BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

BÁO CÁO
CÁC MẠNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN

“Mạng vơ tuyến khả tri”

Giảng Viên:

Nguyễn Viết Đảm

Sinh viên:

Phạm Ngọc Bình

Mã sinh viên:

B18DCVT037

Nhóm:

03

Hà Nội, 2022


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

MỤC LỤC
1.Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri ................................................................... 3

2.Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri........................................................................... 4
3.Chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri ........................................................ 5
5.Chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN ....................................................... 9
6.Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR .................................................... 10
7.Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động. ....................... 11

2|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

1.Trình bày ý tưởng và khái niệm vô tuyến khả trị
 Ý tưởng vô tuyến khả tri:
- Chúng ta đều biết 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.
- 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 vô tuyến khả tri:
-

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 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.

-

Một số khái niệm khác:


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 đó, vơ tuyến khả tri là một hệ thống có
khả năng cảm biến môi trường xung quanh và điều chỉnh các các tham số hoạt động của
nó để tối ưu hố hệ thống dưới dạng: tối đa băng thông, giảm can nhiễu, truy nhập phổ tần
động.
Theo giáo sư Simon Hayskin (cha đẻ của vô tuyến khả tri): Vô tuyến khả tri là một
hệ thống truyền thơng khơng dây thơng minh, có khả năng nhận biết được môi trường xung
quanh, và từ môi trường nó sẽ thích nghi với sự thay đổi của môi trường bằng cách thay
đổi các thông số tương ứng (cơng suất truyền, tần số sóng mang, phương pháp điều chế)
trong thời gian thực với hai vấn đề chính: (i) truyền thông với độ tin cậy cao bất cứ khi nào
và bất cứ nơi đâu và (ii) sử dụng hiệu quả phổ vô tuyến.

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 khơng, và nhảy
vào (hoặc thốt 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.

3|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

2.Mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri

Hình 2.1: Kiến trúc phân lớp tổng quát cho vô tuyến khả trị.
Quét phổ (Spectrum scanning) là một trong những chức năng quan trọng nhất ở lớp
vật lý của vô tuyến khả tri. Ở đây, tất cả vùng phổ của toàn bộ băng tần hoạt động đều được
quét. Việc quét phổ phục vụ cho cảm nhận, phân tích, quản lý, chia xẻ, phổ tần trong mơi
trường phổ tần động.

Đo kênh (Channel measurement) để xác định chất lượng của các kênh đã quét, được
chia sẻ với nhiều người dùng sơ cấp. Các thông số của kênh (công suất phát, tốc độ bít, …)
phải được xác định dựa trên các kết quả đo lường kênh.

Vô tuyến khả tri phải có khả năng hoạt động tại các tốc độ truyền dữ liệu, các dạng
điều chế, các mã kênh, các mức cơng suất khác nhau. Kỹ thuật MIMO cũng có thể được sử
dụng để triệt nhiễu không gian và tăng thông lượng thơng qua việc ghép kênh. Kĩ thuật
OFDM cũng có thể được sử dụng để nâng cao hiệu quả băng tần và hiệu quả. Các chức
năng khác của lớp vật lý, như TPC và IPD,…
Lớp liên kết dữ liệu gồm ba khối chính: giao thức quản lý nhóm, giao thức điều khiển
truy nhập môi trường (MAC), và giao thức quản lý kết nối. Giao thức quản lí nhóm được
dùng để phối hợp mọi người dùng thứ cấp trong cùng một nhóm. Một người dùng mới nào
đó cũng có thể lấy thơng tin cần thiết về nhóm khi tham gia vào một nhóm. Giao thức liên
kết dữ liệu được sử dụng để lựa chọn một kênh phù hợp để tạo ra kết nối truyền thông. Lựa
chọn này được thực hiện dựa trên các thông tin lấy được từ việc quét phổ và IPD. Một khi
4|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

kết nối thứ cấp được thiết lập, các giao thức liên kết dữ liệu có trách nhiệm duy trì kết nối.
Giao thức MAC hoạt động dựa trên các thông tin từ lớp vật lý như “quét phổ” và “IPD”…
Giao thức MAC quyết định cách thức truy nhập vào kênh, phụ thuộc vào kiểu kênh chia sẻ
hoạt động bởi người dùng sơ cấp SU/CU.
Lớp con hội tụ (Convergence Sublayer) trong lớp liên kết dữ liệu cung cấp kĩ thuật
phối hợp trong CR để hoạt động trong các môi trường không dây khác nhau, như WWAN,
WLAN, và WPAN, …

3.Chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri
 Chức năng của hệ thống vô tuyến khả tri:

 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 dung khả
tri SU/CU đang cùng tồn tại.

5|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

Hình 3.1: Các chức năng truyền thông trong mạng vô tuyến khả tri CRN.
Các thành phần trong CRN và tác động giữa chúng được minh họa trong hình 3.1.
Chính sự tác động này địi hỏi mạng vơ tuyến khả tri CRN phải có chức năng thiết kế giữa
các lớp. Đặc biệt, việc cảm nhận phổ và chia sẻ phổ phải được kết hợp để nâng cao hiệu
quả phổ. Trong chức năng chia sẻ phổ và dịch chuyển phổ, các chức năng ở lớp ứng dụng,
truyền tải, định tuyến, truy nhập phương tiện và lớp vật lí được thực hiện đồng thời.

 Hoạt động của vô tuyến khả tri:
Trên băng được cấp phép:

Hình 3.2: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép.
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

6|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

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.
Dung lượng kênh của các hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh những người
dung 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 khơng được cấp phép:

Hình 3.3: 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 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 không 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 khơng được cấp phép
thì phải có phương pháp chia sẻ phổ phù hợp giữa các mạng này.

7|



Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

4.Kiến trúc vật lý hệ thống vơ tuyến khả tri

Hình 4.1: Kiến trúc vật lí của vô tuyến khả tri: (a) Máy thu/phát của vô tuyến khả
tri; (b) Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng.
Kiến trúc tổng quát thu/phát của CR được minh họa trên hình 4.1(a). Thành phần
chính của máy thu/phát CR là đầu cuối vơ tuyến RF (RF front-end) và khối xử lí bang 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.
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.

8|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

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.
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.

5.Chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN

Hình 5.1: Chu trình nhận thức.
9|


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

Ta tóm tắt ba bước cơ bản trong chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích phổ và
quyết định phổ như sau:
-

Cảm nhận phổ: Vơ 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.

-

Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thơng qua cảm nhận phổ sẽ được
ước tính.


-

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.

6.Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR

Hình 6.1: Sơ đồ khối thực hiện vơ 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. Ta biểu thị
băng tần tổng đối với anten băng rộng là , 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.
10 |


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

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 thơng 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.
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.

7.Các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số
động.

Hình 7.1: 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 môi trường phổ. Đây là quá 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

11 |


Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037

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 thông khác. Quá trình phát hiện này cũng bao gồm việc thơng 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 thơng tin này có thể u cầu dùng kênh hoa tiêu băng hẹp.
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. Điều này dẫn tới cần phải có khối thích ứng với
sự thay đổi của mạng (Khối 4).

12 |