BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
----------

BÁO CÁO
MẠNG VƠ TUYẾN KHẢ TRI

Họ và tên sinh viên:

ĐỖ NGỌC ANH TÚ

Mã sinh viên:

B18DCVT366

Giảng viên:

NGUYỄN VIẾT ĐẢM

Hà Nội, năm 2022


Đỗ Ngọc Anh Tú

Nợi dung
1. Trình bày ý tưởng và khái niệm mạng vơ tuyến khả tri ......................... 3
2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiên trúc hệ thống vơ tuyến khả tri .............. 4
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............ 6

5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN.......... 8
6. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vơ tuyến khả tri CR dựa trên SDR ....... 9
7. Trình bày các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần
số động ................................................................................................................ 11

2


Đỗ Ngọc Anh Tú
1. Trình bày ý tưởng và khái niệm mạng vơ tuyến khả tri
• Ý tưởng
Tần số vơ 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 toàn bộ giải tần số vô 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 nguyên phổ tần
vơ tuyến bị lãng phí. Hình 1 minh họa cho vấn đề này.

Hình 1: Minh hoạ việc chiếm dụng phổ
Do vậy yêu cầu bức thiết đặt ra là sử dụng hết, sử dụng hiệu quả và sử dụng
triệt để tài nguyên khan hiếm này. Vô tuyến khả tri giải quyết vấn đề này.
• Khái niệm
Định nghĩa “vơ tuyến khả tri” được nhìn nhận theo rất nhiều cách khác
nhau, và các định nghĩa này vẫn đang được nghiên cứu chuẩn hóa IEEE-1900 và
diễn đàn vơ tuyến định nghĩa mềm (SDR). Vô tuyến khả tri thường được coi là
“…một vô tuyến có thể nhận biết được mơi trường xung quanh và thích ứng một
cách khả tri”, nghĩa là vơ tuyến khả tri là một thiết bị vô tuyến linh hoạt và có khả
năng nhận thức (khả tri), có thể thích ứng các tham số của nó theo sự thay đổi của
mơi trường, theo yêu cầu của người dùng và các yêu cầu của những người dùng
vô tuyến khác cùng chia sẻ môi trường phổ.


3


Đỗ Ngọc Anh Tú
2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiên trúc hệ thống vơ tuyến khả tri

Hình 2: Vơ tuyến định nghĩa bằng phần mềm và vô 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 vô 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
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 vơ tuyến
khả tri
• Chức năng
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 khơng
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.
Các chức năng của CRN cho phép các giao thức truyền thông nhận biết

phổ. Tuy nhiên, sử dụng phổ tần động có thể gây ra bất lợi đến hiệu năng của các
4


Đỗ Ngọc Anh Tú
giao thức truyền thông truyền thống (đã được triển khai trên các băng tần số cố
định).
• Hoạt động
Mạng vơ tuyến khả tri (CRN) có thể hoạt động trong cả băng cấp phép và
không được cấp phép. Do đó, các chức năng thiết yếu đối với CRN khác nhau tùy
theo phổ đó là cấp phép hay khơng.
Dưới đây, ta sẽ phân loại hoạt động của CRN thành CRN hoạt động trên
băng cấp phép và CRN hoạt động trên băng không được cấp phép. Các chức năng
của CRN sẽ được giải thích ở các phần sau theo từng loại.
✓ 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 hồn trả

lại phổ và chuyển tới phổ khả dụng khác (chuyển giao phổ).
✓ Trên băng không được cấp phép
5


Đỗ Ngọc Anh Tú

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 không được cấp phép thì phải có phương pháp chia sẻ phổ phù
hợp giữa các mạng này.

4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri
Thành phần chính của máy thu/phát CR là đầu cuối vơ tuyến RF (RF frontend) 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 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 vơ 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
6


Đỗ Ngọc Anh Tú
băng rộng, khuếch đại công 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 môi trường vơ tuyến.
Nói chung, kiến trúc đầu cuối băng rộng cho vơ tuyến khả tri có kiến trúc như trên
hình 5(b).

Hình 5: Kiến trúc vật lý của vô tuyến khả tri: (a) Máy thu/phát vô tuyến khả tri;
(b) Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng
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.
7


Đỗ Ngọc Anh Tú
+ Vịng khóa pha (PLL): PLL đảm bảo tín hiệu được khóa ở một tần số nhất
định và cùng với 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.
+ Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC duy trì độ lợi hoặc mức công
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.
Như đã trình bày ở trên, 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.

5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN
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 thông 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: Vô 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 yêu cầu của người dùng.

8


Đỗ Ngọc Anh Tú

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 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 quá 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
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 (khả năng nhận thức), tự động thích ứng nhanh với
sự thay đổi của mơi trường vơ tuyến.

9


Đỗ Ngọc Anh Tú

Hình 7: Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR
+ 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 cơng cho phép, 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
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 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 thơng tin ở đầu
ra thực sự muốn.
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.

10


Đỗ Ngọc Anh Tú
7. Trình bày các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa
chọn tần số động
Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động có
thể tóm gọn về 4 khối được trình bày như hình dưới đây:

Hình 8: Các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri để lựa chọn tần số động


11