1


2


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Chữ viết
tắt
ADC

Analog - Digital

Chuyển đổi tương tự - số

CDMA

Convertor
Code Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo mã

CR
FDMA

Access
Cogtive Radio
Frequency Division

Vô tuyến nhận thức
Đa truy cập phân chia theo tần

PU
QoS
RF
RX
SDR

Multiple Access
Primary User
Quality of Service
Radio Frequency
Receiver
Software Difined Radio

số
Người dùng chính
Chất lượng dịch vụ
Tần số vô tuyến
Máy thu
Vô tuyến định nghĩa bằng phần

SNR
SU
TDMA

Signal – to - Noise Ratio
Secondary User
Time Division Multiple

mềm

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Người dùng phụ
Đa truy cập phân chia theo thời

UWB

Access
Ultra Wideband

gian
Di động siêu băng rộng

Tên Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC
1.1. Lý do ra đời của vô tuyến nhận thức
Các mạng thông tin vô tuyến hiện tại đang ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại
để tối ưu chất lượng dịch vụ cũng như khai thác một cách hiệu quả băng tần được
cấp phép. Tuy nhiên, phổ tần của các mạng vô tuyến hiện nay vẫn chưa được khai
thác một cách triệt để, vẫn cịn những hố phổ. Ví dụ minh họa như hình dưới).

Hình1. 1 Minh họa hố phổ
Cơng nghệ vơ tuyến nhận thức được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả sử
dụng phổ tần, các người dùng phụ có khả năng sử dụng phổ chia sẻ mà không
gây nhiễu tới các người dùng chính được cấp phép. Vơ tuyến nhận thức cho phép

sử dụng những vùng phổ trống theo từng thời điểm, phổ này ám chỉ hố phổ hay
khoảng trắng (Hình 1.1). Nếu băng phổ này được người dùng chính (người
dùng cấp phép) sử dụng tiếp thì các người dùng vơ tuyến nhận thức phải chuyển
đến hố phổ khác hoặc nếu vẫn ở trong cùng một băng tần thì phải thay đổi mức
công suất phát hoặc sơ đồ điều chế để tránh gây nhiễu đến người dùng chính.
1.2. Khái niệm vơ tuyến nhận thức
Vô tuyến nhận thức không chỉ là một cơng nghệ mới, mà nó cịn là một sự
thay đổi mang tính cách mạng trong việc sử dụng phổ tần vơ tuyến. Vơ tuyến
nhận thức cho phép đầu cuối có thể cảm biến, hiểu biết và sử dụng một cách linh
hoạt phổ tần sẵn có tại một thời điểm nhất định.
Trong khảo sát về vô tuyến nhận thức, Simon Haykin đã khái quát về vô
tuyến nhận thức như sau:
4


“Cognitive radio is an intelligent wireless communication system that aware
of its surrounding enviroment and use the methodology of understanding by
building to learn from the environment and adapt its internal states to statistical
variations in the incoming radio frequence (RF) stimuli by making corresponding
changes in certain operating parameters (eg:transmit power, carrier frequency,
modulation strategy) in real time,with two
primary objectives in mind:
- Highly reliable communications whenever and wherever needed
- Efficient utilization of the radio spectrum ”
Tức là, “Vô tuyến nhận thức là một hệ thống truyền thơng vơ tuyến thơng
minh có khả năng nhận thức về mơi trường xung quanh từ đó tự huấn luyện để
thích nghi với sự thay đổi của mơi trường bằng cách thay đổi các tham số hoạt
động cụ thể (ví dụ cơng suất phát, tần số sóng mang, phương thức điều chế)
trong thời gian thực, với hai đặc tính chính:
o Truyền thơng độ tin cậy cao tại mọi thời điểm

o Sử dụng hiệu quả phổ tần số vô tuyến”
Vô tuyến nhận thức hiện nay nổi lên như một công nghệ đầy hứa hẹn để tối đa
hóa việc sử dụng băng thông vô tuyến đang ngày càng bị hạn chế trong khi số
lượng ngày càng tăng của dịch vụ và các ứng dụng trong các mạng vô tuyến. Một
mạng vô tuyến nhận thức (CR) thu - phát có khả năng thích ứng với mơi trường
hoạt động và các thơng số vơ tuyến có nhiệm vụ làm tối đa hóa việc sử dụng các
nguồn tài nguyên vô tuyến hạn chế trong khi cung cấp sự linh hoạt trong truy cập
vô tuyến.
Mục đích của mạng vơ tuyến nhận thức là sử dụng hiệu quả tài nguyên bao
gồm tần số, thời gian và công suất truyền tải. Hiệu quả trong việc sử dụng quang
phổ đang đóng một vai trị ngày càng quan trọng trong các hệ thống truyền thông
vô tuyến trong tương lai vì sẽ có nhiều người dùng với các dịch vụ cao. Cơng nghệ
vơ tuyến nhận thức có thể được sử dụng trong các hệ thống có mức ưu tiên thấp
hơn để cải thiện hiệu quả quang phổ bằng cách cảm nhận mơi trường phổ và sau đó
phát hiện các khoảng phổ còn trống để cấp phép sử dụng. Tần số khơng sử dụng có
thể được coi như một hố phổ tần số mà từ đó có thể được giao cho người sử dụng
phụ (SU). Sự liên kết trong việc sử dụng phổ vô tuyến là một trường hợp đặc biệt
của mạng vơ tuyến nhận thức. Ngồi ra, kỹ thuật Vơ tuyến nhận thức có thể được
sử dụng trong mạng lưới được cấp phép để nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần.
1.3. Chức năng
5


Vơ tuyến nhận thức có 4 chức năng chính:
Cảm biến phổ (Spectrum sensing): Phần chức năng này sẽ được trình bày rõ
hơn ở chương 2 của tài liệu này.
Quản lí phổ (Spectrum management): Sau khi cảm biến phổ và quyết định
được khoảng phổ nào trống, CR tiến hành việc quản lí để chọn ra khoảng phổ nào
là tối ưu, đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng trong mạng thơng tin như QoS
(Quality of service). Chức năng này có thể chia làm 2 bước: Phân tích phổ và quyết

định phổ.
Sử dụng phổ linh hoạt (Spectrum mobility): CR có thể linh hoạt thay đổi tần
số đang sử dụng để chuyển qua một tần số sẵn có khác mà có thể cải thiện được
chất lượng của mạng thông tin nhằm đạt được chất lượng tốt nhất có thể.
Chia sẻ phổ (Spectrum Sharing): Trong một mạng thơng tin khơng chỉ có 1
mà rất nhiều CR cùng hoạt động. Do vậy cần phải có chức năng chia sẻ phổ giữa
các CR để có thể cùng sử dụng dải băng tần một cách công bằng, hợp lí tránh đụng
độ nhau.

Hình1. 2: Sử dụng phổ linh hoạt
1.4. Đặc điểm của mạng vô tuyến nhận thức
Dựa vào một số phân tích ở trên ta nhận thấy mạng Vơ tuyến nhận thức có
các đặc điểm cơ bản như sau:
Khả năng nhận thức: Khả năng nhận thức là khả năng mà công nghệ vô
tuyến nắm bắt hoặc cảm biến được 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 cịn u cầu nhiều cơng nghệ phức tạp để nắm bắt sự biến đổi
của môi trường vô tuyến theo không gian và theo thời gian, nhằm tránh gây
nhiễu ảnh hưởng tới những người dùng chính. Thơng qua khả năng này, các phần
phổ không sử dụng tại một thời điểm hoặc vị trí nhất định có thể được xác định.
6


Từ đó, nó có thể lựa chọn được phổ tốt nhất với các thông số hoạt động phù
hợp nhất để sử dụng.
Tính tự cấu hình: Tính tự cấu hình cho phép mạng vơ tuyến có khả năng
lập trình tự động theo sự thay đổi của môi trường vô tuyến. Đặc biệt, Vơ tuyến
nhận thức có thể được lập trình để truyền và nhận thông tin trên các tần số khác
nhau và để sử dụng các công nghệ truy cập truyền dẫn khác nhau được phần cứng
hỗ trợ. Một số thông số tự cấu hình cần chú ý là: Tần số hoạt động, điều chế, công

suất phát, công nghệ truyền.
Mục tiêu cơ bản của vô tuyến nhận thức là tận dụng được phổ tần có sẵn tốt
nhất thơng qua khả nhận thức và tính tự cấu hình. Vì hầu hết phổ tần đã được cấp
phép, nên thách thức quan trọng nhất là sử dụng chia sẻ phổ tần được cấp phép
mà khơng gây nhiễu tới q trình truyền dẫn của những người dùng chính được
cấp phép khác.
1.5. Mơ hình hệ thống của mạng vơ tuyến nhận thức
 Cấu trúc vật lí của mạng Vô tuyến nhận thức
Kiến trúc tổng quan của bộ thu phát vô tuyến nhận thức được chỉ ra trên Hình
1.3. Thành phần chính của bộ thu phát vơ tuyến nhận thức là đầu cuối 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 khuếch đại, trộn và 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 vơ tuyến nhận thức về bản chất cũng tương tự như bộ thu phát đang
tồn tại. Tuy nhiên, điểm mới ở vô tuyến nhận thức nằm ở đầu cuối RF. Vì vậy, ta
sẽ tập trung vào đầu cuối RF của Vô tuyến nhận thức.
Điểm mới của bộ thu phát vô tuyến nhận thức là khả năng cảm nhận băng
rộng của đầu cuối RF. Chức năng này liên quan tới các công nghệ phần cứng RF
như anten băng rộng, khuếch đại cơng suất, và bộ lọc thích ứng. Phần cứng RF
cho vơ tuyến nhận thức có khả năng điều chỉnh tới bất kì phần nào của dải phổ tần
rộng lớn. Cảm nhận phổ cũng cho phép việc đo lường trong thời gian thực các
thông tin phổ từ môi trường vô tuyến.

7


(b)
Hình 1. 3: Kiến trúc vật lí của vơ tuyến nhận thức
(a) Bộ thu phát của vô tuyến nhận thức;

(b) Mơ hình đầu cuối RF/tương tự băng rộng.
Nói chung, mơ hình đầu cuối băng rộng cho vơ tuyến nhận thức có thể miêu
tả như trên Hình 1.3 (b).
Đầu cuối RF của Vô tuyến nhận thức bao gồm các thành phần sau:
* Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng tần mong muốn bằng cách lọc
thơng dải tín hiệu RF nhận được.
* Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA): Khuếch đại tín hiệu mong muốn trong
khi đồng thời giảm thiểu các thành phần tạp âm.
* Bộ trộn: Tại bộ trộn, tín hiệu nhận được 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 tạo ra 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 rằng tín hiệu được khóa ở một tần
8


số nhất định và có thể được sử dụng để tạo ra các tần số chính xác.
* Bộ lọc lựa chọn kênh: Bộ lọc lựa chọn kênh được sử dụng 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.
* Điều khiển độ lợi tự động (AGC): AGC duy trì độ lợi hoặc mức cơng
suất đầu ra của bộ khuếch đại không đổi qua một dải rộng các mức tín hiệu đầu
vào.
Trong kiến trúc này, tín hiệu băng rộng được nhận thơng qua đầu cuối RF,
được lấy mẫu bởi bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) tốc độ cao, và việc đo đạc
được thực hiện để phát hiện ra tín hiệu của người dùng chính. Tuy nhiên, ở đây
còn tồn tại nhiều hạn chế trong việc phát triển đầu cuối của Vô tuyến nhận thức.
Anten RF băng rộng nhận các tín hiệu từ các máy phát khác nhau hoạt động

tại các mức công suất, các băng thơng và các vị trí khác nhau. Kết quả là, đầu
cuối RF phải có khả năng phát hiện tín hiệu yếu trong một dải tần số động lớn.
Tuy nhiên, khả năng này địi hỏi phải có bộ chuyển đổi ADC tốc độ vài GHz với
độ phân giải cao, mà điều này thì rất khó thực hiện.
Trước khi thực hiện chuyển đổi, bộ chuyển đổi ADC tốc độ vài GHz cần
phải giảm bớt dải động của tín hiệu. Điều này có thể đạt được bằng cách lọc các
tín hiệu mạnh. Vì các tín hiệu mạnh có thể nằm ở bất cứ đâu trong dải phổ rộng
lớn, nên cần phải có các bộ lọc. Một cách khác nữa là sử dụng nhiều anten sao
cho việc lọc tín hiệu được thực hiện trong miền không gian hơn là trong miền tần
số. Nhiều anten có thể nhận tín hiệu một cách chọn lọc bằng cách sử dụng các
cơng nghệ điều khiển búp sóng.
Thách thức chủ yếu trong kiến trúc vật lí của Vơ tuyến nhận thức là phát hiện
chính xác các tín hiệu yếu của những người dùng chính qua một dải phổ tần rộng.
Do vậy, việc thực hiện đầu cuối RF băng rộng và bộ chuyển đổi ADC là vấn đề
hàng đầu trong các mạng vơ tuyến nhận thức.
 Mơ hình nút trong mạng vơ tuyến nhận thức
Trong mơ hình hệ thống Vơ tuyến nhận thức người dùng chính khơng cần
quan tâm về các thiết bị mạng, và không cần phải sửa đổi hệ thống mạng hiện có,
đây được cho là một điều kiện tiên quyết cơ bản một hệ thống vô tuyến nhận thức.
Điều quan trọng là những người dùng chính kế thừa các thiết bị của mạng sẵn có
vẫn có thể hoạt động theo cách thông thường ngay cả khi áp dụng cho hệ thống
mạng vô tuyến nhận thức. Một giải pháp để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn ở
9


khoảng cách ngắn là UWB nhưng quyền hạn truyền tải địi hỏi phải cao hơn và
UWB trải tín hiệu trên một dải tần số rộng. Vì vậy, trong hệ thống vô tuyến nhận
thức những người dùng phụ sẽ tạm dừng hoạt động khi một người dùng chính
truyền dữ liệu vì vậy công nghệ UWB (siêu băng rộng) không được sử dụng trong
mạng Vô tuyến nhận thức .

Các nghiên cứu về mơ hình hệ thống của vơ tuyến nhận thức được trình bày
trong hình 1.4. Mơ hình hệ thống Vơ tuyến nhận thức bao gồm người sử dụng
chính, người sử dụng phụ và trạm trung gian được chọn là nút đóng vai trị phối
hợp phổ trong mạng. Các kích thước của hệ thống, những thơng số và vị trí của
người sử dụng là chỉ minh họa. Khi mạng lưới bắt đầu hoạt động, tín hiệu đầu tiên
được vào nút và nó vẫn tiếp tục hoạt động cho đến khi mạng ngắt kết nối. Một ví
dụ cho các hệ thống vơ tuyến nhận thức được giới thiệu trong hình 1.5, nơi vị trí
của người dùng chính và người dùng phụ được chọn ngẫu nhiên trong khu vực
phân phối sử dụng mạng thống nhất. Màu xám trong hình mơ tả các khu vực nơi
SU và PU có sự ảnh hưởng lẫn nhau. Đây cũng là khu vực mà nó có thể cho SU
phát hiện sự hiện diện của PU thông qua cảm biến .

Hình1. 4: Mơ hình nút trong mạng vơ tuyến nhận thức

10


Hình 1. 5: Minh họa sự ảnh hưởng của phạm vi truyền dẫn của người dùng
chính và người dùng phụ
Sơ đồ khối các nút trong trong mơ hình hệ thống Vơ tuyến nhận thức được
trình bày trong hình 1.6. Nhiệm vụ của nút trong vô tuyến nhận thức là gồm cảm
biến phổ ở người nhận để xác định các lỗ hổng phổ, sau đó truyền tải thơng tin cảm
biến thơng qua các liên kết thông tin phản hồi và điều khiển kênh, điều khiển tần
số, công suất ở máy phát dựa trên thông tin phản hồi từ người nhận và có sự kiểm
sốt thơng tin từ các nút.

Hình 1. 6: Sơ đồ khối của nút trong vô tuyến nhận thức
Các nút hoạt động bằng cách gửi một tín hiệu đến một kênh điều khiển chung
để thông báo cho các nút khác có khả năng tham gia mạng. Vai trị của nút khác
với điểm truy cập thơng thường bởi vì nó có khả năng nhận thức được thơng tin

hiện tại và truyền thông tin liên lạc giữa các nút là giống như việc thu nhận thông
tin liên lạc trong mạng ngan hàng (P2P). Các thông tin phổ cảm biến tại vị trí của
các nút sẽ được gửi tới một kênh điều khiển chung, kết hợp trong nút và sau đó
phát sóng đến thiết bị đầu cuối CR trong mạng. Về bản chất, giao tiếp giữa hai
thiết bị đầu cuối CR có thể được chia thành các bước sau:
Cảm biến phổ tại mỗi nút và truyền tải các thông tin cảm biến đến kênh điều
khiển chung.
Kết hợp các thông tin cảm biến trong các nút và truyền các thông tin kết hợp
này tới tất cả các thiết bị đầu cuối trong CR và cho phép các nút sẵn sàng để giao
tiếp.
11


Bắt đầu từ việc truyền tải giữa hai thiết bị đầu cuối, ví dụ như chuỗi huấn
luyện đầu tiên và sau đó ước lượng kênh ở chế độ theo dõi và truyền dữ liệu thực
tế .
Cảm biến phổ định kỳ được thực hiện trong khoảng thời gian  t giây; nếu
quá trình truyền dữ liệu bị gián đoạn trong quá trình cảm biến thì trở lại điểm 1.
 Mơ hình tổng thể của mạng Vô tuyến nhận thức
Mạng vô tuyến hiện nay đang tồn tại sử dụng hỗn hợp nhiều chuẩn phổ và
công nghệ truyền thông khác nhau. Hơn nữa, có một số phần phổ vơ tuyến đã được
cấp phép cho các mục đích khác nhau nhưng vân cịn một số băng tần vẫn chưa
được cấp phép.
-

Hình 1. 7: Mơ hình kiến trúc mạng vơ tuyến nhận thức
Các thành phần kiến trúc của mạng vơ tuyến nhận thức, như hình 1.7, có thể
phân thành hai nhóm là mạng chính và mạng phụ. Các thành phần cơ bản của hai
nhóm mạng này được xác định như sau:
* Mạng chính: Mạng chính có quyền truy nhập tới một vài băng phổ nhất

định, chẳng hạn như mạng TV quảng bá, hay mạng tổ ong nói chung. Các
thành phần của mạng chính bao gồm:
12


Người dùng chính: Người dùng chính (hay người dùng được cấp phép) có
giấy phép để hoạt động trong một băng phổ nhất định. Truy nhập này chỉ được
giám sát bởi trạm gốc chính và khơng bị ảnh hưởng bởi những hoạt động của
bất kì người dùng khơng được cấp phép khác. Để cùng tồn tại với các trạm gốc Vô
tuyến nhận thức và người dùng Vô tuyến nhận thức, những người dùng chính
này khơng cần bất cứ sự điều chỉnh hoặc chức năng cộng thêm nào.
Trạm gốc chính: Trạm gốc chính (hay trạm gốc được cấp phép) là thành
phần cơ sở hạ tầng mạng được cố định, có giấy phép phổ, như BTS trong mạng
tổ ong. Về nguyên tắc, trạm gốc chính khơng có khả năng chia sẻ phổ với những
người dùng Vô tuyến nhận thức. Tuy nhiên, trạm gốc chính này có thể u cầu để
có được khả năng này.
* Mạng phụ: Mạng phụ (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 đư
Người dùng phụ: Người dùng khơng được cấp phép, khơng có giấy phép sử
dụng phổ. Do đó, cần có các chức năng cộng thêm để chia sẻ băng phổ cấp phép.
Trạm gôc phụ: Trạm gốc phụ (hay trạm gốc xG, trạm gốc không cấp phép,
trạm gốc thứ cấp) là thành phần cơ sở hạ tầng cố định. Trạm gốc phụ cung cấp
kết nối đơn chặng tới những người dùng p h ụ mà không cần giấy phép truy
nhập phổ. Thông qua kết nối này, người dùng p h ụ có thể truy nhập đến các
mạng khác
Bộ phân chia phổ: Bộ phân chia phổ (hay server lập lịch) là một bộ phận
mạng trung tâm đóng vai trị trong việc chia sẻ các tài nguyên phổ tần giữa các
ngư ờ i dùng phụ . Bộ phân chia phổ có thể kết nối với từng mạng và có thể
phục vụ với tư cách là bộ phận quản lí thơng tin phổ, nhằm cho phép các mạng phụ

cùng tồn tại.
Mạng Vô tuyến nhận thức bao gồm nhiều loại mạng khác nhau: mạng
chính, mạng phụ dựa trên cơ sở hạ tầng, và mạng ad hoc. Mạng Vô tuyến nhận
thức hoạt động dưới môi trường phổ hỗn hợp, bao gồm cả các băng cấp phép và
khơng cấp phép. Do đó, trong mạng Vơ tuyến nhận thức, có ba loại truy nhập
khác nhau, đó là:
Truy cập mạng chính: Người dùng chính truy nhập trên băng tần được cấp
phép.
Truy cập mạng phụ (xG network access): Người dùng phụ có thể truy nhập
tới chính trạm gốc của mạng chính ở cả băng cấp phép và khơng cấp phép.
-

13


Truy cập mạng vô tuyến nhận thức ad hoc (xG ad hoc access): Người dùng
Vơ tuyến nhận thức có thể truyền thông tin với những người dùng Vô tuyến nhận
thức khác thông qua kết nối ad hoc ở cả băng cấp phép và không cấp phép.
 Hoạt động của mạng vô tuyến nhận thức
Trong mạng vô tuyến nhận thức mạng phụ có thể hoạt động trong cả băng
cấp phép và khơng cấp phép. Do đó, các chức năng u cầu cho mạng phụ khác
nhau tùy theo phổ đó là cấp phép hay không.
 Trên băng tần được cấp phép
Như đã chỉ ra trên Hình 1.1, ta thấy có những hố phổ không sử dụng trong
băng phổ được cấp phép. Do đó, sử dụng mạng phụ để khai thác và sử dụng các
hố phổ này thông qua các công nghệ thông minh. Kiến trúc này được miêu tả
trong Hình 1.4 trong đó các mạng phụ cùng tồn tại với các mạng chính tại cùng
một vị trí và trên cùng một băng phổ.

Hình 1. 8: Mạng Vơ tuyến nhận thức hoạt động trên băng tần cấp phép

Có nhiều thách thức khác nhau để các mạng phụ hoạt động trên băng cấp
phép song song với sự tồn tại của những người dùng chính. Mặc dù, mục đích
chính của mạng vơ tuyến nhận thức là xác định phổ tần có sẵn tốt nhất, nhưng các
chức năng của Vô tuyến nhận thức trong băng t ầ n cấp phép lại bao gồm phát
hiện sự có mặt của các người dùng chính. Dung lượng kênh của các hố phổ phụ
thuộc vào nhiễu xung quanh những người dùng chính. Do đó, việc tránh nhiễu
cho những người dùng chính là vấn đề quan trọng nhất trong kiến trúc này. Hơn
nữa, nếu người dùng chính xuất hiện trong băng phổ bị những người dùng phụ
chiếm, thì người dùng phụ ngay lập tức phải bỏ lại phổ hiện thời và chuyển tới
phổ mới sẵn có khác, gọi là chuyển giao phổ.
 Trên băng tần không được cấp phép
Các mạng phụ có thể được thiết kế để hoạt động trên các băng không cấp
14


phép để cải thiện hiệu quả sử dụng phổ trong phần phổ này. Mạng phụ hoạt
động trên băng không cấp phép được minh họa trên Hình 1.5. Tất cả các người
dùng phụ trong mạng có quyền như nhau khi truy nhập tới các băng phổ. Nhiều
mạng phụ 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 thơng minh có thể cải thiện
hiệu quả sử dụng phổ và hỗ trợ QoS cao.

Hình 1. 9: Mạng vơ tuyến nhận thức hoạt động trên băng không cấp phép
Trong kiến trúc này, những người dùng phụ tập trung vào phát hiện việc
truyền của những người dùng phụ khác. Khác với hoạt động trên băng cấp phép,
việc chuyển giao phổ khơng bị kích thích bởi sự có mặt của những người dùng
chính khác. Tuy nhiên, vì tất cả những người dùng phụ có quyền truy nhập phổ
như nhau, nên họ phải cạnh tranh với nhau trong cùng băng không cấp phép.
Do đó, kiến trúc này địi hỏi các phương pháp chia sẻ phổ phức tạp giữa những
người dùng trong mạng phụ. Nếu nhiều mạng phụ nằm trong cùng một băng

không cấp phép thì phải có phương pháp chia sẻ phổ phù hợp giữa các mạng
này

15


CHƯƠNG 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN
THỨC
2.1. Cảm biến phổ
Một trong những yêu cầu chính của mạng Vô tuyến nhận thức là khả năng quét
các dải quang phổ và xác định các kênh truyền còn trống có sẵn để sử dụng. Vơ tuyến
nhận thức giám sát các băng phổ sẵn có, nắm bắt các thơng tin của chúng và sau
đó phát hiện ra các hố phổ.
Như đã được đề cập, vô tuyến nhận thức được thiết kế để có thể hiểu biết và
nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường xung quanh. Chức năng cảm biến phổ
cho phép vơ tuyến nhận thức thích ứng với môi trường xung quanh bởi việc phát
hiện các hố phổ.
Cách hiệu quả nhất để phát hiện các hố phổ là phát hiện các người dùng
chính đang truyền nhận dữ liệu trong vùng hoạt động của nó. Tuy nhiên, trên thực
tế rất khó cho một mạng vơ tuyến nhận thức để có thể đo trực tiếp các thơng số
kênh đang sử dụng giữa máy phát và máy thu của người dùng chính. Do vậy,
phương pháp khả thi đầu tiên là tập trung vào việc phát hiện máy phát chính dựa
trên các quan sát cục bộ của các người dùng vô tuyến nhận thức.
Nói chung, các kỹ thuật cảm biến phổ có thể được phân loại thành: cảm
biến phát hiện máy phát, cảm biến theo cơ chế hớp tác và cảm biến phát hiện dựa
trên nhiễu đã được chỉ ra trên hình

Hình 2. 1: Phân loại các kỹ thuật cảm biến phổ
2.1.1 Cảm biến phát hiện máy phát (phát hiện không hợp tác)
Vô tuyến nhận thức phải phân biệt giữa các băng tần chưa sử dụng và các

băng tần đã được sử dụng. Bởi vậy, vơ tuyến nhận thức cần có khả năng xác định
xem tín hiệu từ máy phát người dùng chính có đang tồn tại trong một băng tần cụ
16


thể hay không. Phương pháp phát hiện máy phát là dựa trên việc phát hiện tín hiệu
từ một máy phát chính thơng qua các quan sát cục bộ của các người dùng vô tuyến
thông minh.
2.1.2 Cảm biến dựa trên bộ lọc kết hợp
Khi đã biết được thơng tin tín hiệu người dùng chính, thì phương pháp phát
hiện tốt nhất trong môi trường nhiễu Gauss không đổi là bộ lọc kết hợp vì nó cho
tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) tối đa. Trong khi ưu điểm chính của bộ lọc kết hợp
là yêu cầu ít thời gian để đạt được độ lợi xử lý cao, thì nó địi hỏi phải biết trước
thơng tin về tín hiệu người dùng chính chẳng hạn như phương thức điều chế,
dạng xung, và khuôn dạng gói. Bởi vậy, nếu các thơng tin này khơng chính xác
thì bộ lọc kết hợp tỏ ra khơng hiệu quả.
2.1.3 Cảm biến dựa mức năng lượng của tín hiệu thu
Nếu máy thu khơng thể có được đủ thơng tin hữu ích về tín hiệu người
dùng chính, chẳng hạn nếu máy thu chỉ biết được công suất của nhiễu Gauss ngẫu
nhiên, thì cách phát hiện tốt nhất trong trường hợp này là phát hiện dựa trên
mức năng lượng. Để đo năng lượng của tín hiệu đã nhận được, tín hiệu đầu ra
của bộ lọc thông dải với băng thông W được bình phương và tích phân qua
khoảng thời gian quan sát T. Cuối cùng, đầu ra của bộ kết hợp được so sánh với
một ngưỡng để quyết định xem có người dùng chính hay khơng.
Hiệu quả của việc phát hiện mức năng lượng dễ bị ảnh hưởng bởi sự thay
đổi của công suất nhiễu. Để giải quyết vấn đề này, một kênh hoa tiêu từ máy
phát chính được sử dụng để cải thiện độ chính xác của bộ phát hiện dựa trên
năng lượng. Một thiếu sót nữa là bộ cảm biến chỉ dựa trên mức năng lượng thì
khơng thể phân biệt các loại tín hiệu mà chỉ có thể xác định sự có mặt của chúng.
Cảm biến dựa trên đặc tính dừng

Một phương pháp phát hiện khác là phát hiện dựa trên đặc tính dừng. Các
tín hiệu đã điều chế thơng thường được kết hợp với các sóng mang hình sin, các
chuỗi xung, trải phổ lặp, nhảy tần, hoặc các tiền tố vịng. Những tín hiệu đã
điều chế này được mơ tả như có tính dừng vì trung bình và tự tương quan của
chúng tuần hoàn theo chu kỳ. Những đặc tính này được phát hiện nhờ phân tích
hàm tương quan phổ. Ưu điểm chính của hàm tương quan phổ là nó phân biệt
năng lượng nhiễu với năng lượng tín hiệu đã điều chế. Bởi vậy bộ phát hiện đặc
tính vịng tĩnh có thể hoạt động tốt hơn bộ phát hiện năng lượng vì nó có thể tách
được nhiễu ra tốt hơn bộ phát hiện dựa trên năng lượng. Tuy nhiên, nó u cầu
tính tốn phức tạp và thời gian quan sát sẽ dài hơn đáng kể.
17


2.1.4 Cảm biến theo cơ chế hợp tác
Phát hiện theo cơ chế hợp tác là phương pháp cảm nhận phổ tần mà thông tin
từ nhiều người dùng vô tuyến nhận thức được liên kết lại để phát hiện người
dùng chính. Phát hiện hợp tác có thể được thực hiện theo cả phương án tập trung
hay phân tán. Trong phương án tập trung, trạm gốc đóng vai trị để thu thập tồn
bộ thơng tin từ các người dùng vơ tuyến thơng minh và phát hiện các hố phổ.
Còn theo phương án phân tán, nó u cầu trao đổi các thơng tin quan sát giữa
các người dùng trong mạng với nhau.
Phương pháp này cung cấp hiệu năng cảm biến chính xác hơn, tuy nhiên nó
tạo ra các ảnh hưởng bất lợi trong các mạng hạn chế tài nguyên do các hoạt động
bổ xung và các lưu lượng đầu.
2.1.5 Cảm biến dựa trên nhiễu
Gần đây một mơ hình đo nhiễu mới đã được FCC giới thiệu, gọi là
phương pháp nhiễu nhiệt được chỉ ra trên hình 1.4.

Hình 2. 2: Mơ hình nhiễu nhiệt
Mơ hình này chỉ ra tín hiệu của một trạm vơ tuyến được thiết kế để hoạt

động trong một dải mà tại đó cơng suất thu gần với mức nhiễu nền. Khi xuất hiện
tín hiệu gồm cả nhiễu thì nhiễu nền tăng lên tại các điểm khác nhau trong vùng
dịch vụ, như chỉ ra bởi các đỉnh phía trên của nhiễu nền ban đầu. Trong mơ hình
nhiễu nhiệt các th bao vô tuyến nhận thức được coi là các thuê bao có quyền ưu
tiên hơn, các thuê bao khác và can nhiễu chỉ như là một nguồn nhiễu. Nguồn nhiễu
đó sẽ giới hạn dung lượng của hệ thống trên từng băng tần cụ thể từ đó hệ thống
vơ tuyến nhận thức sẽ quyết định truyền hay không.
18


Tuy nhiên vẫn có một số giới hạn trong việc đo đạc nhiễu. Phương pháp này
xem xét các nhân tố như phương pháp điều chế tín hiệu khơng cấp phép, các
anten, khả năng phát hiện các kênh cấp phép tích cực, điều khiển công suất và mức
độ hoạt động của các người dùng chính và người dùng vơ tuyến nhận thức. Tuy
nhiên mơ hình này khơng xem xét ảnh hưởng của nhiều người dùng. Hơn nữa,
nếu người dùng khơng có thơng tin về vị trí người dùng chính thì nhiễu không
thể đo đạc được bằng phương pháp này.
2.2. Chia sẻ phổ
Trong mạng vô tuyến nhận thức, một trong những thách thức chính khi sử
dụng phổ tần mở là việc chia sẻ phổ tần. Không giống như cảm biến phổ liên
quan chính tới lớp vật lý, hay quản lý phổ liên quan tới các dịch vụ lớp cao hơn,
các chức năng chia sẻ phổ tương tự với các công nghệ phân bổ tài nguyên và đa
truy nhập đa người dùng trong lớp MAC của các hệ thống truyền thông đang tồn
tại. Vấn đề chính trong việc chia sẻ phổ là sự cùng tồn tại của các người dùng vô
tuyến nhận thức và các người dùng chính và quản lý các băng thơng khơng liên tục
có sẵn.
Dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau, các kỹ thuật chia sẻ phổ có thể được
phân loại theo nhiều cách khác nhau.
2.2.1. Theo cấu trúc mạng:
Có thể phân thành chia sẻ phổ tập trung và không tập trung (phân tán), chia

sẻ phổ tập trung nghĩa là tồn bộ các nút trong mạng gửi thơng tin cảm biến phổ
của chúng tới đơn vị điều khiển trung tâm, sau đó đơn vị điều khiển trung tâm
sẽ thiết lập lược đồ phân bổ phổ, trong khi đó chia sẻ phổ phân tán nghĩa là toàn
bộ các nút tự quyết định truy nhập phổ theo cách riêng.
2.2.2. Theo cách thức cấp phát phổ tần:
Có thể phân loại thành chia sẻ phổ hợp tác và không hợp tác. Trong chia sẻ
phổ hợp tác tại mỗi nút chia sẻ kết quả cảm biến phổ của nó với các nút khác, sau
đó thuật toán phân bố phổ sẽ quyết định dựa trên các thông tin này, ngược lại chia
sẻ phổ không hợp tác có nghĩa là các nút tự nó quyết định chia sẻ phổ mà không
cần các thông tin về cảm biến phổ.
2.2.3. Theo cơng nghệ truy cập:
Có thể phân thành chia sẻ phổ Overlay và chia sẻ phổ Underlay:

19


Hình 2. 3: Chia sẻ phổ tần dựa trên các cơng nghệ truy nhập
 Mơ hình chia sẻ phổ Overlay (chia sẻ phổ chồng lấn):
Trong phương pháp chia sẻ phổ tần chồng lấn, máy thu phát Vô tuyến thông
minh sẽ chỉ có thể truy cập vào phần phổ tần được cấp phép khi người sử dụng
được cấp phép không sử dụng phần phổ tần đó. Có nghĩa là người dùng vô tuyến
nhận thức truy nhập mạng thông qua hố phổ khơng được sử dụng, thực tế thì là
ghép kênh phân chia theo thời gian giữa các người dùng vô tuyến nhận thức và
người dùng chính. Do đó nhiễu tới người dùng chính là nhỏ nhất.
Phương pháp chia sẻ chồng lấn được thể hiện như Hình 2.3

Hình 2. 4: Chia sẻ phổ tầnchồng lấn
 Mơ hình chia sẻ phổ Uderlay (chia sẻ phổ chìm xuống):

20