Xác định xác suất dừng của mạng vô tuyến nhận thức với ràng buộc can nhiễu

Nội ung th c hiện ề t i trình bày về một mô hình s dụng các relay trong mạng vô tuyến nhân thức underlay với can nhiễu phải hạn chế nhằm trảnh ảnh hưởng ến người dùng chính, qua lu n văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

XÁC ÐỊNH XÁC SUẤT DỪNG CỦA MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC VỚI RÀNG BUỘC CAN NHIỄU

GVHD: TS PHẠM NGỌC SƠN SVTH : NGUYỄN CHÂN TÂM 12141196 SVTH : LÊ VĂN TƯỞNG 12141420

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2017

S KL 0 0 4 5 4 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

i

Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 2 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Tên ề tài : Xác ịnh xác suất dừng của mạng vô tuyến nh n thức với ràng buộc can nhiễu

2 Nội ung th c hiện ề t i trình bày về một mô hình s dụng các relay trong mạng vô tuyến nhân thức underlay với can nhiễu phải hạn chế nhằm trảnh ảnh hưởng ến người dùng chính, qua lu n văn này ưa ra những nh n ịnh về s ảnh hưởng của can nhiễu ến các mô hình mạng, ngoài ra so sánh với mô hình mạng truyền thống

3 Sản phẩm: Mô phỏng trên phần mềm Mathlab

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ộc l p – T do – Hạnh phúc ***

ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ộc l p – T do – Hạnh phúc ***

iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên phản biện

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ộc l p – T do – Hạnh phúc ***

iv

LỜI CẢM ƠN

ể có thể ho n th nh ề tài này, chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa o tạo chất lượng cao, Trường ại Học Sư Phạm Kỹ Thu t TP Hồ Chí Minh ã t n tình truyền ạt kiến thức trong những năm chúng em học t p

ặc biệt, chúng em xin ch n th nh cảm ơn Thầy Phạm Ngọc Sơn ã t n t nh hướng ẫn v tạo iều kiện thu n lợi cho chúng em trong suốt thời gian th c hiện

ồ án tốt nghiệp

Bên cạnh , chúng em c ng xin cảm ơn các anh, chị kh a trước c ng như các ạn sinh viên trong lớp 12141CLVT ã nhiệt t nh ng g p ý kiến v chia sẻ kinh nghiệm ể giúp chúng em ho n th nh ề t i n y

Cuối cùng, do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót Chúng

em rất mong nh n ược s ng g p ý kiến của quý thầy cô và các bạn ể có thể hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ng y 13 tháng 2 năm 2017

v

TÓM TẮT

Ngày này, tốc ộ phát triển của truyền thông vô tuyến tăng trưởng nhanh chóng

Nó có thể phục vụ số lượng lớn các thiết bị th ng minh Hơn thế nữa, ngay cả các iện thoại thông minh có thể tiêu thụ ăng th ng nhiều hơn các thiết bị iện thoại truyền thống Cùng với s phát triển ngày càng nhanh của công nghệ, bài toán về phân bổ phổ tần số một cách hiệu quả ã v ang trở thành một vấn ề thiết yếu ể giải quyết vấn

ề cạn kiệt nguồn tài nguyên, khái niệm vô tuyến nh n thức ra ời

Trong vô tuyến nh n thức, có hai loại người dùng ược phân cấp l người dùng

sơ cấp v người dùng thứ cấp Gần y, người ta ề nghị m h nh Un erlay ể giải quyết vấn ề s dụng phổ liên tục cho người dùng thứ cấp Trong mô hình Underlay hay còn gọi là mô hình dạng nền, người dùng thứ cấp có thể s dụng tần số cùng lúc với người ùng sơ cấp, miễn là can nhiễu tạo ra từ những hoạt ộng của người dùng thứ cấp ến người ùng sơ cấp phải nhỏ hơn một mức giới hạn cho phép ể tăng cường hoạt ộng của m h nh n y, người ta s dụng giao thức truyền thông hợp tác ể chống lại vấn ề giới hạn công suất truyền, c ng như vấn ề fading của kênh truyền Trong th c tế mạng vô tuyến nh n thức dạng nền ều phát sinh ra can nhiễu,

lu n van này xem xét về vấn ề can nhiễu từ ưa ra những nh n xét nhằm tối ưu h a can nhiễu trong mạng vô tuyến nh n thức Lu n văn cáo n y ánh giá xác suất dừng của mạng vô tuyến nh n thức với s hợp tác giữa người dùng thứ cấp trên nền tảng mô hình mạng vô tuyến nh n thức (Underlay), vẫn không làm ảnh hưởng tới người ung chính, c nghĩa l giới hạn v iều tiết ược lượng nhiễu mà người dùng chính có thể chấp nh n ược và thông tin truyền i kh ng ị ảnh hưởng.

vi

ABSTRACT

Today the speed of development of wireless communications rapid growth Moreover, even the smart phone may consume more bandwidth than the traditional telephony equipment Along with the increasingly rapid development of technology, the problem of distribution of frequency spectrum efficiently has become a critical issue To solve the problem of resource depletion, cognitive radio concept was born

In cognitive radio, there are two kinds of users are the primary users and secondary users Recently we were proposed Underlay model to slove the problem using continue spectrum for secondary users In underlay model, also known as model substrate, the secondary user can use the same frequency with primary user, as long as the interference generated from the operation of the secondary user to user profile level must be less than a limit allows To enhance the operation of this model, we use the communication protocol of co-operation to combat the problem of limited transmission capacity, as well as the problem of fading channel

In fact cognitive radio networking platform types are emitted interference, this thesis consider the problem of interference from which to make comments to optimize interference in cognitive radio network This thesis reviews the outage probability the cognitive radio network with the co-operation between secondary users on the platform model cognitive radio network ( Underlay), did not affect the primary user, that is the limit and regulate the mount of noise that the primary user can accept and transmit information is not affected

vii

MỤC LỤC

Trang bìa

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT v

ABSTRACT vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH x

Chương I: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Lý do chọn ề tài: 2

1.3 ối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4 Bố cục của ồ án 3

Chương II: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 4

2.1 Mạng vô tuyến nh n thức CR 4

2.2 Các mô hình trong vô tuyến nh n thức 9

2.2.1 Truyền theo kỹ thu t Overlay 10

2.2.2 Truyền dẫn theo kỹ thu t Underlay 10

2.3 Các kỹ thu t ược s dụng trong vô tuyến nh n thức 11

2.3.1 Spectrum sensing 12

2.4 Phương pháp tuyền tín hiệu trong truyền thông hợp tác 16

2.4.1 Khuếch ại và chuyển tiếp (AF) 16

2.4.2 Giải mã và chuyển tiếp (DF) 17

2.5 Ưu, nhược iểm của truyền thông hợp tác 18

2.5.1 Ưu iểm 18

2.5.2 Nhược iểm 18

2.6 Nhiễu ồng kênh (Co-channel interference) 19

viii

2.6.1 ịnh nghĩa 19

2.6.2 Nguyên nhân gây ra nhiễu ồng kênh 20

2.6.3 Can nhiễu hạn chế 21

2.6.4 Một số giải pháp hạn chế nhiễu ồng kênh 21

2.6.5 Nguyên lý tái s dụng tần số 21

2.6 Fading 22

2.7 Noise 22

2.8 Mạng vô tuyến nh n thức với can nhiễu hạn chế 23

Chương III: MÔ HÌNH HỆ THỐNG 25

3.1 Giới thiệu mô hình hệ thống 25

3.1.1 Mô hình truyền dữ liệu mạng vô tuyến nh n thức 25

Chương IV: PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT 28

4.1 Xác suất dừng 28

4.2 S thay ổi khi tăng số lượng Relay: 31

Chương V: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 34

5.1 Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ công suất truyền trên nhiễu 34

5.2 Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ can nhiễu trên nhiễu 36

5.3 Xác suất dừng phụ thuộc vào số Relay 37

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 39

6.1 Kết lu n 39

6.2 Hướng phát triển 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

nhiễu

x

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 2.1 J Mitola 4

H nh 2.2 M h nh cơ ản truyền thông hợp tác 5

Hình 2.3 Các khoảng phổ có thể s dụng ược biểu diễn trên miền thời gian và miền tần………8

Hình 2.4 Những khoảng truy c p ộng ược biểu diễn trên miền thời gian và miền tần số……… 8

Hình 2.5 S dụng phổ tần của ba mô hình chính trong Vô tuyến nh n thức……… 9

Hình 2.6 Chia sẻ phổ tần theo phương pháp Spectrum Underlay………11

Hình 2.7 Chu kỳ cảm biến Tp và ảnh hưởng ến người ùng sơ cấp……… 13

Hình 2.8 Khoảng cách cho phép ể người dùng thứ cấp có thể cùng phát trên một phổ tần với người ùng sơ cấp……….14

Hình 2.9 S kết hợp giữa các người dùng thứ cấp với nhau……… 16

Hình 2.10 Phương pháp khuếch ại và chuyển tiếp……… 17

Hình 2.11 Phương pháp giải mã và chuyển tiếp……… 17

Hình 2.12 Nhiễu ồng kênh……… ….19

Hình 3.1 Mạng truyền dẫn hợp tác chuyển tiếp trong mạng vô tuyến nh n thức un erlay……… 25

Hình 5.1 Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ công suất truyền trên nhiễu 34

Hình 5.2 Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ can nhiễu trên nhiễu……… 36

Hình 5.3 Xác suất dừng phụ thuộc vào số Relay……… 37

1

Chương I: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay, với việc bùng nổ các nhu cầu, ứng dụng viễn thông, vấn ề tối ưu h a ăng th ng ang rất ược quan t m B i toán ăng th ng tuy ã c thể giải quyết với mạng vô tuyến nh n thức CR, nhưng vẫn tồn tại nhiều vấn ề cần giải quyết ể có thể ứng dụng thức tiễn

Với ề t i n y, người viết ánh giá về giao thức truyền dẫn s dụng các relay chuyển tiếp s dụng mô hinh mạng Underlay Trong giao thức ược ề xuất sau y, một nguồn phát thứ cấp ược s dụng ể truyền các gói thông tin của n ến một ích thứ cấp thông qua s trợ giúp của các bộ tiếp sóng (relay) thứ cấp ược l a chọn phù hợp với mô hình truyền dẫn, nhưng khi truyền bị giới hạn bởi công suất nhất ịnh không ảnh hưởng ến người dùng chính, từ ta lấy ược xác suất dừng

Ngo i ra ề tài còn này so sánh giữa mạng nh n thức chuyển tiếp (Cognitive Relay Networks - CRN) và mạng chuyển tiếp truyền thống (Conventional Relay Networks – CON) Từ ề tài này ta có thể rút ra ược những ặc iểm của hai loại mạng và những ảnh hưởng của các yếu tố khoảng cách

un erlay, trong khi vẫn ảm bảo không ảnh hưởng ến người ùng sơ cấp

Lu n văn n y ưa ra các iểu thức chính xác và tiệm c n ưới của xác suất dừng, các tiêu chuẩn l a chọn relay tốt nhất Các biểu thức n y ược biểu diễn ưới dạng tường minh, giúp cho các nhà thiết kế dễ dàng tính toán, tối ưu v quy hoạch mạng lưới

2

1.3 Lý do chọn đề tài:

Cùng với s phát triển ngày càng nhanh của khoa học và công nghệ, bài toán về phân bổ phổ tần số một cách hiệu quả ã v ang trở thành một vấn ề thiết yếu Bởi ăng tần là tài nguyên có giới hạn, vì v y òi hỏi cần phải có những giải pháp hiệu quả

ể tái thiết s dụng lại phổ tần hoặc chia sẻ ăng tần giữa các mạng vô tuyến Vô tuyến

nh n thức với khả năng nh n biết ược m i trường xung quanh, từ iều chỉnh các tham số truyền và phát của n ể tối ưu hệ thống, ồng thời vô tuyến nh n thức còn

có khả năng cảm nh n phổ và chia sẽ phổ tần từ c thể giải quyết ược bài toán phân bổ phổ tần y l lý o thứ nhất tôi chọn hướng nghiên cứu là

vô tuyến nh n thức

Trong a m h nh cơ ản của vô tuyến nh n thức: mô hình xen kẽ (Interweave), mô hình chia sẻ tần số (Overlay) và mô hình dạng nền (Un erlay) Trong m h nh Interweave c nhược iểm là hoạt ộng của mạng thứ cấp còn phụ thuộc vào mạng sơ cấp, o chất lượng dịch vụ của mạng thứ cấp kh ng ược ảm bảo Trong mô hình Overlay, do mạng sơ cấp và mạng thứ cấp hoạt ộng trên cùng một ăng tần nên nhược iểm của hệ thống

n y l máy thu sơ cấp phải ược trang bị các kỹ thu t loại trừ can nhiễu từ các máy phát thứ cấp rất phức tạp Trong mô hình Underlay thì mạng sơ cấp

và mạng thứ cấp c ng hoạt ộng trên cùng ăng tần, tuy nhiên công suất phát của máy phát thứ cấp bị giới hạn ể không gây can nhiễu cho máy thu sơ cấp Với ưu iểm l kh ng òi hỏi kỹ thu t loại trừ can nhiễu phức tạp tại máy thu sơ cấp, mạng Un erlay ang ược các nhà nghiên cứu quan tâm nhiều hơn y l lý o thứ hai tôi chọn mạng Underlay trong mô hình vô tuyến nh n thức

Và lý do cuối cùng, trong các nghiên cứu trước y th các tác giả ã ề xuất

v ánh giá hiệu năng của mô hình truyền a chặng trong vô tuyến nh n thức dạng nền Tuy nhiên như ã ề c p ở trên, các mô hình này chỉ s dụng s truyền tr c tiếp ể chuyển tiếp dữ liệu tại mỗi chặng Vì v y, hiệu năng của các mô hình này sẽ không cao Trong lu n văn n y, truyền thông cộng tác ược s dụng tại mỗi chặng ể n ng cao ộ tin c y chuyển tiếp tại các chặng Hơn thế nữa, truyền th ng tăng cường c ng ược s dụng ể nâng cao hiệu quả phổ trong s truyền dữ liệu tại các chặng

3

1.3 Đối ƣợng và phạm vi nghiên cứu

Mô hình chung của hệ thống truyền dẫn s dụng relay chuyển tiếp có phân t p trong mạng vô tuyến nh n thức

Các yếu tố ảnh hưởng xác suất dừng

So sánh với hệ thống mạng truyền dẫn truyền thống

Chương 5 Kết quả mô phỏng: thể hiện, ánh giá kết quả mô phỏng

Chương 6 Kết lu n v hướng phát triển

kh ng ủ linh hoạt, thường không hợp lý, dẫn ến một hiện trạng là mặc dù hầu như mọi tần số ều ã ược cấp phép, nhưng ường như vẫn l kh ng ủ ể áp ứng nhu cầu Lý do là do những người dùng có bản quyền này không hề hoạt ộng ở mọi thời iểm, o sẽ có những khoảng thời gian mà các dãy tần n y l kh ng ược s dụng, dẫn ến s lãng phí ăng th ng [1-2]

Hình 2.1 J Mitola

5

Từ , một ý tưởng ược ưa ra l một mạng vô tuyến thông minh, mô hình này

có hai thành phần: mạng sơ cấp (Primary Network) và mạng thứ cấp (Secondary Network) Trong , mạng thứ cấp có khả năng nh n biết ược trạng thái ăng th ng xung quanh nó, và s dụng chúng khi các người dùng có bản quyền, hay còn gọi là người dủng sơ cấp, không hoạt ộng (overlay) hoặc dùng chung tần số nhưng kh ng gây ảnh hưởng cho các người dùng có bản quyền (underlay)

Hình 2.2 Mô hình ơ bản truyền thông hợp tác

Hiện nay c a phương pháp chính ể thiết kế mạng vô tuyến nh n thức là: interweave, overlay và underlay Trong a phương pháp này thì phương pháp underlay

nh n ược nhiều s quan tâm của các nhà khoa học nghiên cứu gần y khi m ưu iểm của nó là cho phép các mạng sơ cấp và mạng thứ cấp có thể tiến hành song song hai hoạt ộng truyền và phát

M h nh cơ ản của hệ thống truyền thông cộng tác [1-2] (xem hình 2.2) bao gồm:

 S (Source): một nút nguồn

 R (Relay): một nút chuyển tiếp R (Relay)

 D (Destination): một nút ích

6

Việc truyền dữ liệu từ nút nguồn ến nút ích trong hệ thống truyền thông hợp tác diễn ra trong 2 khe thời gian tr c giao Trong khe thời gian thứ nhất, nút nguồn phát tín hiệu của nó về nút ích Tuy nhiên, o ản chất của kênh vô tuyến, nút chuyển tiếp (ở gần nút nguồn) c ng c thể nh n ược tín hiệu Trong khung thời gian thứ hai, nút chuyển tiếp sẽ truyền tín hiệu mà nó nh n ược từ nút nguồn về nút ích Trong m h nh khuếch ại và chuyển tiếp (Amplify and Forward) [2], nút R khuếch ại tín hiệu nh n ược và truyền tín hiệu ến nút ích Trong m h nh giải mã và chuyển tiếp (Decode and Forward) [11], nút chuyển tiếp chỉ truyền tín hiệu tới ích khi n giải mã tín hiệu nh n ược từ nút nguồn thành công Cuối cùng, nút ích sẽ kết hợp hai tín hiệu mà nó nh n ược bằng kỹ thu t phân t p kết hợp như Selection Combining (SC), Equal Gain Combining (EGC) và Maximal Ratio Combining (MRC) Mặc dù truyền thông cộng tác tăng cường hiệu năng của hệ thống, nhưng như ta ã thấy hệ thống luôn s dụng hai khe thời gian ể truyền dữ liệu iều này gây nên s giảm hiệu quả phổ khi so sánh với mô hình truyền

tr c tiếp giữa nút nguồn v nút ích ể tăng hiệu quả phổ, mô hình truyền thông cộng tác tăng cường ã ược ề xuất Trong m h nh n y, nút ích sẽ giải mã tín hiệu nh n ược từ nút nguồn ở khe thời gian thứ nhất Nếu nút ích giải mã ược, nó sẽ g i th ng iệp ến nút nguồn và nút chuyển tiếp Trong trường hợp này nút chuyển tiếp không cần chuyển tiếp dữ liệu Trong trường hợp nút ích kh ng thể giải mã ược, nó sẽ yêu cầu nút chuyển tiếp

g i lại tín hiệu nguồn Như v y, phương pháp truyền thông cộng tác tăng cường có thể giảm số lượng khe thời gian ược s dụng nếu chất lượng kênh truyền giữa nút nguồn v nút ích tốt

Trong các ứng dụng mà nút nguồn ở xa nút ích, việc truyền dữ liệu thông qua những chặng ngắn hơn v s dụng công suất truyền thấp hơn c thể

ạt ược hiệu quả cao hơn việc s dụng công suất lớn ể truyền tr c tiếp dữ liệu từ nguồn ến ích y c ng l những m h nh thường gặp trong những mạng cảm biến vô tuyến (Wireless Sensor Network) hay mạng Ad-hoc Trong mạng chuyển tiếp a chặng th ng thường [2], dữ liệu nguồn ược chuyển tiếp theo từng chặng từ nguồn ến ích Nút ích sẽ không nh n ược tín hiệu nếu

s chuyển tiếp tại một chặng n o kh ng th nh c ng Do , hiệu năng của mô hình này thấp bởi v ộ lợi phân t p ạt ược chỉ bằng một ể tăng cường ộ lợi phân t p, trong các tác giả ã ề xuất s dụng kỹ thu t truyền thông cộng

7

tác cho các nút chuyển tiếp nằm trên tuyến từ nguồn ến ích Theo phương pháp này, các nút chuyển tiếp sẽ kết hợp dữ liệu nh n ược từ nguồn và các nút chuyển tiếp phía trước nó Sau , các nút này sẽ x lý những dữ liệu nh n ược

và th c hiện việc truyền dữ liệu sau khi x lý ến những nút kế tiếp Các tác giả

ề xuất s dụng những nút bên ngoài tuyến và s dụng truyền thông cộng tác ể tăng cường hiệu quả truyền dữ liệu tại mỗi chặng

Kế ến, viện các kỹ sư iện, iện t Hoa Kỳ (IEEE) ã ịnh nghĩa v tuyến nh n thức như sau:

Vô tuyến nh n thức là một hệ thống thu / phát ược thiết kế ể phát hiện nhạy bén các khoảng phổ trống của phổ vô tuyến và nhảy vào (hoặc thoát ra nếu cần thiết) các khoảng phổ này, mà không làm ảnh hưởng, gây nhiễu cho các hệ thống ược cấp phép khác

y l một công nghệ rất tiềm năng trong chính sách quy hoạch tần số tĩnh hiện nay, công nghệ giúp t n dụng các tần số nhàn rỗi không ược s dụng ến bởi người ùng sơ cấp, nâng cao hiệu suất s dụng phổ tần của mạng vô tuyến Qua các ịnh nghĩa cốt lõi trên ta có thể tóm tắt lại:

Vô tuyến nh n thức là một hệ thống có khả năng thay ổi các thông số truyền,

d a vào th c tế v tương tác với m i trường xung quanh

Về bản chất các CR là các SDR với trí tuệ nhân tạo, có khả năng cảm nh n và phản ứng với môi trường Từ cấp phát tài nguyên vô tuyến và các dịch vụ không dây phù hợp với nhu cầu s dụng Công nghệ mới này d a trên một nền tảng thông minh giúp cho việc cấp phát phổ tần tối ưu hơn, l m tăng thêm áng kể lượng phổ hiện

có của các nhà cung cấp dịch vụ, v n hành mạng

Hình 2.4 Những khoảng truy cập động đƣợc biểu diễn trên miền thời gian và

miền tần số

9

2.2 Các mô hình trong vô tuyến nhận thức

Vô tuyến nh n thức là công nghệ cho phép t n dụng các khoảng tần số nhàn rỗi tạo ra do chính sách quy hoạch tần số tĩnh Hiện nay, công nghệ vô tuyến nh n thức ang thu hút mạnh mẽ s quan tâm của rất nhiều nhà khoa học khắp nơi trên thế giới Các nút mạng s dụng công nghệ vô tuyến nh n thức có khả năng hoạt ộng song song với mạng sơ cấp (primary networks) (là mạng có bản quyền s dụng tần số) với iều kiện ràng buộc là hoạt ộng truyền phát dữ liệu của mạng thứ cấp (secondary networks) không gây can nhiễu cho mạng sơ cấp Hiện nay c a phương pháp chính

ể thiết kế mạng vô tuyến nh n thức l interweave, overlay v un erlay Trong ba phương pháp này thì phương pháp underlay nh n ược nhiều s quan tâm của các nhà khoa học nghiên cứu gần y khi m ưu iểm của nó là cho phép các mạng sơ cấp và mạng thứ cấp có thể tiến hành song song hai hoạt ộng truyền và phát Tuy nhiên, nhược iểm của phương pháp n y l ể ảm bảo iều kiện can nhiễu nh n ược tại phía máy thu sơ cấp, công suất phát của các máy phát thứ cấp phải ược iều chỉnh phụ thuộc v o ộ lợi kênh truyền can nhiễu và kết quả là vùng phủ sóng của mạng thứ cấp bị giới hạn [2-3]

Hình 2.5 Sử dụng phổ tần của ba mô hình chính trong Vô tuyến nhận thức

10

2.2.1 Truyền theo kỹ thuật Overlay

Trong kỹ thu t chia sẻ tần số Overlay, người ùng sơ cấp chia sẻ ăng tần với người dùng thứ cấp với iều kiện người dùng thứ cấp phải giúp ỡ người dùng sơ cấp nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) của mạng sơ cấp Trong mô hình này, người dùng thứ cấp sẽ ng vai trò là người chuyển tiếp các dữ liệu cho mạng sơ cấp Từ việc giúp

ỡ mạng sơ cấp, các người dùng thứ cấp sẽ c cơ hội truy c p ăng th ng v truyền dữ liệu của chúng [4]

Những bộ phát thứ cấp (Secondary Transmitter - ST) sẵn s ng giúp ỡ máy phát

sơ cấp (Primary Transmitter - PT) bằng cách chuyển tiếp dữ liệu của PT ến máy thu

sơ cấp (Primary Receiver - PR) Với phương pháp n y, hiệu năng của mạng sơ cấp sẽ ược nâng cao nhờ v o ộ lợi phân t p ạt ược Hơn thế nữa, các máy phát STn

(n=1,2, ,N) sẽ c cơ hội s dụng ăng th ng v truyền dữ liệu của n ến máy thu sơ

2.2.2 Truyền dẫn theo kỹ thuật Underlay

Công nghệ chia sẻ phổ tần số Underlay là một nguyên tắc quản lý tần số, mà các tín hiệu với phổ công suất rất thấp có thể cùng tồn tại Người ùng sơ cấp triển khai hệ thống với mức m t ộ năng lượng cao hơn nhiều, mô hình Underlay dẫn ến một s hạn chế nhiễu tầng cho những người ùng sơ cấp [5]

11

Hình 2.6 Chia sẻ phổ tần theo phương pháp chia sẻ phổ Underlay

Người s dụng mạng vô tuyến nh n thức sẽ s dụng các công nghệ trải phổ như: CDMA ( a truy nh p phân chia theo mã) hoặc UWB (siêu i ộng ăng rộng) ể chia

sẻ ăng tần với người s dụng ược cấp phép Việc s dụng các công nghệ trải phổ sẽ giúp cho người s dụng vô tuyến nh n thức có thể ùng tr n lên ăng tần của người s dụng ược cấp phép bất kể người s dụng ược cấp phép có s dụng phổ tần hay không Một vấn ề ặt ra trong phương pháp này là người s dụng vô tuyến nh n thức phải kiểm soát ược công suất phát của m nh ể tránh gây nhiễu lên người s dụng ược cấp phép Công nghệ chia sẻ phổ tần ch m thường ược áp dụng ối với các mạng tổ ong

2.3 Các kỹ thuậ được sử dụng trong vô tuyến nhận thức

Vô tuyến nh n thức ra ời giúp cho việc quản lý phổ tần tối ưu hơn, giải quyết ược những hạn chế trong phương pháp quản lý trước C ng nghệ truy nh p phổ tần ộng giúp vô tuyến nh n thức hoạt ộng trên phổ tần có sẵn tốt nhất Vô tuyến nh n thức có các tính năng quan trọng sau y [4]:

 iều khiển công suất ược s dụng cho cả truy c p phổ cơ hội và chia sẻ phổ trong hệ thống CR, ể tìm các mức sụt SNR, hỗ trợ cho việc sắp ặt kênh

c ng như hạn chế công suất nhiễu nhằm bảo vệ cho người ùng sơ cấp

 Wideband Spectrum Sensing (WSS): về cơ ản là giống với SS trên một vùng phổ rộng, iển h nh như một vùng phổ h ng trăm MHz hoặc vài GHz Hiện tại thì công nghệ truy c p phổ tần ộng không hỗ trợ tỷ lệ lấy mẫu cao, hiệu quả, WSS yêu cầu một công nghệ mang tính cách mạng hơn, ví ụ như: Compressive Sensing và sub-Nyquist sampling

 Quản lý phổ: l a chọn phổ có sẵn tốt nhất

Linh ộng phổ: CR s dụng công nghệ truy c p phổ tần ộng, iều c nghĩa l CR phải hoạt ộng trên ăng tần tốt nhất, ể tìm ược các khoảng phổ trống tốt nhất, CR cần phải thu th p các khoảng phổ trống lại

 Chia sẻ phổ: khi CR hoạt ộng trong môi trường có nhiều CR khác thì yêu cầu nó phải chia sẻ các cùng phổ trống với những người dùng khác Có 5 ước ể th c hiện chia sẻ phổ là: spectrum sensing, phân bố phổ tần số, truy c p phổ, kết nối thu phát và s linh ộng phổ

2.3.1 Spectrum sensing

ược hiểu ơn giản là một thu t toán tính toán lượng phổ, nhiễu trong một dải phổ Các thông số trong thu t toán gồm thời gian, không gian, tần số, mã hóa Nó còn có thể xác ịnh ược các loại tín hiệu chiếm giữ phổ, iều chế, dạng s ng, ăng

th ng …[3]

Theo các người ùng kh ng ược cấp phép phải cảm biến phổ tần ịnh kỳ Ví

dụ là sau mỗi khoảng thời gian Tp Nếu như khoảng phổ ược xác ịnh là ang rỗi

th người dùng này sẽ ược cấp phép truy c p và s dụng khoảng phổ

13

Hình 2.7 Chu kỳ cảm biến Tp và ảnh hưởng đến người dùng sơ ấp

Tuy nhiên, trong suốt thời gian s dụng, người s dụng thứ cấp n y kh ng ược thông báo về việc truy c p s dụng lại khoảng phổ của người ùng sơ cấp, do nếu

như người ùng sơ cấp truy c p vào khoảng cách giữa 2 Tp thì sẽ có tranh chấp xảy ra,

và hiển nhiên người s dụng sơ cấp sẽ bị nhiễu V y nên hiệu suất chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) của cả người ùng sơ cấp và thứ cấp sẽ ược d a trên chu

kỳ cảm biến Tp này, nếu khoảng Tp này lớn thì thời gian có thể xảy ra nhiễu cho người

ùng sơ cấp c ng tỉ lệ thu n

Ví dụ trên hình cho ta thấy, khoảng Tp l 10 ms, y c ng l khoảng thời gian mà

người ùng sơ cấp bị người dùng thứ cấp chiếm giữ phổ dài nhất ể ảm bảo s cân

bằng, khoảng Tp càng thấp thì khoảng thời gian bị nhiễu càng thấp, v ương nhiên khoảng Tp này sẽ ược giảm ở phía người dùng thứ cấp Tùy thuộc v o ộ can nhiễu

giới hạn ở máy thu của người ùng sơ cấp, mà cả người dùng thứ cấp v sơ cấp có thể truyền dữ liệu của họ cùng một lúc Phạm vi can nhiễu ược ịnh nghĩa l khoảng cách nhỏ nhất mà máy phát của người dùng thứ cấp phải cách xa ể nó không gây nhiễu (ở mức có thể chấp nh n ược) ến nguồn thu của người dùng thứ cấp

14

Hình 2.8 Khoảng á h ho phép để người dùng thứ cấp có thể cùng phát trên một

phổ tần với người dùng sơ ấp

Khoảng cách a vào các tiêu chí sau:

- Kênh không chắc chắn: kênh không chắc chắn phát sinh do biến ộng trong kênh fa ing v sha owing c iều kiện Tín hiệu năng lượng nh n uọc từ một máy phát sơ cấp có thể thấp hơn so với ộ nhạy cảm biến, tùy vào "deep fade" khi mà máy thu thứ cấp ở trong phạm vi can nhiễu của một người dùng thứ cấp

- Nhiễu không chắc chắn ể tính toán ộ nhạy cảm biến của một người dùng thứ cấp, thì công suất nhiễu là cần thiết, tuy th ng thường kh ng ược tính ến S không chắc chắn trong công suất nhiễu này sẽ ảnh hưởng ến việc ước lượng ộ nhạy cảm biến, ặc biệt l trong trường hợp cảm biến phổ thông qua một máy ò t m năng lượng,

v phương pháp này không thể phân biệt ược giữa tín hiệu từ một ngời ùng sơ cấp và các tín hiệu nhiễu, nên ngo i phương pháp này còn có phương pháp cảm biến phổ d a theo ặc iểm tính năng, phương pháp này không ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nhiễu không chắc chắn này

- Tổng hợp của can nhiễu không chắc chắn: khi có nhiều người s dụng thứ cấp trong cùng một mạng vô tuyến nh n thức, họ có thể gây nhiễu cho chính họ Vì số lượng người dùng thứ cấp và các thông số truyền của họ kh ng ược biết, nên s ước tính của ộ can nhiễu do các người dùng thứ cấp gây nên trở thành một thách thức ặc biệt, một người dùng thứ cấp có thể không cảm biến ược s truyền từ một người dùng

sơ cấp gần o s can nhiễu gây ra bởi người dùng thứ cấp khác Mô hình can nhiễu tổng hợp này sẽ hữu ích ể diễn tả các ảnh hưởng của các thông số mạng (số lượng,