Bài tập về nhà

Lưu Cẩm Tú-B18DCVT367

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

KHOA VIỄN THƠNG I

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

:Nguyễn Viết Đảm

Thời gian nộp: 22/05/2022
Sinh viên

: Giáp Thị Hân

Mã sinh viên : B18DCVT135

Hà Nội, tháng 5/2022
1


Các mạng thông tin vô tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

MỤC LỤC

CÂU 1: Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả tri? .......................................................... 3
CÂU 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri? ................................... 4
CÂU 3: Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri? .................. 9
CÂU 4: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vơ tuyến khả tri. ................................ 11
CÂU 5: Trình bày chu trình nhận thức tron mạng vơ tuyến khả tri CRN. .............................. 12
CÂU 6: Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri cr dựa trên SDR............................... 13
CÂU 7: Trình bày các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động. 14

2


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Câu 1: Trình bày ý tưởng và khái niệm vô tuyến khả tri?
 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 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 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.
 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.

Hình 1: Minh họa việc chiếm dụng phổ
Định nghĩa những khoảng tần số không được sử dụng là khoảng trắng hay hố
phổ. 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.

3


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Câu 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri?

Hình 2: Minh họa kiến trúc mạng vơ tuyến khả tri CDN
Các thành phần kiến trúc của mạng vơ tuyến khả tri được minh họa ở hình 2,
trong đó tồn tại hai nhóm mạng là: mạng sơ cấp (primary network) và mạng khả
tri. Các thành phần cơ bản của hai nhóm mạng này được xác định như sau:
 Mạng sơ cấp (Primary network): Hạ tầng mạng đang hiện hành thường gọi
là mạng sơ cấp, 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. Mặc dù, cùng tồn tại
với các trạm gốc vô tuyến khả tri và người dùng vô tuyến khả tri SU/CU,
nhưng người dùng sơ cấp PU không cần phải điều chỉnh hoặc bổ sung chức
năng.
 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,
4



Các mạng thông tin vô tuyến









Giáp Thị Hân_B18DCVT135

như BTS trong mạng tế bào. Về nguyên tắc, 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 không được cấp phép) không 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 mạng vơ tuyến khả tri CRN có thể
được sử dụng cả mạng hạ tầng cơ sở và mạng ad hoc (hình 2). Các thành
phần cơ bản của CRN gồm:
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. Do đó, phải bổ sung các chức năng để chia sẻ băng
phổ cấp phép.
Trạm gốc vô tuyến khả tri: Trạm gốc vô tuyến khả tri (trạm gốc xG, trạm
gốc không được cấp phép, trạm gốc thứ cấp) là thành phần cơ sở hạ tầng cố
định với các khả năng của vơ tuyến khả tri. Khi có cơ hội, trạm gốc 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. Thông qua kết nối này,

người dùng vơ 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 ngun phổ tần giữa các mạng
vô tuyến khả tri khác nhau. Bộ phân chia phổ 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.

Hình 2 minh họa kiến trúc mạng vơ tuyến khả tri. Trong đó, mạng vơ tuyến khả
tri bao gồm nhiều loại mạng khác nhau: mạng sơ cấp, mạng vô tuyến khả tri dựa
trên cơ sở hạ tầng, và mạng vô tuyến khả tri ad hoc. Các mạng vô tuyến khả tri
hoạt động dưới môi trường phổ hỗn hợp, bao gồm cả các băng được cấp phép và
không được cấp phép. Do đó, trong mạng vơ tuyến khả tri, tồn tại ba loại truy nhập
là:
+ Truy nhập mạng vô tuyến khả tri (xG network access): Người dùng vô tuyến
khả tri SU/CU có thể truy nhập vào chính trạm gốc vơ tuyến khả tri ở cả băng được
cấp phép và không được cấp phép.
+ Truy nhập mạng vô tuyến khả tri ad hoc (xG ad hoc access): Người dùng vô
tuyến khả tri có thể truyền thơng với những người dùng vơ tuyến khả tri khác
thông qua kết nối ad hoc ở cả băng được cấp phép và không được cấp phép.
5


Các mạng thông tin vô tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

+ Truy nhập mạng sơ cấp (Primary network access): Người dùng vô tuyến khả
tri cũng có thể truy nhâp tới trạm gốc sơ cấp thơng qua băng được cấp phép.

Hình 3: Minh họa, so sánh: vô tuyến thông thường, vô tuyến định nghĩa bằng phần

mềm SDR và vơ tuyến khả tri CR
Từ hình 3 cho thấy, 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 mơi trường vơ tuyến.


Vơ tuyến khả tri CR có khả năng tự cấu hình, tức là nó có thể thích ứng
ngay với điều kiện của mơi trường mà khơng cần cấu hình trước.

6


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Hình 4: Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR
Trong máy phát ở hình 4. 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.
Kiến trúc phân lớp cho sơ đồ vô tuyến khả tri CR hình 4 được minh họa ở
hình 5, trong đó chỉ tập chung vào vật lí và liên kết dữ liệu.

7



Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Hình 5: Kiến trúc phân lớp tổng quát cho vô tuyến khả tri
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 môi 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 (cơng 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 công suất khác nhau. Kỹ thuật MIMO
cũng có thể được sử dụng để triệt nhiễu khơng gian và tăng thông lượng thông 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,... được
đề cập ngắn gọn dưới đây.
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. Giao thức liên kết dữ liệu được sử dụng để lựa chọn một kênh phù hợp để
tạo ra kết nối truyền thông. 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
8


Các mạng thông tin vô tuyến


Giáp Thị Hân_B18DCVT135

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, ...
Câu 3: Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri?
 Chức năng của hệ thống 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.
 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 của hệ thống vô tuyến khả tri:
 Trên băng cấp phép:
Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép được minh họa ở hình 6,
trong đó 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 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.

9


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Hình 6: Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép
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:

10


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Hình 7: Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng không được cấp phép
Hình 7 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 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 khơng được cấp
phép. Do đó, kiến trúc này đòi 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 4: 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 frontend) 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
11


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

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.
Điểm mới của máy thu phát CR là khả năng cảm nhận phổ băng rộng của đầu cuối
RF. Phần cứng RF cho CR có khả năng điều chỉnh trong các băng của dải phổ tần
rộng.
Các thành phần cơ bản về đầu cuối RF trong CR là: Bộ lọc RF; Bộ khuếch
đại tạp âm thấp (LNA); Bộ trộn; Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO);
Vòng khóa pha (PLL); Bộ lọc lựa chọn kênh; Mạch tự động điều chỉnh độ lợi
(AGC).

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. Đầu cuối RF phải
có khả năng phát hiện tín hiệu yếu trong một dải tần số động.
Câu 5: 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.
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.
3. 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.

12


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Hình 8: Chu trình nhận thức
Câu 6: Trình bày sơ đồ khối thực hiện vơ tuyến khả tri CR dựa trên SDR.

Hình 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

vơ RF, có khả năng quét băng tần rộng phù hợp với sự thay đổi của môi trường
phổ. Băng tần tổng đối với anten băng rộng là ∑𝑁𝑖=1 ∆𝑓𝑖, 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.
13


Các mạng thông tin vô tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

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 => làm gia tăng tính
linh hoạt về xử lý dữ liệu cũng như tận dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến của CR
trong mơi trường phổ tần động
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, công 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.


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 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.

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


Hình 10: Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri để lựa chọn tần số động.
14


Các mạng thông tin vô tuyến

Giáp Thị Hân_B18DCVT135

Khối thu thập dữ liệu phổ (khối 1): Đây là quá 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.
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; 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 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).

15