HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG

MƠN HỌC: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Giảng viên:

Nguyễn Viết Đảm

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quang Minh
Mã sinh viên:

B18DCVT291

Lớp:

B18CQVT03-B
Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2022

Hà Nội 05/2022


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

1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ 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. Theo Ed Thomas “ Nếu xét toàn bộ giải tần số vô tuyến từ 0
đến 100 GHz và quan trắc ở một thời gian và không gian cụ thể, thì chỉ có từ 5%
đến 10% lượng phổ tần được sử dụng”. Như vậy, hơn 90% tài nguyên phổ tần vơ
tuyến bị lãng phí.

Do vậy u 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
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.
 Theo FCC: Vô tuyến khả tri là vơ tuyến có thể thay đổi các thơng số truyền dựa
trên sự mơi giới với mơi 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 hoá 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 thông 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 môi
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
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.


2. Trình bày tóm tắt mơ hình kiên trúc hệ thống vô tuyến khả tri

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. 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 mơi trường mà khơng cần cấu hình
trước.


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 khơng 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 mạng vô tuyến khả tri

Mạng vô tuyến khả tri (CRN) có thể hoạt động trong cả băng cấp phép và không được
cấp phép.
 Trên băng cấp phép
Mạng vô tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép 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.


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

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.


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 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 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.
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.
+ Vòng 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, cịn máy thu superheterodyne lại

sử dụng bộ lọc thơng dải.
+ Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC duy trì độ lợi hoặc mức cơng suất
đầu ra của bộ khuếch đại không đổi trên một dải rộng các mức công suất đầu vào.



5. Trình bày chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN.
Ta tóm tắt ba bước cơ bản trong chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích
phổ và quyết định phổ:
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.

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.


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 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. 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 thông minh. Các quyết định này bao gồm việc lựa
chọn và kết hợp các thông tin đã phát hiện được, để đạt được các thông 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.
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.


7. Trình bày các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri CR 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 mơi trường phổ. Đây là q 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 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 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).