Mạng vô tuyến nhận thức có một trạm gốc trung tâm. Những ngƣời dùng vô tuyến nhận thức cảm biến các dải phổ ở từng vị trí và báo cáo kết quả theo chu kỳ cảm biến tới trạm gốc. Sau đó, trạm gốc sẽ đƣa ra quyết định về tính khả dụng của những dải phổ bên trong vùng phủ của nó và cấp phát những dải phổ khả dụng này
58
tới cho ngƣời sử dụng. Dữ liệu cảm biến có mối tƣơng quan về không gian và có thể dùng để nâng cao độ chính xác thông qua hợp tác. Tuy nhiên, để khái thác lợi ích hợp tác này, trạm gốc sẽ xem xét những vấn đề sau.
- Thứ nhất, do cảm biến hợp tác có thể cải tiến xác suất phát hiện nên tỷ lệ nhiễu mong đợi có thể nhỏ hơn đánh giá ban đầu trong giai đoạn tối ƣu cảm biến phổ, nghĩa là các tham số cảm biến tối ƣu có giá trị không lâu dài
- Thứ hai, độ lợi của hợp tác sẽ có những đặc tính thay đổi theo thời gian dựa theo số lƣợng ngƣời dùng vô tuyến nhận thức tham gia hợp tác. Hơn nữa, số lƣợng vùng hoạt động của ngƣời sử dụng sơ cấp sẽ ảnh hƣởng đến độ lợi của hợp tác.
Xem xét tất cả những vấn đề trên, chúng ta sẽ tìm hiểu một cơ cấu cảm biến hợp tác và thích nghi, đƣợc trình bày trong các phần sau đây.
2.4.4.1 Quyết định tính khả dụng sử dụng độ lợi hợp tác
Trong cảm biến hợp tác truyền thống, dải phổ đƣợc quyết định là khả dụng chỉ nếu khi không có bất kỳ hoạt động của ngƣời dùng sơ cấp nào đƣợc phát hiện. Thậm chí chỉ có một hoạt động của ngƣời dùng sơ cấp đƣợc phát hiện thì ngƣời dùng vô tuyến nhận thức cũng không thể sử dụng dải phổ này. Từ tiêu chuẩn này, xác suất phát hiện có hợp tác 𝑃𝑑𝑐 của N ngƣời dùng vô tuyến nhận thức đƣợc tính bởi:
𝑃𝑑𝑐 = 1 − (1 − 𝑃𝑑)𝑁 (2.27)
Trong đó, Pd là xác suất phát hiện của từng ngƣời sử dụng. Trong khi kiểu quyết định này chắc chắn làm tăng xác suất phát hiện thì nó cũng làm tăng xác suất cảnh báo sai hợp tác 𝑃𝑓𝑐, dẫn đến làm mất nhiều cơ hội phổ hơn và 𝑃𝑓𝑐 đƣợc tính nhƣ sau:
𝑃𝑓𝑐 = 1 − (1 − 𝑃𝑓)𝑁 (2.28)
Trong đó, Pf là xác suất cảnh báo sai của từng ngƣời sử dụng. Để giải quyết vấn đề này một độ lợi cảm biến mới đƣợc định nghĩa để quyết định tính khả dụng của phổ. Giả sử trạm gốc tập trụng thông tin cảm biến từ N ngƣời dùng vô tuyến
59
nhận thức. Số lƣợng phát hiện sẽ tuân theo phân phối nhị thức B(N, Pd ). Tƣơng tự, số lƣợng cảnh báo sai cũng theo phân phối nhị thức B(N, Pf ). Do đó, để xác định ngƣỡng phát hiện Nth để cân bằng giữa xác suất lỗi phát hiện và xác suất cảnh báo sai, có phƣơng pháp tƣơng tự sau:
𝑃𝑜𝑛 1 − 𝐹𝑏𝑑𝑁𝑡 = 𝑃𝑜𝑓𝑓. 𝐹𝑏𝑑. 𝑁𝑡 (2.29)
Trong đó, Fbd là hàm phân bố tích lũy CDF (Cumulative Distribution Function) hay còn gọi là hàm phân phối xác suất của số lƣợng phát hiện và Fbf là CDF của số lần cảnh báo sai. Để sử dụng sơ đồ hợp tác này, tất cả ngƣời dùng vô tuyến nhận thức sẽ đƣợc đặt trong cùng một vùng hoạt động của ngƣời dùng sơ cấp. Nói một cách khác, tƣơng quan về không gian của những hoạt động của ngƣời dùng sơ cấp ở mỗi vị trí sẽ ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng của cảm biến hợp tác. Nếu có nhiều hoạt động của ngƣời dùng sơ cấp thì trạm gốc sẽ tính riêng xác suất phát hiện hợp tác của mỗi vùng. Sau đó, độ lợi cảm biến đƣợc tính nhƣ sau:
𝑃𝑑𝑐 = 1 − 1 − 𝑃𝑑,𝑖𝑐 (2.30) 𝑁𝑐𝑜𝑟𝑟 𝑖=1 𝑃𝑓𝑐 = 1 − 1 − 𝑃𝑓,𝑖𝑐 (2.31) 𝑁𝑐𝑜𝑟𝑟 𝑖=1
Trong đó, Ncorr là tổng số vùng hoạt động của ngƣời dùng sơ cấp. Trong vùng phủ của mạng vô tuyến nhận thức. 𝑃𝑑,𝑖𝑐 , 𝑃𝑓,𝑖𝑐 lần lƣợt là xác suất phát hiện hợp tác và xác suất cảnh báo sai của vùng hoạt động i của ngƣời dùng sơ cấp. Trong trƣờng hợp này, nếu không có một trong các vùng nào phát hiện thấy tín hiệu sơ cấp thì dải phổ đó đƣợc xác định là khả dụng nên xác suất lỗi phát hiện và xác suất cảnh báo sai không giống nhau nữa.
2.4.4.2 Thích ứng tham số cảm biến
Thông qua phƣơng thức phát hiện hợp tác vừa đƣợc giải thích ở trên, cả xác suất phát hiện và xác suất cảnh báo sai đều đƣợc cải tiến. Do vậy mà những giá trị này đã thay đổi so với khi tính toán trong giai đoạn tối ƣu tham số cảm biến. Vì vậy,
60
các tham số cảm biến cần phải đƣợc tối ƣu lại. Tuy nhiên, khi tối ƣu giá trị thời gian quan sát, chúng ta đã cân nhắc cả đến xác suất cảnh báo sai của mỗi ngƣời sử dụng đã đƣợc dùng để tính toán độ lợi cảm biến. Do đó, độ lợi cảm biến chỉ ảnh hƣởng đến giá trị thời gian truyền dẫn. Vì vậy, chỉ có giá trị thời gian truyền dẫn là cần đƣợc tối ƣu lại. Thông thƣờng dữ liệu cảm biến sẽ thay đổi theo thời gian do sự di chuyển và hoạt động truyền dẫn của ngƣời sử dụng. Cho dù có thay đổi hay không thì trạm gốc cũng sẽ tối ƣu lại thời gian truyền dẫn.
2.5 Kết luận chƣơng
Chƣơng 2 đã giới thiệu những kỹ thuật cảm biến phổ có thể áp dụng trong vô tuyến nhận thức. Nội dung của chƣơng đã làm rõ đƣợc những khó khăn và thách thức đã và sẽ gặp phải trong quá trình cảm biến một dải phổ trong mạng. Phần cuối chƣơng đƣa ra các cơ cấu tối ƣu cho cảm biến phổ giúp nhằm nâng cao hiệu quả của hoạt động cảm biến. Chƣơng 3 sẽ tiếp nối nội dung của chƣơng 2 với việc giới thiệu kỹ thuật dò năng lƣợng, một trong những kỹ thuật đƣợc sử dụng phổ biến trong việc cảm biến dải phổ tần số.
61
CHƢƠNG 3. KỸ THUẬT DÒ NĂNG LƢỢNG TRONG CẢM BIÊN PHỔ
3.1 Giới thiệu chƣơng
Cảm biến phổ là thách thức trong vô tuyến nhận thức. Kỹ thuật dò năng lƣợng (ED – Energy Detection) là một trong những phƣơng pháp cảm biến phổ phổ biến nhất trong mạng vô tuyến nhận thức. Chƣơng này tìm hiểu và phân tích hiệu năng của kỹ thuật dò năng lƣợng trong việc phát hiện ngƣời dùng sơ cấp. Phần mô phỏng chỉ ra xác suất phát hiện ngƣời dùng sơ cấp tăng lên đáng kể, tỷ lệ thuận với tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) và tỷ lệ nghịch với hệ số băng thông.