Tiểu luận môn học mạng Đa phương tiện và di Động Đề tài nghiên cứu kỹ thuật cognitive radio và Ứng dụng trong mạng 4g

Do đó, hệ thống vô tuyến nhận thức được sử dụng để xác định việc sử dụng hiệu quả phổ tần bằng cách cho phép người dùng không được cấp phép thứ cấp người dùng SU để truy cập phổ được phâ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÁY TÍNH

TIỂU LUẬN MÔN HỌC: MẠNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ DI ĐỘNG

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT COGNITIVE RADIO VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG 4G

Thành viên nhóm:

1 Phạm Văn Hưng - 3120410225

2 Nguyễn Hoàng Duy - 3120410093

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

1.1 Chu trình nhận thức 2

1.2 Khả năng cấu hình lại nhận thức 3

2.1 Kiến trúc hệ thống vô tuyến nhận thức (CRSA) 3

2.2 Kiến trúc hệ thống vô tuyến nhận thức 4

3.1 Mạng 4G 5

3.2 Vai trò của Đài phát thanh nhận thức trên 4G 5

3.3 Sơ đồ đa truy cập cho mạng không dây di động 4G(FDMA đa truy cập phân chia tần số) 6

3.4 Đa truy cập phân chia thời gian (TDMA) 6

3.5 Đa truy cập phân chia mã (CDMA) 7

3.6 Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) 8

3.7 OFDM 9

3.8 Các thông số sử dụng trong mạng 4G 10

TỔNG KẾT 10

MỞ ĐẦU

Mạng vô tuyến nhận thức là một khái niệm mới trong giao tiếp không dây, trong đó mạng hoặc radio mà nó tự nhận thức thay đổi các tham số để thực hiện nhiệm vụ một cách hiệu quả mà không làm phiền các nút vô tuyến nhận thức khác Do đó, hệ thống vô tuyến nhận thức được sử dụng để xác định việc sử dụng hiệu quả phổ tần bằng cách cho phép người dùng không được cấp phép (thứ cấp người dùng) SU để truy cập phổ được phân bổ cho PU người dùng được cấp phép (người dùng chính) Hiệu quả kênh được đưa ra theo tỷ lệ của Tốc độ dữ liệu và băng thông

Efficiency = Date Rate / BandWitdh

Trong các cấu trúc vô tuyến hiện đại không có môi trường phổ vô tuyến riêng vì chúng có thể được thiết kế để hoạt động trong dải tần được xác định trước khi sử dụng thiết bị truy cập phổ đã chọn Như đã thảo luận trong quá trình sáng tạo, đa số trường hợp phổ không được áp dụng chính xác Việc sử dụng phổ tần có thể được nâng cao đáng kể bằng cách cho phép người dùng thứ cấp (không có giấy phép) tự động có quyền truy cập vào các lỗ phổ tạm thời không có người

sử dụng với sự trợ giúp của người dùng số chính

Để cải thiện phổ tần ngày nay, các hệ thống vô tuyến được coi là một giải pháp đầy hứa hẹn trong khi số lượng dịch vụ và ứng dụng ngày càng tăng trong mạng không dây đang được đáp ứng Với một băng tần giống hệt nhau do phần tử ở thời điểm bằng nhau hoặc hoạt động theo cơ hội, thời đại vô tuyến đặc tính tinh thần có thể có thể sửa đổi tối đa toàn bộ hệ thống SU của bằng tốt nghiệp đồng phạm

Tuy nhiên, do kết quả của một số tình huống đòi hỏi khắt khe mà nó phải đối mặt nhưng nó biết được rằng đặc điểm tinh thần của sóng vô tuyến vẫn ở mức trừu tượng và tại mỗi điểm dừng của siêu liên kết đều thích ứng với hoạt động phổ gốc Việc thừa nhận hoạt động giao tiếp của họ đặt đặc điểm vốn có của các cấu trúc nguyên tố hóa học đó sẽ là khả năng của chúng và đối với SU, đồng thời giảm thiểu nhiễu để tối đa hóa chất lượng dịch vụ (QoS) đối với PU, điều chỉnh các tham số của chủ đề trao đổi bằng lời nói của họ

1.1 Chu trình nhận thức

Tuy nhiên, kênh xuất sắc và nhiễu tương ứng trên hệ thống kim loại có độ biến thiên cao nên buộc phải có mức độ linh hoạt cao Trong kỷ nguyên SDR, do tác động của việc hiện thực hóa ngầm các đặc điểm này, nó sẽ được thiết kế trên đài phát thanh công cộng (SDR) được sản xuất theo gói, đã được sản xuất và hiện đang có sẵn trên đài phát thanh (về mặt sử dụng phổ tần, mật

độ phổ năng lượng) của các chỉ báo truyền/thu được), khả năng động (tiêu chuẩn hóa thích ứng với các thông số thiết bị như điện truyền tải, tần số dịch vụ, chiến lược điều chế, v.v.) và hành vi hợp tác hoặc không hợp tác với ngân sách cực kỳ thấp (trong khi có sự phản đối giữa một số bộ thu phát thép ), điều quan trọng là lựa chọn ý thức của đơn vị thu phát thép

1.2 Khả năng cấu hình lại nhận thức

Khả năng cấu hình lại là khả năng điều chỉnh các thông số làm việc cho hộp số một cách nhanh chóng mà không cần thay đổi ở các thành phần phần cứng Khả năng này cho phép CR phiên bản động với môi trường

vô tuyến Có nhiều thông số có thể cấu hình lại có thể được bảo vệ trong đài nhận thức như được định nghĩa bên dưới

- Tần số hoạt động: Để phù hợp với

khả năng của CR trong việc thay đổi tần số làm việc của nó Dựa trên số liệu thống kê về môi trường vô tuyến, tần suất chạy phù hợp nhất có thể được xác định và việc trao đổi bằng lời nói có thể được thực hiện một cách linh hoạt trên tần suất chạy phù hợp này

- Điều chế: Để phù hợp với tình hình kênh và nhu cầu của con người, sơ đồ điều chế của

CR phải có khả năng thích ứng

- Công suất truyền tải: Các ràng buộc về công suất được quản lý việc cấu hình lại năng

lượng truyền tải bằng cách cho phép cấu hình động đối với công suất truyền tải trong giới hạn cường độ cho phép Nếu hoạt động với năng lượng cao hơn không quan trọng, CR sẽ giảm công suất máy phát xuống mức giảm để giảm nhiễu và cho phép khách hàng lớn hơn chiếm phần trăm phổ

- Công nghệ truyền thông: Trong số các hệ thống truyền thông đặc biệt Radio nhận thức

được sử dụng để kích hoạt khả năng tương tác Các thông số truyền của đài vô tuyến nhận thức có thể được cấu hình lại theo thời gian truyền

2.1 Kiến trúc hệ thống vô tuyến nhận thức (CRSA)

Có ba thành phần chính bên trong cộng đồng vô tuyến nhận thức là;

a)Cơ quan quản lý quang phổ; Đó là những chủ sở hữu quyền phổ tần, chẳng hạn như các cơ

quan có thẩm quyền cung cấp quyền cho những người điều hành cộng đồng sử dụng lâu dài

b)Mạng chính: Đó là những trạm gốc số một và số người dùng bỏ cuộc số một

c)Mạng thứ cấp:Các trạm cơ sở thứ cấp tự động yêu cầu và truy cập phổ tần có sẵn của PU

Cấu trúc mạng vô tuyến nhận thức đơn giản cho thấy cơ quan quản lý phổ tần cho phép các nhà khai thác mạng (khách hàng chính) áp dụng phổ tần trong một khoảng thời gian dài Khách hàng thứ cấp đặc biệt (được gọi là người dùng nhận thức) cảm nhận được phổ tần mà PU đang truyền hoặc không còn truyền nữa Dựa vào tính khả dụng, nếu không thì SU sẽ gửi yêu cầu đến trạm gốc thứ cấp để áp dụng phổ PU đơn giản nhất nếu nó không truyền

2.2 Kiến trúc hệ thống vô tuyến nhận thức

3.1 Mạng 4G

Theo các doanh nghiệp vận hành 4G, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối của 4G có thể có gần như toàn bộ tiêu chuẩn từ 2G đến 4G được thực hiện Mặc dù thực tế là các hệ thống cũ đã sẵn sàng

để phục vụ người dùng hiện tại, cơ sở hạ tầng cho 4G có thể hoàn toàn dựa trên gói (tất cả IP) Một số đề xuất khuyên nên có một nền tảng mạng mở Với sự phát triển của các yêu cầu không dây, việc tiếp cận các kỹ thuật được sử dụng cũng tăng thêm về hiệu quả, khả năng và khả năng

mở rộng Các tiêu chuẩn không dây thế hệ đầu tiên sử dụng phân chia thời gian không thể phủ nhận, một số quyền truy cập (TDMA) và phân chia tần số nhiều quyền truy cập (FDMA) Bên trong các kênh không dây, TDMA kém hiệu quả hơn trong việc quản lý các kênh tải thông tin quá mức vì nó yêu cầu khoảng bảo vệ lớn để giảm bớt tác động đa đường

Việc sử dụng CDMA đã mở rộng dung lượng hệ thống Tốc độ dữ liệu cũng được mở rộng vì CDMA có hiệu quả xử lý kênh đa đường Điều này cho phép 1/3 cấu trúc công nghệ sử dụng CDMA làm quyền truy cập vào sơ đồ IS-2000, UMTS, HSXPA, 1xEVDO, CDMA và TD-SCDMA Khó khăn lớn nhất của CDMA là nó có tính linh hoạt và khả năng mở rộng phổ kém Hiện tại, quyền truy cập mới vào các sơ đồ như Phân chia tần số trực giao, một số quyền truy cập vào (OFDMA), FDMA sóng mang đơn (SC-FDMA), FDMA xen kẽ (IFDMA) và CDMA đa sóng mang (MC-CDMA) đang ngày càng phát triển hơn quan trọng đối với các cấu trúc thời đại tiếp theo WiMax sử dụng OFDMA trong đường xuống và đường lên [9] Đối với công nghệ UMTS tiếp theo, OFDMA đang được xem xét cho đường xuống Ngược lại, IFDMA đang được xem xét cho đường lên vì OFDMA đóng góp thêm vào các vấn đề liên quan đến tỷ lệ năng lượng đỉnh trên trung bình (PAPR) và dẫn đến hoạt động phi tuyến của các bộ khuếch đại

IFDMA cung cấp ít dao động điện hơn nhiều và do đó tránh được các vấn đề về bộ khuếch đại Hơn nữa, MCCDMA nằm trong ý tưởng dành cho tiêu chuẩn IEEE 802.20 Đây là một lợi thế được giới thiệu đặc biệt trong môi trường

MIMO vì việc truyền ghép kênh không gian của các hệ thống MIMO yêu cầu cân bằng độ phức tạp quá mức trên máy thu Với những lợi ích này trong các hệ thống ghép kênh đó, các kỹ thuật điều chế cải tiến cũng được sử dụng Với mức giá thống kê hiện tại là 15-30 Mbit/s, 4G có thể cung cấp cho khách hàng truyền hình trực tuyến độ phân giải cao Với tốc độ 100 Mbit/s, nội dung của DVD-5 (chẳng hạn như phim), có thể được tải xuống trong vòng khoảng năm phút để truy cập ngoại tuyến

3.2 Vai trò của Đài phát thanh nhận thức trên 4G

Khi được triển khai đầy đủ, 4G được dự đoán sẽ cho phép điện toán lan tỏa, trong đó các kết nối đồng thời với một số

mạng tốc độ cao sẽ cung cấp khả năng chuyển giao liền mạch ở một vị trí địa lý Nhà khai thác mạng có thể thuê thêm công nghệ cùng với mạng vô tuyến nhận thức và mạng lưới wi-fi để tạo kết nối nhất định và phân phối hiệu quả cả khách truy cập và phổ tần Nhiều yêu cầu của 3G gây khó khăn cho việc chuyển vùng và tương tác trên các mạng khác nhau, trong khi 4G mang lại sự

ưu tiên trên toàn thế giới mang lại tính di động toàn cầu Điều này có thể thực hiện được với sự

hỗ trợ của đài phát thanh nhận thức

3.3 Sơ đồ đa truy cập cho mạng không dây di động 4G(FDMA đa truy cập phân chia tần số)

FDMA cung cấp cho người dùng khả năng phân bổ ký tự của một hoặc nhiều dải tần hoặc kênh

Nó là một chính công nghệ trong nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động tiên tiến tương tự (AMPS), thiết bị điện thoại thông minh di động được gắn rộng rãi nhất được lắp đặt ở Bắc Mỹ Với FDMA, mỗi kênh có thể được chỉ định cho một người dùng hiệu quả nhất tại một thời điểm FDMA cũng được sử dụng trong tổng thể truy cập vào máy truyền thông (TACS) Nhà cung cấp điện thoại di động ảo cao cấp (D-AMPS) cũng sử dụng FDMA nhưng cung cấp TDMA để nhận

3 kênh cho mỗi kênh FDMA, tăng gấp ba số lượng cuộc gọi có thể được xử lý trên một kênh Việc sử dụng ghép kênh phân chia tần số là để cung cấp một số lần truyền đồng thời tới một bộ phát đáp duy nhất Hình 3.1 thể hiện FDMA

Hình 1 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

3.4 Đa truy cập phân chia thời gian (TDMA)

TDMA là phương thức truy cập kênh dành cho các mạng trung bình dùng chung Nó cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một kênh tần số thông qua việc chia tín hiệu thành các khe thời gian đặc biệt Người dùng truyền tải liên tiếp nhanh chóng, lần lượt từng lần thay thế, vào

khoảng thời gian của mình Điều này cho phép một số trạm cân đối cùng một phương tiện truyền dẫn (kênh tần số vô tuyến eG) ngay cả khi chỉ sử dụng một phần công suất kênh của nó TDMA được sử dụng trong các cấu trúc tế bào 2G ảo bao gồm thiết bị quốc tế dành cho Truyền thông di động (GSM), IS-136, di động ảo riêng (%) và iDEN, cũng như trong Viễn thông không dây nâng cao kỹ thuật số (DECT) phổ biến cho điện thoại di động Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các cấu trúc vệ tinh và cấu trúc vô tuyến mạng tấn công

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Các chức năng của TDMA như sau

a) Chia sẻ tần suất của một nhà cung cấp với một vài khách hàng

b) Truyền liên tục giúp việc chuyển giao trở nên đơn giản hơn

c) Các khe có thể được chỉ định theo yêu cầu trong TDMA động

d) Thao tác điện ít nghiêm ngặt hơn CDMA do giảm nhiễu nội bộ di động

e) Chi phí đồng bộ hóa cao hơn CDMA

f) Sự cân bằng vượt trội có thể cần thiết đối với những trích dẫn thông tin quá mức nếu kênh

"chọn lọc tần số" và tạo ra nhiễu ký hiệu Inter

g) Hô hấp tế bào (mượn tài nguyên từ các tế bào liền kề) phức tạp hơn trong CDMA

h) Độ phức tạp của việc phân bổ tần số/khe

i) Vỏ bọc điện dao động: Gây nhiễu các thiết bị khác

3.5 Đa truy cập phân chia mã (CDMA)

CDMA sử dụng việc tạo phổ trải rộng và sơ đồ mã hóa duy nhất (trong đó mỗi máy phát được gán một mã) để cho phép một vài người dùng được ghép kênh trên cùng một kênh vật lý giống nhau Theo đánh giá, TDMA chia quyền truy cập theo thời gian, trong khi FDMA chia nó với sự trợ giúp của tần số CDMA là một dạng tín hiệu "trải phổ", vì lý do tín hiệu được mã hóa đã điều chế có băng thông dữ liệu cao hơn nhiều so với dữ liệu thực tế được truyền đi CDMA đã được

sử dụng rộng rãi trong điện thoại di động và truyền hình vệ tinh cho thiết bị PC phục vụ hậu cần vận tải Sơ đồ của CDMA được xác định ngắn gọn bên dưới CDMA sử dụng phương pháp trải phổ, giúp trải đều băng thông của số liệu thống kê cho năng lượng truyền bằng nhau Mã trải phổ

là mã giả ngẫu nhiên có đặc tính mơ hồ mảnh mai không giống như các mã xung mảnh mai khác

Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

3.6 Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA)

OFDMA là phiên bản nhiều người của sơ đồ điều chế ảo OFDM nổi tiếng Để đạt được nhiều quyền truy cập, các tập hợp con của sóng mang phụ được cung cấp cho khách hàng nam hoặc nữ trong OFDMA Điều này cho phép truyền tải số liệu thống kê thấp đồng thời từ nhiều khách hàng OFDMA cũng là một ứng cử viên có khả năng tiếp cận phương pháp cho mạng khu vực không dây IEEE 802.22 (WRAN) Nhiệm vụ theo đuổi việc thiết kế hoạt động hoàn toàn ưu tiên dựa trên đài phát thanh nhận thức đầu tiên trong phổ UHF thấp VHF (phổ truyền hình) FDMA cũng hỗ trợ kêu gọi thử thách với dự án liên tục Liên doanh theo nhu cầu cho phép tất cả các khách hàng được cho là có quyền truy cập phổ vô tuyến không ngừng nghỉ bằng cách chỉ định tần số sóng mang trên nền tảng tạm thời bằng cách sử dụng kỹ thuật thách thức thống kê Sóng mang đơn - FDMA (SC-FDMA) là một dạng của sơ đồ FDMA, về cơ bản là phiên bản nhiều người dùng của sơ đồ điều chế Cân bằng miền tần số sóng mang đơn (SC-FDE)

Biểu diễn tần số theo thời gian của tín hiệu OFDMA và SC-FDMA

3.7 OFDM

Dựa hoàn toàn vào dữ liệu nhận xét về các điều kiện kênh, nhiệm vụ thích ứng giữa người dùng với sóng mang phụ có thể được thực hiện Nếu công việc được thực hiện đủ nhanh, điều này cũng sẽ cải thiện độ bền của OFDM đối với nhiễu kênh đồng băng tần mỏng và pha đinh nhanh, đồng thời giúp có thể đạt được hiệu suất phổ của thiết bị cao hơn nữa Trong OFDMA, các lưu trữ được phân vùng bên trong vùng tần số thời gian và các khe được gán cùng với chỉ mục ký hiệu OFDM ngoài chỉ mục dịch vụ phụ OFDM OFDMA được coi là tương đối phù hợp với các mạng wi-fi băng thông rộng, do các phước lành bao gồm khả năng mở rộng và thân thiện với MIMO, và khả năng đạt được tính chọn lọc tần số kênh Trong cảm biến phổ vô tuyến nhận thức, OFDMA là một kỹ thuật khả thi để lấp đầy các dải tần số vô tuyến lỏng lẻo một cách thích ứng

OFDM và OFDMA

3.8 Các thông số sử dụng trong mạng 4G

1 Băng thông:Băng thông là sự khác biệt giữa tần số cao nhất và tần số thấp hơn trong một tập hợp tần số liền kề Nó thường được đo bằng hertz và đôi khi có thể giao tiếp với băng thông băng thông, đôi khi với băng thông băng cơ sở, tùy thuộc vào ngữ cảnh

2.Quản lý động: Quản lý (cường độ) động là một phương pháp bố trí nhằm kiểm soát hiệu suất tổng thể và phạm vi cường độ của các mạch và cấu trúc ảo, với mục đích kéo dài thời gian hoạt động tự cung cấp của các hệ thống chạy bằng pin, làm giảm hiệu suất tổng thể trong khi nguồn điện cung cấp bị hạn chế và điều chỉnh sự tiêu tán điện để thỏa mãn các ràng buộc về môi

trường

3 Bit error late:Trong truyền dẫn kỹ thuật số, số lượng lỗi bit là số lượng lớn các bit thu được của thông tin được truyền qua kênh liên lạc đã bị thay đổi do nhiễu, nhiễu, méo hoặc lỗi đồng bộ hóa bit Đó là số lượng lỗi bit được chia cho tổng số bit được truyền trong ngôn ngữ lập trình C được nghiên cứu

4 Nhiễu liên ký hiệu:Trong viễn thông, nhiễu ký hiệu liên kết (ISI) là một dạng biến dạng tín hiệu trong đó một ký hiệu cản trở các ký hiệu tiếp theo Đây là một hiện tượng không mong muốn vì các ký hiệu trước đó có tác dụng tương tự như tiếng ồn, do đó làm cho việc trao đổi bằng lời nói trở nên kém tin cậy hơn nhiều

5 Thông lượng: Trong các mạng truyền thông, thông lượng hoặc thông lượng mạng là tốc độ trung bình của một tin nhắn thành công được gửi qua kênh liên lạc Dữ liệu này có thể được đưa qua siêu liên kết vật lý hoặc logic hoặc truyền qua một nút mạng nhất định

6 Độ trễ truyền: Trong một mạng dựa hoàn toàn vào chuyển mạch gói, độ trễ truyền là lượng thời gian cần thiết để đẩy tất cả các bit của gói vào dây Nói cách khác, đây là độ trễ do tải thông tin của siêu liên kết Độ trễ truyền là đặc tính của độ dài gói và không liên quan gì đến khoảng cách giữa hai nút Độ trễ này tỷ lệ thuận với thời lượng của gói tính bằng bit, nó được tính bằng phương pháp tiếp theo: DT = N / R trong đó DT là thời gian truyền bị trì hoãn N là số lượng bit lớn và R là tốc độ truyền ( nói theo bit theo giây)

7 PAPR: Tỷ lệ cường độ đỉnh trên trung bình (PAPR) là kích thước của dạng sóng, được tính từ biên độ cực đại của dạng sóng chia cho giá trị RMS của dạng sóng

TỔNG KẾT

Trong mạng 4G, việc áp dụng kỹ thuật Cognitive Radio (CR) mang lại nhiều lợi ích to lớn, từ việc tối ưu hóa sử dụng tần số đến mở rộng phạm vi phủ sóng và cải thiện hiệu suất truyền dẫn Bằng cách tự động điều chỉnh và quản lý tài nguyên tần số, CR giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguồn lực và giảm thiểu xung đột tần số, từ đó tăng cường hiệu suất truyền dẫn và chất lượng dịch vụ cho người dùng Ngoài ra, việc sử dụng CR cũng hỗ trợ trong việc mở rộng phạm vi phủ sóng của mạng, đặc biệt là ở các khu vực xa, hẻo lánh hoặc thưa dân cư Tóm lại, kỹ thuật CR không chỉ làm tăng cường khả năng sử dụng tài nguyên mạng mà còn là một yếu tố then chốt