Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (23)

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG =====***===== BÁO CÁO BÀI TẬP CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Họ tên sinh viên : Lê Minh Duẩn Mã sinh viên : B18DCVT055 Giảng viên : Nguyễn Viết Đảm Năm học : 2021-2022 HÀ NỘI – 5/2022 Mục lục Trình bày ý tưởng khái niệm vô tuyến khả tri 1.1 Ý tưởng vô tuyến khả tri: 1.2 Khái niệm vô tuyến khả tri: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri 3.1 Chức hệ thống vô tuyến khả tri 3.2 Hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri 4.1 Kiến trúc máy thu/phát vô tuyến khả tri 4.2 Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng Trình bày chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri CRN Trình bày sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR Trình bày thành phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động 11 Trình bày ý tưởng khái niệm vơ tuyến khả tri 1.1 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 1.2 Khái niệm vô tuyến khả tri: Định nghĩa “vô tuyến khả tri” nhìn nhận theo nhiều cách khác nhau, định nghĩa nghiên cứu chủa hóa IEEE-1900 diễn đàn vơ tuyến định nghĩa mềm (SDR) 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 thiết bị vơ tuyến linh hoạt có khả nhận thức (khả tri), thích ứng tham số theo thay đổi mơi trường, theo u cầu người dùng yêu cầu người dùng vô tuyến khác chia sẻ môi trường phổ Tồn số định nghĩa vô tuyến khả tri như:  Theo FCC: Vô tuyến khả tri vơ tuyến thay đổi thơng số truyền dựa môi giới với môi 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 thông không dây thông minh, có khả nhận biết mơi trường xung quanh, từ mơi trường thích nghi với thay đổi môi trường cách thay đổi thơng 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 Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Kiến trúc mạng vô tuyến khả tri CRN  Mạng sơ cấp (Primary network): mạng cấp phép (có quyền) truy nhập vào băng tần định như: mạng TV quảng bá, mạng tế bào,.v,v Các thành phần mạng sơ cấp gồm: - Người dùng sơ cấp (Primary user): Người dùng sơ cấp PU (người dùng cấp phép) cấp phép để hoạt động băng tần định Truy nhập giám sát trạm gốc sơ cấp không bị ảnh hưởng hoạt động người dùng không cấp phép - Trạm gốc sơ cấp (Primary base-station): Trạm gốc sơ cấp (trạm gốc cấp phép) thành phần sở hạ tầng mạng cố định, có giấy phép phổ, BTS mạng tế bào Trạm gốc sơ cấp không thiết phải chia sẻ phổ với người dùng vô tuyến khả tri SU/CU  Mạng vô tuyến khả tri: Mạng vô tuyến khả tri CRN (mạng xG, mạng truy nhập phổ tần động, mạng thứ cấp, mạng không cấp phép) khơng có giấy phép để hoạt động băng mong muốn Do đó, phép truy nhập phổ có hội Các thành phần CRN gồm: - Người dùng vô tuyến khả tri: Người dùng vô tuyến khả tri SU/CU (người dùng xG, người dùng không cấp phép, người dùng thứ cấp) khơng có giấy phép sử dụng phổ - Trạm gốc vô tuyến khả tri: thành phần sở hạ tầng cố định với khả vô tuyến khả tri, cung cấp kết nối đơn chặng tới người dùng vô tuyến khả tri SU/CU mà không cần giấy phép truy nhập phổ, người dùng vô tuyến khả tri truy nhập đến mạng khác - Bộ phân chia phổ: Bộ phân chia phổ (server lập lịch) thực thể mạng trung tâm đóng vai trò việc chia sẻ tài nguyên phổ tần mạng vơ tuyến khả tri khác nhau, kết nối với mạng với tư cách quản ly thông tin phổ nhằm cho phép CRN đồng hoạt động với mạng sơ cấp khác Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri 3.1 Chức hệ thống vô tuyến khả tri Các 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 dùng khả tri SU/CU tồn 3.2 Hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Trên băng cấp phép: CRN tồn với mạng sơ cấp vị trí băng phổ, mục đích 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 phụ thuộc vào nhiễu xung quanh người dùng sơ cấp PU Do đó, việc tránh nhiễu lên PU vấn đề quan trọng kiến trúc Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng cấp phép Trên băng không cấp phép: 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 Những người dùng vô tuyến khả tri tập trung vào phát việc truyền người dùng vô tuyến khả tri khác Việc chuyển giao phổ khơng kích hoạt có mặt người dùng sơ cấp khác Kiến trúc đòi hỏi phương pháp chia sẻ phổ phức tạp người dùng vô tuyến khả tri Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng không cấp phép Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri 4.1 Kiến trúc máy thu/phát vô tuyến khả tri Máy thu/phát vơ tuyến khả tri Thành phần máy thu/phát CR đầu cuối vô 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 4.2 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 công suất đầu vào Quá 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 Trình bày chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN Chu trình nhận thức Ba bước chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích phổ định phổ Khả nhận thức khả nắm bắt cảm nhận thông tin từ môi trường vô tuyến Thông qua khả này, phần phổ khơng 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 mơi trường vơ 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: Vô tuyến khả tri định tốc độ liệu, chế độ truyền băng tần truyền Sau đó, băng phổ phù hợp chọn thông 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 Trình bày sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR SDR cung cấp chức vô tuyến linh hoạt cách tránh sử dụng phận mạch tương tự cố định Vì vơ tuyến khả tri cần thiết kế 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 công: 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 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  Cổng định thời: định thời việc chiếm dụng phổ trống phát tín hiệu 10 Trình bày thành phần vơ tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động 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 mơi trường phổ Đây q trình lấy mẫu kênh để xác định kênh trống, kênh sử dụng Một vài thông số liên quan trình 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 thơng 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( khối 3) 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) 11 ... tầng mạng cố định, có giấy phép phổ, BTS mạng tế bào Trạm gốc sơ cấp không thiết phải chia sẻ phổ với người dùng vô tuyến khả tri SU/CU  Mạng vô tuyến khả tri: Mạng vô tuyến khả tri CRN (mạng. .. vô tuyến khả tri Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng không cấp phép Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri 4.1 Kiến trúc máy thu/phát vô tuyến khả tri Máy thu/phát vơ tuyến. .. 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