Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (20)

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÁO CÁO CÁC MẠNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN “Mạng vơ tuyến khả tri” Giảng Viên: Nguyễn Viết Đảm Sinh viên: Phạm Ngọc Bình Mã sinh viên: B18DCVT037 Nhóm: 03 Hà Nội, 2022 Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 MỤC LỤC 1.Trình bày ý tưởng khái niệm vô tuyến khả tri 2.Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri 3.Chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri 5.Chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri CRN 6.Sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR 10 7.Các thành phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động 11 2| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 1.Trình bày ý tưởng khái niệm vơ tuyến khả trị  Ý tưởng vô tuyến khả tri: - Chúng ta biết tần số vô 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 thường coi “…một vô tuyến nhận biết mơi trường xung quanh thích ứng cách khả tri”, nghĩa vơ tuyến khả tri thiết bị vô tuyến linh hoạt có khả nhận thức (khả tri), thích ứng tham số theo thay đổi môi trường, theo yêu cầu người dùng yêu cầu người dùng vô tuyến khác chia sẻ môi trường phổ - Một số khái niệm khác: Theo FCC: Vô tuyến khả tri vơ tuyến thay đổi thơng số truyền dựa mơi giới với mơi trường mà hoạt động Theo đó, vơ tuyến khả tri hệ thống có khả cảm biến mơi 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 giáo sư Simon Hayskin (cha đẻ vô tuyến khả tri): Vô tuyến khả tri hệ thống truyền thơng khơng dây thơng minh, có khả nhận biết môi trường xung quanh, từ mơi trường thích nghi với thay đổi môi 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 thơng với độ tin cậy cao nơi đâu (ii) sử dụng hiệu phổ vô tuyến Theo IEEE: Vô tuyến khả tri hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà thiết kế để phát cách thông minh vùng phổ chiếm dụng hay khơng, nhảy vào (hoặc khỏi cần thiết) nhanh qua khoảng phổ tạm thời không sử dụng khác, nhằm không gây nhiễu cho hệ thống cấp phép khác 3| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 2.Mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Hình 2.1: Kiến trúc phân lớp tổng qt cho vơ tuyến khả trị Quét phổ (Spectrum scanning) chức quan trọng lớp vật lý vô tuyến khả tri Ở đây, tất vùng phổ toàn băng tần hoạt động quét Việc quét phổ phục vụ cho cảm nhận, phân tích, quản lý, chia xẻ, phổ tần mơi trường phổ tần động Đo kênh (Channel measurement) để xác định chất lượng kênh quét, chia sẻ với nhiều người dùng sơ cấp Các thông số kênh (cơng suất phát, tốc độ bít, …) phải xác định dựa kết đo lường kênh Vơ tuyến khả tri phải có khả hoạt động tốc độ truyền liệu, dạng điều chế, mã kênh, mức công suất khác Kỹ thuật MIMO sử dụng để triệt nhiễu không gian tăng thông lượng thông qua việc ghép kênh Kĩ thuật OFDM sử dụng để nâng cao hiệu băng tần hiệu Các chức khác lớp vật lý, TPC IPD,… Lớp liên kết liệu gồm ba khối chính: giao thức quản lý nhóm, giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC), giao thức quản lý kết nối Giao thức quản lí nhóm dùng để phối hợp người dùng thứ cấp nhóm Một người dùng lấy thơng tin cần thiết nhóm tham gia vào nhóm Giao thức liên kết liệu sử dụng để lựa chọn kênh phù hợp để tạo kết nối truyền thông Lựa chọn thực dựa thông tin lấy từ việc quét phổ IPD Một 4| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 kết nối thứ cấp thiết lập, giao thức liên kết liệu có trách nhiệm trì kết nối Giao thức MAC hoạt động dựa thông tin từ lớp vật lý “quét phổ” “IPD”… Giao thức MAC định cách thức truy nhập vào kênh, phụ thuộc vào kiểu kênh chia sẻ hoạt động người dùng sơ cấp SU/CU Lớp hội tụ (Convergence Sublayer) lớp liên kết liệu cung cấp kĩ thuật phối hợp CR để hoạt động môi trường không dây khác nhau, WWAN, WLAN, WPAN, … 3.Chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri  Chức hệ thống vô tuyến khả tri:  Chức vô tuyến khả tri: Cảm nhận phổ: Phát phổ tần không sử dụng chia sẻ phổ mà không 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 dung khả tri SU/CU tồn 5| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 Hình 3.1: Các chức truyền thông mạng vô tuyến khả tri CRN Các thành phần CRN tác động chúng minh họa hình 3.1 Chính tác động địi hỏi mạng vơ tuyến khả tri CRN phải có chức thiết kế lớp Đặc biệt, việc cảm nhận phổ chia sẻ phổ phải kết hợp để nâng cao hiệu phổ Trong chức chia sẻ phổ dịch chuyển phổ, chức lớp ứng dụng, truyền tải, định tuyến, truy nhập phương tiện lớp vật lí thực đồng thời  Hoạt động vô tuyến khả tri: Trên băng cấp phép: Hình 3.2: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động băng cấp phép CRN tồn với mạng sơ cấp vị trí băng phổ Tồn nhiều thách thức thực CRN băng cấp phép tồn người dùng sơ cấp PU Mặc dù, mục đích CRN xác định phổ tần khả 6| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 dụng, chức CR băng cấp phép lại bao gồm phát hữu người dùng sơ cấp PU Dung lượng kênh hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh người dung 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 vô 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: Hình 3.3: Mạng vơ 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 Các thuật toán chia sẻ phổ khả tri cải thiện hiệu sử dụng phổ hỗ trợ QoS cao Trong kiến trúc này, người dùng vô tuyến khả tri tập trung vào phát việc truyền người dùng vô tuyến khả tri khác Khác với hoạt động băng cấp phép, việc chuyển giao phổ khơng 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 7| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 4.Kiến trúc vật lý hệ thống vơ tuyến khả tri Hình 4.1: Kiến trúc vật lí vô tuyến khả tri: (a) Máy thu/phát vô tuyến khả tri; (b) Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng Kiến trúc tổng quát thu/phát CR minh họa hình 4.1(a) Thành phần máy thu/phát CR đầu cuối vô tuyến RF (RF front-end) khối xử lí bang 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 Khối xử lí băng gốc CR chất tương tự máy thu/phát thời Các thành phần đầu cuối RF CR là: Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng mong muốn cách bỏ qua việc lọc tín hiệu RF nhận 8| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 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 Có hai loại lọc lựa chọn kênh Máy thu chuyển đổi trực tiếp sử dụng lọc thông thấp để lựa chọn kênh, cịn máy thu superheterodyne lại sử dụng lọc thơng dải Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC trì độ lợi mức cơng suất đầu khuếch đại không đổi dải rộng mức cơng suất đầu vào 5.Chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN Hình 5.1: Chu trình nhận thức 9| Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 Ta tóm tắt ba bước chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích phổ định phổ sau: - Cảm nhận phổ: Vô 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 6.Sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR Hình 6.1: Sơ đồ khối thực vơ 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 Ta biểu thị băng tần tổng anten băng rộng , gồm N băng con, băng gán cho SDR định Bộ ghép song cơng cho phép phân phân tách tín hiệu thu/phát RF 10 | Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 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 Tất liệu đầu sau hợp lại thành khối, khối có nhiệm vụ đưa định thông 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 Module máy phát cần thông tin từ khối IPD như: biểu đồ định vị tần số sóng mang thời, cơng suất phát (để xác định mức công suất phát, giảm thiểu nhiễu) Cổng định thời, định thời việc chiếm dụng phổ trống phát tín hiệu 7.Các thành phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động Hình 7.1: Các thành phần vô tuyến khả tri để lựa chọn tần số động Khối 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 11 | Phạm Ngọc Bình – B18DCVT037 độ nhạy máy thu, thời gian lấy mẫu khoảng lấy mẫu, mức ngưỡng để tách tạp âm băng rộng khỏi tín hiệu Khối chức phân tích liệu (khối 2): đánh giá, phân tích liệu phổ đưa định tính khả dụng kênh Q 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 thơng khác Q trình phát bao gồm 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 thơng tin u cầu dùng kênh hoa tiêu băng hẹp Tại ví trí thời điểm xác định, khối chức thứ ba thực việc xác định dạng sóng tần số động để sử dụng Điều dẫn tới cần phải có khối thích ứng với thay đổi mạng (Khối 4) 12 | ... nguyên khan => Vô tuyến khả tri giải vấn đề  Khái niệm vô tuyến khả tri: - Vô tuyến khả tri thường coi “…một vơ tuyến nhận biết mơi trường xung quanh thích ứng cách khả tri”, nghĩa vô tuyến khả tri... tưởng khái niệm vô tuyến khả tri 2.Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri 3.Chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri 5.Chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN... với độ tin cậy cao nơi đâu (ii) sử dụng hiệu phổ vô tuyến Theo IEEE: Vô tuyến khả tri hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà thiết kế để phát cách thông minh vùng phổ chiếm dụng hay khơng, nhảy