Cognitive radio network mạng vô tuyến nhận thức

Khái niệm Vô Tuyến Nhận Thức◈ Vô tuyến nhận thức là một hệ thống có khả năng nhận biết môi trường xung quanh và điều chỉnh các các tham số hoạt động của nó để tối ưu hoá hệ thống dưới d

Cognitive Radio

Network

Mạng Vô Tuyến Nhận Thức

Nhóm 7Nguyễn Quang Thiện - N16DCVT077Nguyễn Văn Trung - N16DCVT087

I.Giới thiệu

◈ Theo báo cáo đo đạc thực địa của

rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế

giới và Việt Nam, thì mức độ chiếm

dụng tần số theo thời gian và địa

điểm luôn luôn nhỏ hơn 50%

◈ Theo thống kê của Hội đồng viễn

thông liên bang của Mĩ (FCC) thì hiệu

suất sử dụng tài nguyên phổ tần số chỉ

vào khoảng 15% đến 85%.

Khái niệm Vô Tuyến Nhận Thức

◈ Vô tuyến nhận thức

là một hệ thống có khả năng nhận biết môi trường xung quanh và điều chỉnh các các tham số hoạt động của nó để tối ưu hoá hệ thống dưới dạng: tối đa băng thông, giảm can nhiễu, truy nhập

- Định nghĩa do giáo sư Simon Hayskin - cha đẻ của vô tuyến nhận thức : vô

tuyến nhận thức là một hệ thống truyền thông không dây thông minh có khả năng nhận biết được môi trường xung quanh và từ môi trường nó sẽ thích nghi với sự thay đổi của môi trường bằng cách thay đổi các thông số tương ứng (công suất truyền, tần số sóng mang, phương pháp điều chế) trong thời gian thực

- Theo IEEE: “Vô tuyến nhận thức là hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà

được thiết kế để thông minh phát hiện một khoảng phổ đang sử dụng hay không,

và nhảy (hoặc thoát khỏi nếu cần thiết) rất nhanh qua một khoảng phổ tạm thời không sử dụng khác, nhằm không gây nhiễu cho các hệ thống được cấp phép khác

Phần cao tầng (RF font end)

Khả năng nhận biết rộng, có thể điều

chỉnh đến bất cứ phần nào trong dải

phổ rộng lớn Hơn nữa phần cao tần

có thể đo lường các thông tin phổ từ

môi trường để phục vụ cho chức

năng nhận biết phổ.

II Kiến trúc vật lý của vô tuyến nhận thức

Phần xử lý băng gốc (baseband processing unit)

Tương tự như các hệ thống thu phát bình thường.

- Gồm 2 thành phần chính :Hai bộ phận đều có thể được tái cấu hình thông qua

đường điều khiển (control) nhằm thích nghi với các điều kiện thay đổi liên tục

của môi trường

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

Phần cao tầng ( RF front end )

III CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ

TUYẾN NHẬN THỨC

1 Cảm biến phổ (spectrum sensing)

- Cho phép người dùng thứ 2 có thể phát hiện ra khoảng phổ trống và

có cơ hội để tận dụng những khoảng tần số này mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống trên.

- Cảm biến phổ được chia ra làm 2 loại :

+ Occupancy sensing (cảm biến sự

chiếm giữ phổ)

+ Identity sensing (cảm biến các đặc

trưng)

CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN

THỨC

2, Quản Lý Phổ ( Spectrum Management )

- Trong mạng CR, Việc phát hiện những phổ không sử dụng này thông qua cảm biến

phổ Hệ thống vô tuyến nhận thức sẽ phải quyết định phổ tốt nhất đáp ứng yêu cầu

QoS trong số những phổ sẵn có

- Kĩ thuật quản lý phổ gồm có :

+ Phân tích phổ: cần thiết để xác định các thông số như

• Nhiễu xuyên kênh

CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN

THỨC

+ Quyết định phổ: Dải phổ hoạt động thích hợp thì nên được thêm vào hệ thống truyền

dẫn hiện tại mà thoả mãn các yêu cầu của QoS và các đặc trưng của phổ

3, Linh Động Phổ ( Spectrum Mobility )

- 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 nhất thì hệ thống

CR phải thu thập các khoảng phổ trống này Vì thế, sự linh động phổ được định nghĩa như là 1 cách thức mà người dùng trong hệ thống CR có thể thay đổi tần số hoạt động

CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN

THỨC

4, Chia Sẽ Phổ ( spectrum sharing )

- Hai loại người dùng khác nhau là người dùng sơ cấp

(primary user) và người dùng thứ cấp (second user)

cùng tồn tại và chia sẻ phổ tần với nhau Nó cách

CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN

IV Mô Hình Mạng Vô Tuyến

Giải pháp

Trong hoàn cảnh phổ tầng ngày càng khan hiếm trong khi việc sử dụng phổ tầng hiện nay lại không hiệu quả Giải pháp là hai loại người dùng PU và SU cùng chia sẽ phổ tầng với nhau

Nói cách khác, để hai mạng sơ cấp và thứ cấp có thể cùng sử dụng băng tần một cách hiệu quả thì cần có những phương thức chia sẽ phổ tần hiệu quả để làm sao đảm bảo được QoS cho mạng sơ cấp

Chia sẽ phổ tầng dạng nền ( underlay ) Chia sẽ phổ tầng chồng lấp ( overlay )

Người sử dụng mạng SU sẽ sử dụng các công nghệ trải phổ như

CDMA hoặc UWB để chia sẻ băng tần với người sử dụng sơ

cấp. Việc sử dụng các công nghệ trải phổ sẽ giúp cho SU có thể dùng tràn lên băng tần của PU bất kể người sử dụng được cấp phép có sử dụng phổ tần đó hay không. 

 Nhược điểm : - SU phải kiểm soát được công suất phát của mình để tránh gây nhiễu lên PU.

- Máy phát thứ cấp cần phải biết thông tin kênh truyền lý tưởng (không trễ và không lỗi).Tuy nhiên trong thực tế, thông tin kênh truyền này

là có trễ và có lỗi dẫn đến thực tế rằng hệ thống thứ cấp không thể đảm bảo mức can nhiễu quy định tại máy thu sơ cấp.

2.Chia sẽ phổ tầng dạng chồng lấp

- Trong phương pháp này, máy thu phát SU sẽ chỉ có thể truy cập vào phần phổ tần được cấp phép khi PU không sử dụng phần phổ tần đó Thực tế

thì phương pháp này chính là việc ghép kênh phân chia theo thời gian

giữa SU và PU, do vậy nhiễu tới PU là nhỏ nhất

- Nhược điểm : Hiệu năng của mạng thứ cấp trong các phương pháp này

thấp bởi vì can nhiễu từ bộ phát sơ cấp lên bộ nhận thứ cấp và sự chia sẻ công suất phát thứ cấp cho tín hiệu sơ cấp tại máy phát thứ cấp

So sánh giữu underlay và overlay

V Cấu trúc mạng và Ưu Nhược điểm của CR

1 Cấu trúc mạng

- Mạng vô tuyến nhận thức có thể tồn tại ở hai dạng có cấu trúc và không có cấu trúc

Có cấu trúc

Các phần tử mạng có thể giao tiếp với

nhau thông qua trạm gốc (hoặc nút chủ)

ở tần số bản quyền hoặc tần số không

bản quyền Trong mô hình mạng, có thể

có phần tử quản lý phổ (Spectrum

broker), giúp trao đổi thông tin tần số (lỗ

phổ) giữa các hệ thống vô tuyến nhận

Không có cấu trúc (ad-hoc networks)

Các phần tử mạng kết nối với nhau thông qua kết nối ad-hoc Mô hình mạng không có cấu trúc thường được sử dụng trong mạng cảm biến, thu thập thông tin

2 Ưu Nhược điểm của CR

a Ưu điểm

- Trong bối cảnh khan hiếm phổ tần ,vô tuyến nhận thức đang được nghiên cứu và

được ứng dụng trong hầu hết các mạng vô tuyến hiện nay như: WLAN (IEEE

802.11 a/g/h/n), WPAN (IEEE 802.15.x UWB, Bluetooth), WMAN (IEEE 802.16

Wimax), WRAN

b Nhược điểm

- Xác định và duy trì đường định tuyến tối ưu

- Quản lí mạng hiệu quả

- Thiết lập kênh điều khiển tương thích

- Độ phức tạp của phần cứng cũng tăng.

VI Ứng dụng và thách thức

1 Ứng dụng

a Ứng dụng thông tin không dây nhận thức

• Sẵn sàng cho nhiều ứng dụng hơn

• Tự điều khiển công suất thíc hợp

với chất lượng kết nối

• Mạng: Tối ưu lớp ngang, tối ưu

đường truyền,an ninh mạng…

Ứng dụng và thách thức

c Ứng dụng trong dịch vụ của hệ thống không dây

2 Thách thức

THANK You a lot !