Tìm hiểu mạng vô tuyến nhận thức

Các thành phần kiến trúc của mạng Vô tuyến nhận thức, như Hình 3.1, có thể phân thành hai nhóm là mạng chính (primary network) và mạng Vô tuyến nhận thức. Các thành phần cơ bản của hai nhóm mạng này được xác định như sau: 3.1.1 Mạng chính (Primary network): Mạng chính có quyền truy nhập tới một vài băng phổ nhất định, chẳng hạn như mạng TV quảng bá, hay mạng tổ ong nói chung. Các thành phần của mạng chính bao gồm: Người dùng chính (Primary user): Người dùng chính (hay người dùng được cấp phép) có giấy phép để hoạt động trong một băng phổ nhất định. Truy nhập này chỉ được giám sát bởi trạm gốc chính và không bị ảnh hưởng bởi những hoạt động của bất kì người dùng không được cấp phép khác. Để cùng tồn tại với các trạm gốc Vô tuyến nhận thức và người dùng Vô tuyến nhận thức, những người dùng chính này không cần bất cứ sự điều chỉnh hoặc chức năng cộng thêm nào. Trạm gốc chính (Primary basestation): Trạm gốc chính (hay trạm gốc được cấp phép) là thành phần cơ sở hạ tầng mạng được cố định, có giấy phép phổ, như BTS trong mạng tổ ong. Về nguyên tắc, trạm gốc chính không có khả năng chia sẻ phổ với những người dùng Vô tuyến nhận thức. Tuy nhiên, trạm gốc chính này có thể yêu cầu để có được khả năng này. 3.1.2 Mạng Vô tuyến nhận thức: Mạng Vô tuyến nhận thức (hay mạng xG, mạng Truy nhập phổ tần động, mạng thứ cấp, mạng không được cấp phép) không có giấy phép để hoạt động trong một băng mong muốn. Do đó, nó chỉ được phép truy nhập phổ khi có cơ hội. Mạng Vô tuyến nhận thức có thể gồm cả mạng có cơ sở hạ tầng và mạng ad hoc, các thành phần của mạng Vô tuyến nhận thức như sau: Người dùng Vô tuyến nhận thức: Người dùng Vô tuyến nhận thức (hay người dùng xG, người dùng không được cấp phép, người dùng thứ cấp) không có giấy phép sử dụng phổ. Do đó, cần có các chức năng cộng thêm để chia sẻ băng phổ cấp phép. Trạm gốc Vô tuyến nhận thức: Trạm gốc Vô tuyến nhận thức (hay trạm gốc xG, trạm gốc không cấp phép, trạm gốc thứ cấp) là thành phần cơ sở hạ tầng cố định với các khả năng của Vô tuyến nhậ thức. Trạm gốc Vô tuyến nhận thức cung cấp kết nối đơn chặng tới những người dùng Vô tuyến nhận thức mà không cần giấy phép truy nhập phổ. Thông qua kết nối này, người dùng Vô tuyến nhận thức có thể truy nhập đến các mạng khác. Bộ phân chia phổ (Spectrum broker): Bộ phân chia phổ (hay server lập lịch) là một thực thể mạng trung tâm đóng vai trò trong việc chia sẻ các tài nguyên phổ tần giữa các mạng Vô tuyến nhận thức khác nhau. Bộ phân chia phổ có thể kết nối với từng mạng và có thể phục vụ với tư cách là người quản lí thông tin phổ, nhằm cho phép các mạng Vô tuyến nhận thức cùng tồn tại. 3.2. Kiến trúc chung hệ thống thu phát CR 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 FrontEnd) và phần xử lí băng gốc (baseband

BÁO CÁO MÔN HỌC: MẠNG TRUY NHẬP

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC (COGNITIVE RADIO NETWORK)

Contents

1 Khái niệm vô tuyến nhận thức-Cognitive Radio (CR) 1

1.1 Lịch sử hình thành khái niệm vô tuyến nhận thức 1

1.2 Định nghĩa vô tuyến nhận thức 2

2 Nguyên nhân hình thành 3

3 Kiến trúc vật lý 4

3.1 Kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức 4

3.2 Kiến trúc chung hệ thống thu phát CR 5

4 Các chuẩn trong mạng vô tuyến nhận thức 7

4.1 Chuẩn IEEE SSC 41 7

4.2 Chuẩn IEEE 802.22 cho khu vực mạng không dây (wireless regional area networks (WRANs)) 10

5 Cảm biến phổ ( spectrum sensing) 13

6 Quản lí phổ 14

7 Linh động phổ 14

8 Chia sẻ phổ 15

8.1 Các bước chia sẻ phổ tần 15

8.2 Các phương pháp chia sẻ phổ tần 16

9 Một số ưu, nhược điểm của mạng vô tuyến nhận thức 21

9.1 Ưu điểm 21

9.2 Nhược điểm 23

10 Lắp đặt/Triển khai cấu hình thực tế của mạng vô tuyến nhận thức (WLAN) 23

10.1 Lắp đặt thiết bị router (Router ADSL D-LINK 5268) 24

10.2 Thiết lập thông số router 27

Mục lục hình Hình 1-1 Lịch sử hệ thống CR 2

Hình 2-1 Khái niệm về hố phổ rồi hình thành nên ý tưởng về Vô tuyến nhận thức 3

Hình 3-1 Kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức 4

Hình 3-2 Bộ thu phát CR 6

Hình 3-3 Kiến trúc RF Front-End 6

Hình 4-1 Mối quan hệ giữa các thành phần trong IEEE SCC 41 10

Hình 4-2 Cấu trúc siêu khung trong chuẩn IEEE 802.22 11

Hình 4-3 Kết cấu 1 khung trong IEEE 802.22 11

Hình 4-4 Cơ chế cảm biến thô và tinh trong IEEE 802.22 12

Hình 6-1 Chia sẻ phổ tần tập trung 18 Hình 6-2 Chia sẻ phổ tần theo cơ chế hợp tác 19 Hình 6-3 Chia sẻ phổ tần dựa trên các công nghệ truy nhập 20

Chương 1: Tổng quan về mạng vô tuyến nhận thức

(Cognitive Radio Networks)

1 Khái niệm vô tuyến nhận thức-Cognitive Radio (CR)

1.1 Lịch sử hình thành khái niệm vô tuyến nhận thức

Thuật ngữ CR xuất hiện lần đầu tiên trong một bài báo của Joseph Mitola III và Gerald Q.Maguire vào năm 1999 Họ nhận thấy vô tuyến nhận thức là một sự cải tiến của vô tuyến phầnmềm (software radio) và định nghĩa rằng:

”Radio etiquette is the set of RF bands,air interfaces,protocols,and spatial and temporal

patterns that moderate the use of radio spectrum.Cognitive radio extends the sofware radio with radio-domain model-based resoning about such etiquettes”

Tạm dịch là: vô tuyến nhận thức là sự phát triển của vô tuyến phần mềm và nó có thể thiết lậpcác thông số như băng tần, giao tiếp, giao thức trong môi trường biến đổi theo không gian và thờigian nhằm điều tiết việc sử dụng phổ vô tuyến

Còn theo Simon Haykin thì vô tuyến nhận thức được định nghĩa:

”Cognitive radio is an intelligent wireless communication system that aware of its surrounding enviroment and use the methodology of understanding by building to learn from the environment and adapt its internal states to statistical variations in the incoming radio frequence(RF) stimuli

by making corresponding changes in certain operating parameters(eg:transmit power,carrier frequency,modulation strategy)in real time,with two primary objectives in mind:

- Highly reliable communications whenever and wherever needed

- Efficient utilization of the radio spectrum ”

Tạm dịch là : vô tuyến nhận thức là một hệ thống thông tin không dây có khả năng nhận biếtđược môi trường xung quanh và từ môi trường nó sẽ học để thích nghi với sự thay đổi của môitrường bằng cách thay đổi các thông số tương ứng (công suất truyền, tần số sóng mang, phươngpháp điều chế ) trong thời gian thực với hai vấn đề chính:

- Thứ nhất là giao tiếp với độ tin cậy cao bất cứ khi nào và bất cứ ở đâu

- Thứ hai là việc sử dụng quả phổ vô tuyến.

Nhấn mạnh vào hệ thống phát tín hiệu ,FFC đưa ra khái niệm Vô tuyến nhận thức :

“ A radio that can change its transmitter parameters based on interaction with the environment

in which it operates.”

Tạm dịch là : Vô tuyến nhận thức là một sóng vô tuyến có khả năng thay đổi các thông số truyềndựa trên việc tương tác với môi trường xung quanh nó

Tổ chức quản lí phổ quốc tế ITU lại định nghĩ Vô tuyến nhận thức theo hướng khả năng của nó :

“ A radio or system that senses and is aware of its operational environment and can dynamically and autonomously adjust its radio operating parameters accordingly.”

Tạm dịch là : Vô tuyến nhận thức là một hệ thống cảm biến và nhận biết được môi trường hoạtđộng và có thể điều chỉnh 1 cách linh hoạt,tự động các thông số hoạt động tương ứng của nó

Hì

nh 1-1 Lịch sử hệ thống CR

1.2 Định nghĩa vô tuyến nhận thức

Hệ thống 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) trên cơ sở tương tác với môi trường hoạt động.

2 Nguyên nhân hình thành

Theo Ed Thomas “ Nếu xét toàn bộ giải tần số vô tuyến từ 0 đến 100 GHz và quan trắc

ở một thời gian và không gian cụ thể, thì chỉ có từ 5% đến 10% lượng phổ tần được sử dụng” Như vậy, có hơn 90% tài nguyên phổ tần vô tuyến bị lãng phí.

Như chúng ta đã biết, dải tần số của sóng vô tuyến là một tài nguyên được quản lí bởi các tổchức viễn thông của chính phủ Và bất cứ hệ thống thu phát vô tuyến nào muốn sử dụng tần sốđều phải được cấp phép bởi các tổ chức đó Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kĩthuật nói chung và lĩnh vực điện tử - viễn thông nói riêng, dải tần số đang dần trở nên chật hẹpbởi sự gia tăng số lượng các hệ thống vô tuyến cũng như các chuẩn giao tiếp như FM, AM, TV,Mobile network,Wifi,Wimax Điều nghịch lí ở chỗ là mặc dù phổ tần số đang ngày càng chậthẹp thì hiệu suất sử dụng tài nguyên tần số lại rất thấp Theo thống kê của Hội đồng viễn thôngliên bang của Mĩ (FCC) thì hiệu suất sử dụng tài nguyên phổ tần số chỉ vào khoảng 15% đến85% Hiệu suất này thay đổi dựa vào đặc điểm hệ thống mạng viễn thông ở từng vùng địa lí(mạng dày đặc hay thưa thớt) và thời điểm sử dụng (giờ cao điểm hay bình thường)

Vô tuyến nhận thức cùng với truy cập phổ động có thể vuợt qua vấn đề mà ta đã đề cập ởtrên Vô tuyến nhận thức không chỉ là công nghệ vô tuyến mới mà còn chứa những thay đổimang tính cách mạng trong việc quản lí phổ Vô tuyến mới này được thiết kế để sử dụng và chia

sẻ linh hoạt phổ mà không ảnh hưởng hệ thống vô tuyến cấp phép Với công nghệ vô tuyến nhậnthức, các thiết bị vô tuyến nhận thức được sử dụng để cảm ứng, nhận diện và sử dụng phổ tần vôtuyến hiệu quả hơn nữa theo thời gian, không gian và tần số

Hình 2-2 Khái niệm về hố phổ rồi hình thành nên ý tưởng về Vô tuyến nhận thức

3 Kiến trúc vật lý

3.1 Kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức

Hình 3-3 Kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức

Các thành phần kiến trúc của mạng Vô tuyến nhận thức, như Hình 3.1, có thể phân thành hainhóm là mạng chính (primary network) và mạng Vô tuyến nhận thức Các thành phần cơ bản củahai nhóm mạng này được xác định như sau:

khác Để cùng tồn tại với các trạm gốc Vô tuyến nhận thức và người dùng Vô tuyến nhận thức,những người dùng chính này không cần bất cứ sự điều chỉnh hoặc chức năng cộng thêm nào.

- Trạm gốc chính (Primary base-station): Trạm gốc chính (hay trạm gốc được cấp phép) là thànhphần cơ sở hạ tầng mạng được cố định, có giấy phép phổ, như BTS trong mạng tổ ong Vềnguyên tắc, trạm gốc chính không có khả năng chia sẻ phổ với những người dùng Vô tuyến nhậnthức Tuy nhiên, trạm gốc chính này có thể yêu cầu để có được khả năng này

3.1.2 Mạng Vô tuyến nhận thức:

Mạng Vô tuyến nhận thức (hay mạng xG, mạng Truy nhập phổ tần động, mạng thứ cấp,mạng không được cấp phép) không có giấy phép để hoạt động trong một băng mong muốn Do

đó, nó chỉ được phép truy nhập phổ khi có cơ hội Mạng Vô tuyến nhận thức có thể gồm cả mạng

có cơ sở hạ tầng và mạng ad hoc, các thành phần của mạng Vô tuyến nhận thức như sau:

- Người dùng Vô tuyến nhận thức: Người dùng Vô tuyến nhận thức (hay người dùng xG, ngườidùng không được cấp phép, người dùng thứ cấp) không có giấy phép sử dụng phổ Do đó, cần cócác chức năng cộng thêm để chia sẻ băng phổ cấp phép

-Trạm gốc Vô tuyến nhận thức: Trạm gốc Vô tuyến nhận thức (hay trạm gốc xG, trạm gốc khôngcấp phép, trạm gốc thứ cấp) là thành phần cơ sở hạ tầng cố định với các khả năng của Vôtuyến nhậ thức Trạm gốc Vô tuyến nhận thức cung cấp kết nối đơn chặng tới nhữngngười dùng Vô tuyến nhận thức mà không cần giấy phép truy nhập phổ Thông qua kết nối này,người dùng Vô tuyến nhận thức có thể truy nhập đến các mạng khác

- Bộ phân chia phổ (Spectrum broker): Bộ phân chia phổ (hay server lập lịch) là một thực thểmạng trung tâm đóng vai trò trong việc chia sẻ các tài nguyên phổ tần giữa các mạng Vô tuyếnnhận thức khác nhau Bộ phân chia phổ có thể kết nối với từng mạng và có thể phục vụ với tưcách là người quản lí thông tin phổ, nhằm cho phép các mạng Vô tuyến nhận thức cùng tồn tại

3.2 Kiến trúc chung hệ thống thu phát CR

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 lí băng gốc (baseband

processing unit) Mỗi bộ phận đều có thể được tái cấu hình thông qua đường điều khiển (control)

nhằm thích ứng với các điều kiện thay đổi liên tục của môi trường

Hình 3-4 Bộ thu phát CR

Nếu như phần xử lí băng gốc tương tự như các hệ thống thu phát bình thường thì phần RF

Front-End tạo nên sự khác biệt và tiến bộ của CR Do vậy, chúng ta sẽ tập trung tìm hiểu phần RF Front-End.

Hình 3-5 Kiến trúc RF Front-End

Ưu điểm của phần RF Front-End trong hệ thống CR là khả năng cảm biến băng rộng, có thể

điều chỉnh đến bất cứ phần nào trong dải tần số rộng lớn Hơn nữa nó có thể đo lường các thông

tin phổ từ môi trường để phục vụ cho chức năng cảm biến phổ Các bộ phận chính của khối RF

Front-End gồm có:

RF Filter: có tác dụng chọn được khoảng băng thông mong muốn bằng cách cho tín hiệu qua

bộ lọc thông dải

LNA (Low noise amplifier): bộ khuếch đại nhiễu thấp có tác dụng: loại nhiễu tần số ảnh,

khuếch đại nhiễu thấp tín hiệu nhỏ ngõ vào của máy thu tới mức cần thiết để đổi tần, tăng độnhạy máy thu LNA thường có từ một đến ba tầng khuếch đại tuyến tính, có điều hưởng chọn lọctần số-băng thông tín hiệu mong muốn Có tác dụng khuếch đại tín hiệu mong muốn đồng thờigiảm tín hiệu nhiễu

MIXER: tại bộ đổi tần thì tín hiệu thu được từ máy thu sẽ được trộn với tần số gốc được phát ra

và được chuyển tới dải băng gốc hay tần số trung tần

VCO (Voltage_controlled oscillator): được biết đến như là bộ điều chỉnh tần số bằng điện áp.

Có tác dụng như bộ khóa pha giúp tần số ra ổn định

Channel selection filter: được dùng để chọn kênh mong muốn đồng thời loại bỏ kênh kế cận.

Có hai cách để chọn kênh: direct convertion receiver và superheterodyne

AGC (Automatic gain control): là hệ thống hồi tiếp điều chỉnh độ lợi máy thu dựa vào biên độ

tín hiệu thu đồng thời mở rộng dải rộng, cho phép ta tăng hoặc giảm độ khuếch đại khi tín hiệuthu yếu hay mạnh bằng cách thay đổi điện áp phân cực

PLL (Phase locked loop): là hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu hồi tiếp được dùng để khóa

tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha của tín hiệu vào

Thách thức đối với việc thiết kế kiến trúc cho CR là có thể phát hiện chính xác tín hiệu cường độyếu của PU trong một dải phổ rộng

4 Các chuẩn trong mạng vô tuyến nhận thức

4.1 Chuẩn IEEE SSC 41

Từ khi hệ thống quản lý phổ phù hợp sử dụng SDR trong hệ thống CR bao gồm nhiều kĩ thuật,nhiều phương pháp chuẩn và những giả thiết liên quan thì trở nên quan trọng Những phươngpháp xử lý chuẩn và các cuộc kiểm tra này được yêu cầu cho sự phát triển và triển khai hệ thốngmạng CR Tuy nhiên, đến bây giờ, hầu hết các nhóm đều riêng rẽ và làm việc độc lập, do đó, kếtquả thì không có sự kết hợp Để giải quyết vấn đề này, thig việc kết hợp giữa các nhóm lại vớinhau về cả trong công nghiệp, về kĩ năng và các tổ chức khác thì thật sự cần thiết Và chuẩn

IEEE Standards Coordinating Committee (SCC) 41 trong hệ thống CR và trong quản lý phổ đãđược xây dựng để bắt đầu một chuỗi các chuẩn liên quan gọi là IEEE 1900.

IEEE SCC 41 được xây dựng để định địa chỉ cho các điều đã được ban hành liên quan tới sự pháttriển, triển khai cài đặt và xây dựng một hệ thống CR và hệ thống quản lý phổ phù hợp IEEESCC 41 thì bao gồm 4 nhóm làm việc chính và 1 nhóm nghiên cứu Mỗi nhóm có nhiệm vụ chomỗi chuẩn cho các khía cạnh khác nhau của hệ thống CR Mỗi chuẩn trong IEEE 1900 thì đượchướng tới mỗi nhóm làm việc Sau khi hoàn thành xong các tài liệu phác thảo thì các nhóm làmviệc này sẽ gửi các bản thảo này lên cho IEEE để bình chọn, việc bình chọn này được thực hiệnbởi IEEE Standards Association (SA) Nếu mà không được bình chọn thì hệ thống sẽ loại trừ bảnthảo này Sau khi quyết định, bản thảo sẽ được bình chọn 1 lần nữa Phương pháp này thì chắcchắn rằng các chuẩn sẽ được dùng trong những công việc khác nhau trong hệ thống CR Hệthống IEEE 1900 bao gồm :

IEEE 1900.1: nhiệm vụ chính của tiêu chuẩn này là xác định và giải thích về những thuật ngữ

và những khái niệm của quản lý phổ, SDR, vô tuyến thích nghi và những kĩ thuật khác Tiêuchuẩn cũng mô tả sự tương tác giữa những khái niệm Chuẩn IEEE 1900.1 thì được sử dụng như

là 1 kết nối giữa các nhóm làm việc trong IEEE SCC 41, bởi vì tất cả các nhóm đều định nghĩadựa trên tiêu chuẩn này

IEEE 1900.2: tiêu chuẩn này liên quan tới các đề nghị trong thực tế của nhiễu và sự tồn tại

đồng thời của phân tích Trong hệ thống CR, nhiều hệ thống không dây và dịch vụ được chophép cùng tồn tại trong cùng 1vị trí ở cùng 1 thời điểm Các thông số hoạt động tối ưu của các hệthống và các dịch vụ trên thì là thông số chủ yếu để quản lý và để tránh nhiễu.Theo đó, mộtkhung công việc cho tính toán, nghiên cứu phân tích nhiễu giữa các thiết bị không dây và dịch vụthì được giới thiệu Các nhóm này sẽ phát triển một tiêu chuẩn để giải quyết sự xung đột đụng độtrong hệ thống CR

IEEE 1900.3: tiêu chuẩn này thì liên quan tới các giá trị phù hợp của cấu trúc phần mềm của

hệ thống SDR Nhóm công việc này sẽ phát triển và định nghĩa các phương pháp cho việc tìmgiá trị phù hợp của các các bộ phận của phần mềm trong hệ thống SDR dựa trên các thiết bịkhông dây Công vịêc chính của tiêu chuẩn này là đảm bảo sự tồn tại đồng thời và sự phù hợptrong phần mềm Sự phù hợp này được yêu cầu phải hợp lệ và được chứng nhận của hệ thống

CR

IEEE 1900.4: tiêu chuẩn này thì liên quan đến sự cung cấp đồng thời cho việc tái cấu hình

các giao diện không khí không đồng nhất Sự không đồng nhất sẽ là chìa khoá cho hệ thốngkhông dây mà các thiết bị di động có thể sử dụng kĩ thuật không dây đa kênh một cách đồngthời.Nhóm làm việc sẽ định nghĩa tất cả kiến trúc của hệ thống cũng như công thức của hệ thống

IEEE 1900.A: trách nhiệm của tiêu chuẩn này thì liên quan tới sự phù hợp của việc truy cập

phổ linh động dựa vào thiết bị Các nhóm nghiên cứu sẽ nhấn mạnh sự phụ thuộc và giá trị của các thông số của thiết bị không dây với truy cập phổ linh động Bởi vì một thiết bị CR sẽ phức

tạp hơn so với các thiết bị cũ, nên một giải thuật hợp lý trở thành một thử thách Các phương

pháp mới cần được phát triển để chắc rằng các thiết bị sẽ không gây nhiễu lên kênh truyền của thiết bị đăng kí Việc nghiên cứu bao gồm cả sự khó khăn trong việc phân tích nguyên nhân của nhiễu Nhà sản xuất phải tránh chúng để chắc chắn rằng các thiết bị sẽ phù hợp với các luật lệ Cũng có những tiêu chuẩn IEEE khác mà cũng liên quan tới các luật lệ của hệ thống không dây

và hệ thống CR như IEEE 802.18, 19, 21, 22 IEEE 802.18 là một tiêu chuẩn được dùng cho cácnhóm có trách nhiệm về sự tham gia và sự giám sát quá trình tiến triển của các hoạt động củasóng vô tuyến trong nhiều hệ thống khác nhau ví dụ như IEEE 802.11 WLAN, IEEE 802.15WPAN, IEEE 802.16 WMAN, IEEE 802.20 Mobile WLAN, IEEE 802.22 WRAN Nhóm tiêuchuẩn IEEE 802.18 này có thể đưa ra các bình luận đến các luật lệ của bộ điều chỉnh để thông tintới các nhu cầu của truy cập phổ IEEE 802.19 là nhóm tiêu chuẩn dùng trong sự tồn tại đồngthời Nhóm này sẽ định địa chỉ cho các giả thiết tồn tại đồng thời giữa các hệ thống không dâydựa trên tiêu chuẩn IEEE 802 ( ví dụ như IEEE 802.11 và Bluetooth) Trong trường hợp này, khimột tiêu chuẩn mới cho một mạng không dây chưa đăng kí được giới thiệu, nhóm tiêu chuẩnIEEE 802.19 sẽ xét sự đảm bảo của các tiêu chuẩn đó để chắc chắn rằng tiêu chuẩn mới này sẽcùng tồn tại với sự tồn tại của kĩ thuật đang hoạt động trong cùng 1 phổ Chuẩn IEEE 802.21 làmột chuẩn mới cung cấp khả năng quản lý phổ linh động cho cả kĩ thuật đồng bộ và không đồng

bộ Nó là tiêu chuẩn cơ bản cho hệ thống không dây mà các thiết bị di động có thể sử dụng kĩthuật không dây này IEEE 802.22 là 1 kĩ thuật không dây mới cung cấp dữ liệu thông tin trênmột khu vực rộng lớn Kĩ thuật này sẽ hoạt động trên băng tần TV Tuy nhiên, để chắc chắn rằngcác dịch vụ cũ không bị nhiễu bởi các thiết bị IEEE 802.22, thì hệ thống truy cập phổ linh độngđược đề cập tới Mối quan hệ giữa các thành phần IEEE SCC 41 như hình vẽ:

Hình 4-6 Mối quan hệ giữa các thành phần trong IEEE SCC 41

4.2 Chuẩn IEEE 802.22 cho khu vực mạng không dây (wireless regional area networks (WRANs))

Hệ thống kiến trúc của chuẩn IEEE 802.22 dựa trên WRAN thì tương tự như mạng truy cậpkhông dây băng rộng (broadband wireless access (BWA)) như IEEE 802.16 WiMAX Trongthực tế, một WRAN thì dựa trên kết nối điểm- đa điểm mà trong đó các trạm gốc BS điều khiểntất cả các kết nối

- Lớp vật lý trong 802.22

Trong lớp vật lý, sự truyền dẫn của chuẩn IEEE 802.22 thì hướng đến các tần số mà dựa vào truycập dồn tần số trực giao (OFDMA) Ghép các băng TV có thể được sử dụng 1 cách hợp lý đểtăng cường dung lượng của hệ thống bằng cách sử dụng kĩ thuật liên kết kênh truyền Kênhtruyền liên kết là kĩ thuật sử dụng bộ ghép kênh cho sự truyền dẫn của dòng dữ liệu đơn Một kĩthuật tương tự được dùng là chuẩn IEEE 802.11 dựa trên WLANs Hệ thống và mã phù hợp từ0.5 bit/symbol/Hz đến 5 bit/symbol/Hz sẽ được cung cấp cho chuẩn này Một mạng IEEE 802.22

thì được mong đợi sẽ cung cấp hơn 10 người dùng trên 1 mạng tế bào với đường truyền lên vàtruyền xuống với lưu lượng lần lượt là 1.5Mbps và 384 kbps.

Hình 4-7 Cấu trúc siêu khung trong chuẩn IEEE 802.22

Hình 4-8 Kết cấu 1 khung trong IEEE 802.22

- Cảm biến kênh trong chuẩn IEEE 802.22

Trong hệ thống 802.22,cả BS và CPE thực hiện cảm biến kênh theo chu kì Bởi vì cảm biếnkênh có thể ở trong khoảng băng hay ngoài khaỏng băng nên có 2 giao diện được yêu cầu tạiCPE Một anten trực tiếp thì được sử dụng để kết nối với BS, và một anten đẳng hướng thì đượcdùng để cảm biến phổ BS hướng dẫn CPE cảm biến băng TV, và kết quả cảm biến sẽ được gửitrở lại cho BS để xây dựng một bản đồ các phổ trống cho các tế bào mà được dùng để quản lýphổ Giao thức MAC cần được thiết kế để cung cấp các yêu cầu của quản lý phổ bao gồm thayđổi kênh truyền, sự hoãn hay khôi phục kênh, sự bao gồm hay loại trừ của nhiều kênh từ mộtkênh truy cập

Để phát hiện một dịch vụ TV truyền thống, hệ thống IEEE 802.22 cung cấp máy cảm biến băngtần thô và cảm biến tinh như hình:

Hình 4-9 Cơ chế cảm biến thô và tinh trong IEEE 802.22

Để cải thiện hệ thống cho phù hợp, Cảm biến nhanh ( hay gọi là cảm biến thô), ví dụ như cảmbiến năng lượng, thì thực hiện trong thời gian ngắn để giảm sự gián đoạn trong truyền dữ liệu.Kết quả của sự cảm biến này được sử dụng để phân tích hoạt động của kênh truyền Nếu có mộtnăng lượng truyền dẫn được phát hiện, thì hệ thống cảm biến tinh sẽ hoạt động Giải thuật củacảm biến tinh này sẽ tốn thời gian để xác định các tín hiệu từ dịch vụ nguồn Cả 2 phương phápcảm biến thô và tinh này đều đáp ứng được yêu cầu của chuẩn IEEE 802.22 Đặc biệt, tín hiệu

TV số với công suất ngưỡng là -116 dBm cũng được phát hiện với xác suất phát hiện gần0.9( giá trị lớn nhất của xác suất báo sai là 0.1) Hệ thống dịch vụ thì cần được phát hiện trongvòng không quá 2 giây sau khi dịch vụ này bắt đầu truyền dữ liệu

Chương 2 : Các kĩ thuật cơ bản trong mạng vô tuyến nhận

thức

5 Cảm biến phổ ( spectrum sensing)

Trước hết ta tìm hiểu về sự phát hiện tín hiệu nhờ vào cảm biến phổ Rõ ràng, việc cảm biến phổ

là nhiệm vụ thiết yếu của mạng vô tuyến nhận thức, nó cho phép người dùng thứ 2 có thể pháthiện ra khoảng phổ trống và có cơ hội để tận dụng những khoảng tần số này mà không ảnhhưởng gì đến hệ thống trên Và vấn đề cảm biến phổ này được trình bày như sau:

Để phát hiện 1 tín hiệu nằm trong dải băng thông B biết trước, ta có thể thử đặt vấn đề về giảthiết như sau:

+ N tương ứng tới số lần lấy mẫu

Cảm biến phổ sử dụng các phương pháp xử lí tín hiệu thu được để đưa ra quyết định về dải tần

số đang quan sát là trống hay là có xuất hiện tín hiệu PU Đây là kĩ thuật quan trọng bởi vì nóảnh hưởng lớn đến quyết định sử dụng hay không sử dụng dải tần số đang quan sát Mạng CRcần dựa vào các điều kiện của môi trường để có thể cảm biến được dải phổ thích hợp,qua đó đưa

ra quyết định chính xác về việc sử dụng dải phổ nào để ko gây ảnh hưởng đến primary user.

Trong hệ thống CR có thể chia cảm biến phổ ra làm 2 loại:

- Occupancy sensing (cảm biến sự chiếm giữ phổ): phát hiện sự chiếm giữ phổ trong khu vực

lân cận,qua đó xác định được dải phổ nào đang trống(white spaces) hoặc đang ở dưới mức

sử dụng(gray spaces).Một ví dụ về Occupancy sensing là bộ phát hiện dựa vào năng lượng(Energy_based detection)

- Identity sensing (cảm biến các đặc trưng): phân biệt được dải phổ đang bị chiếm giữ bởi

primary user hay là đang bị chiếm giữ bởi một CR user khác.Điều này đặc biệt quan trọng đốivới môi trường có nhiều CR user,khi đó white space phải được chia sẻ cho nhiều user.Một ví dụ

về Identity sensing là cảm biến dựa vào đặc điểm( featurebased detection)

6 Quản lí phổ

Trong mạng CR, băng tần phổ vô tuyến không sử dụng sẽ được trải trong khoảng tần số rộng baogồm phổ cấp phép và phổ không phép Việc phát hiện những phổ không sử dụng này thông quacảm biến phổ Hệ thống vô tuyến nhận thức sẽ phải quyết định phổ tốt nhất đáp ứng yêu cầu QoStrong số những phổ sẵn có Đó cũng chính là lí do hệ thống đòi hỏi phải có kĩ thuật quản lí phổ

Mục đích của hệ thống CR là sử dụng phổ tần số theo cách thức động, có nghĩa là hệ thống CR

sẽ tìm kiếm và hoạt động tại băng tần số tốt nhất Để tìm được những khoảng phổ trống tốt nhấtthì hệ thống CR phải thu thập các khoảng phổ trống này Vì thế, sự linh động phổ (spectrummobility) được định nghĩa như là 1 cách thức mà người dùng trong hệ thống CR có thể thay đổitần số hoạt động

Trong hệ thống CR, sự linh động phổ được thực hiện khi mà các điều kiện của kênh truyền trởnên xấu đi hay có sự xuất hiện của tín hiệu PU Sự linh động phổ sẽ tăng thêm các loại chồngphổ trong hệ thống CR và đó chính là mục đích của sự chồng phổ Các giao thức từ nhiều lớp