Nghiên cứu hệ thống cognitive radio và ứng dụng

Cũng trong công trình nghiên cứu về công nghệ vô tuyến nhận thức của một bài báo, tác giả Simon Haykin đã nêu định nghĩa sau: “Vô tuyến nhận thức là một hệ thống truyền thông không dây n

MỤC LỤC:

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 3

1.1 Giới thiệu chương 3

1.2 Định nghĩa vô tuyến nhận thức 3

1.3 Hoạt động của vô tuyến nhận thức 5

1.4 Các chức năng chính của mạng vô tuyến nhận thức 8

1.4.1 Cảm biến phổ 9

1.4.2 Quản lý phổ 9

1.4.3 Dịch chuyển phổ 11

1.4.4 Chia sẻ phổ 11

1.5 Kiến trúc vật lí của vô tuyến nhận thức 13

1.6 Mô hình thực hiện vô tuyến nhận thức 16

1.6.1 Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm 16

1.6.2 Mô hình thực hiện vô tuyến nhận thức 17

1.7 Kết luận chương 23

CHƯƠNG 2 CẢM BIẾN PHỔ TRONG MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 24

2.1 Giới thiệu chương 24

2.2 Kỹ thuật cảm biến phổ: Khó khăn và thách thức 24

2.2.1 Yêu cầu phần cứng 25

2.2.2 Hiện tượng đầu cuối ẩn 25

2.2.3 Phát hiện tín hiệu trải phổ 26

2.2.4 Lựa chọn tần số và thời gian cảm biến 26

2.2.5 Tính di động 27

2.2.6 Bảo mật 28

2.3 Các kỹ thuật cảm biến/Cảm biến phổ 28

2.3.1 Phát hiện máy phát sơ cấp 28

2.3.2 Cảm biến hợp tác 34

2.3.3 Phát hiện máy thu sơ cấp 39

2.3.4 Quản lý nhiệt độ nhiễu 42

2.4 Cơ cấu cảm biến phổ tối ưu 44

2.4.1 Mô hình hệ thống 46

2.4.2 Tối ưu tham số cảm biến cho một dải tần 48

2.4.3 Lập lịch và lựa chọn phổ trên nhiều dải tần 54

2.4.4 Hợp tác và thích nghi trong mạng đa người dùng 57

2.5 Kết luận chương 60

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT DÒ NĂNG LƯỢNG TRONG CẢM BIÊN PHỔ 61

3.1 Giới thiệu chương 61

3.2 Thuật toán dò năng lượng 61

3.3 Các tham số thuật toán dò năng lượng trên kênh AWGN 65

3.3.1 Xác xuất phát hiện – P d 65

3.3.2 Xác suất cảnh báo sai – P f 66

3.4 Mô hình xấp xỉ 66

3.5 Mô phỏng thuật toán dò năng lượng trên kênh truyền nhiễu trắng 67

3.5.1 Mô phỏng xác suất phát hiện tín hiệu theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm 67

3.5.2 Mô phỏng xác suất phát hiện tín hiệu theo xác suất cảnh bảo sai (ROC) 68

3.5.3 Mô phỏng sự phục thuộc của P d và xác P f với giá trị quyết định 69

3.6 Kết luận chương 70

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CỦA VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 72

4.1 Giới thiệu chương 72

4.2 Ứng dụng của vô tuyến nhận thức 72

4.2.1 Các mạng lưới thông minh (Smart Grid Networks) 72

4.2.2 Mạng an ninh công cộng (Public Safety Networks) 75

4.2.3 Mạng tế bào (Cellular Networks) 78

4.2.4 Mạng y tế không dây (Wireless Medical Networks) 81

4.3 Kết luận chương 84

KẾT LUẬN 85

PHỤ LỤC 1: CODE MÔ PHỎNG MATLAB 87

PHỤ LỤC 2: TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DANH SÁCH CHÚ THÍCH HÌNH VẼ 93

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân, được

thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Đặng Quang Hiếu Các số liệu

cũng như những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung

thực và chưa được công bố dưới bất cứ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Nguyễn Thanh Bình

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển độ lợi tự động

AWGN Additive white Gaussian noise Nhiễu trắng cộng Gaussian

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CSD Cyclic Spectral Density hàm mật độ phổ tuần hoàn

DFS Dynamic Frequency Selection Lựa chọn tần số động

DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số

Commission

Ủy ban truyền thông Hoa Kỳ

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Viện kỹ nghệ điện và điện tử

IPD Incumbent Profile Detection Bộ phát hiện các thông tin về hoạt

động của thuê bao được cấp phép

LAN Local Area Network Mạng nội bộ

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

ROC Receiver Operating Characteristic Đặc tính thu phát

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

VCO Voltage-Controlled Oscillator Bộ dao động điều khiển bằng điện

áp

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1: Minh họa hố phổ [1] 6

Hình 1 2: Các hoạt động chính của mạng vô tuyến nhận thức 7

Hình 1 3: Các chức năng giao tiếp trong mạng vô tuyến nhận thức [1] 8

Hình 1 4: Phân loại các công nghệ chia sẻ phổ tần 12

Hình 1 5: Kiến trúc vật lí của vô tuyến nhận thức [1] 14

Hình 1 6: Cấu trúc tổng quát bộ thu phát SDR 17

Hình 1 7: So sánh hệ thống vô tuyến thông thường, SDR và CR 18

Hình 1 8: Quan hệ giữa vô tuyến nhận thức và SDR 18

Hình 1 9: Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến nhận thức dựa trên SDR 20

Hình 1 10: Kiến trúc phân lớp tổng quát cho vô tuyến nhận thức [1] 21

Hình 2 5: Người dùng vô tuyến nhận thức gây nhiễu máy thu sơ cấp [3] 34

Hình 2 6: Cảm biến hợp tác trong môi trường fading và shadowing [3] 35

Hình 2 13: Cấu trúc tổng thể của cơ cấu cảm biến phổ tối ưu 47

Hình 2 14: Tối ưu thời gian truyền dẫn và thời gian quan sát [4] 53

Hình 2 15: Mối quan hệ giữa hiệu suất truyền dẫn và các tham số tối ưu [4] 54

Hình 3 1: Sơ đồ thuật toán thực hiện dò năng lương [2] 61

Hình 3 2: Đồ thị xác suất phát hiện tín hiệu theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm 68

Hình 3 3: Đường ROC thuật toán dò năng lượng trên kênh truyền AWGN 69

Hình 3 4: Sự phụ thuộc của Pd và Pf vào giá trị ngưỡng quyết định 70

Hình 4 1: Mạng lưới thông minh [5] 74

Hình 4 2: Mạng an ninh công cộng [5] 77

Hình 4 3: Mạng di động tế bào [5] 79

Hình 4 4: Mạng y tế cá nhân [5] 83

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự bùng nổ của công nghệ, điện thoại thông minh, mạng xã

hội, nhu cầu chia sẻ dữ liệu, hình ảnh, video… gia tăng nhanh chóng gây ra áp lực

rất lớn về lưu lượng trên các hệ thống truyền tải Cùng với việc dải tần ngày càng bị

thu hẹp do nhiều dịch vụ mới được cấp phép dẫn đến yêu cầu phải tận dụng tối đa

tài nguyên phổ tần số Hiện tại, các hệ thống thông tin vô tuyến được áp dụng chính

sách cấp phát tần số cố định Theo đó, các ứng dụng khác nhau được cấp phép với

những dải tần số (băng thông) đã được hoạch định sẵn bởi cơ quan quy hoạch phổ

tần Quốc gia Việc cấp phép dải tần cố định này đảm bảo người dùng dịch vụ ở dải

tần này không gây can nhiễu đến những người dùng ở dải tần khác Tuy có nhiều ưu

điểm nhưng nhược điểm lớn nhất của phương pháp cấp phát tần số cố định là không

tận dụng được tối đa tài nguyên băng thông Theo Ủy ban truyền thông liên bang

Hoa Kì – FCC hiệu suất sử dụng dải tần số đã được cấp phép chỉ khoảng 15-85%

trên phổ tần khả dụng Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết đó là phát triển một công

nghệ vô tuyến mới có khả năng nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần, tránh lãng phí

tài nguyên tần số

Công nghệ Cognitive Radio (vô tuyến nhận thức) được phát triển để đáp ứng

nhu cầu trên Hệ thống vô tuyến nhận thức bằng những kỹ thuật riêng của mình sẽ

khai thác các dải thông có thời điểm bị bỏ trống để cung cấp băng thông cho các

dịch vụ vô tuyến thông qua kiến trúc mạng tiên tiến, mềm dẻo và khả năng truy cập

phổ tần linh hoạt Vô tuyến nhận thức hoạt động trên nền hệ thống vô tuyến được

định nghĩa bằng phần mềm hứa hẹn là một trong những công nghệ đầy triển vọng,

phù hợp với tiến trình phát triển của các hệ thống thông tin vô tuyến

Luận văn tập trung nghiên cứu mạng vô tuyến nhận thức và đặc biệt đi sâu

vào kỹ thuật cảm biến phổ (kỹ thuật quan trọng nhất trong vô tuyến nhận thức)

Luận văn đã làm rõ được cái nhìn tổng quát của mạng vô tuyến nhận thức và các kỹ

thuật cảm biến phổ Kỹ thuật cảm biến phổ dựa trên phương pháp dò năng lượng

cũng được trình bày cụ thể Những thông số của kỹ thuật dò năng lượng được mô

phỏng bằng phần mềm Matlab giúp đã kiểm chứng được tính đúng đắn của lý

thuyết Phần cuối đề cập đến những ứng dụng của vô tuyến nhận thức trong các hệ

thống vô tuyến hiện nay

Do nội dung đề tài là một vấn đề mới cùng với thời gian và kiến thức còn

hạn chế nên luận văn này không tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong được sự

đánh giá, nhận xét và góp ý của các Thầy cô để luận văn có thể hoàn thiện hơn Tôi

xin trân trọng cảm ơn TS Đặng Quang Hiếu đã định hướng, giúp đỡ tận tình trong

suốt quá trình thực hiện luận văn này Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 17 tháng 03 năm 2014 Học viên

Nguyễn Thanh Bình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

Vô tuyến nhận thức là một công nghệ mới mang đến những thay đổi mang

tính cách mạng trong việc sử dụng tài nguyên phổ tần số Công nghệ vô tuyến nhận

thức được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần, những người dùng vô

tuyến nhận thức có khả năng sử dụng những dải tần chia sẻ mà không gây nhiễu tới

các người dùng được cấp phép Vô tuyến nhận thức cho phép các thiết bị đầu cuối

có thể cảm biến và sử dụng một cách linh hoạt phổ tần sẵn có tại một thời điểm nhất

định Chương 1 sẽ đề cập cái nhìn tổng quan về công nghệ vô tuyến nhận thức, các

khái niệm, đặc tính cũng như hoạt động của vô tuyến nhận thức

Vô tuyến nhận thức là một công nghệ mới, do đó định nghĩa “Vô tuyến nhận

thức” được các cá nhân và tổ chức trên thế giới nhìn nhận theo nhiều cách khác

nhau Một định nghĩa về các hệ thống thích nghi – AS đã được giới thiệu trong các

quy định vô tuyến cách đây một thập kỷ Các hệ thống thích nghi được định nghĩa

là có khả năng tự thay đổi các thông số, trong đó có tần số và công suất để tăng

cường chất lượng thu Hiện nay, những hệ thống như vậy bị giới hạn bởi các băng

tần trung và cao, do các điều kiện truyền dẫn thay đổi nhiều Các quy định quản lý

khả thi cho các hệ thống thích nghi đang hạn chế hoạt động của các hệ thống này ở

các băng do các dịch vụ dành cho an ninh cũng như các dịch vụ thiên văn học vô

tuyến, xác định vô tuyến, các dịch vụ nghiệp dư và quảng bá Cùng với sự phát triển

của công nghệ, khả năng của các hệ thống thích ứng được cải thiện Phần mềm

đóng một vai trò quan trọng trong khía cạnh này và ngày càng khả thi hơn trong

việc phân tích môi trường vô tuyến và điều chỉnh các thông số của hệ thống theo

môi trường Chẳng hạn việc kết hợp thiết bị vô tuyến và phần mềm mang lại hương

đi mới trong giải quyết vấn đề nghẽn tần số và tăng cường hiệu quả của việc sử

dụng tần số

Thuật ngữ “vô tuyến nhận thức” lần đầu tiên xuất hiện trong một tờ báo năm

1999, nó được Joseph Mitola định nghĩa như sau: “Vô tuyến nhận thức là mô hình

vô tuyến sử dụng những suy luận chặt chẽ để đạt được mục tiêu cụ thể đã thiết lập

trong các miền vô tuyến liên quan”

Cũng trong công trình nghiên cứu về công nghệ vô tuyến nhận thức của một

bài báo, tác giả Simon Haykin đã nêu định nghĩa sau: “Vô tuyến nhận thức là một

hệ thống truyền thông không dây nhận thức có khả năng nhận biết về môi trường

xung quanh nó từ đó học hỏi 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: truyền

thông độ tin cậy cao tại mọi thời điểm và sử dụng hiệu quả phổ tần số vô tuyến”

FCC định nghĩa vô tuyến nhận thức dựa trên nền tảng vận hành máy phát

như sau: “Là một hệ thống vô tuyến mà có thể thay đổi các tham số của máy phát

dựa trên sự tương tác với môi trường mà nó hoạt động”

Trong khi trợ giúp FCC nỗ lực đưa ra định nghĩa vô tuyến nhận thức, IEEE

đã đưa ra định nghĩa: “Một bộ phát/thu tần số vô tuyến mà được thiết kế để phát

hiện một cách thông minh các phân đoạn riêng lẻ của phổ tần đang được sử dụng, từ

đó có thể truy nhập vào các phổ tần chưa được sử dụng một cách nhanh chóng, linh

hoạt, không gây nhiễu tới các người dùng được cấp phép”

Hay một định nghĩa khác đi sâu vào cách thức hoạt động, cấu trúc của vô

tuyến nhận thức: “Vô tuyến nhận thức là hệ thống mà các phần tử của nó có khả

năng thay đổi các tham số (công suất, tần số, các tham số điều chế,…) trên cơ sở

cảm nhận và tương tác với môi trường hoạt động Theo đó, thiết bị vô tuyến định

nghĩa bằng phần mềm – SDR sẽ là một phần tử quan trọng trong hệ thống vô tuyến

nhận thức Các tham số của SDR có thể thay đổi một cách linh động bằng phần

mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng Mục đích của vô tuyến nhận

thức 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 hoạt

động trên dải tần đó”

Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần như trên, vô tuyến nhận thức

phải có những tính chất cơ bản như sau:

- Tự động điều phát hiện và chỉnh tần số khi tần số này bị chiếm bởi người sử

dụng được cấp phép

- Thiết lập các thông số của mạng và hoạt động trên một phần hoặc toàn bộ

băng tần được cấp phát

- Chia sẻ kênh tần số và điều khiển công suất thích ứng theo điều kiện cụ thể

của trường vô tuyến, mà ở đó tồn tại nhiều loại hình dịch vụ vô tuyến cùng

chiếm dụng

- Thực hiện thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền và các sơ đồ mã hoá sửa

lỗi để cho phép đạt được băng thông tốt nhất có thể

- Tạo và điều khiển búp sóng thích ứng (Adaptive Beamforming) theo đối

tượng truyền thông

Cuối cùng ta có thể tiến tới một định nghĩa chung nhất về vô tuyến nhận thức

như sau: Vô tuyến nhận thức là hệ thống có khả năng phân tích, cảm nhận môi

trường xung quanh, từ đó thay đổi các tham số truyền dẫn để đạt được mục đích

sử dụng phổ tần sẵn có một cách hiệu quả và tiết kiệm nhất

Từ định nghĩa trên ta có thể thấy vô tuyến nhận thức có hai đặc điểm chính sau:

- Khả năng nhận thức: Khả năng mà công nghệ vô tuyến có thể nắm bắt hoặc

cảm nhận 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 nhiễu ảnh

hưởng tới những người dùng khác 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, hệ thống có thể lựa chọn được khoảng phổ tốt nhất và các thông số

hoạt động phù hợp nhất không gây ảnh hưởng đến người dùng được cấp

phép

- Tính tự cấu hình: Tính tự cấu hình cho phép vô tuyến nhận thức có khả năng

tự động thích ứng theo sự thay đổi của môi trường vô tuyến Đặc biệt, vô

tuyến nhận thức có thể được lập trình để truyền và nhận trên các tần số khác

nhau và để sử dụng các công nghệ truy nhập truyền dẫn khác nhau được hỗ

trợ bởi phần cứng Một số thông số tự cấu hình cần chú ý là: tần số hoạt

động, tham số điều chế, công suất phát Mục tiêu cơ bản của vô tuyến nhận

thức là tận dụng được phổ tần có sẵn một cách tốt nhất thông qua khả năng

tự nhận thức và tính tự cấu hình Vì hầu hết phổ tần đã được gán, nên thách

thức lớn nhất là sử dụng chia sẻ phổ tần được cấp phép mà không gây can

nhiễu tới quá trình truyền dẫn của những người dùng được cấp phép khác

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 dải phổ này

được người dùng sơ cấp (người dùng được cấp phép) sử dụng tiếp thì những

người dùng vô tuyến nhận thức phải chuyển đến hố phổ khác hoặc nếu vẫn ở

trong cùng một băng thì phải thay đổi mức công suất phát hoặc sơ đồ điều

chế để tránh nhiễu:

Hình 1 1: Minh họa hố phổ [1]

Hoạt động của vô tuyến nhận thức có thể được mô tả như hình 1.2 dưới đây:

Môi trường vô tuyến

Cảm biến dải phổ tần

số chưa được sử dụng CẢM BIẾN PHỔ

Đặc tính phổ tần

Lựa chọn dải tần số tốt nhất để hoạt động QUYẾT ĐỊNH PHỔ

Đảm bảo nhu cầu kết nối liên tục của người

dùng DỊCH CHUYỂN PHỔ

Lập kế hoạch sử dụng phổ cho người dùng CHIA SẺ PHỔ

Hố phổ

Quy tắc quyết định

Dung lượng kênh truyền

Dò người dùng sơ cấp Tín hiệu thu/phát

Hình 1 2: Các hoạt động chính của mạng vô tuyến nhận thức

Hình 1.2 thể hiện các nhiệm vụ chính của một mạng vô tuyến nhận thức Các nhiệm

vụ này có thể được phân loại như sau:

- Cảm nhận phổ/Cảm biến phổ: Vô tuyến nhận thức giám sát các dải phổ sẵn

có, thực hiện các kỹ thuật cảm biến phổ để xác định vị trí các hố phổ hay

vùng phổ tạm thời chưa được sử dụng

- Quản lý phổ: Chiếm giữ phần phổ tần tốt nhất để đưa ra các kế hoạch phân

bổ phổ cho các người dùng một cách hợp lý

- Dịch chuyển phổ: Đảm bảo các yêu cầu truyền thông thông suốt và liên tục

- Chia sẻ phổ: Phân chia phổ tần hợp lý giữa các người dùng vô tuyến nhận

thức đang cùng tồn tại

Các mạng vô tuyến nhận thức cho phép các giao thức truyền thông nhận biết

phổ Tuy nhiên, việc sử dụng phổ tần động gây ra các ảnh hưởng bất lợi đến các hệ

thống vô tuyến sử dụng dải tần cấp phép cố đinh

Hình 1.3 minh họa giao thức giao tiếp giữa các lớp trong mô hình mạng vô

tuyến nhận thức Chính sự tác động này đòi hỏi mạng vô tuyến nhận thức phải có

chức năng thiết kế đa lớp Đặc biệt, việc cảm biến phổ và chia sẻ phổ phải được kết

hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng phổ Trong chức năng chia sẻ và dịch chuyển

phổ, các chức năng ở lớp ứng dụng, truyền tải, định tuyến, truy nhập phương tiện và

lớp vật lí được thực hiện đồng thời

Hình 1 3: Các chức năng giao tiếp trong mạng vô tuyến nhận thức [1]

Như vậy, chức năng cảm biến phổ tần được thực hiện tại lớp vật lý trong khi

chức năng chia sẻ phổ được thực hiện chủ yếu tại lớp liên kết dữ liệu

Các công nghệ vô tuyến nhận thức cung cấp khả năng sử dụng và chia sẻ phổ

theo cơ hội Các kỹ thuật truy nhập phổ tần động cho phép vô tuyến nhận thức hoạt

động trong kênh tốt nhất có sẵn Cụ thể hơn, công nghệ vô tuyến nhận thức cho

phép người dùng có các khả năng:

- Xác định các khoảng phổ sẵn có và phát hiện ra những người dùng sơ cấp

khi người dùng đó hoạt động trong băng cấp phép – Cảm biến phổ

- Lựa chọn kênh tốt nhất trong vùng phổ trống – Quản lí phổ

- Phân bổ phổ tần khả dụng cho người dùng – Chia sẻ phổ

- Bỏ kênh đang chiếm dụng khi phát hiện người dùng sơ cấp – Dịch chuyển

phổ

1.4.1 Cảm biến phổ

Một yêu cầu quan trọng của mạng vô tuyến nhận thức là cảm nhận các hố

phổ Như đã nêu trên, một mạng vô tuyến nhận thức được thiết kế để cảm nhận và

nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường vô tuyến xung quanh Chức năng cảm

biến phổ cho phép vô tuyến nhận thức thích ứng với môi trường xung quanh để phát

hiện các hố phổ Một trong những cách hiệu quả nhất để phát hiện các hố phổ là

phát hiện các người dùng sơ cấp đang truyền nhận dữ liệu trong vùng hoạt động

trong vùng phổ cảm biến Tuy nhiên, trên thực tế rất khó cho một mạng vô tuyến

nhận thức có thể đo trực tiếp các thông số của kênh đang sử dụng giữa máy phát và

thu của người dùng sơ cấp Do vậy, phương pháp khả thi là tập trung vào việc phát

hiện máy phát sơ cấp dựa trên các quan sát cục bộ của người dùng vô tuyến nhận

thức (Các kỹ thuật cảm biến phổ sẽ được trình bày cụ thể trong chương 2)

1.4.2 Quản lý phổ

Trong mạng vô tuyến nhận thức, các khoảng phổ chưa sử dụng sẽ được trải

ra trên một vùng tần số rộng bao gồm cả băng tần cấp phát và không cấp phát Các

khoảng phổ này được phát hiện thông qua cảm biến phổ (Spectrum Sensing) Theo

đó, các dữ liệu cảm biến không chỉ thay đổi theo thời gian mà còn thay đổi 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

phải được tính toán dựa trên đặc tính phổ động Chúng ta phân loại các chức năng

này thành:

- Cảm biến phổ

- Phân tích phổ

- Quyết định phổ

Trong đó, cảm biến phổ như đã đề cập ở trên là chức năng thuộc lớp vật lý,

phân tích phổ và quyết định phổ thuộc chức năng của các lớp cao hơn

1.4.2.1 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 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 cụ thể cần phải phân tích các

thông số như 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 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 sơ cấp,

sẽ suy ra công suất phát cho phép của người dùng, qua đó có thể ước tính

dung lượng kênh

- Suy hao đường truyền: Khi tần số tăng, suy hao đường truyền cũng tăng Do

đó, nếu công suất phát của người dùng không đổi thì vùng phủ sẽ thu hẹp tại

các tần số cao Nếu 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, 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 yêu cầu các giao thức lớp liên kết dữ liệu là khác nhau tại các băng tần

khác nhau Điều này gây ra trễ truyền dẫn gói giữa các lớp liên kết dữ liệu

khác nhau

- Thời gian nắm giữ: Các hoạt động của người dùng sơ cấp 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 giao

thống kê

1.4.2.2 Quyết định phổ

Khi tất cả các băng tần đã sẵn có, thì cần phải lựa chọn được băng tần phù

hợp nhất với các yêu cầu về QoS và các đặc tính phổ Do vậy, quản lý phổ cần phải

biết được các yêu cầu về QoS của người dùng Dựa vào đó xác định tốc độ dữ liệu,

tỷ lệ lỗi chấp nhận được, giới hạn trễ, mô hình truyền dẫn và băng tần truyền Cuối

cùng là lựa chọn băng tần phù hợp theo một số qui tắc quyết định Các quy tắc chọn

lựa được đề xuất dựa trên tính công bằng và tầm quan trọng của thông tin truyền

thông

1.4.3 Dịch chuyển phổ

Dịch chuyển phổ được định nghĩa là quá trình một người dùng mạng vô

tuyến nhận thức thay đổi tần số hoạt động của mình Quá trình này được gọi là quá

trình chuyển giao phổ Trong mạng vô tuyến nhận thức, chuyển giao phổ xảy ra khi

các điều kiện kênh hiện thời có biểu hiện xấu đi hoặc có sự trở lại của người dùng

sơ cấp Các giao thức giữa các lớp khác nhau trong mạng phải phù hợp với các tham

số kênh Mục đích của việc dịch chuyển phổ trong mạng vô tuyến nhận thức là để

đảm bảo quá trình truyền dẫn xảy ra liên tục, chất lượng và không gây ảnh hưởng

xấu đến người dùng chín trong cùng phổ được cấp phép

1.4.4 Chia sẻ phổ

Trong mạng vô tuyến nhận thức, một trong những thách thức chính khi sử

dụng phổ tần động 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, chức

năng chia sẻ phổ tương tự với công nghệ phân bổ tài nguyên và đa truy nhập đa

người dùng trong lớp MAC của các hệ thống truyền thông hiện nay Vấn đề chính

trong việc chia sẻ phổ là sự tồn tại đồng thời giữa những người dùng vô tuyến nhận

thức và các người dùng sơ cấp cũng như việc quản lý các băng thông không liên

tục Dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau, các kỹ thuật chia sẻ phổ có thể được phân

loại theo nhiều cách khác nhau

Cấu trúc mạng

Tập trung Phân tán

Phương thức cấp phát phổ tần số Hợp tác Không hợp tác

Phương thức truy nhập phổ tần số

Hình 1 4: Phân loại các công nghệ chia sẻ phổ tần

- 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

- Theo cách thức cấp phát phổ tần, có thể phân loại thành chia sẻ phổ hợp tác

và không hợp tác Với kỹ thuật chia sẻ phổ hợp tác mỗi nút chia sẻ kết quả

cảm biến phổ của nó với các nút khác, sau đó thuật toán phân bổ phổ sẽ

quyết định dựa trên các thông tin này; trái lại chia sẻ phổ không hợp tác có

nghĩa là các nút tự nó quyết định chia sẻ phổ

- Theo công nghệ truy nhập có thể phân thành chia sẻ phổ “Overlay” và chia

sẻ phổ “Underlay” Overlay có nghĩa là người dùng truy nhập mạng thông

qua hố phổ không được sử dụng, thực tế thì là ghép kênh phân chia thời gian

giữa các người dùng vô tuyến nhận thức và người dùng chính, do đó nhiễu

tới người dùng sơ cấp là nhỏ nhất Underlay có nghĩa là một người dùng vô

tuyến nhận thức có thể dùng công nghệ trải phổ như CDMA và UWB để chia

sẻ cùng một băng tần với người dùng cấp phép, trong trường hợp này thì

người dùng cấp phép sẽ coi các người dùng vô tuyến nhận thức như là nhiễu

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

1.5 Kiến trúc vật lí của vô tuyến nhận thức

Kiến trúc tổng quan của bộ thu phát vô tuyến nhận thức được chỉ ra trên hình

1.5(a) 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 tương tự số_A/D

Trong khối xử lí băng gốc, tín hiệu được điều chế/giải điều chế, mã hóa/giải mã

Khối xử lí băng gốc của mạng vô tuyến nhận thức về bản chất cũng tương tự như bộ

thu phát đang tồn tại Tuy nhiên, điểm mới ở mạng vô tuyến nhận thức nằm ở đầu

cuối RF

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 biến phổ cũng cho phép việc đo lường trong thời gian thực các thông tin

phổ từ môi trường vô tuyến

Hình 1 5: Kiến trúc vật lí của vô tuyến nhận thức [1]

(a) Bộ thu phát của vô tuyến nhận thức (b) Kiến trúc đầu cuối RF/tương tự băng rộng Nói chung, kiến trúc đầu cuối băng rộng cho mạng vô tuyến nhận thức được

miêu tả như trên hình 1.5(b) Đầu cuối RF của mạng vô tuyến nhận thức bao gồm

các thành phần sau:

- Bộ lọc RF: lựa chọn băng mong muốn bằng cách lọc thông dải tín hiệu RF

nhận được

- Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA): LNA khuếch đại tín hiệu mong muốn

đồng thời giảm thiểu các thành phần tạp âm

- Bộ trộn: tại bộ trộn, tín hiệu nhận được được trộn với tần dao động nội và

được chuyển đổi thành tần số băng gốc (Base band) hoặc trung tần (IF)

- Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (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 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 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 và “máy thu đổi

tần” lại sử dụng bộ lọc thông dải

- Điều khiển độ lợi tự động (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 vào đầu cuối RF, được lấy mẫu bởi

bộ chuyển đổi tương tự/số tốc độ cao và thực hiện đo đạc để phát hiện sự có mặt

của người dùng sơ cấp

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 Khả năng

này đòi hỏi phải có bộ chuyển đổi tương tự/số 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 A/D tốc độ vài GHz cần phải

giảm bớt dải động của tín hiệu bằng cách lọc các tín hiệu mạnh Vì các tín hiệu

mạnh có thể nằm ở bất cứ đâu trong dải phổ rộng, nên cần phải có các bộ lọc khả

chỉnh (Tunable Notch Filters) 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 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 sơ cấp qua một dải phổ tần rộng

Điều này đỏi hỏi yêu cầu hệ thống có phần cứng đủ mạnh Do vậy, việc thực hiện

đầu cuối RF băng rộng và bộ chuyển đổi tương tự/số là vấn đề quan trọng hàng đầu

trong các mạng vô tuyến nhận thức Phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét mô hình

tham khảo khi thực hiện vô tuyến nhận thức dựa trên SDR Từ đó thấy được sự

khác nhau cơ bản nhất giữa hệ thống vô tuyến nhận thức và hệ thống vô tuyến định

nghĩa bằng phần mềm, đồng thời thấy được các ưu điểm vượt trội của mạng vô

tuyến nhận thức

1.6.1 Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm

Trước khi trình bày kiến trúc của hệ thống vô tuyến nhận thức, ta sẽ đi sơ

qua về hệ thống vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm, nó được coi là nền tảng cho

việc thực hiện vô tuyến nhận thức trong tương lai

SDR là một hệ thống truyền thông không dây có thể cấu hình lại, trong đó

các tham số truyền dẫn (như băng tần hoạt động, phương thức điều chế, giao thức )

có thể được điều khiển một cách tự động Chức năng này được thực hiện bởi các

thuật toán xử lý tín hiệu được điều khiển bằng phần mềm SDR là chìa khóa để thực

thi hệ thống vô tuyến nhận thức Dựa theo vùng hoạt động của nó thì SDR có thể là:

- Một hệ thống đa băng tần: SDR sẽ hỗ trợ nhiều băng tần khác nhau được sử

dụng bởi một hệ thống vô tuyến (ví dụ, GSM900, GSM1800, GSM1900)

- Một hệ thống đa chuẩn: SDR sẽ hỗ trợ nhiều chuẩn khác nhau (ví dụ GSM,

WCDMA, CDMA2000, WiMAX, WiFi) Các giao diện vô tuyến khác nhau

với cùng một chuẩn (ví dụ IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n,

802.11ac trong chuẩn WiFi) cũng có thể được hỗ trợ bởi SDR

- Một hệ thống hỗ trợ đa dịch vụ: SDR sẽ hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ, ví dụ

như thoại tế bào hay truy cập internet không dây băng rộng

- Một hệ thống đa kênh: SDR có thể hoạt động truyền/nhận dữ liệu trên nhiều

băng tần cùng lúc

Vô tuyến định nghĩa phần mềm sử dụng các vi xử lý số khả trình để thực

hiện xử lý dữ liệu cần thiết để truyền và nhận các thông tin băng tần cơ sở tại tần số

vô tuyến Cấu trúc tổng quát của bộ thu phát SDR được mô tả trong hình 1.6:

Hình 1 6: Cấu trúc tổng quát bộ thu phát SDR Hầu hết các thành phần trong cấu trúc của SDR (như bộ xử lý tín hiệu, bộ

chuyển đổi tương tự/số, bộ xử lý băng tần cơ sở ) đều tương tự với vô tuyến truyền

thống, chỉ khác ở chỗ là các thành phần này trong SDR có thể được điều khiển bởi

các giao thức ở lớp cao hơn hoặc có thể được cấu hình lại bởi các module vô tuyến

nhận thức

Trong SDR các đặc tính về tần số sóng mang, băng thông tín hiệu, điều chế,

và truy nhập mạng đều được định nghĩa bằng phần mềm Ngày nay, các SDR cũng

được thực hiện các mật mã bảo mật cần thiết; mã hóa sửa lỗi trước (FEC); và mã

hóa nguồn tiếng nói hình ảnh, hoặc dữ liệu trong phần mềm

1.6.2 Mô hình thực hiện vô tuyến nhận thức

Như đã đề cập ở trên SDR là cơ sở để thực hiện hệ thống vô tuyến nhận thức

Lí do rất đơn giản: SDR cung cấp một mặt bằng vô tuyến rất mềm dẻo, ở đó ta có

thể lập trình và điều khiển thích ứng bởi một khối giám sát trung tâm Các công

nghệ điện tử hiện tại, bao gồm vi xử lý nhanh, ADC/DAC tốc độ cao, bộ tổng hợp

tần số tốc độ cao, công nghệ vi điện tử,… đã khiến cho SDR có thể thực hiện được

với chi phí rất hợp lí và kích thước nhỏ gọn Các hệ thống SDR hiện tại có thể thực

hiện vô tuyến nhận thức thực sự trong tương lai Hình 1.7 so sánh vô tuyến thông

thường, vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm và vô tuyến nhận thức.:

RF Điều chế Mã hóa Tạo khung Xử lý tín hiệu

RF Điều chế Mã hóa Tạo khung Xử lý tín hiệu

RF Điều chế Mã hóa Tạo khung Xử lý tín hiệu

Xử lý nhận thức (cảm nhận, quyết định, chia

sẻ) Phần cứng

Hình 1 7: So sánh hệ thống vô tuyến thông thường, SDR và CR

Từ sơ đồ trên, vô tuyến nhận thức có thể thực hiện hoàn toàn chỉ dựa trên

những thay đổi ở cấu trúc phần mềm và không thay đổi cấu trúc phần cứng bên

trong như các hệ thống vô tuyến trước đây Để phát triển vô tuyến nhận thức từ

SDR, ta chỉ cần thêm vào SDR các khối xử lí nhận thức như DFS, TPC và IPD

Điểm khác biệt chủ yếu của vô tuyến nhận thức so với vô tuyến được định nghĩa

bằng phần mềm (SDR) là khả năng nhận thức, tự động thích ứng nhanh chóng với

sự thay đổi của môi trường vô tuyến Trong khi SDR chỉ có thể thay đổi các quyết

định theo môi trường trong phạm vi một tập các lựa chọn được cấu hình sẵn qua

phần mềm, thì vô tuyến nhận thức có khả năng tự cấu hình, tức là nó có thể thích

ứng ngay với điều kiện của môi trường mà không cần cấu hình trước Như vậy, vô

tuyến nhận thức thích nghi với môi trường phổ; trong khi SDR lại thích nghi với

môi trường mạng, và chúng có một phần chồng lên nhau về chức năng

Hình 1 8: Quan hệ giữa vô tuyến nhận thức và SDR

Sơ đồ khối của mạng vô tuyến nhận thức dựa trên các module SDR được chỉ

ra trên hình 1.9 Hai khối quan trọng nhất là module máy thu bao bởi các đường

gạch ngang phía trên và module máy phát được bao bởi khối đường gạch ngang

phía dưới của sơ đồ Khối đầu tiên bên trái hình vẽ là anten băng rộng, khối này

giống như cái cổng vào vô tuyến nhận thức, nó thực hiện điều khiển băng tần vô

tuyến nhận thức hoạt động bằng tần số RF của nó Một mạng vô tuyến nhận thức có

thể quét một băng tần tương đối rộng để đáp ứng với sự thay đổi của môi trường

Do đó, băng tần tổng cộng cho một mạng vô tuyến nhận thức phụ thuộc vào các ứng

dụng và dịch vụ của nó

Trên hình vẽ, băng tần tổng cộng cho anten băng rộng được biểu thị bởi

𝛥𝑓𝑖

𝑁

𝑖=1 Băng tần tổng cộng này được chia thành N phần, mỗi phần được gán một

SDR nhất định để hoạt động Sau anten băng rộng, bộ ghép song công sẽ điều khiển

anten chia sẻ với các tín hiệu thu và phát để có thể tách hiệu quả các tín hiệu đi vào

và tín hiệu ra ngoài Khối lựa chọn tần số động DFS đã được đưa vào để tránh các

tín hiệu radar của mạng IEEE 802.11a hoạt động trong băng 5 GHz U-NII DFS liên

quan tới quá trình lựa chọn tần số tự động, nhằm đạt được một số mục tiêu nhất

định (như tránh nhiễu có hại ảnh hưởng tới hệ thống vô tuyến với độ ưu tiên cao

hơn) trong mạng vô tuyến nhận thức

Anten băng rộng song côngBộ ghép

Bộ lựa chọn tần số động (DFS)

Bộ SDR 1 (Δf1)

Tự cấu hình các tham

số hệ thống Phối hợp giữa các kênh tần số

để lựa chọn phổ

Bộ phát hiện người dùng sơ cấp

(IPD)

Bộ tổng hợp thích ứng (AS)

Bộ điều khiển công suất phát (TPC) Cổng định thời

Bộ SDR 1 (Δfn)

Bộ SDR 1 (Δf2) Anten băng rộng

Mô-đun máy thu

Mô-đun máy phátHình 1 9: Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến nhận thức dựa trên SDR

Có N khối SDR hoạt động song song trong mô-đun máy thu ở hình 1.9, mỗi

khối đảm nhiệm một phần băng tần riêng Lí do sử dụng nhiều SDR song song, thay

vì sử dụng một SDR, là lượng dữ liệu cần xử lí trong mỗi phần băng tần khác nhau

(f i , trong đó i=1, …, N), trước khi thực hiện bất kì một quyết định “nhận thức” nào

trong mạng vô tuyến nhận thức Mặt khác, chúng ta cũng có thể thực hiện một

mạng vô tuyến nhận thức chỉ sử dụng một khối SDR duy nhất Tuy nhiên, hệ thống

SDR đó yêu cầu phải có năng lực xử lí cao để thực hiện tất cả các việc xử lí dữ liệu

trong một khoảng thời gian đủ ngắn

Tất cả dữ liệu đầu ra sau đó sẽ được đưa đến một khối, khối này có nhiệm vụ

đưa ra các quyết định nhận thức Các quyết định này bao gồm việc lựa chọn và kết

hợp thông tin đã phát hiện được nhằm có được các thông tin ở đầu ra mong muốn

Trong hình 1.9, module máy phát thực hiện nhiệm vụ gửi thông tin Bộ tổng

hợp thích ứng (Adaptive Synthesizer) có nhiệm vụ tạo ra sóng mang tham chiếu

chính xác để thực hiện quá trình điều chế và đổi tần Để thực hiện việc này, mô-đun

máy phát cũng cần các thông tin hữu ích từ khối IPD, khối này cung cấp biểu đồ

định vị tần số sóng mang hiện thời, thời gian biểu chương trình của máy cấp phổ,

thông tin về công suất phát… Thông tin này giúp xác định mức công suất phát

chính xác để đảm bảo việc truyền từ vô tuyến nhận thức không gây nhiễu với những

người dùng đã hoạt động Các chức năng tương tự sẽ được thực hiện trong khối

cổng chia thời gian (Timing Gate), khối này điều khiển các khe thời gian truyền, để

việc truyền từ mạng vô tuyến nhận thức sẽ chỉ xảy ra khi vùng phổ đã trống Kiến

trúc phân lớp tổng quát cho vô tuyến nhận thức đã được chỉ ra trong hình 1.9 Hình

1.10 dưới đây chỉ mô tả cụ thể hai lớp: lớp vật lí và lớp liên kết dữ liệu

Hình 1 10: Kiến trúc phân lớp tổng quát cho vô tuyến nhận thức [1]

Quét phổ (Spectrum Scanning) là một trong những chức năng quan trọng

nhất ở lớp PHY của mạng vô tuyến nhận thức Trong phương pháp này, tất cả vùng

phổ của toàn bộ băng tần hoạt động đều được quét để phát hiện hố phổ Việc quét

này phải thực hiện để lưu lại các chu kì của tần số sóng mang, cho phép vô tuyến

nhận thức có thể tìm được vị trí khe thời gian trong tần số sóng mang đúng để gửi

dữ liệu Điều này sẽ đòi hỏi khả năng xử lí băng tần phổ rộng kết hợp với việc thực

hiện phân tích thời gian, không gian và phổ Vô tuyến nhận thức cần trao đổi các

thông tin cảm nhận trong vùng nó hoạt động để phát hiện ra những người dùng đang

gây nhiễu lẫn nhau một cách tối ưu Việc hợp tác giữa những người dùng khác nhau

trong cùng một nhóm truyền thông sẽ rất quan trọng để ước tính chính xác nhiễu

Đo lường kênh (Channel Measurement): được sử dụng để xác định chất

lượng của các kênh đã quét được chia sẻ với nhiều người dùng sơ cấp Các thông số

kênh (như công suất phát, tốc độ bit,…) được xác định dựa trên các kết quả đo

lường kênh

Vô tuyến nhận thức phải có khả năng hoạt động tại tốc độ truyền dữ liệu

khác nhau, dạng điều chế thay đổi, các sơ đồ mã hóa kênh khác nhau và truyền các

mức công suất khác nhau Hệ thống MIMO cũng có thể được sử dụng để triệt nhiễu

không gian và tăng băng thông qua việc ghép kênh Kĩ thuật OFDM cũng có thể

được sử dụng để nâng cao hiệu quả băng tần và hiệu quả phát hiện

Lớp liên kết dữ liệu gồm ba khối chính: khối giao thức quản lí nhóm, MAC

và giao thức quản lí kết nối Giả sử bất kì một người dùng nào đều thuộc một nhóm

người dùng vô tuyến nhận thức cấp nhất định Giao thức quản lí nhóm được sử

dụng để phối hợp tất cả những người dùng trong cùng một nhóm Bất kì người dùng

mới nào cũng có thể lấy thông tin cần thiết về nhóm khi tham gia vào nhóm này

Giao thức liên kết dữ liệu được sử dụng để chọn lựa một kênh phù hợp tạo ra kết

nối truyền thông Lựa chọn này nên được thực hiện dựa trên các thông tin lấy được

từ việc quét phổ và IPD Một khi kết nối thứ cấp (Secondary Link) được thiết lập,

các giao thức liên kết dữ liệu có trách nhiệm duy trì kết nối Giao thức MAC hoạt

động dựa trên các thông tin đạt được từ PHY như “quét phổ” và “IPD”… Giao thức

MAC quyết định cách thức truy nhập kênh truyền và phụ thuộc vào kiểu dải thông

chia sẻ mà người dùng sơ cấp đang hoạt động Lớp con hội tụ (Convergence

Sublayer) trong lớp liên kết dữ liệu cung cấp kĩ thuật phối hợp trong vô tuyến nhận

thức để hoạt động trong các môi trường không dây khác nhau như: WWAN, WLAN

và WPAN …

1.7 Kết luận chương

Sự ra đời và phát triển của vô tuyến nhận thức đã giải quyết được những hạn

chế trong sử dụng phổ tần hiện nay Công nghệ truy nhập phổ tần động cho phép vô

tuyến nhận thức hoạt động tốt nhất trong kênh có sẵn Chương 1 đã trình bày tổng

quan về công nghệ cô tuyến nhận thức gồm định nghĩa, các nhiệm vụ chính như:

- Cảm biến phổ: Xác định các phần phổ sẵn có và phát hiện ra người dùng

được cấp phép khi người dùng đó hoạt động trong băng cấp phép

- Quyết định phổ: Lựa chọn kênh tốt nhất có sẵn

- Chia sẻ phổ: Đồng truy nhập tới các kênh đó với những người dùng khác

- Dịch chuyển phổ: Bỏ kênh đó khi phát hiện đã có người dùng được cấp phép

hoặc điều kiện kênh xấu

Ngoài ra, chương 1 cũng đã trình bày hoạt động của vô tuyến nhận thức

thông qua chu trình nhận thức, kiến trúc ngăn xếp cũng như kiến trúc vật lý của hệ

thống

CHƯƠNG 2 CẢM BIẾN PHỔ TRONG MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

2.1 Giới thiệu chương

Cảm biến phổ (Spectrum Sensing) một chức năng quan trọng nhất của mạng

vô tuyến nhận thức Cảm biến phổ cung cấp các thông tin về phổ để người dùng có

thể thích nghi với môi trường xung quanh, hoạt động trên phần phổ tần đang được

bỏ trống mà không làm ảnh hưởng đến những người dùng khác trong các mạng sơ

cấp – PN

Thiết bị vô tuyến nhận thức cảm biến dải tần tại môi trường vô tuyến xung

quanh để phát hiện và sử dụng các hố phổ cho mục đích thông tin của mình Tuy

nhiên, tại các hố phổ, người dùng sơ cấp có thể xuất hiện bất cứ lúc nào Vì vậy, để

không gây ảnh hưởng đến hoạt động của các người dùng sơ cấp thì hoạt động cảm

biến phổ yêu cầu cần phải nhanh và có độ chính xác cao Điều này tạo ra rất nhiều

khó khăn và thách thức trong nghiên cứu, đòi hỏi cần phải thiết kế các thuật toán

nhận thức có thể nâng cao chất lượng cảm biến phổ đối với từng hoàn cảnh cụ thể

Hơn nữa, phụ thuộc vào dạng kiến trúc mạng được triển khai, các phương thức cảm

biến được áp dụng cũng có thể khác nhau

Trong chương này chúng ta sẽ tập trung tìm hiểu việc thiết kế và các giải

pháp cảm biến phổ đang được nghiên cứu và ứng dụng trong mạng vô tuyến nhận

thức Qua đó, có được một cái nhìn bao quát về các vấn đề liên quan đến nhiệm vụ

cảm biến phổ trong vô tuyến nhận thức Nội dung của chương 2 sẽ được trình bày

- Phần 2.4: Tìm hiểu cơ cấu cảm biến phổ tối ưu cho mạng vô tuyến nhận thức

Độ chính xác và chi phí điều khiển là những vấn đề chính cần quan tâm khi

thiết kế các kỹ thuật cảm biến phổ Trong phần này chúng ta sẽ trình bày một số

những thách thức cơ bản cần được chú ý khi thiết kế giúp nâng cao chất lượng của

hoạt động cảm biến phổ

2.2.1 Yêu cầu phần cứng

Các kỹ thuật cảm biến phổ yêu cầu một thiết bị vô tuyến nhận thức phải có

khả năng cảm biến dải rộng và chuyển phổ tần rất nhanh Những khả năng này

khiến cho cấu trúc vô tuyến nhận thức trở nên phức tạp và yêu cầu cao về mặt phần

cứng Trước hết, hoạt động cảm biến phổ cho các ứng dụng vô tuyến nhận thức yêu

cầu những bộ ADC có tốc độ lấy mẫu cao và dải động rất lớn Do thiết bị đầu cuối

vô tuyến nhận thức phải hoạt động dải rộng để có thể sử dụng bất kì một hố phổ nào

nên dải tần cần phải cảm biến sẽ tương đối rộng Vì vậy những thành phần RF như

anten, bộ khuếch đại công suất, bộ lọc… cũng phải được thiết kế hoạt động dải

rộng Ngoài ra, đầu cuối vô tuyến nhận thức còn cần những bộ xử lí tốc độ cao như:

DSP, FPGA để thực hiện các nhiệm vụ xử lí tín hiệu theo yêu cầu với độ trễ thấp

2.2.2 Hiện tượng đầu cuối ẩn

Hiện tượng đầu cuối ẩn tức là vô tuyến nhận thức không thể cảm nhận được

tín hiệu từ máy phát sơ cấp nên phát sóng và gây nhiễu tới người dùng sơ cấp Một

trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng này là: người dùng vô tuyến nhận thức

nằm ngoài vùng phủ của máy phát sơ cấp (hình 2.1.a) và người dùng vô tuyến nhận

thức bị che khuất (hình 2.1.b) Hiện tượng này dẫn đến việc người dùng vô tuyến

nhận thức phát sóng sẽ gây nhiễu cho máy thu sơ cấp Vấn đề đầu cuối ẩn này có

thể được khắc phục bằng việc áp dụng kỹ thuật cảm biến hợp tác, được trình bày

trong phần 2.3

Hình 2 1: Hiện tượng đầu cuối ẩn [1]

a: người dùng vô tuyến nhận thức nằm ngoài vùng phủ của máy phát sơ cấp

b: người dùng vô tuyến nhận thức nằm trong vùng che khuất (Shadowing)

2.2.3 Phát hiện tín hiệu trải phổ

Việc cảm biến phổ sẽ trở nên khó khăn khi cần phát hiện những người dùng

sơ cấp sử dụng tín hiệu trải phổ Do năng lượng của tín hiệu trải phổ bị trải ra trên

một dải tần rất rộng, mật độ phổ công suất rất thấp nên máy thu vô tuyến nhận thức

khó có thể phân biệt chúng với nhiễu nền và tạp âm, do đó cũng khó phát hiện được

tín hiệu từ người dùng sơ cấp Việc phát hiện các tín hiệu trải phổ chỉ có thể dễ dàng

khi máy thu vô tuyến nhận thức có được thông tin về các mã trải phổ của tín hiệu sơ

cấp và việc đồng bộ là hoàn hảo Điều này sẽ là không thể trong những trường hợp

người dùng vô tuyến nhận thức không có bất kỳ sự tương tác nào với những người

sử dụng sơ cấp Do đó cần phải nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật xử lý tín hiệu

trải phổ để có thể thực hiện được nhiệm vụ khó khăn này

2.2.4 Lựa chọn tần số và thời gian cảm biến

Khi người dùng vô tuyến nhận thức đang hoạt động tại các hố phổ, người

dùng sơ cấp có thể xuất hiện bất cứ lúc nào Do đó, để tránh nhiễu tới và từ người

dùng sơ cấp thì người dùng vô tuyến nhận thức cần phải xác định được sự hiện diện

của người dùng sơ cấp và rời khỏi dải tần đó ngay lập tức Trong khi luôn phải mất

một thời gian xử lí nhất định thì các phương pháp cảm biến phổ mới có thể đưa ra

được quyết định về sự hiện diện của người dùng sơ cấp Yêu cầu này đặt ra những

thách thức về chất lượng của các thuật toán cảm biến phổ và gây khó khăn cho việc

thiết kế vô tuyến nhận thức

Việc lựa chọn những tham số cảm biến là sự tối ưu giữa tốc độ cảm biến (thời

gian cảm biến) và độ tin cậy của cảm biến Do đó, tần suất cảm biến là một tham số

thiết kế cần phải được lựa chọn một cách cẩn thận Tham số này phụ thuộc vào khả

năng của vô tuyến nhận thức cũng như những đặc tính theo thời gian của những

người dùng sơ cấp trong môi trường vô tuyến Nếu các trạng thái của người dùng sơ

cấp thay đổi chậm thì việc lựa giá trị tần suất cảm biến có thể dễ dàng Ví dụ,

trường hợp cảm biến phổ các kênh truyền hình Sự hiện diện của các trạm truyền

hình luôn ổn định trừ khi có một đài mới bắt đầu phát hoặc một đài ngừng phát

Theo chuẩn IEEE 802.22, thời gian cảm biến được chọn là 30 giây Giá trị thời gian

cảm biến sẽ được lựa chọn sao cho thông lượng trung bình của người dùng vô tuyến

nhận thức là lớn nhất mà vẫn đạt được độ chính xác cảm biến có thể chấp nhận Đã

có rất nhiều các phương pháp được đưa ra để có thể lựa chọn được giá trị thời gian

cảm biến tối ưu Một trong những phương pháp đó được áp dụng trong hệ thống

OFDM Trong đó, việc cảm biến được thực hiện trong các khoảng bảo vệ giữa các

symbol OFDM Phương pháp cảm biến này sẽ không làm mất băng thông dùng cho

truyền tin Ngoài ra, ta có thể giảm thời gian cảm biến xuống nếu áp dụng phương

thức chỉ thực hiện cảm biến ở những phần hay thay đổi của phổ thay vì phải cảm

biến cả toàn bộ dải phổ rộng

2.2.5 Tính di động

Khi một người dùng vô tuyến nhận thức di chuyển, vị trí có thể thay đổi rất

nhanh Do đó, thông tin về vị trí phổ được sử dụng bởi thuật toán cảm biến phổ hiện

tại sẽ không còn giá trị khi tốc độ chuyển động lớn Vì vậy, khi di chuyển, người

dùng vô tuyến nhận thức có thể cần phải thay đổi các tham số cảm biến để thích ứng

với vị trí hiện tại Điều này đòi hỏi một phương pháp cảm biến phổ có năng lực tính

toán, xử lý đủ nhanh để thích ứng với tính di động

2.2.6 Bảo mật

Về phía những người sử dụng sơ cấp, những người dùng vô tuyến nhận thức

có thể được xem như những thiết bị đang nghe trộm Theo nghĩa này, các kỹ thuật

cảm biến phổ bị coi tương tự như sự tấn công của người nghe trộm Do đó, để bảo

vệ tính riêng tư cho người dùng sơ cấp, khi thiết kế các kỹ thuật cảm biến phổ cần

xem xét vấn đề này một cách cẩn thận Mỗi người sử dụng sơ cấp sở hữu một dải

tần riêng biệt nên lưu lượng chảy qua dải tần này cần được bảo vệ Do đó, những kỹ

thuật cảm biến phổ nên được thiết kế theo cách chúng chỉ cảm biến được sự tồn tại

của luồng lưu lượng đang truyền mà không thể biết được nội dung của nó Ngoài ra,

những kỹ thuật này cần được thực hiện sao cho bất kỳ người dùng vô tuyến nhận

thức thực hiện cảm biến phổ sẽ không bị coi như những kẻ nghe trộm đối với các

giao thức bảo mật hiện tại trong mạng sơ cấp

Phương pháp cảm biến phổ hiệu quả nhất là căn cứ vào kết quả cảm biến các

tín hiệu của các người dùng sơ cấp để đưa ra quyết định về sự hiện diện của họ

trong dải tần cảm biến Dựa vào cách thức những người dùng vô tuyến nhận thức

phát hiện ra tín hiệu của người dùng sơ cấp, các kỹ thuật cảm biến phổ có thể được

phân loại thành các nhóm sau:

- Phát hiện máy phát sơ cấp

- Cảm biến hợp tác

- Phát hiện máy thu sơ cấp

- Quản lý nhiễu nhiệt (Interference Temperature)

Nội dung của các phương pháp này sẽ được trình bày ở phần dưới

2.3.1 Phát hiện máy phát sơ cấp

Do người dùng vô tuyến nhận thức luôn được giả sử là không có bất cứ sự

tương tác trực tiếp nào với các máy thu phát sơ cấp nên giữa chúng không có thông

tin về những hoạt động hiện thời trong mạng sơ cấp Vì vậy, phương pháp phát hiện

máy phát, để phân biệt giữa các dải tần số đang được sử dụng và bỏ trống, người

dùng vô tuyến nhận thức sẽ phát hiện tín hiệu từ các máy phát sơ cấp thông qua việc

cảm biến môi trường vô tuyến xung quanh Hình 2.2 miêu tả hoạt động cảm biến

máy phát sơ cấp:

Hình 2 2: Mô hình phát hiện máy phát sơ cấp [1]

Một mô hình toán học cho phương pháp phát hiện máy phát được định nghĩa như

sau:

𝑦 𝑡 = 𝑕 𝑡 ∗ 𝑠 𝑡 + 𝑛 𝑡 ∶ 𝐻1 𝑛 𝑡 ∶ 𝐻𝑜 ( 2.1) Trong đó:

- y(t): Tín hiệu người dùng vô tuyến nhận thức thu được

- s(t): Tín hiệu phát của PU

- n(t): Nhiễu AWGN

- h(t): Độ lợi của kênh cảm biến giữa vô tuyến nhận thức và người dùng sơ

cấp

- H o : Tương ứng với trường hợp dải phổ được cảm biến đang được bỏ trống,

tức là không có tín hiệu của người dùng sơ cấp

- H 1 : Tương ứng với trường hợp dải phổ được cảm biến đang được sử dụng

của người dùng sơ cấp

Trong phương pháp cảm biến phổ phát hiện máy phát, người ta chia nhỏ cách thức

thực hiện thành các kỹ thuật chính như sau:

 Lọc phối hợp,

 Cảm biến dựa trên dò năng lượng,

 Cảm biến dựa trên đặc tính dừng chu kỳ (Cyclostationarity)

2.3.1.1 Lọc phối hợp

Lọc phối hợp (Matched Filtering – MR): là phương pháp tối ưu để phát hiện

người dùng sơ cấp khi người dùng vô tuyến nhận thức biết được các thông tin về tín

hiệu sơ cấp Trong phương pháp lọc phối hợp, vô tuyến nhận thức sẽ tính mức độ

tương quan của tín hiệu thu được với mẫu tín hiệu sơ cấp đã được trữ sẵn bên trong

máy thu Điều này tương đương như việc tính tích chập tín hiệu thu với tín hiệu

mẫu Sau đó so sánh kết quả với một giá trị ngưỡng nhất định Nếu đầu ra của lọc

phối hợp lớn hơn ngưỡng thì vô tuyến nhận thức sẽ đưa ra quyết định người dùng

sơ cấp đang hiện diện trong dải tần cảm biến và ngượi lại Ưu điểm chính của

phương pháp này là thời gian xử lí nhanh và đạt độ chính xác cao hơn so với các

phương pháp khác Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu cần biết

chính xác các đặc tính của tín hiệu sơ cấp như là độ rộng băng thông, tần số hoạt

động, thông tin điều chế, dạng sóng và định dạng khung tín hiệu Nếu thông tin về

tín hiệu sơ cấp không đầy đủ thì độ chính xác của kết quả cảm biến sẽ giảm xuống

Ngoài ra, do vô tuyến nhận thức cần phải lưu trữ sẵn tất cả các dạng tín hiệu sơ cấp

nên chức năng cảm biến trong máy thu vô tuyến nhận thức sẽ có cấu trúc rất phức

tạp và khó thực hiện Một nhược điểm khác của phương pháp lọc phối hợp là tiêu

tốn công suất lớn do cần thực hiện nhiều thuật toán thu khác nhau phục vụ việc phát

hiện tín hiệu sơ cấp

2.3.1.2 Cảm biến dựa trên dò năng lượng

Cảm biến phổ dựa trên dò năng lượng (Energy Detection – ED): là phương

pháp đơn giản và được sử dùng rộng rãi nhất trong các kỹ thuật cảm biến phổ Nếu

máy thu vô tuyến nhận thức không biết được đầy đủ các thông tin về tín hiệu sơ

cấp, chỉ biết được giá trị công suất của nhiễu AWGN thì đây là một phương pháp

tối ưu để phát hiện tín hiệu sơ cấp Trong phương pháp dò năng lượng, người dụng

vô tuyến nhận thức sẽ quyết định sự hiện diện hay vắng mặt của người dùng sơ cấp

dựa vào năng lượng của tín hiệu mà nó thu được Quá trình tính toán của phương

pháp này được thể hiện trong hình 2.3 Để đo được giá trị năng lượng của tín hiệu

thu thì sau khi thu được tín hiệu, máy thu vô tuyến nhận thức sẽ thực hiện lọc rồi

tính tích phân của bình phương tín hiệu thu được trong khoảng thời gian quan sát

Cuối cùng giá trị đầu ra của bộ tích phân sẽ được so sánh với một giá trị ngưỡng

quyết định đã được chọn để làm căn cứ đưa ra quyết định xem có sự hiện diện của

người dùng sơ cấp trong dải phổ đang dò hay không?

Hình 2 3: Sơ đồ thực hiện dò năng lượng [2]

Ưu điểm của phương pháp này là tính đơn giản và dễ thực hiện Tuy nhiên,

nó chỉ phát hiện sự hiện diện của người dùng sơ cấp thông qua giá trị năng lượng

của tín hiệu thu được mà không phân biệt được các dạng tín hiệu khác nhau Do đó,

phương pháp dò năng lượng thường tạo ra cảnh báo sai gây bởi những tín hiệu ngẫu

nhiên, không xác định và không phải của người dùng sơ cấp Mặt khác, do phương

pháp dò năng lượng phân biệt sự hiện diện hay vắng mặt của người dùng sơ cấp dựa

vào năng lượng của tín hiệu thu được nên chất lượng của của kỹ thuật này sẽ phụ

thuộc nhiều vào tính chất ngẫu nhiên của công suất nhiễu tạp âm

Kỹ thuật cảm biến phổ dựa trên dò năng lượng sẽ được tìm hiểu chi tiết hơn

và mô phỏng trong chương 3

2.3.1.3 Cảm biến dựa trên đặc tính dừng chu kỳ

Phương pháp cảm biến phổ dựa trên đặc tính dừng chu kỳ thực hiện cảm

biến sự hiện diện của người dùng sơ cấp dựa trên các đặc tính dừng chu kỳ của tín

hiệu nhận được Một tín hiệu được gọi là dừng chu kỳ nếu các tham số hoặc các đặc

trưng ngẫu nhiên của nó có tính tuần hoàn Trong các máy phát sơ cấp, tín hiệu đã

được điều chế thường gắn liền với các sóng mang hình sin, chuỗi huấn luyện, chuỗi

trải phổ hoặc các tiền tố tuần hoàn theo chu kỳ Do đó, những tín hiệu này sẽ có

tương quan sẽ có tính tuần hoàn

Thông thường, khi phân tích các đặc trưng của các tín hiệu ngẫu nhiên, ta

thường dựa vào hàm tự tương quan và hàm mật độ phổ công suất Trong cảm biến

phổ, một quá trình X(t) được gọi là dừng chu kỳ nếu như kỳ vọng và hàm tự tương

quan của nó tuần hoàn trong một vài chu kỳ T:

𝑚𝑥 𝑡 + 𝑇 = 𝑚𝑥(𝑡) (2.2)

𝑅𝑥 𝑡 + 𝑇 +𝜏2, 𝑡 + 𝑇 −𝜏2 = 𝑅𝑥 𝑡 +𝜏2, 𝑡 −𝜏2 (2.3)

Trong đó: 𝑅𝑥 𝑡 +𝜏2, 𝑡 −𝜏2 là hàm của hai biến độc lập t và τ tuần hoàn chu kì T

theo t ứng với mỗi giá trị τ nhất định Giả sử, biểu diễn chuỗi Fourier cho hàm tuần

hoàn này hội tụ sao cho R x có thể được biểu diễn như sau:

𝑅𝑋𝛼 𝜏 = 1

𝑇 𝑅𝑥

𝑍 2

và {𝑅𝑋𝛼 𝜏 } được gọi là hàm tự tương quan tuần hoàn – CA và α được gọi là tần số

tuần hoàn Khi α=0 thì CA trở thành một hàm tự tương quan thông thường Hàm

mật độ phổ công suất thông thường được xác định bởi biến đổi Fourier của hàm tự

tương quan Ngược lại với điều đó, hàm mật độ phổ tuần hoàn – CSD được xác

định qua hàm tự tương quan tuần hoàn như sau:

𝑆𝑋𝛼 𝑓 = 𝑅𝑋𝛼 𝜏 𝑒−𝑗2𝛱𝛼𝑡

∞

𝑡=−∞

(2.6) Hàm một độ phổ tuần hoàn đặc trưng cho mức độ tương quan giữa hai thành phần

tần số của x(t) ở các tần số (f + α/2) và (f - α/2) trên một khoảng thời gian Δt:

Trong công thức (2.7), phổ của tín hiệu x(t) trong khoảng thời gian [t-T/2, t+t/2]

được xác định bởi biểu thức sau:

x(t) X(f) S(f,a) Quyết định trường hợp

H1 hay H0

Hình 2 4: Phân tích đặc tính dừng chu kỳ của tín hiệu

Bằng cách phân tích hàm tương quan phổ của tín hiệu thu được, chúng ta có

thể thực hiện nhiệm vụ cảm biến bằng cách tìm kiếm tần số tuần hoàn (Cyclic

Frequency) đặc trưng cho các kiểu tín hiệu khác nhau Các thông tin khác như tần

số sóng mang, tốc độ chip cũng có thể tính toán được dựa theo các tần số tuần hoàn

đặc trưng này Quá trình tính toán được thể hiện trong hình 2.4

Phương pháp cảm biến dựa trên đặc tính dừng chu kỳ đặc biệt có ý nghĩa

trong trường hợp công suất tạp âm thay đổi không rõ ràng Do tạp âm là một tín

hiệu ngẫu nhiên dừng theo nghĩa rộng và không tương quan nên không có đặc tính

dừng chu kỳ Vì vậy, có thể phân biệt được năng lượng của tạp âm và năng lượng

của tín hiệu đã được điều chế dựa vào đặc tính dừng chu kỳ của tín hiệu thu được

Ngoài ra, do phương pháp này còn có khả năng phân biệt được các dạng tín hiệu

khác nhau nên nó có thể giảm được tỷ lệ cảnh báo sai gây ra bởi nhưng tín hiệu ở

bên ngoài của các người dùng vô tuyến nhận thức khác hoặc nhiễu Do đó phương

pháp này có thể thực hiện tốt hơn phương pháp dựa trên mức năng lượng trong việc

phân biệt các dạng tín hiệu khác nhau Tuy nhiên, nó phức tạp hơn trong tính toán

và yêu cầu thời gian cảm biến dài hơn