Báo cáo môn học các mạng thông tin vô tuyến (43)

Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI TẬP MƠN HỌC Các mạng thơng tin vô tuyến Giảng Viên : NGUYỄN VIẾT ĐẢM SV thực : Phạm Ngọc Lâm Mã sinh viên : B18DCVT199 Ngày nộp : 22/5/2022 Hà Nội, năm 2022 - Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Câu Trình bày ý tưởng khái niệm vơ 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 Nếu xét tồn giải tần số vơ tuyến từ đến 100 GHz quan trắc thời gian khơng gian cụ thể, có từ 5% đến 10% lượng phổ tần sử dụng Như vậy, 90% tài ngun phổ tần vơ tuyến bị lãng phí Hình Minh họa việc chiếm dụng phổ Những khoảng tần số không sử dụng khoảng trắng hay hố phổ 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 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 vơ tuyến nhận biết mơi trường xung quanh thích ứng cách khả tri, nghĩa vô 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 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 dùng vô tuyến khác chia sẻ môi trường phổ Tồn số định nghĩa vô 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 giáo sư Simon Hayskin (cha đẻ vô tuyến khả tri): Vô tuyến khả tri hệ thống truyền thông khơng dây thơng minh, có khả nhận biết mơi trường xung quanh, từ mơi trường thích nghi với thay đổi mơi trường cách thay đổi thông số tương ứng (công suất truyền, tần số sóng mang, phương pháp điều chế) thời gian thực với hai vấn đề chính: (i) truyền thông 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 không, nhảy vào (hoặc thoát khỏi cần thiết) nhanh qua khoảng phổ tạm thời không sử dụng khác, nhằm không gây nhiễu cho hệ thống cấp phép khác Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Câu Trình bày tóm tắt mơ hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả tri Hình Minh họa kiến trúc mạng vô tuyến khả tri CRN Các thành phần kiến trúc mạng vô tuyến khả tri minh họa hình 2, tồn hai nhóm mạng là: mạng sơ cấp (primary network) mạng khả tri Các thành phần hai nhóm mạng xác định sau: • Mạng sơ cấp (Primary network): Hạ tầng mạng hành thường gọi mạng sơ cấp, 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 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Truy nhập giám sát trạm gốc sơ cấp không bị ảnh hưởng hoạt động người dùng không cấp phép Mặc dù, tồn với trạm gốc vô tuyến khả tri người dùng vô tuyến khả tri SU/CU, người dùng sơ cấp PU không cần phải điều chỉnh bổ sung chức − 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 Về nguyên tắc, trạm gốc sơ cấp không thiết phải chia sẻ phổ với người dùng vô tuyến khả tri SU/CU • Mạng vơ 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 mạng vơ tuyến khả tri CRN sử dụng mạng hạ tầng sở mạng ad hoc (hình 7.2) 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 Do đó, phải bổ sung chức để chia sẻ băng phổ cấp phép − Trạm gốc vô tuyến khả tri: Trạm gốc vô tuyến khả tri (trạm gốc xG, trạm gốc không cấp phép, trạm gốc thứ cấp) thành phần sở hạ tầng cố định với khả vô tuyến khả tri Khi có hội, trạm gốc vơ 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 Thông qua kết nối này, người dùng vơ 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 trị việc chia sẻ tài nguyên phổ tần mạng vô tuyến khả tri khác Bộ phân chia phổ kết nối với mạng với tư cách quản ly thông tin phổ nhằm cho phép CRN đồng hoạt động với mạng sơ cấp khác Câu Trình bày tóm tắt chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 ➢ Chức hệ thống 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 Hình Các chức truyền thông mạng vô tuyến khả tri CRN ➢ Hoạt động hệ thống 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 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 tùy theo phổ cấp phép hay không Dưới đây, ta phân loại hoạt động CRN thành CRN hoạt động băng cấp phép CRN hoạt động băng không cấp phép • Trên băng tần cấp phép CRN tồn với mạng sơ cấp vị trí băng phổ Hình Mạng vô tuyến khả tri hoạt động băng cấp phép • Trên băng tần khơng cấp phép Tất thực thể mạng có quyền truy nhập tới băng phổ Nhiều CRN tồn vùng giống truyền thông sử dụng phần phổ Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Hình Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động băng không cấp phép Câu 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 frontend) 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 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Hình Kiến trúc tổng quát thu/phát CR 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 thông thấp để lựa chọn kênh, cịn máy thu superheterodyne lại sử dụng lọc thơng dải Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 + 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 Hình Kiến trúc đầu cuối băng rộng cho vơ tuyến khả tri Câu Trình bày chu trình nhận thức mạng vơ tuyến khả tri CRN Chu trình nhận thức gồm ba bước bản: − 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 u cầu người dùng 10 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Hình Chu trình nhận thức 11 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Câu Trình bày sơ đồ khối thực vơ tuyến khả tri CR dựa SDR Hình 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 − 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 12 Phạm Ngọc Lâm – B18DCVT239 Câu Trình bày thành phần vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động Hình 10 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 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 Quá trình phát bao gồm việc thơng 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 − Khối chức đáp ứng (khối 3): thực việc xác định dạng sóng tần số động để sử dụng − Khối thích ứng (khối 4): thích ứng với thay đổi mạng 13 ... thống vơ tuyến khả tri Hình Minh họa kiến trúc mạng vô tuyến khả tri CRN Các thành phần kiến trúc mạng vô tuyến khả tri minh họa hình 2, tồn hai nhóm mạng là: mạng sơ cấp (primary network) mạng khả... 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... hạ tầng mạng cố định, có giấy phép phổ, BTS mạng tế bào Về nguyên tắc, trạm gốc sơ cấp không thiết phải chia sẻ phổ với người dùng vơ tuyến khả tri SU/CU • Mạng vô tuyến khả tri: Mạng vô tuyến