Hiệu suất của việc hệ thống sử dụng công nghệ vô tuyến nhận thức (CR) phụ thuộc vào cách phân bổ tốt nhất các tài nguyên hiện có (ví dụ :băng thông, sóng mang con và công suất ...) của một băng tần đang trong trạng thái không sử dụng (băng tần rỗi) mà không gây ra nhiễu cho người dùng chính (PU). Từ đó cần nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa việc phân bổ công suất và sóng mang con, với mục tiêu tối đa hóa thông lượng tổng của người sử dụng CR, như vậy nhiễu nhận được tại người sử dụng chính vẫn dưới một mức ngưỡng cũng như nhiễu lẫn nhau giữa những người sử dụng phụ được bảo đảm là dưới một ngưỡng thỏa mãn. Để làm được như vậy cần phải xác định vị trí và công suất được cấp phát cho mỗi người sử dụng CR trong việc xem xét ngưỡng nhiễu giữa các người dùng CR với nhau và giữa PU và người dùng CR. Những ảnh hưởng của số lượng sóng mang con lân cận cho mỗi người dùng CR, đó là giảm nhiễu lẫn nhau giữa những người dùng CR và nhiễu giữa CR và PU.
a. Lý thuyết
Trong thực tế, phổ phân bổ cho người sử dụng được cấp phép, hiếm khi được sử dụng hầu hết thời gian. Do đó dẫn đến sự tồn tại của lỗ phổ hay còn gọi là khoảng trắng. Những khoảng trắng này là băng tần không sử dụng trong băng tần truyền thông. Gần đây ủy ban truyền thông liên bang FCC đã đưa ra báo cáo và quy tắc cho phép sử dụng truyền thông nhận thức tái sử dụng những phổ tần trống tạm thời. Một trong những đặc điểm của công nghệ CR đó là cảm biến những phổ tần còn trống, nơi mà hệ thống truyền thông nhận thức quan sát phổ vô tuyến và từ đó xác định các kênh truyền đang trống. Những kênh không bị chiếm đóng tạm thời này sẽ được sử dụng cho hệ thống CR hay còn gọi là hệ thống thứ cấp. Mặt khác, hoạt động của hệ thống CR trong dải tần số mới này có tác động lên kiến trúc RF và dẫn đến vấn đề tối ưu hóa sự phân chia tần số. Đây là một khía cạnh quan trọng của
thiết kế hệ thống thông tin liên lạc đa người dùng. Bên cạnh đó để kiểm soát bất kỳ sự can nhiễu nào trên các kênh lân cận, các quy định của FCC cung cấp giới hạn trên các phát xạ búp sóng phụ mà tác động do mặt nạ phổ của những hệ thống truyền thông thứ cấp sử dụng phổ tần này có thể ảnh hưởng đến sự truyền thông của những hệ thống sơ cấp đang hoạt động bên cạnh.
Luận văn tập trung vào việc phân bổ công suất phát trên mỗi sóng mang con của từng người sử dụng CR, nhằm tối ưu dung lượng kênh tổng cộng của hệ thống CR, trong khi vẫn đảm bảo được các điều kiện biên giới hạn của hệ thống cấp phép. Việc phân bổ công suất xem xét đến sự thay đổi của các điều kiện ngưỡng, khoảng cách truyền giữa bên phát và bên thu, đồng thời có tính đến nhiễu màu trong môi trường thủy âm.
b. Mô hình hệ thống
Mô hình tồn tại song song giữa hệ thống thứ cấp (các người dùng sử dụng công nghệ vô tuyến nhận thức) và hệ thống sơ cấp (các user chính).
Hệ thống mô phỏng gồm 2 User (2 CR User và 2 PU).
2 User PU: đang hoạt động ở các băng tần B1 và B2. Hệ thống CR hoạt động tại băng tần không sử dụng. Phân bố phổ tần của hệ thống sơ cấp và thứ cấp được minh họa như hình dưới:
Băng thông B1 Băng thông B2
PU1 PU2
CR f
df
Hình 3-1: Phân bố phổ tần giữa hệ thống sơ cấp và thứ cấp
CR thu CR phat PU thu PU phat H_Ps (J) H_ss (M) H_sp (I)
Hình 3-2: Mô hình nhiễu giữa hệ thống sơ cấp và thứ cấp
Với mô hình trên sẽ tồn tại 3 loại nhiễu trong hệ thống đó là:
M là nhiễu giữa các CR user với nhau (với kênh truyền H_ss); I là nhiễu từ CR user sang PU (kênh truyền H_sp);
J là nhiễu từ PU sang CR user (kênh truyền H_ps). Chi tiết tính toán các loại nhiễu sẽ được trình bày sau đây.
Công thức mô tả nhiễu giao thoa gây ra bởi tín hiệu CR tới PU user [13]:
Ii,k l (di,kl , P i,k, 𝑑𝑠𝑝) = (hi,k (l)sp)2 ∗ P i,k
A(𝑑𝑠𝑝,f)∗ TS∫ (sin(πfTs) πfTs )2 di,kl +Bl/2 di,kl −Bl/2 𝑑𝑓 (3.10) Trong đó:
Ts là khung thời gian truyền OFDM symbol;
di,kl : Khoảng cách từ sóng mang con thứ i của người dùng CR thứ k đến băng thông thứ l của PU;
ℎ𝑖,𝑘 (𝑙)𝑠𝑝 : hệ số kênh truyền giữa bên phát và bên thu (giữa CR và PU); 𝑑
𝐵𝑙: là độ rộng của băng tần tương ứng với PU thứ l;
𝑃 𝑖,𝑘: Công suất phát trến sóng mang con thứ I của CR thứ k;
𝐴(𝑑, 𝑓) suy hao đường truyền từ CR đến PU.
Công thức mô tả nhiễu từ PU phát tới CR user thu [13]:
Ji,k l (di,kl , P pu, 𝑑𝑝𝑠) = (hi,k (l)ps)2∗ P pu
A(𝑑𝑝𝑠,f)∗ TS∫di,kl +Bl/2( (𝐸{𝐼𝑁(𝜔)}))𝑑
di,kl −Bl/2 𝜔 (3.11) Trong đó:
𝐸{𝐼𝑁(𝜔)} : mật độ phổ công suất ;
𝑑𝑖,𝑘𝑙 : Khoảng cách từ sóng mang con thứ i của người dùng CR thứ k đến băng thông thứ l của PU;
ℎ𝑖,𝑘 (𝑙)𝑝𝑠 :hệ số kênh truyền giữa bên phát và bên thu (giữa PU và CR); 𝑑𝑝𝑠 :khoảng cách không gian từ Pu phát đến CR thu;
𝐵𝑙: là độ rộng của băng tần tương ứng với Pu thu đang sử dụng; 𝑃 𝑝𝑢: Công suất phát của PU.
Công thức mô tả nhiễu lẫn nhau giữa các CR user [13]:
Mi,k l (dn,im,k, 𝑃𝑛𝑚, 𝑑𝑠𝑠) = (hn,i ss(m,k))2 ∗ 𝑃𝑛𝑚
A(𝑑𝑠𝑠,f)∗ TS∫ (sin(πfTs) πfTs )2 dn,im,k+∆f2 dn,im,k−∆f2 𝑑𝑓 (3.12) Trong đó:
𝑑𝑛,𝑖𝑚,𝑘 : Khoảng cách từ sóng mang con thứ n của CR phát ( CR m) đến
sóng mang con thứ i của CR thu (CR i);
ℎ𝑛,𝑖 𝑠𝑠(𝑚,𝑘) : hệ số kênh truyền giữa bên phát và bên thu ( giữa CR phát và CR thu);
𝑑𝑠𝑠 : khoảng cách không gian từ CR phát đến CR thu;
𝑃𝑛𝑚: Công suất phát trến sóng mang con thứ n của CR phát;
𝐴(𝑑𝑠𝑠, 𝑓) suy hao đường truyền từ CR phát đến CR thu.
𝑅𝑖,𝑘(ℎ𝑖,𝑘,𝑃𝑖,𝑘) = ∆𝑓. 𝑙𝑜𝑔2(1 +𝑃𝑖,𝑘|ℎ𝑖,𝑘|2
𝜎2 ) (3.13)
Trong đó: 𝜎2 được tính như sau (nếu tính đến nhiễu màu):
𝜎2 = 𝜎𝐴𝑊𝐺𝑁2 + ∑ 𝐽(𝑙) + ∑𝐾 𝑀𝑛,𝑖(𝑚,𝑘) + 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑁𝑜𝑖𝑠𝑒
𝑚=1,𝑚≠𝑘 𝐿
𝑙=1 (3.14)
𝜎𝐴𝑊𝐺𝑁2 là nhiễu trắng
Thông lượng tổng cộng cho CR:
𝐶 = max ∑ ∑𝐾 𝑅𝑖,𝑘(ℎ𝑖,𝑘,𝑃𝑖,𝑘)
𝑘=1 𝑁(𝑘)
𝑖=1 (3.15)T
Trong đó 𝑁(𝑘) là số sóng mang con của CR thứ k.
K là số CR user Với điều kiện ngưỡng:
∑𝑁 𝐼𝑖(𝑙)
𝑖=1 ≤ 𝐼𝑡ℎ(𝑙), ∀𝑙 (3.16)
0 ≤ 𝑃𝑖,𝑘 ≤ 𝑃𝑡ℎ , ∀𝑖, 𝑘 (3.17)
Bắ đầu
CR đo đạc kênh truyền
- Số CR use , số PU Use
- Số sóng mang con cấ há cho các PU Use . Băng hông cho các PU.
=> Khoảng cách sóng mang con - Khoảng cách đến các PU và các CR hác - Công suấ há. Tính oán nhiễu Từ các CR há đến CR hu (M) Tính oán nhiễu cộng Từ các CR há đến PU hu (I) Tính oán nhiễu Từ các PU há đến CR hu (J) + I *P ≤ Ih (0 ≤ P ≤ Pma ) Cấ há công suấ P cho mỗi CR Nhiễu ổng cộng : σ2 + Dung l ợng l n nhấ của hệ hống CR Kết chương
Tóm lại, Chương 3 đã trình bày một cách chi tiết về xây dựng hệ thống kênh truyền dẫn dưới nước đồng thời có thể triển khai công nghệ nhận thức thông minh vào hệ thống kênh thông tin dưới nước. Nội dung trình bày trong Chương 3 sẽ là nền tảng lý thuyết và cơ sở được chứng minh từ các mô phỏng ở chương 4.
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Giới thiệu chương
Chương này là những hình ảnh minh hoạ cho các kết quả đã thực hiện được gồm các quá trình mô phỏng, cấp phát công suất cho người dùng CR sử dụng công nghệ nhận thức thông minh có tính đến suy hao đường truyền và nhiễu màu.
Chương 4 đưa ra cách diễn giải và trình bày các kết quả mô phỏng chứng minh cho lý thuyết xây dựng hệ thống ở chương 3.