Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (15)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG I  Bài tập: Các mạng thơng tin vơ tuyến Giảng viên: Nguyễn Viết Đảm Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn Mã sinh viên: B18DCVT382 Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2022 MỤC LỤC Câu 1: Trình bày ý tưởng khái niệm vô tuyến khả tri Ý tưởng vô tuyến khả tri Khái niệm vô tuyến khả tri Câu 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Mơ hình kiến trúc Vơ tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) Mơ hình kiến trúc Vơ tuyến khả tri (CR) Câu 3: Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Chức hệ thống vô tuyến khả tri Hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Câu 4: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri Kiến trúc máy thu/phát vô tuyến khả tri Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng Câu 5: Trình bày chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN Câu 6: Trình bày sơ đồ khối thực vơ tuyến khả tri CR dựa SDR Câu 7: Trình bày thành phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động Câu 1: Trình bày ý tưởng khái niệm vơ tuyến khả tri Ý tưởng vô tuyến khả tri Ý tưởng vô tuyến khả tri giải vấn đề lãng phí phổ tần: Tần số vơ tuyến tài nguyên khan quản lý tổ chức viễn thơng phủ Mặc dù phổ tần ngày khan hiệu suất sử dụng phổ tần lại thấp Do yêu cầu thiết đặt sử dụng hết, sử dụng hiệu sử dụng triệt để tài nguyên khan Vô tuyến khả tri giải vấn đề Khái niệm vô tuyến khả tri Vô tuyến khả tri CR (Congitive Radio) công nghệ mới, nghiên cứu phép đầu cuối vơ tuyến cảm nhận, nhận biết sử dụng linh hoạt phổ tần số vơ tuyến hữu thời điểm định Tồn số định nghĩa vơ tuyến khả tri như: • Theo FCC: Vơ tuyến khả tri vơ tuyến thay đổi thông số truyền dựa môi giới với mơi trường mà hoạt động Theo đó, vơ tuyến khả tri hệ thống có khả cảm biến môi trường xung quanh điều chỉnh các tham số hoạt động để tối ưu hố hệ thống dạng: tối đa băng thông, giảm can nhiễu, truy nhập phổ tần động • Theo GS Simon Hayskin : Vô tuyến khả tri hệ thống truyền thơng khơng dây thơng minh, có khả nhận biết môi trường xung quanh, từ môi trường thích nghi với thay đổi mơi trường cách thay đổi thông số tương ứng (cơng suất truyền, tần số sóng mang, phương pháp điều chế) thời gian thực với hai vấn đề chính: (i) truyền thông với độ tin cậy cao nơi đâu (ii) sử dụng hiệu phổ vơ tuyến • Theo IEEE: Vơ tuyến khả tri hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà thiết kế để phát cách thông minh vùng phổ chiếm dụng hay không, nhảy vào (hoặc thoát khỏi cần thiết) nhanh qua khoảng phổ tạm thời không sử dụng khác, nhằm không gây nhiễu cho hệ thống cấp phép khác Câu 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Mơ hình kiến trúc Vơ tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) Mơ hình kiến trúc Vơ tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) SDR cung cấp mặt vơ tuyến linh hoạt mềm dẻo, ta lập trình điều khiển thích ứng khối giám sát trung tâm Tính ưu việt SDR khả mềm hóa phần cứng (các khối Điều chế, Mã hóa, Tạo khung Xử lý phần mềm hóa), cơng nghệ điện tử thời ADC, DDC, tổng hợp tần số tốc độ cao, phương pháp chế tạo vi điện tử, thực với chi phí hợp lí, tích hợp cao kích thước nhỏ gọn Đặc biệt, SDR cho phép thay đổi, nâng cấp, cập nhật, bổ sung, tích hợp dạng chương trình hóa FPGA SDR thay đổi định theo môi trường phạm vi tập lựa chọn cấu hình sẵn qua phần mềm Mơ hình kiến trúc Vơ tuyến khả tri (CR) Mơ hình kiến trúc Vô tuyến khả tri (CR) Vô tuyến khả tri CR thực hồn tồn dựa thay đổi cấu trúc phần mềm mà thay đổi cấu trúc phần cứng bên hệ thống vô tuyến trước Để triển khai CR từ SDR, cần thêm vào SDR khối xử lí thơng minh chia sẻ phổ tần động (DFS), điều khiển công suất (TPC), IPD Điểm khác biệt chủ yếu CR so với vô tuyến định nghĩa phần mềm SDR khả khả tri (khả nhận thức), tự động thích ứng nhanh với thay đổi môi trường vô tuyến Vơ tuyến khả tri CR có khả tự cấu hình, tức thích ứng với điều kiện môi trường mà không cần cấu hình trước Như vậy, vơ tuyến khả tri CR thích ứng với mơi trường phổ, SDR lại thích ứng với mơi trường mạng, chúng có phần chồng lên chức Câu 3: Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Chức hệ thống vô tuyến khả tri Các chức vơ tuyến khả tri: • Cảm nhận phổ: Phát phổ tần không sử dụng chia sẻ phổ mà khơng gây nhiễu tới người dùng khác • Quản lí phổ: Chiếm giữ phần phổ tần khả dụng để đáp ứng yêu cầu truyền thông người dùng • Dịch chuyển phổ: Bảo đảm yêu cầu truyền thông không bị ngắt quãng lúc chuyển tới phổ tần tốt • Chia sẻ phổ: Cung cấp phương pháp lập lịch phổ tần hợp lí nhiều người dùng khả tri SU/CU tồn Hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Mạng vơ tuyến khả tri (CRN) hoạt động băng cấp phép không cấp phép Do đó, chức thiết yếu CRN khác tùy theo phổ cấp phép hay khơng • Trên băng cấp phép Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng cấp phép CRN tồn với mạng sơ cấp vị trí băng phổ Mặc dù, mục đích CRN xác định phổ tần khả dụng, chức CR băng cấp phép lại bao gồm phát hữu người dùng sơ cấp PU Dung lượng kênh hố phổ (khoảng băng tần không sử dung) phụ thuộc vào nhiễu xung quanh người dùng sơ cấp PU Do đó, việc tránh nhiễu lên PU vấn đề quan trọng kiến trúc Hơn nữa, PU xuất băng phổ bị người dùng vơ tuyến khả tri chiếm, người dùng vơ tuyến khả tri phải hoàn trả lại phổ chuyển tới phổ khả dụng khác (chuyển giao phổ) • Trên băng không cấp phép Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng không cấp phép Tất thực thể mạng có quyền truy nhập tới băng phổ Nhiều CRN tồn vùng giống truyền thông sử dụng phần phổ Trong kiến trúc này, người dùng vô tuyến khả tri tập trung vào phát việc truyền người dùng vô tuyến khả tri khác Việc chuyển giao phổ không kích hoạt có mặt người dùng sơ cấp khác Tuy nhiên, tất người dùng vơ tuyến khả tri có quyền truy nhập phổ nhau, nên họ phải cạnh tranh với băng khơng cấp phép Do đó, kiến trúc đòi hỏi phương pháp chia sẻ phổ phức tạp người dùng vô tuyến khả tri Nếu nhiều mạng vô tuyến khả tri nằm băng khơng cấp phép phải có phương pháp chia sẻ phổ phù hợp mạng Câu 4: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri Kiến trúc máy thu/phát vô tuyến khả tri Kiến trúc vật lý máy thu/phát vô tuyến khả tri Thành phần máy thu/phát CR đầu cuối vơ tuyến RF (RF front-end) khối xử lí băng gốc Mỗi thành phần tự cấu hình thơng qua bus điều khiển để thích ứng với mơi trường RF biến đổi theo thời gian Trong đầu cuối RF, tín hiệu thu được khuếch đại, trộn chuyển đổi A/D Trong khối xử lí băng gốc, tín hiệu điều chế/giải điều chế, mã hóa/giải mã Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng Kiến trúc vật lý Đầu cuối RF băng rộng Điểm máy thu phát CR khả cảm nhận phổ băng rộng đầu cuối RF Cảm nhận phổ cho phép việc đo lường thời gian thực thông tin phổ từ môi trường vô tuyến Các thành phần đầu cuối RF CR là: • Anten RF băng rộng: thu nhận tín hiệu từ máy phát mức công suất, băng tần vị trí khác • Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng mong muốn cách bỏ qua việc lọc tín hiệu RF nhận • Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA): LNA khuếch đại tín hiệu mong muốn đồng thời giảm thiểu thành phần tạp âm • Bộ trộn: tín hiệu thu trộn với tần số RF nội, chuyển đổi thành tần số băng gốc tần số trung tần (IF) • Bộ dao động điều khiển điện áp (VCO): VCO tái tạo tín hiệu tần số định với điện áp cho trước để trộn với tín hiệu tới Q trình chuyển đổi tín hiệu tới thành tần số băng gốc tần số trung tần • Vịng khóa pha (PLL): PLL đảm bảo tín hiệu khóa tần số định vưới VCO tạo tần số xác • Bộ lọc lựa chọn kênh: Bộ lọc lựa chọn kênh để lựa chọn kênh mong muốn loại bỏ kênh lân cận • Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC trì độ lợi mức công suất đầu khuếch đại không đổi dải rộng mức cơng suất đầu vào Q trình thực từ kiến trúc vật lý máy thu/phát vô tuyến khả tri Kiến trúc vật lý đầu cuối RF băng rộng • Tín hiệu băng rộng nhận qua đầu cuối RF • Lấy mẫu chuyển đổi tương tự-số (A/D) tốc độ cao • Đo đạc thực để phát tín hiệu người dùng cấp phép Anten RF băng rộng thu nhận tín hiệu từ máy phát Câu 5: Trình bày chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri CRN Chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri (CRN) Khả nhận thức khả nắm bắt cảm nhận thông tin từ môi trường vô tuyến Thông qua khả này, phần phổ không sử dụng thời điểm vị trí định xác định Từ đó, ta lựa chọn phổ tốt thông số hoạt động phù hợp Khả nhận thức cho phép vơ tuyến khả tri tương thích thời gian thực với thay đổi môi trường để xác định thơng số truyền thích hợp thích ứng với môi trường vô tuyến động Nhiệm vụ yêu cầu cho hoạt động thích ứng phổ gọi chu trình nhận thức Ba bước chu trình thơng minh: • Cảm nhận phổ: Vơ tuyến khả tri giám sát băng phổ khả dụng, nắm bắt thơng tin chúng sau phát hố phổ • Phân tích phổ: Các đặc tính hố phổ có thơng qua cảm nhận phổ ước tính • Quyết định phổ: Vơ tuyến khả tri định tốc độ liệu, chế độ truyền băng tần truyền Sau đó, băng phổ phù hợp chọn thơng qua đặc tính phổ yêu cầu người dùng Một băng phổ hoạt động định, việc truyền thơng thực qua băng phổ Tuy nhiên, mơi trường vơ tuyến thay đổi theo thời gian không gian, nên vô tuyến khả tri phải theo dõi thay đổi môi trường vô tuyến Nếu băng phổ sử dụng trở nên rỗi, chức dịch chuyển phổ, thực để cung cấp việc truyền liên tục Bất kì thay đổi mơi trường suốt q trình truyền xuất người dùng sơ cấp, hoạt động người dùng biến đổi lưu lượng phải điều chỉnh kịp thời Câu 6: Trình bày sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR Sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR • Anten băng rộng: cổng vào vô tuyến khả tri hoạt động băng tần vơ RF, có khả qt băng tần rộng phù hợp với thay đổi môi trường phổ • Bộ ghép song cơng: cho phép phân phân tách tín hiệu thu/phát RF • Khối lựa chọn tần số động DFS: cho phép CR lựa chọn linh hoạt phổ tần môi trường phổ tần động, giảm thiểu nhiễu • Các khối SDR: hoạt động đồng thời, khối đảm nhiệm phần băng tần tổng Việc nhiều SDR đồng hoạt động (thay sử dụng SDR), làm gia tăng tính linh hoạt xử lý liệu tận dụng hiệu tài nguyên vô tuyến CR môi trường phổ tần động • Khối Tự cấu hình Truyền thơng/Phối hợp lựa chọn: có nhiệm vụ đưa định thơng minh Các định bao gồm việc lựa chọn kết hợp thông tin phát được, để đạt thông tin đầu thực muốn • Bộ tổng hợp thích ứng: tạo sóng mang, thực điều chế biến đổi nâng tần • Cổng định thời: định thời việc chiếm dụng phổ trống phát tín hiệu Câu 7: Trình bày thành phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động Các thành phần vô tuyến khả tri để lựa chọn tần số động: Thu thập liệu phổ (khối 1): Lựa chọn tần số động yêu cầu khả cảm nhận băng rộng, thời gian thực môi trường phổ Đây trình lấy mẫu kênh để xác định kênh trống, kênh sử dụng Một vài thơng số liên quan q trình độ nhạy máy thu, thời gian lấy mẫu khoảng lấy mẫu, mức ngưỡng để tách tạp âm băng rộng khỏi tín hiệu Phân tích liệu (khối 2): Đánh giá, phân tích liệu phổ đưa định tính khả dụng kênh Quá trình phát bao gồm việc phân loại liệu, sử dụng thông tin thu thập để xác định kênh có sử dụng dịch vụ hay hệ thống truyền thông khác việc thông tin với tập node lân cận đầu kết nối kênh rỗi, đầu kết nối kênh lại khơng cịn rỗi Đối với số phân hệ di động, việc thông tin yêu cầu dùng kênh hoa tiêu băng hẹp Đáp ứng (khối 3): Tại ví trí thời điểm xác định, khối chức thứ ba thực việc xác định dạng sóng tần số động để sử dụng Thích ứng (khối 4): Khối để thích ứng với thay đổi mạng khối xác định dạng sóng tần số động để sử dụng  ... phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động Câu 1: Trình bày ý tưởng khái niệm vô tuyến khả tri Ý tưởng vô tuyến khả tri Ý tưởng vô tuyến khả tri giải vấn đề lãng phí phổ tần: Tần số vô tuyến. .. bày chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN Chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri (CRN) Khả nhận thức khả nắm bắt cảm nhận thông tin từ môi trường vô tuyến Thông qua khả này, phần phổ... tưởng khái niệm vô tuyến khả tri Ý tưởng vô tuyến khả tri Khái niệm vô tuyến khả tri Câu 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Mơ hình kiến trúc Vô tuyến định nghĩa