3 CHƯƠNG GIẢI PHÁP TÁI CẤU HÌNH CHO BỘ TỔ HỢP TẦN
3.7Kết luận chương 3
Chương 3 đã đề xuất mô hình bộ THTS có cấu trúc lai DDS+PLL cho CR. Cấu trúc và cơ chế hoạt động của bộ THTS được phân tích chi tiết, đặc biệt ở các tham sốđộ ổn định tần số, tốc độ khóa tần số và mức tiêu thụ năng lượng. Trên cơ sởđó một giải pháp tái cấu hình cho bộ THTS được đề xuất.
Bộ PLL hoạt động với mục tiêu đạt được điểm làm việc tối ưu trong các chế độ hoạt động khác nhau: (i) Hiệu năng cao: không có ràng buộc về năng lượng tiêu thụ. Bộ PLL có thời gian điều hưởng nhanh nhất. (ii) Tiết kiệm năng lượng: bộ PLL hoạt động tại điểm làm việc mà năng lượng tiêu thụ tối thiểu khi điều hưởng tần số. (iii) Giới hạn công suất: Công suất tiêu thụ tối đa được phép trong chế độ tăng tốc không được vượt quá một giá trịđặt trước.
Các đường đặc tuyến tổng quát cho các tham số thời gian điều hưởng tần số, công suất tiêu thụ trung bình và năng lượng tiêu thụ trong khi điều hưởng của bộ PLL đã được xây dựng và phương pháp chọn điểm làm việc cho bộ PLL trong các chế độ hoạt động khác nhau đã được đề xuất. Bộ PLL có thể tái cấu hình, được điều khiển bằng thuật toán phần mềm. Thời điểm chuyển trạng thái khóa tần số được tính toán bằng phần mềm thay vì sử dụng một bộ phát hiện khóa bằng mạch phần cứng như các bộ PLL khóa nhanh khác, làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của bộ PLL nhưng vẫn đảm bảo đạt được thời gian khóa nhanh. Kết quả nghiên cứu được công bố trong [4].
Bộ DDS được sử dụng làm tần số tham chiếu cho bộ PLL, cho phép bộ PLL sử dụng bộ chia phản hồi có hệ số N nhỏ, làm giảm nền tạp và đạt được độ phân giải tần số đầu ra nhỏ, vượt qua nhược điểm giới hạn độ phân giải bằng tần số tham chiếu trong các bộ PLL sử dụng tần số tham chiếu cố định. Kết quả nghiên cứu được công bố trong [2].
KẾT LUẬN
Vô tuyến nhận thức (CR) đang là xu hướng phát triển của thông tin liên lạc không dây trong hiện tại và tương lai. Mô hình CR điển hình được tạo nên từ một bộ máy nhận thức kết hợp với một nền tảng vô tuyến định dạng mềm (SDR). Trong một thiết bị CR hay một mạng CR điển hình, cảm nhận phổ là một trong những chức năng quan trọng, được thực hiện trên nền SDR.
Trong một mô hình CR, đặc biệt là các máy thu CR dải rộng, bộ tổ hợp tần số (THTS) đóng vai trò thiết yếu. Để đáp ứng được yêu cầu làm việc từ CR, THTS cần phải có khả năng tái cấu hình tham số. Hai tham số quan trọng là thời gian điều hưởng tần số và công suất tiêu thụ bộ THTS.
A. Các kết quả của luận án
Luận án đã nghiên cứu các vấn đề tổng quan về hệ thống CR, SDR, bài toán cảm nhận phổ trong CR, và vấn đề tái cấu hình các khối chức năng ở phần số và phần tương tự trong mô hình SDR thực tế điển hình. Luận án đã chỉ ra các tham số quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của CR cho bài toán cảm nhận phổ, đó là thời gian cảm nhận và mức tiêu thụ năng lượng nguồn cung cấp. Trên cơ sở đó luận án đề xuất giải pháp xử lý tín hiệu số cho phần thuật toán cảm nhận phổ, và giải pháp xử lý tín hiệu tương tự cho bộ THTS để cải thiện các tham số trên.
B. Đóng góp mới của luận án
1. Đề xuất giải pháp cảm nhận phổ dải rộng cho hệ thống thông tin CR nhằm tăng tốc độ cảm nhận và vẫn đảm bảo độ chính xác phát hiện tín hiệu so với phương thức phát hiện năng lượng kinh điển. Giải pháp được thể hiện bằng mô hình bộ cảm nhận phổ thích nghi dải rộng (WSB) cho CR với thuật toán điều chỉnh tốc độ lấy mẫu FFT để nâng cao khả năng phát hiện với các dạng tín hiệu có thành phần pilot. Các tham số về tạp và tín hiệu ở các kênh trong dải tần làm việc của CR được đánh giá và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu,
sau đó được sử dụng làm tham số khởi tạo thuật toán cảm nhận cho từng kênh. Với yêu cầu về xác suất phát hiện Pd lớn hơn 0,9, bộ WSB được cấu hình động, có thể phát hiện tín hiệu nhỏ tới ngưỡng -19 dB. Thuật toán đạt được độ lợi đến 3,6 dB khi phát hiện pilot so với bộ phát hiện không có tính năng điều chỉnh tốc độ lấy mẫu.
2. Đề xuất giải pháp tái cấu hình cho bộ THTS có cấu trúc lai DDS kết hợp PLL, nhằm tối ưu hóa tốc độ điều hưởng và năng lượng tiêu thụ. Bộ PLL thiết kế bằng công nghệ CMOS, có thể được tái cấu hình trong các chế độ hoạt động: (i) Điều hưởng nhanh nhất; (ii) Năng lượng tiêu thụ nguồn cung cấp tối thiểu; (iii) Giới hạn công suất tiêu thụ trung bình. Phương pháp tổng quát chọn điểm làm việc cho bộ PLL trong các chế độ hoạt động khác nhau được đề xuất. Thời điểm chuyển trạng thái khóa tần số được tính toán bằng phần mềm thay vì sử dụng một bộ phát hiện khóa bằng mạch phần cứng như các bộ PLL khóa nhanh khác. Bộ DDS được sử dụng làm tần số tham chiếu cho bộ PLL, cho phép giảm nền tạp nội bộ và đạt được độ phân giải tần số đầu ra tốt hơn so với các bộ PLL sử dụng tần số tham chiếu cốđịnh.
C. Hướng phát triển của luận án
Trong nội dung nghiên cứu của luận án, đối với mô hình bộ cảm nhận phổ dải rộng, tác giả mới giới hạn phạm vi nghiên cứu với mô hình tạp âm cộng trắng Gauss. Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án sẽ hướng đến các mô hình tạp âm màu khác nhau. Đối với bài toán tiết kiệm năng lượng cho thiết bị CR, luận án mới giới hạn ở giải pháp cho bộ tổ hợp tần số, chưa mở rộng ra các khối chức năng khác. Đây cũng sẽ là hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Vũ Lê Hà, Phạm Thanh Hùng (2009), “Tự động giám sát kênh thông tin vô tuyến sử dụng khối phân tích phổ trong máy thu thiết lập bằng phần mềm trên nền FPGA”. Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự,
Số 3/2009, tr.48-53.
2. Vũ Lê Hà, Trần Việt Hải, Phan Hồng Minh (2010), “Thiết kế bộ tổ hợp tần số nhảy tần tốc độ cao sử dụng linh kiện tổ hợp tần số tốc độ thấp và FPGA tốc độ cao”. Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, Số 10/2010, tr.26-30.
3. Vũ Lê Hà (2014), “Bộ cảm nhận phổ thích nghi cho hệ thống vô tuyến thông minh (Cognitive Radio)”, Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ
quân sự, Số 30, 4/2014, tr.46-52.
4. Vũ Lê Hà (2015), “Bộ PLL tái cấu hình cho vô tuyến nhận thức”, Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự. Số 35, 02/2015, tr.50-58.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Dương Tử Cường (2001), Xử lý tín hiệu số, NXB KH&KT, Hà Nội.
2. Đới Thị Lan, Trịnh Quang Kiên, Lê Thanh Bằng, Hoàng Văn Toàn, Trần Xuân Nam (2013), “Thực hiện kỹ thuật cảm biến phổ phát hiện năng lượng trong mạng vô tuyến nhận thức trên FPGA”, Tạp chí nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự, trang 27-32, Số 24, 04.2013.
3. Phạm Duy Phong (2013), Thuật toán ước lượng các tham số của tín hiệu trong hệ thống thông tin vô tuyến, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Nghiên cứu Điện tử - Tin học - Tự động hóa, Hà Nội.
4. Vũ Lê Hà, Bạch Nhật Hồng (2009), “Thiết kế máy thu FM thiết lập bằng phần mềm”, Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, (Số 3/2009), tr.41-47.
5. Trần Việt Hải, Vũ Lê Hà, Phan Văn Việt (2010), “Về một phương pháp nâng cao chất lượng hệ thống thông tin giám sát, điều khiển cho lực lượng Bộ đội biên phòng và Cảnh sát biển”. Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, (Số 10/2010), tr.20-25.
Tiếng Anh
6. Aamna Anil (2010), “A high efficiency charge pump for low voltage devices”, International Journal of Power System Operation and Energy Management, ISSN (PRINT): 2231 – 4407, Volume-2, Issue-3,4
7. Analog Devices (2012), “Evaluation Board for the ADF4351 Fractional-N PLL Frequency Synthesizer,'' Tech. Rep., 2012. [Online Available] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
8. Arslan Huseyin (2007), Cognitive Radio, Software Defined Radio, and Adaptive Wireless Systems, Springer, The Netherlands.
9. Austin Harney, Grzegorz Wawrzola (2011), “Power Management Design for PLLs”, Analog Dialogue 45-09, September (2011).
10.Baker R. Jacob (2011), CMOS: Circuit Design, Layout and Simulation, John Wiley and Sons, 2011.
11.Bishop A. J., Roberts G. W., Blostein M.L. (1992), “Adaptive phase locked loop for video signal sampling,” in Proc. IEEE ISCAS’92, San Diego, CA, May 1992, pp. 1664-1667
12.Bosner W. (1998), “SPEAKeasy Military Software Defined Radio”, in Proc. International Symposium on Advanced Radio Technologies, 1998. 13.Bouzegzi A., Jallon P., Ciblat P. (2008), “Matched filter based algorithm
for blind recognition of OFDM systems”, IEEE Vehicular Technology Conference.
14.Cabric D., Mishra S. M., Brodersen R. W. (2004), “Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios”, in Proc. Asilomar Conf. on Signals, Systems, and Computers, vol. 1, pp. 772-776
15.Cabric D., Tkachenko A., Brodersen R. (2006), “Spectrum sensing measurements of pilot, energy, and collaborative detection”, in Proc. IEEE Military Commun. Conf., Washington, D.C., USA,pp. 1–7.
16.Carlos C., (Aug 2007), “Spectrum sensing for dynamic spectrum access of TV band”, in Proc.2th International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications.
17.Chang S.Y. (2006), “Analysis of Proposed Sensing Schemes”, IEEE 802.22-06/0032r0.
18.Chen S.C., Chang C.J., Gau R.H. (2012), “A Two-Phase and Two-Period Spectrum Sensing Scheme Using High-Layer Information for Cognitive Radio Networks”, 978-1-4577-1719 IEEE.
19.Cooley J., Tukey J. (1965), “An Algorithm for the machine calculation of complex fourier series”, Machine calculation of complex fourier serie. 20.Cosovic I., Jondral F. K., Buddhikot M., Kohno R. (2008), Cognitive
Radio and Dynamic Spectrum Sharing Systems. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking.
21.Dandawaté A.V., Giannakis G.B. (1994), “Statistical tests for presence of cyclostationarity”, IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 42, Issue 9, pp 2355-2369.
22.Digham F., Alouini M., Simon M. (2003), “On the Energy Detection of Unknown signals over Fadings Channels”, in Proc. IEEE Int. Conf. on Commun. (ICC'03).
23.Dominique Noguet (2009), “Sensing techniques for Cognitive Radio - State of the art and trends, - A White Paper”, IEEE SCC 41, France.
24.Du Xiaoming, Zhang Jun, (2011), “DDS phase-locked swept source and study design”, 2011 International Conference on Computer Science and Network Technology
25.El-Laithy Dina M., Zekry Abdelhalim, Abouelatta Mohamed (2013), “Speeding-up Phase-Locked Loops based on Adaptive Loop Bandwidth”,
International Journal of Computer Applications (0975 – 8887), Volume 61– No.3, January 2013
26.Ganesan G., Li Y. (2005), “Agility improvement through cooperative diversity in cognitive radio”, in Proc. IEEE Global Telecomm. Conf. (Globecom), vol. 5, St. Louis, Missouri, USA, pp. 2505–2509.
27.Ganesan G, (2005), “Cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks”, in Proc. IEEE Int. Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, Baltimore, Maryland, USA, pp. 137–143. 28.Gardner W.A, (1988), Statistical Spectral Analysis: A Nonprobabilistic
Theory, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
29.Gardner W.A., Zivanovic G. (1991), “Degrees of cyclostationary and their application to signal detection and estimation”,Signal Processing,
Vol.22,No3.
30.Gardner W.A., Spooner M. (1992), "Signal Interception: Performance Advantages of Cyclic-Feature Detectors", IEEE Transactions on Communications, vol. 40, no. 1, pp. 149-159.
31.Gardner W.A., (1994), Cyclostationarity in Communications and Signal Processing, IEEE Press.
32.George Thomas (2012), “Situation Awareness Issues in Tactical Cognitive Radio”, 2012 IEEE International Multi-Disciplinary Conference on Cognitive Methods in Situation Awareness and Decision Support, New Orleans, LA.
33.Ghozzi M., Dohler M., Marx F., Palicot J. (2006), "Cognitive radio: methods for the detection of free bands", Comptes Rendus Physique, Elsevier, volume 7, pp 794-804.
34.Gholamipour A. (2011), “Reconfigurable Filter Implementation of a Matched-filter Based Spectrum Sensor for Cognitive Radio Systems”,
978-1-4244-9474-3/11/IEEE (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
35.Goertzel Gerald (1958), “An Algorithm for the Evaluation of Finite Trigonometric Series”, The American Mathematical Monthly, Vol. 65, No. 1, pp. 34-35.
36. Govind Singh Patel1, Sanjay Sharma (2010), “Comparative Study of PLL, DDS and DDS-based PLL Synthesis Techniques for Communication System”, International Journal of Electronics Engineering, 2(1), pp. 35-40
37.Han Trong Thanh, Tran Ngoc Ha, Vu Van Yem (2013), “Novel direction finding algorithm based on phase locked loop with low computational complexity”, Advanced Technologies for Communications (ATC), 2013 International Conference, Oct. 2013, pp 437 – 442, ISSN:2162-1020, Ho Chi Minh City, IEEE
38.Hassani J. Y., Kamarei M. (2001), “A Flexible Method of LUT Indexing in Digital Predistortion Linearization of RF Power Amplifiers”, in Proc.
IEEE International Symposium on Circuits and Systems, vol. 1, Sydney, NSW, Australia, pp. 53–56.
39.Hurd H.L., Gerr N.L. (1991), “Graphical methods for determining the presence of periodic correlation”, Journal of Time Series Analysis, Vol. 12, No. 4, p. 337 – 350.
40.Hwang I., Song S., Kim S. (2001), “A digitally controlled phase-locked loop with a digital phase-frequency detector for fast acquisition”, IEEE J. Solid-State Circuits, pp. 1574-1581, Oct. 2001
41.Jan Doutreloigne (2009), “Power Efficiency Optimization of Fully Integrated Dickson Charge Pumps”, Proceedings of the 9th WSEAS International Conference on Microelectronics, Nanoelectronics, Optoelectronics.
42. João Gonçalves, Jorge R. Fernandes, Manuel M. Silva (2006), “A Reconfigurable Quadrature Oscillator Based on a Direct Digital Synthesis System ”, DCIS 2006
43.Jones S. D., Jung E., Liu X., Merheb N., Wang I. J. (2007), “Characterization of spectrum activities in the U.S. public safety band for opportunistic spectrum access”, in Proc. IEEE Int. Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, Dublin, Ireland, pp. 137–146.
44.Jung Hoiyoon (2011), “Non-uniform spectrum sensing using computationally efficient 2-level (FFT-Goertzel) based Energy Detection”, 978-1-4577-1268-5/11/IEEE.
45.Jung H., Lim S., Jang J.B. (2011), “Novel Incremental Spectrum Sensing Method Based on Sequential Tone Detection”, IEEE
46.Kang Cheng Wei (2013), “Low voltage charge pump circuit using 0.18 µm CMOS Technology”, Électronique et transmission de l’information
47.Keliu Shu, Edgar Sanchez-Sinencio (2005), CMOS PLL Synthesizers: Analysis and Design, 2005, Springer Science + Business Media, Inc.
48.Kolodzy et al P.. (2001), “Next generation communications: Kickoff meeting”, in Proc. DARPA.
49.Koch R. (2001), “Linearization: Reducing distortion in power amplifiers”,
IEEE Microwave, vol. 2, pp. 37–49.
50.Kyeong Jin Kim, Trung Q. Duong, Xuan-Nam Tran (2012), “Performance Analysis of Cognitive Spectrum-Sharing Single-Carrier Systems With Relay Selection”, IEEE Trans On Signal Proc, Vol. 60, No. 12, 2012
51.Lee J., Kim B. (2000), “A low-noise fast-lock phase-locked loop with adaptive bandwidth control”, IEEE J. Solid-State Circuits,vol. 35, pp. 1137-1145, Aug. 2000
52.Liesbet Van der Perre, Jan Craninckx, Antoine Dejonghe (2009), Green Software Defined Radios - Enabling seamless connectivity while saving on hardware and energy, Springer
53.Lin Min-Chuan, Tsai Guo-Ruey, Tu Yung-Chin, Chang Tai-Hsiung, Lin Ching-Hu (2008), “FPGA based spectrum analyzer with high area efficiency by Goertzel algorithm”, Congress on Image and Signal Processing, IEEE 2008.
54.Lo C., Luong H. (2002), “A 1.5-V 900-MHz monolithic CMOS fast- switching frequency synthesizer for wireless applications,” IEEE J. Solid- State Circuits, Vol. 37, pp. 459-470, Apr.2002
55. Maletić N., Galić J., Šajić S., Veletić M. (2012), “FH-SS DDS-PLL based Frequency Synthesizer”, IX Symposium Industrial Electronics INDEL 2012, Banja Luka
56.Matheson R. (2003), “The electrospace model as a frequency management tool”, in Int. Symposium On Advanced Radio Technologies, Boulder, Colorado, USA, pp. 126–132.
57.McHenry M., Livsics E., Nguyen T., Majumdar N. (2007), “XG dynamic spectrum sharing field test results”, in Proc. IEEE Int. Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, Dublin, Ireland, pp. 676–684.
58.Mishra S., Sahai A., Brodersen R. (2006), “Cooperative sensing among cognitive radios,” in Proc. IEEE Int. Conf. Commun., vol. 2, Istanbul, Turkey, pp. 1658–1663.
59.Mitola .J (2000), Cognitive Radio: An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio, Ph.D. dissertation, Royal Inst. of Tech., Sweden. 60.Mourad Barkat (2005), Signal Detection and Estimation, Artech House 61.Neihart N.M., Roy S., Allstot D.J. (2007), "A parallel multi-resolution
sensing technique for multiple antenna cognitive radios", IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 2530-2533
62.National Instrument (2006), “Reducing the Effects of Noise in a Data Acquisition System by Averaging”, Tutorial.
63.Norouzi M., Guenther B., Wu Z., Zhou C. (2011), “Hybrid Smoothing Method (HSM) in Cyclostationary Signal Detection for Cognitive Radio”, 978-1-4244-8327-3/11/ IEEE. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
64.Olabiyi O., Annamalai A. (2012), “Extending the Capability of Energy Detector for Sensing of Heterogeneous Wideband Spectrum”, 2nd IEEE International Workshop on Densely Connected Networks.
65.Park J., Park S. R., Roh H. J., Koo K. H. (2001), “Power Amplifier Back- off Analysis with AM-to-PM for Millimeter-wave OFDM Wireless LAN”, in Proc. IEEE Radio and Wireless Conference, Waltham, MA, USA, pp.
189–192.
66.Pham Duy Phong, Dang Trung Chinh, Vu Van Yem, Nguyen Van Khang (2010), “A More Practical Spectrum Sensing Technique in Cognitive Radio Networks”, The 2010 International Conference on Advanced