Báo cáo project 1 congnitive radio và matched filter

Báo cáo project 1 congnitive radio và matched filter

Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 BÁO CÁO PROJECT 1: COGNITIVE RADIO VÀ MATCHED FILTER Th c hi n: Nhóm – 05DT2 - Hoàng c Hùng - Tr n Th y Nguyên - Nguy n Trí Ph c - Tr n Th H ng Quyên - Tr n Lê Anh Th - D ng Th H ng Trang -1- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 BÀI 1: VÔ TUY N THÔNG MINH COGNITIVE RADIO (CR) Hi u qu c a vi c s d ng ph vô n th c s c n thi t cho h th ng không dây t ng lai Trong a s h th ng tr i ph t n s thu c v t ch c khác B ng vi c quan sát nh ng ch ng c cho th y r ng vi c s d ng tr i ph có c p phép không hoàn toàn mi n th i gian mi n không gian n a Seminar th o lu n nh ng v n c b n c a Cognitive Radio( t m d ch vô n thông minh), lo i c a h th ng vô n thông minh, c u trúc c a h th ng thi t k nten cho h th ng vô n thông minh 1.Gi i thi u: H th ng vô n thông minh h th ng có ph n t có kh n ng thay i tham s ( công su t, t n s ) c s t ng tác v i môi tr ng ho t ng Theo ó thi t b vô n c nh ngh a b ng ph n m m SDR( Software Defined Radio) s m t ph n t quan tr ng h th ng vô n thông minh tham s c a thi t b SDR c thay i m t cách linh ng b ng ph n m m mà không c n ph i thay i c u trúc ph n c ng M c ích c a vô n thông minh cho phép thi t b vô n khác ho t ng d i t n tr ng t m th i mà không gây nhi u n h th ng vô n có quy n u tiên cao h n ho t ng d i t n ó ! cho phép t n d ng t i a tài nguyên ph t n nh trên, vô n thông minh ph i có nh ng tính n ng c b n sau: - i u ch"nh t n s ho t ng c a h th ng m t cách t c t# b ng t n n b ng t n khác( tr ng) d i t n cho phép -Thi t l p m ng thông tin ho t ng m t ph n ho$c toàn b b ng t n c c p phát -Chia s% kênh t n s i u khi!n công su t thích ng theo i u ki n c th! c a môi tr ng mà ó t&n t i nhi u lo i hình d ch v vô n chi m d ng -Th c hi n thích ng r ng b ng t n,t c truy n s & mã hóa s a l'i ! cho phép t c thông l ng t t nh t có th! 2.Phân lo i: Ph thu c vào vi c thi t l p thông s c l y t# phép tính vi c quy t nh nh ng thay i ng truy n nh ng lí l ch s có th! phân bi t lo i ó c a CR Hai lo i là: -Full Cognitive Radio: ó m'i thông s có th! quan sát b ng nút không dây hay m ng c l y phép tính -Spectrum Sensing Cognitive Radio: ch" có ph t n s vô n c xét C(ng d a vào thành ph n c a ph cho CR có th! phân lo i: -Licensed Band Cognitive Radio:CR có kh n ng s d ng band ã ng kí nh band U-NII hay band ÍM Nhóm làm vi c IEEE 802.22 ang phát tri!n chu)n dành cho m ng không dây mà s ho t ng kênh truy n hình ch a c s d ng Unlicensed Band Cognitive Radio:ch" có th! dùng nh ng ph n ch a c p phép c a ph t n s vô n -2- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 3.Mô hình m ng vô n thông minh: Các không dây ang t&n t i s d ng hôn h p nhi u sách ph công ngh truy n thông khác H n n a m t s ph n ph vô n ã c c p phép cho m c ích khác m t s b ng v*n ch a c c p phép Các thành ph n ki n trúc c a m ng vô n thông minh có th! phân thành hai nhóm m ng chings (primary network) m ng vô n thông minh Các thành ph n c b n c a hai nhóm m ng c xác nh nh sau: -M ng (Primary Network) có quy n truy c p t i m t vài b ng ph nh t nh ó Các thành ph n c a m ng bao g&m: *Ng i dùng ( Primary user) :hay ng i dùng c c p phép có gi y phép ! ho t ng m t b ng t n ph nh t nh Truy c p ch" c giám sát b i tr m g c không b nh h ng b i nh ng ho t ng c a b t kì ng i dùng không c c p phép khác ! t&n t i v i tr m g c vô n thông minh ng i dùng vô n thông minh nh ng ng i dùng không c n b t c s i u ch"nh hay ch c n ng c ng thêm *Tr m g c (Primary base-station): hay tr m g c c c p phép thành ph n c s h t ng m ng cc nh có gi y phép ph V nguyên t+c tr m g c kh n ng chia s% ph v i nh ng ng i dùng vô n thông minh Tuy nhiên tr m g c có th! yêu c u ! có thêm ch c n ng -M ng vô n thông minh hay m ng không c c p phép gi y phép ! ho t ng m t b ng t n mong mu n Do ó ch" c phép truy c p ph có c h i M ng vô n thông minh có th! g&m c m ng ó c s h t ng m ng ad hoc, thành ph n c a m ng vô n thông minh nh sau: *Ng i dùng vô n thông minh hay ng i dùng không c c p phép gi y phép s d ng ph ó c n có ch c n ng c ng thêm ! chia s% b ng ph c p phép *Tr m g c vô n thông minh: thành ph n c s h t ng c nh v i kh n ng c a vô n thông minh Tr m g c vô n thông minh cung c p k t n i n ch$ng t i nh ng ng i dùng vô n thông minh mà không c n gi y phép truy c p ph Thông qua k t n i này, ng i dùng vô n thông minh có th! truy nh p n m ng khác *B phân chia ph (Spectrum broker): B phân chia ph (hay server l p l ch) m t th c th! m ng trung tâm óng vai trò vi c chia s% tài nguyên ph t n gi a m ng Vô n thông minh khác B phân chia ph có th! k t n i v i t#ng m ng có th! ph c v v i t cách ng i qu n lí thông tin ph , nh m cho phép m ng -3- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 Vô n thông minh t&n t i M ng Vô n thông minh bao g&m nhi u lo i m ng khác nhau: m ng chính, m ng Vô n thông minh d a c s h t ng, m ng Vô n thông minh ad hoc M ng Vô n thông minh ho t ng d i môi tr ng ph h'n h p, bao g&m c b ng c p phép không c p phép Do ó, m ng Vô n thông minh, có ba lo i truy nh p khác nhau, ó là: · Truy nh p m ng Vô n thông minh (xG network access): Ng i dùng Vô n thông minh có th! truy nh p t i tr m g c Vô n thông minh c b ng c p phép không c p phép · Truy nh p m ng Vô n thông minh ad hoc (xG ad hoc access): Ng i dùng Vô n thông minh có th! truy n thông v i nh ng ng i dùng Vô n thông minh khác thông qua k t n i ad hoc c b ng c p phép không c p phép · Truy nh p m ng (Primary network access): Ng i dùng Vô n thông minh c(ng có th! truy nhâp t i tr m g c thông qua b ng c p phép 4.H at ng c a m ng vô n thông minh(COGNITIVE RADIO NETWORK): M ng vô n thông minh có th! ho t ng c b ng c p phép không c p phép ó ch c n ng yêu c u cho m ng vô n thông minh khác tùy theo ph ó có c c p phép hay không a.Trên b ng c p phép: Nh ta ã bi t có nh ng h ph không s d ng b ng ph c c p phép Do ó m ng vô n thông minh có th! c s d ng ! khai thác h ph thông qua công ngh thông minh Ki n trúc c mô t hình bên ó m ng vô n thông minh t&n t i v i m ng t i m t v trí m t b ng ph Có nhi u thách th c khác ! th c hi n m ng CR b ng c p phép s t&n t i c a ng i dùng M$c dù m c ích c a m ng vô n thông minh xác nh ph t n có s,n t t nh t nh ng ch c n ng c a vô n thông minh tring b ng c p phép l i bao g&m phát hi n s có m$t c a ng i dùng Dung l ng kênh c a h ph ph thu c vào nhi u xung quanh nh ng ng i dùng Do ó vi c tránh nhi u cho nh ng ng i dùng v n quan tr ng nh t ki n trúc H n n a n u ng i dùng xu t hi n b ng ph b nh ng ng i dùng vô n thông minh chi m ng i dùng vô n thông minh l p t c ph i b- l i ph hi n th i chuy!n t i ph m i s,n có khác g i chuy!n giao ph b.Trên b ng không c p phép Các m ng Vô n thông minh có th! c thi t k ! ho t ng b ng không câp phép ! c i thi n hi u qu ph ph n ph M ng Vô n thông -4- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 minh ho t ng b ng không c p phép c minh h a Hình T t c th c th! m ng có quy n nh truy nh p t i b ng ph Nhi u m ng Vô n thông minh t&n t i m t vùng gi ng truy n thông s d ng c(ng m t ph n ph nh Các thu t toán chia s% ph thông minh có th! c i thi n hi u qu s d ng ph h' tr QoS cao Trong ki n trúc này, nh ng ng i dùng Vô n thông minh t p trung vào phát hi n vi c truy n c a nh ng ng i dùng Vô n thông minh khác Khác v i ho t ng b ng c p phép, vi c chuy!n giao ph không b kích thích b i s có m$t c a nh ng ng i dùng khác Tuy nhiên, t t c nh ng ng i dùng Vô n thông minh có quy n truy nh p ph nh nhau, nên h ph i c nh tranh v i b ng không c p phép Do ó, ki n trúc òi h-i ph ng pháp chia s% ph ph c t p gi a nh ng ng i dùng Vô n thông minh N u nhi u m ng Vô n thông minh n m m t b ng không c p phép ph i có ph ng pháp chia s% ph phù h p gi a m ng 5.Nh ng yêu c u c a h th ng CR: CR d a nh ng m ng kh)n c p có nh ng yêu c u khác so v i m ng ban u M t s yêu c u dành cho AFF CR c cho bên d i ây nói n m t vài l p v t lý liên quan t i nh ng yêu c u này: a/Nhi u d ch v nên c h' tr bao g&m gi ng nói th i gian th c, tin nh+n d li u, tranh nh c video ! h' tr nhi u d ch v , nhi u i u ki n ràng bu c mà Qó ph i g p b/Radio c n thi t th c ! ánh vào i u n kênh v t lí không t t c/Hi u qu n ng l ng m t m i quan tâm b i tu i th pin c a thi t b vô n có th! b gi i h n b i s thành công ho t ng d/Radio nên ho t ng s hi n di n c a nh ng can nhi u T t c nh ng yêu c u ph i c h' tr b i c u trúc vô n linh ng có th! c u hình l i Hi u qu c a vi c qu n lí c p phát ph i v i h thông CR: a/Khái ni m Spectrum hole (h ph ): Vì h u h t ph ã c c p phép h t ,cho nên thách th c quan tr ng nh t ! chia s% ph ã c c p phép mà không nh h ng n s truy n d*n c a nh ng user ã c p phép khác nh minh h a hình bên -5- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 CR cho phép s d ng ph ch a dùng m t cách t m th i ,nó c xem nh h ph hay không gian tr+ng(white space) N u b ng t n ã c s d ng b i ng i dùng ã c ng kí,CR di chuy!n n ph khác hay b ng t n, vi c thay i m c công su t phát c a c i u bi n ! tránh nhi u Theo c u trúc m ng,các m ng CR có th! phân thành m ng CR d a theo c u trúc h t ng CRAHNs (Cognitive Radio Ad hoc Networks) M ng CR d a theo c u trúc h t ng có ph n t m ng trung tâm nh tr m g c i!m truy c p m ng không dây n i b Ng c l i, CRAHN c u trúc h t ng c th user CR có th! k t n i n user CR khác thông qua k t n i mi n qu n tr c a c b ng ph ã c p phépvà ch a c c p phép Nh ng s quan sát phân tích ho t ng b i m'i user CR s c p m t tr m g c cho CR trung tâm ! có th! t o quy t nh làm nh th ! tránh nhi u v i m ng ban u Theo quy t nh m'i user CR t c u hình l i cho thông s thông tin c a nh hình bên Ng c l i CRAHNs m'i user c n có t t c dung l ng CR có trách nhi m xác nh ho t ng c a d a nh ng s quan sát n i b Vì user CR không th! d oán c nh h ng c a nh ng ho t ng c a toàn b m ng Các thành ph n c a c u trúc m ng CR nh hình bên: -6- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 Nó c phân thành hai nhóm thành ph n c a m ng thành ph n c a m ng CR M ng ban u c c p nh m ng t&n t i, ó nh ng ng i dùng ban u s có quy n ! ho t ng b ng t n ph ó N u m ng ban u có h' tr v c u trúc h t ng ho t ng c a PUs s c i u khi!n thông qua nh ng tr m c b n Do quy n u tiên vi c truy c p ph c a chúng, PU không nh h ng n user không ng kí M ng CR quy n ho t ng m t b ng t n ã c yêu c u th ch c n ng c thêm vào c òi h-i cho user CR ! chia s% b ng t n ph ã c p phép Các $c i!m c a hàm qu n lí ph : Spectrum Sensing:( C m nh n ph ) user CR ch" có th! c c p phát v trí ch a s d ng c a ph ,do ó nên i u khi!n b ng ph có th! ó tìm ch ph C m nh n ph ch c n ng c b n c a m ng CR th có m i quan h m t thi t n hàm qu n lí ph khác Spectrum Decision( S quy t nh ph ) m t ph ã c nh n d ng, v b n ch t ó user CR l a ch n b ng g n nh t theo yêu c u c a QoS.Nó r t quan tr ng i v i nh ng $c i!m c a b ng ph môi tr ng vô n tr ng thái th ng kê c a Pus ! thi t k gi i thu t quy t nh k t h p v i $c i!m ph ng c n t o thông tin u tiên vi c lo i b ho t ng c a Pus H n n a, CRAHNs s quy t nh ph liên quan n vi c l a ch n ph nh d ng ng truy n Spectrum Sharing: (Chia s ph ) Vì có nhi u user CR truy c p ph th s truy n d*n c a h nên c ph i h p ! tránh xung t v trí ch&ng ph c a ph Vi c chia s% ph cung c p kh n ng i v i nhi u user CR bao g&m vi c c p phát tài nguyên ! tránh nhi u gây b i m ng chính.H n n a ch c n ng c n thi t i v i giao th c i u khi!n truy c p trung bình CR Nó ph ng ti n ! i u khi!n s nh n bi t ( Sensing Control) ! phân b nhi m v c m nh n gi a nút ph i h p truy c p ph ! xác nh th i gian truy n d*n Spectrum Mobility(S di ng ph ):N u ng i dùng (PU) phát hi n v trí ó c a ph dã dùng user CR ph i b- tr ng ph ó l p t c ti p t c m t v trí khác c a ph Vì th kh n ng di ng hpoor c n thi t cho ph ! tìm c liên k t sai h-ng chuy!n s truy n d*n hi n th i n nh n m i hay1 b ng ph m i v i ch t l ng lo i b- th p nh t C m nh n ph CR(Spectrum Sensing for Cognitive Radio) M t CR c thi t k ! có th! nh n bi t nh y v i nh ng thay i xung quanh nó, v y vi c t o b nh y/b dò quang ph (Spectrum sensing) m t yêu c u quan tr ng cho vi c th c hi n m ng CR Spectrum sensing cho phép CR user khai thác nh ng ph n ph không s d ng m t cách thích nghi i v i môi tr ng vô n Kh n ng c n thi t nh ng tr ng h p sau: - CR user tìm th y nh ng h ph có s,n d i t n s r ng ( b ng c m nh n ) - Các CR user giám sát d i ph trình truy n d*n phát hi n s hi n di n c a m ng chính(primary network) ! tránh nhi u/ giao thoa Nh hình CRAHN c n spectrum sensing v i nh ng ch c n ng sau: -7- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 * PU detection (S phát hi n ng i dùng chính):các CR user quan sát phân tích môi tr ng vô n n i b c a D a vào vi c quan sát nh ng v trí c a v trí k bên, user CR phát hi n c s hi n di n c a nh ng s truy n d*n c a ng i dùng chính(PU) theo nh n d ng ph s/n có hi n th i phù h p * Cooperation(S ph i h p):các thông tin c quan sát m'i user CR c trao i v i user k bên ! nâng cao tính xác c a sensing * Sensing Control( i u khi!n vi c c m nh n):ch c n ng cho phép m'i user CR th c hi n ho t ng c m nh n cách thích nghi v i môi tr ng vô n ng Ngoài ra,nó ph i h p ho t ng c m nh n c a user CR c a user k bên ph ng th c ã c phân b , vi c ng n ng#a báo ng sai liên k t ! t c hi u suaats s d ng ph cao tránh c nhi u Spectrum sensing òi h-i có xác cao Tuy nhiên thi u m t trung tâm t ch c m ng nên user CR ad hoc th c hi n vi c c m nh n ph c l p v i user khác, d*n n nh h ng x u n hi u su t sensing 7.1.S phát hi n ng i dùng chính: Vì user CR c gi nh r ng s t ng tác th i gian th c v i b phát thu c a ng i dùng c , chúng không bi t xác thông tin ng truy n d*n bên m ng c Nên PU detection ph thu c vào s theo d-i sóng vô n n i b c a user CR Nói chung, k thu t PU detection cho CRAHNs có th! chia thành nhóm: Primary transmitter detection _phát hi n máy phát Primary receiver detection _ phát hi n máy thu Interference temperature management _ qu n lý nhi u nhi t Nh hình 7a, tramsmitter detection phát hi n tín hi u y u/không n nh t# máy phát thông qua nh ng quan sát n i b c a user CR Primary receiver detection t p trung tìm nh ng PU s nh n d li u ph m vi truy n thông c a user CR Trong hình 7b, n ng l ng rò r" c a b t o dao ng n i b phát b i “Radio frequency font-end” c a máy thu th ng c khai thác, mà chúng l i y u.Vì v y, m$c dù Primary receiver detection cung c p cáchhi u qu ! tìm nh ng h ph nh ng hi n ph ng pháp ch" kh thi nh ng b dò c a máy thu TV -8- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 Interference temperature management gi i thích cho n ng l ng RF tích l(y t# hi n t ng a ng, xác l p giá tr c c i mà máy thu cho phep, g i gi i h n nhi u nhi t Tuy nhiên khó kh n c a mô hình khó o l ng xác nhi u nhi t, nên CR không th! phân bi t tín hi u th t t# PU nhi u Vì lý mà h u h t nghien c u hi n t i Spectrum sensing CRAHNs ch" t p trung vào Primary transmitter detection Trong transmitter detection , ! phân bi t c gi a d i ph s d ng không s dung, user CR nên có kh n ng phát hi n t#ng tín hi u riêng c a m'i máy phát PU B phát hi n t n s sóng vô n n i b s d ng PU detection sensing d a gi nh sau: Trong ó, r(t) tín hi u nh n c b-i user Cr s(t) tín hi u truy n i c a PU n(t) nhi u tr+ng Gausian (AWGN) h h s khu ch i c a kênh truy n Ho gi thi t r'ng_ tr ng thái mà ó tín hi u không c phép s d ng d i ph xác nh H1 gi thi t d i l p, cho bi t r ng ó t&n t i m t sô tín hi u PU Ba ph ng pháp có th! s d ng cho transmitter detection spectrum sensing Matched filter detection _ b l c thích nghi Energy detection Feature detection 7.1.1 Matched filter detection (MFD) Matched filter b l c n tính t i u s d ng cho vi c phát hi n tín hi u phù h p ! t" l tín hi u nhi u (SNR) c c i Nh hình Tín hi u sau b l c k t qu c a vi c so sánh tín hi u PU m*u ã bi t s(t) v i tín hi u thu c r(t) sau ó, tín hi u ó c l y m*u v i b &ng b th i gian(synchronized timing) N u giá tr l y m*u Y > ng 0ng k, ph c xác nh b chi m b-i ng truy n PU Ph ng pháp phát hi n g i b phát hi n t i u Matched filter không ch" c n bi t v $c tính c a tín hi u PU mà c n &ng b hóa gi a máy phát PU user CR N u thông tin không xác b l c thích nghi ho t ng hi u qu Ngoài ra, user CR c n có nhi u b l c thích nghi khác dành riêng cho t#ng lo i tín hi u PU, vi c làm t ng chi phí th c hi n ph c t p Trong th c t , tín hi u ch" o (pilot signal) c dùng cho MFD, máy phát g i tín hi u pilot &ng th i v i d li u, CR s có thông tin v Vi c không kh thi CRAHNs, v y Energy detection Feature detection c dùng Spectrum sensing nhi u h n 7.1.2 Energy detection -9- Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 Energy detector t i u ! xác nh tín hi u ch a rõ n u ã bi t công su t/ n ng l ng c a nhi u Trong Energy detection ,User CR c m nh n c s có m$t hay v+ng m$t c a PÚ c s n ng l ng c a tín hi u nh n c Trong hình Tín hi u thu c r(t) c bình ph ng r&i l y tích phân o n T, k t qu thu c sau b tích phân mang so sánh v i ng 0ng k ! quy t nh Pu có t&n t i không *1u i!m Energy detector: d s d ng, d th c *H n ch : + CR c n xác nh tíc hi u PU y u (SNR= 10-> 40dB ) ED c n th i gian lâu h n so v i MFD + H n n a, Energy detector ph thu c SNR c a tín hi u nh n c nên hiêu su t c a d b nh h ng b i b t nh công su t nhi u N u cs nhi u b t nh Energy detector s không phát hi n c tín hi u úng SNR bé h n ng 0ng c nh , g i SNR wall + Energy detector có th! ch" xác nh s hi n di n c a tín hi u mà không th! phân bi t c lo i tín hi u Vì nh ng h n ch ó, vi c s d ng Energy detection CRAHNs c n cung c p s &ng b ho t ng c a t t c sensing T c m'i user CR ph i n &ng b v i sensing gi ng nó, s ò ng truy n n u không user CR không th! phân bi t tín hi u nh n c t# PU, v y ho t ng c m nh n c a user CR s b nhi u b i ng truy n c a sensing lân c n 7.1.3 Feature detection Feature detection xác nh s hi n di n c a tín hi u PU b ng cachsao chép/l c nh ng $c i!m d$c tr ng c a chúng nh tin hi u pilot, chu khì pre.xes, t c kí hi u,mã m r ng, ho$c lo i i u ch nh ng $c i!m có th! c phát hi n b ng cách phân tích hàm ph t ng quan nh hình 10 ây ph t ng quan c a tín hi u thu r(t) c l y trung bình kho ng T, r&i so sánh v i s li u thông kê ki!m tra ! quy t nh s cáo $t c a tín hi u PU, t ng t Energy detection * 1u i!m: không ph thu c vào b t nh c a công su t nhi u Có th! phân bi t c tín hi u t# m ng khác Cho phép user CR th c hi n ho t ng sensing c l p mà không c n &ng b hóa * H n ch : tính toán ph c t p òi h-i th i gian sensing dài Trong h th ng Feature detection nâng cao, vi c k t h p phân tích chu k2 ph v i nh n d ng m*u d a m ng Noron ã c xu t $c i!m khác bi t c a tín hi u thu c tách dùng cho vi c phân tích chu k2 ph , liên k t ph , i chi u m t ph M t b n thi t k covariance-based detection d a th ng kê ph ng sai hay hàm t t ng quan c a tín hi u thu c xu t Matrix th ng kê ph ng sai hay hàm t t ng quan c a tín hi u nhi u khác Matrix th ng kê ph ng sai c a nhi u d c xác nh b i b l c máy thu D a - 10 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 $c tính này, phân bi t c s hi n di n c a user PU nhi u Ph ng pháp có th! dùng cho nh ng ng d ng dò tìm nh ng tín hi u thay i mà không c n bi t rõ tín hi u, kênh truy n, công su t nhi u 7.2 Sensing control: M c tiêu c a spectrum sensing ! tìm th y nhi u c h i truy nh p ph t n vi c can thi p c a nh ng m ng T i ây, nh ng thao tác c m nh n c a nh ngiusser CR ! ki!m soát k t h p b i m t b i u khi!n c m nh n, có hai v n : (1) nh ng user CR nên c m nh n ph lâu dài th ng xuyên nh th ! c s c m nh n xác t i b ng t n c m nh n ó (2) user CR có th! tìm th y ph s,n có b ng t n nhanh nh th nào, t ng k t hình 11 t c 7.2.1 S i u n b ng t n c m nh n: u tiên liên quan n c h i ph t n l n nh t c(ng nh ! tránh giao thoa Trong b ng t n c m nh n nói chung ch p nh n c u trúc c m nh n tu n hoàn, n i nh ng user CR c cho phép truy nh p ph t n ch" ph m vi th i gian chu k2 truy n i theo sau b i chu kì c m nh n Trong chu kì c m nh n, th i gian c m nh n dài h n d*n t i s c m nh n xác h n, v y gi m nhi u h n Nh ng th i gian c m nh n tr nên dài h n, th i gian truy n c a usser CR s b gi m b t Ng c l i, th i gian truy n dài h n, t ng c h i truy c p, nguyên nhân gây giao thoa cao h n thi u s c m nh n thông tin Do ó, ! l a ch n s c m nh n xác th i gian truy n v n quan tr ng spectrun sensing S t i u th i gian c m nh n c i u tra xác nh ! c c i hi u qu kênh truy n, trì yêu c u có kh n ng nh n ra, mà không ngh nh h ng c a kh n ng x y báo ng sai Trong th i gian c m nh n c t i u hóa cho nhi u môi tr ng ph , nh v y t t i c c i l u l ng c a nh ng user CR - 11 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 7.2.2 b ng i u n c m nh n Khi user CR c n ! tìm th y b ng t n m i có s,n (ngoài b ng c m nh n), th i gian khám phá ph t n nhân t quan tr ng khác ! xác nh s th c hi n c a CRAHNs Nh v y, spectrum sensing c n ph i có m t s & ph i h p ! phát hi n c(ng nh nhi u c h i ph t n có th! x y nh ng c(ng gi m thi!u tr vi c tìm th y chúng i u c(ng m t v n quan tr ng s thay i ph t n ! gi m b t th i gian chuy!n m ch u tiên, s ch n l a qui t+c ph t n c m nh n có th! giúp gi m b t th i gian tìm th y ph t n b ng t n c m nh n H n n a, n u usser CR c m th y nhi u b ng ph t n h n, có th! có kh n ng cao ! phát hi n m t b ng t n t t nh t - 12 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 BÀI 2: B L C PH I H P (MATCHED FILTER) Khái ni m b l c ph i h p !ng d ng c a vào truy n thông s : - B l c ph i h p m t nh ng b l c t i u c dùng nh m m c ích khôi ph c tín hi u t# nhi u T c khôi ph c l i tín hi u vào v i t" s SNR cao nh t có th!, nhi u ISI (Intersymbol Interference), tr c a vào b quy t nh ! xác nh tín hi u ang c truy n i Ví d :Ta g i m t chu'i kí t “01011”, ! n c máy thu tín hi u ph i i qua kênh truy n có nhi u.N u ! tín hi u r&i l y m*u có th! thu c tín hi u không úng ! thu c tí hi u gi ng nh ã truy n tín hi u i qua Matched filter ! t ng S/N, sau ó qua b l y m*u.Nh v y s nh n c chu'i bit nh ã truy n Cách d"n k t qu th c hi n b l c ph i h p: - Ta có mô hình c b n c a vi c truy n tín hi u nh sau: Tín hi u r(t) s vào Modulator s(t) Channel Detector Phát Tín hi u s Thu Hình C th! h n s(t) kh i channel detector: r(t) delta(t) channel n(t) L y m"u t it=T h(t) H(f) y(t) y(T) Kh i quy t nh digital reciever Hình V i: + delta(t): áp ng c a kênh truy n + n(t): nhi u tác ng lên tín hi u trình truy n i + h(t): áp ng xung c a b tách sóng, chi ti t h n, áp ng xung c a b l c + Theo sau b tách sóng b l y m*u + Kh i quy t nh: quy t nh kí hi u ang c truy n i kí t - Ta kh o sát ngu&n tín hi u m t chu'i nh phân Sau qua b i u ch (modulator), tín hi u s vào c i u ch thành d ng sóng phù h p (sau ta g i kí hi u cho m t d ng sóng ng v i m t kí t ) cho vi c truy n i G i T th i gian t&n t i m t d ng sóng kí hi u Ta gi s : - 13 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 s (t), $ t $ T cho s s(t) = - s (t), $ t $ T cho s Khi ó, tín hi u b thu nh n c t# kênh truy n là: r(t) = s(t)*#(t) + n(t) V i n(t) nhi u AWGN, m t công su t ph hai phía c a n(t) có S n (f) = l n b ng: No - G i: h(t) áp ng xung c a b l c, y(t) tín hi u sau qua b tách sóng, ta có: y(t) = r(t)*h(t) = [s(t) + n(t)] * h(t) = s (t) + n (t) V i: s (t) : thành ph n tín hi u mong mu n n (t): thành ph n nhi u T# công th c ta suy ra, h(t) có nh h ng tr c ti p n u c a b tách sóng Mà tín hi u y(t) c a b tách sóng s c a vào b quy t nh Nên ! b quy t nh có th! quy t nh xác tín hi u ang c truy n, ta ph i thi t k h(t) cho t" s SNR cao nh t - y(t) sau ó i vào b l y m*u v i chu kì l y m*u T Suy ngõ c a b l y m*u là: y(T) = s (T) + n (T) Lúc này, t" s tín hi u nhi u là: S N | s (T ) | = σ 02 T Trong ó, σ công su t nhi u trung bình t i ngõ c a b l c h(t) - i u ta c n làm lúc tìm cho b l c áp ng t n s H (f) xác nh mà t i ó, t" s c c i + Ta có th! bi!u di n tín hi u s (t) nh sau: ∞ s (t ) = F −1 S ( f ).H ( f )e j 2πft df [S ( f )] = −∞ Và công su t nhi u trung bình có công th c nh sau: ∞ σ0 = N0 | H ( f ) |2 df −∞ Suy ra: ∞ H ( f ) S ( f )e S N +B = T j 2πfT df −∞ N0 ∞ H ( f ) df (1) −∞ c ti p theo, ta tìm công th c H (f) c a b l c ! v i áp ng t n s này, t" s (S / N )T cc c i Áp d ng b t /ng th c Schwarz ta có: ∞ s0 (t ) = F −1 [S0 ( f )] = S ( f ).H ( f )e j 2πft df −∞ Th (2) (1) ta c: - 14 - (2) Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 S N = T N0 ∞ S ( f ) df −∞ Hay: max S N ∞ T 2E N0 S ( f ) df E= Trong ó: = −∞ Nh v y, giá tr c c i c a t" s (S / N )T ph thu c vào n ng l ng tín hi u vào m t ph công su t c a nhi u ch không ph thu c vào t#ng d ng sóng tín hi u c th! Nh v y, t# tr ng h p c th! ta ang gi s , ta có th! l y k t qu làm k t qu chung cho d ng sóng tín hi u khác + Theo b t /ng th c Schwarz, d u “=” (t c t" s (S / N )T t c c i) ch" khi: H ( f ) = H ( f ) = kS ∗ ( f )e − j 2πfT Hay: { } h(t ) = F −1 kS ∗ ( f )e − j 2πfT = ks(T − t ) 0≤t ≤T t khác K t lu n: Nh v y, ! b l c cho c tín hi u có t" s tín hi u nhi u cao nh t c n có áp ng xung b ng v i nh ng c c a tín hi u có ích c làm tr i th i gian T h(t) = ks(T - t) %ng d ng c a Matched Filter vào công ngh Cognitive Radio: Nh ã bi t, CR có nhi m v c m nh n b ng t n ang tr ng ! t n d ng kho ng tr ng ó ! ph c v cho vi c truy n nh n thông tin c a user CR mà không làm nh h ng n user ã c c p phép c a b ng t n ó Nh ng user CR l i không h có t ng tác th i gian th c v i user ã c c p phép ó (PU – primary user), nên không bi t xác thông tin c a ng truy n m ng h ang dùng (primary) Vì v y, vi c nh n bi t PU ch" ph thu c vào kh n ng quan sát sóng vô n c a user CR Nhìn chung, có k4 thu t c phát tri!n dành cho CR lo i CHAHN ! nh n bi t PU, ó là: Primary Transmitter Detection, Primary Receiver Detection, Interference Temperature Management Trong ó, Matched Filter c ng d ng cho k4 thu t Primary Transmitter Detection (nh n bi t b phát chính) B Matched Filter s l y t ng quan gi a m t tín hi u ã bi t c a m t PU v i tín hi u thu c c a CR (cái CR c m nh n t# môi tr ng), u c a b MF s cho qua b l y m*u, c tín hi u Y, n u tín hi u Y l n h n m t ng 0ng k ó, CR s xác nh c d i ph ! chi m d ng Matched filter không ch" c n bi t v $c tính c a tín hi u PU mà c n &ng b hóa gi a máy phát PU user CR N u thông tin không xác b l c thích nghi ho t ng hi u qu - 15 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 BÀI 3: CH&Y CH'(NG TRÌNH VÀ NH)N XÉT K t qu quan sát 1.1Mat_filter: c: - 16 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 - 17 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 1.2 Mat-noise: - 18 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 - 19 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 1.3 Mat-noise-tao: - 20 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 Nh n xét k t qu : + o n mã th c hi n vi c t o b n tín hi u s1, s2, s3, s4 v i d ng tín hi u khác S1 tín hi u xung vuông :s1=rectpuls(t,T) t&n t i kho ng T, S2 tín hi u hình sin s2=s1.*sin(w0*t); t&n t i kho ng T, - 21 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 S3 tín hi u hình sin s3=s1.*sin(w0*t+0.5*k*t.^2); S4 tín hi u : s4=s4+c*rect.*sin(w0*t); Và t ng ng v i m'i lo i tín hi u s có sig_mat khác Tín hi u nh n c u t ng ch p c a m t b n tín hiêu s1, s2, s3, s4 có ho$c s tác ng c a nhi u ( ng v i tr ng h p mat_filter, mat_noise, ho$c mat_noise_tao) v i sig_mat + i v i tr ng h p mat_filter: nhi u tác ng vào tín hi u s1, s2, s3 ,s4 Tín hi u ngõ có d ng g n gi ng v i tín hi u u vào nh ng ã c khu ch i biên lên nhi u l n + i v i tr ng h p mat_noise : tín hi u t o ban u ã c c ng thêm nhi u tr+ng Gauss T ng ng v i m'i lo i tín hi u ã c công thêm nhi u s có sig_mat khác Theo quan sát ta th y, biên c a tín hi u g c c khu ch i lên nhi u l n so v i nhi u Do ó làm t ng t" s tín hi u nhi u + i v i tr ng h p mat_noise_tao: tín hi u s1, s2, s3 ,s4 t o ban u c chèn thêm m t s m*u ! t o tr Sau ó l i c c ng thêm nhi u tr+ng Gauss Và t ng ng s t o sig_mat khác - 22 - [...]... chi m d ng Matched filter không ch" c n bi t v $c tính c a tín hi u PU mà còn c n &ng b hóa gi a máy phát PU và user CR N u thông tin không chính xác thì b l c thích nghi ho t ng kém hi u qu - 15 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 BÀI 3: CH&Y CH'(NG TRÌNH VÀ NH)N XÉT 1 K t qu quan sát 1. 1Mat _filter: c: - 16 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 - 17 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 1. 2 Mat-noise: - 18 - Th c... t b ng t n t t nh t - 12 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 BÀI 2: B L C PH I H P (MATCHED FILTER) 1 Khái ni m b l c ph i h p và !ng d ng c a nó vào truy n thông s : - B l c ph i h p là m t trong nh ng b l c t i u c dùng nh m m c ích khôi ph c tín hi u t# nhi u T c khôi ph c l i tín hi u vào v i t" s SNR cao nh t có th!, và không có nhi u ISI (Intersymbol Interference), tr c khi a vào b quy t nh ! xác... )T t c c i) khi và ch" khi: H ( f ) = H 0 ( f ) = kS ∗ ( f )e − j 2πfT Hay: { } h(t ) = F 1 kS ∗ ( f )e − j 2πfT = ks(T − t ) 0 0≤t ≤T t khác 3 K t lu n: Nh v y, ! b l c cho ra c tín hi u có t" s tín hi u trên nhi u cao nh t thì nó c n có áp ng xung b ng v i nh ng c c a tín hi u có ích và c làm tr i th i gian T h(t) = ks(T - t) 3 %ng d ng c a Matched Filter vào công ngh Cognitive Radio: Nh ã bi t,... có: ∞ s0 (t ) = F 1 [S0 ( f )] = S ( f ).H ( f )e j 2πft df −∞ Th (2) và (1) ta c: - 14 - (2) Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 S N = T 2 N0 ∞ 2 S ( f ) df −∞ Hay: max S N ∞ T 2E N0 2 S ( f ) df E= Trong ó: = −∞ Nh v y, giá tr c c i c a t" s (S / N )T ph thu c vào n ng l ng tín hi u vào và m t ph công su t c a nhi u ch không ph thu c vào t#ng d ng sóng tín hi u c th! Nh v y, t# tr ng h p c th! ta ang gi... Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 - 19 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 1. 3 Mat-noise-tao: - 20 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 2 Nh n xét k t qu : + o n mã th c hi n vi c t o ra b n tín hi u s1, s2, s3, s4 v i các d ng tín hi u khác nhau S1 là tín hi u xung vuông :s1=rectpuls(t,T) t&n t i trong kho ng T, S2 là tín hi u hình sin s2=s1.*sin(w0*t); t&n t i trong kho ng T, - 21 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2... s3=s1.*sin(w0*t+0.5*k*t.^2); S4 là tín hi u : s4=s4+c*rect.*sin(w0*t); Và t ng ng v i m'i lo i tín hi u s có các sig_mat khác nhau Tín hi u nh n c u ra chính là t ng ch p c a m t trong b n tín hiêu s1, s2, s3, s4 có ho$c không có s tác ng c a nhi u ( ng v i các tr ng h p mat _filter, mat_noise, ho$c mat_noise_tao) v i sig_mat + i v i tr ng h p mat _filter: không có nhi u tác ng vào các tín hi u s1, s2,... “ 010 11 , ! n c máy thu thì tín hi u ph i i qua kênh truy n có nhi u.N u ! tín hi u này r&i l y m*u thì có th! thu c tín hi u không úng ! thu c tí hi u gi ng nh ã truy n thì tín hi u i qua Matched filter ! t ng S/N, sau ó qua b l y m*u.Nh v y chúng ta s nh n c chu'i bit nh ã truy n 2 Cách d"n ra k t qu th c hi n b l c ph i h p: - Ta có mô hình c b n c a vi c truy n tín hi u nh sau: Tín hi u r(t) s vào... c a nh ngiusser CR là ! ki!m soát và k t h p b i m t b i u khi!n c m nh n, có hai v n chính : (1) nh ng user CR nên c m nh n ph lâu dài và th ng xuyên nh th nào ! c s c m nh n chính xác t i b ng t n c m nh n ó (2) user CR có th! tìm th y ph s,n có b ng t n ngoài nhanh nh th nào, t ng k t hình 11 t c 7.2 .1 S i u khi n trong b ng t n c m nh n: u tiên là liên quan n c h i ph t n l n nh t c(ng nh ! tránh... tín hi u là m t chu'i nh phân Sau khi qua b i u ch (modulator), tín hi u s vào c i u ch thành các d ng sóng phù h p (sau này ta g i là kí hi u cho m t d ng sóng ng v i m t kí t ) cho vi c truy n i G i T là th i gian t&n t i m t d ng sóng kí hi u Ta gi s : - 13 - Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2 s 1 (t), 0 $ t $ T cho s 1 s(t) = - s 1 (t), 0 $ t $ T cho s 0 Khi ó, tín hi u b thu nh n c t# kênh truy n là:... bi t các PU ch" ph thu c vào kh n ng quan sát sóng vô tuy n c a các user CR Nhìn chung, có 3 k4 thu t chính c phát tri!n dành cho CR lo i CHAHN ! nh n bi t các PU, ó là: Primary Transmitter Detection, Primary Receiver Detection, Interference Temperature Management Trong ó, Matched Filter c ng d ng cho k4 thu t Primary Transmitter Detection (nh n bi t b phát chính) B Matched Filter s l y t ng quan gi ... CH'(NG TRÌNH VÀ NH)N XÉT K t qu quan sát 1. 1Mat _filter: c: - 16 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 - 17 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 1. 2 Mat-noise: - 18 - Th c hi n: Nhóm – L p 05DT2 - 19 - Th c hi... Matched filter detection _ b l c thích nghi Energy detection Feature detection 7 .1. 1 Matched filter detection (MFD) Matched filter b l c n tính t i u s d ng cho vi c phát hi n tín hi u phù h p ! t"... c l i tín hi u vào v i t" s SNR cao nh t có th!, nhi u ISI (Intersymbol Interference), tr c a vào b quy t nh ! xác nh tín hi u ang c truy n i Ví d :Ta g i m t chu'i kí t “ 010 11 , ! n c máy thu