Công nghệ nhận thức vô tuyến 5G Phan Quốc Tân

46 346 5
Công nghệ nhận thức vô tuyến 5G  Phan Quốc Tân

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Công nghệ nhận thức vô tuyến, có thể giải quyết vấn đề khan hiếm phổ tần bằng phương tiện tiếp cận và truy cập phổ tần số động, đã được thúc đẩy bởi thực tế là một lượng đáng kể của phổ không dây vẫn còn chưa được tận dụng trong một loạt các tần số vô tuyến trong không gian và không gian tên miền. Ngoài ra, giải pháp này không yêu cầu phải mua lại nguồn tài nguyên tần số vô tuyến đắt tiền, do đó giảm tổng vốn và chi phí hoạt động cho một nhà khai thác mạng không dây.Mặc dù các tiến bộ kỹ thuật gần đây trong các lĩnh vực Radio phần mềm (SDR) và bộ thu phát băng rộng đã dẫn đến khả năng sử dụng phổ tần có sẵn một cách năng động nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết từ quan điểm triển khai. Một mặt, có những vấn đề về kỹ thuật để giải quyết một vài sai sót thực tiễm như độ không đảm bảo của tiếng ốn, sự không chắc chắn của kênhnhiễu, sự không chắc chắn của tín hiệu, sự không hoàn hảo của phần cứng thu phát và các vấn đề đồng bộ. Mặt khác, có một số thách thức về quản lý và kinh doanh để nhận được quyền truy cập phổ năng động trong các mạng không dây trong tương lai. Trong bối cảnh này, các nguyên tắc công nghệ nhận diện vô tuyến nhận thức có thể được kết hợp trong mạng không dây 5G mà không cần nâng cấp đáng kể trong kiến trúc mạng hiện có.Một cách để kết hợp các nguyên tắc của công nghệ nhận thức vô tuyến vào mạng không dây 5G là để cho phép sự tồn tài chung của hai hoặc nhiều hơn hai mạng không dây không đồng nhất trong các chiều khác nhau như thời gian, tần số, không gian, phân cực và không gian địa lý bằng cách sử dụng một số sự giảm thiểu nhiễu tiên tiến và tài nguyên động kỹ thuật phân bổ như nhận dạng chum, liên kết nhận thức can thiệp, kiểm soát quyền lực thích ứng, tập hợp các nhà cung cấp dịch vụ, phân phối năng động, băng thông.Một cách đầy hứa hẹn khác nhau để hưởng lợi từ các nguyên tắc công nghệ nhận thức vô tuyến là kết hợp trí thông minh vào các phân đoạn khác nhau của các mạng không dây trong tương lai như các nút chuyển tiếp và các trạm cơ sở. Các trạm cơ sở nhỏ trong tương lai có thể được làm thông minh bằng cách giới thiệu khả năng nhận thức phổ quát, giúp nâng cao năng lực hệ thống tổng thể bằng cách giảm tác dộng của nhiễu và tiếng ồn. Hơn nữa, các tính năng ăngten thông minh như bản địa hóa nguồn và cách chèn ba chiều thích ứng sẽ không chỉ nâng cao dung lượng hệ thống mà còn giúp nâng cao hiệu suất năng lượng của mạng không dây trong tương lai.Truy cập được chia sẻ rộng rãi được cấp phép chia sẻ (LSA) có thể được thực hiện theo cách năng động bằng cách sử dụng các kỹ thuật CR gần đây và sau đó cho phép chia sẻ phổ tần về vị trí, thời gian và không gian. Ngoài ra, các nguyên tắc CR có thể được sử dụng trong việc kết hợp khả năng song công toàn diện trong một nút không dây. Hơn nữa, các tế bào nhỏ tự tổ chức (các nút không dây), có khả năng tự cấu hình, tự tối ưu hóa và khả năng tự phục hồi, có thể xem như là yếu tố quan trọng cho các hệ thống không dây thông minh trong tương lai.

1 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ADC Analog - Digital Chuyển đổi tương tự - số CDMA Convertor Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã CR FDMA Access Cogtive Radio Frequency Division Vô tuyến nhận thức Đa truy cập phân chia theo tần PU QoS RF RX SDR Multiple Access Primary User Quality of Service Radio Frequency Receiver Software Difined Radio số Người dùng Chất lượng dịch vụ Tần số vơ tuyến Máy thu Vô tuyến định nghĩa phần SNR SU TDMA Signal – to - Noise Ratio Secondary User Time Division Multiple mềm Tỷ số tín hiệu nhiễu Người dùng phụ Đa truy cập phân chia theo thời UWB Access Ultra Wideband gian Di động siêu băng rộng Tên Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 1.1 Lý đời vô tuyến nhận thức Các mạng thông tin vô tuyến ứng dụng nhiều công nghệ tối ưu chất lượng dịch vụ khai thác cách hiệu băng tần cấp phép Tuy nhiên, phổ tần mạng vô tuyến chưa khai thác cách triệt để, hố phổ Ví dụ minh họa hình dưới) Hình1 Minh họa hố phổ Cơng nghệ vô tuyến nhận thức thiết kế nhằm nâng cao hiệu sử dụng phổ tần, người dùng phụ có khả sử dụng phổ chia sẻ mà khơng gây nhiễu tới người dùng cấp phép Vô tuyến nhận thức cho phép sử dụng vùng phổ trống theo thời điểm, phổ ám hố phổ hay khoảng trắng (Hình 1.1) Nếu băng phổ người dùng (người dùng cấp phép) sử dụng tiếp người dùng vơ tuyến nhận thức phải chuyển đến hố phổ khác băng tần phải thay đổi mức công suất phát sơ đồ điều chế để tránh gây nhiễu đến người dùng 1.2 Khái niệm vơ tuyến nhận thức Vô tuyến nhận thức không cơng nghệ mới, mà thay đổi mang tính cách mạng việc sử dụng phổ tần vô tuyến Vô tuyến nhận thức cho phép đầu cuối cảm biến, hiểu biết sử dụng cách linh hoạt phổ tần sẵn có thời điểm định Trong khảo sát vô tuyến nhận thức, Simon Haykin khái quát vô tuyến nhận thức sau: “Cognitive radio is an intelligent wireless communication system that aware of its surrounding enviroment and use the methodology of understanding by building to learn from the environment and adapt its internal states to statistical variations in the incoming radio frequence (RF) stimuli by making corresponding changes in certain operating parameters (eg:transmit power, carrier frequency, modulation strategy) in real time,with two primary objectives in mind: - Highly reliable communications whenever and wherever needed - Efficient utilization of the radio spectrum ” Tức là, “Vô tuyến nhận thức hệ thống truyền thông vô tuyến thơng minh có khả nhận thức mơi trường xung quanh từ tự huấn luyện để thích nghi với thay đổi môi trường cách thay đổi tham số hoạt động cụ thể (ví dụ cơng suất phát, tần số sóng mang, phương thức điều chế) thời gian thực, với hai đặc tính chính: o Truyền thông độ tin cậy cao thời điểm o Sử dụng hiệu phổ tần số vô tuyến” Vô tuyến nhận thức lên cơng nghệ đầy hứa hẹn để tối đa hóa việc sử dụng băng thông vô tuyến ngày bị hạn chế số lượng ngày tăng dịch vụ ứng dụng mạng vô tuyến Một mạng vô tuyến nhận thức (CR) thu - phát có khả thích ứng với mơi trường hoạt động thơng số vơ tuyến có nhiệm vụ làm tối đa hóa việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến hạn chế cung cấp linh hoạt truy cập vơ tuyến Mục đích mạng vô tuyến nhận thức sử dụng hiệu tài nguyên bao gồm tần số, thời gian công suất truyền tải Hiệu việc sử dụng quang phổ đóng vai trò ngày quan trọng hệ thống truyền thông vô tuyến tương lai có nhiều người dùng với dịch vụ cao Cơng nghệ vơ tuyến nhận thức sử dụng hệ thống có mức ưu tiên thấp để cải thiện hiệu quang phổ cách cảm nhận môi trường phổ sau phát khoảng phổ trống để cấp phép sử dụng Tần số khơng sử dụng coi hố phổ tần số mà từ giao cho người sử dụng phụ (SU) Sự liên kết việc sử dụng phổ vô tuyến trường hợp đặc biệt mạng vô tuyến nhận thức Ngồi ra, kỹ thuật Vơ tuyến nhận thức sử dụng mạng lưới cấp phép để nâng cao hiệu sử dụng phổ tần 1.3 Chức Vơ tuyến nhận thức có chức chính: Cảm biến phổ (Spectrum sensing): Phần chức trình bày rõ chương tài liệu Quản lí phổ (Spectrum management): Sau cảm biến phổ định khoảng phổ trống, CR tiến hành việc quản lí để chọn khoảng phổ tối ưu, đáp ứng yêu cầu chất lượng mạng thông tin QoS (Quality of service) Chức chia làm bước: Phân tích phổ định phổ Sử dụng phổ linh hoạt (Spectrum mobility): CR linh hoạt thay đổi tần số sử dụng để chuyển qua tần số sẵn có khác mà cải thiện chất lượng mạng thông tin nhằm đạt chất lượng tốt Chia sẻ phổ (Spectrum Sharing): Trong mạng thơng tin khơng có mà nhiều CR hoạt động Do cần phải có chức chia sẻ phổ CR để sử dụng dải băng tần cách công bằng, hợp lí tránh đụng độ Hình1 2: Sử dụng phổ linh hoạt 1.4 Đặc điểm mạng vô tuyến nhận thức Dựa vào số phân tích ta nhận thấy mạng Vơ tuyến nhận thức có đặc điểm sau: Khả nhận thức: Khả nhận thức khả mà công nghệ vô tuyến nắm bắt cảm biến thông tin từ môi trường vô tuyến Khả không đơn giản thực giám sát công suất số băng tần số quan tâm mà yêu cầu nhiều công nghệ phức tạp để nắm bắt biến đổi môi trường vô tuyến theo không gian theo thời gian, nhằm tránh gây nhiễu ảnh hưởng tới người dùng Thơng qua khả này, phần phổ không sử dụng thời điểm vị trí định xác định Từ đó, lựa chọn phổ tốt với thông số hoạt động phù hợp để sử dụng Tính tự cấu hình: Tính tự cấu hình cho phép mạng vơ tuyến có khả lập trình tự động theo thay đổi mơi trường vơ tuyến Đặc biệt, Vơ tuyến nhận thức lập trình để truyền nhận thơng tin tần số khác để sử dụng công nghệ truy cập truyền dẫn khác phần cứng hỗ trợ Một số thông số tự cấu hình cần ý là: Tần số hoạt động, điều chế, công suất phát, công nghệ truyền Mục tiêu vô tuyến nhận thức tận dụng phổ tần có sẵn tốt thơng qua khả nhận thức tính tự cấu hình Vì hầu hết phổ tần cấp phép, nên thách thức quan trọng sử dụng chia sẻ phổ tần cấp phép mà khơng gây nhiễu tới q trình truyền dẫn người dùng cấp phép khác 1.5 Mơ hình hệ thống mạng vơ tuyến nhận thức  Cấu trúc vật lí mạng Vơ tuyến nhận thức Kiến trúc tổng quan thu phát vô tuyến nhận thức Hình 1.3 Thành phần thu phát vơ tuyến nhận thức đầu cuối RF (RF front-end) khối xử lí băng gốc Mỗi thành phần tự cấu hình thơng qua bus điều khiển để thích ứng với môi trường RF biến đổi theo thời gian Trong đầu cuối RF, tín hiệu thu 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 vơ tuyến nhận thức chất tương tự thu phát tồn Tuy nhiên, điểm vô tuyến nhận thức nằm đầu cuối RF Vì vậy, ta tập trung vào đầu cuối RF Vô tuyến nhận thức Điểm thu phát vô tuyến nhận thức khả cảm nhận băng rộng đầu cuối RF Chức liên quan tới công nghệ phần cứng RF anten băng rộng, khuếch đại cơng suất, lọc thích ứng Phần cứng RF cho vơ tuyến nhận thức có khả điều chỉnh tới phần dải phổ tần rộng lớn Cảm nhận phổ cho phép việc đo lường thời gian thực thông tin phổ từ mơi trường vơ tuyến (b) Hình 3: Kiến trúc vật lí vơ tuyến nhận thức (a) Bộ thu phát vơ tuyến nhận thức; (b) Mơ hình đầu cuối RF/tương tự băng rộng Nói chung, mơ hình đầu cuối băng rộng cho vơ tuyến nhận thức miêu tả Hình 1.3 (b) Đầu cuối RF Vô tuyến nhận thức bao gồm thành phần sau: * Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng tần mong muốn cách lọc thông dải tín hiệu RF nhận * Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA): Khuếch đại tín hiệu mong muốn đồng thời giảm thiểu thành phần tạp âm * Bộ trộn: Tại trộn, tín hiệu nhận được 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 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 * Vòng khóa pha (PLL): PLL đảm bảo tín hiệu khóa tần số định sử dụng để tạo tần số xác * Bộ lọc lựa chọn kênh: Bộ lọc lựa chọn kênh sử dụng 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 thơng thấp để lựa chọn kênh, “máy thu superheterodyne” lại sử dụng lọc thông dải * Điều khiển độ lợi tự động (AGC): AGC trì độ lợi mức công suất đầu khuếch đại khơng đổi qua dải rộng mức tín hiệu đầu vào Trong kiến trúc này, tín hiệu băng rộng nhận thông qua đầu cuối RF, lấy mẫu chuyển đổi tương tự-số (ADC) tốc độ cao, việc đo đạc thực để phát tín hiệu người dùng Tuy nhiên, tồn nhiều hạn chế việc phát triển đầu cuối Vô tuyến nhận thức Anten RF băng rộng nhận tín hiệu từ máy phát khác hoạt động mức công suất, băng thơng vị trí khác Kết là, đầu cuối RF phải có khả phát tín hiệu yếu dải tần số động lớn Tuy nhiên, khả đòi hỏi phải có chuyển đổi ADC tốc độ vài GHz với độ phân giải cao, mà điều khó thực Trước thực chuyển đổi, chuyển đổi ADC tốc độ vài GHz cần phải giảm bớt dải động tín hiệu Điều đạt cách lọc tín hiệu mạnh Vì tín hiệu mạnh nằm đâu dải phổ rộng lớn, nên cần phải có lọc Một cách khác sử dụng nhiều anten cho việc lọc tín hiệu thực miền không gian miền tần số Nhiều anten nhận tín hiệu cách chọn lọc cách sử dụng công nghệ điều khiển búp sóng Thách thức chủ yếu kiến trúc vật lí Vơ tuyến nhận thức phát xác tín hiệu yếu người dùng qua dải phổ tần rộng Do vậy, việc thực đầu cuối RF băng rộng chuyển đổi ADC vấn đề hàng đầu mạng vô tuyến nhận thức  Mơ hình nút mạng vơ tuyến nhận thức Trong mơ hình hệ thống Vơ tuyến nhận thức người dùng khơng cần quan tâm thiết bị mạng, không cần phải sửa đổi hệ thống mạng có, cho điều kiện tiên hệ thống vô tuyến nhận thức Điều quan trọng người dùng kế thừa thiết bị mạng sẵn có hoạt động theo cách thơng thường áp dụng cho hệ thống mạng vô tuyến nhận thức Một giải pháp để cung cấp tốc độ liệu cao khoảng cách ngắn UWB quyền hạn truyền tải đòi hỏi phải cao UWB trải tín hiệu dải tần số rộng Vì vậy, hệ thống vơ tuyến nhận thức người dùng phụ tạm dừng hoạt động người dùng truyền liệu cơng nghệ UWB (siêu băng rộng) không sử dụng mạng Vô tuyến nhận thức Các nghiên cứu mơ hình hệ thống vơ tuyến nhận thức trình bày hình 1.4 Mơ hình hệ thống Vơ tuyến nhận thức bao gồm người sử dụng chính, người sử dụng phụ trạm trung gian chọn nút đóng vai trò phối hợp phổ mạng Các kích thước hệ thống, thơng số vị trí người sử dụng minh họa Khi mạng lưới bắt đầu hoạt động, tín hiệu vào nút tiếp tục hoạt động mạng ngắt kết nối Một ví dụ cho hệ thống vô tuyến nhận thức giới thiệu hình 1.5, nơi vị trí người dùng người dùng phụ chọn ngẫu nhiên khu vực phân phối sử dụng mạng thống Màu xám hình mơ tả khu vực nơi SU PU có ảnh hưởng lẫn Đây khu vực mà cho SU phát diện PU thông qua cảm biến Hình1 4: Mơ hình nút mạng vơ tuyến nhận thức 10 vượt qua giới hạn điều chỉnh cơng suất cấp độ cho chất lượng kết nối Tối ưu công suất cách tự tắt hoặc, tạm ngưng hoạt nhiệm vụ ưu tiên thấp, thông báo người dùng mức công suất đạt đến mức ngưỡng xác định Điều giúp tiết kiệm công suất cho hệ thống để sử dụng cho nhiệm vụ ưu tiên cao Cho phép truyền có thay đổi hình hay âm cảnh quan sát nhằm tiết kiệm công suất  Phổ Tài nguyên phổ bên dải băng tần gán cố định bao gồm: Bất kì băng tần cấp phép sử dụng ví dụ băng GSM cho mạng điện thoại Bất kì băng tần cấp phép khơng sử dụng ví dụ phổ trong băng tần dành cho an tồn cơng cộng hay băng tần TV Bất kì băng tần không cấp phép băng dành cho công nghiệp, khoa học, y tế (IMS) Bất kì băng tần ko phép không sử dụng băng tần 60 GHZ Việc sử dụng tài nguyên phổ nghiêm ngặt Vô tuyến nhận thức giúp sử dụng tài nguyên cách hiệu tối ưu Vô tuyến nhận thức cho phép nhảy đến phổ với nhiễu thấp SNR tốt Nó thiết lập liên lạc đâu có phổ sẵn sang  Mạng Mạng bao gồm tài nguyên phần cứng/ mềm nguồn, đích phần tử đường kết nối thơng tin không dây Mạng tối ưu với kết nối cụ thể phụ thuộc vào nút mạng riêng lẻ kết hợp Các tác vụ mạng thực vơ tuyến nhận thức nút riêng lẻ Tuy nhiên hiệu phụ thuộc vào hoạt động mạng Tối ưu lớp ngang: Bao gồm tối ưu chức giao thức Vơ tuyến nhận thức cót thể giám sát giao thức thích nghi giao thức phụ thuộc vào ứng dụng, mạng, nhu cầu khác Học mạng: Bao gồm sử dụng kiến thức mạng để tái cấu hình thơng số mạng nhằm cải thiện khả mạng, xử lí nhiều ứng dụng, thực quyền ưu tiên có tắc nghẽn mạng Một số tác vụ mạng kết hợp ứng dụng vô tuyến nhận thức 32 Tối ưu đường truyền: Vơ tuyến nhận thức xác định đường truyền tối ưu tái cấu hình thơng số mạng để sử dụng đường truyền Kết tài nguyên mạng tối ưu cực tiểu thời gian trễ giá thành Thay đổi cấu trúc liên kết: Thay đổi tự động cấu trúc liên kết mạng để thiết lập trì liên lạc nguồn đích Vơ tuyến nhận thức xếp lại mạng nguồn đích để tối ưu hoạt động tài nguyên mạng An ninh mạng: Vô tuyến nhận thức cung cấp an ninh cấp độ cao để chống lại xâm nhập tin tặc phá hủy mạng Mạng nâng cấp phần mềm: Nâng cấp thành phần mạng thông qua phần mềm nhằm giúp giảm việc thay thiết bị phần cứng có kết nối hay cơng nghệ 33 Hình Tối ưu mạng  Ứng dụng tương kết: Sự tương kết công cụ hữu hiệu miền vô tuyến nhận thức giúp cho hệ thống thơng tin khơng dây vượt qua rào cản giới hạn Để biến hệ thống tương kết lí tưởng thành thực phải thời gian dài Tuy nhiên, số ứng dụng vơ tuyến nhận thức giúp quản lí sách cách thông minh, tối ưu lớp ngang, sử dụng kiến thức mạng, cấu hình hệ thống Vơ 34 tuyến nhận thức xây dựng SDR mà có khả giải vấn đề tương kết hệ thống vô tuyến Ứng dụng tương kết áp dụng quân đội an ninh công cộng Vai trò thiết bị tương kết , dịch vụ, mạng, phổ có tính định ứng dụng Trong phần khác, ví dụ ứng dụng khách hàng, vơ tuyến nhận thức đề nghị tương kết dịch vụ có phổ cấp phép, khơng phép mạng khác Hình 6: Hệ thống thông tin không dây tương kết 35 3.1.2 Ứng dụng dịch vụ hệ thống thông tin không dây Vơ tuyến nhận thức ứng dụng sản phẩm dịch vụ cho người dùng điện thoại di động, máy tính xách tay, máy fax minh họa hình 3.6 Ta phân loại mức cao dịch vụ người dùng ứng dụng vô tuyến nhận thức sống hàng ngày hình 9.7 Mặc dù ứng dụng phát triển độc lập ta kết hợp qua lại với  Lĩnh vực cá nhân • Mơi trường gia đình nhà Cơng nghệ phần thiết yếu sống đại Tận hưởng thời gian cách chất lượng với gia đình điều quan Kết khơng ranh giới nhà cơng sở Một người ngồi nhà họp với đối tác thông qua mạng WLAN Trong người hàng xóm truy cập mạng cho nhu cầu giải trí Hệ thống thơng tin khơng dây truyền thống khó hoạt động thông suốt truy cập cao điểm Tuy nhiên, hệ thống vơ tuyến nhận thức dò tìm sử dụng khoảng phổ trống để tránh tắc nghẽn truy cập cao điểm thỏa mãn nhu cầu người dùng 36 Hình 7: Phân loại ứng dụng vô tuyến nhận thức vào dịch vụ người dùng • Mơi trường trường học Khi đứa trẻ đến trường yếu tố an tồn quan tâm Một thiết bị gắn vào người học sinh để truyền thông tin cho điều khiển trung tâm đặt nhà hay trường học giúp giáo viên phụ huynh quản lí em Bất đứa trẻ không tuân theo qui định thiết lập báo cáo gửi trung tâm Việc truyền thơng tin cần có kênh truyền thơng suốt để phân điều khiển cập nhật báo cáo Do mà cần ứng dụng hệ thống vơ tuyến nhận thức • Mơi trường cơng sở Vơ tuyến nhận thức ưu tiên kết nối mạng dựa vào trạng thái ưu tiên Ví dụ có họp quan dành kết nối mạng với ưu tiên cao khoảng phổ sẵn có để sử dụng Vơ tuyến nhận thức liên tục cập trạng thái bảng ưu tiên để dựa vào quản lí chia phổ cách hợp lí • Nhận thức khơng gian Xác định vị trí địa hình xung quanh kết nối thơng tin cải thiện kết nối Vơ tuyến nhận thức sử dụng tín hiệu RF, thơng tin mạng, tài ngun thiết bị, hệ thống, giá trị/ thông số cảm biến, thông tin GPS để định vị cho hệ thống hay thiết bị Một xác định vị trí, thơng tin gửi cho trung tâm điều khiển để rút thông tin kênh truyền tương ứng Vơ tuyến nhận thức sử dụng thơng tin để cải thiện chất lượng hệ thống thơng tin • Chuyển vùng Vơ tuyến thơng minh cho phép người dùng chuyển xuyên biên giới với sách luật thay đổi Từ đàm phán với nhiều nhà cung cấp để thiết lập kết nối sẵn sang có chi phí thấp • Quản lí chất lượng QoS Chất lượng dịch vụ thay đổi từ ứng dụng sang ứng dụng khác Vô tuyến nhận thức tối ưu thời gian truyền, lựa chọn băng thông kênh truyền điều chỉnh dịch vụ cung cấp có thay đổi chất lượng kết nối cơng suất • Giao tiếp người – máy Một đặc điểm vơ tuyến nhận thức khả tương tác tự động thiết bị thơng tin với người dùng Ta có số ứng dụng dựa khả tương tác ấy: 37 Xác thực người dùng: Vơ tuyến nhận thức nhận thức đặc điểm riêng để xác định người dùng giọng nói, DNA, dấu vân tay từ giúp trung tâm điều khiển xác định người dùng Trạng thái người dùng: Vô tuyến nhận thức xác định trạng thái người dùng : vui buồn, sợ hãi,… Dựa vào mức âm lượng giọng nói hành động Chẳng hạn người dùng sợ hãi, vơ tuyến nhận thức phát tự động gọi cho trung tâm để giúp đỡ Thói quen người dùng : Vơ tuyến nhận thức học thói quen người dùng số điện thoại hay gọi nhất, trang web hay truy cập nhât,s…Từ kiến thức đưa định phù hợp tùy hồnh cảnh Hình 3.8 minh họa ứng dụng vơ tuyến nhận thức, mơi trường xung quanh đường người dùng hàng ngày kết hợp với hệ thống thơng tin để cung cấp chất lượng tín hiệu mong muốn • Nhận biết người dùng Vơ tuyến nhận thức cảm biến mức độ nhận biết người dùng Khi người dùng không nắm bắt thông tin nhận, định lặp lại việc truyền nhằm cải thiện giao tiếp người dùng  Lĩnh vực phủ (Cơng cộng: bảo vệ, an ninh, an tồn, tình thảm họa ) Vơ tuyến thơng minh ứng dụng an tồn cơng cộng ứng phó với trường hợp khẩn cấp thảm họa Vì mạng khẩn cấp liên quan tới thơng tin khẩn nên cần đảm bảo truyền thông tin cậy với trễ nhỏ Thêm vào đó, truyền thơng khẩn cấp yêu cầu lượng phổ đáng kể để xử lí lượng lưu lượng lớn, bao gồm thoại, video, liệu Các mạng vơ tuyến nhận thức cho phép sử dụng phổ sẵn có cách trì ưu tiên truyền thơng thời gian đáp ứng Một số trường hợp điển hình ứng dụng vơ tuyến nhận thức để giải vấn đề phủ bảo vệ, an ninh, an tồn, tình thảm họa • Quản lý hộ tình thảm họa Trong trường hợp thảm họa xảy ra, mạng không dây cá nhân mạng điện thoại khơng hoạt động khoảng phổ dùng cho an ninh cơng cộng q tải số lượng kết nối khẩn cấp Lúc vô tuyến nhận thức sử dụng khoảng phổ trống có phép khơng phép thiết bị mạng khơng đồng để thiết lập trì kết nối khẩn cấp tạm thời Ví dụ thiết lập kết nối băng GSM sử dụng điểm truy cập WLAN - 38 Hình 8: Ứng dụng vơ tuyến nhận thức thói quen người dùng • Cứu hỏa: Cứu hỏa đóng vai trò quan trọng việc giải thảm họa: cháy nhà, cháy rừng Nói chung lính cứu hỏa phải làm việc mơi trường thay đổi liên tục thơng tin phải cập nhật liên tục Chẳng hạn thảm họa cháy rừng thơng tin cần thiết nhiệt độ, tốc độ gió hướng gió, số lượng lính cứu hỏa Vơ tuyến nhận thức thiết lập kết nối hiệu tùy vào điều kiên kênh truyền (sức gió, độ nóng, độ ẩm) nhằm trì việc trao đổi thơng tin lính cứu hỏa phận huy • Chống tội phạm: Các thông tin liên quan đến tội phạm quan trọng q trình điều tra phải mang tính bảo mật Vô tuyến nhận thức giúp việc trao đổi thơng tin cách nhanh chóng mang tính bảo mật cao, ngăn chặn người dùng không xác thực đánh cắp thơng tin 39 Ngồi vơ tuyến nhận thức ứng dụng số lĩnh vực cơng cộng khác • Điều khiển giao thơng: Giao thơng vấn đề lớn đặc biệt vào cao điểm Trung tâm quản lí giao thơng truyền thơng tin vị trí giao thơng tắc nghẽn, dự đoán đưa đường thay cho người tham gia giao thông nhờ vào hệ thống vô tuyến nhận thức Tại cột đèn báo hiệu giao thông, dựa vào thông tin nhận lưu lượng người hướng để định đèn xanh đỏ sáng • Y tế: Trong tình cấp cứu: xe cấp cứu trang bị hệ thống liên lạc không dây để truyền thông tin bệnh nhân trung tâm điều khiển Những thông tin cần băng thông rộng để truyền tín hiệu thoại video tình trạng bệnh nhân để chẩn đốn đưa phương pháp điều trị kịp thời Do vô tuyến nhận thức ứng dụng nhằm đảo bảo nhanh chóng, thông suốt tin cậy thông tin Công nghệ y sinh: Công nghệ gắn thiết bị điện tử vào thể người để thay số phận báo cáo thông tin cần thiết Vơ tuyến nhận thức có khả năg phát mô bất thường hay tế bào máu thể người báo cáo cho bác sĩ Nó đóng vai trò quan trọng việc cứu người Trợ giúp cho người mù: Vơ tuyến nhận thức đóng vai trò đơi mắt người mù Nó nhận thơng tin khu vực an tồn để đi, thời gian an toàn để băng qua đường đường từ nhà đến công sở hay nơi khác.Từ đưa dẫn đường cho người mù • Mơi trường: Dự báo thời tiết: Mạng lưới cảm biến dược dùng để phát thông số thời tiết nhiệt độ, tốc độ gió, áp suất khơng khí, độ ẩm thời gian dài Nếu chúng trang bị khả nhận thức, chúng liên lạc qua lại mà không cần can thiệp người Bằng cách cảm biến phát hiện, thu thập, chia sẻ thơng tin để tối ưu hóa hoạt động Sau thu thập đầy đủ, liệu gửi trung tâm điều khiển cảm biến gần để tối ưu công suất sử dụng, mạng sử dụng thời gian trễ Kiểm sốt nhiễm khơng khí: phát tạp chất khơng khí ưu tiên để bảo vệ sức khỏe người Vơ tuyến nhận thức ước lượng thơng minh tạp chất khơng khí, truy xuất liệu liên quan đến ô nhiễm báo 40 động mức độ ô nhiễm vượt qua giới hạn cho phép Mức ngưỡng vơ tuyến nhận thức điều chỉnh phụ thuộc vào yếu tố khác Hiện tượng nóng lên tồn cầu: đề tài nóng giới đại nơi mà môi trường bị ô nhiễm phát triển công nghiệp, giao thông… Kết trái đất ngày nóng lên làm tan băng hai cực làm tăng mực nước biển đe dọa sống nhiều sinh vật Để tính tốn tình thảm khốc thiết lập biện pháp phòng ngừa Do cần theo dõi đường thay đổi địa lí thời tiết cách sử dụng thiết bị tự điều khiển báo cáo liệu trung tâm vô tuyến nhận thức • Quân đội: Một ứng dụng tiềm mạng Vô tuyến thông minh môi trường vô tuyến quân đội Các mạng Vô tuyến thơng minh cho phép vơ tuyến quân đội lựa chọn băng tần số trung tần (IF), sơ đồ điều chế sơ đồ mã hóa tùy ý, thích ứng với mơi trường vơ tuyến biến đổi chiến trường Các mạng quan đội cần bảo mật cao bảo vệ thông tin môi trường có địch Các mạng Vơ tuyến thơng minh cho phép nhân viên quân đội thực chuyển giao phổ để tìm băng phổ an tồn cho họ phe đồng minh họ 3.2 Thách thức vô tuyến nhận thức Ưu khả nhận thức hệ thống không dây giới hạn Tuy nhiên, vơ tuyến nhận thức đối mặt với thách thức Ví dụ việc sử dụng phổ yêu cầu phải xác định phổ trống Tuy nhiên vơ tuyến nhận thức không phát vắng mặt PU dựa vào SNR để xác định phổ trống Một số môi trường fading nhỏ lớn làm giảm cường độ tín hiệu dẫn đến phát sai Việc phát tăng độ tin cậy thơng qua hệ thống mạng kết hợp Ngoài ra, SU cần thoát khỏi phổ PU trở lại Đây thách thức không nhỏ vô tuyến nhận thức 41 Hình 9: Một số ứng dụng vơ tuyến nhận thức thách thức Quản lí phổ phức tạp đánh giá lựa chọn phổ thích hợp cho nhu cầu truyền SU truy cập vào đoạn phổ riêng vị trí thời gian khác truyền tín hiệu cho hệ thống khoảng phổ khác Đây thách thức cùa vô tuyến nhận thức Khi có nhiều người dùng đồng thời băng tần (ví dụ băng IMS) mức công suất người dùng phải điều khiển cho giảm nhẹ nhiễu khơng mong muốn Việc mã hóa liệu đường truyền phải đáp ứng nhu cầu bảo mật bảo vệ chống lại xâm nhập 42 Hình 10: Một số ứng dụng vô tuyến nhận thức thách thức Việc định giá sử dụng phổ cho SU đề tài bàn luận Trong dịch vụ phổ cấp phép cung cấp cho người dùng với chế định giá thiết lập từ lâu Để tránh khai thác phổ không phép không cần thiết tạo công cho người dùng phổ cấp phép cần số chế định giá cho việc sử dụng phổ không phép Xét lĩnh vực mạng, ta có số thách thức cho vơ tuyến nhận thức xác định trì đường định tuyến tối ưu, quản lí mạng hiệu quả, thiết lập kênh điều khiển tương thích Sự linh động người dùng phổ không phép tạo nên thách thức cho việc cấu hình mạng động Độ phức tạp phần cứng tăng lên với khả thông minh vơ tuyến nhận thức.Vì vậy, khả độ phức tạp phần cứng 43 tương lai thách thức để biến ứng dụng vô tuyến nhận thức thành thực SDR có lẽ bước trình giải vấn đề Để thực kết nối nơi đâu, thiết bị vô tuyến nhận thức cần tuân theo cách tự động với sách qui định thay đổi theo vùng địa lí Khi vơ tuyến nhận thức đưa vào ứng dụng, sống trở nên thoải mái, tiên nghi, dễ dàng thông tin không dây Muốn ta cần giải thách thức khó khăn việc thực hóa hệ thống vơ tuyến nhận thức 44 Chương IV: Kết luận Một số công nghệ hỗ trợ siêu băng thơng rộng, truyền thơng sóng Milimet, cơng nghệ Mimo, công nghệ full duplex truy cập phổ động nghiên cứu cộng đồng công nghệ học thuật nhằm thúc đẩy triển khai hệ thứ (5G) truyền thông không dây Vấn đề này, có thời gian để suy nghĩ nguyên tắc công nghệ nhận thức vô tuyến tìm hiểu cộng đồng gần thập kỷ qua kết hợp truyền thông không dây 5G Công nghệ nhận thức vô tuyến, giải vấn đề khan phổ tần phương tiện tiếp cận truy cập phổ tần số động, thúc đẩy thực tế lượng đáng kể phổ không dây chưa tận dụng loạt tần số vô tuyến không gian không gian tên miền Ngồi ra, giải pháp khơng u cầu phải mua lại nguồn tài nguyên tần số vô tuyến đắt tiền, giảm tổng vốn chi phí hoạt động cho nhà khai thác mạng không dây Mặc dù tiến kỹ thuật gần lĩnh vực Radio phần mềm (SDR) thu phát băng rộng dẫn đến khả sử dụng phổ tần có sẵn cách động nhiều thách thức cần giải từ quan điểm triển khai Một mặt, có vấn đề kỹ thuật để giải vài sai sót thực tiễm độ không đảm bảo tiếng ốn, không chắn kênh/nhiễu, khơng chắn tín hiệu, khơng hồn hảo phần cứng thu phát vấn đề đồng Mặt khác, có số thách thức quản lý kinh doanh để nhận quyền truy cập phổ động mạng không dây tương lai Trong bối cảnh này, nguyên tắc công nghệ nhận diện vô tuyến nhận thức kết hợp mạng khơng dây 5G mà không cần nâng cấp đáng kể kiến trúc mạng có Một cách để kết hợp nguyên tắc công nghệ nhận thức vô tuyến vào mạng không dây 5G phép tồn tài chung hai nhiều hai mạng không dây không đồng chiều khác thời gian, tần số, không gian, phân cực không gian địa lý cách sử dụng số giảm thiểu nhiễu tiên tiến tài nguyên động kỹ thuật phân bổ nhận dạng chum, liên kết nhận thức can thiệp, kiểm sốt quyền lực thích ứng, tập hợp nhà cung cấp dịch vụ, phân phối động, băng thông Một cách đầy hứa hẹn khác để hưởng lợi từ nguyên tắc công nghệ nhận thức vơ tuyến kết hợp trí thơng minh vào phân đoạn khác mạng không dây tương lai nút chuyển tiếp trạm sở Các trạm sở nhỏ tương lai làm thơng minh cách giới thiệu khả 45 nhận thức phổ quát, giúp nâng cao lực hệ thống tổng thể cách giảm tác dộng nhiễu tiếng ồn Hơn nữa, tính ăng-ten thơng minh địa hóa nguồn cách chèn ba chiều thích ứng khơng nâng cao dung lượng hệ thống mà giúp nâng cao hiệu suất lượng mạng không dây tương lai Truy cập chia sẻ rộng rãi cấp phép chia sẻ (LSA) thực theo cách động cách sử dụng kỹ thuật CR gần sau cho phép chia sẻ phổ tần vị trí, thời gian khơng gian Ngồi ra, ngun tắc CR sử dụng việc kết hợp khả song công tồn diện nút khơng dây Hơn nữa, tế bào nhỏ tự tổ chức (các nút không dây), có khả tự cấu hình, tự tối ưu hóa khả tự phục hồi, xem yếu tố quan trọng cho hệ thống không dây thông minh tương lai 46 ... Cogtive Radio Frequency Division Vô tuyến nhận thức Đa truy cập phân chia theo tần PU QoS RF RX SDR Multiple Access Primary User Quality of Service Radio Frequency Receiver Software Difined Radio. .. điểm định Trong khảo sát vô tuyến nhận thức, Simon Haykin khái quát vô tuyến nhận thức sau: Cognitive radio is an intelligent wireless communication system that aware of its surrounding enviroment... learn from the environment and adapt its internal states to statistical variations in the incoming radio frequence (RF) stimuli by making corresponding changes in certain operating parameters (eg:transmit

Ngày đăng: 21/03/2018, 11:46

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

    • 1.1. Lý do ra đời của vô tuyến nhận thức

    • 1.2. Khái niệm vô tuyến nhận thức

    • 1.3. Chức năng

    • 1.4. Đặc điểm của mạng vô tuyến nhận thức

    • 1.5. Mô hình hệ thống của mạng vô tuyến nhận thức

    • CHƯƠNG 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

      • 2.1. Cảm biến phổ

        • 2.2. Chia sẻ phổ

        • 2.3. Quản lý phổ

        • 2.4. Linh động phổ

        • 3.1. Ứng dụng thông tin không dây nhận thức

        • 3.2. Thách thức của vô tuyến nhận thức

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan