau C-RAN là mòt ki¿n trỳc m¿ng truy nh¿p vụ tuy¿n ỏm mõy, ±ÿc ò xu¿t ò hò trÿ cỏc tiờu chu¿n truyòn thụng khụng dõy hiòn t¿i và t±Ăng lai Viòc sÿ dÿng cỏc liờn k¿t MMW và FSO phự hÿp vòi cỏc khu vÿc mà ò ú viòc triòn khai cỏp quang là khụng kh¿ thi và tòn kộm
Mòt sò k¿t hÿp giÿa truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO, truyòn thụng RF t¿i bng t¿n milimet MMW vòi sÿi quang cing ó ±ÿc trỡnh bày trong mòt sò nghiờn cÿu Trong [160][161] ó trỡnh bày cỏc gi¿i phỏp ti¿t kiòm chi phớ, sÿ dÿng liờn k¿t FSO ò nõng c¿p ±òng truyòn di òng backhaul vòi sÿi quang ó ±ÿc triòn khai tr±òc ú trong m¿ng 5G Tuy nhiờn, tòng kho¿ng cỏch truyòn d¿n tòi a là 1400m nh± v¿y còn khá h¿n ch¿, vì nó không có kh¿ nng khu¿ch ¿i Ngoài ra, trong [170], mòt sò ò xu¿t triòn khai m¿ng quang thÿ òng PON ó ±ÿc th¿o lu¿n ò tớch hÿp backhaul khụng dõy qua cỏc m¿ng truy nh¿p quang Mòt sò nhÿng nghiờn cÿu khỏc trong viòc thi¿t k¿ m¿ng backhaul k¿t hÿp FiWi ó ±ÿc thÿc hiòn trong [20][113]
Cÿ thò, cỏc nghiờn cÿu ó giòi thiòu mòt ki¿n trỳc sÿ dÿng quang tÿ vi ba, bao gòm viòc sÿ dÿng MMW và kÿ thu¿t RoF cho m¿ng truy c¿p khụng dõy quang hòi tÿ 5G
[20] Trong [113], hò thòng RoF và MMW hòi tÿ òng nh¿t ò 90 GHz ò truyòn tớn hiòu khụng dõy tòc ò cao trong m¿ng di òng backhaul ó ±ÿc chÿng minh b¿ng thÿc nghiòm Vỡ sÿi quang v¿n là ph±Ăng tiòn truyòn d¿n chớnh trong t¿t c¿ cỏc nghiờn cÿu tr±òc õy [113][159], tớnh linh ho¿t cÿa m¿ng backhaul bò giòi h¿n trong ki¿n trỳc dÿa trờn sÿi quang cò ònh Vỡ v¿y viòc triòn khai ki¿n trỳc dÿa trờn sÿi quang nh± v¿y cing r¿t tòn kộm và khú thÿc hiòn ò cỏc khu vÿc ụ thò ụng dõn c±
Thụng th±òng, cỏc hiòu ÿng khớ quyòn và thòi ti¿t cú nhÿng ¿nh h±òng khỏc nhau òi vòi cỏc hò thòng MMW và FSO, do ú hai hò thòng này cú thò hoỏn òi cho nhau dÿa trờn cỏc iòu kiòn triòn khai Mòt sò bi¿n thò cÿa hò thòng backhaul trong ki¿n trỳc ±ÿc ò xu¿t ±ÿc minh hòa trong Hỡnh 1.2
Hỡnh 1 2 Cỏc ki¿n trỳc m¿ng backhaul di òng 5G [6]
Hỡnh 1.2-a mụ t¿ hò thòng dÿa trờn sÿi quang thụng th±òng sÿ dÿng liờn k¿t sÿi quang tÿ cỏc Ăn vò bng t¿n gòc (BBUs) trong m¿ng trung tõm ò k¿t nòi tòi cỏc Ăn vò truy nh¿p vụ tuy¿n (RAU) trong m¿ng backhaul và sau ú là cỏc ¿u cuòi vụ tuy¿n tÿ xa (RRH) Khỏi niòm vò hò thòng hòi tÿ bao gòm cỏc liờn k¿t sÿi tÿ BBU ¿n RAU và liờn k¿t MMW tÿ RAU ¿n RRH ±ÿc mụ t¿ trong hỡnh 1.2-b [113] Hò thòng cỏp quang FSO hai b±òc cing cú thò ±ÿc triòn khai ò k¿t nòi m¿ng di òng trung tõm vòi cỏc t¿ bào nhò (Hỡnh 1.2-c) [55] Viòc sÿ dÿng cỏc liờn k¿t FSO cho t¿t c¿ cỏc k¿t nòi trong m¿ng backhaul ±ÿc minh hòa trong Hỡnh 1.2-d [118] Cuòi cựng, Hỡnh 1.2-e minh hòa hò thòng truyòn d¿n lai ghộp MMW/ FSO sÿ dÿng m¿ng khu¿ch ¿i chuyòn ti¿p a ch¿ng ±ÿc xem xột trong bài bỏo này Hò thòng t±Ăng tÿ sÿ dÿng cụng nghò RF thụng th±òng vòi FSO cing ±ÿc ò xu¿t trong [33]
1.3.2.2 Cỏc nghiờn cÿu vò ki¿n trỳc sÿ dÿng nỳt chuyòn ti¿p
Mòt trong nhÿng h±òng nghiờn cÿu vò lai ghộp giÿa FSO, MMW và sÿi quang ú là viòc truyòn dÿ liòu sÿ dÿng cỏc nỳt chuyòn ti¿p thay vỡ cỏc tuy¿n ±òng ò gi¿i quy¿t cỏc v¿n ò liờn quan ¿n nhiòu lo¿n khớ quyòn [153]
Roumeas cựng cỏc còng sÿ [126] ó nghiờn cÿu vò hò thòng truyòn d¿n lai ghộp FSO/MMW sÿ dÿng iòu ch¿ BPSK và sĂ ò k¿t hÿp lÿa chòn k¿t nòi vòi nhau thụng qua nỳt gi¿i mó và chuyòn ti¿p DF Tỏc gi¿ ó nghiờn cÿu cỏc ¿c iòm cÿa jitter và fading trong viòc c¿i thiòn hiòu nng xỏc su¿t dÿng và tÿ lò lòi bit BER, òng thòi tng kho¿ng cỏch truyòn d¿n b¿ng cỏch sÿ dÿng mụ hỡnh chuyòn ti¿p K¿t qu¿ cho th¿y tớnh kh¿ dÿng và ò tin c¿y tng lờn khi sÿ dÿng mụ hỡnh lai ghộp này k¿t hÿp vòi nỳt chuyòn ti¿p, òng thòi giỳp cho ò dài cÿa ±òng truyòn tng lờn ỏng kò Sharma cựng còng sÿ [134] ó triòn khai mòt nỳt chuyòn ti¿p DF trong trÿc ti¿p mòt hò thòng hai ch¿ng lai ghộp FSO/RF t¿i bng t¿n MMW Liờn k¿t FSO là liờn k¿t chớnh và liờn k¿t RF t¿i bng t¿n MMW là liờn k¿t dÿ phũng khi liờn k¿t chớnh bò giỏn o¿n Beam waist t¿i ¿u ra cÿa mỏy phỏt, kớch th±òc mỏy dũ, jitter là nhÿng y¿u tò chớnh ¿nh h±òng ¿n kờnh truyòn FSO Hò thòng sÿ dÿng mòt ki¿n trỳc k¿t hÿp chòn lòc ò hÿp nh¿t dÿ liòu ±ÿc nh¿n t¿i iòm ¿n cÿa c¿ hai liờn k¿t truyòn d¿n Hiòu nng cÿa hò thòng ¿t ±ÿc k¿t qu¿ tòt ngay c¿ khi sai sò ònh h±òng cao và hoàn toàn v±ÿt tròi so vòi viòc triòn khai cỏc hò thòng riờng l¿ chò cú liờn k¿t FSO ho¿c liên k¿t RF
Trong mòt bài bỏo khỏc, Sharma cựng cỏc còng sÿ [135] ó ò xu¿t mòt mụ hỡnh lai ghộp FSO/RF t¿i bng t¿n MMW trong ú cú mòt nỳt chuyòn ti¿p DF giÿa mỏy phỏt và mỏy thu Hò thòng sÿ dÿng mòt MRC t¿i phớa mỏy thu CĂ ch¿ chuyòn òi s¿ diòn ra giÿa 2 hò thòng con, trong ú MRC là mòt bò k¿t hÿp tớn hiòu theo tÿ lò tòi ±u Liờn k¿t FSO cú ò ±u tiờn cao hĂn cho viòc truyòn dÿ liòu vòi kho¿ng cỏch dài cho ¿n khi SNR v±ÿt quỏ ng±ÿng ±ÿc tớnh toỏn Khi ú hò thòng s¿ kớch ho¿t liờn k¿t RF cho ¿n khi SNR nh¿n ±ÿc gi¿m xuòng d±òi ng±ÿng và liờn k¿t chớnh FSO s¿ n¿m ò ch¿ ò chò C±òng ò cÿa chựm tia laser t¿i liờn k¿t FSO ±ÿc iòu ch¿ b¿ng cỏch sÿ dÿng iòu ch¿ khoỏ dòch pha PSK Cỏc tỏc gi¿ cing ỏnh giỏ hiòu nng cÿa hò thòng ò xu¿t, k¿t qu¿ cho ta th¿y r¿ng hò thòng ±ÿc ò xu¿t vòi MRC tòt hĂn so vòi hò thòng Ăn ch¿ng
HĂn nÿa, Yongzhi và Jiliang [163] ó nghiờn cÿu mòt hò thòng a truy nh¿p phi trÿc giao hai ch¿ng bao gòm mòt liờn k¿t lai ghộp FSO/RF t¿i bng t¿n MMW vòi sÿ trÿ giỳp cÿa mòt nỳt khu¿ch ¿i và chuyòn ti¿p AF, chuyòn òi tớn hiòu quang nh¿n ±ÿc thành cỏc tớn hiòu iòn tr±òc khi gÿi ¿n ng±òi dựng Hiòu nng cÿa hò thòng ±ÿc ±a ra b¿ng cách tính toán và phân tích xác su¿t dÿng, k¿t qu¿ cho th¿y r¿ng kÿ thu¿t HD ¿t ±ÿc hiòu nng tòt hĂn b¿ng cỏch sÿ dÿng kÿ thu¿t iòu ch¿ c±òng ò/phỏt hiòn trÿc ti¿p IM/DD Ngoài ra, Jamali và Mahdavifar [78], cing ó phõn tớch hiòu nng cÿa mòt hò thòng a truy nh¿p phi trÿc giao NOMA ±òng lờn sÿ dÿng liờn k¿t FSO/RF t¿i bng t¿n MMW ò truyòn d¿n Hò thòng cú chÿc nng gi¿i mó thÿ tÿ tÿ òng ò ±u tiờn ng±òi dựng t¿i iòm ¿n dÿa trờn CSI tÿc thòi cÿa hò Cỏc tỏc gi¿ cũn tớnh toỏn xỏc su¿t dÿng cÿa hò thòng t¿i mòi liờn k¿t ò xỏc ònh hiòu nng cÿa hò thòng và k¿t qu¿ ¿t ±ÿc cho th¿y liờn k¿t FSO ho¿t òng tòt hĂn liờn k¿t
ònh h±òng nghiờn cÿu
Dÿa trên kh¿o sát và phân tích các nghiên cÿu liên quan, nghiên cÿu sinh v¿ch ra cỏc h±òng nghiờn cÿu cÿa lu¿n ỏn là nghiờn cÿu kh¿o sỏt, ỏnh giỏ hiòu nng và ò xu¿t cỏc gi¿i phỏp c¿i thiòn hiòu nng cho m¿ng backhaul lai ghộp sÿ dÿng c¿ k¿t nòi sÿi quang, truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO và truyòn thụng RF t¿i bng t¿n milimet MMW Cÿ thò nh± sau:
- ò xu¿t xõy dÿng mụ hỡnh gi¿i tớch và mụ phòng kh¿o sỏt hiòu nng hò thòng truyòn d¿n lai ghộp hai ch¿ng hai chiòu k¿t hÿp giÿa truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO và truyòn thụng RF sÿ dÿng mó hoỏ m¿ng
- ò xu¿t xõy dÿng mụ hỡnh gi¿i tớch và mụ phòng kh¿o sỏt gi¿i phỏp truyòn d¿n backhaul di òng dung l±ÿng cao dÿa trờn m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo b±òc súng vòi 3 kòch b¿n triòn khai gòm thu¿n WDM-PON, lai ghép WDM-PON/FSO và lai ghép WDM-PON/MMW
- ò xu¿t xõy dÿng mụ hỡnh gi¿i tớch phÿc vÿ cho viòc thi¿t k¿ và phõn tớch hiòu nng m¿ng backhaul di òng lai ghộp WDM-PON/FSO d±òi ¿nh h±òng cÿa hiòu ÿng phi tuy¿n tròn bòn súng.
Tòng k¿t ch±Ăng 1
Trong ch±Ăng này, lu¿n ỏn ó tỡm hiòu chi ti¿t tòng quan vò m¿ng backhaul di òng, cỏc ¿c iòm, cụng nghò backhaul và mòt sò gi¿i phỏp vò m¿ng backhaul di òng Lu¿n ỏn cing trỡnh bày tòng quan vò m¿ng backhaul th¿ hò ti¿p theo 5G tÿ ú ±a ra cỏc yờu c¿u thỏch thÿc vòi viòc phỏt triòn m¿ng backhaul 5G Ph¿n cuòi cÿa ch±Ăng, cỏc cụng trỡnh nghiờn cÿu trong và ngoài n±òc liờn quan ¿n hò thòng truyòn d¿n lai ghộp sÿi quang, FSO và MMW ±ÿc tòng k¿t theo cỏc h±òng nghiờn cÿu khỏc nhau nh± vò ki¿n trỳc hò thòng, ỏnh giỏ hiòu nng hay h±òng nghiờn cÿu c¿i thiòn hiòu nng Trờn cĂ sò kh¿o sỏt nhÿng nghiờn cÿu ó cụng bò tÿ ú h±òng nghiờn cÿu cÿa lu¿n ỏn ±ÿc ò xu¿t
CH¯ĂNG 2: CễNG NGHị TRUYịN DắN BACKHAUL LAI GHẫP
Túm t¿t 1 : Do tỡnh tr¿ng tng tr±òng l±u l±ÿng chúng m¿t theo c¿p sò nhõn bòi sÿ gia tng m¿nh m¿ cÿa sò l±ÿng ng±òi dựng iòn tho¿i di òng và sÿ nòi lờn cÿa cỏc dòch vÿ nòn t¿ng video di òng mòi, cỏc nhà cung c¿p dòch vÿ di òng ph¿i òi m¿t vòi r¿t nhiòu thỏch thÿc nh± tòc ò dÿ liòu cao hĂn, dung l±ÿng m¿ng lòn hĂn, hiòu su¿t phò và hiòu qu¿ nng l±ÿng cao hĂn
M¿t khỏc, cỏc liờn k¿t khụng dõy nh± súng milimet MMW và truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do nh± FSO l¿i ±ÿc coi là cỏc gi¿i phỏp thay th¿ tuyòt vòi trong tr±òng hÿp ũi hòi hò thòng cú tớnh linh ho¿t và triòn khai nhanh chúng Do ú, sÿ tớch hÿp giÿa cụng nghò khụng dõy nh± MMW và cụng nghò quang hòc nh± FSO nh¿m t¿o ra m¿ng truyòn d¿n dung l±ÿng cao, linh ho¿t, chi phớ th¿p và hiòu qu¿ nng l±ÿng g¿n õy ó thu hỳt sÿ quan tõm cÿa r¿t nhiòu cỏc nhà nghiờn cÿu Trong ch±Ăng này, lu¿n ỏn ±a ra nghiờn cÿu vò hò thòng truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO và hò thòng truyòn thụng milimet MMW tÿ ú ±a ra gi¿i phỏp vò cụng nghò truyòn d¿n lai ghộp FSO/MMW ÿng dÿng cho m¿ng backhaul di òng th¿ hò sau.
Tòng quan vò hò thòng truyòn thụng quang khụng dõy FSO
Trong nhÿng nm g¿n õy, sÿ gia tng vò yờu c¿u bng thụng và dung l±ÿng d¿n ¿n sÿ chuyòn òi tÿ t¿n sò vụ tuy¿n sang truyòn thụng quang Viòc truyòn d¿n cỏc chựm tia quang hòc cú thò ±ÿc thÿc hiòn trong khụng gian tÿ do ho¿c trong mòt mụi tr±òng riờng ±ÿc gòi là truyòn thụng quang khụng dõy (OWC) [27] OWC ±ÿc phõn lo¿i bao gòm truyòn thụng quang khụng dõy trong nhà và ngoài tròi Truyòn
1 Mòt ph¿n nòi dung cÿa Ch±Ăng 2 ó ±ÿc cụng bò trờn kÿ y¿u cÿa hòi nghò khoa hòc quòc t¿ IEEE ATC 2016 [C1] thụng quang khụng dõy trong nhà sÿ dÿng d¿i b±òc súng tÿ 750 nm ¿n 950 nm n¿m trong d¿i IR Viòc sÿ dÿng hò thòng truyòn thụng khụng dõy trong nhà ±ÿc giòi h¿n trong mòt phũng
Truyòn thụng quang khụng dõy ngoài tròi hay cũn ±ÿc gòi là truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do (FSO) là cụng nghò mòi vòi vụ sò lÿi th¿ Trong truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO, mỏy phỏt LED ho¿c LD ò phớa mỏy phỏt gÿi dÿ liòu kÿ thu¿t sò nh± hỡnh ¿nh video, tòp dÿ liòu thụng qua chựm ỏnh sỏng khụng ònh h±òng trong khụng gian tÿ do thay vỡ qua sÿi quang T¿i phớa ¿u thu, nhÿng chựm ỏnh sỏng ±ÿc chÿp bòi th¿u kớnh nh¿n ±ÿc nòi vòi mỏy thu cú kh¿ nng ỏp ÿng cao [147] Nhÿng lÿi th¿ nh± tòc ò cao cÿa Gbps, bng thụng lòn, phò t¿n khụng ph¿i ng ký và b¿o m¿t cao giỳp mò ròng viòc sÿ dÿng nú trong cỏc ph¿m vi lòn Súng mang quang ho¿t òng trong b±òc súng IR ±ÿc sÿ dÿng ò thi¿t l¿p k¿t nòi giÿa liờn k¿t ¿t liòn trong trỏi ¿t và giÿa cỏc vò tinh liờn k¿t (cỏc liờn k¿t quang hòc trong khụng gian) Chớnh vỡ v¿y, truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO ó thu hỳt ±ÿc r¿t nhiòu sÿ quan tõm nghiờn cÿu do tòc ò truyòn cao thụng qua bng thụng khụng bò giòi h¿n và khụng c¿n ng ký sÿ dÿng
Hò thòng truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do cú ba bò ph¿n: mỏy phỏt, kờnh truyòn và mỏy thu Nh± ta th¿y trong Hỡnh 2.1, trong ph¿n mỏy phỏt, ¿u tiờn dÿ liòu ±ÿc iòu ch¿ b¿ng cỏch sÿ dÿng sĂ ò iòu ch¿ và nú ±ÿc chuyòn òi thành nguòn quang bòi m¿ch iòu khiòn và nguòn sỏng (LED/LD) Chựm quang hòc ±ÿc truyòn qua kờnh khớ quyòn Trong kờnh truyòn, tớn hiòu bò suy hao do cỏc y¿u tò nh± nhiòu lo¿n khớ quyòn, tỏn x¿, h¿p thÿ và nhiòu xung quanh ị phớa mỏy thu, chựm tia truyòn qua ±ÿc thu l¿i bòi th¿u kớnh mỏy thu và ±ÿc chuyòn òi thành nguòn iòn nhò mòt mỏy phỏt hiòn hỡnh ¿nh m¿ch tỏch súng và m¿ch tiòn khu¿ch ¿i Tớn hiòu iòn ±ÿc gi¿i iòu ch¿ b¿ng bò gi¿i iòu ch¿ ò thu ±ÿc dÿ liòu truyòn i
Hỡnh 2 1 Mụ hỡnh hò thòng FSO
Ngoài ra, vòi lÿi th¿ vò hiòu qu¿ chi phớ, FSO là mòt cụng nghò r¿t phự hÿp ò ÿng dÿng trong quõn sÿ và dõn sÿ so vòi cỏc m¿ng cỏp quang truyòn thòng vỡ FSO cú thò ho¿t òng tòt ò mụi tr±òng bờn ngoài Nh± hỡnh 2.2, chỳng ta cú thò th¿y r¿ng viòc truyòn thụng ngoài tròi b¿ng FSO cú thò hò trÿ tòc ò dÿ liòu cao trong ph¿m vi vài kilomet, trong khi giao ti¿p b¿ng ỏnh sỏng nhỡn th¿y ±ÿc chò cú thò ¿t ±ÿc trong ph¿m vi vài mét [114]
Hỡnh 2 2 Cỏc cụng nghò truyòn thụng khụng dõy [165]
Cụng nghò FSO cung c¿p mòt bng thụng khòng lò vòi phò hàng trm terahertz ò truyòn dÿ liòu qua mòt mụi tr±òng t±Ăng tÿ vòi mụi tr±òng c¿n truyòn d¿n b¿ng sÿi quang sÿ dÿng laser cụng su¿t th¿p và iòt phỏt sỏng (LED) [30] Nú cú thò ¿t ±ÿc tòc ò ngang vòi cỏp quang mà khụng c¿n thờm cỏc chi phớ liờn quan ¿n viòc l¿p ¿t OFC Viòc thi¿t l¿p cỏc liờn k¿t giÿa cỏc Ăn vò thu phỏt FSO diòn ra nhanh chúng chò trong vài giò Cỏc kờnh FSO miòn nhiòm vòi b¿t kÿ lo¿i nhiòu iòn tÿ nào do cỏc thi¿t bò và liờn k¿t RF t¿o ra òi vòi mụi tr±òng trong nhà, FSO khai thỏc cỏc ốn LED ò tng vựng phÿ súng truyòn thụng và chi¿u sỏng òng thòi
FSO cú thò ÿng dÿng ±ÿc cho cỏc cÿ ly cÿc ng¿n tớnh b¿ng mm ¿n cÿ ly cÿc xa tớnh b¿ng hàng nghỡn km [99] Mòt sò vớ dÿ cú thò kò tòi là giao ti¿p chip-to-chip, cỏc m¿ng khụng dõy, cỏc m¿ng khu vÿc cỏ nhõn, k¿t nòi giÿa cỏc tũa nhà, khu ụ thò, gi¿i phỏp d¿m cuòi, truyòn thụng giÿa cỏc mỏy bay, liờn k¿t dÿ phũng, phÿc vÿ cỏc mÿc ớch quõn sÿ, liờn k¿t giÿa cỏc vò tinh trong vi trÿ [58] Theo [50],viòc chia s¿ hàng trm b±òc súng trờn mòi bò thu phỏt FSO ang phỏt triòn r¿t nhanh Do ú, viòc truyòn dÿ liòu qua cỏc kờnh FSO cú thò ¿t tòi tòc ò Tbps Cỏc phũng thớ nghiòm nghiờn cÿu tiờn ti¿n ang thÿ nghiòm cỏc k¿t nòi ¿t tòc ò 100 Tbps
HĂn nÿa, trong h¿u h¿t cỏc ÿng dÿng FSO, cỏc bò thu phỏt th±òng ±ÿc ¿t ò cỏc vò trớ cò ònh ò ¿m b¿o viòc truyòn th¿ng liờn tÿc và duy trỡ sÿ liờn k¿t chớnh xỏc Vớ dÿ, hò thòng FSO cú thò ±ÿc l¿p ¿t ò mòt vò trớ t)nh nh± trong backhaul ho¿c ch¿ng cuòi òng thòi, do thòi gian triòn khai cụng nghò FSO trong mòt sò ÿng dÿng ng¿n nờn cỏc hò thòng FSO th±òng ±ÿc thi¿t l¿p t¿m thòi Vớ dÿ khi m¿ng khú truy c¿p do th¿m hòa thiờn nhiờn nh± òng ¿t, lòc xoỏy ho¿c li lÿt; òi vòi mòt sÿ kiòn ¿c biòt nào ú diòn ra trong vựng khu¿t súng khi gi¿i phỏp m¿ng cú dõy cú thò m¿t nhiòu thòi gian ò l¿p ¿t, vỡ v¿y viòc triòn khai hò thòng FSO di òng là r¿t c¿n thi¿t và thỳc ¿y sÿ phỏt triòn cÿa hò thòng này òi vòi cỏc m¿ng di òng 4G hiòn hành, hò thòng OFC và FSO ±ÿc coi là mòt lÿa chòn hiòn nhiờn ò k¿t nòi cỏc tr¿m di òng vòi nhau tÿ ú t¿o ra mòt m¿ng backhaul Cÿ thò, OFC cú thò truyòn d¿n 20 Gbps giÿa cỏc tr¿m di òng Nh± v¿y,
200 ng±òi dựng di òng cú thò k¿t nòi internet vòi tòc ò t¿i xuòng kho¿ng 100 Mbps, tòc ò cÿa m¿ng 4G Tuy v¿y, viòc triòn khai OFC r¿t ¿t ò và khú l¿p ¿t ò nhÿng vò trớ hiòm trò nh± thung ling và khu vÿc bao quanh bòi nỳi Do ú, FSO s¿ là mòt gi¿i phỏp thay th¿ khụng dõy tuyòt vòi so vòi cỏp quang
Bờn c¿nh ú, cỏc th¿ hò hò thòng khụng dõy 5G ti¿p theo c¿n ¿t ±ÿc tòc ò dÿ liòu cao hĂn (lờn ¿n 10 Gbps) [90] Cỏc gi¿i phỏp FSO trờn thò tr±òng m¿ng khụng dõy backhaul hiòn duy trỡ tòc ò lờn ¿n 10 Gbps, tòc ò ±ÿc coi là cao nh¿t tÿ tr±òc tòi nay [69] Tuy nhiờn, cỏc thớ nghiòm cho th¿y tòc ò ¿t ±ÿc cao hĂn nhiòu lờn tòi hàng chÿc terabit mòi giõy Do kớch th±òc cỏc t¿ bào ang gi¿m xuòng cũn vài trm một, cụng nghò FSO ±ÿc coi là mòt gi¿i phỏp backhaul ò k¿t nòi cỏc t¿ bào trờn vòi dung l±ÿng cao trong cỏc th¿ hò m¿ng khụng dõy ti¿p theo Ngoài cụng su¿t cÿa nú, FSO cú giỏ thành th¿p hĂn so vòi cụng nghò sÿi quang Viòc lÿa chòn và thi¿t k¿ m¿ng backhaul cú chi phớ cao và nú chi¿m 30% ¿n 50% tòng chi phớ v¿n hành cÿa hò thòng 4G [2]
Nhÿng nòi dung ±ÿc ±a ra ò trờn cho th¿y FSO ang cú mòt t±Ăng lai ¿y hÿa h¿n trò thành gi¿i phỏp cho cỏc k¿t nòi tòc ò cao trong m¿ng khụng dõy và nhiòu ÿng dÿng khác
Truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO cú a d¿ng cỏc ±u iòm hĂn truyòn thụng qua t¿n sò vụ tuy¿n (RF) Do b±òc súng cÿa t¿n sò vụ tuy¿n lòn hĂn b±òc súng quang hòc vỡ v¿y sÿ khỏc biòt vò b±òc súng này cho th¿y FSO cú nhiòu lÿi th¿ h¡n RF
- Bng thụng lòn: Sÿ gia tng trong t¿n sò súng mang d¿n ¿n sÿ gia tng tòc ò truyòn dÿ liòu cao Trong truyòn thụng quang, t¿n sò súng mang quang cao hĂn khi so sỏnh vòi truyòn thụng RF
- Yờu c¿u cụng su¿t ớt hĂn: Vỡ phõn kÿ chựm h¿p, c±òng ò quang hòc cÿa chựm cụng su¿t phỏt qua nhiòu hĂn ò mỏy thu hĂn là RF B±òc súng nhò hĂn cÿa FSO d¿n ¿n viòc gi¿m kớch th±òc cÿa ng-ten khi so sỏnh vòi RF
- Phò t¿n ch±a ng ký: Viòc ng ký phò t¿n là iòm khỏc biòt chớnh giÿa RF và FSO FSO khụng yờu c¿u phò t¿n ng ký khi¿n cho viòc triòn khai dò dàng và hiòu qu¿ vò chi phớ RF yờu c¿u phò t¿n ó ng ký ò trỏnh nhiòu cũn FSO yờu c¿u truyòn thụng ±òng truyòn th¿ng
Tòng quan vò hò thòng truyòn súng milimet MMW
Hò thòng truyòn súng milimet ±ÿc xem nh± mòt hò thòng t±Ăng ±Ăng cỏp quang vò m¿t cung c¿p bng thụng, song l¿i khụng cú nhÿng h¿n ch¿ vò truyòn t¿i và chi phớ khi triòn khai Súng milimet cú d¿i b±òc súng tÿ 1 ¿n 10 mm Súng milimet lòn hĂn súng hòng ngo¿i ho¿c tia x, nh±ng nhò hĂn súng vụ tuy¿n Vựng súng milimet cÿa quang phò iòn tÿ t±Ăng ÿng vòi d¿i t¿n sò bng t¿n vụ tuy¿n 303300 GHz và cũn ±ÿc gòi là t¿n sò cÿc kÿ cao (EHF) Cỏc t¿n sò cao cÿa súng milimet, cing nh± ¿c iòm lan truyòn giỳp cho súng milimet cú thò ÿng dÿng cho viòc truyòn t¿i l±ÿng lòn dÿ liòu, thụng tin liờn l¿c di òng và radar
Dÿa trờn cỏc nghiờn cÿu hiòn cú [143], sÿ lan truyòn vụ tuy¿n trong cỏc d¿i bng t¿n sóng milimet MMW có các tính nng nh± sau:
- Sÿ suy hao ±òng truyòn cao
- Nh¿y c¿m vòi mụi tr±òng truyòn d¿n
- Khụng cò ònh trong thòi gian và khụng gian
Cụng nghò bng t¿n súng milimet MMW ó ±ÿc nghiờn cÿu ròng rói tÿ nm
1965 (ngay sau Th¿ chi¿n II) và v¿n cũn ti¿p diòn cho tòi hiòn t¿i [95] Cỏc nghiờn cÿu tÿ tr±òc tòi nay th±òng t¿p trung vào hò thòng radar, truyòn thụng b¿ng súng vụ tuy¿n, o ¿c bÿc x¿, c¿m bi¿n khớ quyòn và hỡnh ¿nh vò tinh Cụng nghò bng t¿n súng milimet cho phộp thi¿t k¿ cỏc bò thu phỏt chi phớ th¿p bao gòm cỏc thành ph¿n kớch cÿ nhò và chuyờn dÿng cho viòc truyòn thụng khụng dõy t¿m th¿p và tòc ò cao, cỏc ÿng dÿng c¿n ò phõn gi¿i và chớnh xỏc cao (nh± c¿m bi¿n khụng dõy), v.v Mòi d¿i t¿n sóng milimet ±ÿc sÿ dÿng cho các ÿng dÿng khác nhau (B¿ng 2.1)
B¿ng 2 1 Bng t¿n sóng milimet MMW
Cÿ thò, nhÿng ÿng dÿng lòn th±òng sÿ dÿng 3 bng t¿n V, E, W ±ÿc mụ t¿ d±òi õy: ỉ Truyòn thụng khụng dõy tòc ò cao trong ph¿m vi ng¿n (59364 GHz): Bng t¿n V ỵy ban Truyòn thụng Liờn bang (FCC) ó c¿p phộp thÿ nghiòm mòt bng t¿n
60 GHz, cũn ±ÿc gòi là bng t¿n V, cho phộp cỏc nhà nghiờn cÿu t¿n dÿng phò t¿n
5 GHz i cựng vòi ú, sÿ lan truyòn nng l±ÿng cú nhÿng ¿c iòm riờng ¿m b¿o nhiòu ±u iòm nh± kh¿ nng chòng nhiòu, tớnh b¿o m¿t cao và kh¿ nng tỏi sÿ dÿng t¿n sò [87][165] Bng t¿n V trong d¿i bng t¿n súng milimet MMW là mòt nguòn tài nguyờn h¿p d¿n òi vòi ngành cụng nghiòp khụng dõy (thớch hÿp cho truyòn thụng trong nhà tòc ò cao và c¿m bi¿n radar cho ò phõn gi¿i cao ò kho¿ng cỏch g¿n) bòi ò suy hao truyòn d¿n lòn do oxy trong khớ quyòn cÿa nú Do sÿ suy hao trong khớ quyòn cú thò lờn tòi 10315 dB/km, bng t¿n này khụng ±ÿc sÿ dÿng trong cỏc ÿng dÿng t¿m xa (> 2 km) mà chò thớch hÿp vòi truyòn thụng t¿m ng¿n ( 0 cú thò iòu chònh ò ¿t ±ÿc òng thu¿n tòt giÿa
�㗅 F ! (/ * ) và dÿ liòu o l±òng t±Ăng ÿng vòi cỏc iòu kiòn nhiòu lo¿n khỏc nhau Ngoài ra, ³ và ´ trong tr±òng hÿp súng truyòn hỡnh c¿u cú thò ±ÿc liờn k¿t trÿc ti¿p ¿n cỏc tham sò v¿t lý [68]:
Trong ú �㗰 ? là ph±Ăng sai Rytov, ±ÿc xỏc ònh nh± sau:
�㗃 ' ( �㗃 ] #$% d , (2.8) trong ú ằ là b±òc súng Ph±Ăng sai Rytov ¿i diòn cho ò m¿nh nhiòu lo¿n �㗰 ? ( bò phÿ thuòc bòi chò sò cÿa tham sò �㗃 ' ( và kho¿ng cỏch liờn k¿t FSO L FSO
Tòng k¿t ch±Ăng 2
Trong ch±Ăng này, lu¿n ỏn ó nghiờn cÿu vò hò thòng truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO và hò thòng truyòn thụng súng milimet MMW tÿ ú ±a ra gi¿i phỏp vò cụng nghò truyòn d¿n lai ghộp FSO/MMW ÿng dÿng cho m¿ng backhaul di òng th¿ hò sau Trong ph¿n này, lu¿n ỏn ó ò xu¿t mòt hò thòng k¿t hÿp FSO/RF (MMW) hai ch¿ng hai chiòu sÿ dÿng kÿ thu¿t chuyòn ti¿p mó húa hai ch¿ng và phõn tớch hiòu nng cÿa cỏc hò thòng ±ÿc ò xu¿t Kờnh k¿t hÿp hai ch¿ng ±ÿc mụ hỡnh hóa b¿ng fading Gamma-Gamma/Rice và Gamma-Gamma/Rayleigh và ±a ra k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng
CH¯ĂNG 3: CÁC GIắI PHÁP TRUYịN DắN BACKHAUL LAI GHẫP
DỵA TRấN MắNG QUANG THỵ ịNG
Túm t¿t 2 : Trong ch±Ăng này ò xu¿t mòt m¿ng truyòn d¿n dung l±ÿng cao, linh ho¿t, ti¿t kiòm chi phớ và hiòu qu¿ vò nng l±ÿng dÿa trờn sÿ tớch hÿp giÿa cụng nghò quang hòc và cụng nghò khụng dõy M¿ng truyòn d¿n ±ÿc ò xu¿t, vòn ó ±ÿc triòn khai dÿa trờn m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo b±òc súng (WDM-PON), s¿ hò trÿ ba gi¿i phỏp truyòn d¿n bao gòm thu¿n WDM-PON, lai ghộp WDM-PON vòi truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do (FSO), lai ghộp WDM- PON vòi t¿n sò vụ tuy¿n (RF) t¿i bng t¿n milimet (MMW)
Cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng s¿ ±a ra ỏnh giỏ hiòu nng hò thòng cÿa tÿng gi¿i phỏp truyòn d¿n Cỏc k¿t qu¿ tr±òc õy ó chÿng minh ±ÿc r¿ng k¿t hÿp cỏc ph±Ăng phỏp này cú thò khai thỏc cỏc cụng nghò PON, FSO và RF nh¿m mang tòi gi¿i phỏp linh ho¿t và cú kh¿ nng ¿t bng thụng Gigabit cho cỏc m¿ng truyòn d¿n th¿ hò ti¿p theo
Do tỡnh tr¿ng tng tr±òng l±u l±ÿng chúng m¿t theo c¿p sò nhõn bòi sÿ gia tng m¿nh m¿ cÿa sò l±ÿng ng±òi dựng iòn tho¿i di òng và sÿ nòi lờn cÿa cỏc dòch vÿ nòn t¿ng video di òng mòi, cỏc nhà cung c¿p dòch vÿ di òng ph¿i òi m¿t vòi r¿t nhiòu thỏch thÿc nh± tòc ò dÿ liòu cao hĂn, dung l±ÿng m¿ng lòn hĂn, hiòu qu¿ phò và hiòu qu¿ nng l±ÿng cao hĂn [20][17][22][112] Hai gi¿i phỏp chớnh cho cỏc v¿n ò này là triòn khai (1) cỏc small cell: cỏc tr¿m phỏt súng di òng nhò vòi t¿m phÿ súng tÿ vài chÿc ¿n vài trm một và (2) cỏc hò thòng bng t¿n milimet; c¿ hai gi¿i phỏp òu yờu c¿u sò l±ÿng lòn cỏc tr¿m gòc small cell cú mÿc chi phớ và nng l±ÿng th¿p [22][112]
2 Nòi dung cÿa Ch±Ăng 3 ó ±ÿc cụng bò trờn T¿p chớ Khoa hòc và Cụng nghò, ¿i hòc à N¿ng [J1]
Tuy nhiờn, triòn khai dày ¿c cỏc tr¿m gòc small cell cú thò khi¿n h¿ t¿ng truyòn d¿n chòu ỏp lÿc ch±a tÿng cú, nh¿t là khi cỏc hò thòng truyòn d¿n ho¿t òng dÿa trờn ba ph±Ăng tiòn v¿t lý: sÿi òng, vụ tuy¿n (súng vi ba, súng vụ tuy¿n, truyòn thụng quang trong không gian tÿ do) và cáp quang
Ta cú thò th¿y rừ ràng, cỏc liờn k¿t sÿi quang cú kh¿ nng cung c¿p tòc ò dÿ liòu cao, ỏng tin c¿y và mÿc tòn th¿t th¿p là gi¿i phỏp phự hÿp nh¿t ỏp ÿng cỏc yờu c¿u cÿa m¿ng truyòn d¿n di òng th¿ hò ti¿p theo Song gi¿i phỏp này l¿i khụng phự hÿp trong mòt sò tỡnh huòng (ch¿ng h¿n nh± sau cỏc th¿m hòa lòn, ò nhÿng nĂi khú triòn khai hay cỏc ÿng dÿng di òng cao) do chi phớ l¿p ¿t cao và thi¿u linh ho¿t [22][51][112] M¿t khác, các liên k¿t không dây nh± sóng milimet (MMW) hay truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do (FSO) l¿i ±ÿc coi là cỏc gi¿i phỏp thay th¿ tuyòt vòi trong tr±òng hÿp ũi hòi tớnh linh ho¿t và triòn khai nhanh chúng Do ú, nh± Hỡnh 3.1 [20], sÿ tớch hÿp giÿa cụng nghò khụng dõy và cụng nghò quang hòc nh¿m t¿o ra m¿ng truyòn d¿n dung l±ÿng cao, linh ho¿t, chi phớ th¿p và hiòu qu¿ nng l±ÿng g¿n õy ó thu hỳt sÿ quan tõm cÿa r¿t nhiòu cỏc nhà nghiờn cÿu [72][96][165]
Hỡnh 3 1 Hò thòng truyòn d¿n di òng tớch hÿp giÿa khụng dõy và sÿi quang [17]
Nh¿m gi¿m thiòu chi phớ h¿ t¿ng cÿa cỏc m¿ng truyòn d¿n di òng, ¿c biòt trong miòn quang hòc bò ¿nh h±òng bòi chi phớ l¿p ¿t sÿi quang ¿t ò, thay vỡ sÿ dÿng FTTC, thỡ viòc sÿ dÿng hò thòng m¿ng phõn phòi quang (ODNs) vòi cỏc cụng nghò truy c¿p khỏc s¿ là gi¿i phỏp tòi ±u hĂn ODNs ±ÿc sÿ dÿng phò bi¿n và hiòu qu¿ nh¿t là ODNs cÿa cỏc m¿ng quang thÿ òng (PONs) Cụng dÿng cÿa PONs vòi truyòn d¿n di òng dÿ liòu gòc tÿ tr¿m gòc truyòn thòng ó ±ÿc nghiờn cÿu kÿ l±ÿng và thÿ nghiòm [36][58] vòi mòt sò tiờu chu¿n hiòn hành M¿c dự PON cú kh¿ nng ỏp ÿng cỏc yờu c¿u vò cụng su¿t, nh±ng ¿c tớnh trò khụng òi xÿng ó d¿n ¿n cỏc lo ng¿i vò hiòu nng mà trong ú m¿ng qua thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo thòi gian (TDM-PON) ũi hòi ph¿i sÿa òi bò l¿p lòch ò ±u tiờn l±u l±ÿng truyòn d¿n
[36] Thay vào ú, m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo b±òc súng (WDM- PON) s¿ là lÿa chòn hiòu qu¿ hĂn vỡ sò l±ÿng sÿi cỏp c¿n sÿ dÿng gi¿m ỏng kò trong khi v¿n cung c¿p mòt sò kờnh tòc ò cao
M¿t khỏc, nhò nhÿng lÿi th¿ vò cụng su¿t cao và triòn khai nhanh chúng, liờn k¿t vụ tuy¿n sÿ dÿng MMW hay liờn k¿t FSO cing ±ÿc coi là lÿa chòn thay th¿ h¿p d¿n trong cỏc tr±òng hÿp trờn [17][96] Tuy nhiờn hò thòng truyòn thụng MMW và FSO l¿i òi m¿t vòi sÿ suy hao do khụng gian ròng lòn và khớ quyòn, d¿n tòi ph¿m vi liờn k¿t cÿa chỳng bò h¿n ch¿ Vỡ th¿, sÿ tớch hÿp giÿa cụng nghò MMW và truyòn súng vụ tuy¿n qua sÿi quang (radio-over fiber) vi¿t t¿t là MMW/RoF, cú thò giỳp khai thỏc lÿi th¿ cÿa c¿ cụng nghò MMW và cỏp quang nh¿m mang ¿n cỏc m¿ng truyòn d¿n cụng su¿t cao, linh ho¿t, tòi ±u chi phớ và nng l±ÿng, ó trò thành mòt ph±Ăng phỏp ¿y hÿa h¿n và nh¿n ±ÿc nhiòu quan tõm [17][87][144] Trong mòt sò nghiờn cÿu g¿n õy, cing ó ò xu¿t m¿ng truyòn d¿n k¿t hÿp cụng nghò PON và FSO ò cung c¿p cỏc k¿t nòi bng thụng Gigabit cho m¿ng truyòn d¿n Gi¿i phỏp k¿t hÿp PON/FSO cú lÿi th¿ cÿa t¿t c¿ quỏ trỡnh quang hòc mà tÿng PON/RF riờng l¿ khụng thò cú ±ÿc
Trong ch±Ăng này, lu¿n ỏn ò xu¿t c¿u trỳc truyòn d¿n mòi dÿa trờn WDM-PON nh¿m cung c¿p ba gi¿i phỏp truyòn d¿n bao gòm thu¿n PON, lai ghộp PON/ FSO và lai ghộp PON/RF Mòi gi¿i phỏp truyòn d¿n s¿ sÿ dÿng mòt b±òc súng cÿa
WDM-PON C¿u trỳc truyòn d¿n ò xu¿t cÿa lu¿n ỏn, vò b¿n ch¿t ±ÿc k¿ thÿa lÿi th¿ cÿa cỏp quang, FSO và RF, nờn cú thò mang ¿n cụng su¿t cao trong khi v¿n linh ho¿t, ti¿t kiòm chi phớ và nng l±ÿng Ti¿p ú, lu¿n ỏn ó phõn tớch toàn diòn hiòu nng cÿa m¿ng truyòn d¿n ±ÿc ò xu¿t trong khi xem xột cỏc h± h¿i t¿ng v¿t lý khỏc nhau cÿa liờn k¿t cỏp quang, FSO và RF Hiòu nng cÿa ba gi¿i phỏp truyòn d¿n trong c¿u trỳc ò xu¿t cÿa lu¿n ỏn ±ÿc so sỏnh vò tÿ lò lòi bit (BER) vòi cỏc tham sò hò thòng và iòu kiòn thòi ti¿t khỏc nhau Ta cú thò thu th¿p ±ÿc nhiòu thụng tin hÿu ớch cho thi¿t k¿ m¿ng truyòn d¿n tÿ cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng rỳt ra tÿ quỏ trỡnh so sỏnh hiòu nng
Cÿ thò trong ph¿n này, lu¿n ỏn s¿ trỡnh bày c¿u trỳc truyòn d¿n dÿa trờn WDM- PON ±ÿc ò xu¿t Sau ú, trỡnh bày cỏc phõn tớch hiòu nng và b¿t nguòn cho nhÿng mụ t¿ vò BER cÿa truyòn d¿n ±òng xuòng Tÿ ú, trỡnh bày cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cựng cỏc th¿o lu¿n Và cuòi cựng ±a ra ±ÿc cỏc k¿t lu¿n, ỏnh giỏ.
C¿u trỳc truyòn d¿n dÿa trờn WDM-PON
Hỡnh 3 2 C¿u trỳc hò thòng truyòn d¿n dÿa trờn WDM-PON
C¿u trỳc ±ÿc ò xu¿t dÿa trờn WDM-PON nh¿m mang ¿n m¿ng truyòn d¿n hiòu nng cao và linh ho¿t Cỏc tớn hiòu ±òng xuòng tÿ tr¿m trung tõm (CS), nĂi ¿t n mỏy phỏt, ±ÿc iòu bi¿n vòi n b±òc súng khỏc nhau và ±ÿc ghộp kờnh b¿ng cỏch sÿ dÿng cỏch tÿ òng d¿n súng d¿ng m¿ng AWG Tớn hiòu WDM sau ú ±ÿc khu¿ch ¿i lờn khi i qua khu¿ch ¿i quang pha t¿p Erbium (EDFA) ò bự l¿i tòn th¿t gõy ra do liờn k¿t sÿi quang ¿u tiờn và ¿c biòt là bò chia Tớn hiòu tÿ ¿u ra cÿa bò chia ±ÿc truyòn ¿n cỏc tr¿m gòc (BS) thụng qua mòt trong ba ph±Ăng tiòn truyòn thụng v¿t lý nh± sÿi quang, FSO ho¿c RF Trong tr±òng hÿp sÿ dÿng sÿi quang, tớn hiòu ±ÿc giÿ l¿i miòn quang hòc trong khi nú c¿n ±ÿc chuyòn òi thành tớn hiòu iòn và iòu bi¿n vòi súng quang ho¿c RF tr±òc khi ±ÿc gÿi ¿n cỏc tr¿m gòc
Trong ba gi¿i phỏp truyòn d¿n ò c¿p ò trờn, thỡ hò thòng thu¿n WDM-PON ang cú hiòu nng tòt nh¿t iòu này dò dàng ±ÿc lý gi¿i bòi cĂ sò h¿ t¿ng bòn vÿng cing nh± cỏc k¿t nòi òn ònh cÿa WDM-PON Tuy nhiờn, cỏc liờn k¿t truyòn d¿n WDM-PON cú chi phớ l¿p ¿t cao và ụi khi r¿t khú triòn khai ò nhÿng vựng òa hỡnh gò ghò (nỳi cao, sụng sõu, v.v.) cing nh± cỏc thành phò lòn vòi dõn sò dày ¿c Do ú, ò bò sung cho nhÿng y¿u iòm cÿa gi¿i phỏp thu¿n WDM-PON, lai ghộp WDM- PON/RF và lai ghộp WDM-PON/FSO là lÿa chòn tòt nh¿t trong bòi c¿nh hiòn t¿i vòi m¿ng 5G C¿ hai gi¿i phỏp này òu cú lÿi th¿ ỏng kò vò nng lÿc hò thòng và chi phớ triòn khai ¿c biòt, hai gi¿i phỏp này òu cú ±u th¿ nòi b¿t ò tòc ò triòn khai nhanh cing nh± tớnh linh ho¿t cao, s¿ hÿu ớch trong cỏc tr±òng hÿp cÿu trÿ thiờn tai Tuy nhiờn, c¿ hai gi¿i phỏp này òu cú nhÿng iòm m¿nh và h¿n ch¿ riờng Hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/RF k¿ thÿa ±u iòm cÿa c¿ cụng nghò PON và RF, vỡ v¿y nú r¿t phò bi¿n và thu¿n tiòn ò triòn khai cỏc dòch vÿ tÿ mòt nhà cung c¿p tòi nhiòu ng±òi dựng Nh±ng sÿ khan hi¿m cÿa quang phò RF là mòt thỏch thÿc lòn òi vòi cỏc nhà nghiờn cÿu Cụng nghò FSO ra òi ò gi¿i quy¿t v¿n ò này vỡ nú n¿m trong bng t¿n ±ÿc c¿p phộp miòn phớ Hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM- PON/FSO cing yờu c¿u mÿc tiờu thÿ iòn nng th¿p hĂn Song nú l¿i yờu c¿u k¿t nòi ±òng truyòn th¿ng mà trong mòt sò tr±òng hÿp khụng thò thÿc hiòn ±ÿc.
Phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng
Mòi hò thòng truyòn d¿n ±òng xuòng tÿ tr¿m trung tõm ¿n tr¿m gòc cú thò chia thành hai ch¿ng Ch¿ng ¿u tiờn tÿ tr¿m trung tõm ¿n bò chia là mòt liờn k¿t WDM, c¿ ba gi¿i phỏp truyòn d¿n òu giòng nhau ò b±òc này Kho¿ng cỏch cÿa ch¿ng ¿u tiờn là �㗃 Trong ch¿ng thÿ hai, kho¿ng cỏch truyòn cÿa sÿi quang, liờn k¿t
RF và liờn k¿t FSO l¿n l±ÿt là �㗃 ( , �㗃 G%H và �㗃 #$% Trong ph¿n này, lu¿n ỏn phỏt triòn cỏc mụ hỡnh toỏn hòc ò phõn tớch hiòu nng cÿa ba hò thòng truyòn d¿n ±òng xuòng là thu¿n WDM-PON, lai ghép WDM-PON/FSO và lai ghép WDM-PON/RF
3.3.1 Hò thòng truyòn d¿n backhaul WDM-PON
Tớn hiòu quang ±ÿc sinh ra t¿i mỏy phỏt vòi cụng su¿t �㗄 - và sau ú ch¿y qua cỏch tÿ òng d¿n súng d¿ng m¿ng AWG ị ¿u ra cÿa AWG, cụng su¿t tớn hiòu bò gi¿m do tòn hao chốn theo cụng thÿc:
Trong ó: Đ �㗄 9;< là cụng su¿t tớn hiòu sau khi ch¿y qua cỏch tÿ òng d¿n súng d¿ng m¿ng AWG Đ �㗰 E là tòn hao chốn
Tr±òc khi ±ÿc truyòn ¿n bò chia, tớn hiòu quang ò b±òc súng n ±ÿc khu¿ch ¿i bòi khu¿ch ¿i quang pha t¿p Erbium EDFA Cụng su¿t ¿u ra cÿa khu¿ch ¿i quang pha t¿p Erbium EDFA ±ÿc tính theo công thÿc:
�㗄 :T#9 = �㗄 9;< �㗃 + �㗄 9$: , (3.2) Trong ó: § �㗃 là mÿc khu¿ch ¿i ¿t ±ÿc cÿa khu¿ch ¿i quang pha t¿p Erbium EDFA § �㗄 9$: là công su¿t khu¿ch ¿i phát x¿ tÿ phát (ASE)
Cụng su¿t khu¿ch ¿i phỏt x¿ tÿ phỏt (ASE) cú thò ±ÿc xỏc ònh b¿ng cụng thÿc:
�㗄 9$: = 2�㗅 t / & (�㗃 2 1)�㗃 & , (3.3) Trong ó: ỉ �㗅 t là hò sò phỏt x¿ tÿ phỏt ỉ / & là h¿ng sò Planck ỉ �㗃 & là bng thụng quang
Ti¿p theo, ò Ăn gi¿n húa, chỳng ta s¿ bò qua cỏc hiòu ÿng phi tuy¿n tớnh Cụng su¿t ¿u ra cÿa sÿi quang ¿u tiờn (t¿i ¿u vào cÿa bò chia) �㗄 # ±ÿc tớnh b¿ng:
�㗄 # = �㗄 :T#9 exp(2�㗯�㗃 ) �㗄 0 , (3.4)
Trong ó Đ �㗯 là hò sò suy hao iòn hỡnh cÿa sÿi quang § �㗃 là kho¿ng cách liên k¿t sÿi ¿u tiên Đ �㗄 0 là ò thiòt thũi luòng quang
�㗄 0 ±ÿc xỏc ònh bòi cụng thÿc:
�㗄 0 = 25log & l1 2 4 ”�㗄 = b|�㗯|�㗃.• ( n, (3.5) Vòi �㗄 = là tòc ò bit, �㗯 là tham sò GVD ±ÿc tớnh bòi cụng thÿc:
Trong ó: ỉ �㗃 là tham sò phõn tỏn ỉ �㗰 G%H là b±òc súng cÿa WDM-PON ỉ �㗅 là v¿n tòc ỏnh sỏng
Tr±òc khi ±ÿc truyòn ¿n ch¿ng thÿ hai, tớn hiòu WDM ±ÿc chia thành �㗄 6 nhỏnh t¿i bò chia ị ph±Ăng ỏn thÿ nh¿t, vòi hò thòng truyòn d¿n backhaul ±òng xuòng WDM-PON, tớn hiòu quang ti¿p tÿc ch¿y qua sÿi cỏp quang thÿ hai vòi kho¿ng cỏch �㗃 ( Nh± v¿y hiòu nng quang hòc t¿i ¿u vào cÿa bò thu ±ÿc tớnh nh± sau:
Trong ú �㗄 6 là tÿ lò chia tỏch
Thụng th±òng, BER cÿa hò thòng truyòn d¿n ±òng xuòng thu¿n WDM-PON ±ÿc tớnh thụng qua tham sò �㗄 nh± sau:
Vòi tham sò �㗄 ±ÿc tớnh [69]:
Trong ú �㗰 ( và �㗰 & ( là ph±Ăng sai nhiòu thu cÿa cỏc dũng tớn hiòu cú thò biòu thò nh± [47]:
™�㗰�㗰 & ( ( š = ›�㗰 646/ ( + �㗰 6/46/ ( + �㗰 6F ( + �㗰 -F ( + �㗰 C+ (
Trong ú �㗰 646/ ( , �㗰 6/46/ ( , �㗰 6F ( , �㗰 -F ( , �㗰 C+ ( l¿n l±ÿt là nhiòu giao thoa tớn hiòu ASE, nhiòu giao thoa ASE-ASE, nhiòu b¿n, nhiòu nhiòt và nhiòu xuyờn õm Và chỳng ±ÿc tính nh± sau:
�㗰 646/ ( = 4= ( (2�㗄 , )�㗄 9$: �㗃 ! , (3.11) �㗰 6/46/ ( = 4= ( �㗄 9$: ( �㗃 ! ”�㗃 & 2 �㗃 ! • •,2 (3.12) �㗰 6F ( = 2 ` �㗃 * (=(2�㗄 , + �㗄 9$: ) + �㗅 0 )�㗃 ! , (3.13)
Trong ó: Đ q là iòn tớch electron Đ �㗅 1 là h¿ng sò Boltzmann Đ �㗄 là nhiòt ò tuyòt òi Đ �㗄 @ iòn trò t¿i Đ �㗃 ! là bng thụng iòn (�㗃 ! = 75% �㗄 = ) Đ �㗄 9$: m¿t ò phò cụng su¿t (hai m¿t) cÿa ASE Đ = ò ỏp ÿng cÿa i-òt quang thỏc ADP § �㗃 & bng thông quang Đ �㗃 * hò sò nhiòu v±ÿt mÿc Đ �㗅 0 là dũng tòi Đ �㗃 ' là hò sò nhiòu Đ �㗄 6 là sò kờnh quang hòc Đ �㗰 + là ph¿n hiòu nng ±ÿc thờm vào bòi mòt thành ph¿n xuyờn õm trong cùng d¿i (in-band)
3.3.2 Hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp WDM-PON/FSO
Hò sò kờnh FSO ±ÿc ¿c tr±ng bòi hiòn t±ÿng fading (hiòn t±ÿng sai l¿c tớn hiòu thu mụt cỏch b¿t th±òng x¿y ra òi vòi cỏc hò thòng vụ tuy¿n do tỏc òng cÿa mụi tr±òng truyòn d¿n) gõy ra do nhiòu lo¿n khụng khớ (/ * ), sai sò ònh h±òng (/ / ), suy hao ±òng truyòn (/ B ) vòi cụng thÿc / = / * / / / B , trong ú / B cò ònh cũn / * và / / là bi¿n ng¿u nhiờn Lu¿n ỏn nghiờn cÿu hiòu nng hò thòng trong tỡnh tr¿ng nhiòu lo¿n m¿nh nờn hàm phõn phòi Gamma-Gamma s¿ ±ÿc sÿ dÿng ò xỏc ònh mụ hỡnh kờnh khớ quyòn Hàm m¿t ò xỏc xu¿t cÿa c±òng ò dao òng do nhiòu lo¿n khớ quyòn ±ÿc tớnh bòi cụng thÿc [68]:
Trong ó: Đ �㗃 2 ( ) là hàm Bessel lo¿i 2 ó ±ÿc sÿa òi và b¿c �㗆 § ( ) là hàm Gamma tiêu chu¿n Đ Cỏc tham sò �㗯 > 0 và �㗯 > 0 cú thò thay òi ò ¿t ±ÿc mÿc òng thu¿n tòt giÿa �㗅 F ! (/ * ) và dÿ liòu o l±òng cho mòt lo¿t cỏc iòu kiòn nhiòu lo¿n (tÿ y¿u ¿n m¿nh) Ngoài ra, gi¿ sÿ r¿ng súng truyòn theo hỡnh c¿u thỡ �㗯 và �㗯 cú thò ±ÿc liờn k¿t trÿc ti¿p ¿n cỏc tham sò v¿t lý [68]:
Trong ú �㗰 ? là ph±Ăng sai Rytov, ±ÿc xỏc ònh bòi cụng thÿc:
Trong ú �㗰 là b±òc súng Ph±Ăng sai Rytov ¿i diòn cho ò m¿nh cÿa nhiòu lo¿n, bò chi phòi bòi hò sò c¿u trỳc chi¿t su¿t �㗃 ' ( và kho¿ng cỏch �㗃 #$%
B¿ng cỏch xem xột kh¿u ò mò trũn cÿa bỏn kớnh r và chựm tia Gaussian, hàm m¿t ò xỏc su¿t cÿa / / cú thò ±ÿc suy ra tÿ cỏc gi¿ ònh và ph±Ăng phỏp lu¿n trong
�㗃 & ^ # X/ / [ ^ # 4 , (3.20) vòi �㗯 / = �㗱 a $%d2�㗰 6 là tÿ lò giÿa bỏn kớnh chựm tia t±Ăng ±Ăng (�㗱 a $% ) và ò lòch chu¿n sai sò ònh h±òng dòch chuyòn (à s ) t¿i mỏy thu Tham sò (�㗱 a $% ) cú thò ±ÿc tính thông qua công thÿc:
�㗱 a ( $% =�㗱 a ( :�㗰 erf(�㗆)
2�㗆exp(2�㗆 ( ), (3.23) và vòi erf(�㗆) là hàm sai sò và �㗱 a là vò trớ nhò nh¿t cÿa chựm tia (bỏn kớnh ±ÿc tớnh t¿i vò trớ �㗅 4( ò kho¿ng cỏch �㗆 [9]
Kờnh khớ quyòn làm suy hao tớn hiòu truyòn ngang qua nú do ¿nh h±òng cÿa quỏ trỡnh h¿p thÿ và tỏn x¿ Nòng ò v¿t ch¿t trong khớ quyòn, vòn là nguyờn nhõn d¿n ¿n suy hao tớn hiòu, thay òi theo khụng gian, thòi gian và phÿ thuòc vào iòu kiòn thòi ti¿t Sÿ suy hao cÿa hiòu nng quang hòc khi ch¿y qua khớ quyòn ±ÿc mụ t¿ bòi ònh lu¿t Beers-Lambert theo c¿p sò nhõn nh± sau:
/ B = exp(2�㗄 B �㗃 #$% ), (3.24) vòi �㗄 B là hò sò suy hao và �㗃 #$% là kho¿ng cỏch truyòn
BER cÿa liên k¿t FSO ±ÿc tính nh± sau [13]:
�㗄 #$% (�㗅) = 2 3V54l �㗯 / ( �㗯�㗯
Vòi �㗄 "67 là ò lòch chu¿n nhiòu
Cuòi cựng, BER cÿa hò thòng truyòn d¿n backhaul ±òng xuòng lai ghộp WDM-PON/FSO ±ÿc tính theo công thÿc:
�㗄 ! = �㗄 #$% (�㗅)[1 2 �㗄 ;Tv (�㗅)] + �㗄 ;Tv (�㗅)[1 2 �㗄 #$% (�㗅)], (3.26) Vòi �㗄 ;Tv (�㗅) ±ÿc tớnh theo (3.8)
3.3.3 Hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp WDM-PON/RF
K¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng
Trong ph¿n này, lu¿n ỏn s¿ ti¿n hành ỏnh giỏ hiòu nng BER và thÿc hiòn so sỏnh giÿa ba lo¿i truyòn d¿n ±òng xuòng gòm thu¿n WDM-PON, lai ghộp WDM- PON/FSO và lai ghộp WDM-PON/RF b¿ng cỏch sÿ dÿng cỏc biòu thÿc thu ±ÿc trong ph¿n 3.3 B¿ng 3.1 là cỏc tham sò hò thòng cựng cỏc h¿ng sò ±ÿc sÿ dÿng trong ph¿n hò thòng
B¿ng 3 1 Tham sò hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp dÿa trờn m¿ng quang thÿ òng
Tờn Ký hiòu Giỏ trò
Hò sò khu¿ch ¿i �㗃 15 dB
Hò sò suy hao sÿi quang �㗯 " 0,2 dB/km
Hò sò tỏn s¿c D 17 ì 10 4] ps/nm/km B±òc súng cÿa hò thòng WDM-
Chò sò Ion húa ã 0,5 iòn tớch electron e 1,602 ì10 2 19 C
T¿n sò súng mang �㗅 + 60 GHz
Bng thông �㗃 250 MHz ng-ten phát �㗃 - 44 dBi ng-ten thu �㗃 , 44 dBi
Mÿc suy hao do h¿p thÿ Oxy �㗯 7CD 15,1 dB/km
Mÿc suy hao do m±a �㗯 ,*E' 0 dB/km
Hò sò Rice �㗃 6 dB
M¿t ò phò cụng su¿t nhiòu �㗄�㗅 -114 dBm/Mhz
Hò sò nhiòu mỏy thu �㗄 # 5 dB
B±òc súng cÿa liờn k¿t FSO �㗰 #$% 1550 nm
Hò sò c¿u trỳc chi¿t su¿t �㗃 ' ( 5 ì 10 4.L m 4( lx ò ỏp ÿng �㗅 0,8 1/V
Ph±Ăng sai nhiòu �㗰 9 ( 10 4.L �㗃 (
Hò sò suy hao �㗯 B 0,1 km 4 ±òng kớnh thu 2�㗯 20 cm
Bán kính chùm tia �㗱 y 2,0 m ò lòch chu¿n Jitter �㗰 6 10 cm
Hỡnh 3 3 So sỏnh hiòu nng cÿa hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/FSO, WDM-PON/RF và hò thòng NGPON2 vòi �㗄 = = 10 Gbps và �㗃 ?# = �㗃 #$% = 800 �㗅
Tr±òc tiờn, hỡnh 3.3 cho th¿y k¿t qu¿ so sỏnh hiòu nng cÿa ba kòch b¿n truyòn d¿n ang so sánh là thu¿n WDM-PON, lai ghép WDM-PON/FSO và lai ghép WDM- PON/RF vòi tòc ò bit hò thòng là 10 Gbit/s cựng hai tòng kho¿ng cỏch liờn k¿t khỏc nhau là 20 km và 40 km Trong so sỏnh này, kho¿ng cỏch khụng dõy ±ÿc cò ònh là
800 m Cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cho ta th¿y r¿ng hiòu nng cÿa ba ±òng xuòng ang xem xột phÿ thuòc ỏng kò vào cụng su¿t phỏt ±ÿc ỏp dÿng
Giỏ trò cÿa BER hò thòng gi¿m r¿t nhanh khi cụng su¿t phỏt tng lờn Tuy nhiờn, mòi hò thòng l¿i cú tòc ò gi¿m khỏc nhau Ta cú thò th¿y, BER ¿t giỏ trò tòt nh¿t vòi ±òng xuòng cÿa hò thòng dÿa trờn WDM-PON, cũn BER cÿa hò thòng truyòn d¿n ±òng xuòng lai ghộp WDM-PON/RF cú tòc ò gi¿m ch¿m hĂn khi BER ¿t ¿n mòt giỏ trò cÿ thò là 10 2 4 ú là vỡ, trong hò thòng RF viòc tng cụng su¿t phỏt cing cú thò d¿n ¿n gia tng nhiòu, và khụng làm gi¿m tò sò tớn hiòu trờn nhiòu SNR M¿c dự cú chi phớ l¿p ¿t cao hĂn, khú triòn khai và kộm linh ho¿t hĂn, nh±ng gi¿i phỏp truyòn d¿n thu¿n WDM-PON luụn v±ÿt tròi hĂn so vòi cỏc gi¿i phỏp truyòn d¿n khỏc nhò cỏc lÿi th¿ cÿa truyòn d¿n cỏp quang M¿t khỏc, dự chi phớ triòn khai th¿p nh¿t và cú tớnh linh ho¿t cao nh¿t, nh±ng hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/RF l¿i khụng ỏp ÿng yờu c¿u cao cÿa BER, vớ dÿ vòi mÿc lòn hĂn 10 2 4 Tÿ hỡnh v¿ ta cú thò th¿y, hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/FSO cú hiòu nng tòt hĂn WDM- PON/RF vòi BER nhò hĂn 10 2 5 , mang ¿n mòt gi¿i phỏp trung gian, cú thò ỏp ÿng BER cao, linh ho¿t hĂn trong khi chi phớ triòn khai th¿p hĂn
Hỡnh 3 4 BER so vòi tòng kho¿ng cỏch vòi cỏc cụng su¿t phỏt khỏc nhau, �㗄 = = 10
Mòt trong nhÿng yờu c¿u quan tròng nh¿t cÿa m¿ng truyòn d¿n di òng th¿ hò ti¿p theo là mò ròng t¿m dòch vÿ ¿t ¿n kho¿ng cỏch liờn k¿t tòi a cú thò Do ú, trong ph¿n này, ó kiòm tra sÿ phÿ thuòc cÿa hiòu nng hò thòng trờn tòng kho¿ng cỏch c¿n thi¿t cho ba hò thòng truyòn d¿n và ±ÿc so sỏnh nh± trong hỡnh 3.4 Trong ỏnh giỏ này, kho¿ng cỏch liờn k¿t khụng dõy cÿa FSO và RF ±ÿc gi¿ ònh là cò ònh ò 800 m và chỳng ta cú thò mò ròng kho¿ng cỏch liờn k¿t b¿ng cỏc ph±Ăng tiòn cÿa sÿi cỏp quang Hỡnh 3.4 mụ t¿ hiòu nng hò thòng ¿t ±ÿc vòi cụng su¿t phỏt khỏc nhau (�㗄 - ), l¿n l±ÿt là 0 dBm, 5 dBm, 10 dBm Rừ ràng, hiòu nng cÿa cỏc hò thòng truyòn d¿n ±ÿc ±a ra phÿ thuòc m¿nh m¿ vào tòng kho¿ng cỏch liờn k¿t ±ÿc thÿc hiòn Do sÿ suy hao lan truyòn cÿa tớn hiòu quang, hiòu nng hò thòng bò gi¿m nhanh chúng khi triòn khai ò kho¿ng cỏch liờn k¿t lòn hĂn
Dÿa vào hỡnh 3.4, ta cú thò th¿y trong sò ba gi¿i phỏp truyòn d¿n ang so sỏnh thỡ hò thòng truyòn d¿n thu¿n WDM-PON luụn cho hiòu nng tòt nh¿t vòi giỏ trò BER nhò nh¿t, hay núi cỏch khỏc, t¿m dòch vÿ dài nh¿t òi vòi hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/FSO cho hiòu nng tòt hĂn so vòi hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/RF vòi BER yờu c¿u ÿ nhò (cÿ thò là nhò hĂn 10 2 5 vòi cụng su¿t lòn hĂn 5 dBm) Tuy nhiờn, nú l¿i cú hiòu nng th¿p hĂn n¿u BER yờu c¿u khụng quỏ nhò (tÿc là BER g 10 2 4 ) Chỳng ta cú thò th¿y r¿ng, gi¿i phỏp truyòn d¿n WDM-PON cho th¿y là lÿa chòn tòt nh¿t xột vò m¿t BER nh±ng truyòn d¿n lai ghộp WDM- PON/FSO ho¿c WDM-PON/RF là nhÿng lÿa chòn thay th¿ khỏc tòi ±u hĂn trong tr±òng hÿp ph¿i ỏnh òi giÿa hiòu nng ho¿t òng vòi chi phớ l¿p ¿t, tớnh l±u òng và linh ho¿t cho th¿ hò m¿ng truyòn d¿n ti¿p theo
Ti¿p theo, nghiờn cÿu s¿ phõn tớch sÿ phÿ thuòc cÿa hiòu nng hò thòng vào cỏc tham sò chớnh cÿa hò thòng Hỡnh 3.5 và hỡnh 3.6 cho th¿y tỏc òng cÿa cỏc tham sò chớnh cÿa cỏc ph¿n liờn k¿t sÿi quang, nh± tÿ lò chia tỏch và hò sò khu¿ch ¿i trong ba hò thòng truyòn d¿n mà nghiờn cÿu ±a ra so sỏnh
Hỡnh 3 5 BER so vòi tÿ lò chia tỏch trong tr±òng hÿp tòng kho¿ng cỏch L = 40 km vòi �㗄 = = 10 Gbps và �㗃 #$% = �㗃 ?# = 800�㗅
Hỡnh 3 6 ắnh h±òng cÿa hò sò khu¿ch ¿i lờn BER cÿa truyòn d¿n vòi �㗃 = 40 km,
�㗄 = = 10 Gbps và �㗃 #$% = �㗃 ?# = 800 m
Nh± thò hiòn trong hỡnh 3.5, cỏc BER thu ±ÿc tÿ ba gi¿i phỏp truyòn d¿n ±ÿc so sỏnh tng nhanh chúng khi tÿ lò chia tỏch tng lờn Nguyờn nhõn là do cỏc hò thòng m¿ng quang thÿ òng PON ±ÿc thÿc hiòn trong cỏc m¿ng truyòn d¿n ±ÿc so sỏnh chò sÿ dÿng bò chia cụng su¿t, d¿n tòi cụng su¿t quang ò ¿u ra cÿa bò chia gi¿m ỏng kò (nh± thò hiòn trong cụng thÿc (3.7))
M¿t khỏc, tÿ hỡnh 3.6 cú thò th¿y r¿ng tớnh phÿ thuòc cÿa hiòu nng hò thòng vào hò sò khu¿ch ¿i khỏ giòng vòi sÿ phÿ thuòc cÿa nú vào cụng su¿t phỏt Lý do là hò sò khu¿ch ¿i ¿nh h±òng trÿc ti¿p ¿n cụng su¿t cÿa tớn hiòu quang
Hỡnh 3 7 BER so vòi cụng su¿t phỏt vòi tòc ò bit khỏc nhau, L = 40 km và �㗃 #$% �㗃 ?# = 800 m
Cuòi cựng, hỡnh 3.7 cho th¿y hiòu nng hò thòng ¿t ±ÿc cÿa ba hò thòng truyòn d¿n vòi tòc ò bit khỏc nhau là 1 Gbps, 2.5 Gbps và 10 Gbps Cỏc k¿t qu¿ mụ phòng cho ta th¿y r¿ng vòi t¿t c¿ tòc ò bit ó cho, hò thòng truyòn d¿n thu¿n WDM-PON luụn ¿t hiòu nng tòt nh¿t Trong khi ú, gi¿i phỏp truyòn d¿n lai ghộp WDM-
PON/FSO chò v±ÿt tròi hĂn so vòi gi¿i phỏp truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/RF n¿u BER yờu c¿u ÿ nhò, tÿc là BER nhò hĂn mòt giỏ trò cÿ thò (5 x 10 2 4 ) nhò nhÿng lÿi th¿ cÿa cụng nghò FSO so vòi cụng nghò RF Tÿ ú cú thò th¿y, chỳng ta nờn ±u tiờn hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDMPON/FSO hĂn so vòi hò thòng truyòn d¿n lai ghộp WDM-PON/RF trong tr±òng hÿp c¿n hiòu nng cao Tuy nhiờn, chỳng ta v¿n c¿n l±u ý r¿ng liờn k¿t FSO là ±òng truyòn th¿ng và bò ¿nh h±òng m¿nh m¿ bòi s±Ăng mự và mây.
Tòng k¿t ch±Ăng 3
Trong ch±Ăng này, lu¿n ỏn ó nghiờn cÿu ba gi¿i phỏp truyòn d¿n ¿y hÿa h¿n là hò thòng truyòn d¿n thu¿n WDM-PON cựng hai gi¿i phỏp truyòn d¿n lai ghộp khụng dõy - quang hòc khỏc là WDM-PON/FSO và WDM-PON/RF nh¿m tỡm ra cỏc m¿ng truyòn d¿n di òng dung l±ÿng cao Cỏc gi¿i phỏp truyòn d¿n này òu cú thò sÿ dÿng và k¿t hÿp cựng vòi ±u th¿ cÿa cỏc cụng nghò ó và ang sÿ dÿng nh± PON, FSO và RF nh¿m mang l¿i hiòu nng cao, tớnh linh ho¿t và tớnh di òng
Tr±òc tiờn, c¿n phỏt triòn cỏc mụ hỡnh toỏn hòc cho cỏc ±òng xuòng hò thòng cÿa ba gi¿i phỏp truyòn d¿n Sau ú, phõn tớch hiòu nng hò thòng d±òi tỏc òng cÿa cỏc tham sò m¿ng khỏc nhau bao gòm t¿m ¿nh h±òng tòi a, kho¿ng cỏch liờn k¿t khụng dõy, tÿ lò chia tỏch, hò sò khu¿ch ¿i và tòc ò bit hò thòng mòt cỏch lý thuy¿t và toàn diòn Tỏc òng cÿa cỏc tham sò mụi tr±òng chớnh nh± ò suy hao do m±a và nhiòu lo¿n khớ quyòn cing ±ÿc nghiờn cÿu Ngoài ra, nghiờn cÿu cing thÿc hiòn so sỏnh hiòu nng cÿa ba gi¿i phỏp truyòn d¿n thay th¿ ò làm rừ sÿ ỏnh òi giÿa hiòu nng hò thòng và tớnh linh ho¿t, tớnh di òng cÿa hò thòng Cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng ó chÿng minh r¿ng mòi gi¿i phỏp truyòn d¿n òu cú nhÿng ±u iòm và nh±ÿc iòm riờng K¿t hÿp cỏc ph±Ăng phỏp này cú thò khai thỏc cỏc cụng nghò PON, FSO và RF nh¿m mang ¿n mòt gi¿i phỏp linh ho¿t và cú kh¿ nng ¿t bng thụng gigabit cho m¿ng truyòn d¿n di òng th¿ hò ti¿p theo.
CH¯ĂNG 4: GIắI PHÁP TRUYịN DắN BACKHAUL LAI GHẫP WDM-
Túm t¿t 3 : Trong ch±Ăng này, lu¿n ỏn ò xu¿t c¿u trỳc lai ghộp sÿi quang (OF) vòi truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do (FSO) cho mòt hò thòng truyòn d¿n backhaul dÿa trờn m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo b±òc súng (WDM- PON) Ki¿n trỳc truyòn d¿n lai ghộp ò xu¿t mang ¿n khụng chò tòc ò dÿ liòu cao mà cũn r¿t linh ho¿t và triòn khai nhanh chúng Ngoài viòc thÿc hiòn phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng truyòn d¿n ±òng xuòng lai ghộp OF/FSO dÿa trờn WDM-PON bòn b±òc súng d±òi tỏc òng cÿa hiòu ÿng tròn bòn súng (FWM) Lu¿n ỏn cing xem xột ¿n tỏc òng cÿa hiòn t±ÿng fading do nhiòu lo¿n khớ quyòn và cỏc thành ph¿n nhiòu chớnh, bao gòm nhiòu bò khu¿ch ¿i, nhiòu b¿n, nhiòu giao thoa, nhiòu nòn và nhiòu nhiòt Cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cho th¿y, m¿c dự hiòu nng truyòn t¿i cao và hò sò khu¿ch ¿i tng ò phớa mỏy phỏt giỳp gi¿m thiòu tỏc òng cÿa nhiòu và fading, chỳng ta v¿n nờn giòi h¿n chỳng ò mòt giỏ trò cÿ thò ò trỏnh tỏc òng cÿa hiòu ÿng tròn bòn súng FWM Do ú, viòc sÿ dÿng bò khu¿ch ¿i ho¿c i òt quang thỏc APD t¿i phớa mỏy thu s¿ là mòt gi¿i phỏp tòt hĂn ò giÿ tÿ lò lòi bit (BER) ò mÿc th¿p
Vai trũ cÿa truyòn thụng khụng dõy ngày càng tng lờn nh± là mòt gi¿i phỏp truyòn thụng linh ho¿t và ti¿t kiòm chi phớ nh¿t cho m¿ng di òng khi th¿ hò sau (5G)
[51] Truyòn thụng khụng dõy dung l±ÿng cao giỳp cỏc nhà khai thỏc di òng ỏp ÿng yờu c¿u vò dung l±ÿng mà v¿n duy trỡ ch¿t l±ÿng tòt cho khỏch hàng Trong khi ú, cỏc nhà khai thỏc c¿n ph¿i ¿m b¿o mÿc tiờu hiòu qu¿ ho¿t òng b¿ng cỏch ti¿t kiòm chi phớ phò và trỏnh triòn khai sÿi quang tòn thòi gian, chi phớ cao
3 Nòi dung cÿa Ch±Ăng 4 ó ±ÿc cụng bò trờn T¿p chớ quòc t¿ ISI [J2]
Truyòn thụng khụng dõy truyòn thòng dÿa trờn cụng nghò t¿n sò vụ tuy¿n (RF) cú cỏc nh±ÿc iòm riờng nh± tòc ò dÿ liòu h¿n ch¿, phò ±ÿc c¿p phộp, nhiòu và iòu kiòn thòi ti¿t [17][51][112] Vỡ th¿, truyòn thụng khụng dõy sÿ dÿng truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do (FSO) ±ÿc coi là mòt thay th¿ h¿p d¿n, nhò sÿ dÿng b±òc súng khụng c¿n c¿p phộp, hò trÿ truyòn song cụng tòc ò cao và miòn nhiòm vòi nhiòu iòn tÿ [89]
M¿t khỏc, truyòn thụng qua sÿi quang s¿ là mòt gi¿i phỏp lý t±òng ò truyòn cỏc tớn hiòu ¿n tr¿m gòc (BS) Tuy nhiờn, nh±ÿc iòm cÿa nú là chi phớ liờn quan và khú khn trong viòc l¿p ¿t sÿi quang là vụ cựng lòn, nh¿t là trong khu vÿc thành thò ò gi¿m thiòu chi phớ cĂ sò h¿ t¿ng cÿa cỏc m¿ng truyòn d¿n di òng, ¿c biòt là trong miòn quang hòc bò chi phòi bòi chi phớ l¿p ¿t sÿi quang ¿t ò, thỡ viòc sÿ dÿng m¿ng phõn phòi quang (ODNs) vòi cỏc cụng nghò truy c¿p khỏc nh± m¿ng quang thÿ òng (PONs) s¿ là mòt gi¿i phỏp tòt và ó ±ÿc nghiờn cÿu kÿ l±ÿng [20][36][58] M¿c dự PONs cú kh¿ nng ỏp ÿng cỏc yờu c¿u vò nng lÿc truyòn d¿n, nh±ng ¿c tớnh trò khụng òi xÿng ó d¿n ¿n cỏc ¿nh h±òng vò hiòu nng mà trong ú m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo thòi gian (TDM-PON) ph¿i cú mòt bò l¿p lòch riờng ò tòi ±u l±u l±ÿng truyòn d¿n [36] Vỡ v¿y, m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo b±òc súng (WDM-PON) s¿ là lÿa chòn hiòu qu¿ hĂn vỡ sò l±ÿng sÿi cỏp c¿n sÿ dÿng gi¿m ỏng kò trong khi v¿n cung c¿p mòt sò kờnh tòc ò cao [108]
Hỡnh 4 1 Mụ hỡnh hò thòng truyòn d¿n sÿi quang OF/FSO dÿa trờn WDM-PON
Hỡnh 4.1 thò hiòn mụ hỡnh truyòn d¿n sÿi quang OF/FSO dÿa trờn WDM-PON Mòt liờn k¿t truyòn d¿n bao gòm hai ch¿ng Ch¿ng ¿u tiờn k¿t nòi giÿa tr¿m trung tõm (CS), nĂi ¿t thi¿t bò ¿u cuòi ±òng quang (OLT) và m¿ch ghộp kờnh/phõn kờnh (MUX/DEMUX) WDM dÿa trên sÿi quang Ch¿ng thÿ hai giÿa MUX/DEMUX và cỏc tr¿m gòc (BS) ±ÿc triòn khai b¿ng cỏch sÿ dÿng liờn k¿t FSO Mòt vài nghiờn cÿu ó t¿p trung vào viòc phõn tớch hiòu nng cÿa liờn k¿t lai ghộp OF/FSO trong tÿng tr±òng hÿp khỏc nhau Nh± trong nghiờn cÿu [108] ó ti¿n hành phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng cú tỏc òng cÿa cỏc thành ph¿n nhiòu khỏc nhau cựng hiòn t±ÿng fading do nhiòu lo¿n Hay nh± trong mòt nghiờn cÿu khỏc, trong WDM-PON nhiòu xuyờn õm liờn kờnh giÿa cỏc kờnh WDM là y¿u tò gõy suy hao quan tròng và g¿n õy ó ±ÿc xem xột trong [8][145] Nhÿng nghiờn cÿu này òu kiòm tra nhiòu xuyờn õm giÿa cỏc kờnh gõy ra bòi mòt sò h¿n ch¿ cÿa m¿ch phõn kờnh phõn chia b±òc súng K¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cho th¿y sÿ k¿t hÿp cÿa nhiòu xuyờn õm giÿa cỏc kờnh và nhiòu lo¿n d¿n ¿n hiòu ÿng nhiòu xuyờn õm kốm nhiòu, làm suy hao nghiờm tròng hiòu nng hò thòng tòng thò
Nh± ta bi¿t r¿ng tròn bòn súng (FWM) là mòt hiòu ÿng phi tuy¿n tớnh x¿y ra trong sÿi quang, nú gõy ra nhiòu xuyờn õm giÿa cỏc kờnh WDM và cú ¿nh h±òng khỏ lòn vòi hò thòng khi cụng su¿t phúng vào sÿi quang cao Tuy nhiờn ¿nh h±òng cÿa FWM ch±a ±ÿc xem xột trong viòc phõn tớch hiòu nng truyòn d¿n lai ghộp OF/FSO qua WDM-PON M¿t khỏc, viòc sÿ dÿng cụng su¿t phỏt cao nh¿m c¿i thiòn hiòu nng và mò ròng ò bao phÿ cÿa cỏc liờn k¿t truyòn d¿n là mòt iòu r¿t c¿n thi¿t Do ú, viòc nghiờn cÿu hiòu nng cÿa liờn k¿t truyòn d¿n d±òi tỏc òng cÿa FWM nh¿m tỡm ra giỏ trò thớch hÿp cÿa cụng su¿t phỏt úng vai trũ quan tròng cho liờn k¿t truyòn d¿n lai ghép OF/FSO qua WDM-PON
Vỡ v¿y, trong ph¿n này, nghiờn cÿu t¿p trung vào viòc phõn tớch tỏc òng cÿa FWM ¿n hiòu nng cÿa liờn k¿t truyòn d¿n lai ghộp OF/FSO qua WDM-PON Lu¿n ỏn cing xem xột cỏc h± h¿i t¿ng v¿t lý khỏc nhau cÿa sÿi quang, kờnh FSO và nhiòu mỏy thu nh± fading Gamma-Gamma, nhiòu bò khu¿ch ¿i, nhiòu b¿n, nhiòu giao thoa và nhiòu nhiòt Mÿc ớch cÿa nghiờn cÿu này là tỡm ra giỏ trò cụng su¿t phỏt và hò sò khu¿ch ¿i phự hÿp ò giÿ tÿ lò lòi bit (BER) ò mÿc th¿p Ngoài ra, lu¿n ỏn cing nghiờn cÿu cỏc thụng sò liờn k¿t khỏc nh± hò sò khu¿ch ¿i và i òt quang thỏc APD nh¿m cung c¿p thụng tin hÿu ớch ò thi¿t k¿ truyòn d¿n ±òng xuòng lai ghộp OF/FSO qua WDM-PON.
Hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp OF/FSO qua WDM-PON
Ki¿n trỳc cÿa mòt hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp OF/FSO qua WDM- PON ±ÿc minh hòa trong hỡnh 4.2, trong ú tớn hiòu tÿ cỏc mỏy phỏt ¿t t¿i CS ±ÿc gÿi ¿n máy thu t¿i các BS thông qua liên k¿t cáp quang và FSO Sÿi quang óng vai trũ mụi tr±òng truyòn d¿n cho tớn hiòu nhiòu b±òc súng trong khi mòi liờn k¿t FSO iòm-iòm sò hÿu mòt b±òc súng duy nh¿t Cỏc hò thòng truyòn d¿n WDM-PON hiòn t¿i ±ÿc tòi ±u húa cho ph¿m vi bao phÿ lờn ¿n 20 km và chỳng cú thò ±ÿc mò ròng mòt cỏch linh ho¿t thờm vài km nÿa vòi sÿ trÿ giỳp cÿa liờn k¿t FSO
T¿i cỏc mỏy phỏt cÿa tr¿m trung tõm CS, ¿u tiờn dÿ liòu ±ÿc iòu ch¿ vòi cỏc b±òc súng khỏc nhau, ròi ±ÿc ghộp kờnh b¿ng cỏch sÿ dÿng m¿ch ghộp kờnh phõn chia b±òc súng cÿ thò ò õy là cỏch tÿ òng d¿n súng d¿ng m¿ng AWG Ti¿p theo, tớn hiòu WDM ±ÿc khu¿ch ¿i b¿ng khu¿ch ¿i quang pha t¿p Erbium tr±òc khi ±ÿc truyòn qua mòt sÿi quang ¿n mỏy thu T¿i mỏy thu, mòt cỏch tÿ òng d¿n súng d¿ng m¿ng AWG khỏc n¿m cỏch cỏc tr¿m gòc BS vài km s¿ chia tỏch tớn hiòu WDM thành tÿng b±òc súng riờng, và mòi b±òc súng ±ÿc chò ònh tòi mòt BS Tớn hiòu b±òc súng Ăn tÿ ¿u ra cÿa AWG ±ÿc khu¿ch ¿i bòi bò khu¿ch ¿i cụng su¿t (PA) tr±òc khi gÿi ¿n mỏy thu quang cÿa BS thụng qua kờnh khớ quyòn
Hỡnh 4 2 C¿u trỳc hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp OF/FSO dÿa trờn WDM-
T¿i cỏc mỏy thu cÿa tr¿m gòc BS, ¿u tiờn tớn hiòu quang nh¿n ±ÿc s¿ ±ÿc ±a qua bò lòc quang Bessel (BOF) ò h¿n ch¿ bng thụng quang nh¿m gi¿m nhiòu nòn Ti¿p theo, tớn hiòu quang ±ÿc chuyòn òi thành dũng iòn quang nhò mòt i òt quang thỏc APD cú kh¿ nng hò trÿ tòc ò cao và ò nh¿y cao cho cỏc mỏy thu Cuòi cựng sÿ dÿng mòt bò dũ ng±ÿng ò khụi phÿc dÿ liòu ±ÿc gÿi tÿ CS iòu ỏng chỳ ý là hiòu nng cÿa dÿ liòu phÿc hòi ò mòi BS bò ¿nh h±òng bòi khụng chò cỏc lo¿i nhiòu ò mỏy thu, mà cũn c¿ FWM và nhiòu lo¿n khớ quyòn b¿t nguòn l¿n l±ÿt tÿ sÿi cỏp quang và kờnh khớ quyòn.
Phõn tớch hiòu nng cÿa hò thòng
Trong ph¿n này, lu¿n ỏn ó phõn tớch hiòu nng òi vòi hò thòng truyòn d¿n lai ghộp OF/FSO qua WDM-PON d±òi tỏc òng cÿa cỏc h± h¿i t¿ng v¿t lý khỏc nhau Tr±òc tiờn, lu¿n ỏn s¿ trỡnh bày cỏc biòu thÿc toỏn hòc tớnh toỏn cụng su¿t xuyờn õm gõy ra bòi FWM Thÿ hai, nghiờn cÿu này s¿ ±a ra ±ÿc mụ hỡnh toỏn hòc cho kờnh khớ quyòn ¿i diòn cho hiòu ÿng suy hao do khớ quyòn và nhiòu lo¿n khớ quyòn Cuòi cựng, s¿ ±a ra biòu thÿc cho BER ±ÿc xỏc ònh dÿa trờn tÿ sò tớn hiòu trờn nhiòu (SNR)
FWM là mòt hiòn t±ÿng iòu bi¿n qua l¿i b¿t nguòn tÿ ò nh¿y phi tuy¿n tớnh b¿c ba cÿa sÿi cỏp quang B¿t cÿ khi nào ba súng quang cú t¿n sò �㗅 / , �㗅 ` và �㗅 , òng thòi truyòn bờn trong sÿi quang, chỳng s¿ t±Ăng tỏc vòi nhau và t¿o ra súng thÿ t± vòi t¿n sò �㗅 E = �㗅 / + �㗅 ` 2 �㗅 , [47] Tớn hiòu giao thoa cú t¿n sò �㗅 E , phÿ thuòc vào cỏc t¿n sò riờng f p,q,r , cú thò n¿m trờn ho¿c r¿t g¿n vòi mòt trong sò cỏc kờnh t¿n sò riờng và k¿t qu¿ là xu¿t hiòn nhiòu xuyờn õm ¿nh h±òng ỏng kò ¿n kờnh ú Trong liờn k¿t WDM vòi N kờnh, FWM cú thò gõy ra thành ph¿n nhiòu xuyờn õm N(N21) 2 t±Ăng ÿng vòi �㗅, �㗅, �㗅 thay òi tÿ 1 ¿n N Vớ dÿ: 36 thành ph¿n nhiòu xuyờn õm ±ÿc t¿o ra trong tr±òng hÿp kờnh WDM bòn b±òc súng nh± hỡnh 4.3 Khi �㗅, �㗅, �㗅 thay òi tÿ 1 ¿n N, �㗅 / , �㗅 ` và �㗅 , k¿t hÿp vòi nhau s¿ t¿o ra cỏc t¿n sò trựng khòp vòi nhÿng t¿n sò ang cú Ch¿ng h¿n trong mòt hò thòng cú bòn t¿n sò cỏch òu nhau (N = 4;
�㗅 , �㗅 ( , �㗅 l và �㗅 L ) k¿t hÿp vòi nhau t¿o ra FWM t¿i t¿n sò �㗅 ho¿c �㗅 L là ba, trong khi con sò ú là nm giÿa t¿n sò �㗅 ( ho¿c �㗅 l , nh± trong hỡnh 4.3
Hỡnh 4 3 Cỏc thành ph¿n nhiòu xuyờn õm FWM gõy ra bòi giao thoa tớn hiòu cÿa bòn kờnh cỏch òu nhau ò cỏc t¿n sò �㗅 , �㗅 ( , �㗅 l , �㗅 L
Cụng su¿t cÿa súng mòi ±ÿc t¿o ra bòi FWM cú thò tớnh ±ÿc theo cụng thÿc sau [34]:
�㗄 /`, = �㗰 # (�㗅 # �㗯�㗃 OF ) ( (�㗄 + �㗃 :T#9 ) l exp(2�㗄 OF �㗃 OF ), (4.1)
Trong ó: Đ d F là y¿u tò suy bi¿n ±ÿc xỏc ònh vòi giỏ trò là 1 khi �㗅 = �㗅 b¿ng 2 khi
�㗅 b �㗅 Đ �㗯 là hò sò phi tuy¿n tớnh Đ �㗃 OF là chiòu dài cÿa sÿi cỏp quang Đ �㗄 OF là hò sò suy hao cÿa sÿi cỏp quang Đ �㗄 + là cụng su¿t quang trờn mòi kờnh b±òc súng, và ±ÿc gi¿ sÿ giòng nhau ò t¿t c¿ cỏc kờnh Đ �㗃 :T#9 là hò sò khu¿ch ¿i cÿa EDFA Đ �㗰 # là hiòu nng FWM, ±ÿc xỏc ònh nh± trong [47]:
�㗰 # j ô1 2 exp[2(�㗄 %# + �㗅�㗮�㗅)�㗃 %# ]
(�㗄 %# + �㗅�㗮�㗅)�㗃 %# ô ( , (4.2)
Vòi �㗮�㗅 = �㗯 ( X�㗱 / 2 �㗱 , [X�㗱 ` 2 �㗱 , [ cú tỏc dÿng chi phòi ¿n hiòu nng cÿa FWM và nú phÿ thuòc vào kho¿ng cỏch t¿n sò thụng qua sÿ thớch ÿng pha �㗯 ( 22�㗰�㗅�㗃/�㗱 + ( là tham sò tỏn s¿c v¿n tòc nhúm GVD t¿i �㗱 | = X�㗱 / + �㗱 ` [/2, vòi
�㗱 /,`,, = 2�㗰�㗅 /,`,, , �㗅 là v¿n tòc ỏnh sỏng và �㗃 là tham sò tỏn s¿c
Coi �㗄 E #;v là tòng hiòu nng cÿa FWM ±ÿc t¿o ra ò t¿n sò �㗅 E và ±ÿc tớnh b¿ng công thÿc:
�㗄 /`, , (4.3) trong ú cỏc thành ph¿n trong cụng thÿc (4.3) thòa món iòu kiòn �㗅 E = �㗅 / + �㗅 ` 2 �㗅 , Công su¿t cÿa tÿng �㗄 /`, ±ÿc tính tÿ công thÿc (4.1):
�㗄 #;v = �㗄 ((l + �㗄 (lL + �㗄 l(L
�㗄 ( #;v = �㗄 (l + �㗄 l.( + �㗄 Ll + �㗄 L.l + �㗄 llL
�㗄 l #;v = �㗄 L( + �㗄 L.( + �㗄 (Ll + �㗄 L(l + �㗄 ((
�㗄 L #;v = �㗄 (l + �㗄 l( + �㗄 ll(
(4.4) òi vòi liờn k¿t WDM cú sò l±ÿng kờnh lòn, �㗅, �㗅, và �㗅 thay òi tÿ 1 ¿n N d¿n ¿n cú mòt sò l±ÿng r¿t lòn cỏc thành ph¿n FWM ±ÿc t¿o ra Do ú, chỳng ta c¿n mòt mụ hỡnh phõn tớch phÿc t¿p ò tớnh toỏn cụng su¿t cÿa cỏc thành ph¿n nhiòu xuyờn õm (vớ dÿ nh± �㗄 E #;v ) Ngoài ra, chỳng ta cing cú thò phỏt triòn mòt ch±Ăng trỡnh mỏy tớnh Ăn gi¿n nh¿m tỡm ki¿m sÿ k¿t hÿp cÿa �㗅 / , �㗅 ` và �㗅 , gõy ra nhiòu xuyờn õm ròi sau ú tớnh toỏn tòng cụng su¿t xuyờn õm ò tÿng t¿n sò hiòn cú
Ph¿n này s¿ trỡnh bày mụ hỡnh toỏn hòc cho hò sò kờnh (/) cÿa kờnh khớ quyòn Xem xột ¿nh h±òng cÿa hiòu ÿng suy hao do khớ quyòn và nhiòu lo¿n khớ quyòn, hò sò kờnh ±ÿc xỏc ònh bòi hai tham sò là / B và / * ; và ±ÿc xỏc ònh b¿ng cụng thÿc:
Trong ú / B là tòng suy hao ±òng truyòn gõy ra bòi sÿ lan truyòn hỡnh hòc và suy hao khớ quyòn ±ÿc xỏc ònh:
�㗰 ”�㗰2�㗃 #$% • ( exp(2�㗄 #$% �㗃 #$% ), (4.6) Vòi: Đ �㗄 #$% là hò sò suy hao § �㗃 #$% là kho¿ng cách cÿa liên k¿t FSO Đ �㗃 = �㗰 ” * ( • ( vòi �㗄 là ±òng kớnh cÿa kh¿u ò mỏy thu
Và / * là bi¿n ng¿u nhiờn ¿i diòn cho fading do hòn lo¿n gõy ra, th±òng ±ÿc mụ hỡnh húa bòi phõn phòi Gamma-Gamma
Theo ú,hàm m¿t ò xỏc su¿t cÿa c±òng ò dao òng do nhiòu lo¿n khớ quyòn ±ÿc mô t¿ trong [36]:
Trong ó: § ( ) là hàm Gamma Đ �㗃 345 là hàm Bessel lo¿i 2 ó ±ÿc sÿa òi và b¿c (�㗯 2 �㗯) Ngoài ra, �㗯 và �㗯 l¿n l±ÿt là sò hiòu qu¿ cÿa cỏc xoỏy quy mụ nhò và quy mụ lòn cÿa mụi tr±òng tỏn x¿ Cỏc tham sò �㗯 > 0 và �㗯 > 0 cú thò thay òi ò ¿t ±ÿc mÿc òng thu¿n tòt giÿa �㗅 F ! (h a ) và dÿ liòu o l±òng cho mòt lo¿t cỏc iòu kiòn nhiòu lo¿n (tÿ y¿u ¿n m¿nh) HĂn nÿa, gi¿ sÿ r¿ng súng truyòn theo hỡnh c¿u thỡ �㗯 và �㗯 cú thò ±ÿc liờn k¿t trÿc ti¿p ¿n cỏc tham sò v¿t lý [172]:
Trong ú ph±Ăng sai Rytov �㗰 ? ( ¿i diòn cho ò m¿nh cÿa nhiòu lo¿n, bò ¿nh h±òng bòi chò sò cÿa hò sò c¿u trỳc chi¿t su¿t �㗃 ' ( và kho¿ng cỏch liờn k¿t FSO �㗃 #$% ±ÿc tớnh theo [68], vòi �㗰 là b±òc súng :
T¿i ¿u vào cÿa mỏy thu thÿ �㗅, ngoài viòc nh¿n ±ÿc tớn hiòu mong muòn vòi cụng su¿t �㗄 , , òng thòi hò thòng ò xu¿t cũn nh¿n ±ÿc súng FWM, ỏnh sỏng nòn và nhiòu khu¿ch ¿i phỏt x¿ tÿ phỏt (ASE) vòi cụng su¿t t±Ăng ÿng ±ÿc ký hiòu �㗄 E #;v ,
�㗄 = và �㗄 9$: Cụng su¿t cÿa tớn hiòu mong muòn nh¿n ±ÿc ±ÿc tớnh dÿa trờn ki¿n trỳc ±òng xuòng nh± sau:
�㗄 , = �㗄 + �㗃 :T#9 �㗃 G9 exp(2�㗄 %# �㗃 %# )/, (4.11) trong ú �㗃 :T#9 và �㗃 G9 l¿n l±ÿt là hò sò khu¿ch ¿i cÿa EDFA và PA òng thòi súng FWM cing ±ÿc khu¿ch ¿i và truyòn i thụng qua kờnh khớ quyòn, hiòu nng cÿa nú ò ¿u vào cÿa mỏy thu cú thò ±ÿc thò hiòn nh± sau:
EDFA và PA khụng chò khu¿ch ¿i tớn hiòu ò bự ¿p suy hao truyòn d¿n mà cũn sinh ra nhiòu ASE Tòng cụng su¿t cÿa nhiòu ASE (�㗄 9$: ) ò ¿u vào cÿa mỏy thu cú thò ±ÿc xỏc ònh thụng qua cỏc thành ph¿n nhiòu ASE gõy ra bòi EDFA (�㗄 9$: (:T#9) ) và PA (�㗄 9$: (G9) ) nh± sau:
�㗄 9$: = X�㗄 9$: (:T#9) exp(2�㗄 %# �㗃 %# )�㗃 G9 + �㗄 9$: (G9) [/, (4.13) Vòi hiòu nng cÿa nhiòu ASE cú quan hò vòi hò sò khu¿ch ¿i (G EDFA/PA ) và hò sò nhiòu �㗄 # (:T#9/G9) nh± trong [47]:
�㗰 X�㗃 :T#9/G9 2 1[�㗃 ! , (4.14) Trong ó: Đ �㗰 6/ = �㗄 # (:T#9/G9) /2 là hò sò nhiòu tÿ phỏt Đ / là h¿ng sò Plank Đ ằ là b±òc súng cÿa súng mang quang Đ B e là bng thụng iòn cÿa mỏy thu
K¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng hò thòng
Trong ph¿n này, lu¿n ỏn s¿ tớnh toỏn hiòu nng BER cÿa hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp OF/FSO vòi cỏc tham sò hò thòng khỏc nhau nh± tòng cụng su¿t phỏt tÿ t¿t c¿ cỏc kờnh b±òc súng ch¿y vào sÿi quang (vớ dÿ P t = NP c ), kho¿ng cỏch liờn k¿t FSO, hò sò khu¿ch ¿i EDFA, hò sò khu¿ch ¿i PA, và hò sò nhõn APD Lu¿n ỏn xem xột mòt WDM-PON vòi bòn b±òc súng 1550,12 nm; 1550,92 nm; 1551,72 nm; và 1552,32 nm Theo ú, kho¿ng cỏch b±òc súng s¿ là 0,8nm (ho¿c 100 GHz) B¿ng 4.1 thò hiòn cỏc tham sò hò thòng b¿t bi¿n khỏc ±ÿc sÿ dÿng trong phõn tớch cÿa lu¿n án
B¿ng 4 1 Tham sò hò thòng truyòn d¿n backhaul lai ghộp WDM-PON/FSO
Tờn Ký hiòu Giỏ trò
Liên k¿t sÿi quang và máy thu
Hò sò suy hao sÿi quang �㗄 %# 0,2 dB/km iòn trò �㗄 @ 50 ô ò ỏp ÿng cÿa i-òt quang thỏc ADP = 0,8 A/W
Chiòu dài sÿi quang �㗃 %# 20 km
Bng thụng iòn �㗃 ! 10 GHz
Bng thông quang �㗃 7 100 GHz
Hò sò nhiòu t¿i mỏy thu �㗃 ' 10 dB
Hò sò nhiòu cÿa bò khu¿ch ¿i cụng su¿t �㗄 # 5 dB
Hò sò nhiòu v±ÿt mÿc �㗃 * 5,5
Cụng su¿t nhiòu nòn �㗄 => -30 dBm
Hò sò suy hao (do s±Ăng mự mòng) �㗄 #$% 21 dB/km
Hò sò c¿u trỳc chi¿t su¿t �㗃 ' ( 10 2 13 m 2 2/3
Bán kính máy thu �㗄 10 cm ¿u tiờn, trong nghiờn cÿu này s¿ kiòm tra tỏc òng cÿa FWM ¿n hiòu nng truyòn d¿n ±òng xuòng lai ghộp OF / FSO Hỡnh 4.1 mụ t¿ BER so vòi tòng cụng su¿t quang truyòn trong tr±òng hÿp khụng cú EDFA, PA và APD, vớ dÿ �㗃 :T#9 = �㗃 G9
= 0 dB và M = 1 Cỏc ¿c tớnh BER t±Ăng ÿng vòi bòn kờnh b±òc súng cho th¿y r¿ng FWM chÿ y¿u liờn quan ¿n tòng cụng su¿t quang truyòn cao mà d¿n tòi ±òng cong lờn cÿa ¿c tớnh BER Do tớnh òi xÿng, cỏc ¿c tớnh BER cÿa kờnh b±òc súng 2 và
3 là giòng nhau Hiòn t±ÿng t±Ăng tÿ x¿y ra vòi kờnh 1 và 4 Ngoài ra, cỏc b±òc súng ò giÿa nh± kờnh 2 và 3, bò FWM ¿nh h±òng nhiòu hĂn do sò l±ÿng cỏc thành ph¿n FWM th¿ vào chỳng nhiòu hĂn
Hỡnh 4 4 BER vòi tòng cụng su¿t phỏt vòi �㗃 :T#9 = �㗃 G9 = 0 dB, M = 1 và �㗃 #$% =
Hỡnh 4.4 cho ta th¿y cú mòt d¿i giỏ trò tòng cụng su¿t phỏt mà t¿i ú BER th¿p hĂn mòt giỏ trò cÿ thò D¿i giỏ trò này ±ÿc t¿o ra bòi giòi h¿n cụng su¿t trờn và d±òi, vòi giòi h¿n d±òi phÿ thuòc vào tỏc òng cÿa nhiòu, cũn giòi h¿n trờn bò chi phòi bòi tỏc òng cÿa FWM Xem xột kờnh 2 và 3 vòi BER tòi a 10 310 , d¿i cụng su¿t truyòn là 4,5 dBm, n¿m giÿa 9,5 dBm và 13 dBm D¿i cụng su¿t truyòn lòn s¿ tòt hĂn vỡ nú giỳp hò thòng ho¿t òng linh ho¿t hĂn
Hỡnh 4 5 BER vòi tòng cụng su¿t phỏt cho cỏc kờnh 2 và 3 �㗃 :T#9 = �㗃 G9 = 0 dB, và M = 1
Ti¿p theo, Hỡnh 4.5 cho th¿y BER so vòi tòng cụng su¿t truyòn vòi cỏc giỏ trò khỏc nhau cÿa kho¿ng cỏch liờn k¿t FSO Cỏc tham sò khỏc cÿa hò thòng ±ÿc giÿ nguyờn nh± k¿t qu¿ tr±òc ú Con sò cho th¿y rừ ràng r¿ng BER tng lờn ỏng kò khi kho¿ng cỏch liờn k¿t FSO ±ÿc mò ròng K¿t qu¿ này là do hò sò suy hao tng cao trong iòu kiòn s±Ăng mự và ¿c biòt là cú sÿ nhiòu lo¿n m¿nh m¿ Kho¿ng cỏch liờn k¿t cÿa FSO cing gõy khú khn (òi vòi tr±òng hÿp L FSO = 2,6 km) ho¿c khụng thò (òi vòi tr±òng hÿp L FSO = 2,7 km) tỡm ra tòng cụng su¿t truyòn thớch hÿp ò BER nhò hĂn 10 310
Mòi quan hò giÿa BER và tòng cụng su¿t truyòn cing ±ÿc kiòm tra trong Hỡnh 4.6 Hò thòng ±ÿc xem xột trong ba tr±òng hÿp: khụng cú bò khu¿ch ¿i, vòi hò sò khu¿ch ¿i cÿa EDFA là 5 dB và hò sò khu¿ch ¿i PA là 5 dB Viòc sÿ dÿng EDFA t¿i phớa mỏy phỏt s¿ giỳp gi¿m bòt tỏc òng cÿa nhiòu; song nú gõy ra sÿ gia tng tỏc òng cÿa FWM do hiòu nng cao phúng vào sÿi quang
Hỡnh 4 6 BER vòi tòng cụng su¿t phỏt cho cỏc kờnh 2 và 3 vòi M = 1 và �㗃 #$% =
K¿t qu¿ là, ¿c tớnh BER vòi EDFA dòch chuyòn sang trỏi (so vòi iòm khụng cú EDFA) và iòm th¿p nh¿t cÿa ¿c tớnh BER khụng thay òi Nh± thò hiòn trong hỡnh, giỏ trò tòi thiòu cÿa BER bò gi¿m xuòng d±òi 10 310 và d¿i hiòu nng truyòn cú thò lÿa chòn giÿa 7,5 dBm và 12,5 dBm
Cuòi cựng, Hỡnh 4.7 ỏnh giỏ ±u th¿ cÿa viòc sÿ dÿng APD vòi BER ±ÿc thò hiòn so vòi tòng cụng su¿t truyòn vòi mòt sò giỏ trò cÿa hò sò nhõn APD Hò sò nhõn cao d¿n ¿n SNR tng ỏng kò trong khi nú khụng liờn quan nhiòu ¿n tỏc òng cÿa FWM Túm l¿i là, ta cú thò chòn mòt d¿i cụng su¿t truyòn ròng mà giỳp thi¿t k¿ và thi¿t l¿p liờn k¿t linh ho¿t ò cú thò ¿t ±ÿc hiòu nng BER yờu c¿u
4 7 BER vòi tòng cụng su¿t phỏt cho cỏc kờnh 2 và 3 vòi �㗃 :T#9 = �㗃 G9 = 0 dB và
Tòng k¿t ch±Ăng 4
Trong ch±Ăng này, ó phỏt triòn mòt mụ hỡnh toỏn hòc ò phõn tớch hiòu nng cÿa truyòn d¿n ±òng xuòng lai ghộp OF/FSO qua WDM-PON d±òi tỏc òng cÿa hiòu ÿng tròn bòn súng FWM Nhÿng h± h¿i v¿t lý khỏc cing ±ÿc xem xột trong phõn tớch cÿa lu¿n ỏn bao gòm nhiòu b¿n, nhiòu nhiòt, nhiòu nòn, nhiòu bò khu¿ch ¿i, nhiòu giao thoa, suy hao do khớ quyòn và nhiòu lo¿n khớ quyòn Bờn c¿nh hiòu nng truyòn tòi thiòu, chỳng ta cing nờn xem xột hiòu nng truyòn tòi a gõy ra bòi FWM trong thi¿t k¿ truyòn d¿n ±òng xuòng Lu¿n ỏn ó nghiờn cÿu ba ph±Ăng phỏp c¿i thiòn hiòu nng cho truyòn d¿n ±òng xuòng, bao gòm c¿ viòc sÿ dÿng EDFA,
PA, hay APD Cỏc k¿t qu¿ phõn tớch hiòu nng cho th¿y sÿ dÿng PA ho¿c APD s¿ tòt hĂn vỡ chỳng khụng khi¿n tỏc òng cÿa FWM trò nờn n¿ng hĂn
Cụng nghò truyòn d¿n lai ghộp cho m¿ng backhaul di òng ±ÿc xem là gi¿i phỏp ¿y tiòm nng cho m¿ng backhaul di òng th¿ hò ti¿p theo dÿa trờn mụ hỡnh lai ghộp vòi kh¿ nng truyòn t¿i dung l±ÿng cao; kh¿ nng mò ròng; chi phớ hiòu qu¿; cing nh± kh¿ nng triòn khai và ho¿t òng trong nhiòu iòu kiòn khỏc nhau Nòi dung lu¿n ỏn ó ¿t ±ÿc mÿc tiờu ò ra là nghiờn cÿu lý thuy¿t ò ò xu¿t mụ hỡnh ki¿n trỳc và cỏc cụng nghò chÿ chòt cho m¿ng backhaul trong thụng tin di òng 5G òng thòi phõn tớch hiòu nng cÿa m¿ng backhaul ò xu¿t trong lu¿n ỏn này Cỏc k¿t qu¿ nghiờn cÿu ó ±ÿc trỡnh bày chi ti¿t trong bòn ch±Ăng cÿa lu¿n ỏn, cÿ thò nh± sau: Ch±Ăng 1 trỡnh bày tòng quan cỏc vò m¿ng backhaul di òng; Ch±Ăng 2 trỡnh bày vò cụng nghò truyòn d¿n backhaul lai ghộp MMW/FSO; Ch±Ăng 3 trỡnh bày cỏc gi¿i phỏp truyòn d¿n backhaul lai ghộp dÿa trờn m¿ng quang thÿ òng; và Ch±Ăng 4 trỡnh bày gi¿i phỏp truyòn d¿n backhaul lai ghộp WDM-PON/FSO
Cỏc k¿t qu¿ úng gúp mòi vò khoa hòc cÿa lu¿n ỏn cú thò phõn thành ba nhúm nh± sau: úng gúp thÿ nh¿t cÿa lu¿n ỏn là ò xu¿t sÿ dÿng mó húa m¿ng cho gi¿i phỏp truyòn d¿n lai ghộp hai ch¿ng hai chiòu k¿t hÿp giÿa truyòn thụng quang trong khụng gian tÿ do FSO và truyòn thụng RF nh¿m c¿i thiòn hiòu nng m¿ng backhaul di òng úng gúp thÿ hai cÿa lu¿n ỏn là ò xu¿t gi¿i phỏp truyòn d¿n backhaul di òng dung l±ÿng cao dÿa trờn m¿ng quang thÿ òng ghộp kờnh phõn chia theo b±òc súng vòi 3 kòch b¿n triòn khai gòm thu¿n WDM-PON, lai ghộp WDM-PON/FSO và lai ghép WDM-PON/MMW úng gúp thÿ ba cÿa lu¿n ỏn là xõy dÿng mụ hỡnh gi¿i tớch phÿc vÿ cho viòc thi¿t k¿ và phõn tớch hiòu nng m¿ng backhaul di òng lai ghộp WDM-PON/FSO d±òi ¿nh h±òng cÿa hiòu ÿng phi tuy¿n tròn bòn súng
CÁC CễNG TRèNH KHOA HịC Ã CễNG Bị
[J1] Pham Vu Minh Tu, Nguyen Van Thang, Pham Thi Thuy Hien, Le Hai Chau, Dang The Ngoc, "A Performance Comparison of Gigabit-Capable Backhauling Solutions for 5G Cellular Networks", UDN Journal Of Science And Technology: Issue in Information And Communications Technology, vol 3, no
1, pp 38-45, Mar 2017 ( T¿p chớ Khoa hòc và cụng nghò, ¿i hòc à N¿ng ) [J2] Pham Vu Minh Tu, Nguyen Van Thang, Nguyen Thi Thu Nga, Pham Anh Thu, Pham Thi Thuy Hien, Dang The Ngoc