HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

BÀI VỀ NHÀ
MƠN HỌC: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Giảng viên

:

Nguyễn Viết Đảm

Sinh viên

:

Phạm Việt Đức

Mã sinh viên

:

B18DCVT117

Số thứ tự

:

16

Mã học phần

:

TEL1407

Nhóm

:

03

Ngày nộp

:

22/05/2022

Hà Nội 2022


Câu 1: Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri ?
Ý tưởng vô tuyến khả tri
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.
Theo Edison lượng phổ tần dùng thực tế rất nhỏ (5-10%) vậy 90% tài nguyên phổ tần vơ
tuyến bị lãng phí. Hình ảnh dưới đây minh hoạ cho điều này.

Chúng ta cần sử dụng hiệu quả và sử dụng triệt để tài nguyên khan hiếm này. Vô
tuyến khả tri giải quyết vấn đề này.
Theo IEEE: Vô tuyến khả tri là hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà được thiết kế để
phát hiện một cách khả tri vùng phổ đang được chiếm dụng hay không, và nhảy vào (hoặc
thoát 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.
Hệ thống vô tuyến khả tri là hệ thống mà các phần tử của nó có khả năng thay đổi các tham
số (công suất, tần số) trên cơ sở tương tác với mơi trường hoạt động . Theo đó, thiết bị vô
tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR (Software Defined Radio) sẽ là một phần tử quan
trọng trong hệ thống vơ tuyến khả tri. Vì các tham số của thiết bị SDR được thay đổi một
cách linh động bằng phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng. Mục đích
của vơ tuyến khả tri là cho phép các thiết bị vô tuyến khác hoạt động trên các dải tần cịn
trống tạm thời mà khơng gây nhiễu đến các hệ thống vơ tuyến có quyền ưu tiên cao hơn hoạt
động trên dải tần đó. Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần như trên, vô tuyến khả
tri phải có những tính năng cơ bản như sau:
- Điều chỉnh tần số hoạt động của hệ thống một cách tức thì từ một băng tần này đến một
băng tần khác (còn trống) trên dải tần cho phép


- Thiết lập mạng thông tin và hoạt động trên một phần hoặc toàn bộ băng tần được cấp
phát
- Chia sẻ kênh tần số và điều khiển cơng suất thích ứng theo điều kiện cụ thể của môi
trường vô tuyến, mà ở đó tồn tại nhiều loại hình dịch vụ vơ tuyến cùng chiếm dụng.
- Thực hiện thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền và các sơ đồ mã hố sửa lỗi để cho
phép đạt được thơng lượng tốt nhất có thể.
- Tạo búp sóng và điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thơng nhằm giảm
thiểu nhiễu đồng kênh và tối đa cường độ tín hiệu thu

Hình 2: Hố phổ rỗi hình thành lên ý tưởng về vơ tuyến thơng minh
Câu 2: Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN.
Khả năng nhận thức cho phép vô tuyến khả tri tương thích trong thời gian thực với các
thay đổi của mơi trường để xác định các thơng số truyền thích hợp và thích ứng với mơi
trường vơ tuyến động. Nhiệm vụ yêu cầu cho hoạt động thích ứng trong phổ được cho
trên hình 1.4, gọi là 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 u 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.
Câu 3: Trình bày tóm tắt mơ hình kiên trúc hệ thống vơ tuyến khả tri.Mơ hình 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 thông 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.
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 4: Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri Chức năng
Vơ tuyến khả tri (CR) có khả năng chiếm dụng hoặc chia sẻ phổ theo cơ hội trong môi
trường phổ tần động. Công nghệ truy nhập phổ tần động cho phép CR hoạt động trong kênh
khả dụng nhất.
Đặc biệt, công nghệ CR cho phép:
1. Xác định các phần phổ tần khả dụng và phát hiện sự hoạt động (sự tồn tại) của PU (cảm
nhận phổ tần);
2. Lựa chọn, chiếm dụng kênh khả dụng nhất (quản lí phổ);
3. Đồng truy nhập vào các kênh với những người dùng khác (chia sẻ phổ);
4. Hoàn trả kênh khi phát hiện người dùng được cấp phép PU (dịch chuyển phổ).
→ Tóm lại các chức năng cơ bản của vô tuyến khả tri :
• Cảm nhận phổ: Phát hiện ra phổ tần khơng 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 thơng 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 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.
-

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, trong đó CRN cùng tồn tại với các mạng sơ cấp tại
cùng một vị trí và trên cùng một băng phổ.

7


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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.
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 vô 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 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.
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.

8


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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 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 không 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. 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 vô 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 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.

9



67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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.
+ 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

10


67_Nguyễn Minh
Tuấn_B18DCVT381
tiếp sử dụng bộ lọc thông thấp để lựa chọn kênh, còn 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 cơng suất đầu ra
của bộ khuếch đại không đổi trên một dải rộng các mức cơng suất đầu 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 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.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.
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 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 quét 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 cơng 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. 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
thông tin ở đầu ra thực sự muốn.
Điều khiển công suất phát (TPC): cho phép thiết lập cơng suất phát một cách thích

ứng dựa trên sự thay đổi của môi trường phổ
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.


Câu 7 : Trình bày các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR 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 cịn 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.
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.
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