Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng
Khoa Viễn thơng
_____________________

BÀI TẬP VỀ NHÀ
Chương 8: Mạng vô tuyến khả tri
Tên học phần: CÁC MẠNG THÔNG TIN
VÔ TUYẾN
Mã học phần: TEL1403
Họ tên sinh viên: PHẠM ĐỨC HIỆP
Mã sinh viên: B18DCVT143
Ngày nộp: 22/05/2022
Giảng viên: NGUYỄN VIẾT ĐẢM


PHẠM ĐỨC HIỆP

Mục lục

Câu 1………………………………………………………………… Trang 2
Câu 2………………………………………………………………… Trang 2
Câu 3………………………………………………………………… Trang 3
Câu 4………………………………………………………………… Trang 4
Câu 5………………………………………………………………… Trang 6
Câu 6………………………………………………………………… Trang 8
Câu 7………………………………………………………………… Trang 10

1


PHẠM ĐỨC HIỆP

Câu 1: Trình bày ý tưởng và 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 vơ tuyến có thể cảm nhận, nhận biết và sử dụng linh
hoạt bất kì phổ tần số vô tuyến hiện hữu nào tại thời điểm đã định.
 Ý tưởng
Tần số vô tuyến là một tài nguyên khan hiếm, Mặc dù phổ tần ngày càng
khan hiếm nhưng hiệu suất sử dụng phổ tần lại thấp. Theo Ed Thomas “ Nếu
xét tồn bộ giải tần số vơ tuyến từ 0 đến 100 GHz và quan trắc ở một thời gian
và khơng gian cụ thể, thì chỉ có từ 5% đến 10% lượng phổ tần được sử dụng”.
Như vậy, hơn 90% tài ngun phổ tần vơ tuyến bị lãng phí, không được sử
dụng triệt để. 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:
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
môi trường phổ.
Câu 2: Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vô tuyến khả tri CRN.
 Đặc điểm của vô tuyến khả tri
Khả năng nhận thức: Khả năng nhận thức chỉ khả năng nắm bắt hoặc cảm
nhận các thông tin từ môi trường vô tuyến. Khả năng này không chỉ đơn giản là
thực hiện giám sát công suất trong một số băng tần số quan tâm mà còn yêu
cầu nhiều công nghệ phức tạp để nắm bắt sự biến đổi của môi trường vô tuyến
2



PHẠM ĐỨC HIỆP

theo không gian và theo thời gian nhằm tránh nhiễu ảnh hưởng tới những người
dùng khác. 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 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 8.12, 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:
o 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.
o Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thơng qua cảm nhận
phổ sẽ được ước tính.
o 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 quá 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 vô tuyến

3


PHẠM ĐỨC HIỆP

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 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:
o Xác định các phần phổ tần khả dụng và phát hiện sự hoạt động (sự tồn

tại) của PU (cảm nhận phổ tần)
o Lựa chọn, chiếm dụng kênh khả dụng nhất (quản lí phổ)
o Đồng truy nhập vào các kênh với những người dùng khác (chia sẻ phổ)
4


PHẠM ĐỨC HIỆP

o Hoàn trả kênh khi phát hiện người dùng được cấp phép PU (dịch
chuyển phổ)
Các chức năng cơ bản của vô tuyến khả tri:
o Cảm nhận phổ: Phát hiện ra phổ tần không sử dụng và chia sẻ phổ mà
không gây nhiễu tới những người dùng khác.
o Quản lí phổ: Chiếm giữ phần phổ tần khả dụng nhất để đáp ứng yêu
cầu truyền thông của người dùng.
o Dịch chuyển phổ: Bảo đảm các yêu cầu truyền thông không bị ngắt
quãng trong lúc chuyển tới phổ tần tốt hơn.
o 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.
o 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.
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.
5


PHẠM ĐỨC HIỆP

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).
o 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.

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 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 vơ 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. 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
6


PHẠM ĐỨC HIỆP

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.

 Các thành phần cơ bản về đầu cuối RF trong CR là:
o Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng mong muốn bằng cách bỏ qua
việc lọc tín hiệu RF nhận được.
o 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.
o 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).

o Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO): VCO tái tạo tín hiệu
tại một tần sốnhất 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
7


PHẠM ĐỨC HIỆP

số trung tần.
o 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.
o 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.
o 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.
Trong kiến trúc này, tín hiệu băng rộng được nhận thơng qua đầu cuối RF,
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 vơ 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 mơi trường vơ tuyến.

8


PHẠM ĐỨC HIỆP

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.
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 thơng minh.
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). IPD là khả năng để phát hiện người dùng sơ cấp dựa trên
một thông tin phổ đặc biệt. Phát hiện lịch sử chiếm dụng tài ngun vơ tuyến
(IPD) có những đặc tính cơ bản: nhận biết các tần số, các kênh không sử dụng
hoặc ít sử dụng.
Cổng định thời, định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.
9


PHẠM ĐỨC HIỆP

Điều khiển công suất phát (TPC): cho phép thiết lập cơng suất phát một
cách thích ứng dựa trên sự thay đổi của mơi trường phổ.

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:

 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.
 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 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 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.
 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


PHẠM ĐỨC HIỆP

11