Nghiên cứu kỹ thuật cognitive radio và Ứng dụng trong mạng 4g

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

Nghiên cứu kỹ thuật

Cognitive Radio và ứng dụng trong mạng 4G

Trình bày:

Phạm Văn Hưng – 3120410225

Nguyễn Hoàng Duy - 3120410093

Kỹ thuật Cognitive Radio

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

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 chính

Để cải thiện phổ tần ngày nay, đặc tính tinh thần chưa được sử dụng, các hệ thống

vô tuyến đã được nhìn thấy như một Giải pháp đầy hứa hẹn trong khi số lượng dịch

vụ và ứng dụng ngày càng tăng trong mạng không dây là Sức chứa Với một dải giống hệt nhau do các yếu tố để tại một thời điểm bằng nhau hoặc cơ hội chức

năng tinh thần Kỷ nguyên vô tuyến điện đặc trưng có lẽ tối đa có thể sửa đổi toàn

Chu trình nhận thức:

Tuy nhiên, trong kênh xuất sắc và nhiễu phù hợp trên nhịp hệ thống kim loại biến đổi cao nên được buộc phải có bằng tốt nghiệp linh hoạt cao Trong kỷ nguyên SDR như một hiệu ứng của việc nhận ra ngầm các đặc điểm này, đó là sẽ được thiết kế trên gói đài phát thanh công cộng (SDR),

đã được sản xuất và hiện đang có trong tay đặt vô tuyến (trong các cụm

từ sử dụng phổ, mật độ phổ năng lượng của các chỉ số truyền / thu được), động Khả năng (tiêu chuẩn hóa thích ứng với các thông số thiết bị như truyền tải điện, tần số dịch vụ, chiến lược điều chế và vân vân.) và hành

vi hợp tác hoặc không hợp tác ngân sách thấp (trong khi có sự phản đối giữa một số bộ thu phát thép), điều quan trọng là chọn ý thức đơn vị vị trí của bộ thu phát thép.

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 [10].

● 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.

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: 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: 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.

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

Kiến trúc hệ thống vô tuyến nhận thức

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, cho phép 1/3 cấu trúc công nghệ sử dụng CDMA làm quyền truy cập vào sơ đồ IS-2000, UMTS, HSXPA, 1xEVDO, TD-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

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

Ứng dụng Cognitive Radio 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

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 Sự phân chia tần số như hình sau:

Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

Đa truy cập phân chia thời gian:

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 chiến đấu

Đa truy cập 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

Đa truy cập phân chia mã:

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

Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

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) 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

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 Số lượng nhà cung cấp phụ đặc biệt có thể được chỉ định cho những người dùng duy nhất, để hỗ trợ nhà cung cấp (QoS) tuyệt vời, tức là kiểm soát phí hồ sơ và khả năng xảy ra lỗi riêng cho từng người tiêu dùng

OFDM và OFDMA

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

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

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

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 tốt 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

Các thông số sử dụng trong mạng 4G

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

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

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 trong việc phát triển và cải thiện mạng 4G để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của

người dùng.

Tổng kết