z

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

BÀI TẬP MÔN HỌC
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Giảng viên :

NGUYỄN VIẾT ĐẢM

Sinh viên :

TRẦN XUÂN HIẾU

Mã sinh viên: B18DCVT163
Nhóm MH:

03

Ngày nộp:

22/05/2022

HÀ NỘI - 2022


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

MỤC LỤC
Câu 1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vô tuyến khả tri ..........................................2
Câu 2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri ...................3
Câu 3. Trình bày tóm tắt chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả tri..4
Câu 4. Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri. ...............6
Câu 5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN. ............7
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

1


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

Câu 1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vô 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. 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.

Hình 1. Minh họa việc chiếm dụng phổ
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.
➢ Khái niệm vô tuyến khả tri
Định nghĩa “vô tuyến khả tri” được nhìn nhận theo rất nhiều cách khác nhau, và các
định nghĩa này vẫn đang được nghiên cứu chủa hóa IEEE-1900 và diễn đàn vơ tuyến

định nghĩa mềm (SDR). 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 vô 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. Tồn tại
một số định nghĩa về vô tuyến khả tri như:
− Theo FCC: Vô 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.
− Theo giáo sư Simon Hayskin (cha đẻ của vô tuyến khả tri): Vô 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 môi trường nó sẽ thích nghi với sự thay đổi của mơi trường
2


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

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 thơng
với độ tin cậy cao bất cứ khi nào và bất cứ nơi đâu và (ii) sử dụng hiệu quả phổ vô
tuyến
− Theo IEEE: Vô 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

Hình 2. Minh họa kiến trúc mạng vô tuyến khả tri CRN

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
3


Trần Xn Hiếu - B18DCVT163

−

•

−

−

−

và người dùng vơ 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, 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 khơng được cấp phép) khơng 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 7.2). 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.

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.

4


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

Hình 3. Các chức năng truyền thông trong mạng vô tuyến khả tri CRN
➢ Hoạt động của hệ thống 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. Dưới đây, ta sẽ phân loại hoạt động của CRN thành CRN hoạt động
trên băng cấp phép và CRN hoạt động trên băng không được cấp phép.
• Trên băng tần cấp phép
CRN cùng tồn tại với các mạng sơ cấp tại cùng một vị trí và trên cùng một băng phổ.

Hình 4. Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép.
• Trên băng tần không được cấp phép

5


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

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 thơng sử dụng cũng một phần
phổ như nhau.

Hình 5. Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng khơng được cấp phép.
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 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.

Hình 6. Kiến trúc tổng quát thu/phát của CR
Các thành phần cơ bản về đầu cuối RF trong CR là:
6


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

+ 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 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 công suất đầu
ra của bộ khuếch đại không đổi trên một dải rộng các mức cơng suất đầu vào.

Hình 7. Kiến trúc đầu cuối băng rộng cho vô tuyến khả tri
Câu 5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN.
Chu trình nhận thức gồm ba bước cơ bản:
− 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.
− Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thơng qua cảm nhận phổ sẽ được
ước tính.
− 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
yêu cầu của người dùng.

7


Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

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.
− 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.
8



Trần Xuân Hiếu - B18DCVT163

− 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.

Hình 10. Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri 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 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. Q 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 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 thông tin này có thể yêu cầu dùng kênh hoa tiêu băng
hẹp.
− Khối chức năng đáp ứng (khối 3): thực hiện việc xác định dạng sóng và tần số động
để sử dụng.
− Khối thích ứng (khối 4): thích ứng với sự thay đổi của mạng

9