Vô tuyến thông minh Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến

z  Vô tuyến thông minh Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu tần số vô tuyến Vô tuyến thông minh: giải pháp công nghệ sử dụng hiệu tần số vô tuyến - Phần Nguồn: khonggianit.vn Với công nghệ vô tuyến thông minh, thiết bị vô tuyến thông minh sử dụng để cảm ứng, nhận diện sử dụng phổ tần vô tuyến hiệu theo thời gian, không gian tần số Theo Ed Thomas “ Nếu xét toàn giải tần số vô tuyến từ đến 100 GHz quan trắc thời gian không gian cụ thể, có từ 5% đến 10% lượng phổ tần sử dụng” Như vậy, có 90% tài nguyên phổ tần vơ tuyến bị lãng phí [1] Cơng nghệ vô tuyến thông minh xem giải pháp tối ưu cho vấn đề Bài viết trình bày tổng quan khái niệm, chế truy cập phổ tần động, mơ hình hệ thống điển tính khả thi cơng nghệ vơ tuyến thông minh hệ thống không dây hệ sau I Khái niệm vô tuyến thông minh Hệ thống vô tuyến thông minh hệ thống mà phần tử có khả thay đổi tham số (công suất, tần số) sở tương tác với mơi trường hoạt động [2] Theo đó, thiết bị vô tuyến định nghĩa phần mềm SDR (Software Defined Radio) phần tử quan trọng hệ thống vơ tuyến thơng minh Vì tham số thiết bị SDR thay đổi cách linh động phần mềm mà không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng Mục đích vơ tuyến thông minh cho phép thiết bị vô tuyến khác hoạt động dải tần trống tạm thời mà không gây nhiễu đến hệ thống vô tuyến có quyền ưu tiên cao hoạt động dải tần Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần trên, vô tuyến thông minh phải có tính sau: - Điều chỉnh tần số hoạt động hệ thống cách tức từ băng tần đến băng tần khác (còn trống) dải tần cho phép (Hình 1) - Thiết lập mạng thơng tin hoạt động phần toàn băng tần cấp phát - Chia sẻ kênh tần số điều khiển cơng suất thích ứng theo điều kiện cụ thể mơi trường vơ tuyến, mà tồn nhiều loại hình dịch vụ vơ tuyến chiếm dụng - Thực thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền sơ đồ mã hoá sửa lỗi phép đạt thơng lượng tốt - Tạo búp sóng điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thơng nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh tối đa cường độ tín hiệu thu Hình 1: Khái niệm hố phổ rỗi hình thành lên ý tưởng vô tuyến thông minh II Mô hình vơ tuyến thơng minh dựa SDR Mơ hình vơ tuyến thơng minh điển hình sở SDR Hình Theo đó, chức đặc tính sau : Khối anten dải rộng (Wideband antenna) có đặc điểm hoạt động tồn băng tần vơ tuyến thơng minh (dải tần rộng) Để tận dụng triệt để tài nguyên phổ tần vơ tuyến trống cách tức thì, anten dải rộng phải có khả quét tần số rộng cho phát hầu hết thay đổi môi trường (thời gian không dụng dải tần số cấp phép) Toàn phổ tần khả quét chia thành N băng nhỏ, thiết bị vô tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) hoạt động băng tần nhỏ Ngồi ra, hệ thống đa anten đề xuất để tạo búp sóng độ lợi phân tập nhằm tăng cường độ phân giải không gian cải thiện hiệu tách sóng Khối duplexer dùng để định hướng (phân bổ) tín hiệu cho anten, hay nói cách khác phân cách tín hiệu thu tín hiệu phát Hình 2: Mơ hình vơ tuyến thơng minh điển hình sở SDR Khối lựa chọn tần số động (Dynamic Frequency Selection - DFS) trình lựa chọn tần số tự động dùng vô tuyến thông minh để tránh gây nhiễu đến hệ thống vơ tuyến khác có quyền ưu tiên cao hoạt động băng tần Khi hoạt động, phổ tần lựa chọn sử dụng khơng bị chiếm dụng thiết bị khác, dừng chiếm dụng phổ tần thiết bị vơ tuyến có quyền ưu tiên cao có nhu cầu sử dụng Khối vơ tuyến định nghĩa phần mềm (Software Defined Radio - SDR) hoạt động đồng thời module thu Mỗi khối SDR điều khiển để hoạt động dải tần định thông qua phần mềm mà thay đổi cấu trúc phần cứng Lý việc sử dụng nhiều module SDR song song thay module SDR để giảm độ phức tạp thiết bị SDR Số liệu đầu khối SDR đưa vào khối chức năng, khối thực định tối ưu (thông minh) dựa thông tin từ SDR thành phần, thực lựa chọn kết hợp luồng thơng tin sau tách sóng để tái tạo luồng thơng tin tín hiệu điều khiển tham số phần phát Khối cảm biến môi trường (Incumbent Profile Detection – IPD) phát hữu thiết bị vơ tuyến có quyền ưu tiên cao dựa thông tin về: sơ đồ phân bố phổ tần, thời điểm chiếm dụng phổ tần thiết bị vô tuyến cấp phép, tập tham số công suất phát Khối tổng hợp tần số thích ứng phía phát có nhiệm vụ tạo tần số sóng mang tham khảo chuẩn cách xác phục vụ cho q trình điều chế cao tần chuyển đổi băng tần Muốn vậy, cần phải khai thác thông tin từ khối cảm biến môi trường (IPD) như: sơ đồ phân bố phổ tần, thời điểm chiếm dụng phổ tần thiết bị vô tuyến cấp phép, tập tham số công suất phát Các thơng số cho phép xác định xác mức công suất phát nhằm đảm bảo vô tuyến thông minh không gây nhiễu đến thiết bị vô tuyến khác Khối điều khiển công suất phát (Transmit Power Control - TPC) cho phép thích ứng mức cơng suất phát theo thay đổi tần số làm việc thiết bị vô tuyến thông minh Khối cổng định thời (Timing Gate) cho phép đảm bảo vô tuyến thơng minh phát tín hiệu tần số khơng bị chiếm dụng III Mơ hình mạng vơ tuyến thông minh Các không dây tồn sử dụng hỗn hợp nhiều sách phổ cơng nghệ truyền thông khác Hơn nữa, số phần phổ vơ tuyến cấp phép cho mục đích khác số băng chưa cấp phép Hình Kiến trúc mạng Vơ tuyến thơng minh Các thành phần kiến trúc mạng Vô tuyến thơng minh, Hình 3, phân thành hai nhóm mạng (primary network) mạng Vơ tuyến thơng minh Các thành phần hai nhóm mạng xác định sau: - Mạng (Primary network): Mạng có quyền truy nhập tới vài băng phổ định, chẳng hạn mạng TV quảng bá, hay mạng tổ ong nói chung Các thành phần mạng bao gồm: + Người dùng (Primary user): Người dùng (hay người dùng cấp phép) có giấy phép để hoạt động băng phổ định Truy nhập giám sát trạm gốc khơng bị ảnh hưởng hoạt động người dùng khơng cấp phép khác Để tồn với trạm gốc Vô tuyến thông minh người dùng Vô tuyến thơng minh, người dùng khơng cần điều chỉnh chức cộng thêm + Trạm gốc (Primary base-station): Trạm gốc (hay trạm gốc cấp phép) thành phần sở hạ tầng mạng cố định, có giấy phép phổ, BTS mạng tổ ong Về nguyên tắc, trạm gốc khơng có khả chia sẻ phổ với người dùng Vô tuyến thông minh Tuy nhiên, trạm gốc u cầu để có khả - Mạng Vô tuyến thông minh: Mạng Vô tuyến thông minh (hay mạng xG, mạng Truy nhập phổ tần động, mạng thứ cấp, mạng không cấp phép) khơng có giấy phép để hoạt động băng mong muốn Do đó, phép truy nhập phổ có hội Mạng Vơ tuyến thơng minh gồm mạng có sở hạ tầng mạng ad hoc, thành phần mạng Vô tuyến thông minh sau: + Người dùng Vô tuyến thông minh: Người dùng Vô tuyến thông minh (hay người dùng xG, người dùng không cấp phép, người dùng thứ cấp) khơng có giấy phép sử dụng phổ Do đó, cần có chức cộng thêm để chia sẻ băng phổ cấp phép + Trạm gốc Vô tuyến thông minh: Trạm gốc Vô tuyến thông minh (hay trạm gốc xG, trạm gốc không cấp phép, trạm gốc thứ cấp) thành phần sở hạ tầng cố định với khả Vô tuyến thông minh Trạm gốc Vô tuyến thông minh cung cấp kết nối đơn chặng tới người dùng Vô tuyến thông minh mà không cần giấy phép truy nhập phổ Thông qua kết nối này, người dùng Vơ tuyến thơng minh truy nhập đến mạng khác + Bộ phân chia phổ (Spectrum broker): Bộ phân chia phổ (hay server lập lịch) thực thể mạng trung tâm đóng vai trò việc chia sẻ tài nguyên phổ tần mạng Vô tuyến thông minh khác Bộ phân chia phổ kết nối với mạng phục vụ với tư cách người quản lí thơng tin phổ, nhằm cho phép mạng Vô tuyến thông minh tồn Mạng Vô tuyến thông minh bao gồm nhiều loại mạng khác nhau: mạng chính, mạng Vơ tuyến thơng minh dựa sở hạ tầng, mạng Vô tuyến thông minh ad hoc Mạng Vô tuyến thông minh hoạt động môi trường phổ hỗn hợp, bao gồm băng cấp phép khơng cấp phép Do đó, mạng Vơ tuyến thơng minh, có ba loại truy nhập khác nhau, là: · Truy nhập mạng Vơ tuyến thơng minh (xG network access): Người dùng Vơ tuyến thơng minh truy nhập tới trạm gốc Vơ tuyến thơng minh băng cấp phép không cấp phép · Truy nhập mạng Vô tuyến thông minh ad hoc (xG ad hoc access): Người dùng Vô tuyến thông minh truyền thơng với người dùng Vơ tuyến thông minh khác thông qua kết nối ad hoc băng cấp phép không cấp phép · Truy nhập mạng (Primary network access): Người dùng Vơ tuyến thơng minh truy nhâp tới trạm gốc thơng qua băng cấp phép IV Hoạt động mạng Vô tuyến thông minh Mạng Vô tuyến thông minh hoạt động băng cấp phép khơng cấp phép, đó, chức u cầu cho mạng Vô tuyến thông minh khác tùy theo phổ cấp phép hay khơng Trên băng cấp phép Như Hình 1, ta thấy có hố phổ khơng sử dụng băng phổ cấp phép Do đó, mạng Vơ tuyến thơng minh sử dụng để khai thác hố phổ thông qua công nghệ thông minh Kiến trúc miêu tả Hình mạng Vơ tuyến thơng minh tồn với mạng vị trí băng phổ Hình Mạng Vơ tuyến thơng minh hoạt động băng cấp phép Có nhiều thách thức khác để thực mạng Vơ tuyến thơng minh băng cấp phép tồn người dùng Mặc dù, mục đích mạng Vơ tuyến thơng minh xác định phổ tần có sẵn tốt nhất, chức Vô tuyến thông minh băng cấp phép lại bao gồm phát có mặt người dùng Dung lượng kênh hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh người dùng Do đó, việc tránh nhiễu cho người dùng vấn đề quan trọng kiến trúc Hơn nữa, người dùng xuất băng phổ bị người dùng Vô tuyến thông minh chiếm, người dùng Vơ tuyến thơng minh phải bỏ lại phổ thời chuyển tới phổ sẵn có khác, gọi chuyển giao phổ Trên băng không cấp phép Các mạng Vô tuyến thông minh thiết kế để hoạt động băng không câp phép để cải thiện hiệu phổ phần phổ Mạng Vô tuyến thông minh hoạt động băng không cấp phép minh họa Hình Tất thực thể mạng có quyền truy nhập tới băng phổ Nhiều mạng Vô tuyến thông minh tồn vùng giống truyền thông sử dụng phần phổ Các thuật toán chia sẻ phổ thơng minh cải thiện hiệu sử dụng phổ hỗ trợ QoS cao Hình Mạng Vơ tuyến thông minh hoạt động băng không cấp phép Trong kiến trúc này, người dùng Vô tuyến thông minh tập trung vào phát việc truyền người dùng Vô tuyến thông minh khác Khác với hoạt động băng cấp phép, việc chuyển giao phổ không bị kích thích có mặt người dùng khác Tuy nhiên, tất người dùng Vơ Hình Dạng phân bố lưu lượng thay đổi theo thời gian dịch vụ DVB-T UMTS Phân bổ phổ tần động theo thời gian Thuật toán phân bố tần số động liền kề theo thời gian hoạt động theo chu kỳ định trước cho ngày Những tính tốn phổ tần u cầu mạng truy nhập vô tuyến dựa dự đốn tải hệ thống Do đó, việc dự đoán tải mạng truy nhập phần tử quan trọng thuật toán phân bổ phổ tần động theo thời gian Q trình dự đốn tải gồm hai vấn đề: Lịch sử tải, sở liệu tải trọng mạng thời gian trước đó, thuật tốn dự đốn theo chuỗi thời gian Nếu kiện tải bất thường sảy ra, yếu tố lịch sử tải trọng khơng thể cung cấp đầy đủ thơng tin để thích ứng, dẫn đến việc phân bổ phổ tần khơng hiệu xác Khi đó, dự đoán chuỗi thời gian sử dụng để ước tính tải trọng Dựa dự đốn tải trọng, mạng truy nhập vơ tuyến ước tính số sóng mang phải đáp ứng cho mạng truy nhập thời gian tới Các mạng truy nhập vô tuyến thông báo cho phân hệ phân bổ tài ngun vơ tuyến động tần số sóng mang khơng dùng Và tần số sóng mang trống gán lại cho mạng truy nhập vơ tuyến khác chúng có nhu cầu Lưu ý rằng, sóng mang vơ tuyến gán cho mạng truy nhập vô tuyến khác khơng có gọi mang Thuật tốn phân bổ tài ngun định cách thức mà tần số sóng mang trống phân bổ cho mạng truy nhập vô tuyến Để nhiều sóng mang trống hệ thống phân bổ tài ngun vơ tuyến động đó, gọi mạng truy nhập thường truyền tải sóng mang cách xa băng tần bảo vệ hai mạng truy nhập vô tuyến chuyển giao gọi hành sang tần số Do đó, tần số sóng mang gần với khoảng bảo vệ sử dụng để ấn định lại cho mạng truy nhập vô tuyến cần Chức phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo thời gian thể Hình.8 Hoạt động thuật tốn phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo thời gian dựa đặc tính lưu lượng biến đổi theo thời gian mạng truy nhập vơ tuyến Hình minh họa đặc tính lưu lượng dịnh vụ thoại (mạng UMTS) dịch vụ video (DVB-T) Phân bổ tài ngun vơ tuyến động theo thời gian dự đốn tải hoàn hảo Chúng ta xem xét hoạt động phân bổ tài nguyên vô tuyến động trường hợp dự đốn tải hồn hảo, nghĩa khơng có kiện bất ngờ xảy đặc tính lưu lượng mạng truy nhập vô tuyến Điều đồng nghĩa với lịch sử không mang lại ước tính tốt cho tải mạng truy nhập vơ tuyến tương lai Hình Ảnh hưởng khoảng truy nhập phổ tần động DSA lên hiệu hệ thống Hình thể hoạt động thuật toán phân bổ tài nguyên động theo thời gian khoảng thời gian khác lần ấn định lại phổ tần Theo đó, độ lợi thuật toán phân bổ tài nguyên động thay đổi khoảng thời gian thuật toán phân bổ tài nguyên động tăng lên Kết hình thể hai miền ký hiệu phân bổ tài nguyên tần số động tin cậy không tin cậy Trong khoảng thời gian độ lợi mạng truy nhập vô tuyến vượt trội so với độ lợi phương pháp phân bố tài nguyên cố định Tuy với khoảng thời gian phân bổ tài nguyên vô tuyến động lớn đồng hồ độ lợi tất mạng truy nhập vô tuyến sụt giảm nhanh thấp với độ lợi thuật toán ấn định tài ngun cố định thơng thường Hiện tượng lý giải thời gian phân bổ tài nguyên động đủ dài để tải mạng truy nhập vơ tuyến thay đổi việc phân phối tài ngun phổ tần khơng xác nữa, dẫn đến hiệu thuật toán phân bổ tài nguyên bị giảm Hình 10 Ảnh hưởng tương quan mẫu lưu lượng Hình 10 cho thấy tăng ích thuật toán phân bổ tài nguyên động thay đổi theo hệ số tương quan đặc tính lưu lượng mạng truy nhập vô tuyến Độ lợi thuật toán phân bổ tài nguyên động cao thuật toán phân bổ tài nguyên cố định khoảng 40% hệ số tương quan âm Khi hệ số tương quan tăng dần độ lợi thuật tốn phân bổ tài nguyên động giảm Khi hệ số tương quan lưu lượng dịch vụ mạng vô tuyến lớn 0.5 lúc độ lợi thuật toán phân bổ tài nguyên cố định giảm thấp so với thuật toán phân bổ tài nguyên cố định Phân bổ tài nguyên động trường hợp dự đốn tải khơng hồn hảo Phần xem xét kết thuật toán phân bố tài nguyên động trường hợp dự đoán tải mạng truy nhập vơ tuyến hồn hảo Tuy nhiên thực tế, có trường hợp lưu lượng tải mạng truy nhập khác biệt hoàn toàn với lưu lượng tải trước Ví dụ, kiện đặc biệt mà lưu lượng gọi mạng UMTS tăng đột biến nhu cầu truy nhập dịch vụ video tăng vọt có kiện nóng diễn Trong trường hợp vậy, ba thuật toán dự đoán khác sử dụng để thử nghiệm Thuật tốn đơn giản dựa giá trị tải khoảng thời gian trước Hai thuật tốn lại sử dụng tải chu kỳ trước nhỏ 5% so với tải lịch sử thuật tốn sử dụng tải lịch sử để ước tính tải trọng Ngược lại, thuật toán sử dụng chuỗi thời gian sử dụng để ước tính tải trọng tương lai Kết cho thấy, thuật toán sử dụng chuỗi thời gian cho kết tốt minh họa Hình 11 Hình 11 Ảnh hưởng khoảng DSA đến thuật tốn dự đốn tải khơng hồn hảo Những yêu cầu thuật toán phân bổ tài nguyên theo thời gian Những yêu cầu đặt phân bổ tài nguyên vô tuyến để đảm bảo việc ấn định tài nguyên không gây nhiễu lên mạng truy nhập vô tuyến khác, chúng chia sẻ phổ tần Sau yêu cầu Lưu lượng tải thay đổi theo thời gian: Để thuật tốn phân bổ tài ngun vơ tuyến theo thời gian thực có hiệu mặt phổ tần, thuật tốn phải thực trường hợp tải mạng truy nhập vô tuyến khác khác theo thời gian Những lưu lượng tải mơ hình hóa sử dụng để đánh giá hoạt động thuật toán phân bổ tài nguyên động Dự đoán tải: Phân bổ tài nguyên động theo thời gian phải có chức phân bổ phổ tần theo tải dự đoán cho thời điểm tương lai Điều thực cần thiết thuật tốn phân bổ tài ngun động khơng hoạt động khoảng thời gian ngắn Nếu việc phân bổ tài nguyên vô tuyến mà hoạt động với chu kỳ ngắn khơng cần phải dự đốn tải tải thay đổi nhanh thời gian ngắn lần ấn định lại tài nguyên Tuy vậy, tình khơng thực tế Do đó, tải mạng truy nhập vơ tuyến phải dự đốn theo hoạt động chúng khơng phải hồn tồn ngẫu nhiên Chu kỳ dự đoán lần ấn định lại phổ: Để hoạt động hiệu quả, phương pháp phân bổ tài nguyên theo thời gian cần phải thực ấn định lại phổ tần đủ nhanh để bắt kịp với yêu cầu phổ tần mạng truy nhập vô tuyến Tuy nhiên, việc ấn định lại phổ tần nhanh gây nên phức tạp cho mạng mặt thời gian để mạng truy nhập vô tuyến cần để thay đổi tần số thu phát báo hiệu cho việc thay đổi Ngồi khoảng thời gian hai lần ấn định lại tải phổ tần đóng vai trò quan trọng tính xác phương pháp dự đốn Thơng thường tính xác tăng chu kỳ hai lần ấn định lại kênh giảm Đơn vị trao đổi tần số tối thiểu: Tham số quy định phổ tần tối thiểu cần phải cắt hay thêm vào cho mạng truy nhập vô tuyến Nghĩa là, ấn định bề rộng phổ tần cho mạng truy nhập cách ngẫu nhiên Rơi gọi: Trong thuật toán phân bổ tài ngun vơ tuyến động tần số sóng mang kích hoạt để truyền tải gọi khơng chiếm dụng để ấn định lại cho mạng vô tuyến khác Quy định để đảm bảo gọi không bị rơi việc ấn định lại tần số gây Tuy nhiên, vài trường hợp thuật tốn phân bổ tài ngun tối ưu chấp nhận mức rơi gọi Trong trường hợp phân bổ tài ngun vơ tuyến động có ảnh hưởng trực tiếp lên tỷ lệ thỏa mãn mạng truy nhập dùng chung phổ tần việc yêu cầu mạng truy nhập vô tuyến đánh rơi gọi Chuyển giao tần số: Nếu giả sử mạng truy nhập vơ tuyến user có khả chuyển giao tần số dải tần số hệ thống cách dễ dàng mà không gây dán đoạn gọi Số mạng truy nhập vô tuyến chia sẻ phổ tần: Một cách tổng qt thuật tốn phân bổ phổ tần động không giới hạn số mạng truy nhập vô tuyến dùng chung phổ tần Thích ứng phân bổ tài nguyên khơng gian: Có thể để tăng hiệu giải thuật phân bổ phổ tần theo thời gian yếu tố khơng gian phải tính đến để có thuật tốn thích ứng Sơ đồ khối chức thuật toán Các khối chức thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo thời gian gồm có: Kích hoạt ấn định tài ngun vơ tuyến động: Khối chức có nhiệm vụ giám sát thời gian kể từ lần ấn định phổ tần động trước Sau kích hoạt chức phân bổ tài nguyên động để ấn định lại phổ tần chu kỳ thời gian ngày Chức kích hoạt cho phép kích hoạt ấn định tài nguyên động theo nhu cầu mạng lưới Quản lý lưu lượng sóng mang: Chức quản lý sóng mang thiết kế để gia tăng lượng sóng mang trống mạng truy nhập vô tuyến Thuật tốn thực việc khóa việc sử dụng tần số sóng mang mạng truy nhập vơ tuyến trước ấn định lại Hoặc đánh giá số gọi mà sóng mang truyền tải để từ xác định liệu hiệu sử dụng phổ tần có tăng lên cắt bớt số gọi sang tần số sóng mang trống khác Ngồi ra, khối có nhiệm vụ đảm bảo lưu lượng gọi sóng mang tối đa để tiết kiệm nhiều tần số sóng mang Số sóng mang tăng thêm hệ thống đủ phức tạp để thực chuyển giao mạng truy nhập Dự đoán đo lường tải: Khối chức xây dựng dựa lịch sử tải chuỗi thời gian phân tích Nghĩa là, dựa sở liệu tải mạng truy nhập trước thuật tốn dự đốn ước tính tải trọng tương lại mạng Tính tốn yêu cầu sóng mang: Chức dùng mạng truy nhập vô tuyến biết tải dự đốn chúng để từ xác định số sóng mang cần có cho mạng truy nhập vơ tuyến Ấn định sóng mang: Khối chức thực việc ấn định sóng mang cho mạng truy nhập vô tuyến Phân bổ tài nguyên động theo không gian Nhu cầu tải mạng truy nhập vô tuyến không thay đổi theo thời gian mà thay đổi khác theo khu vực Ví dụ như, dịch vụ phát quảng bá có nhu cầu cao nơi vui chơi giải trí dịch vụ điểm đa điểm lại có nhu cầu cao nơi mà nhu cầu truyền thơng hai chiều ưu tiên lựa chọn khu kinh doanh bn bán Điều đó, cho thấy nhu cầu cấp thiết để có thuật tốn phân bổ tài ngun động theo khu vực địa lý phổ tần phân bố cho khu vực Nhu cầu lưu lượng mạng vô tuyến khác khác theo khơng gian minh họa Hình 13 Hình 13 Phân bố phổ tần động theo khơng gian Theo đó, phổ tần phân bố cho hai khu vực cạnh không chồng lấn lên Chiến lược phân bổ phổ tần cho hợp lý trường hợp quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến độc lập (khơng có đo kiểm để tránh nhiễu mạng truy nhập vô tuyến khác chúng hoạt động dải tần số) Những yêu cầu thuật toán phân bổ tài nguyên theo không gian : Mục tiêu yêu cầu phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo khơng gian để khơng có nhiễu xảy biên khu vực thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động Những yêu cầu phục vụ cho việc phối hợp phân bố phổ tần khu vực phân bố phổ tần động việc chèn thêm khoảng bảo vệ Dưới yêu cầu bản: Lưu lượng thay đổi theo khơng gian: Để thuật tốn phân bổ tài ngun vô tuyến theo không gian hiệu mặt phổ tần, mạng truy nhập vô tuyến phải quan tâm đến đặc tính lưu lượng mạng theo khu vực địa lý khác Thuật toán phân bổ phổ tần động theo khơng gian phải thực mơ hình hóa quy luật lưu lượng theo khơng gian để thực hiệm việc đánh giá goạt động phương pháp thiết kế Đơn vị trao đổi tần số tối thiểu: Cũng giống thuật tốn phân bổ tài ngun vơ tuyến theo thời gian, thuật tốn phân bổ theo khơng gian đưa quy định bề rộng phổ tối thiểu thềm vào cắt bớt mạng truy nhập vơ tuyến Thích ứng phổ theo khơng gian: Phân bổ phổ tần theo không gian thay đổi theo thay đổi nhu cầu lưu lượng theo không gian với thay đổi mặt khơng gian Phân giải khơng gian mà thích ứng phân bổ phổ tần theo khu vực thực Việc phân giải không gian dẫn đến khái niệm kích thước phân bổ tần số động khu vực, khu vực mà nhu cầu lưu lượng khơng thay đổi theo không gian Mối quan hệ phân bổ tài nguyên khu vực tế bào mạng truy nhập vô tuyến: Phân bổ tài nguyên vô tuyến khu vực dẫn đến phân bố địa lý thiết bị phân bổ tài nguyên mạng truy nhập vơ tuyến thực tế Bởi vì, xem xét tín hiệu báo hiệu phân bổ tài nguyên vô tuyến, dường có node phân bổ tài nguyên khu vực phân bổ tài nguyên Khi thích ứng phổ tần thực hệ thống máy thu phát mạng truy nhập vô tuyến, chiều tối thiểu khu vực phân bổ tài nguyên trùng kích thước lớn hệ thống vô tuyến Dùng chung đánh giá tải lưu lượng khu vực phân bổ tài vô tuyến động khác nhau: Giả sử thuật toán phân bổ tài ngun vơ tuyến động khơng gian mà tải phân bố phân bổ tài nguyên vô tuyến khu vực lân cận Đây yêu cầu quan trọng cấu trúc phân bổ tài nguyên động để phối hợp ấn định phổ tần phân bổ tài nguyên khu vực lân cận với nhau, phân bổ tài nguyên vô tuyến khu vực phải nhận thức mức lưu lượng cạnh Vì vậy, cần phải có tương tác mạng node phân bổ tài nguyên khu vực phân bố thông tin tải lưu lượng chung Node phân bổ tài nguyên động thông minh: Yêu cầu thuật tốn phân bổ tài ngun vơ tuyến động trường hợp khu vực bảo vệ phân bổ tài nguyên khu vực để hạn chế việc chèn vào phổ tần số vô tuyến không sử dụng Để thực điều này, node phân bổ tài nguyên động phải có khả thiết lập phân bổ tần số khác khu vực phân bổ tài nguyên Số mạng truy nhập vô tuyến chia sẻ dùng phổ tần: Phân bổ phổ tần động theo khơng gian với mục đích phát triển thuật tốn ấn định sóng mang cho phổ tần cấp phát cho số lượng mạng truy nhập vô tuyến Sơ đồ khối thuật tốn Thuật tốn phân bổ tài ngun vơ tuyến theo khơng gian có khối chức sau: Dự đoán đánh giá tải: Để đơn giản, kết ban đầu thuật toán phân bổ tài ngun vơ tuyến theo khơng gian có với giả thiết phân bổ tài nguyên có khả dự đốn tải cách hồn hảo cho mạng truy nhập vô tuyến cung cấp giá trị xác định tải trọng Giả thuyết cần thiết nghiên cứu thuật tốn phân bổ không gian cố định đại lượng thời gian khó để mơ hình hóa kỳ phương pháp dự đốn tải Tính tốn u cầu sóng mang: Chức khối từ thơng tin có từ dự đốn tải trọng mạng tính tốn số sóng mang cần thiết cho mạng truy nhập Kết đầu khối chức đầu vào vủa thuật tốn ấn định khơng gian phần sau Thủ tục ấn định sóng mang: Đây vấn đề quan trong thuật toán phân bố tài nguyên động để ấn định sóng mang cụ thể cho mạng truy nhập vơ tuyến Hiện nay, có nhiều phương pháp truy nhập phổ tần động nhóm nghiên cứu khác giới đề xuất Tuy nhiên, phương pháp thường tập trung vào ứng dụng cụ thể chưa có mơ hình truy nhập phổ tần động phù hợp chung cho giải pháp vô tuyến thông minh Đây vấn đề mở cho nhóm nghiên cứu giới Ủy ban truyền thông liên bang (FCC) Mỹ đề xuất phương pháp truy cập phổ tần động theo mơ hình nhiệt độ nhiễu (Interference Temperature Model - ITM) Trong mơ hình này, thiết bị vô tuyến đo nhiệt độ nhiễu xác định giới hạn nhiệt độ nhiễu trước phát Quan hệ nhiệt độ nhiễu băng tần, tần số sóng mang thể sau [1]: TI = PI(fc,B)/kB (1) đó, TI nhiệt độ nhiễu (oK), PI(.) cơng suất nhiễu trung bình (W) tần số fc với độ rộng băng tần B (Hz), k số Boltzman Từ thiết bị xác định tham số độ rộng băng tần mức công suất phát để đạt dung lượng mong muốn mà không vi phạm giới hạn nhiệt độ nhiễu Trong mạng vô tuyến thông minh, quyền truy nhập vào mạng thiết bị dựa nhiệt độ nhiễu Cơ chế hình thành nên mơ hình đa truy nhập theo nhiệt độ nhiễu ITMA (Interference Temperature Multiple Access) Trước phát, nút mạng tiến hành đo nhiệt độ nhiễu TI, hàm băng tần cần đo (1) Sau đó, giá trị phối hợp với giới hạn nhiệt độ nhiễu TL, dung lượng cần thiết Creq tham số phạm vi L (đặc trưng cho đặc tính kênh) để tính tốn độ rộng băng B tốc độ liệu Quá trình lặp lại giá trị B hội tụ mơ tả Hình 15 Nếu độ rộng băng B cần thiết để truyền thành cơng gói tin có giá trị nhỏ Bmax, B gói tin truyền Ngược lại, B > Bmax gói tin khơng truyền, thiết bị B vơ tuyến có lựa chọn sau: - Đợi: Do xuyên nhiễu thời gian ngắn nên phải tạm thời dừng truyền tin - Giảm C, giảm tốc độ liệu gói: Tuy nhiên, yêu cầu loại hình dịch vụ mà khơng thể giảm C xuống mức ngưỡng Cmin - Tăng L, giảm phạm vi vô tuyến: Nếu máy thu đích xa, bị fading bị che chắn, L tăng vượt Lmax - C < Cmin, L > Lmax hạn đợi, phương pháp cuối phải dịch toàn mạng sang tần số làm việc Hình 15: Lưu đồ thuật toán cho ITMA