HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

NGUYỄN PHI TRUNG

TÓM TẮT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

NGUYỄN PHI TRUNG

CẢM NHẬN PHỔ TẦN ĐA BĂNG CHO VÔ TUYẾN
KHẢ TRI
CHUYÊN NGÀNH :

MÃ SỐ:

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ NHẬT THĂNG

HÀ NỘI - 2017

1

MỞ ĐẦU
Thông tin vô tuyến ngày càng phát triển mạnh mẽ, càng ngày càng có nhiều
ứng dụng, công nghệ mới ra đời nhằm phục vụ nhu cầu và cải thiện chất lượng cho
người sử dụng. Nhưng phổ tần số vô tuyến là hữu hạn, dẫn đến việc thiếu hụt tần số.
Do đó công nghệ Vô tuyến khả tri (Cognitive Radio ) đã được nghiên cứu nhằm tận
dụng tối đa phổ tần số hiện có.
Vô tuyến khả tri đã và đang được cộng đồng các nhà nghiên cứu, các nhà
công nghiệp viễn thông, các viện, các trường trên thế giới quan tâm nghiên cứu,
thực nghiệm và triển khai, đồng thời là một trong những công nghệ chủ đạo tiềm
năng cho các mạng vô tuyến thế hệ sau như thông tin di động 5G, …
Trong vô tuyến khả tri, hiệu năng của nó phụ thuộc rất lớn vào việc cảm
nhận chính xác tài nguyên phổ tần. Hay nói cách khác, vấn đề cảm nhận phổ tần
đóng một vai trò có tính quyết định trong việc chiếm dụng tài nguyên một cách tối
ưu. Việc cảm nhận được và chính xác tài nguyên phổ tần trong vô tuyến khả tri phụ
thuộc vào nhiều cách tiếp cận và nhiều yếu tố giải thuật, giải pháp giữa các phần tử
trong mạng để cùng cảm nhận phổ tần được kỳ vọng sẽ nâng cao được tính chính
xác của cảm nhận phổ tần.
Trong công nghệ vô tuyến khả tri thì cảm nhận phổ tần (Spectrum Sensing)
được coi là vấn đề quan trọng nhất trong công nghệ này. Cảm nhận phổ tần số nhằm
mục đích phân tích và cảm nhận phổ tần số trống hay đang được sử dụng để nghiên
cứu sử dụng hợp lý phổ tần, tránh lãng phí tài nguyên
Luận văn trình bày sự ra đời của hệ thống vô tuyến khả tri, lý thuyết tóm
lược về mô hình kiến trúc và đặc biệt là lý thuyết về khả năng cảm nhận của hệ
thống vô tuyến khả tri. Thêm vào đó là các đánh giá, phân tích về các phương
pháp cảm nhận phổ tần và các thách thức đặt ra trước mắt khi thực hiện mạng vô
tuyến khả tri trong thực tế. Đưa ra các hạn chế còn tồn tại và hướng phát triển của

hệ thống trong tương lai
Luận văn gồm 3 chương:


2

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ vô tuyến khả tri.
Chương 2: Trình bày các phương pháp cảm nhận phổ tần và kỹ thuật cảm
nhận phổ tần số trong phổ tần đơn, đa băng.
Chương 3: Thực hiện phân tích, đánh giá các phương pháp cảm nhận phổ
tần đã đề cập trong chương 2
Đây là một đề tài nghiên cứu mới trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Tuy
nhiên tôi quyết định chọn đề tài này bởi những tiềm năng đầy hứa hẹn của công
nghệ vô tuyến khả tri sẽ mang lại cho con người. Trong quá trình làm luận văn tốt
nghiệp, tôi đã nỗ lực hết mình tuy nhiên không thể tránh những sai sót. Hi vọng các
thầy cô sẽ góp ý để tôi hoàn thiện hơn.


3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN KHẢ TRI
1.1.

Giới thiệu
Tần số là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá trong thông tin vô tuyến.

Hiện nay, tần số vẫn còn là một nguồn tài nguyên hạn chế.Sự gia tăng nhu cầu của
thông tin không dây kéo theo nhu cầu cải thiện chất lượng về lưu lượng, tính tin
cậy, dịch vụ...
Có rất nhiều ứng dụng vô tuyến cùng sử dụng nguồn tài nguyên hạn chế

này. Chính vì vậy mà việc sử dụng tần số phải được quản lý một cách cẩn thận
trong phạm vi mỗi quốc gia và trên toàn thế giới. Ở phạm vi một quốc gia, nguồn tài
nguyên tần số được quản lí bởi ủy ban quản lí tần số của nhà nước. Ủy ban này thực
hiện việc phân chia và cấp giấy phép quyền sử dụng các dải tần số khác nhau cho
các nhà khai thác để cung cấp một dịch vụ nhất định. Ủy ban này cũng đưa ra các
quy định tiêu chuẩn để đảm bảo không xảy ra sự chống lấn và gây nhiễu lẫn nhau
giữa các mạng của các nhà khai thác đó. Việc cấp phát các dải tần số cũng phải tuân
thủ các nguyên tắc chung mang tính quốc tế nhằm điều hòa việc sử dụng tần số giữa
các quốc gia và vùng lãnh thổ với nhau.
Hiện nay, các mạng vô tuyến đều có đặc điểm là sử dụng những dải tần
số cố định. Tức là hệ thống đều được thiết kế để hoạt động trên dải tần mà nó được
cấp phép. Trước hết, một số dải tần được ấn định cho các mục đích tối quan trọng
của xã hội như các dịch vụ khẩn cấp, đảm bảo an toàn, dịch vụ hàng không… Các
dải tần khác được ấn định cho những mục đích sử dụng mang tính thương mại như
phát thanh, truyền hình, điện thoại di động…Cuối cùng, có một khối lượng nhỏ phổ
tần số không cần cấp phép và bất kỳ người nào cũng có quyền sử dụng nó.

1.2.

Ý tưởng và khái niệm về vô tuyến khả tri

1.2.1. Ý tưởng phát triển vô tuyến khả tri
Hầu hết các hệ thống thông tin vô tuyến hiện nay yêu cầu bảo vệ chặt chẽ
chống lại nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác. Ngày nay, phổ cấp phép được đảm


4

bảo khỏi nhiễu. Phần lớn phổ vô tuyến được cấp cho các hệ thống thông tin và dịch
vụ truyền thông.Tuy nhiên, tài nguyên phổ lại bị lãng phí bởi nhiều lí do.

1.2.2. Khái niệm vô tuyến khả tri-Cognitive Radio (CR)
Hệ thống vô tuyến thông minh là hệ thống mà các phần tử của nó có khả
năng thay đổi các tham số (công suất, tần số) trên cơ sở tương tác với môi trường
hoạt động. Mục đích của vô tuyến thông minh là cho phép các thiết bị vô tuyến
khác hoạt động trên các dải tần còn trống tạm thời mà không gây nhiễu đến các hệ
thống vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn trên dải tần đó.

1.3.

Chu trình hoạt động của vô tuyến khả tri.
Ta tóm tắt ba bước cơ bản trong chu trình thông minh: cảm nhận phổ, phân

tích phổ và quyết định phổ như sau:
1. 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.
2. Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thông qua cảm nhận phổ
sẽ được ước tính.
3. 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 thông qua các
đặc tính phổ và yêu cầu của người dùng.
1.4.

Kiến trúc vật lý của hệ thống vô tuyến khả tri.
Kiến trúc chung của một hệ thống thu phát CR được minh họa như

hình dưới đây. Trong đó các bộ phận chính của hệ thống là phần đầu (RF
Front-End) và phần xử lý băng gốc.


5


1.5.

Vô tuyến định nghĩa phần mềm (SDR)

SDR là kỹ thuật quan trọng để thực hiện vô tuyến khả tri. Trước khi vô tuyến
khả tri ra đời, SDR chủ yếu phục vụ cho chế độ đa nhiệm và thiết bị không dây đa
chuẩn. Tuy nhiên, vai trò của SDR trong vô tuyến khả tri là vô cùng quan trọng, nó
thực hiện các chức năng ( nhận thức, cảm biến, … )
Để triển khai CR từ SDR, chỉ cần thêm vào SDR các khối xử lí thông 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 (khả năng nhận thức), tự động thích ứng nhanh với sự thay đổi của môi
trường vô tuyến.

Vô tuyến
thông thường

RF

Điều chế

Mã hóa

Tạo khung

Phần cứng

Vô tuyến định nghĩa
bằng phần mềm


RF

Phần mềm

Điều chế

Mã hóa

Tạo khung

Phần cứng

Vô tuyến
Khả tri

RF

Xử lí

Xử lí
Phần mềm

Điều chế

Mã hóa

Tạo khung

Xử lí


Xử lí thông minh (cảm nhận, quyết định, chia sẻ)
Phần cứng

Phần mềm


6

1.6.

Ứng dụng vô tuyến khả tri

Vô tuyến khả tri được ứng dụng rộng rải trong việc cải thiện hoạt động hệ
thống trong thông tin không dây hiện tại cũng như thiết lập các hệ thống thông tin
không dây mới.
Ứng dụng tối ưu hóa và nâng cao chất lượng
Tài nguyên vô tuyến không dây là có giới hạn. Do vậy mà cần phải xem xét
cẩn thận và có kế hoạch sử dụng nguồn tài nguyên này một cách hợp lí. Nguồn tài
nguyên này bao gồm phổ, phần cứng/phần mềm, kiến trúc hạ tầng mạng, và công
suất. Nó giúp cải thiện chất lượng của hệ thống thông tin.
Tối ưu phần cứng / phần mềm :
Phần cứng là phần thực hiện việc truyền/nhận trong thông tin liên lạc. Cụm
từ phần cứng/phần mềm là nguồn tài nguyên mà vô tuyến khả tri có thể sử dụng
thông minh để cải thiện hoạt động thông tin. Một trong những ưu điểm của ứng
dụng vô tuyến khả tri dựa vào SDR là khả năng nâng cấp phần cứng thông qua thay
đổi phần mềm. Nó có thể
 Giảm việc nhu cầu thay thế phần cứng
 Giá thành vận hành, thay thế, nhân công thấp
 Sẵn sàng cho nhiều ứng dụng hơn

 Giảm sự phức tạp của phần cứng
Cấu hình phần cứng để có thể hoạt động trên bất kì mạng nào. Một điện thoại
di động hoạt động trong mạng GSM có thể thiết lập kết nối dựa trên mạng WLAN
trong tình huống khẩn cấp.
Cấu hình phần cứng để hoạt động trên bất kì phổ nào bằng cách sử dụng
dạng sóng tương thích. Khi đã cảm biến được khoảng phổ trống, vô tuyến khả tri sẽ
điều chỉnh các thông số tín hiệu (băng thông, tần số, điều chế,mã hóa) tương ứng
với điều kiện phổ đã chọn. Kết quả là luôn cải thiện được chất lượng liên lạc tốt
nhất có thể.


7

Tối ưu công suất rất quan trọng trong kết nối không dây thời gian dài, giúp
duy trì chất lượng kết nối yêu cầu. Vô tuyến khả tri có thể cải thiện việc sử dụng
công suất trong hệ thống thông tin.
Điều khiển công suất thích nghi : điều khiển công suất tương ứng với chất
lượng kết nối đã được thực hiện trong nhiều hệ thống không dây. Tuy nhiên những
điều chỉnh này vẫn còn bị động và giới hạn. Vô tuyến khả tri sẽ vượt qua giới hạn
đó và điều chỉnh công suất phù hợp
Tối ưu công suất bằng cách tự động tắt, tạm ngưng các dịch vụ ưu tiên thấp
hoặc thông báo người dùng khi công suất đạt đến ngưỡng xác định. Điều này giúp
tiết kiệm công suất cho hệ thống sử dụng ưu tiên cao hơn.
Tối ưu phổ tần
Việc sử dụng tài nguyên phổ là rất nghiêm ngặt, hệ thống vô tuyến khả tri sẽ
giúp sử dụng hệ thống phổ này một cách hiệu quả và tối ưu. Vô tuyến khả tri cho
phép nhảy đến phổ mới với nhiễu thấp và SNR tốt hơn, có thể thiết lập một kênh
truyền khi xác định đã có phổ sẳn sàng.
Tối ưu hệ thống mạng vô tuyến
Mạng có thể bao gồm tài nguyên phần cứng/phần mềm của nguồn, đích và

các phần tử trong đường kết nối thông tin không dây. Mạng tối ưu với một kết nối
cụ thể có thể phụ thuộc vào các nút mạng riêng lẻ hặc kết hợp.
Một số tác vụ của mạng kết hợp ứng dụng vô tuyến khả tri


Tối ưu đường truyền: vô tuyến khả tri có thể xác định đường truyền

tối ưu và tái cấu hình các thông số mạng để sử dụng đường truyền đó. Kết quả là
tài nguyên mạng được tối ưu và cực tiểu được thời gian trễ và giá thành.


Thay đổi cấu trúc liên kết: thay đổi tự động cấu trúc liên kết mạng để

thiết lập và duy trì liên lạc giữa nguồn và đích. Vô tuyến khả tri có thể sắp xếp
lại mạng giữa nguồn và đích để tối ưu hoạt động cũng như tài nguyên mạng


An ninh mạng: Vô tuyến khả tri cung cấp an ninh ở cấp độ cao để có

thể chống lại xâm nhập của tin tặc và phá hủy mạng.


8



Mạng nâng cấp mềm: nâng cấp các thành phần mạng thông qua phần

mềm nhằm giúp giảm việc thay thế các thiết bị phần cứng khi có kết nối hay
công nghệ mới

Sự tương tác
Sự tương tác là công cụ hữu hiệu trong miền vô tuyến khả tri giúp cho hệ
thống thông tin không dây có thể vượt qua bất kể mọi rào cản. Để có thể biến hệ
thống tương tác lý tưởng thành hiện thực thì còn phải mất thời gian dài. Tuy nhiên,
một số ứng dụng vô tuyến khả tri sẽ giúp quản lý chính sách một cách thông minh
Ứng dụng tương tác đã được áp dụng trong quân đội và an ninh công cộng. Vai trò
của các thiết bị tương tác, dịch vụ, mạng, và phổ có tính quyết định đối với những
ứng dụng này. Trong phần khác, ví dụ như ứng dụng khách hàng, vô tuyến khả tri
có thể đề nghị tương tác dịch vụ có phổ cấp phép, không phép và các mạng khác.


9

CHƯƠNG 2: CẢM NHẬN PHỔ TẦN CHO VÔ TUYẾN
KHẢ TRI
2.1.

Giới thiệu về cảm nhận phổ tần cho vô tuyến khả tri
Việc cảm biến phổ là nhiệm vụ thiết yếu của mạng vô tuyến nhận thức, nó

cho phép người dùng thứ 2 có thể phát hiện ra khoảng phổ trống và sự thay đổi
của môi trường vô tuyến để tận dụng những khoảng tần số này mà không ảnh
hưởng gì đến hệ thống trên.Do đó cảm biến là chìa khóa kỹ thuật trong cognitive
radio.
Vì vậy, chương này, ta xét các kỹ thuật cảm nhận phổ tần cơ bản, cảm
nhận phổ tần đơn băng, đa băng trong vô tuyến khả tri.

2.2.

Mô hình cảm nhận phổ trong vô tuyến khả tri


Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan về mô hình CR, chức năng của SDR
nói chung, chức năng cảm nhận phổ nói riêng trong CR, các thuật toán cảm nhận
phổ và lý thuyết nền tảng về bài toán phát hiện tín hiệu, một mô hình SDR thực hiện
chức năng cảm nhận phổ dải rộng (Wideband Sensing Block - WSB) cho CR được
đề xuất


10

2.3.

Phân loại

Có nhiều cách để phân loại các kỹ thuật cảm nhận phổ tần. Một số cách phân
loại như: Cảm nhận phổ tần vô tuyến khả tri đơn băng – đa băng, cảm nhận phổ tần
vô tuyến khả tri có hợp tác – không có hợp tác,.. Ngoài ra, một cách phân loại được
sử dụng nhiều đó là phân loại cảm nhận phổ tần dựa vào đặc điểm kỹ thuật.
Khi đó, cảm nhận phổ tần trong vô tuyến khả tri có thể chia làm 2 loại:
 Cảm nhận chiếm giữ phổ (Occupancy Sensing ): phát hiện sự chiếm giữ phổ
trong phổ tần quan sát, qua đó xác định được dải phổ nào đang trống hoặc đang ở
dưới mức sử dụng. Một ví dụ về cảm nhận chiếm giữ phổ là bộ phát hiện dựa vào
năng lượng (Energy Based Detection)
 Cảm nhận các đặc trưng (Identity Sensing): phân biệt được dải phổ đang bị
chiếm giữ bởi người dùng sơ cấp (PU) hay là đang bị chiếm giữ bởi một thiết bị thứ
cấp (Second User) khác. Điều này đặc biệt quan trọng đối với môi trường có sự hoạt
động của PU, khi đó khoảng phổ trống sẽ không được chia sẻ cho các thiết bị khác,
tránh làm ảnh hưởng đến thiết bị PU. Một ví dụ về cảm nhận đặc trưng là cảm nhận
dựa vào đặc điểm( Featurebased Detection).



11

2.4.

Cảm nhận phổ tần đơn băng cho vô tuyến khả tri

Mỗi bộ phát hiện đều có ưu nhược riêng. Việc chọn bộ phát hiện dựa vào
nhiều nhân tố như mức độ hiểu biết của SU về tín hiệu của PU. Tuy nhiên, SU
thường không thể có được chính xác các thông tin cần thiết vì SU quét liên tục trên
nhiều dải tần. Có thể dùng bộ phát hiện đặc trưng khi có sẵn một phần thông tin
(nghĩa là, hoa tiêu, tiền tố tuần hoàn, mào đầu….). Nó rất hữu hiệu đối với tạp âm.
Tuy nhiên, mức độ phức tạp xử lý, thời gian xử lý, tiêu thu công suất cao so với các
bộ phát hiện khác. Cuối cùng, bộ phát hiện năng lượng rất đơn giản và không cần
biết thông tin về tín hiệu của PU, nhưng mức ngưỡng lại phụ thuộc vào phương sai
tạp âm  2, và nếu nó không được ước tính chính xác, thì hiệu năng của nó trở nên
rất kém. Thực tế, sự bất ổn của  2 không thể phát hiện được khi SNR nhỏ.

2.4.1. Cảm biến phổ tần dựa vào năng lượng
Phương pháp cảm biến bằng năng lượng (Energy detection) là một phương
pháp cảm biến phổ để phát hiện khoảng phổ đã được đăng kí có thể sử dụng được
hay không
Phương pháp phát hiện bằng năng lượng này dựa vào sự so sánh của tín hiệu
đầu ra của bộ cảm biến này với một mức ngưỡng đã xác định trước. Khó khăn ở
việc cần phải lựa chọn mức ngưỡng thích hợp ứng với các PR signals. Phương pháp
này hoạt động hiệu quả khi chỉ số SNR cao
Sơ đồ khối như sau :

Tín hiệu được đưa vào, sau khi qua bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang
tín hiệu số, quá trình lấy mẫu sẽ được xử lý trong bộ FFT, sau đó bình phương, lấy

trung bình như công thức đã nêu trên. Cuối cùng, kết quả này sẽ được so sánh với
giá trị ngưỡng để quyết định sự có mặt của tín hiệu trong nền nhiễu hay không.


12

2.4.2. Cảm biến phổ dựa vào đặc điểm
Phương pháp này bao gồm 2 thuật toán là Matched filter và Cyclostationary
feature based detection.
Phương pháp Matched filter
Đây là phương pháp thích hợp cho việc nhận dạng tín hiệu, matched filter
được dùng khi tỉ số SNR là lớn nhất. Để có thể thực hiện quá trình nhận dạng bằng
bộ lọc thích nghi thì các secondary user trong hệ thống CR cần phải có được đầy đủ
những thông tin: băng thông, tần số trung tâm, dạng điều chế và tốc độ truyền, định
dạng khung và dạng xung của tín hiệu nguồn phát.

Phương pháp ổn định vòng
Phương pháp này nó có thể giải quyết vấn đề xử lý phức tạp và thời gian trễ
của matched filter. Nói chung, tín hiệu thông tin được mô hình như một quá trình
ngẫu nhiên. Tuy nhiên, những tín hiệu thường được điều chế với sóng mang hình
sin, hoặc những chuỗi xung tuần hoàn, hoặc những tiền tố chu kỳ nào dẫn đến tính
tuần hoàn sẵn có. Những tín hiệu điều chế này có thể được mô hình như một quá
trình ngẫu nhiên ổn định vòng (cyclostationary) dựa vào số liệu thống kê của chúng,
giá trị trung bình, sự tương quan và tính tuần hoàn. Tính tuần hoàn này điển hình
được giới thiệu trong các tín hiệu định dạng để một thiết bị thu có thể khai thác nó :
như pha sóng mang,xung thời gian,hướng tới. Phương pháp này có thể được sử
dụng cho sự dò tìm tín hiệu ngẫu nhiên với một kiểu điều chế đặc trưng trong nền
nhiễu và những tín hiệu khác.
Có thể phân tích tín hiệu ngẫu nhiên cố định dựa vào hàm tự tương quan và
mật độ phổ công suất. Nói cách khác, phương pháp này biểu diễn mối tương quan

giữa các thành phần phổ riêng biệt. Với cyclostationary feature detection, việc cảm


13

biến tập trung vào xác định các đặc điểm chính mang tính tuần hoàn hơn là cố gắng
giải mã và phục hồi toàn bộ dải thông tin như là matched filter.

2.4.3. Phương pháp cảm biến dựa vào hiệp phương sai
Chúng ta biết rằng, cảm biến tín hiệu là nhiệm vụ quan trọng của vô tuyến
khả tri. Đã có nhiều phương pháp để cảm biến phổ như energy detection, matched
filter, cyclostationary detection… thế nhưng vẫn gặp khó khăn khi trong môi trường
tồn tại tín hiệu nhiễu mà nó thì không xác định, luôn thay đổi theo thời gian mà
không theo 1 qui luật nào cả. Vì vậy, người ta xây dựng một phương pháp mới mà
có thể khắc phục sự ảnh hưởng của nhiễu; phương pháp covariance. Phương pháp
này được xây dựng dựa vào việc xây dựng ma trận hiệp phương sai từ tín hiệu nhận
được. Phương pháp này được chia làm 2 phương pháp như sau
Không như các phương pháp khác, phương pháp này không cần bất kì thông
tin gì về tín hiệu PR user, tuy nhiên nó lại nhạy cảm với tín hiệu nhiễu không xác
định trong môi trường, bởi vì nó phải biết chính xác thông tin của tín hiệu nhiễu.
Mà trong thực tế,việc xác định chính xác thông tin này thì thực sự khó khăn. Do đó,
để khắc phục những yếu điểm đó, người ta xây dựng một phương pháp mới dựa vào
việc thống kê các giá trị hiệp phương sai và tự động hiệu chỉnh theo tín hiệu nhận
được. Việc thống kê các giá trị hiệp phương sai và tự động hiệu chỉnh của tín hiệu
và nhiễu thì hoàn toàn khác nhau.

2.4.4. Cảm biến phổ kết hợp
Ý tưởng chính của cảm nhận hợp tác là tăng cường hiệu năng cảm nhận bằng
cách tận dụng phân tập không gian trong các quan sát của các người dùng CR phân
bố trong không gian. Bằng cách hợp tác, các người dùng CR có thể chia sẻ thông

tin cảm nhận của mình để đưa ra quyết định cuối cùng chính xác hơn các quyết
định riêng lẽ.


14

2.5.

Cảm nhận phổ tần đa băng cho vô tuyến khả tri

Các mạng vô tuyến khả tri đa băng (MB-CRNs) gần đây đã được quan tâm
nghiên cứu vì nó có thể cải thiện đáng kể thông lượng của SU. Tồn tại một số kịch
bản mà MB-CRN gặp phải.
Nhiều hệ thống truyền thông hiện đại và các ứng dụng cần có truy nhập băng
rộng. Phổ băng rộng được chia thành nhiều băng con hoặc kênh con. Vì vậy, dẫn
đến vấn đề phát hiện đa băng.
Khi SU muốn giảm thiểu sự ngắt quãng dữ liệu do PU tái dụng băng tần, nó
phải liên tục chuyển giao số liệu từ băng tần này đến băng tần khác. Vì vậy, SU
phải có thêm kênh dự phòng. Với các MB-CRN, SU không những có tập các kênh
ứng cử, mà còn có thể giảm tần xuất chuyển giao.
Khi SU muốn đạt được thông lượng cao hoặc duy trì QoS, thì cần có băng
rộng bằng cách truy nhập đa băng.
Trong truyền thông hợp tác, các SU chia sẻ các kết quả phát hiện với nhau.
Tuy nhiên, nếu mỗi SU giám sát tập con các kênh con, sau đó chia sẻ các kết quả
với nhau, thì có thể cảm nhận được toàn bộ phổ tần, và hiển nhiên là có nhiều cơ
hội truy nhập phổ tần hơn.
Một số phương pháp cảm nhận được tìm hiểu gồm có:


15


 Cảm nhận phổ tần đa băng tuần tự
Trong cảm nhận phổ tuần tự, ta dùng các bộ phát hiện đơn băng được đề cập
các phần trên để cảm nhận đa băng:
Bộ phát hiện
đơn băng

BPF
khả chỉnh

BPF

Cảm nhận thô
(Phát hiện năng
lượng)

Bộ phát hiện
đơn băng

Cảm nhận tinh
(Phát hiện đặc
trưng)

Có thể cảm nhận phổ trên hai tầng gồm tầng cảm nhận sơ bộ và tầng cảm
nhận tinh nếu cần như hình. Chẳng hạn, dùng bộ phát hiện cho cả hai tầng. Ở tầng
cảm nhận thô thực hiện tìm nhanh trên băng rộng và tầng tinh thực hiện trên băng
tần ứng cử. Các mô phỏng cho thấy cảm nhận phổ tần 2 tầng nhanh hơn so với một
tầng khi PU hoạt động nhiều. Tầng thô dựa vào phát hiện năng lượng do nó xử lý
nhanh. Nếu kiểm nghiệm thống kê lớn hơn ngưỡng tiền định, thì coi băng tần đó đã
bị chiếm dụng. Mặt khác, bộ phát hiện đặc tính dừng lặp được thực hiện ở tầng cảm

nhận tinh do khả năng của nó ở SNR thấp.
 Cảm nhận phổ tần song song
Trong cảm nhận song song, SU được trang bị nhiều bộ phát hiện đơn băng
SB sao cho mỗi SB cảm nhận một băng tần cụ thể. Điều này được thực hiện bằng
một ngân hàng bộ lọc
Nó gồm nhiều BPF, mỗi BPF có tần số trung tâm cụ thể, sau đó là các bộ
phát hiện đơn băng. Đối với các băng không biết trước cấu trúc tín hiệu, ta có thể
dùng các bộ phát hiện năng lượng. Tuy nhiên, ngân hàng bộ lọc cần nhiều thành


16

phần tần số vô tuyến RF, nó làm tăng chi phí thực hiện cũng như tăng kích thước
máy thu. Mức độ phức tạp cũng sẽ tăng lên nếu các bộ phát hiện không cùng một
loại.
 Cảm nhận sóng con (Wavelet Sensing)
Một trong những giả thiết được thực hiện trong các kỹ thuật trước đây là, SU
biết số băng con M và được định vị tại các tần số f1; f2;...; fM. Tuy nhiên, giả định
này lại không thực tế do vô tuyến khả tri phải có khả năng hỗ trợ các công nghệ
không đồng nhất có các yêu cầu khác nhau (sơ đồ truyền dẫn, độ rộng băng tần,…).
Để khắc phục vấn đề này, bộ phát hiện dựa vào sóng con là ứng cử tốt do khả năng
phát hiện và phân tích các đặc tính bất thường trong phổ tần. Sự bất thường có các
biểu lộ quan trọng vì nó xuất hiện ở biên của các băng con (nghĩa là, khi ta phát từ
băng này đến các băng lân cận). Sử dụng phép biến đổi sóng con WT để cảm nhận
phổ đa băng.

.


17


CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG KỸ
THUẬT CẢM NHẬN PHỔ TẦN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN
KHẢ TRI
Trong chương 3, sẽ thực hiện mô phỏng phương pháp cảm nhận phổ tần
trong vô tuyến khả tri để kiểm chứng và hiểu sâu hơn về phương pháp này.

Hình 3. 1. Mô hình mô phỏng các phương pháp cảm nhận phổ tần

Tín hiệu phát đi s(t) qua kênh truyền nhiễu AWGN sẽ cộng thêm tín hiệu
nhiễu v(t). Tại bộ thu của hệ thống vô tuyến nhận thức sẽ nhận được tín hiệu x(t).
Bằng cách sử dụng chức năng cảm biến phổ, tín hiệu x(t) sẽ được xử lí và đưa ra kết
quả cảm biến là có hay không có tín hiệu PU trong dải băng tần đang quan sát.
Tiến hành phân tích, đánh giá:
 phương pháp cảm nhận phổ tần bằng năng lượng
 Mô phỏng bằng phương pháp Matched Filter
 Phương pháp cảm biến dựa vào đặc điểm ổn định vòng
 Hiệu năng hợp tác cảm nhận phổ tần
 Tiến hành phân tích, đánh giá phương pháp sóng con ( Wavelet sensing )


18

Nhận xét
Tùy thuộc vào từng điều kiện nhất định mà ta sử dụng từng phương pháp
khác nhau để đạt hiệu quả cao nhất.
Mỗi phương pháp có một ưu nhược điểm nhất định. Phương pháp phát hiện
bằng năng lượng là phương pháp dễ sử dụng, đơn giản nhưng kết quả mang lại chưa
chính xác, chỉ sử dụng được trong môi trường SNR cao. Phương pháp phát hiện đặc
trưng cải thiện đáng kể chất lượng bộ cảm nhận nhưng nó yêu cầu phải biết một

phần thông số đặc trưng của PU, cơ chế cảm nhận lại phức tạp. Phương pháp phát
hiện nhất quán là phương pháp mang lại sự chính xác lớn nhất, thời gian phát hiện
nhanh nhất nhưng nó lại khó khả thi trong thực tế, yêu cầu nắm rõ phần lớn thông
tin của PU.
Phương pháp hợp tác cảm nhận phổ tần là phương pháp giúp cải thiện độ tin
cậy và tính chính xác của hệ thống vô tuyến khả tri, nhưng đây là hệ thống phưc tạp,
đòi hỏi sự kết hợp của nhiều thành phần trong mạng vô tuyến.
Đối với cảm nhận phổ tần đa băng, đặc biệt là phương pháp cảm nhận sóng
con wavelet sensing, đây là một công nghệ mới. nó có ưu điểm là khả năng hoạt
động rộng trong dải tần, nhưng kỹ thuật phát hiện gặp khá nhiều phức tạp và còn rất
nhiều vướng mắc.


19

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Cảm nhận phổ tần cho vô tuyến khả tri đây là một kĩ thuật còn khá mới mẽ
trên thế giới, đặc biệt là tại Việt Nam. Cảm nhận phổ tần cho vô tuyến khả tri, được
hi vọng là sẽ mang lại sự đột phá mới mẽ cho hệ thống vô tuyến không dây trong
tương lai không xa.
Đối với công nghệ vô tuyến khả tri thì kỹ thuật cảm nhận phổ tần trong vô
tuyến khả tri đặc biệt quan trọng vì nó ảnh hưởng đến sự chính xác của hệ thống.
Trong giới hạn luận văn này kỹ thuật cảm nhận phổ tần cho vô tuyến khả tri được
tập trung nghiên cứu đến cảm nhận phổ tần đơn băng và cảm nhận phổ tần đa băng.
Các phương pháp cảm được đưa ra gồm có cảm nhận phổ tần dựa vào năng lượng,
đặc điểm, hiệp phương sai, sóng con (wavelet)… Mỗi phương pháp đều có ưu,
nhược điểm riêng. Do đó nếu môi trường có nhiễu thấp ta sử dụng phương pháp
cảm biến bằng năng lượng, nếu có được thông tin về người dùng sơ cấp thì phương
pháp Matched Filter mang hiệu quả tốt hơn. Đối với môi trường có mức độ nhiễu
cao ta tiến hành sử dụng các phương pháp phức tạp hơn như ổn định vòng, hiệp

phương sai, sóng con. Ngoài ra cảm nhận phổ kết hợp cũng là kỹ thuật nâng cao khả
năng phát hiện của hệ thống vô tuyến khả tri.
Trong luận văn này, các kết quả nghiên cứu đều được thực hiện trong môi
trường tạp âm Gauss. Trong thời gian tới đây, hướng nghiên cứu sẽ là tìm hiểu về
kỹ thuật cảm nhận phổ tần trong các môi trường nhiễu khác nhau.