Nghiên cứu kỹ thuật vô tuyến nhận thức cho hệ thống lại ghép giữa mạng thông tin vệ tinh và mạng mặt đất

1 MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ADC ADSL AGC AS AWGN BER BSC BSS BTS BWA CDMA CDN CR CSTR DAB FCC FDMA FEC FSS GEO GPRS GPS GSM HAP HSTS IEEE IF IMR IPTV ISU ITK Analog-to-digital converter Asymmetric Digital Subscriber Line Automatic gain control Adaptive system Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Base Station Controller Broadcast Satellite Services Base Transceiver Station Broadband wireless access Code Division Multiple Access Content Delivery Network Cognitive Radio Cognitive Satellite Terrestrial Radios Digital audio broadcasting Frequency Division Multiple Access Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Fixed Satellite Services Geostationary satellite General Packet Radio Service Global Positioning System Global System for Mobile High altitude platforms Hybrid Satellite Terrestrial System Institute of Electrical and Electronics Engineers Intermediate Frequency Intermediate Module Repeater Internet Protocol Television Incumbent spectral users Interference temperature knowledge Mạch chuyển đổi tương tự số Đường dây thuê bao số không đối xứng Điều khiển độ lợi tự động Hệ thống thích nghi Tạp âm Gausse trắng cộng sinh Tỉ lệ lỗi bit Bộ điều khiển trạm gốc Dịch vụ Vệ tinh Quảng bá Trạm thu phát sóng di động Truy nhập không dây băng thông rộng Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lưới phân phối nội dung Vô tuyến nhận thức Vô tuyến nhận thức vệ tinh mặt đất Công nghệ phát kỹ thuật số Đa truy nhập phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Hiệu chỉnh lỗi trước Dịch vụ vệ tinh cố định Vệ tinh địa tĩnh Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Hệ thống định vị tồn cầu Hệ thống thơng tin di động toàn cầu Tầng cao độ Hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất Viện kỹ nghệ Điện Điện tử Tần số trung tần Bộ lọc mô-đun trung gian Truyền hình giao thức Internet Người sử dụng phổ tần Nhận biết độ nhiễu ITU LAN LNA MANET MBMS MIH MSS OFDM P2P PAN PLL PLMN PSTN PU QID QoS RAN RCS REM RF RNC SD S-DMB SDR SI SI-SAP S-RAN STC SU S-UMTS TDMA International Telegraph Union Tổ chức viễn thông quốc tế thuộc Liên hiệp quốc Local Area Network Mạng máy tính cục Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp Mobile Ad-hoc Networks Mạng tùy biến di động Multimedia Broadcast/Multicast Hệ thống dịch vụ Quảng bá/ Services Multicast đa phương tiện Media Independent Handovers Truyền hình độc lập Mobile Satellite Services Dịch vụ Vệ tinh Di động Orthogonal Frequency Division Công nghệ ghép kênh phân chia Multiplexing theo tần số trực giao Peer-to-Peer Mạng ngang hàng Personal area networks Mạng nhân Phase-locked loop Vòng khóa pha Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch Network công cộng Primary User Người dùng Queue IDentifiers Trình xác minh hàng chờ Quality of Service Chất lượng dịch vụ Regional area network Mạng khu vực Return channel via satellite Kênh nhận thông qua vệ tinh Radio Environment Maps Bản đồ môi trường vô tuyến Radio Frequency Tần số vô tuyến Radio Network Controller Bộ điều khiển thông tin di động hệ Satellite Dependent Vệ tinh phụ thuộc Satellite digital multimedia Vệ tinh kỹ thuật số quảng bá đa broadcasting phương tiện Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa phần mềm Satellite-Independent Vệ tinh độc lập Satellite Independent - Service Điểm Truy cập Dịch vụ Vệ tinh Access Point độc lập Satellite Radio Access Network Mạng Truy cập Vô tuyến vệ tinh Space-time Coding Mã hóa khơng-thời gian Secondary User Người dùng thứ cấp Satellite component of the Thành phần Vệ tinh Hệ Universal Mobile thống Viễn thơng Di động Tồn Telecommunication System cầu Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TVRO UMTS UWB VCO Television Receiver Only Universal Mobile Telecommunication System Ultra-Wideband Vol Cotrol OSC VOD VSAT Video On Demand Very Small Aperture Terminal WRAN Wireless Regional Areas Network Wireless World Research Forum WWRF Truyền hình thu Hệ thống viễn thơng di động toàn cầu Băng siêu rộng Bộ dao động điều khiển điện áp Video theo yêu cầu Trạm thông tin vệ tinh - mặt đất cỡ nhỏ Mạng không dây khu vực Diễn đàn Nghiên cứu Thế giới Không dây DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tóm tắc ưu điểm nhược điểm hệ thống đa truy nhập khác Bảng 2.1 Các cấu trúc mạng thông tin Bảng 3.1: So sánh xu hướng Công nghệ lai ghép Vệ tinh - mặt đất qua thời điểm LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, với bùng nổ cơng nghệ, điện thoại thông minh, mạng xã hội, nhu cầu chia sẻ liệu, hình ảnh, video… gia tăng nhanh chóng gây áp lực lớn lưu lượng hệ thống truyền tải Cùng với việc dải tần ngày bị thu hẹp nhiều dịch vụ cấp phép dẫn đến yêu cầu phải tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần số Hiện tại, hệ thống thông tin vô tuyến áp dụng sách cấp phát tần số cố định Theo đó, ứng dụng khác cấp phép với dải tần số (băng thông) hoạch định sẵn quan quy hoạch phổ tần Quốc gia Việc cấp phép dải tần cố định đảm bảo người dùng dịch vụ dải tần không gây can nhiễu đến người dùng dải tần khác Tuy có nhiều ưu điểm nhược điểm lớn phương pháp cấp phát tần số cố định không tận dụng tối đa tài nguyên băng thông Theo Ủy ban truyền thơng liên bang Hoa Kì – FCC hiệu suất sử dụng dải tần số cấp phép khoảng 15-85% phổ tần khả dụng Điều đặt yêu cầu cấp thiết phát triển cơng nghệ vơ tuyến có khả nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần, tránh lãng phí tài ngun tần số Cơng nghệ Cognitive Radio (vơ tuyến nhận thức) phát triển để đáp ứng nhu cầu Hệ thống vô tuyến nhận thức kỹ thuật riêng khai thác dải thơng có thời điểm bị bỏ trống để cung cấp băng thông cho dịch vụ vô tuyến thông qua kiến trúc mạng tiên tiến, mềm dẻo khả truy cập phổ tần linh hoạt Cùng với hệ thống lại ghép vệ tinh - mặt đất, việc ngày sử dụng thiết bị thông minh tăng tải mạng mặt đất để cung cấp dịch vụ liệu băng thông cao với dịch vụ thoại, hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất sử dụng hiệu nâng cao hiệu suất sử dụng mạng thông tin vệ tinh để phục vụ cho nhu cầu ngày tăng Ngồi ra, vấn đề việc phủ sóng nơi, chí vùng sâu vùng xa, với hồn chỉnh dịch vụ sẵn có khu vực thành thị, có xu hướng sử dụng hệ thống lai ghép Vì vậy, vơ tuyến nhận thức hoạt động hệ thống vô tuyến định nghĩa phần mềm, đặc biệt tích hợp với hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất, hứa hẹn công nghệ đầy triển vọng, phù hợp với tiến trình phát triển hệ thống thông tin vô tuyến Đồ án “Nghiên cứu kỹ thuật vô tuyến nhận thức cho hệ thống lai ghép mạng thông tin vệ tinh mạng mặt đất” với mục đích nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng vô tuyến nhận thức hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất Từ làm tiền đề phục vụ cho cơng tác sau Đồ án đước chia làm chương: Chương 1: Tổng quan thông tin vệ tinh kỹ thuật vô tuyến nhận thức Chương 2: Hệ thống mạng mặt đất thơng tin vệ tinh tích hợp hệ thống mặt đất – vệ tinh truyền thông đa phương tiện Chương 3: Vô tuyến nhận thức cho hệ thống lai ghép mạng thông tin vệ tinh mạng mặt đất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH VÀ KỸ THUẬT VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh xuất bốn thập kỷ qua phát triển nhanh chóng giới nước ta, mở thời kỳ phát triển cho phát triển mội lĩnh vực khoa học - đời sống nói chung đặc biệt ngành viễn thơng nói riêng Sau đây, tìm hiểu lịch sử phát triển, đặc diểm, cấu trúc tổng thể nguyên lý hoạt động thông tin vệ tinh 1.1.1 Sự đời hệ thống thông tin vệ tinh Thông tin vô tuyến qua vệ tinh thành tựu nghiên cứu lĩnh vực truyền thơng mục tiêu gia tăng mặt cự ly dung lượng với chi phí thấp, kết hợp sử dụng hai kĩ thuật tên lửa vi ba mở kỷ nguyên thông tin vệ tinh Dịch vụ cung cấp theo cách bổ sung cách hữu ich cho dich vụ mà trước độc mạng đất cung cấp, sử dụng vô tuyến cáp Kỉ nguyên vũ trụ bắt đầu vào năm 1957 với việc phóng vệ tinh nhân tao (vệ tinh Sputnik Liên Xô cũ) Những năm vệ tinh khác phóng SCORE phát quảng bá (năm 1958), vệ tinh phản xạ ECHO(1960), vệ tinh chuyển tiếp băng rộng TELSTAR RELAY (1962) vệ tinh địa tĩnh SYNCOM (1963) Trong năm 1965 vệ tinh địa tỉnh thương mại INTELSAT-1 đánh đấu mở đầu cho hàng loạt vệ tinh INTELSAT Cùng năm đó, Liên Xơ cũ phóng vệ tinh truyền thơng loạt vệ tinh truyền thông MOLNYA 1.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống vệ tinh: 10  Hệ thống vệ tinh di động Hình 1.1 Sự phát triển vệ tinh di động Hình 1.1 thể số mốc quan trọng hệ thống vệ tinh di động (MSSs) từ mà Điều thú vị mà ta cần lưu ý, INMARSAT bắt đầu có mặt khoảng thời gian với nhà khai thác di động cung cấp dịch vụ tương tự hệ đầu Trong giai đoạn đầu, INMARSAT cung cấp dịch vụ thoại tốc độ liệu thấp cho thị trường hàng hải tàu lớn dải L sử dụng vệ tinh phủ sóng tồn cầu Trong giai đoạn 1990-1991, INMARSAT bổ sung dịch vụ hàng không cho máy bay chở khách số loại xe, với việc giới thiệu vệ tinh có cơng suất cao Điều thực năm 1997-1998 với hoạt động toàn giới MSSs giới thiệu phân trang, chuyển hướng, tăng số cho máy tính đầu cuối INMARSAT tập trung vào việc sử dụng vệ tinh địa tĩnh (GEO), vào năm 1990, số hệ thống GEO khu vực lên cạnh tranh (ví dụ, OMNITRACS, EUTELTRACS, AMSC OPTUS) tập trung vào phương tiện giao thông đường sử dụng hai băng L Ku Đây 89 Hình 3.12: Hệ thống IEEE 802.22 RAN dựa hệ thống HSTS với Vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất Hình 3.13: UWB PAN dựa HSTS với đài vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất siêu băng rộng: a) b) ứng dụng tốc độ liệu thấp (dịch vụ khẩn cấp) cho ứng dụng tốc độ liệu cao 90  Hệ thống lai ghép vệ tinh IEEE802.22 cho mạng không dây khu vực IEEE802.22 WRAN xác định truy cập phổ tần động cho truyền tin tầm xa sử dụng băng tần truyền hình từ 54MHz đến 862MHz Các khối vơ tuyến IEEE802.22 tận dụng quang phổ ưu tiên cao cho người dùng phát sóng truyền hình Vùng phủ sóng thơng thường WRAN dao động từ 17-32km so với WMAN / WLAN với phạm vi ngắn Ở ta xem xét hệ thống lai ghép vệ tinh - WRAN mặt đất mơ tả Hình 3.12 IEEE 802.22 WRAN sử dụng cấu trúc cell với trạm gốc (BS) mơ hình này, ta kết hợp đơn/đa vệ tinh hình Các đường phát xuống từ vệ tinh bao gồm trạm gốc CSTR đường lên vệ tinh thực trạm gốc CSTR liên lạc với vệ tinh thông qua trạm gốc  Lai ghép vệ tinh – hệ thống siêu băng rộng cho mạng cá nhân: Các hệ thống siêu băng rộng băng tần 3,1 GHz - 10,6 GHz ứng cử viên lý tưởng cho việc giới thiệu giải pháp nhận thức, định yêu cầu tiềm ẩn hệ thống để tồn với hệ thống không dây khác Di động siêu băng rộng đề xuất giải pháp tiềm hai kịch ứng dụng khác nhau: tốc độ cao, khoảng cách truyền tin ngắn tốc độ thấp, khoảng cách truyền tin trung bình, kết hợp với phạm vi vị trí Kịch ứng dụng trước dẫn đến việc xác định tiêu chuẩn công nghiệp Wi-Media UWB, đặc trưng tầng vật lý OFDM đảm bảo tốc độ truyền tải theo yêu cầu 500 Mb/s 10 mét [36] Giải pháp tốc độ thấp khảo sát nhóm đặc trách IEEE 802.15.4a Trong nhóm này, tầng vật lý Xung vô tuyến siêu băng rộng (IR-UWB) đề xuất, có khả truyền tin lên đến 25 Mb/s thơng tin xác phạm vi cần thiết để định vị xác [37], [40] Cả hai ứng dụng siêu băng rộng tốc độ cao thấp có thách thức khó khăn tồn với hệ thống kế thừa hệ thống chính; kết hai tính đến nghiên cứu Hình 3.13a) cho thấy ví dụ hệ thống lai ghép vệ tinh-đất liền điển hình tốc độ thấp, bao gồm mạng lưới dịch vụ khẩn cấp với thiết bị siêu băng 91 rộng để trao đổi liệu thực tác vụ theo trình tự, để kết hợp liên lạc trong/ngồi định vị Hình 3.13b) cho thấy ví dụ điển hình hệ thống lai ghép vệ tinh-mặt đất tốc độ cao, nơi trạm thông tin trang bị băng thơng siêu rộng triển khai ngồi trời gửi thơng tin tới thiết bị di động máy tính xách tay PDA 3.2.3 Nhận thức hệ thống vệ tinh mặt đất Nhìn chung, hệ thống vệ tinh mặt đất tận dụng thơng tin thời gian thực để tối đa hóa sử dụng nguồn lực vô tuyến tăng hiệu suất đường truyền Phần lớn chức nhận thức nghĩ tới đặt sẵn hệ thống theo cách cách khác mà tổng kết sau:  Nhận thức thông tin vệ tinh: Tin tức thời gian thực sử dụng nhiều hệ thống thông tin vệ tinh với mục đích điều hành quản lí, cung cấp QoS yêu cầu Trong số có nhận biết quỹ đạo vệ tinh: ví dụ LEO, MEO, GEO, e- líp cực tuyến, vv, nhận biết đường truyền vệ tinh như: tình trạng sai lệch tín hiệu mưa để có mã hóa thích ứng điều biến (ACM) vị trí nhận; nhận biết hiệu ứng doppler: vd điều tần số (frequency synchronization), vệ tinh hỗ trợ theo dõi hiệu ứng doppler; nhận biết chòm vệ tinh: vdụ cơng nghệ chuyển vùng, vv; nhân biết dịch vụ vệ tinh: phát truyền hình vệ tinh, băng thơng, dịch vụ thoại, vv  Nhận thức Thông tin không dây mặt đất: Hệ thống mặt đất có số thơng tin tích hợp khối thu phát, vài số nhận biết kênh liên lạc: ví dụ chọn lọc kênh, thơng tin trạng thái kênh (ví dụ thích ứng đường truyền, vv) Tuy nhiên, hệ thống không dây tương lai dựa công nghệ vô tuyến nhận thức chứa nhiều thơng tin tích hợp hơn, vdụ nhận thức vơ tuyến: tần số vơ tuyến sẵn có môi trường; nhận thức định vị vô tuyến: phạm vi phủ sóng mơi trường, nhận biết tần số thời gian: sử dụng tài nguyên vô tuyến 92 điện thời gian thật liên tục, nhận biết độ nhiễu (ITK): tồn nhiễu vơ tuyến điện mơi trường  Nhận thức hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất Những ứng dụng nhắc đến phần trước (RK, RPK,TFK ITK) cấu thành nên phần cốt lõi CR giúp có khả sử dụng tài nguyên vô tuyến cách hiệu Đôi với hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất, ứng dụng này sử dụng cho trạm phát mặt đất đường lên vệ tinh Còn đường xuống vệ tinh khơng thể sử dụng tính hạn chế việc kiểm sốt phát tín hiệu từ vệ tinh Một lí vệ tinh phủ sóng khu vực lớn, khiến cho việc chia phổ động khó thực Cho dù sử dụng phương thức phủ sóng bao quát chùm tia tập trung cho đường truyền xuống vệ tinh (phủ sóng vài trăm km2), khó để tích hợp tính nhận thức vơ tuyến nguy gây nhiễu hệ thống mặt đất khu vực địa lí rộng Dù vậy, khái niệm vơ tuyến nhận thức ko bị loại bỏ hoàn toàn khỏi đường xuống vệ tinh sử dụng cho phạm vi địa lí rộng lớn khu vực phủ sóng hệ thống mặt đất Tuy nhiên, thứ nói đến không cân nhắc đến phương pháp nhận thức dành cho đường phát xuống vệ tinh Đường phát lên vệ tinh gây nhiễu sóng cho hệ thống mặt đất xét đến việc sử dụng đường phát lên định hướng, lúc đường truyền lên với góc nâng thấp có xu hướng làm nhiễu so với góc nâng cao Đường truyền lên chia sẻ tài nguyên vô tuyến với hệ thống mặt đất thu vệ tinh có chức Mặt khác, đường truyền xuống vận hành ISU chuẩn mà ko cần tính truy cập phổ động Phần nói xây dựng cấu trúc vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất tích hợp với tính sử dụng hệ thống mạng không dây cho hệ thống lại ghép vệ tinh - mặt đất 93 Hình 3.14: Chu kỳ nhận thức [31] 3.2.4 Vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất Cấu trúc định hướng đầu cuối vệ tinh - mặt đất đất liền khối chức liên quan trình bày chương Hệ thống vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất bao gồm vệ tinh vô tuyến mặt đất liên kết với Thơng tin mặt đất đường lên vệ tinh (tại trạm gốc) kết hợp chức vô tuyến nhận thức cho việc chia phổ động đất liền Lưu ý rằng, đề cập trước đây, liên kết ngược CSTR với vệ tinh điều khiển thông qua BS, nơi CSTR phát đáp qua BS Tuy nhiên đường xuống từ vệ tinh tiếp nhận tất thiết bị đầu cuối mặt đất bao gồm trạm gốc  Chu kỳ nhận thức Chúng ta xem xét cấu nhận thức (tương tự não người) để kích hoạt nhận thức thiết bị vô tuyến điện Một cấu nhận thức điển hình theo quy trình tuần hồn, để liên tục theo dõi tìm hiểu mơi trường để áp dụng phản ứng cho phù hợp Cách thức gọi chu kỳ nhận thức [31] mơ tả Hình 3.14 sử dụng trinh sát quanh giới bên ngồi (khơng dây), vơ tuyến nhận thức “tìm hiểu’’ mơi trường vơ tuyến điện thực "quy hoạch" " đưa định” dựa ưu tiên trước 94 ‘’hành động’’ (phát tín hiệu) theo yêu cầu cụ thể Trong phần tiếp theo, áp dụng chu kỳ nhận thức cấu trúc vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất tham chiếu chức tương ứng thành khối chức cụ thể để quan sát tìm hiểu mơi trường vơ tuyến vùng lân cận, để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên vô tuyến  Cấu trúc Vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất cho hệ thống lai ghép vệ tinh mặt đất Cấu trúc chung vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất mô tả Hình 3.15 [32] Bộ phát thu cấu trúc vô tuyến bao gồm phần tử vệ tinh mặt đất theo yêu cầu Trong cấu trúc mô tả chức bổ sung cần thiết cho hệ thống vơ tuyến để có thơng tin cần thiết Trong phần giải thích chi tiết chức CSTR Hình 3.15: Mơ hình chung Vơ tuyến nhận thức cho hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất  Môi trường người dùng đa dạng Hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất đất liền có môi trường người dùng đa dạng tất người dùng mặt đất xem thực truy cập phổ 95 động Các chiến lược tinh vi cần thiết cho việc chia sẻ phổ tần môi trường giải thích phần Mặc dù chia sẻ tăng lên số lượng người dùng K tăng, dẫn đến việc giảm hiệu suất thông qua thiết bị đầu cuối, mạng vơ tuyến nhận thức hưởng lợi từ thấy từ phần sau  Mơđun cảm biến phổ việc dò độ chiếm giữ tần số không gian-thời gian ISU Cảm biến phổ dò tìm ISU mạng vơ tuyến nhận thức coi chức quan trọng [42] Các nút vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất cần phải dò diện ISU mơi trường vơ tuyến để tránh nhiễu Có nhiều cách để thực việc dò ISU vơ tuyến nhận thức, từ phương pháp dò mù đến khơng mù, đề cập đến [42] – [44] điều Ở trình bày phương pháp dò ISU mù đơn giản nhất, biết đến theo cách "dò lượng dựa lượng" [47], phương pháp mạnh khác tồn với độ phức tạp cao [43] Trong phương pháp dò dựa lượng, vơ tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất tìm kiếm lượng tín hiệu từ kích thích vơ tuyến nhận từ môi trường đưa định xem ISU có diện hay khơng Hạn chế phương pháp phụ thuộc vào ngưỡng sử dụng để dò, tín hiệu có lượng thấp khơng dò được, tiếng ồn thu nhận nhầm lẫn thành ISU (báo động giả) Khi không dò ISU với mức cơng suất nhận thấp, ISU xa môi trường pha-đinh chọn lọc tần số, dẫn đến 'vấn đề ẩn thiết bị' Những vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn dẫn đến xác suất nhiễu ISU người sử dụng phổ tần số (CSTR) Tín hiệu cảm biến thời điểm t nút i, với i ∈ {1, K} biểu diễn theo giả thiết nhị phân H0 ISU xuất hiện, H1 ISU xuất sau: v ( i; t ) ; for H r ( i; t ) =  h ( i; t ) s ( i; t ) + v ( i; t ) ;for H1 (3.1) Khi s(i;t) tín hiệu nhận từ ISU, h(i;t) kênh pha- đinh, v(i;t) 96 tạp âm trắng chuẩn cộng tính Gauss (AWGN) với kì vọng phương sai σ i2 Thống kê thử nghiệm để tìm θ(i; m) nút i đưa bởi: t2 θ (i ) = ∫ r (i; t )r% (i; t ) dt t1 t1 , t2 ∈ R + (3.2)    r% (i; t ) Trong đó, liên hợp phức r (i; t) Việc thực kỹ thuật dò dựa lượng để phát ISU phụ thuộc vào băng thông theo thời gian Quyết bˆ(i ) định thực nút CSTR thứ i, cho dù ISU có mặt hay không, đưa bởi: 0; H bˆ(i) =  1; H1 θ (i) < µi θ (i) ≥ µi (3.3) µI ngưỡng định sử dụng i Xem xét đến môi trường người sử dụng đa dạng, mạng vơ tuyến nhận thức sử dụng tất định vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất, để định liệu ISU có xuất hay khơng Các trạm gốc kết hợp liệu để thực định tích hợp diện ISU Đối với tích hợp, cần nhấn mạnh tín hiệu từ vơ tuyến nhận thức tới trạm gốc nói riêng  Hệ thống hỗ trợ khu vực: Dành cho khả dò chiếm dụng ISU tần số khơng gian thời gian Sự sẵn có thơng tin vị trí khía cạnh quan trọng việc triển khai hệ thống nhận thức, nhờ khả thu thập trao đổi thông tin liên quan đến vị trí người dùng người dùng thứ cấp nhận thức: Bản đồ môi trường vô tuyến (REM) ví dụ giải pháp tiềm kích hoạt diện thơng tin vị trí [45] Bất kích hoạt, GPS cách đơn giản để có thơng tin vị trí; hạn chế phần cứng điều kiện lan truyền khơng thuận lợi (ví dụ kịch nhà đô thị dày đặc) ngăn cản việc sử dụng GPS vài 97 tất mạng đầu cuối Trong trường hợp tích hợp thiết bị đầu cuối cần thiết để có thơng tin vị trí Các giải pháp đề xuất tài liệu thường dựa vào kết hợp thuật toán định vị phân tán để thu thập vị trí tương đối nút mạng, thơng tin vị trí tuyệt đối cung cấp tập thiết bị đầu cuối vị trí biết (các nút neo) Thuật toán định vị phân tán dựa vào khả đo khoảng cách chung thiết bị đầu cuối yêu cầu thiết bị đầu cuối trao đổi thơng tin khoảng cách để xây dựng đồ mạng cách giải vấn đề tam giác Hiệu suất thuật toán cao tùy thuộc vào mức độ xác việc đo khoảng cách bảo đảm thiết bị đầu cuối; bối cảnh việc áp dụng cơng nghệ có khả cho phép đo khoảng cách xác cao, cải thiện đáng kể tính xác thơng tin vị trí hiệu vị trí dựa công nghệ cách tiếp cận REM đề cập  Truy nhập đa dạng nhiệt độ nhiễu Việc truy cập sử dụng tài nguyên vô tuyến hạn chế nhiều người dùng mạng lưới vô tuyến nhận thức thực thông qua hợp tác cạnh tranh Trong chiến lược hợp tác, vấn đề truy cập đa dạng có giải pháp trực tiếp mà tập hợp giao thức xác định phép cân chia sẻ nguồn vô tuyến tất nút CSTR Trong chiến lược cạnh tranh, tất CSTR cạnh tranh cho nguồn tài nguyên vô tuyến điện đòi hỏi phải có chế tinh vi Chúng ta xây dựng chút chiến lược cạnh tranh sau Sự cạnh tranh vấn đề tài nguyên xem vấn đề lý thuyết r r {N , S , A, P, R} trò chơi, với trò chơi ngẫu nhiên năm xác định , N tập hợp người chơi i = 1, K; S tập trạng thái khả thi, r A tập hợp hành động có sẵn cho tất người chơi, P hàm xác suất 98 chuyển dịch liên quan đến hành động chung, r R chức r A liên quan đến hoàn trả cho người chơi Sau đưa tập hợp hành động hữu hạn (cho CSTR để hành động), hồ sơ hoạt động đạt tới phản ứng tốt cho tất hoạt động người chơi khác dẫn đến cân Nash [48] Các CSTR kiểm sốt truyền tải theo chiến lược hành động Thật không may, cân Nash lúc đạt được, tùy thuộc vào biến đổi thời gian, yêu cầu băng thông, đồ nhiễu, v.v Trong trường hợp vậy, giải pháp khả thi đưa trung gian có quyền cung cấp lấy tài nguyên quang phổ Việc truyền nhiều lần CSTR dẫn đến mức độ tự gây nhiễu cao mạng Do đó, thuật ngữ xác định Ủy ban viễn thông Liên bang Mỹ (FCC), gọi Nhiệt độ nhiễu (tương tự nhiệt độ tiếng ồn máy thu) sử dụng biện pháp để kiểm soát nhiễu Mật độ phổ cực đại cho phép dải tần số định cho giới hạn nhiệt độ nhiễu độ Kelvin (được xác định định lý) nhân với số Boltzman k = 1.3807 × 10-23 3.2.5 Tái sử dụng phổ miền khơng gian 3D với CSTR 99 Hình 3.16 Mơ hình cảm biến phổ 3D dựa theo trạm mặt đất Sau trình bày cấu trúc mơ tả CSTR, xem cách CSTR cho phép tái sử dụng tần số miền không gian 3D Kích thước khơng gian thứ xem xét góc độ thấp Hình 3.16 minh hoạ khái niệm sử dụng lại phổ 3D thiết bị đầu cuối vệ tinh - mặt đất đóng vai trò CSTR tạo điều kiện chia sẻ tần số (với tư cách người sử dụng thứ cấp) với thiết bị vô tuyến mặt đất khác xem xét ứng dụng vệ tinh WRAN HSTS Trong hình, thiết bị đầu cuối mặt đất (TT) (ví dụ máy phát kỹ thuật số mặt đất) có góc phương vị vệ tinh trạm mặt đất (GS) nữa, θ: góc độ vệ tinh, α: góc thiết bị đầu cuối mặt đất TT φ: góc trục ăng ten hướng ảnh hưởng (tức TT), đó: φ=θ–α (3.4) Lưu ý xem xét trường hợp α> khơng tình Để có hội truy cập phổ miền không gian thứ 3, CSTR thực cảm biến phổ để dò ISU mơi trường xung quanh Vì trạm gốc thường triển khai ăng ten parabol khuếch đại theo hướng cao, việc ISU mặt đất trở thành thách thức với khuếch đại anten thấp (giá trị cao φ) Ở đây, xem xét kịch để dò ISU dựa việc ITU-R đề nghị điều kiện khuếch đại ăng ten cho trạm gốc vệ tinh với ăng ten parabol [49], cho 48° ≤ ϕ < 180° , G (dBi ) = −10dBi với G (dBi ) = G0 − 25log10 (ϕ ) 48° ≤ ϕ < 180° , với , G0 = 32dBi Trong phần đây, xem số kết mơ để dò ISU mặt đất nhờ trạm mặt đất (CSTR) để truy cập hội phổ (OSA)  Máy phát tách sóng mặt đất để tái sử dụng phổ 3D 100 Hình 3.17 Các đặc tuyến bổ sung ROC cho việc sử dụng lại tần số khơng gian 3D, dò ISU mặt đất dựa độ cao ISU Sử dụng cảm biến phổ dựa lượng mô tả Phần IV-D, trình bày số kết mơ để dò TT trạm mặt đất Đối với kịch xem xét Phần V, Hình 3.17 mơ tả đặc tuyến hoạt động máy thu bổ sung (C-ROC) để dò TT (như hình 3.17) cho giá trị khác α Đối với mô phỏng, xem xét cơng suất tínhiệu PA = 0dBm đầu phía trước ăng ten trạm mặt đất công suất nhiễu thu máy thu Pn = 6dBm, với cặp máy phát-trạm mặt đất Từ hình ảnh quan sát thấy, mơ hình xạ hướng (khuếch đại) ăngten parabol, hiệu suất tách sóng để dò TT trở nên α giảm 101 Hình 3.18 Các đặc tuyến ROC bổ sung cho việc sử dụng lại tần số khơng gian 3D, việc dò ISU mặt đất dựa độ cao vệ tinh Hình 3.18 mơ tả C-ROC với kịch với giá trị khác θ, thấy hình, hiệu suất tách sóng trở nên tồi tệ tăng θ Do đó, xem xét kích thước khơng gian thứ ba, việc dò phổ chiếm dụng mặt đất trở nên khó khăn tùy thuộc vào mẫu ăng ten định hướng Mặt khác, cần lưu ý ăng-ten định hướng ảnh hưởng đến TT θ tăng α giảm 3.3 Kết luận chương Trong chương trình bày khái niệm Vô tuyến nhận thức vệ tinh - mặt đất cho hệ thống lai ghép vệ tinh - mặt đất, thứ hai khảo sát tác động vệ tinh hệ thống thơng tin tồn cầu tương lai Các công nghệ chủ chốt cho phép thiết kế thiết bị đầu cuối mặt đất chức tương ứng chúng Ý tưởng đề xuất tối đa hóa việc sử dụng phổ miền thời gian không gian 3D, dựa đường lên vệ tinh phát mặt đất Hơn nữa, xác định số thách thức lớn không giới hạn, liên quan đến công nghệ vô tuyến nhận thức cần phải giải trước 102 triển khai hệ thống vậy: - Sự phức tạp liên quan đến mạng vơ tuyến nói chung nhiều hơn, khó kiểm sốt quản lý mạng lưới - Sự thiếu quán nhu cầu ngơn ngữ sách cho mạng lưới, sách kinh doanh điều tiết - Các vấn đề bảo mật xác thực cần giải cẩn thận mạng lưới đa dạng hoạt động lĩnh vực xem xét Một số vai trò thành phần vệ tinh mạng lai ghép vệ tinh - mặt đất, tham số để tối ưu hóa hiệu làm việc mạng lai ghép đưa thảo luận chương Yếu tố thúc đẩy xác định tiềm thể lợi việc áp dụng giải pháp mạng lai ghép bao gồm thành phần vệ tinh mạng để lợi thơng tin vệ tinh tận dụng cách hiệu thiết lập giao thức phổ biến thông suốt 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Trung Tấn (2009) “Bài giảng thông tin vệ tinh [2] Phùng Văn vận (2005) “Nghiên cứu cấu trúc hệ thống viễn thông mặt đất để sử dụng hiệu vệ tinh VINASAT”, Bộ Bưu Viễn thơng, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện [3] “Tổng quan Dự án Thông tin vệ tinh” (2008), NXB Bộ Tư lệnh thông tin liên lạc Tiếng Anh [4] Barry Evans, “Integration Of Satellite And Terrestrial Systems In Future Multimedia Communications”, University of Surrey, IEEE Wireless Communications - October 2005 [5] Sithamparanathan Kandeepan, “Cognitive Satellite Terrestrial Radios”, Cognitive Inf Networks (CoIN) Group, Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2010), 2010 IEEE [6] http://www.tec.gov.in/ [7] http://www.rfwireless-world.com/ ... triển hệ thống thông tin vô tuyến Đồ án Nghiên cứu kỹ thuật vô tuyến nhận thức cho hệ thống lai ghép mạng thông tin vệ tinh mạng mặt đất với mục đích nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng vô tuyến nhận thức. .. thống mạng mặt đất thông tin vệ tinh tích hợp hệ thống mặt đất – vệ tinh truyền thông đa phương tiện Chương 3: Vô tuyến nhận thức cho hệ thống lai ghép mạng thông tin vệ tinh mạng mặt đất CHƯƠNG... VỀ THÔNG TIN VỆ TINH VÀ KỸ THUẬT VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh xuất bốn thập kỷ qua phát triển nhanh chóng giới nước ta, mở thời kỳ phát triển cho