- Chương V,VI,VII,VIII đi sõu vào cỏc phương phỏp cảm biến phổ của hệ thống nhận thức. - Chương IX trỡnh bày cỏc ứng dụng của hệ thống vụ tuyến nhận thức .Chương X mụ phỏng cỏc phương phỏp cảm biến phổ của hệ thống vụ tuyến nhận thức. - 1 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 . - Hỡnh 1.1: 300KHz 2 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 1.1: đ .P. - 3 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010. - 4 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ Vễ TUYẾN NHẬN THỨC 2.1 Gi i thi u chung σhư chỳng ta đư biết, dải tần số của súng vụ tuyến là một tài nguyờn thiờn nhiờn được quản lớ bởi cỏc tổ chức viễn thụng của chớnh phủ. - Do vậy, một hệ thống vụ tuyến nhận thức cú khả năng cảm biến khoảng trắng cũng như khả năng thay đổi linh hoạt mới cú thể giải quyết khú khăn này. - 7 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 “ A radio or system that senses and is aware of its operational environment and can dynamically and autonomously adjust its radio operating parameters accordingly. - 8 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 2.2: Lịch sử hệ thống CR Đ nhănghƿa:ăVụ tuyến nhận thức là một hệ thống vụ tuyến cú khả năng thay đổi cỏc thụng số truyền dựa trờn việc tương tỏc với mụi trường xung quanh nú. - 9 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 2.3: Sử dụng phổ linh hoạt Trong phạm vi nghiờn cứu, chỳng ta sẽ đi sõu vào chức năng cảm biến phổ vỡ đõy là chức năng rất quan trọng đối với một hệ thống CR. - Trong đú cỏc bộ phận chớnh của hệ thống là phần đầu (RF Front-End) và phần xử lớ băng gốc (baseband processing unit). - 10 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 2.5: Bộ thu phỏt CR Ưu điểm của phần RF Front-End trong hệ thống CR là khả năng cảm biến băng rộng, cú thể điều chỉnh đến bất cứ phần nào trong dải tần số rộng lớn. - PLL (Phase locked loop): là hệ thống hồi tiếp vũng kớn. - 11 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Thỏch thức đối với việc thiết kế kiến trỳc cho CR là cú thể phỏt hiện chớnh xỏc tớn hiệu cường độ yếu của PU trong một dải phổ rộng. - Phương phỏp này thỡ chắc chắn rằng cỏc chuẩn sẽ được dựng trong những cụng việc khỏc nhau trong hệ thống CR. - Cỏc nhúm này sẽ phỏt triển một tiờu chuẩn để giải quyết sự xung đột đụng độ trong hệ thống CR. - Nú là tiờu chuẩn cơ bản cho hệ thống khụng dõy mà cỏc thiết bị di động cú thể sử dụng kĩ thuật khụng dõy này. - Chuẩn IEEE 802.22 được hướng đến kĩ thuật trong khu vực mang khụng dõy, mà nú hứa hẹn sẽ cung cấp cho cỏc thiết bị di động trong khu vực mà bỏn 14 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 kớnh cú thể lờn đến 100km. - C m bi n kờnh trong chuẩn IEEE 802.22 16 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Trong hệ thống 802.22,cả BS và CPE thực hiện cảm biến kờnh theo chu kỡ. - Nếu cú một năng lượng truyền d n được phỏt hiện, thỡ hệ thống cảm biến tinh sẽ hoạt động. - BS cú thể xõy dựng bản đồ phổ trống và cú 17 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 thể thực hiện việc cung cấp cỏc kờnh truyền tối ưu nhất cho tất cả cỏc CPE. - Phương phỏp phự hợp cho hệ thống này thỡ đang được phỏt triển. - 18 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 CHƯƠNG III Vễ TUYẾNăĐỊNHăNGHĨAăMỀM CHO HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NHẬN THỨC (SOFTWARE DEFINED RADIO ARCHITECTURES FOR COGNITIVE RADIOS) 3.1 Gi i thi u Cỏc thiết bị thụng tin khụng dõy được chia làm 3 phần chớnh: truyền tớn hiệu, phần cứng vật lớ, và chức năng của nú. - (theo C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010. - 20 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 3.1. - Chớnh SCA sẽ định nghĩa kiến trỳc kĩ thuật cho một hệ thống vụ tuyến cấu hỡnh mềm. - SCA chứa đựng cỏc thành phần dựng lại được trong hệ thống. - 26 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 CHƯƠNG IV CÁC CHỨCăNĂNGăCỦA HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NHẬN THỨC 4.1 C m bi n ph ( spectrum sensing) và cỏc thỏch th c Trước hết ta tỡm hiểu về sự phỏt hiện tớn hiệu nhờ vào cảm biến phổ. - Đồng thời nú cũng xỏc định được loại tớn 27 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 hiệu mà chiếm giữ phổ (bao gồm cả điều chế, dạng súng, băng thụng, tần số súng mang v.v. - Trong hệ thống CR cú thể chia SS ra làm 2 loại: Occupancy sensing (cảm biến sự chiếm giữ phổ): phỏt hiện sự chiếm giữ phổ trong khu vực lõn cận,qua đú xỏc định được dải phổ nào đang trống(white spaces) hoặc đang ở dưới mức sử dụng(gray spaces).Một vớ dụ về Occupancy sensing là bộ phỏt hiện dựa vào năng lượng (Energy_based detection). - Tuy nhiờn, giỏ trị tối ưu của giới hạn này phụ thuộc vào mật 29 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 độ và đặc tớnh lưu lượng củ . - Hệ thống vụ tuyến nhận thức sẽ phải quyết định phổ tốt nhất đỏp ứng yờu cầu QoS trong số những phổ sẵn cú. - 31 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Lỗi liờn k t khụng dõy: phụ thuộc vào cỏch điều chế và mức nhiễu của băng tần phổ, tốc độ lỗi của kờnh truyền sẽ thay đổi. - Thời gian chi m gi : cỏc hoạt động của PU thỡ cú thể ảnh hưởng đến chất lượng kờnh truyền của hệ thống CR. - Ngoài ra, việc tớnh toỏn dung lượng của phổ cũng được đề cập đến trong hệ thống vụ tuyến nhận thức τFDM. - Vỡ vậy, hệ thống quản lý phổ cú thể nhận biết được cỏc yờu cầu của QoS. - tuy nhiờn, trong hệ thống OFDM mà dựa vào hệ thống CR, nhiều dải phổ cú thể được sử dụng đồng thời trong quỏ trỡnh truyền d n. - S quy tăđ nh nhi u d i ph Trong hệ thống CR, nhiều dải phổ cú thể được sử dụng đồng thời trong quỏ trỡnh truyền d n. - Vỡ 33 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 vậy, người sử dụng trong hệ thống CR cú thể gửi cỏc gúi dữ liệu thụng qua những dải phổ khụng liờn tiếp này. - Vỡ thế, sự linh động phổ 34 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 (spectrum mobility) được định nghĩa như là 1 cỏch thức mà người dựng trong hệ thống CR cú thể thay đổi tần số hoạt động. - Cú nhiều sự chồng lấn phổ khỏc nhau cựng tồn tại trong hệ thống CR. - Do đú, việc phõn phối phổ tớn hiệu thỡ tiếp tục là thỏch thức chớnh trong hệ thống CR. - Tuy nhiờn, khi chỳng ta nghiờn cứu lĩnh vực này, thực ra cú nhiều thỏch thức khỏc cho việc chia sẻ phổ trong hệ thống CR. - Sau đú, những thử 36 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 thỏch này và hướng giải quyết chỳng sẽ được trỡnh bày một cỏch chi tiết hơn. - S linhăđ ng ph : mỗi nỳt trong hệ thống CR được xem như khỏch mời của phổ tần số mà nú cho phộp. - 4.4.1 Khỏi quỏt v kƿăthu t chia sẻ ph Giải thuật cho sự chia sẻ phổ trong hệ thống CR cú thể chia làm 3 phần chớnh sau: kiến trỳc (architecture assumption. - 37 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Trong phần này chỳng ta sẽ tập trung vào phõn tớch cỏc đặc trưng của cỏc lớp trờn. - Kĩ thuật tiếp theo cho kĩ thuật chia sẻ phổ trong hệ thống CR là dựa vào thúi quen truy cập. - Tuy nhiờn, cũng cú dữ kiện khụng phải lỳc nào cũng cú hiệu lực trong hệ thống CR. - Nú làm giảm nhiễu trong hệ thống PU. - 38 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 L p n n c a s chia sẻ ph ( underlay spectrum sharing): lớp nền này thỡ lợi dụng sự phổ biến của kĩ thuật để phỏt triển mạng lưới. - Để cõn bằng giữa hai hệ thống này thỡ phức tạp. - 39 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C Chia sẻ ph liờn m ng ( inter-network spectrum sharing) Hệ thống CR thỡ được chia ra để cung cấp nhiều cơ hội truy cập vào những khoảng phổ đư được đăng kớ của những mỏy khụng đăng kớ. - Thờm nữa, một hệ thống chớnh sỏch phổ trung tõm được thiết lập phõn phối phổ cho nhu cầu 40 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 của hệ thống điều khiển CR. - Đơn vị cơ bản trong hệ thống D-QDCR là khung Q (Q-frames). - Một vấn đề chớnh tồn tại trong hệ thống kiến trỳc CR là yờu cầu của điều khiển kờnh truyền. - Kết quả đỏnh giỏ chỉ ra rằng hợp đồng nội bộ này cú thể xấp xỉ theo 41 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 cỏc đường tiệm cận để giảm phức tạp. - Thờm nữa, xỏc định cụng suất truyền cũng bao gồm trong hệ thống chia sẻ phổ. - Trong trường hợp mà cú nhiều hơn một nỳt chọn cựng 1 kờnh trong lõn cận thỡ lỳc đú kĩ thuật truy cập ng u nhiờn được dựng để giải quyết sự cạnh tranh 42 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 này. - Do đú, cỏc hướng giải quyết cho CCC sữa chữa thỡ khụng khả thi trong hệ thống CR. - Nhiều phương phỏp và giải thuật thỡ được hướng tới để chọn được kờnh phự hợp cho hoạt động hiệu quả trong hệ thống CR. - 44 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 CHƯƠNG V CẢM BIẾN PHỔ DỰA TRểNăNĂNGăLƯỢNG Phương phỏp cảm biến bằng năng lượng (Energy detection) là một phương phỏp cảm biến phổ để phỏt hiện khoảng phổ đư được đăng kớ cú thể sử dụng được hay khụng. - 46 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Giả thiết H1 thể hiện cho sự cú mặt của tớn hiệu, tức là tớn hiệu nhận được x(n) gồm 1 tớn hiệu sơ cấp S(n) cộng với nhiễu v(n). - Cú thể phõn tớch tớn hiệu ng u nhiờn cố định dựa vào hàm tự tương quan và mật độ phổ cụng suất.Núi cỏch khỏc, phương phỏp này biểu diễn mối tương quan giữa cỏc thành phần phổ 53 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 riờng biệt. - (6.11) 54 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 6.1: Đồ Hỡnh thị x(t)2 ổn định vũng Xột tớn hiệu x(t) ổn định vũng với chu kỳ T. - lim RX (t ,t )e dt T T T C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hàm tự tương quan vũng RX. - w(n) Trong đú x(n) là tớn hiệu PU mà hệ thống đư biết được kiểu điều chế và S X ( f ) và w(n) là nhiễu cú thể thay đổi theo thời gian mà cụng suất N0 của nú thỡ hệ thống chưa biết trước. - 60 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 CHƯƠNG VII PHƯƠNG PHÁP CẢM BIẾN DỰA VÀO HIỆP PHƯƠNG SAI( covariance detection) 7.1 Gi i thi u Hệ thống vụ tuyến nhận thức là một hệ thống vụ tuyến mà nú cú thể cảm biến được phổ tớn hiệu trong mụi trường cú dải băng rộng và sử dụng những thụng tin đú để cung cấp những khoảng tần số tốt nhất cho thiết bị viễn thụng. - Chỉ duy nhất hệ thống vụ tuyến nhận thức là hệ thống mà nú cú thể cảm biến, khỏm phỏ những khoảng tần số mới và thớch nghi với nú. - Cũn nhiễu trong mụi 61 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 trường cú thể là do quỏ trỡnh truyền dữ liệu của cỏc mỏy với nhau. - Bư c 4: chuyển cỏc giỏ trị này vào ma trận covariance: 66 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C Bư c 5: Tớnh Trong đú, rnm(Ns) là cỏc phần tử của ma trận covadian x(Ns). - C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C Bởi vỡ số lần lấy m u Ns thường rất lớn,nờn cú thể xấp xỉ giỏ trị của T2(Ns) bởi hàm phõn bố Gaussian với kỡ vọng và phương sai như cụng thức trờn. - 8.2 Nguyờn lớ ho tăđ ng c a CSS: 71 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Trong hệ thống CSS, mỗi CR đưa ra quyết định độc lập về việc cảm biến phổ. - Giả sử rằng mọi CR đều cú cựng Pf và Pm khi đú (8.4) 72 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Túm lại, CSS được thực hiện thụng qua 2 kờnh: kờnh cảm biến (từ PU đến CR) và kờnh bỏo cỏo (từ CR đến bộ nhận chung). - Bộ nhận chung sẽ đưa ra một quyết định ng u nhiờn giữa H0 và 74 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 H1 vỡ CR thứ i lỳc này khụng cũn đỏng tin cậy. - 75 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 8.4: Phõn tập đa ng ời dựng cho cảm biến phổ kết hợp Ưu điểm của phương phỏp này là chỉ CR nào cú SNR cao nhất mới được làm CR chớnh, việc này giỳp làm giảm xỏc suất lỗi bỏo cỏo. - (8.9) 76 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Cũn nếu λ1 < τ < λ2 thỡ CR sẽ khụng gửi bất cứ gỡ cho bộ nhận chung. - Nú giỳp cải thiện chất lượng của hệ thống thụng tin. - 80 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 9.4: Thụng tin trờn nhiều phổ và mạng khỏc nhau Cụng suất : o 81 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 cao hơn. - Một số tỏc vụ của mạng kết hợp ứng dụng vụ tuyến nhận thức 82 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 T iăưuăđường truy n: vụ tuyến nhận thức cú thể xỏc định đường truyền tối ưu và tỏi cấu hỡnh cỏc thụng số mạng để sử dụng đường truyền đú. - Vụ tuyến nhận thức cú thể xõy dựng nền SDR mà cú khả năng giải quyết vấn đề tương kết hệ thống và vụ tuyến. - 84 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C . - 85 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Mụ. - Ta c 86 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 ồ. - Lỳc này vụ tuyến nhận thức cú thể sử dụng những khoảng phổ trống cả cú phộp hoặc khụng phộp và cỏc thiết bị mạng khụng đồng nhất để thiết lập và duy trỡ kết nối 87 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 khẩn cấp tạm thời. - 9.2 Ưu thế của khả năng nhận thức trong hệ thống khụng dõy là khụng cú giới hạn. - Việc phỏt hiện cú thể tăng độ tin cậy thụng qua hệ thống mạng kết hợp. - 90 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 9.9: Một số ứng dụng vụ tuyến nhận thức và thỏch thức của nú Quản lớ phổ cũng phức tạp như đỏnh giỏ và lựa chọn những phổ mới thớch hợp cho nhu cầu truyền hiện tại. - 91 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 9.10: Một số ứng dụng vụ tuyến nhận thức và thỏch thức của nú Việc định giỏ sử dụng phổ cho SU cũng là đề tài bàn luận hiện nay. - Để cú thể thực hiện kết nối ở bất kỡ nơi đõu, thiết 92 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 bị của vụ tuyến nhận thức cần tuõn theo một cỏch tự động với chớnh sỏch và qui định thay đổi theo từng vựng địa lớ. - 93 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 CHƯƠNG X Mễ PHỎNG Chỳng ta đư bàn về kiến thức tổng quan của hệ thống vụ tuyến nhận thức cũng như cỏc phương phỏp cảm biến phổ ở cỏc chương trước. - Tại bộ thu của hệ thống vụ tuyến nhận thức sẽ nhận được tớn hiệu x(t). - 94 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 10.1 Tr ờng hợp dải phổ đang bị đầy bởi cỏc PU Xột trường hợp dải phổ trờn khụng bị lấp đầy bởi cỏc PU như hỡnh 10.2. - 10.2 10.2 Mụ ph ngăcỏcăphươngăphỏpăc m bi n ph 95 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Cỏc thụng số mụ phỏng s(t): tớn hiệu điều chế BPSK, tần số súng mang Fc=40MHz, tần số lấy m u Fs=400MHz, tốc độ bit Fb=8Kbps, tổng số bit truyền N=100. - H1 K t qu 98 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 10.5 ện PU Ta nhận thấy ứng với mụi trường cú SNR cao. - 101 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 = -20dB 10.8 =-20dB Trong mụi trường cú SNR thấp (ở đõy SσR=-20dB) thỡ ta khú cú thể phõn biệt phổ cụng suất của tớn hiệu và phổ cụng suất của nhiễu như hỡnh 10.8. - 102 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C dB 10.2.4 (covariance detection) păphươngăsaiăgiỏătr tuy tăđ i (CAV) Step4:Transform Step1:Sample and filter covariance matrix , Step5:compute T1(Ns)& Step2:choose L & γ T2(Ns) Step6:T1(Ns. - γ*T4(Ns) Step3:compute γ(l) :signal exist Hỡnh 10.1 ện PU ) 104 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 Hỡnh 10.11 ện PU(ph ơ ) Trong khoảng SσR thay đổi [-100dB,100dB] thỡ ện được sự cú mặt của PU trong dải tần. - 10.3 K t lu n σhư vậy chỳng ta đư lần lượt mụ phỏng cỏc phương phỏp cảm biến phổ trong hệ thống vụ tuyến thụng minh. - 106 C M BIẾN PH TRONG HỆ THỐNG Vễ TUYẾN NH N TH C 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ekram Hossain, Dusit Niyato & Zhu Han (2009)