BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1
----------------

BÀI TẬP HỌC PHẦN
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

MẠNG VÔ TUYẾN KHẢ TRI

Giảng viên:

Nguyễn Viết Đảm

Sinh viên:

Đồn Đức Tình

Mã sinh viên:

B18DCVT362

Nhóm mơn học: 03
Ngày nộp:

22/05/2022

Hà Nội - 2022


Mạng vô tuyến khả tri

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... 2
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ..................................................................... 3
NỘI DUNG: MẠNG VÔ TUYẾN KHẢ TRI .............................................................. 3
I. Mục tiêu ............................................................................................................... 3
II. Nội dung ............................................................................................................. 3
Câu 1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri? ..................................... 3
Câu 2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri? ................. 4
Câu 3. Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri? . 5
Câu 4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri? .............. 9
Câu 5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN?........... 11
Câu 6. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR? ........ 12
Câu 7. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR? ........ 13

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 2


Mạng vơ tuyến khả tri

CÁC MẠNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN
NỘI DUNG: MẠNG VƠ TUYẾN KHẢ TRI
I. Mục tiêu
 Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri?
 Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri?
 Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vơ tuyến khả tri?
 Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vơ tuyến khả tri?

 Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN?
 Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR?
 Trình bày các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số
động?
II. Nội dung
Câu 1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vô tuyến khả tri?
a. Ý tưởng
Theo báo cáo đo đạc thực địa của rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới và Việt
Nam, ví dụ như tại Châu Âu, Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, v.v… thì mức độ chiếm dụng
tần số theo thời gian và địa điểm luôn luôn nhỏ hơn 50% ngoại trừ phổ tần số dành cho
thông tin di động và dành cho quảng bá (Tivi và FM radio).
Gần đây các nhà khoa học định nghĩa những khoảng tần số không được sử dụng
là khoảng trắng hay hố phổ. Việc sử dụng các lỗ phổ này khó khăn ở chỗ là những hố
phổ này không cố định mà thay đổi liên tục ứng với sự thay đổi của nhu cầu sử dụng
của hệ thống sơ cấp.

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 3


Mạng vơ tuyến khả tri

Hình 1: Lỗ hoặc “hố” phổ
Do vậy nhu cầu bức thiết đặt ra đối với nền viễn thông thế giới là cho ra đời một
hệ thống vơ tuyến khả tri có khả năng sử dụng những khoảng trắng trong dải tần số. Sự
xuất hiện của vô tuyến nhận thức cho phép giải quyết được những khó khăn trong việc
sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số vô tuyến.
b. Khái niệm
Vô tuyến khả tri là một mô hình mới mà có khả năng tự nhận thức các thực thể,

rất nhạy cảm với thay đổi trong môi trường xung quanh và nó có khả năng tương tác với
mơi trường một cách thích nghi để tự cấu hình hay tái thiết lập mạng.

Câu 2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri?

Hình 2: Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm và vô tuyến khả tri

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 4


Mạng vơ tuyến khả tri

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 vơ tuyến trước đây.
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 môi trường mà không
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.
Câu 3. Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri?
a. Chức năng
Hệ thống vơ tuyến nhận thức có bốn chức năng chính. Đó là:
 Nhận biết phổ: cho phép người dùng thứ cấp (SU) phát hiện ra khoảng phổ trống
và tận dụng những khoảng tần số này để truyền tín hiệu mà khơng ảnh hưởng đến
hệ thống sơ cấp.
 Quản lý phổ: bao gồm hai chức năng nhỏ là phân tích phổ và quyết định phổ.

Trong hệ thống vơ tuyến nhận thức, người dùng thứ cấp sẽ phải quyết định
khoảng phổ nào đáp ứng tốt nhất yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) trong những
khoảng phổ trống. Phân tích phổ: tính tốn ước lượng dung lượng phổ và chất
lượng những hố phổ tốt nhất. Một trong những nhiệm vụ quan trọng của chức
năng phân tích phổ là tính tốn ước lượng dung lượng phổ. Tuy nhiên, ngoài dung
lượng phổ ra còn cần phải lưu ý đến các yếu tố khác như thời gian trễ, tốc độ lỗi
liên kết và thời gian chiếm giữ, cũng ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Hơn nữa
trong q trình tính tốn ước lượng phổ còn phải cân nhắc đến nhiễu xuyên kênh
và suy hao. Suy hao sẽ gia tăng khi tần số hoạt động tăng. Vì vậy, nếu cơng suất
truyền của người dùng CR vẫn khơng đổi thì khoảng truyền của nó sẽ giảm ở tần
số cao hơn, nhưng nếu tăng công suất truyền để bù suy hao thì kết quả là sẽ gây
nhiễu cho người dùng khác. Cho đến nay, việc phân tích phổ và mơ hình hóa của
phổ trong hệ thống CR vẫn đang được phát triển. Tuy nhiên, để tìm ra được một

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 5


Mạng vơ tuyến khả tri

khoảng phổ thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, đòi hỏi còn phải nghiên
cứu nhiều về các dải phổ và kết nối tất cả các thơng số đặc trưng của nó để đưa
ra quyết định hợp lý. Một phương pháp ước lượng dung lượng phổ được đề cập
là dựa vào băng thông và công suất truyền cho phép. Theo đó, dung lượng phổ
sẽ được tính như sau:
𝐶 = 𝐵𝑙𝑜𝑔(1 +

𝑆
)

𝑁+1

trong đó B là băng thơng, S là cơng suất tín hiệu nhận từ người dùng CR, N là
công suất nhiễu của bộ nhận và I là công suất nhiễu xuyên kênh tại bộ nhận CR
gây bởi sự truyền dẫn của các PU. Trong hệ thống mạng CR dựa vào OFDM,
dung lượng phổ có thể được ước lượng theo công thức sau:
𝛺

𝐶 = ∫ 𝑙𝑜𝑔2 (1 +
𝛺

𝐺(𝑓)𝑆0
)
𝑁0

với 𝛺 là tập hợp các vùng phổ không sử dụng, G(f) là công suất khuếch đại tại
tần số f, 𝑆0 và 𝑁0 là cơng suất của tín hiệu và nhiễu trên một đơn vị tần số.
 Quyết định phổ: quyết định lựa chọn dải phổ phù hợp thỏa mãn các yêu cầu chất
lượng dịch vụ của hệ thống thức cấp.
 Chia sẻ phổ: chia sẻ phổ trong hệ thống vơ tuyến nhận thức có thể được coi
tương tự như quá trình điều khiển truy nhập chung. Khi các người dùng (hệ thống)
thứ cấp luôn cố gắng truy cập vào các dải phổ trống, do đó cần thiết phải điều
phối các truy cập để tránh sự xung đột trong những phần phổ chồng lấn lên nhau.
 Sử dụng phổ linh hoạt: vơ tuyến khả tri có thể linh hoạt thay đổi tần số đang sử
dụng để chuyển qua một tần số sẵn có khác mà có thể cải thiện được chất lượng
của mạng thông tin nhằm đạt được chất lượng tốt nhất có thể
b. Hoạt động
Mạng vơ tuyến khả tri (CRN) có thể hoạt động trong cả băng cấp phép và khơng
được cấp phép. Do đó, các chức năng thiết yếu đối với CRN khác nhau tùy theo phổ đó
là cấp phép hay khơng.


Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 6


Mạng vô tuyến khả tri

Phân loại hoạt động của CRN thành CRN hoạt động trên băng cấp phép và CRN
hoạt động trên băng không được cấp phép.
 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. Mạng vô
tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép được minh họa ở hình 3, trong đó CRN cùng
tồn tại với các mạng sơ cấp tại cùng một vị trí và trên cùng một băng phổ. Tồn tại nhiều
thách thức khi thực hiện các CRN trên băng cấp phép vì sự tồn tại của những người
dùng sơ cấp PU. Mặc dù, 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.

Hình 3: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng tần được cấp phép
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 vơ 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).
 Trên băng khơng được cấp phép

Đồn Đức Tình – B18DCVT362


Trang 7


Mạng vơ tuyến khả tri

Hình 4: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng tần 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 toán 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 khơng 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 đòi 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 khơng được
cấp phép thì phải có phương pháp chia sẻ phổ phù hợp giữa các mạng này.

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 8


Mạng vơ tuyến khả tri

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

Hình 5. Kiến trúc vật lí của vơ tuyến khả tri: (a) Máy thu/phát của vô tuyến khả
tri; (b) Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng.

Bộ phận chính của hệ thống thu phát vô tuyến nhận thức gồm hai phần là phần
cao tần (RF font end), như trình bày ở Hình 5(b), và phần xử lý băng gốc (baseband
processing unit). Hai bộ phận đều có thể được tái cấu hình thơng qua đường điều khiển
(control) nhằm thích nghi với các điều kiện thay đổi liên tục của môi trường. Phần xử lí
băng gốc tương tự như các hệ thống thu phát bình thường. Ưu điểm nổi trội của phần
đầu cao tần trong hệ thống vô tuyến nhận thức là khả năng nhận biết rộng, có thể điều
chỉnh đến bất cứ phần nào trong dải phổ rộng lớn. Hơn nữa phần cao tần có thể đo lường
các thơng tin phổ từ môi trường để phục vụ cho chức năng nhận biết phổ.
Chức năng cụ thể của các khối trong RF Front-End như sau:

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 9


Mạng vô tuyến khả tri

 Bộ lọc cao tần (RF Filter): Có tác dụng chọn lọc được khoảng băng thơng mong
muốn bằng cách cho tín hiệu qua bộ lọc thơng dải.
 Bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA-Low noise amplifier): Bộ khuếch đại nhiễu
thấp có tác dụng loại nhiễu tần số ảnh, khuếch đại nhiễu thấp tín hiệu ngõ vào
của máy thu tới mức cần thiết để đổi tần, tăng độ nhạy máy thu. LNA thường có
từ một đến ba tầng khuếch đại tuyến tính, có điều hưởng chọn lọc tần số-băng
thơng tín hiệu mong muốn. Có tác dụng khuếch đại tín hiệu mong muốn đồng
thời giảm tín hiệu nhiễu.
 Bộ trộn tần (MIXER): Tại bộ đổi tần thì tín hiệu thu được từ máy thu sẽ được
trộn với tần số gốc được phát ra và chuyển tới dải băng gốc hay tần số trung tâm.
 Bộ VCO (Voltage controlled oscillator): Được biết đến như là bộ điều chỉnh
tần số bằng điện áp, có tác dụng như bộ khóa pha giúp tần số ra ổn định.
 Bộ lọc lựa chọn tần số (Channel selection filter): Được dùng để chọn kênh mong

muốn đồng thời loại bỏ kênh kế cận.
 Bộ điều khiển độ lợi tự động (AGC - Automatic gain control): Là hệ thống
hồi tiếp điều chỉnh độ lợi máy thu dựa vào biên độ tín hiệu thu đồng thời mở rộng
dải động, cho phép ta tăng hoặc giảm độ khuếch đại khi tín hiệu thu yếu hay
mạnh bằng cách thay đổi điện áp phân cực.
 Bộ vịng khóa pha (PLL - Phase locked loop): Là hệ thống hồi tiếp vịng kín.
Tín hiệu hồi tiếp được dùng để khóa tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và
pha của tín hiệu vào.
Trong kiến trúc này, tín hiệu băng rộng được nhận thông 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 cơng 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.
Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 10


Mạng vô tuyến khả tri

Thách thức chủ yếu của kiến trúc vật lí của vơ tuyến khả tri là phát hiện chính
xác các tín hiệu yếu của những người dùng được cấp phép qua một dải phổ rộng và
động. Do vậy, việc thực hiện đầu cuối RF băng rộng và bộ chuyển đổi A/D là vấn đề
hàng đầu trong các CRN.

Câu 5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vô tuyến khả tri CRN?
a. Khả năng nhận thức

Khả năng nhận thức chỉ khả năng nắm bắt hoặc cảm nhận các thông tin từ môi
trường vô tuyến. Khả năng này không chỉ đơn giản là thực hiện giám sát công suất trong
một số băng tần số quan tâm mà còn yêu cầu nhiều công nghệ phức tạp để nắm bắt sự
biến đổi của môi trường vô tuyến theo không gian và theo thời gian nhằm tránh nhiễu
ảnh hưởng tới những người dùng khác. Thông qua khả năng này, các phần phổ khơng
sử dụng tại một thời điểm hoặc vị trí nhất định có thể được xác định. Từ đó, ta có thể
lựa chọn được phổ tốt nhất và các thơng số hoạt động phù hợp nhất
b. Chu trình nhận thức

Hình 6. Chu trình nhận thức
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 vô 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
Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 11


Mạng vơ tuyến khả tri

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

Câu 6. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR?
Để triển khai CR từ SDR, chỉ cần thêm vào SDR các khối xử lí thơng minh như
chia sẻ 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
(khả năng nhận thức), tự động thích ứng nhanh với sự thay đổi của môi trường vô tuyến.


 Anten băng rộng, là cổng vào vô tuyến khả tri hoạt động trên các băng tần vơ RF,
có khả năng qt băng tần rộng phù hợp với sự thay đổi của môi trường phổ.
 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.
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 ngun vơ tuyến của CR trong mơi

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 12


Mạng vô tuyến khả tri

trường phổ tần động. Tất cả dữ liệu đầu ra sau đó sẽ được hợp lại thành một khối, khối
này có nhiệm vụ đưa ra các quyết định thơng minh.
 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, công suất phát (để xác định mức công suất phát, giảm thiểu
nhiễu).
 IPD là khả năng để phát hiện người dùng sơ cấp dựa trên một thông tin phổ đặc
biệt. Phát hiện lịch sử chiếm dụng tài nguyên vơ tuyến (IPD) có những đặc tính
cơ bản: nhận biết các tần số, các kênh khơng sử dụng hoặc ít sử dụng;
 Cổng định thời, định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.
 Điều khiển cơng suất phát (TPC): cho phép thiết lập công suất phát một cách
thích ứng dựa trên sự thay đổi của mơi trường phổ.


Câu 7. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vơ tuyến khả tri CR dựa trên SDR?

 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
Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 13


Mạng vô tuyến khả tri

kênh để xác định kênh nào cịn trống, kênh nào đã sử dụng. Một vài thơng số liên
quan ở quá 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. Q trình phát hiện này bao gồm
việc phân loại dữ liệu, và sử dụng thơng 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 cịn rỗi nữa. Đối với một số phân hệ di động, việc thông tin này có thể yêu
cầu dùng kênh hoa tiêu băng hẹp.
 Khối đáp ứng (khối 3): Định hình các đáp ứng với mơi trường phổ (chọn tần số
và dạng sóng thích hợp để sử dụng). Điều này dẫn tới cần phải có khối thích ứng
với sự thay đổi của mạng (Khối 4).
 Khối thích ứng (khối 4): Chuyển mạng tới băng tần chọn mới.

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 14