HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG I

BÁO CÁO BÀI TẬP
CÁC MẠNG TT VÔ TUYẾN
Giảng viên hướng dẫn

: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

Sinh viên

: TRƯƠNG CÔNG TIẾN

Mã sinh viên

: B18DCVT361

Nhóm học phần

: 03

Hà Nội, 04 / 2022

1


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

CÂU HỎI

1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri. .......................................................... 2
2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri. .................................... 3
3. Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri. .................... 4
4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vơ tuyến khả tri. .................................. 7
5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN. ................................ 9
6. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR. ............................ 10
7. Trình bày các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động. .. 12

1


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri.
Ý tưởng của vơ tuyến khả tri:

Hình 1: Minh họa việc chiếm dụng phổ.
+ Tần số vô tuyến là một tài nguyên khan hiếm được quản lý bởi các tổ chức viễn thơng
của chính phủ. Mặc dù phổ tần ngày càng khan hiếm nhưng hiệu suất sử dụng phổ tần lại
thấp.
+ Theo Ed Thomas “ Nếu xét tồn bộ giải tần số vơ tuyến từ 0 đến 100 GHz và quan trắc
ở một thời gian và không gian cụ thể, thì chỉ có từ 5% đến 10% lượng phổ tần được sử
dụng”. Như vậy, hơn 90% tài ngun phổ tần vơ tuyến bị lãng phí.
+ Vơ tuyến khả tri là mạng vô tuyến giải quyết vấn đề sử dụng hết, sử dụng hiệu quả và
sử dụng triệt để tài nguyên tần số vô tuyến.
Khái niệm:
Vô tuyến khả tri thường được coi là một vơ tuyến có thể nhận biết được mơi trường xung

quanh và thích ứng một cách khả tri, nghĩa là vô tuyến khả tri là một thiết bị vô tuyến linh
2


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

hoạt và có khả năng nhận thức (khả tri), có thể thích ứng các tham số của nó theo sự thay
đổi của môi trường, theo yêu cầu của người dùng và các yêu cầu của những người dùng
vô tuyến khác cùng chia sẻ môi trường phổ.
+ Theo FCC: Vơ tuyến khả tri là vơ tuyến có thể thay đổi các thông số truyền dựa trên sự
môi giới với mơi trường mà nó hoạt động.
+ Theo giáo sư Simon Hayskin: Vô tuyến khả tri là một hệ thống truyền thơng khơng dây
thơng minh, có khả năng nhận biết được mơi trường xung quanh, và từ mơi trường nó sẽ
thích nghi với sự thay đổi của môi trường bằng cách thay đổi các thông số tương ứng.
+ Theo IEEE: Vô tuyến khả tri là hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà được thiết kế để
phát hiện một cách thông minh vùng phổ đang được chiếm dụng hay không, và nhảy vào
(hoặc thoát khỏi nếu cần thiết) rất nhanh qua một khoảng phổ tạm thời không sử dụng
khác, nhằm không gây nhiễu cho các hệ thống được cấp phép khác.
2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri.
Mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri:

Hình 2: Minh họa, so sánh, vơ tuyến thông thường, vô tuyến được định nghĩa bằng phần
mềm SDR và vô tuyến khả tri CR.
3


Trương Cơng Tiến


B18DCVT361

Vơ tuyến khả tri CR có thể thực hiện được hoàn toàn chỉ dựa trên những thay đổi ở cấu
trúc phần mềm mà không phải thay đổi ở cấu trúc phần cứng bên trong như các hệ thống
vô tuyến trước đây.
Để triển khai CR từ SDR, chỉ cần thêm vào SDR các khối xử lí thơng minh như chia xẻ
phổ tần động (DFS), điều khiển công suất (TPC), và IPD.
Điểm khác biệt chủ yếu của CR so với vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm SDR là
khả năng khả tri (khẳ năng nhận thức), tự động thích ứng nhanh với sự thay đổi của môi
trường vô tuyến.
Trong khi SDR chỉ có thể thay đổi các quyết định theo môi trường trong phạm vi một tập
các lựa chọn được cấu hình sẵn qua phần mềm, thì vơ tuyến khả tri CR có khả năng tự cấu
hình, tức là nó có thể thích ứng ngay với điều kiện của mơi trường mà khơng cần cấu hình
trước. Như vậy, vơ tuyến khả tri CR thích ứng với mơi trường phổ, trong khi SDR lại thích
ứng với mơi trường mạng, và chúng có một phần chồng lên nhau về chức năng.

3. Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri.
Chức năng của hệ thống vơ tuyến khả tri:
Vơ tuyến khả tri (CR) có khả năng chiếm dụng hoặc chia sẻ phổ theo cơ hội trong môi
trường phổ tần động. Công nghệ truy nhập phổ tần động cho phép CR hoạt động trong
kênh khả dụng nhất. Đặc biệt, công nghệ CR cho phép:
+ Xác định các phần phổ tần khả dụng và phát hiện sự hoạt động (sự tồn tại) của PU (cảm
nhận phổ tần);
+ Lựa chọn, chiếm dụng kênh khả dụng nhất (quản lí phổ);
+ Đồng truy nhập vào các kênh với những người dùng khác (chia sẻ phổ);
+ Hoàn trả kênh khi phát hiện người dùng được cấp phép PU (dịch chuyển phổ).\

4



Trương Công Tiến

B18DCVT361

Một khi vô tuyến khả tri hỗ trợ khả năng lựa chọn được kênh tốt nhất (khả dụng nhât), thì
thách thức tiếp theo là tạo ra các giao thức mạng để thích ứng với phổ khả dụng. Vì thế,
mạng vơ tuyến khả tri CRN cần có nhiều tính năng để hỗ trợ tính thích ứng này. Tóm lại,
chức năng cơ bản của vô tuyến khả tri:
+ Cảm nhận phổ: Phát hiện ra phổ tần không sử dụng và chia sẻ phổ mà không gây nhiễu
tới những người dùng khác.
+ Quản lí phổ: Chiếm giữ phần phổ tần khả dụng nhất để đáp ứng yêu cầu truyền thông
của người dùng.
+ Dịch chuyển phổ: Bảo đảm các yêu cầu truyền thông không bị ngắt quãng trong lúc
chuyển tới phổ tần tốt hơn.
+ Chia sẻ phổ: Cung cấp phương pháp lập lịch phổ tần hợp lí giữa nhiều người dùng khả
tri SU/CU đang cùng tồn tại.
Hoạt động điển hình của mạng vơ tuyến khả tri:
1) Trên băng cấp phép

Hình 3: Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép.
Tồn tại các hố phổ trong băng phổ được cấp phép. Do đó, các mạng vơ tuyến khả tri CRN
có thể để khai thác các hố phổ này thông qua các công nghệ khả tri.
CRN cùng tồn tại với các mạng sơ cấp tại cùng một vị trí và trên cùng một băng phổ. mục
đích chính của CRN là xác định phổ tần khả dụng, nhưng các chức năng của CR trong
băng cấp phép lại bao gồm phát hiện sự hiện hữu của các người dùng sơ cấp PU.
5


Trương Công Tiến


B18DCVT361

Dung lượng kênh của các hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh những người dùng sơ
cấp PU. Do đó, việc tránh nhiễu lên PU là vấn đề quan trọng nhất trong kiến trúc này. Hơn
nữa, nếu PU xuất hiện trong băng phổ bị những người dùng vô tuyến khả tri chiếm, thì
người dùng vơ tuyến khả tri lập tức phải hoàn trả lại phổ và chuyển tới phổ khả dụng khác
(chuyển giao phổ).
2) Trên băng không được cấp phép

Hình 4: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng không được cấp phép.
Tất cả thực thể trong mạng có quyền như nhau khi truy nhập tới các băng phổ. Nhiều CRN
cùng tồn tại trong một vùng giống nhau và truyền thông sử dụng cũng một phần phổ như
nhau. Các thuật tốn chia sẻ phổ khả tri có thể cải thiện hiệu quả sử dụng phổ và hỗ trợ
QoS cao. Trong kiến trúc này, những người dùng vô tuyến khả tri tập trung vào phát hiện
việc truyền của những người dùng vô tuyến khả tri khác. Khác với hoạt động trên băng
cấp phép, việc chuyển giao phổ không được kích hoạt bởi sự có mặt của những người
dùng sơ cấp khác.
Tuy nhiên, vì tất cả những người dùng vơ tuyến khả tri có quyền truy nhập phổ như nhau,
nên họ phải cạnh tranh với nhau trong cùng băng khơng được cấp phép. Do đó, kiến trúc
này địi hỏi các phương pháp chia sẻ phổ phức tạp giữa những người dùng vô tuyến khả
tri. Nếu nhiều mạng vô tuyến khả tri nằm trong cùng một băng không được cấp phép thì
phải có phương pháp chia sẻ phổ phù hợp giữa các mạng này.
6


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri.

Kiến trúc vật lí của vơ tuyến khả tri:

Hình 5: Kiến trúc vật lí của vơ tuyến khả tri
Kiến trúc tổng qt thu/phát của CR được minh họa trên hình 5(a). Thành phần chính của
máy thu/phát CR là đầu cuối vơ tuyến RF (RF front-end) và khối xử lí băng gốc. Mỗi
thành phần có thể tự cấu hình thơng qua một bus điều khiển để thích ứng với mơi trường
RF biến đổi theo thời gian. Trong đầu cuối RF, tín hiệu thu được được khuếch đại, được
7


Trương Công Tiến

B18DCVT361

trộn và được chuyển đổi A/D. Trong khối xử lí băng gốc, tín hiệu được điều chế/giải điều
chế, được mã hóa/giải mã. Khối xử lí băng gốc của CR về bản chất cũng tương tự như
máy thu/phát hiện thời. Tuy nhiên, điểm mới ở vô tuyến khả tri là đầu cuối RF. Vì vậy, ta
sẽ tập trung vào đầu cuối RF của vô tuyến khả tri.
Điểm mới của máy thu phát CR là khả năng cảm nhận phổ băng rộng của đầu cuối RF.
Chức năng này liên quan tới các công nghệ phần cứng RF như anten băng rộng, khuếch
đại cơng suất, và bộ lọc thích ứng. Phần cứng RF cho CR có khả năng điều chỉnh trong
các băng của dải phổ tần rộng. Cảm nhận phổ cũng cho phép việc đo lường trong thời gian
thực các thông tin phổ từ mơi trường vơ tuyến. Nói chung, kiến trúc đầu cuối băng rộng
cho vơ tuyến khả tri có kiến trúc như trên hình 5(b).
Các thành phần cơ bản về đầu cuối RF trong CR là:
+ Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng mong muốn bằng cách bỏ qua việc lọc tín hiệu RF
nhận được.
+ Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA): LNA khuếch đại tín hiệu mong muốn trong khi đồng
thời giảm thiểu các thành phần tạp âm.
+ Bộ trộn: tín hiệu thu được trộn với tần số RF nội, và được chuyển đổi thành tần số băng

gốc hoặc tần số trung tần (IF).
+ Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO): VCO tái tạo tín hiệu tại một tần số nhất
định với điện áp cho trước để trộn với tín hiệu tới. Q trình này chuyển đổi tín hiệu tới
thành tần số băng gốc hoặc tần số trung tần.
+ Vịng khóa pha (PLL): PLL đảm bảo tín hiệu được khóa ở một tần số nhất định và cùng
vưới VCO tạo ra các tần số chính xác.
+ Bộ lọc lựa chọn kênh: Bộ lọc lựa chọn kênh để lựa chọn kênh mong muốn và loại bỏ
các kênh lân cận. Có hai loại bộ lọc lựa chọn kênh. Máy thu chuyển đổi trực tiếp sử dụng
bộ lọc thơng thấp để lựa chọn kênh, cịn máy thu superheterodyne lại sử dụng bộ lọc thông
dải.

8


Trương Công Tiến

B18DCVT361

+ Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC duy trì độ lợi hoặc mức cơng suất đầu ra
của bộ khuếch đại không đổi trên một dải rộng các mức công suất đầu vào.
Trong kiến trúc này, tín hiệu băng rộng được nhận thơng qua đầu cuối RF, được lấy mẫu
bởi bộ chuyển đổi tương tự-số (A/D) tốc độ cao, và việc đo đạc được thực hiện để phát
hiện ra tín hiệu của người dùng được cấp phép. Tuy nhiên, còn tồn tại nhiều thách thức/hạn
chế trong việc thực hiện đầu cuối của vô tuyến khả tri.
Anten RF băng rộng thu nhận tín hiệu từ các máy phát tại các mức công suất, các băng
tần và các vị trí khác nhau. Hệ quả là, đầu cuối RF phải có khả năng phát hiện tín hiệu yếu
trong một dải tần số động. Khả năng này cần có bộ chuyển đổi A/D tốc độ cao (vài GHz)
với độ phân giải cao.
5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN.
Chu trình nhận thức:


Hình 6: Chu trình nhận thức
Khả năng nhận thức cho phép vơ tuyến khả tri tương thích trong thời gian thực với các
thay đổi của môi trường để xác định các thông số truyền thích hợp và thích ứng với mơi
trường vơ tuyến động. Nhiệm vụ yêu cầu cho hoạt động thích ứng trong phổ được cho
trên hình 6, gọi là chu trình nhận thức.
9


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

Ta tóm tắt ba bước cơ bản trong chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích phổ và
quyết định phổ như sau:
1. Cảm nhận phổ: Vô tuyến khả tri giám sát các băng phổ khả dụng, nắm bắt các thơng
tin của chúng và sau đó phát hiện ra các hố phổ.
2. Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thơng qua cảm nhận phổ sẽ được ước
tính.
3. Quyết định phổ: Vơ tuyến khả tri quyết định tốc độ dữ liệu, chế độ truyền và băng tần
truyền. Sau đó, băng phổ phù hợp sẽ được chọn thơng qua các đặc tính phổ và u cầu
của người dùng.
Một khi băng phổ hoạt động đã được quyết định, thì việc truyền thơng có thể được thực
hiện qua băng phổ này. Tuy nhiên, vì mơi trường vơ tuyến thay đổi theo thời gian và không
gian, nên vô tuyến khả tri phải theo dõi những thay đổi của môi trường vô tuyến. Nếu
băng phổ hiện đang sử dụng trở nên rỗi, thì chức năng dịch chuyển phổ, được thực hiện
để cung cấp việc truyền liên tục. Bất kì thay đổi nào của mơi trường trong suốt q trình
truyền như xuất hiện người dùng sơ cấp, hoạt động của người dùng hoặc sự biến đổi lưu
lượng đều phải được điều chỉnh kịp thời.


6. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR.

10


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

Hình 7: Sơ đồ khối thực hiện vơ tuyến khả tri CR dựa trên SDR.
Có thể thấy rằng, SDR là cơ sở để thực hiện vô tuyến khả tri CR. Bởi lẽ, SDR cung cấp
một mặt bằng vô tuyến rất linh hoạt và mềm dẻo, ở đó ta có thể lập trình và điều khiển
thích ứng bởi một khối giám sát trung tâm. Tính ưu việt của SDR là khả năng mềm hóa
phần cứng, các cơng nghệ điện tử hiện thời như ADC, DDC, bộ tổng hợp tần số tốc độ
cao, phương pháp chế tạo vi điện tử,… có thể thực hiện được với chi phí rất hợp lí, tích
hợp cao và kích thước nhỏ gọn. Đặc biệt, SDR cho phép thay đổi, nâng cấp, cập nhật, bổ
sung, tích hợp ở dạng chương trình hóa trên FPGA.
Để triển khai CR từ SDR, chỉ cần thêm vào SDR các khối xử lí thơng minh như chia xẻ
phổ tần động (DFS), điều khiển công suất (TPC), và IPD. Điểm khác biệt chủ yếu của CR
so với vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm SDR là khả năng khả tri (khẳ năng nhận
thức), tự động thích ứng nhanh với sự thay đổi của môi trường vô tuyến. Trong khi SDR
chỉ có thể thay đổi các quyết định theo mơi trường trong phạm vi một tập các lựa chọn
được cấu hình sẵn qua phần mềm, thì vơ tuyến khả tri CR có khả năng tự cấu hình, tức là
nó có thể thích ứng ngay với điều kiện của mơi trường mà khơng cần cấu hình trước. Như
vậy, vơ tuyến khả tri CR thích ứng với mơi trường phổ, trong khi SDR lại thích ứng với
mơi trường mạng, và chúng có một phần chồng lên nhau về chức năng.
Sơ đồ khối điển hình của vơ tuyến khả tri dựa trên các module SDR:
+ Anten băng rộng, là cổng vào vô tuyến khả tri hoạt động trên các băng tần vơ RF, có
khả năng quét băng tần rộng phù hợp với sự thay đổi của môi trường phổ. Ta biểu thị băng
tần tổng đối với anten băng rộng là


N

 f
i 1

i

, gồm N băng con, mỗi băng con được gán cho

một SDR nhất định.
+ Bộ ghép song công cho phép phân phân tách tín hiệu thu/phát RF.
+ Khối lựa chọn tần số động DFS cho phép CR lựa chọn linh hoạt phổ tần trong môi
trường phổ tần động, và giảm thiểu nhiễu.
+ Bộ tổng hợp thích ứng tạo ra sóng mang, thực hiện điều chế và biến đổi nâng tần. Module
máy phát cũng cần các thông tin từ khối IPD như: biểu đồ định vị tần số sóng mang hiện
thời, cơng suất phát (để xác định mức công suất phát, giảm thiểu nhiễu).
+ Cổng định thời, định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.
Các khối SDR hoạt động đồng thời, và mỗi khối đảm nhiệm một phần băng tần tổng. Việc
nhiều SDR đồng hoạt động (thay vì sử dụng một SDR), làm gia tăng tính linh hoạt về xử
lý dữ liệu cũng như tận dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến của CR trong môi trường phổ
tần động. Tất cả dữ liệu đầu ra sau đó sẽ được hợp lại thành một khối, khối này có nhiệm

11


Trương Công Tiến

B18DCVT361


vụ đưa ra các quyết định thông minh. Các quyết định này bao gồm việc lựa chọn và kết
hợp các thông tin đã phát hiện được, để đạt được các thông tin ở đầu ra thực sự muốn.
7. Trình bày các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động.

Hình 8: Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri để lựa chọn tần số động
+ Khối thu thập dữ liệu phổ (khối 1): Lựa chọn tần số động yêu cầu khả năng cảm nhận
băng rộng, thời gian thực của mơi trường phổ. Đây là q trình lấy mẫu kênh để xác định
kênh nào còn trống, kênh nào đã sử dụng. Một vài thơng số liên quan ở q trình này là
độ nhạy máy thu, thời gian lấy mẫu và khoảng lấy mẫu, các mức ngưỡng để tách tạp âm
băng rộng ra khỏi tín hiệu.
+ Khối chức năng phân tích dữ liệu (khối 2): đánh giá, phân tích dữ liệu phổ và đưa ra
quyết định về tính khả dụng của kênh. Quá trình phát hiện này bao gồm việc phân loại dữ
liệu, và sử dụng thông tin thu thập để xác định kênh có được sử dụng bởi một dịch vụ hay
hệ thống truyền thơng khác. Q trình phát hiện này cũng bao gồm việc thông tin với các
tập con của các node lân cận vì rất có thể ở một đầu của kết nối thì kênh đó rỗi, nhưng ở
đầu kia của kết nối thì kênh đó lại khơng còn rỗi nữa. Đối với một số phân hệ di động,
việc thơng tin này có thể u cầu dùng kênh hoa tiêu băng hẹp.
+ Khối đáp ứng (khối 3): Tại một ví trí và một thời điểm xác định, khối chức năng thứ ba
thực hiện việc xác định dạng sóng và tần số động để sử dụng.
12


Trương Cơng Tiến

B18DCVT361

+ Khối thích ứng (khối 4): Khối này có nhiệm vụ thích ứng với sự thay đổi của mạng.

13