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

BÁO CÁO BÀI TẬP
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Họ tên sinh viên

: Lê Minh Duẩn

Mã sinh viên

: B18DCVT055

Giảng viên

: Nguyễn Viết Đảm

Năm học

: 2021-2022

HÀ NỘI – 5/2022


Mục lục
1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri ........................................... 3
1.1.

Ý tưởng vô tuyến khả tri: ........................................................................... 3

1.2.

Khái niệm vơ tuyến khả tri: ........................................................................ 3

2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến 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. . 5
3.1.

Chức năng của hệ thống vô tuyến khả tri ................................................... 5

3.2.

Hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri ................................................... 5

4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri................. 7
4.1.

Kiến trúc máy thu/phát của vô tuyến khả tri .............................................. 7

4.2.

Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng ............................................................... 7

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



1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri
1.1. Ý tưởng vô tuyến khả tri:
Ý tưởng vô tuyến khả tri là giải quyết các vấn đề về lãng phí phổ tần.
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. 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.
1.2.

Khái niệm vô tuyến khả tri:

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 chủa hóa IEEE-1900 và diễn đàn vơ tuyến
định nghĩa mềm (SDR). 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. Tồn tại một số định nghĩa về vô tuyến khả tri như:
 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 mơi 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


2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri.

Kiến trúc mạng vô tuyến khả tri CRN
 Mạng sơ cấp (Primary network): mạng này được cấp phép (có quyền) truy
nhập vào các băng tần nhất định như: mạng TV quảng bá, mạng tế bào,.v,v..
Các thành phần cơ bản của mạng sơ cấp gồm:
- Người dùng sơ cấp (Primary user): Người dùng sơ cấp PU (người dùng được
cấp phép) được cấp phép để hoạt động trong một băng tần nhất định. Truy
nhập này chỉ được giám sát bởi trạm gốc sơ cấp và không bị ảnh hưởng bởi
hoạt động của người dùng không được cấp phép.
- Trạm gốc sơ cấp (Primary base-station): Trạm gốc sơ cấp (trạm gốc được cấp
phép) là thành phần cơ sở hạ tầng mạng được cố định, có giấy phép phổ, như
BTS trong mạng tế bào. Trạm gốc sơ cấp không nhất thiết phải chia sẻ phổ với
người dùng vô tuyến khả tri SU/CU.
 Mạng vô tuyến khả tri: Mạng vô tuyến khả tri CRN (mạng xG, mạng truy
nhập phổ tần động, mạng thứ cấp, mạng khơng được cấp phép) khơng có giấy
phép để hoạt động trong một băng mong muốn. Do đó, nó chỉ được phép truy
nhập phổ khi có cơ hội. Các thành phần cơ bản của CRN gồm:
4



- Người dùng vô tuyến khả tri: Người dùng vô tuyến khả tri SU/CU (người dùng
xG, người dùng không được cấp phép, người dùng thứ cấp) khơng có giấy
phép sử dụng phổ.
- Trạm gốc vô tuyến khả tri: là thành phần cơ sở hạ tầng cố định với các khả
năng của vô tuyến khả tri, cung cấp kết nối đơn chặng tới những người dùng
vô tuyến khả tri SU/CU mà không cần giấy phép truy nhập phổ, người dùng
vô tuyến khả tri có thể truy nhập đến các mạng khác.
- Bộ phân chia phổ: Bộ phân chia phổ (server lập lịch) là một thực thể mạng
trung tâm đóng vai trị trong việc chia sẻ tài nguyên phổ tần giữa các mạng vơ
tuyến khả tri khác nhau, có thể kết nối với từng mạng với tư cách là quản ly
thông tin phổ nhằm cho phép CRN đồng hoạt động với các mạng sơ cấp khác.
3. Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri.
3.1. Chức năng của hệ thống vô tuyến khả tri
Các 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.
3.2. Hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri
Trên băng cấp phép: CRN cùng tồn tại với các mạng sơ cấp tại cùng một vị trí và
trên cùng một băng phổ, mục đích chính 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. 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.

5


Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép
Trên băng không được cấp phép: 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. Những người dùng
vô tuyến khả tri tập trung vào phát hiện việc truyền của những người dùng vô tuyến
khả tri khác. Việc chuyển giao phổ khơng được kích hoạt bởi sự có mặt của những
người dùng sơ cấp khác. Kiến trúc này đòi hỏi các phương pháp chia sẻ phổ phức tạp
giữa những người dùng vô tuyến khả tri.

Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng không được cấp phép.

6


4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri
4.1. Kiến trúc máy thu/phát của vô tuyến khả tri

Máy thu/phát của vô tuyến khả tri
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 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.
4.2.


Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng

Kiến trúc vật lý của Đầu cuối RF băng rộng
Điểm mới của máy thu phát CR là khả năng cảm nhận phổ băng rộng của đầu cuối
RF. Cảm nhận phổ cũng cho phép việc đo lường trong thời gian thực các thông tin
phổ từ môi trường vô tuyến.
7


Các thành phần cơ bản về đầu cuối RF trong CR là:
 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.
 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.
 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 cơng suất
đầu vào.
Q trình thực hiện từ kiến trúc vật lý của máy thu/phát vô tuyến khả tri Kiến trúc

vật lý của đầu cuối RF băng rộng




5.

Tín hiệu băng rộng được nhận qua đầu cuối RF
Lấy mẫu bởi bộ chuyển đổi tương tự-số (A/D) tốc độ cao
Đo đạc được thực hiện để phát hiện ra tín hiệu của người dùng được cấp phép.
Anten RF băng rộng thu nhận tín hiệu từ các máy phát
Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN.

Chu trình nhận thức
8


Ba bước cơ bản trong chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích phổ và quyết
định phổ.
Khả năng nhận thức chỉ khả năng nắm bắt hoặc cảm nhận các thông tin từ môi trường
vô tuyến. Thông qua khả năng này, các phần phổ không 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 thông số hoạt động phù hợp nhất.
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 thơng số truyền thích hợp và thích ứng
với mơi trường vơ tuyến động. Nhiệm vụ u cầu cho hoạt động thích ứng trong phổ
được gọi là chu trình nhận thức.
Ba bước cơ bản trong chu trình thông minh:
 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.

 Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thơng qua cảm nhận phổ sẽ
được ước tính.
 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.
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 vơ tuyến khả tri CR dựa trên SDR
SDR có thể cung cấp một chức năng vô tuyến rất linh hoạt bằng cách tránh sử dụng
các bộ phận và mạch tương tự cố định. Vì vậy vơ tuyến khả tri cần được thiết kế dựa
trên SDR

9


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 vô
RF, có khả năng quét 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 nguyên vô

tuyến của CR trong môi trường phổ tần động.
 Khối Tự cấu hình Truyền thơng/Phối hợp lựa chọn: 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 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.
 Cổng định thời: định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.

10


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

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 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.
Tại một ví trí và một thời điểm xác định, khối chức năng thứ ba( khối 3) 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)
11