Cognitive radio
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC................................5
1.1.Lý do ra đời của vô tuyến nhận thức..............................................................5
1.2. Khái niệm vô tuyến nhận thức.......................................................................5
1.3. Chức năng........................................................................................................6
1.4.Đặc điểm của mạng vô tuyến nhận thức.........................................................7
1.5.Mô hình hệ thống của mạng vô tuyến nhận thức...........................................8
CHƯƠNG 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN
THỨC.......................................................................................................................16
2.1.Cảm biến phổ..................................................................................................16
2.2.Chia sẻ phổ.......................................................................................................18
2.3. Quản lý phổ.....................................................................................................21
2.4.Linh động phổ..................................................................................................23
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG CỦA VÔ TUYẾN NHẬN THỨC...........................26
3.1.Ứng dụng thông tin không dây nhận thức.......................................................26
3.2.Thách thức của vô tuyến nhận thức................................................................38


Cognitive radio
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình1. 1 Minh họa hố phổ........................................................................................5
Hình1. 2: Sử dụng phổ linh hoạt..............................................................................7
Hình 1. 3: Kiến trúc vật lí của vô tuyến nhận thức.................................................9
Hình1. 4: Mô hình nút trong mạng vô tuyến nhận thức.......................................11
Hình 1. 5: Minh họa sự ảnh hưởng của phạm vi truyền dẫn của người dùng
chính và người dùng phụ........................................................................................11
Hình 1. 6: Sơ đồ khối của nút trong vô tuyến nhận thức......................................11
Hình 1. 7: Mô hình kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức......................................12
Hình 1. 8: Mạng Vô tuyến nhận thức hoạt động trên băng tần cấp phép..........14
Hình 1. 9: Mạng vô tuyến nhận thức hoạt động trên băng không cấp phép.......15

Cognitive radio
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


Cognitive radio
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin của con
người ngày càng tăng nhanh. Trong đó, thông tin di động đang đóng một vai trò
rất lớn do tính mềm dẻo và linh hoạt của nó. Vì vậy, nhu cầu sử dụng hệ thống
thông tin di động cũng như chiếm dụng tài nguyên vô tuyến ngày càng cao .
Nhưng do đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn chế, chất lượng
phụ thuộc nhiều vào môi trường: địa hình, thời tiết... dẫn đến làm hạn chế triển
khai đáp ứng nhu cầu của xã hội, của các nhà công nghiệp và dịch vụ viễn
thông. Đây chính là những thách thức cho các nhà khoa học trong ngành. Chẳng
hạn khi nói đến vấn đề tài nguyên vô tuyến, chúng được giải quyết bằng các giải
pháp kỹ thuật, công nghệ như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, sự kết hợp giữa
chúng đã tìm mọi cách để khai thác triệt để tài nguyên ở dạng thời gian, tần số,
không gian, mã. Các công nghệ thích ứng, cấp phát tài nguyên động, cơ chế điều
khiển luồng, công nghệ IP, máy thu phát thông minh, ....là những minh họa điển

hình cho vấn đề này
Với công nghệ vô tuyến nhận thức, các thiết bị vô tuyến được sử dụng để
cảm ứng, nhận diện và sử dụng phổ tần vô tuyến hiệu quả hơn nữa theo thời
gian, không gian và tần số. Theo Ed Thomas: “Nếu xét toàn bộ giải tần 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 có đến 90% tài nguyên phổ
tần vô tuyến bị lãng phí. Công nghệ vô tuyến nhận thức được xem là giải pháp
cho vấn đề này.
Bài tiểu luận gồm ba phần chính:
Chương 1: Tổng quan về vô tuyến nhận thức.
Chương 2: Các chức năng của hệ thống vô tuyến nhận thức .
Chương 3: Ứng dụng của vô tuyến nhận thức.


Cognitive radio
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 còn những hố phổ. Ví dụ minh họa như
hình dưới).

Hình1. 1 Minh họa hố phổ
Công nghệ vô 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. Vô 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 vô 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 vô tuyến nhận thức
Vô tuyến nhận thức không chỉ là một công nghệ mới, mà nó còn là một
sự thay đổi mang tính cách mạng trong việc sử dụng phổ tần vô tuyến. Vô
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:
“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


Cognitive radio
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 thông vô tuyến
thông minh có khả năng nhận thức về môi trường xung quanh từ đó tự huấn
luyện để thích nghi với sự thay đổi của môi trường bằng cách thay đổi các
tham số hoạt động cụ thể (ví dụ công suất phát, tần số sóng mang, phương
thức điều chế) trong thời gian thực, với hai đặc tính chính:
o Truyền thông 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 môi
trường hoạt động và các thông số vô 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 vô 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 trò 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.
Công nghệ vô 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 môi
trường phổ và sau đó phát hiện các khoảng phổ còn trống để cấp phép sử dụng.
Tần số không 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 vô tuyến nhận thức. Ngoài ra, kỹ
thuật Vô 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
Vô 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 thông tin như
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

6



Cognitive radio
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 thông tin không 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 Vô 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 còn yêu cầu nhiều công 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. 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, 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 vô tuyến có khả
năng lập trình tự động theo sự thay đổi của môi trường vô tuyến. Đặc biệt, Vô
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 thông qua khả nhận thức và tính tự cấu hình. Vì hầu hết phổ tần đã
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

7


Cognitive radio
được cấp phép, nên thách thức quan trọng nhất là sử dụng chia sẻ phổ tần
được cấp phép mà không gây nhiễu tới quá trình truyền dẫn của những người
dùng chính được cấp phép khác.
1.5. Mô hình hệ thống của mạng vô 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 vô tuyến nhận thức là đầu cuối
RF (RF front-end) và khối xử lí băng gốc. Mỗi thành phần có thể tự cấu hình
thông 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 vô 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 công suất, và bộ lọc thích ứng.
Phần cứng RF cho vô 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.


Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

8


Cognitive radio
(b)
Hình 1. 3: Kiến trúc vật lí của vô tuyến nhận thức
(a) Bộ thu phát của vô tuyến nhận thức;
(b) Mô hình đầu cuối RF/tương tự băng rộng.
Nói chung, mô hình đầu cuối băng rộng cho vô 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
thông 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. Quá trình
này chuyển đổi tín hiệu tới thành tần số băng gốc hoặc tần số trung tần.
* Vòng khóa pha (PLL): PLL đảm bảo rằng tín hiệu được khóa ở một
tần 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 công
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 thông 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 thông 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 đòi 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
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

9


Cognitive radio
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 công nghệ điều khiển búp sóng.
Thách thức chủ yếu trong kiến trúc vật lí của Vô 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 vô tuyến nhận thức.
 Mô hình nút trong mạng vô tuyến nhận thức
Trong mô hình hệ thống Vô tuyến nhận thức người dùng chính không 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 khoảng cách ngắn là UWB nhưng quyền hạn truyền tải đòi 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 mô hình hệ thống của vô tuyến nhận thức được trình
bày trong hình 1.4. Mô hình hệ thống Vô tuyến nhận thức bao gồm người sử
dụng chính, người sử dụng phụ và trạm trung gian được chọn là nút đóng vai trò
phối hợp phổ trong mạng. Các kích thước của hệ thống, những thông 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 vô 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 mô 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 .

Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

10


Cognitive radio
Hình1. 4: Mô hình nút trong mạng vô tuyến nhận thức


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 mô hình hệ thống Vô 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 thông tin
cảm biến thông 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 soát thông 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 trò của
nút khác với điểm truy cập thông thường bởi vì nó có khả năng nhận thức được
thông 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:
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

11


Cognitive radio
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.
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.
 Mô 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 vô tuyến đã
được cấp phép cho các mục đích khác nhau nhưng vân còn một số băng tần vẫn
chưa được cấp phép.
-

Hình 1. 7: Mô hình kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức
Các thành phần kiến trúc của mạng vô 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:
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

12


Cognitive radio
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 không bị ảnh hưởng bởi những hoạt động của
bất kì người dùng không 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 không 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 không có khả năng chia sẻ phổ với
những người dùng Vô tuyến nhận thức. Tuy nhiên, trạm gốc chính này có thể
yêu cầu để có được khả năng này.
* Mạng phụ: Mạng phụ (mạng truy nhập phổ tần động, mạng thứ cấp,
mạng không được cấp phép) không có giấy phép để hoạt động trong một băng
mong muốn. Do đó, nó chỉ đư
Người dùng phụ: Người dùng không được cấp phép, không 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 trò trong việc chia sẻ các tài nguyên phổ tần
giữa các ngườ i dùn g 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 thông 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 không cấp phép. Do đó, trong mạng Vô 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 không cấp phép.

Truy cập mạng vô tuyến nhận thức ad hoc (xG ad hoc access): Người dùng
Vô 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.
-

Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

13


Cognitive radio
 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 không cấp phép. Do đó, các chức năng yêu 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 Vô 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 vô 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
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 thông minh có thể cải
thiện hiệu quả sử dụng phổ và hỗ trợ QoS cao.

Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

14


Cognitive radio

Hình 1. 9: Mạng vô 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 không 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 đòi 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


Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

15


Cognitive radio
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. Vô
tuyến nhận thức giám sát các băng phổ sẵn có, nắm bắt các thông 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 vô 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 vô tuyến nhận thức để có thể đo trực tiếp các
thông 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, vô 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 thể hay không. Phương pháp phát hiện máy phát là dựa trên việc
phát hiện tín hiệu từ một máy phát chính thông 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 thông tin tín hiệu người dùng chính, thì phương pháp phát


Cognitive radio
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 đòi hỏi phải
biết trước thông tin về tín hiệu người dùng chính chẳng hạn như phương thức
điều chế, dạng xung, và khuôn dạng gói. Bởi vậy, nếu các thông tin này
không chính xác thì bộ lọc kết hợp tỏ ra không hiệu quả.
2.1.3 Cảm biến dựa mức năng lượng của tín hiệu thu
Nếu máy thu không thể có được đủ thông 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 không.
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
không 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 thông thường được kết hợp với các sóng mang hình
sin, các chuỗi xung, trải phổ lặp, nhảy tần, hoặc các tiền tố vòng. Những tín
hiệu đã điều chế này được mô 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 vòng 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 yêu cầu tính toán phức tạp và thời gian quan sát sẽ dài hơn đáng kể.
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 trò để thu
thập toàn bộ thông tin từ các người dùng vô tuyến thông minh và phát hiện
các hố phổ. Còn theo phương án phân tán, nó yêu cầu trao đổi các thông 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
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

17


Cognitive radio
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 mô 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: Mô hình nhiễu nhiệt
Mô hình này chỉ ra tín hiệu của một trạm vô tuyến được thiết kế để hoạt
động trong một dải mà tại đó công 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
mô hình nhiễu nhiệt các thuê 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 vô tuyến nhận thức sẽ quyết định truyền hay không.
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 không 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 vô
tuyến nhận thức. Tuy nhiên mô hình này không xem xét ảnh hưởng của nhiều
người dùng. Hơn nữa, nếu người dùng không có thông 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
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

18


Cognitive radio

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 thông không 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 toàn bộ các nút trong mạng gửi thông 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 công nghệ truy cập:
Có thể phân thành chia sẻ phổ Overlay và chia sẻ phổ Underlay:

Hình 2. 3: Chia sẻ phổ tần dựa trên các công nghệ truy nhập
 Mô 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 không 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.
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2


19


Cognitive radio
Phương pháp chia sẻ chồng lấn được thể hiện như Hình 2.3

Hình 2. 4: Chia sẻ phổ tần chồng lấn
 Mô hình chia sẻ phổ Uderlay (chia sẻ phổ chìm xuống):

Người sử dụng mạng Vô tuyến nhận thức sẽ sử dụng các công nghệ trải phổ
như CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) hoặc UWB (siêu di động băng
rộng) để chia sẻ băng tần với người sử dụng được cấp phép. Việc sử dụng các
công nghệ trải phổ sẽ giúp cho người sử dụng Vô tuyến nhận thức có thể dùng
tràn lên băng tần của người sử dụng được cấp phép bất kể người sử dụng được
cấp phép có sử dụng phổ tần đó hay không. Trong trường hợp này thì người
dùng cấp phép sẽ coi các người dùng phụ như là nhiễu. Một vấn đề đặt ra trong
phương pháp này là người sử dụng Vô tuyến thông minh phải kiểm soát được
công suất phát của mình để tránh gây nhiễu lên người sử dụng được cấp phép.
Công nghệ chia sẻ phổ tần chìm thường được áp dụng đối với các mạng tổ ong
và được minh họa như Hình 3.3.

Hình 2. 5: Chia sẻ phổ tần chìm dưới
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

20


Cognitive radio
Hiển nhiên, khi người dùng vô tuyến nhận thức biết toàn bộ thông tin về
hệ thống cấp phép thì overlay thể hiện tốt hơn underlay, và ngược lại.

2.3. Quản lý phổ
Trong mạng Vô tuyến nhận thức, các băng tần phổ chưa sử dụng sẽ được
trải ra trên một vùng tần số rộng bao gồm cả băng tần cấp phép và không cấp
phép. Các băng tần phổ chưa sử dụng này được phát hiện thông qua cảm biến
phổ cho thấy các đặc điểm khác nhau không chỉ thay đổi theo thời gian mà còn
theo các thông tin băng tần phổ như tần số và băng thông hoạt động.
Vì mạng vô tuyến nhận thức phải quyết định được băng tần phổ tốt nhất
để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) trên toàn bộ các băng tần
có sẵn, nên các chức năng quản lý phổ mới được yêu cầu để xem xét các đặc
điểm phổ động.
Quản lý phổ bao gồm có hai nhiệm vụ chính:
2.3.1. Phân tích phổ
Trong mạng vô tuyến nhận thức các hố phổ có sẵn cho thấy các đặc tính
khác nhau của phổ biến đổi theo thời gian. Phân tích phổ cho phép phân loại
các băng tần phổ khác nhau, từ đó có thể lựa chọn được băng tần phù hợp với
yêu cầu của người dùng. Để thấy được chất lượng của các băng tần phổ cụ
thể cần phải phân tích các thông số như mức nhiễu, tỷ lệ lỗi kênh, suy hao
đường truyền, lỗi liên kết vô tuyến, trễ lớp liên kết, và thời gian nắm giữ.
Nhiễu: Các băng tần phổ khác nhau thường có các mức nhiễu khác nhau,
do đó cần xác định các đặc điểm nhiễu của kênh. Từ mức nhiễu tại máy thu
chính, ta sẽ suy ra công suất cho phép của người dùng từ đó sử dụng cho việc
ước tính dung lượng kênh.
Suy hao đường truyền: Khi tần số hoạt động tăng thì suy hao đường truyền
cũng tăng. Do đó, nếu công suất phát của người dùng giữ nguyên thì phạm vi
truyền dẫn sẽ giảm tại các tần số cao hơn. Nếu ta tăng công suất phát để bù
lại suy hao đường truyền thì sẽ tăng nhiễu đối với các người dùng khác.
Lỗi liên kết vô tuyến: Dựa vào sơ đồ điều chế và mức nhiễu của băng tần
phổ, tỷ lệ lỗi của kênh được thay đổi.
Trễ lớp liên kết: Để xác định suy hao đường truyền, lỗi liên kết vô
tuyến, và nhiễu thì yêu cầu các giao thức lớp liên kết dữ liệu là khác nhau tại

các băng tần khác nhau. Điều này dẫn tới trễ truyền dẫn gói lớp liên kết dữ liệu
khác nhau.
Thời gian chiếm giữ băng tần: Các hoạt động của người dùng chính có
thể ảnh hưởng tới chất lượng kênh trong các mạng vô tuyến nhận thức. Thời
gian nắm giữ là thời gian mà người dùng Vô tuyến nhận thức chiếm giữ một
băng tần được cấp phép trước khi bị ngắt. Hiển nhiên là thời gian nắm giữ càng
lâu thì chất lượng càng tốt. Có thể tăng thời gian nắm giữ bằng kỹ thuật chuyển
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

21


Cognitive radio
giao thống kê.
2.3.2. Quyết định phổ
Khi tất cả các băng tần phổ đã sẵn có, thì cần phải lựa chọn được băng tần
phù hợp nhất với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ ( QoS) và các đặc tính
của phổ. Do vậy, quản lý phổ cần phải biết được các yêu cầu về QoS của
người dùng. Dựa trên đó mà tốc độ dữ liệu, tỷ lệ lỗi chấp nhận được, mô hình
truyền dẫn và băng tần truyền sẽ được xác định. Sau đó dựa vào các quy tắc
quyết định mà sẽ chọn lựa các băng tần phù hợp. Các quy tắc chọn lựa được đề
xuất dựa trên tính công bằng và giá trị truyền thông.
 Những thử thách của việc quản lý phổ:
Có những tồn tại trong quá trình triển khai quá trình nghiên cứu mà ta cần
phải giải quyết để phát triển giải thuật quản lý phổ nói trên. Các thử thách cần
vượt qua:
Hình thức quyết định: Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR không đủ để đặc trưng
cho hệ thống mạng CR. Không chỉ có SNR mà còn có nhiều thông số đặc trưng
khác của phổ thì ảnh hưởng tới chất lượng của việc quản lý phổ đã được nêu ở
trên. Do đó, làm thế nào để kết hợp tất cả các thông số đặc trưng này của phổ để

quyết định kiểu phổ phù hợp thì vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu và thảo luận.
tuy nhiên, trong hệ thống OFDM mà dựa vào hệ thống CR, nhiều dải phổ có thể
được sử dụng đồng thời trong quá trình truyền dẫn. Từ những nguyên nhân đó
thì khung công việc cho các dải phổ trên thì được xây dựng.
Sự quyết định nhiều dải phổ: Trong hệ thống CR, nhiều dải phổ có thể
được sử dụng đồng thời trong quá trình truyền dẫn. Thêm nữa, hệ thống CR
không yêu cầu các dải phổ mà đã được chọn phải liên tiếp nhau. Người sử dụng
trong hệ thống CR có thể gửi các gói dữ liệu thông qua những dải phổ không
liên tiếp này. Truyền dẫn phổ đa kênh này chỉ ra sự hạn chế chất lượng trong
suốt quá trình chồng lấn phổ khi so sánh với sự truyền dẫn thông thường chỉ
dùng có một kênh. Ví dụ, nếu tín hiệu của PU xuất hiện ở một dải băng nào đó
thì hệ thống CR sẽ phải bỏ qua dải băng này và tìm những cơ hội ở những dải
băng khác, thế nhưng khi đó các dải băng này sẽ bảo trì, giữ gìn được kênh
truyền, làm chất lượng của kênh truyền được ổn định. Hơn nữa, truyền dẫn đa
kênh cho phép tín hiệu công suất thấp được sử dụng tại các dải băng. Vì vậy,vô
tình làm tăng thêm nhiễu cho tín hiệu PU. Từ những lý do trên, thì công việc của
hệ thống quản lý phổ phải hổ trợ cho khả năng quyết định hệ thống truyền dẫn
phổ đa kênh. Ví dụ như làm thế nào để xác định được số lượng các dải băng và
làm thế nào để chọn được dải băng nào phù hợp với hệ thống CR thì vẫn còn
đang nghiên cứu thực hiện.
Kết hợp để tái cấu hình: Kĩ thuật của hệ thống CR cho phép các thông số
của sóng thay đổi, tái cấu hình lại để hệ thống có thể hoạt động tối ưu trong
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

22


Cognitive radio
vùng trung tâm của dải phổ. Ví dụ như, khi mà tỉ số SNR đã được xác lập thì tốc
độ lỗi bit BER có thể được điều chỉnh để duy trì, bảo vệ dung lượng kênh truyền

bằng cách sử dụng lợi thế của khả năng thích nghi của công nghệ. Vì vậy, công
việc của sự kết hợp này là bao gồm cả việc quyết định phổ và tái cấu hình lại.
Quyết định phổ dựa trên các băng tần phổ phức tạp, hỗn tạp, không đồng
nhất: Rõ ràng, tại trung tâm dải phổ thì luôn được gán cho những mục đích khác
nhau, do đó, khoảng phổ được sử dụng bởi hệ thống CR thì gần như là sự kết
hợp giữa phổ được truy cập và phổ không được đăng kí. Trong trường hợp phổ
đã đăng kí thì người dùng trong hệ thống CR phải xét đến các hoạt động của
máy PU trong phân tích phổ và trong quyết định của mình để không ảnh hưởng
tới sự truyền dẫn của máy PU. Ngược lại, trong những dải băng chưa đăng kí,
bởi vì tất cả các máy trong hệ thống CR đều có quyền truy cập như nhau,chính
vì vậy mà ta cần phải trang bị một hệ thống kĩ thuật tối tân để chia phổ cho hợp
lý. Tuy nhiên, để quyết định khoảng phổ tốt nhất thì cần phải qua môi trường
phức tạp, do đó, hệ thống CR cần hổ trợ cho quyết định phổ trong cả dải băng
đăng kí và dải băng không đăng kí.
2.4. Linh động phổ
Mục đích của hệ thống CR là sử dụng phổ tần số theo cách thức động, có
nghĩa là hệ thống CR sẽ tìm kiếm và hoạt động tại băng tần số tốt nhất. Để tìm
được những khoảng phổ trống tốt nhất thì hệ thống CR phải thu thập các khoảng
phổ trống này. Vì thế, sự linh động phổ (spectrum mobility) được định nghĩa
như là 1 cách thức mà người dùng trong hệ thống CR có thể thay đổi tần số hoạt
động.

Thời gian
Hố phổ

Tần số
Phổ mà người dùng chính đang
sử dụng

Hình 2. 6: Quá trình linh động phổ

Trong mạng Vô tuyến nhận thức, linh động phổ xảy ra khi các điều kiện
kênh hiện thời có biểu hiện xấu đi hoặc có sự trở lại của người dùng chính. Các
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

23


Cognitive radio
giao thức đối với các tầng khác nhau của ngăn xếp mạng phải phù hợp với các
tham số kênh. Mục đích của việc linh động phổ trong Vô tuyến nhận thức là để
đảm bảo quá trình truyền dẫn xảy ra liên tục và chất lượng.
2.4.1. Chồng lấn phổ (spectrum handoff )
Trong hệ thống CR, sự linh động phổ được thực hiện khi mà các điều
kiện của kênh truyền trở nên xấu đi hay có sự xuất hiện của tín hiệu PU. Sự
linh động phổ sẽ tăng thêm các loại chồng phổ trong hệ thống CR và đó chính
là mục đích của sự chồng phổ. Các giao thức từ nhiều lớp khác nhau trong hệ
thống mạng cần phải được thích nghi với các hệ số kênh truyền của tần số
đang hoạt động. Hơn nữa, nó thì nên được xuyên suốt cả trong quá trình chồng
phổ và trong lúc chờ đợi để được ghép phổ.
Ngay tại thời điểm bắt đầu của quá trình này, hệ thống CR cần phải thích
nghi với tần số hoạt động, do đó,mỗi lần một máy trong CR mà thay đổi tần số
hoạt động của nó thì các giao thức mạng cũng phải thay đổi theo, chuyển sang
một chế độ hoạt động khác. Mục đích của sự quản lý linh động các phổ này
trong hệ thống CR là chắc chắn rằng sự chuyển đổi tần số được thực hiện một
cách suôn sẽ ngay khi có thể để cho các ứng dụng đang chạy trong một máy
CR có thể hoạt động với chất lượng tốt nhất có thể trong suốt quá trình chồng
phổ. Việc các giao thức của quá trình quản lý linh động biết trước các thông tin
trong suốt quá trình chồng phổ thì cần thiết. Các thông tin này thì được cung
cấp bởi giải thuật cảm biến.
Kết quả, sự quản lý linh động các giao thức đa tầng này được yêu cầu để

hoàn thiện giải thuật linh động phổ. Các giao thức này hổ trợ cho hệ thống
quản lý linh động sự thích nghi đối với các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, một
kết nối TCP có thể đặt một trạng thái đợi cho đến khi sự chồng phổ kết thúc.
Hơn nữa, bởi vì các thông số của TCP sẽ thay đổi sau khi sự chồng phổ kết
thúc nên thật cần thiết để học các thông số mới và đảm bảo rằng quá trình
chuyển đổi từ thông số cũ sang mới được thực hiện một cách nhanh chóng.
Còn đối với các dữ liệu thông tin, ví dụ như FTP, thì các giao thức quản lý linh
động nên cài đặt các thiết bị để lưu trữ lại các gói thông tin mà được truyền
dẫn trong suốt thời gian chồng phổ.
2.4.2. Các thử thách đặt ra cho hệ thống quản lý linh động phổ trong hệ
thống CR
Xét tại một khoảng thời gian đặc biệt nào đó, có nhiều khoảng phổ mà
có thể sử dụng được cho một người dùng trong hệ thống CR. Giải thuật được
yêu cầu để quyết định khoảng phổ nào là tốt nhất thì phải dựa trên các đặc
trưng kênh truyền của các khoảng phổ trống này và các đòi hỏi của các ứng
dụng mà đang được dùng trong máy của hệ thống CR.
Đôi khi, khi mà khoảng phổ trống tốt nhất đã được chọn, thì thách thức
Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

24


Cognitive radio
tiếp theo là làm thế nào để thiết kết một hệ thống quản lý linh động phổ mới để
giảm độ trễ và suy hao trong quá trình chồng phổ.
Khi mà tần số đang hoạt động bận khi mà quá trình truyền dẫn đang diễn
ra bởi một máy trong hệ thống CR, có thể do máy đã đăng kí sử dụng bắt đầu
dùng tần số này, khi đó, các ứng dụng đang chạy trên chạy trên tần số này phải
chuyển sang một tần số khác. Tuy nhiên, để chọn được một tần số khác để
chuyển thì cần thời gian. Vì vậy,cần có một giải thuật để đảm bảo rằng các ứng

dụng này không bị thiệt hại gì trong quá trình chuyển đổi.
Có nhiều sự chồng lấn phổ khác nhau cùng tồn tại trong hệ thống CR.
Nếu một máy trong hệ thống CR di chuyển từ nơi này đến nơi khác thì sự
chồng phổ có thể không xảy ra bởi vì những dải phổ trống đã thay đổi. Vì thế,
yêu cầu đối với đề án chồng phổ là nên tập hợp các cụm khu vực chồng phổ.
Theo đó, sự chồng phổ giữa các mạng khác nhau thì hướng theo sự chồng lấn
theo chiều dọc và nó thì giống như những gì mà hệ thống CR đang làm. Dưới
tác động của môi trường đa dạng, phức tạp, nó thì cần thiết để đề tài chồng lấn
phổ có thể có được tất cả các khả năng đã được đề cập.
Khả năng linh động phổ trong miền thời gian: Hệ thống CR thì thích
nghi phổ không dây dựa trên những dải băng trống của phổ. Bởi vì những kênh
trống này thay đổi quá giờ cho phép, sự cho phép của QoS trọng môi trường
thì đang là thách thức.
Khả năng linh động phổ trong không gian: Các dải băng trống thì cũng
thay đổi khi mà các máy di chuyển từ nơi này qua nơi khác. Do đó, việc phân
phối phổ tín hiệu thì tiếp tục là thách thức chính trong hệ thống CR.

Nhóm 5- Cao học KTVT2014 đợt 2

25