CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC
2.5. Các Mô Hình Mạng Vô Tuyến Nhận Thức
Mô hình về mạng vô tuyến nhận thức từ khi được đề xuất luôn phát triển với nhiều định nghĩa và mô hình khác nhau. Về cơ bản mạng vô tuyến nhận thức chia làm 3 mô hình như sau:
• Mô hình overlay.
• Mô hình underlay.
• Mô hình interweave.
2.5.1. Mô hình overlay
Trong mô hình overlay, điều kiện tiên quyết là người dùng thứ cấp cần có hiểu biết đầy đủ về bảng mã của người dùng chính. Bảng mã bao gồm tất cả hệ thống từ mã mà người sử dụng chính sử dụng. Các thông tin về bảng mã có được thông qua việc người sử dụng chính sử dụng từ mã theo một quy chuẩn chung hoặc toàn bộ bảng mã sẽ được quảng bá theo định kỳ. Một cách khác, các từ mã của người dùng chính có thể thu được bằng cách giải mã bởi bộ thu của người dùng thứ cấp. Tuy nhiên mô hình overlay giả định tất cả từ mã của người sử dụng chính đều đã được biết ngay sau người sử dụng chính bắt đầu phát đi tín hiệu của mình.
Giả định này không đúng với điều kiện thực tế, việc giải mã các từ mã ngay từ khi nhận được các tín hiệu đầu tiên tại phía thu của người dùng thứ cấp có thể bị ảnh hưởng bởi fadinh hay nhiễu. Việc hiểu biết các từ mã của người dùng chính đảm bảo cho việc giảm thiểu và tiến tới hoàn toàn không ảnh hưởng đến người dùng chính. Các hiểu biết về bảng mã có thể khai thác bằng nhiều kỹ thuật tinh vi khác nhau ví dụ như kỹ thuật Dirty Paper Coding [26].
Mặt khác, dựa vào đó người dùng thứ cấp có thể chia sẽ một phần công suất của mình để hỗ trợ một phần việc truyền dữ liệu của người dùng chính bằng cách đóng vai trò như một trạm Relay để chuyển tiếp tín hiệu. Tính năng này được thực hiện sẽ góp phần tăng SNR của người dùng chính, sự hỗ trợ này bù đắp lại những ảnh hưởng do người dùng vô tuyến nhận thức gây ra cho người dùng chính. Việc này giúp cho kết nối của người dùng chính được giữ nguyên, trong khi người sử dụng thứ cấp vẫn sử dụng một phần công suất để thực hiện truyền tải dữ liệu của mình.
Đặc biệt lưu ý là mô hình overlay có thể đăng ký cho cả băng tần đã hoặc chưa cấp phép. Trong băng tần được cấp phép, mô hình overlay chia sẽ sử dụng phổ tần mà không ảnh hưởng đến người dùng chính, hơn nữa góp phần cải thiện cho chính việc truyền tải dữ liệu của người dùng chính. Trong các phồ tần chưa cấp phép, mô hình sẽ cải thiện hiệu suất sử dụng phổ thông qua chia sẽ các hiểu biết về bảng mã để giảm nhiễu [24].
Hình 2. 5. Overlay.
2.5.2. Mô hình underlay
Trong mô hình underlay, giả định rằng có các kỹ thuật cho phép đo đạc được can nhiễu gây ra bởi các anten phát của người dùng nhận thức đến các người dùng chính. Trong đó yêu cầu người dùng nhận thức không gây ảnh hưởng đến các giao tiếp của hệ thống có sẵn tức là người dùng chính. Điều đó được thực hiện bằng cách giới hạn can nhiễu gây ra bởi người dùng nhận thức đến người dùng chính nằm dưới một mức ngưỡng nhất định. Việc hạn chế can nhiễu có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiều anten có định hướng để dẫn tín hiệu tránh xa vị trí của người dùng chính hay sử dụng một băng thông lớn hơn, thực hiện trải phổ ở phía phát của người dùng nhận thức để công suất tín hiệu nằm dưới mức nhiễu nền và sau đó thực hiện giải trải phổ ở phía thu. Các kỹ thuật dự kiến cho tương lai có thể bao gồm việc sử dụng kỹ thuật trải phổ ở băng tần siêu rộng Ultra wide band (UWD).
Các can nhiễu của người dùng nhận thức gây ra cho người dùng chính có thể được đo đạc bằng một ăng ten đặt tại khu vực của người dùng nhận thức. Đồng thời cần thực hiện giám sát tại phía phát của người nhận thức để đảm bảo công suất phát thỏa mãn các yêu cầu đảm bảo can nhiễu nằm trong giới hạn cho phép. Vì những giới hạn trên, hạn chế của mô hình underlay là việc trao đổi thông tin của người dùng nhận thức chỉ được thực hiện trong phạm vi hẹp. Tuy nhiên, mô hình underlay có thể sử dụng nhiều băng tần để phục vụ cho nhiều người dùng nhận thức khác nhau [9].
Hình 2. 6. Underlay.
2.5.3. Mô hình interweave
Mô hình interweave dựa trên ý tưởng về thông tin liên lạc cơ hội, và là ý tưởng ban đầu của hệ thống mạng vô tuyến nhận thức [13]. Ý tưởng dựa trên kết quả khảo sát của FCC cho thấy một phần lớn các tần số đã cấp phép là không sử dụng trong hầu hết thời gian. Nói cách khác, nó tồn tại những khoảng trống tần số không được sử dụng tại những không gian và thời gian xác định, đó được gọi là các hố phổ (hình 2.2). Các hố phổ bao gồm cả những băng tần được cấp phép hay chưa được cấp phép.
Hiệu suất phổ được cải thiện nhờ vào việc tái sử dụng tần số tại những phổ trống. Mô hình interweave yêu cầu những hiểu biết về các hoạt động thu phát tại từng thời điểm của người dùng chính. Điểm mở rộng của mô hình interweave là
việc với một băng tần cho trước, tất cả những người đang sử dụng băng tần được coi là người dùng chính, và mỗi người dùng mới khi tham gia sử dụng được coi là người dùng nhận thức, và sẽ tận dụng lại các phổ trống của những người dùng đã tồn tại.
Tổng quát, mô hình interweave là một hệ thống thông tin không dây thông minh, bằng các kỹ thuật giám sát định kỳ để phát hiện tự động các hố phổ và tận dụng các phổ trống để nâng cao hiệu suất phổ. Các kỹ thuật để xử lý tín hiệu và phát hiện hố phổ được trình bày trong [10].
underlay overlay interweave
Thông tin về kênh truyền:
phía phát của người dùng vô tuyến nhận thức cần biết thông về kênh truyền để đảm bảo không gây can nhiễu cho phía thu của người dùng chính.
Thông tin về bảng mã:
người dùng nhận thức cần nắm bảng mã mà người dùng chính sử dụng.
Thông tin về hoạt động:
người dùng nhận thức cần nắm được các thông tin về hoạt động của người dùng chính để phát hiện hố phổ (thời gian, địa điểm, tần số).
Người dùng nhận thức có thể truyền đồng thời cùng lúc với người dùng chính và phải đảm bảo nhiễu gây ra thấp hơn mức ngưỡng xác định.
Người dùng nhận thức có thể truyền đồng thời cùng lúc với người dùng chính, một phần công suất của người dùng nhận thức được sử dụng cho việc relay tín hiệu cho người dùng chính, điều này làm đảm bảo SNR của người dùng chính.
Người dùng chính và người dùng nhận thức không thể truyền dữ liệu đồng thời cùng nhau.
Công suất của người dùng nhận thức bị giới hạn bởi yêu cầu về nhiễu.
Người dùng nhận thức có thể có công suất phát tùy ý, với điều kiện thực hiện relay tín hiệu cho người dùng chính đảm bảo SNR cho người dùng chính.
Công suất phát của người dùng nhận thức phụ thuộc vào độ rộng của phổ trống.
Bảng 2. 1. Tóm lượt ba mô hình cơ bản của mạng vô tuyến nhận thức.