Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

BÀI TẬP MƠN HỌC

Các mạng thơng tin vơ tuyến
Giảng Viên

: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

SV thực hiện

: Phạm Ngọc Lâm

Mã sinh viên

: B18DCVT199

Ngày nộp

: 22/5/2022

Hà Nội, năm 2022
---------1


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

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 thông 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
vô tuyến có thể nhận biết được mơi trường xung quanh và thích ứng một cách
khả tri, nghĩa là vơ 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
2


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

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 thơng 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 mơi trường xung quanh, và từ mơi trường nó sẽ thích nghi với sự thay
đổi của mơi trường bằng cách thay đổi các thông số tương ứng (công 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 khơng, và nhảy vào (hoặc thốt 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.

3


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

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 vô 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.
4


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

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,
như BTS trong mạng tế bào. Về nguyên tắc, trạm gốc sơ cấp không nhất thiết
phải chia sẻ phổ với người dùng vơ 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
5


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

➢ 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.


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
6


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

tùy theo phổ đó là cấp phép hay không. Dưới đây, ta sẽ phân loại hoạt động
của CRN thành CRN hoạt động trên băng cấp phép và CRN hoạt động trên
băng khơng 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 khơng 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.

7


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

Hình 5. Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng không được cấp phép.

Câu 4. 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 vô 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 môi 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.

8


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

Hình 6. Kiến trúc tổng quát thu/phát của CR

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 tiếp sử
dụng bộ lọc thông thấp để lựa chọn kênh, còn máy thu superheterodyne lại sử
dụng bộ lọc thông dải.
9


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

+ 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 thông 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: 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.

10


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

Hình 8. Chu trình nhận thức


11


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

Câu 6. Trình bày sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR.

Hình 9. 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 môi
trường phổ.
− 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.

− 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.

12


Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239

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 q 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. Q trình phát hiện này bao
gồm việc phân loại dữ liệu, và sử dụng thơng tin thu thập để xác định kênh có
được sử dụng bởi một dịch vụ hay hệ thống truyền thông khác. Q 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 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

13