Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (28)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI VỀ NHÀ MÔN HỌC: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Giảng viên : Nguyễn Viết Đảm Sinh viên : Phạm Việt Đức Mã sinh viên : B18DCVT117 Số thứ tự : 16 Mã học phần : TEL1407 Nhóm : 03 Ngày nộp : 22/05/2022 Hà Nội 2022 Câu 1: Trình bày ý tưởng khái niệm vô tuyến khả tri ? Ý tưởng vô tuyến khả tri 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 Theo Edison lượng phổ tần dùng thực tế nhỏ (5-10%) 90% tài nguyên phổ tần vơ tuyến bị lãng phí Hình ảnh minh hoạ cho điều Chúng ta cần sử dụng hiệu sử dụng triệt để tài nguyên khan Vô tuyến khả tri giải vấn đề Theo IEEE: Vô tuyến khả tri hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà thiết kế để phát cách khả tri 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 Hệ thống vô tuyến khả tri hệ thống mà phần tử có khả thay đổi tham số (công suất, tần số) sở tương tác với mơi trường hoạt động Theo đó, thiết bị vô tuyến định nghĩa phần mềm SDR (Software Defined Radio) phần tử quan trọng hệ thống vơ tuyến khả tri Vì tham số thiết bị SDR thay đổi cách linh động phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng Mục đích vơ tuyến khả tri cho phép thiết bị vô tuyến khác hoạt động dải tần trống tạm thời mà khơng gây nhiễu đến hệ thống vơ tuyến có quyền ưu tiên cao hoạt động dải tần Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần trên, vơ tuyến khả tri phải có tính sau: - Điều chỉnh tần số hoạt động hệ thống cách tức từ băng tần đến băng tần khác (còn trống) dải tần cho phép - Thiết lập mạng thông tin hoạt động phần toàn băng tần cấp phát - Chia sẻ kênh tần số điều khiển cơng suất thích ứng theo điều kiện cụ thể môi trường vô tuyến, mà tồn nhiều loại hình dịch vụ vơ tuyến chiếm dụng - Thực thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền sơ đồ mã hoá sửa lỗi phép đạt thơng lượng tốt - Tạo búp sóng điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thông nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh tối đa cường độ tín hiệu thu Hình 2: Hố phổ rỗi hình thành lên ý tưởng vơ tuyến thơng minh Câu 2: Trình bày chu trình nhận thức mạng vô tuyến khả tri CRN 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 cho hình 1.4, gọi 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 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 3: Trình bày tóm tắt mơ hình kiên trúc hệ thống vơ tuyến khả tri.Mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri : Kiến trúc vô tuyến khả tri (CR) dựa sở kiến trúc vô tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) Có thể thực hồn tồn 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 thơng 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 mơi trường vơ 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 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 4: Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Chức Vô tuyến khả tri (CR) có khả chiếm dụng chia sẻ phổ theo hội môi trường phổ tần động Công nghệ truy nhập phổ tần động cho phép CR hoạt động kênh khả dụng Đặc biệt, công nghệ CR cho phép: Xác định phần phổ tần khả dụng phát hoạt động (sự tồn tại) PU (cảm nhận phổ tần); Lựa chọn, chiếm dụng kênh khả dụng (quản lí phổ); Đồng truy nhập vào kênh với người dùng khác (chia sẻ phổ); Hoàn trả kênh phát người dùng cấp phép PU (dịch chuyển phổ) → Tóm lại 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 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 Các chức CRN cho phép giao thức truyền thông nhận biết phổ Tuy nhiên, sử dụng phổ tần động gây bất lợi đến hiệu giao thức truyền thông truyền thống (đã triển khai băng tần số cố định) Hoạt động 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 không - Trên băng cấp phép : Tồn hố phổ băng phổ cấp phép Do đó, mạng vơ tuyến khả tri CRN để khai thác hố phổ thông qua công nghệ khả tri Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng cấp phép minh họa, CRN tồn với mạng sơ cấp vị trí băng phổ 67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381 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 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 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 : 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 Khác với hoạt động băng cấp phép, việc chuyển giao phổ khơng kích hoạt có mặt người dùng sơ cấp khác 67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381 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 địi hỏi phương pháp chia sẻ phổ phức tạp người dùng vô tuyến khả tri Nếu nhiều mạng vô tuyến khả tri nằm băng không 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 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 Tuy nhiên, điểm vô tuyến khả tri đầu cuối RF Vì vậy, ta tập trung vào đầu cuối RF vô tuyến khả tri 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 công 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 67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381 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 10 67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381 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 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 Để triển khai CR từ SDR, cần thêm vào SDR khối xử lí thơng 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 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 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 Điều khiển công suất phát (TPC): cho phép thiết lập công suất phát cách thích ứng dựa thay đổi mơi trường phổ 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, công 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 Câu : Trình bày thành phần vơ tuyến khả tri CR 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 cịn trống, kênh sử dụng Một vài thơng 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 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 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 yêu cầu dùng kênh hoa tiêu băng hẹp Khối đáp ứng ( khối ) : Định hình đáp ứng với môi trường phổ ( chọn tần số dạng sóng thích hợp để sử dụng ) Điều dẫn tới cần phải có khối thích ứng với thay đổi mạng (Khối 4) Khối thích ứng ( khối 4) : Chuyển mạng tới băng tần chọn ... vô tuyến bị lãng phí Hình ảnh minh hoạ cho điều Chúng ta cần sử dụng hiệu sử dụng triệt để tài nguyên khan Vô tuyến khả tri giải vấn đề Theo IEEE: Vô tuyến khả tri hệ thống phát/nhận tần số vô. .. nhận phổ: Vô tuyến khả tri giám sát băng phổ khả dụng, nắm bắt thông 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... bày tóm tắt mơ hình kiên trúc hệ thống vơ tuyến khả tri.Mơ hình 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 thực