Nghiên cứu giải thuật tìm băng tần trống hợp tác trong cognitive radio

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM NGỌC SƠN NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC TRONG COGNITIVE RADIO Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS HỒ VĂN KHƯƠNG Ký tên: Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS.LÊ TIẾN THƯỜNG Ký tên: Cán chấm nhận xét 2: TS.ĐỖ HỒNG TUẤN Ký tên: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 30 tháng 12 năm 2009 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PSG.TS.LÊ TIẾN THƯỜNG TS.PHAN HỒNG PHƯƠNG TS.ĐỖ HỒNG TUẤN TS.LƯU THANH TRÀ TS.NGUYỄN MINH HOÀNG ThS.HỒ TRUNG MỸ Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sữa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM NGỌC SƠN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/05/1981 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử MSHV: 01407355 Khóa: 2007 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC TRONG COGNITIVE RADIO II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN - Tổng quan Cognitive Radio - Nghiên cứu giải thuật tìm băng tần trống Cognitive radio - Nghiên cứu giải thuật tìm băng tần trống hợp tác Cognitive Radio - Viết chương trình mơ lý thuyết Mathlab so sánh III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/06/2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2009 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HỒ VĂN KHƯƠNG Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGHÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Tơi xin kính gởi đến TS Hồ Văn Khương lời trân trọng tri ân với lòng biết ơn sâu sắc Thầy dành nhiều thời gian quý báu hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi tài liệu tận tình bảo cho tơi lời khun bổ ích, giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa truyền đạt kiến thức, định hướng nghiên cứu năm học vừa qua Tôi nhận giúp đỡ bạn lớp Các bạn đóng góp cho tơi ý kiến tài liệu giá trị Xin gởi đến bạn lời cảm ơn chân thành tơi Cuối cùng, tơi xin kính gởi đến gia đình lịng biết ơn chân thành, sâu sắc Gia đình, Cha Mẹ động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu qua TP HCM, ngày tháng năm 2009 Phạm Ngọc Sơn TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tồn luận văn chia làm chương: Chương 1: Giới thiệu vấn đề Trình bày xu hướng sử dụng phổ tần tương lai vấn đề nghiên cứu Cognitive Radio Đồng thời, trình bày hướng nghiên cứu nhiệm vụ thực Chương 2: Trình bày cần thiết đời Cognitive radio vấn đề chủ yếu như: mơ hình kiến trúc, hoạt động, kỹ thuật khả truy cập phổ tần Chương 3: Trình bày giải thuật tìm băng tần trống Cognitive radio, ưu điểm nhược điểm giải thuật Chương nghiên cứu khả tìm băng tần trống dựa tách lượng Matched Filter Chương 4: Trình bày giải thuật tìm băng tần trống hợp tác như: tìm băng tần trống hợp tác dựa tách lượng (có xét đến Matched Filter); vấn đề lỗi kênh báo cáo; dựa phân tập phát sử dụng mã hóa khơng gian- thời gian, không gian-tần số; dựa chuyển tiếp kết báo cáo Hơn nữa, giải thuật tìm băng tần trống hợp tác dựa phân phối tỉ số trị riêng giới hạn ma trận Wishart, dựa lý thuyết Demster-Shafer đề cập Chương 5: Chương trình mơ lý thuyết chương Kết mô cho thấy số lượng mẫu lớn hiệu tìm băng tần tốt với SNR nhau, Matched Filter sử dụng mẫu tách lượng để đạt xác xuất tìm băng tần trống Hơn nữa, khả tìm băng tần trống hợp tác đạt kết tốt khơng hợp tác hiệu tìm băng tần tăng lên sử dụng phân tập phát sử dụng mã hóa khơng gian-thời gian, chuyển tiếp kết báo cáo môi trường che chắn, fading Chương 6: Tổng kết vấn đề trình bày luận văn Kết đạt nghiên cứu mô Các tồn hạn chế luận văn Và cuối hướng phát triển mở rộng đề tài MỤC LỤC Danh sách hình Thuật ngữ - Viết tắt Ký hiệu Abstract CHƯƠNG GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1.1 GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.2 NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3 BỐ CỤC LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ COGNITIVE RADIO 2.1 SỰ RA ĐỜI 2.2 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG COGNITIVE RADIO 2.3 KỸ THUẬT CHÍNH TRONG COGNITIVE RADIO 2.3.1 MƠ HÌNH TƯƠNG TÁC ỨNG DỤNG 2.3.2 KIẾN TRÚC COGNITIVE RADIO TRONG MƠ HÌNH OSI 2.3.2.1 CHỨC NĂNG LỚP VẬT LÝ 2.3.2.2 CHỨC NĂNG LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 10 2.3.3 KIẾN TRÚC VẬT LÝ CỦA COGNITIVE RADIO 10 2.4 HOẠT ĐỘNG CỦA COGNITIVE RADIO 12 2.5 KỸ THUẬT TRUY CẬP PHỔ 14 2.5.1 TRUY CẬP PHỔ OVERLAY 14 2.5.2 TRUY CẬP PHỔ UNDERLAY 15 CHƯƠNG GIẢI THUẬT TÌM PHỔ TRỐNG CỦA MỘT COGNITIVE RADIO 16 3.1 CÁC GIẢI THUẬT TÁCH PHỔ 17 3.2 BỘ TÁCH NĂNG LƯỢNG 19 3.3 MATCHED FILTER 22 CHƯƠNG CÁC THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC 25 4.1 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN BỘ TÁCH NĂNG LƯỢNG 28 4.2 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC XÉT ĐẾN LỖI KÊNH BÁO CÁO TỪ CÁC CR ĐẾN BỘ TẬP TRUNG KẾT HỢP 30 4.3 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP PHÁT SỬ DỤNG MÃ HĨA KHƠNG GIAN-THỜI GIAN 34 4.3.1 TỔNG QUAN VỀ MÃ HĨA KHƠNG GIAN-THỜI GIAN 34 4.3.1.1 MÃ KHỐI KHÔNG GIAN-THỜI GIAN (STBC –SPACE TIME BLOCK CODE) 35 4.3.1.2 MÃ LƯỚI KHÔNG GIAN-THỜI GIAN (STTC-SPACE TIME TRELLIS CODES) 42 4.3.2 MÃ HĨA KHƠNG GIAN-THỜI GIAN ĐỐI TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC 43 4.4 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP PHÁT SỬ DỤNG MÃ HĨA KHƠNG GIAN-TẦN SỐ 45 4.5 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP CHUYỂN TIẾP 47 4.6 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN SỰ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRỊ RIÊNG GIỚI HẠN TRONG NHỮNG MA TRẬN WISHART 51 4.6.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 51 4.6.2 CÁC KẾT QUẢ 53 4.6.2.1 PHƯƠNG PHÁP TIỆM CẬN 53 4.6.2.2 PHƯƠNG PHÁP TIỆM CẬN TRACY-WIDOM 54 4.6.3 PHÂN BỐ TỈ SỐ TRỊ RIÊNG 55 4.7 THUẬT TOÁN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN LÝ THUYẾT DEMPSTER-SHAFER 56 4.7.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 56 4.7.2 LÝ THUYẾT DEMPSTER-SHAFER 58 4.7.3 THUẬT TOÁN 59 4.7.3.1 CẢM NHẬN NỘI VÀ TÍNH TỐN ĐỘ TIN CẬY 59 4.7.3.2 TRUNG TÂM XỬ LÝ 60 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 62 5.1 KHẢO SÁT MỐI QUAN HỆ Pd VÀ Pf THEO SỐ MẪU 62 5.1.1 CR USER SỬ DỤNG BỘ TÁCH NĂNG LƯỢNG 62 5.1.2 CR USER SỬ DỤNG MATCHED FILTER 64 5.2 PHƯƠNG PHÁP TÌM BĂNG TẦN TRỐNG CỦA MỘT CR 65 5.2.1 DỰA TRÊN BỘ TÁCH NĂNG LƯỢNG 65 5.2.2 DỰA TRÊN MATCHED FILTER 67 5.3 MƠ HÌNH HỢP TÁC TÌM BĂNG TẦN TRỐNG 69 5.3.1 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN BỘ TÁCH NĂNG LƯỢNG 70 5.3.2 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN MATCHED FILTER 73 5.3.3 THUẬT TOÁN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC XÉT ĐẾN LỖI KÊNH BÁO CÁO TỪ CÁC CR ĐẾN BỘ NHẬN CHUNG 74 5.3.4 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP PHÁT SỬ DỤNG MÃ HĨA KHƠNG GIAN-THỜI GIAN 79 5.3.5 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP CHUYỂN TIẾP 82 5.4 TỔNG HỢP KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 84 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 89 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1.Trình bày lỗ trống phổ tần số Hình 2.Hạ tầng mạng sở CR Hình Mơ hình tương tác Cognitive radio Hình Lớp mơ hình OSI Cognitive radio Hình Bộ thu phát CR 11 Hình RF front-end 12 Hình 7.Chu trình nhiệm vụ cognitive radio 13 Hình 8.Các kỹ thuật truy cập phổ 15 Hình Mơ hình tách phổ trống CR user 16 Hình Các giải thuật cảm nhận phổ CR 17 Hình 3 Sơ đồ tách dựa tách lượng 20 Hình Sơ đồ khối tách sử dụng Matched Filter 23 Hình 1.Ví dụ tìm băng tần trống hợp tác mơi trường nhiều shadowning fading 25 Hình 2.Mơ hình cảm nhận phổ hợp tác 26 Hình (a) Kiểu tập trung; (b) Kiểu phân bố 28 Hình 4 Sơ đồ khối thực 30 Hình Sơ đồ khối thực tìm băng tần trống xét đến lỗi kênh báo cáo 31 Hình Sơ đồ khối mã hóa khơng gian-thời gian Alamouti 35 Hình 7.Mơ hình anten thu 37 Hình Mơ hình hai anten thu 40 Hình 9.Sơ đồ mã khối nT anten phát 41 Hình 10.Bộ mã hóa STTC 43 Hình 11.Mơ hình tách phổ hợp tác sử dụng mã hóa khơng gian-thời gian 44 Hình 12.Mã hóa khơng gian-tần số 47 Hình 13.Mơ hình chuyển tiếp CR user 48 Hình 14.Chuyển tiếp CR user sử dụng mã hóa đại số 50 Hình 15.Mơ hình chuyển tiếp 50 Hình 16.Mơ hình tách phổ 52 Hình 17 Mơ hình hệ thống cảm nhận phổ đồng vận hành 57 Hình 18 Kiến trúc giải thuật 59 Hình 1.Mối quan hệ N theo P d N theo Pf 63 Hình 2.Mối quan hệ N theo P f Pd 63 Hình Mối quan hệ N theo P d N theo Pf 64 Hình Mối quan hệ N theo P d Pf không gian 65 Hình 5 Lưu đồ giải thuật sử dụng tách lượng 66 Hình Mối liên hệ Pf, Pd với SNR=-25dB 66 Hình 7.Mối liên hệ Pf, Pd với SNR=-15dB 67 Hình 8.Lưu đồ giải thuật sử dụng Matched Filter 68 Hình Mối liên hệ Pf, Pd với SNR=-25dB 68 Hình 10 Mơ hình hợp tác CR 69 Hình 11 Lưu đồ giải thuật tìm băng tần trống hợp tách dựa tách lượng 70 Hình 12 Qd Qf theo quy luật OR 71 Hình 13 Kết thực chương trình mơ với số CR user 72 Hình 14 Kết mơ với số CR user 10 72 Hình 15 Lưu đồ giải thuật tìm băng tần trống hợp tách dựa Matched Filter 73 Hình 16 Qd Qf theo quy luật OR (Matched Filter) 74 Hình 17 Lưu đồ giải thuật xét đến lỗi kênh báo cáo 75 Hình 18 Qd Q f xét đến lỗi kênh báo cáo (các CR user dùng tách lượng) 76 Hình 19 Qd Qf xét đến lỗi kênh báo cáo (các CR user dùng Matched Filter) SNR khoảng [-18 -22]dB 77 Hình 20 Kết mô Qm Qf với số lượng CR user khác SNR trung bình -10dB, số mẫu 1000 mẫu 78 Hình 21 Kết mơ Qm Qf SNR trung bình -10dB, số mẫu 1000 mẫu, hai CR hợp tác mức lỗi báo cáo Pe=10-1, 10-2, 10-3, 10-4 79 Hình 22 Lưu đồ giải thuật sử dụng phân tập ST 80 Hình 23 Kết mơ sử dụng phân tập không gian thời gian (mỗi CR user sử dụng tách lượng) 81 Hình 24 Mô Qm Qf cảm nhận phổ hợp tác sử dụng kỹ thuật phân tập phát cho số lượng kênh inter-user khác nhau, ε=0.01 0.1 TDMA STBC, tương ứng với trường hợp ε=1 82 Hình 25 Lưu đồ giải thuật sử dụng Relay 83 Hình 26 Kết mô chuyển tiếp 84 Hình 27 Kết mô việc tách phổ trống CR user, hợp tác không lỗi kênh báo cáo, lỗi kênh báo cáo, phân tập không gian-thời gian, Relay 85 MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 76 Kết thực hiện: từ giá trị Pf,i , SNR i tương ứng CRi, suy P d,i từ công thức (3.8) (khi CR user sử dụng tách lượng) (3.14) (khi CR user sử dụng Matched Filter) Sau đó, tính giá trị Qd, Qf hợp tác thu chung Kết mô Qd, Qf: Hình 18 Qd Q f xét đến lỗi kênh báo cáo (các CR user dùng tách lượng) Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 77 Hình 19 Qd Qf xét đến lỗi kênh báo cáo (các CR user dùng Matched Filter) SNR khoảng [-18 -22]dB Xét đến hiệu suất tìm băng tần trống đối số lượng CR khác SNR trung bình -10dB, số lượng mẫu 1000 mẫu, Pe=0.001, kết mô hình 5.20 Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MƠ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 78 Hình 20 Kết mô Qm Qf với số lượng CR user khác SNR trung bình -10dB, số mẫu 1000 mẫu Kết hình 5.20 cho thấy cảm nhận phổ hợp tác với nhiều CR có hiệu suất tốt hầu hết trường hợp Nhưng Qf (ứng 4,3,2,1 user) giảm tương ứng đến ngưỡng, cụ thể đến giới hạn Q f (4*Pe, 3*Pe, 2*Pe Pe), xác suất tách nhầm Qm tăng mạnh đến Tương đương, xác suất phát Qd giảm nhanh đến Khi thực mô với hệ thống gồm CR hợp tác, SNR trung bình -10dB, số lượng mẫu 1000 mẫu Pe nhận giá trị khác (0.1, 0.01, 0.001 Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 79 0.0001), kết 5.21 Rõ ràng xác suất lỗi báo cáo lớn giới hạn Qf lớn tăng theo tăng Pe Hình 21 Kết mô Qm Qf SNR trung bình -10dB, số mẫu 1000 mẫu, hai CR hợp tác mức lỗi báo cáo Pe=10-1, 10-2, 10-3, 10-4 5.3.4 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP PHÁT SỬ DỤNG MÃ HÓA KHƠNG GIAN-THỜI GIAN Theo cơng thức 4.56 xác định xác xuất Pe sử dụng phân tập không gian-thời gian Lưu đồ giải thuật: Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 80 Nhập số mẫu N, số lượng CR user, SNR, xác xuất lỗi báo cáo CR user, lỗi trên kênh inter user, xác xuất lỗi mã khối ST Cho giá trị Pf từ đến CR user Tính giá trị Pd theo Pf CR user theo cơng thức lọc thích nghi tách lượng Tính xác xuất lỗi Pe phân tập ST Tính xác xuất tách xác xuất tách sai hợp tác Vẽ mối liên hệ Qd Qf Hình 22 Lưu đồ giải thuật sử dụng phân tập ST Thực mơ giải thuật tìm băng tần trống hợp tác sử dụng phân tập không gian-thời gian (ST) với số lượng CR user 50, SNR khoảng [-13.5dB 16.5dB], CR có kênh báo cáo (Pe=0.02), Pe lại khoảng [0.009 0.011] lỗi truyền kênh inter-user 0.3, l ỗi mã khối không gian-thời gian khoảng [0.0009 0.0011] Kết mơ theo hình 5.23: Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MƠ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 81 Hình 23 Kết mô sử dụng phân tập không gian thời gian (mỗi CR user sử dụng tách lượng) Khi thực mô so sánh hiệu suất cảm nhận phổ hợp tác với hai CR số lượng kênh inter-user khác nhau, ε=0, 0.01, 0.1 Các kênh cảm nhận có SNR trung bình -10dB, lỗi kênh báo cáo trung bình 0.01, xác xuất STBC 0.001 Kết hình 5.24 Từ kết này, thấy STBC (ε=0) có giới hạn Q f thấp hơn, 0.002, 0.02 TDMA (ε=1) Đối với trường hợp ε=0.01, hiệu suất tốt STBC Vậy ε giảm hiệu suất tăng ( Q f giới hạn giảm) xác xuất tách tăng theo Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 82 Hình 24 Mơ Qm Qf cảm nhận phổ hợp tác sử dụng kỹ thuật phân tập phát cho số lượng kênh inter-user khác nhau, ε=0.01 0.1 TDMA STBC, tương ứng với trường hợp ε=1 5.3.5 TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC VỚI PHÂN TẬP CHUYỂN TIẾP Theo công thức (4.9) (4.10), thực mô phân tập chuyển tiếp với thông số phần 5.3.4, tổ chức thành 30-5=25 cụm Lưu đồ giải thuật: Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 83 Nhập số mẫu N, số lượng CR user, SNR, xác xuất lỗi báo cáo CR user Cho giá trị Pf từ đến CR user Tính giá trị Pd theo Pf CR user theo cơng thức lọc thích nghi tách lượng Tìm số CR user có xác xuất lỗi tốt để Relay Tính xác xuất tách xác xuất tách sai hợp tác Vẽ mối liên hệ Qd Qf Hình 25 Lưu đồ giải thuật sử dụng Relay Kết mô phỏng: Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 84 Hình 26 Kết mơ chuyển tiếp 5.4 TỔNG HỢP KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Từ kết mô phần 5.2 5.3 điều kiện, kết việc tìm phổ hợp tác tốt không hợp tác tốt điều kiện lý tưởng (không lỗi kênh báo cáo), sử dụng phân tập phát mã hóa khơng gian-thời gian, phân tập chuyển tiếp so với môi trường che chắn, fading Trong đó, việc tìm băng tần trống hợp tác điều kiện lý tưởng đạt hiệu tốt Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn MÔ PHỎNG VÀ CÁC KẾT QUẢ 85 Hình 27 Kết mơ việc tách phổ trống CR user, hợp tác không lỗi kênh báo cáo, lỗi kênh báo cáo, phân tập không gian-thời gian, Relay Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 86 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Các giải thuật tìm băng tần trống đề cập nhiều cơng trình nghiên cứu giới hướng đến tối ưu truy cập phổ đối dịch vụ vô tuyến phát triển thêm tương lai, gia tăng hiệu sử dụng phổ Có nhiều giải thuật không thảo luận báo cáo giới hạn thời gian kiến thức người viết Nhiệm vụ luận văn tập trung vào nghiên cứu số giải thuật tìm băng tần trống hợp tác sở kỹ thuật tách lượng, Matched Filter Cognitive radio, dựa phân bố tỉ số trị riêng ma trận Wishart dựa lý thuyết Dempster-Shafer Kết giải thuật đưa xác xuất tách, xác xuất tách sai phổ Hạn chế giải thuật tìm băng tần trống Cognitive radio xét đến nhiễu cộng AWGN Điều đưa đến hướng phát triển tương lai đề tài này: Ø Nghiên cứu giải thuật tìm băng tần trống xét đến ảnh hưởng nhiều mơ hình nhiễu khác mơ hình nhiễu Gaussian pha trộn, mơ hình nhiễu Laplacian nhiều mơ hình fading khác Cognitive radio, từ phát triển giải thuật tìm băng tần trống hợp tác mơi trường Ø Nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng truyền dẫn đối hệ thống Cognitive radio đối giải thuật Ø Nghiên cứu phát triển giải thuật tối ưu nhằm tích hợp vào thiết bị, dễ dàng ứng dụng triển khai thực tế Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Matinmikko, M Höyhtyä, M Mustonen, H Sarvanko, A Hekkala, M Katz, A Mämmelä, M Kiviranta, A Kautio, “Cognitive Radio : An intelligent wireless communication system”, VTT, 14 May 2008 [2] V Jalaparti, “Cooperative Spectrum Sensing for Cognitive Radio”, B.Tech Project Term1 Final Report, 2009 [3] X Zheng, J Wang, Q Wu and J Chen, “Cooperative Spectrum Sensing Algorithm based on Dempster-Shafer Theory”, IEEE Commun Mag, pp.218221, 06 Jan 2009 [4] F Penna, R.Garello and M.A Spirito, “Cooperative Spectrum Sensing based on the Limiting Eigenvalue Ratio Distribution in Wishart Matrices”, arXiv:0902.1947vl [cs.IT], 11 Feb.2009 [5] W Zhang, “Cooperative Spectrum Sensing with Transmit and Relay Diversity in Cognitive Radio Networks”, IEEE Transactions on wireless communications, vol.7, pp.4761-4766, Dec 2008 [6] R.V Prasad and P Pawxczak, “Cognitive Functionality in Next Generation Wireless Networks: Standardization Efforts”, IEEE Commun Mag, pp.72-78, Apr 2008 [7] Z Quan, S Cui, H.V Poor, and A.H Sayed “Collaborative Wideband Sensing for Cognitive Radios”, IEEE Signal Processing Mag, pp.60-73, Nov 2008 [8] C.X Wang, H.H Chen, X Hong, and M Guizani, “Cognitive radio network manegement”, IEEE Vehicular Technology Mag, vol.3, pp.28-35, Mar 2008 Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn 88 [9] A.A El-Saleh, M Ismail, M.A.M Ali, and A.N.H Alnuaimy, ” Capacity Optimization for Local and Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks”, PWASET, vol.38, Feb.2009 [10] F Penna, and R Garello, “Theoretical Performance Analysis of Eigenvalue-based Detection”, arXiv:0907.1523v2 [cs.IT], 23 Sep.2009 [11] L Berlemann, G Dimitrakopoulos, J Hoffmeyer, “Cognitive Radio and Management of Spectrum and Radio Resources in Reconfigurable Networks”, Wireless World Research Forum, 2005 [12] F Ge, R Rangnekar, A Radhakrishnan, S Nair, A Fayez, Q Chen, A Young, Y Wang, M.D Silvius, T Brisebois, G Marballie, X Cheng, N He, B Li, C.W Bostian, and M Hsiao, “A Heterogeneous Cognitive Radio Network Enabling Dissimilar Cooperative Spectrum Sensing , Dynamic Spectrum Access , and Interoperability”, Virginia Polytechnic Institute and State University, Wireless @ Virginia Tech, 2008 [13] D Čabrić, S.M Mishra, D Willkomm, R Brodersen, and A Wolisz, “A Cognitive Radio Approach for Usage of Virtual Unlicensed Spectrum”, in Proc of 14th IST Mobile Wireless Communications Summit 2005, Dresden, Germany, Jun.2005 [14] D.B Cabri, “Cognitive Radios: System Design Perspective”, Ph.D Thesis, University of California, Berkeley, 2007 [15] T Feng,” Collaborative Spectrum Sensing in a Cognitive Radio System with Non-Gaussian Noise”, Master Thesis, University of British Columbia, Dec 2008 [16] B Vucetic and J Yuan, “Space time coding”, John Wiley & Sons Ltd., 2003 Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn 89 PHỤ LỤC v Phân phối Tracy-Widom Phân phối Tracy-Widom W2 để biểu diễn phân phối trị riêng Gaussian Unitary Ensemble (GUE) Định nghĩa hàm Airy phức hợp: Ai (u ) = 2π +∞ ∫e jua + j a 3 da −∞ Đặt q(u) nghiệm phương trình vi phân bậc hai Painlevé: q '' (u ) = uq(u) + 2q (u ) Khi đó: q(u ) ~ − Ai(u ), u → +∞ Khi phân phối Tracy-Widom bậc hai: +∞ FW ( x) = e ∫ − (u − x ) q ( u ) du x Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn 90 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên Ngày sinh : PHẠM NGỌC SƠN : 01/05/1981 Lý lịch: Nguyên quán : Khánh Thành –Yên Khánh – Ninh Bình Nơi sinh : Thị trấn Đầm Dơi – H Đầm Dơi – Cà Mau Hộ thường trú : D1_207, Chung cư Kim Sơn 1, Phường 13, Q Bình Thạnh, Tp.Hồ Chí Minh Nơi : D1_207, Chung cư Kim Sơn 1, Phường 13, Q Bình Thạnh, Tp.Hồ Chí Minh Dân tộc : Kinh Tơn giáo : Không Điện thoại : 0963096397 Email : ngocsond00vta1@yahoo.com Quá trình đào tạo: Đại học: Chế độ học : Chính quy Thời gian học : Từ 05/09/2000 đến 30/12/2004 Nơi học : Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học : Điện tử – Viễn thơng Cao học: Chế độ học : Chính quy Thời gian học : Từ 05/09/2007 đến Nơi học : Trường Đại học Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học : Kỹ thuật Vơ tuyến – Điện tử Q trình cơng tác: Thời gian cơng tác : Từ 17/05/2005 đến Chức vụ : Kỹ sư Điện tử – Viễn thông Đơn vị công tác : Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực - EVNTelecom Thực hiện: Phạm Ngọc Sơn ... 67 5.3 MƠ HÌNH HỢP TÁC TÌM BĂNG TẦN TRỐNG 69 5.3.1 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN BỘ TÁCH NĂNG LƯỢNG 70 5.3.2 THUẬT TỐN TÌM BĂNG TẦN TRỐNG HỢP TÁC DỰA TRÊN MATCHED... Tổng quan Cognitive Radio - Nghiên cứu giải thuật tìm băng tần trống Cognitive radio - Nghiên cứu giải thuật tìm băng tần trống hợp tác Cognitive Radio - Viết chương trình mơ lý thuyết Mathlab... hiệu tìm băng tần tốt với SNR nhau, Matched Filter sử dụng mẫu tách lượng để đạt xác xuất tìm băng tần trống Hơn nữa, khả tìm băng tần trống hợp tác đạt kết tốt không hợp tác hiệu tìm băng tần