Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (27)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG - - BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC MẠNG VÔ TUYẾN KHẢ TRI Tên học phần : CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Mã học phần : TEL1403 Giảng viên : NGUYỄN VIẾT ĐẢM Sinh viên : PHẠM TRUNG ĐỨC Mã Sinh viên : B18DCVT115 Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2022 MỤC LỤC Câu 1: Trình bày ý tưởng khái niệm vơ tuyến khả tri ? Câu 2: Mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri ? Câu 3: Trình bày chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri CRN ? Câu 4: Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri ? Câu 5: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri 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 Từ thực tiễn nhận thấy hiệu suất sử dụng phổ tần thấp khoảng 90% tài ngun phổ tần vơ tuyến bị lãng phí Bên cạnh tần số vơ tuyến tài nguyên khan 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 Định nghĩa “vơ tuyến khả tri” nhìn nhận theo nhiều cách khác 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 yêu cầu người dùng yêu cầu người dùng vô tuyến khác chia sẻ mơi trường phổ Câu 2: Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri ? Hình 1: Kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri Kiến trúc vô tuyến khả tri (CR) dựa sở kiến trúc vơ tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) Có thể thực hoàn toàn dựa thay đổi cấu trúc phần mềm mà thay đổi cấu trúc phần cứng Để triển khai CR từ SDR, cần thêm vào SDR khối xử lí thông minh chia xẻ 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 Trong SDR thay đổi định theo môi trường phạm vi tập lựa chọn cấu hình sẵn qua phần mềm, vơ tuyến khả tri CR có khả tự cấu hình, tức thích ứng với điều kiện mơi trường mà khơng 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 chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri CRN ? Chu trình nhận thức CR: Hình 2: Chu trình nhận thức 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: 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 Câu 4: Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri ? ❖ Chức hệ thống vô tuyến khả trị: Chức vơ 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 thơng 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 Hình 3: Các chức truyền thông mạng vô tuyến khả tri CRN ✓ Các thành phần CRN tác động chúng minh họa hình 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 trị: ✓ Trên băng cấp phép Hình 4: 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 Các thuật tốn 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 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 5: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vơ tuyến khả tri Thành phần máy thu/phát CR đầu cuối vô tuyến RF (RF front-end) khối xử lí băng gốc 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 Tuy nhiên, điểm vô tuyến khả tri đầu cuối RF Điểm máy thu phát CR khả cảm nhận phổ băng rộng đầu cuối RF Chức liên quan tới công nghệ phần cứng RF anten băng rộng, khuếch đại cơng suất, lọc thích ứng Phần cứng RF cho CR có khả điều chỉnh băng dải phổ tần rộng Cảm nhận phổ cho phép việc đo lường thời gian thực thông tin phổ từ môi trường vô tuyến Hình 5: Kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri ❖ 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 - 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 thơng thấp để lựa chọn kênh, cịn máy thu superheterodyne lại sử dụng lọc thông dải - Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC trì độ lợi mức cơng suất đầu khuếch đại không đổi dải rộng mức công suất đầu vào → Trong kiến trúc này, tín hiệu băng rộng nhận thơng qua đầu cuối RF, lấy mẫu chuyển đổi tương tự-số (A/D) tốc độ cao, việc đo đạc thực để phát tín hiệu người dùng cấp phép Tuy nhiên, tồn nhiều thách thức/hạn chế việc thực đầu cuối vô tuyến khả tri Anten RF băng rộng thu nhận tín hiệu từ máy phát mức cơng suất, băng tần vị trí khác Hệ là, đầu cuối RF phải có khả phát tín hiệu yếu dải tần số động Khả cần có chuyển đổi A/D tốc độ cao (vài GHz) với độ phân giải cao Thách thức chủ yếu kiến trúc vật lí vơ tuyến khả tri phát xác tín hiệu yếu người dùng cấp phép qua dải phổ rộng động Do vậy, việc thực đầu cuối RF băng rộng chuyển đổi A/D vấn đề hàng đầu CRN Câu 6: Trình bày sơ đồ khối thực vơ tuyến khả tri CR dựa SDR Hình 6: Sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR Anten băng rộng: cổng vào vô tuyến khả tri hoạt động băng tần vô RF, có khả quét 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 mơi 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 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: Hình 7: 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 10 ... thống vô tuyến khả tri ? Câu 5: Trình bày tóm tắt kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri Câu 6: Trình bày sơ đồ khối thực vô tuyến khả tri CR dựa SDR Câu 7: Trình bày thành phần vô tuyến. .. khan Vô tuyến khả tri giải vấn đề  Khái niệm Định nghĩa ? ?vô tuyến khả tri” nhìn nhận theo nhiều cách khác Vơ tuyến khả tri thường coi “…một vơ tuyến nhận biết mơi trường xung quanh thích ứng cách... phổ Câu 2: Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri ? Hình 1: Kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri Kiến trúc vô tuyến khả tri (CR) dựa sở kiến trúc vô tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) Có thể