Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (29)

1 BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI TẬP VỀ NHÀ CÁC MẠNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN Chương 8: Mạng vơ tuyến khả tri Giảng viên Nguyễn Viết Đảm Nhóm mơn học 03 Họ tên sinh viên Nguyễn Hồng Hải Mã sinh viên B18DCVT126 Ngày nộp 25/04/2022 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 thơng, 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 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 vơ 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 Câu 2: Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Vơ tuyến khả tri CR thực hoàn toàn 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 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 (khẳ nhận thức), tự động thích ứng nhanh với thay đổi môi trường vô tuyến Trong SDR thay đổi định theo mơi 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 tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Vơ 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 nhất., 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 u 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 dùng khả tri SU/CU tồn Hoạt động điển hình mạng vô tuyến khả tri: mạng vô tuyến khả tri (CRN) hoạt động băng cấp phép khơng 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 minh họa hình 8.9, 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 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 khơng cấp phép Hình 8.10 minh họa mạng vơ tuyến khả tri CRN 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 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 không 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 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 tổng quát thu/phát CR minh họa hình 8.11(a) 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 mơi trường vơ tuyến Nói chung, kiến trúc đầu cuối băng rộng cho vơ tuyến khả tri có kiến trúc hình 8.11(b) 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 Có hai loại lọc lựa chọn kênh Máy thu chuyển đổi trực tiếp sử dụng lọc thông thấp để lựa chọn kênh, 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 Câu 5: Trình bày chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN Khả nhận thức cho phép vô 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 vô tuyến động Nhiệm vụ yêu cầu cho hoạt động thích ứng phổ cho hình 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 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: 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 • Anten băng rộng: cổng vào vô tuyến khả tri hoạt động băng tần vơ RF, có khả quét băng tần rộng phù hợp với thay đổi mơi trường phổ • Bộ ghép song cơng: cho phép phân phân tách tín hiệu thu/phát RF 10 • Khối lựa chọn tần số động DFS: cho phép CR lựa chọn linh hoạt phổ tần mơi 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 thơng 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 10 11 Hình 8.8 minh họa thành phần thiết yếu để lựa chọn tần số động vơ tuyến khả tri CR dựa vào sách • 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 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 thông khác Q trình phát bao gồm việc thơng tin với tập ác 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 • Khối 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 • Khối thích ứng ( khối 4): Điều dẫn tới cần phải có khối thích ứng với thay đổi mạng 11 ...2 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 tài nguyên khan quản lý tổ chức viễn... 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 vô tuyến cảm nhận, nhận biết sử... với độ tin cậy cao nơi đâu (ii) sử dụng hiệu phổ vô 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 khơng, nhảy