1

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

BÀI TẬP VỀ NHÀ
CÁC MẠNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN
Chương 8: Mạng vơ tuyến khả tri

Giảng viên

Nguyễn Viết Đảm

Nhóm môn học

03

Họ và tên sinh viên

Nguyễn Hồng Hải

Mã sinh viên

B18DCVT126

Ngày nộp

25/04/2022

1

2
Câu 1: Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri
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.

2. Khái niệm vô tuyến khả tri
Vô tuyến khả tri CR (Congitive Radio) là một công nghệ mới, được nghiên cứu để
cho phép đầu cuối vô tuyến có thể cảm nhận, nhận biết và sử dụng linh hoạt bất kì phổ
tần số vơ tuyến hiện hữu nào tại thời điểm đã định.
Tồn tại một số định nghĩa về vơ 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 môi trường mà nó hoạt động. Theo đó, vơ tuyến khả tri là một
hệ thống có khả năng cảm biến mơi 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.
2


3
• Theo GS Simon Hayskin : Vơ 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 mơi
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 vơ tuyến
• Theo IEEE: Vơ 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 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.

Câu 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ 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. 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 (khẳ năng nhận thức), tự động thích ứng nhanh với sự thay đổi của môi
trường vô 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
3


4
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.

Câu 3: Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vơ tuyến khả tri
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., 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 dùng
khả tri SU/CU đang cùng tồn tại.
Hoạt động điển hình của mạng vô tuyến khả tri: mạng vô tuyến khả tri (CRN) có thể hoạt
động trong cả băng cấp phép và khơng 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

Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép được minh họa ở hình 8.9,
trong đó CRN cùng tồn tại với các mạng sơ cấp tại cùng một vị trí và trên cùng một băng
4


5
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.
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 khơng được cấp phép


Hình 8.10 minh họa mạng vơ tuyến khả tri CRN 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
5


6
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

Câu 4: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri

6


7
Kiến trúc tổng quát thu/phát của CR được minh họa trên hình 8.11(a). Thành phần
chính của máy thu/phát CR là đầu cuối vô 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 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 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 8.11(b).
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. Quá 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
7


8

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.

Câu 5: Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vô tuyến khả tri CRN

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 vô tuyến động. Nhiệm vụ yêu cầu cho hoạt động thích ứng trong phổ được
cho trên hình 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
thơng 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.
8


9
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.
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 6: Trình bày 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 mơi trường
phổ.
• Bộ ghép song cơng: cho phép phân phân tách tín hiệu thu/phát RF.
9


10
• 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 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.
• Cổng định thời: định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.

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

10



11
Hình 8.8 minh họa các thành phần thiết yếu để lựa chọn tần số động trong vô tuyến khả
tri CR dựa vào chính sách.
• 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. 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 thơng khác. Q trình phát hiện này cũng bao
gồm việc thông tin với các tập con của ác 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.
• Khối 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.
• Khối thích ứng ( khối 4): Điều này dẫn tới cần phải có khối thích ứng với sự thay
đổi của mạng

11