HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1
----------

BÁO CÁO MÔN HỌC

CÁC MẠNG VÔ TUYẾN KHẢ TRI

Tên học phần

: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Mã học phần

: TEL1403

Giảng viên

: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

Sinh viên

: PHẠM TRUNG ĐỨC

Mã Sinh viên

: B18DCVT115

Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2022

1

MỤC LỤC
Câu 1: Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri ? ........................................... 3
Câu 2: Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri ? .................................................. 3
Câu 3: Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN ? .............. 4
Câu 4: Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vơ tuyến khả tri ? .. 4
Câu 5: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vơ tuyến khả tri .................... 6
Câu 6: Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR ................ 8
Câu 7: Trình bày các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số
động .................................................................................................................................... 9

2


Câu 1: Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri ?
 Ý tưởng
Từ thực tiễn nhận thấy hiệu suất sử dụng phổ tần thấp khoảng hơn 90% tài ngun
phổ tần vơ tuyến bị lãng phí. Bên cạnh đó tần số vơ tuyến là một tài ngun khan hiếm.
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 “vô tuyến khả tri” được nhìn nhận theo rất nhiều cách khác nhau. 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 vô tuyến khả tri là một thiết bị vơ 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 mơi trường phổ.

Câu 2: Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri ?


Hình 1: Kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri
Kiến trúc vô tuyến khả tri (CR) dựa trên cơ sở kiến trúc vô tuyến định nghĩa bằng
phần mềm (SDR). Có thể thực hiện được hồn tồn chỉ dựa trên những thay đổi ở cấu trúc
phần mềm mà không phải thay đổi cấu trúc phần cứng. 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
3


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.

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 chu trình nhận thức trong mạng vô tuyến khả tri CRN ?
Chu trình nhận thức của CR:

Hình 2: Chu trình nhận thức
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.
Câu 4: Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri ?
❖ Chức năng của hệ thống vô tuyến khả trị:
4


Chức năng cơ bản của vơ 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.

Hình 3: 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
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 trị: ✓
Trên băng được cấp phép

5



Hình 4: Mạng vô 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 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
Câu 5: 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 front-end) và
khối xử lí băng gốc. 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 vô tuyến khả tri là đầu cuối RF.
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 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 vô tuyến.

6



Hình 5: Kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri
❖ 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. Vòng 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.
7


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

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

8


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. 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 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.
Cổng định thời: định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.

Câu 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 để lựa chọn tần số động:

Hình 7: Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri để lựa chọn tần số động
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 thông 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.
•

Phân tích dữ liệu (khối 2):
9



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 thông
khác và 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.

•

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.
• Thích ứng (khối 4):
Khối này để thích ứng với sự thay đổi của mạng khi khối 3 xác định dạng sóng và
tần số động để sử dụng.

10