Phân bổ công suất trong mạng vô tuyến thông minh dựa trên nền tảng OFDM

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Với nhu cầu ngày càng tăng về loại hình dịch vụ, tốc độ và chất lượng truyền dẫn
vô tuyến dẫn đến đòi hỏi phả nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần hiện nay. Vô
tuyến thông minh (Cognitive Radio) là một công nghệ truy cập phổ tần động hứa
hẹn sẽ cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần tĩnh như hiện nay bằng cách tìm ra
những phổ tần chưa được sử dụng (hố phổ) và chia sẻ chúng với những người sử
dụng Vô tuyến thông minh. Tuy nhiên, khi sử dụng phổ tần, người dùng Vô
tuyến thông minh luôn phải đảm bảo không gây nhiễu với những người dùng
chính (người dùng được cấp phép sử dụng phổ tần đó). Việc áp dụng kỹ thuật
ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM với khả năng cảm nhận và tạo
dạng phổ một cách linh hoạt và thích ứng vào Vô tuyến thông minh là một sự lựa
chọn đầy hứa hẹn. Đồ án tốt nghiệp “Phân bổ công suất trong mạng Vô tuyến
thông minh dựa trên nền tảng OFDM” của sinh viên Nguyễn Tiến Tĩnh lớp
D2007VT3 đã đi sâu vào nghiên cứu việc sử dụng OFDM trong Vô tuyến thông
đảm bảo người dùng chính không bị ảnh hưởng nhiễu từ người dùng vô tuyến
thông minh bằng cách xem xét ràng buộc công suất các kênh con và công suất
tổng trong hệ thống OFDM.
Trong thời gian thực hiện đồ án, sinh viên Nguyễn Tiến Tĩnh đã thể hiện được
cách học tập và nghiên cứu tích cực, chủ động và có trách nhiệm.
Đề nghị Hội đồng cho phép sinh viên được bảo vệ và công nhận tốt nghiệp.

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….)
Ngày tháng năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….)

Ngày tháng năm 2011

Giáo viên phản biện

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Mục lục

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 ii
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÔ TUYẾN THÔNG MINH 3
1.1. Giới thiệu chương 3
1.2. Định nghĩa “Vô tuyến thông minh” 3
1.3. Hoạt động của vô tuyến thông minh 4
1.4. Các chức năng chính của vô tuyến thông minh 6
1.4.1. Cảm nhận phổ 7
1.4.2. Quản lý phổ 10
1.4.3. Dịch chuyển phổ 11
1.4.4. Chia sẻ phổ 11
1.5. Kiến trúc Vật lí của Vô tuyến thông minh 12
1.6. Mô hình thực hiện Vô tuyến thông minh 15
1.6.1. Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR). 15
1.6.2. Mô hình thực hiện Vô tuyến thông minh 16
1.7. Kết luận chương 1 20
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC
GIAO (OFDM) 21
2.1. Giới thiệu chương 21
2.2. Khái niệm OFDM 21
2.3. Nguyên lý cơ bản của OFDM 21
2.4. Mô hình hệ thống OFDM 24
2.5. Các kỹ thuật điều chế số sử dụng trong OFDM 27
2.5.1. Điều chế QPSK 27
2.5.2. Điều chế QAM 28
2.6. NC-OFDM 29
2.6.1. Khái niệm NC-OFDM 29
2.6.2. Cấu trúc khung của NC-OFDM 30
2.6.3. Hiệu năng của NC-OFDM 33

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Mục lục

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 iii
2.7. Ưu nhược điểm của OFDM 35
2.8. Kết luận chương 2 36
CHƯƠNG 3. VÔ TUYẾN THÔNG MINH TRÊN NỀN OFDM 38
3.1. Giới thiệu chương 38
3.2. Vô tuyến thông minh – OFDM 38
3.3. Tại sao OFDM thích hợp với Vô tuyến thông minh 40
3.3.1. Khả năng nhận biết và cảm nhận phổ 40
3.3.2. Tạo dạng phổ 41
3.3.3. Thích ứng với môi trường 43
3.3.4. Các kỹ thuật anten nâng cao 43
3.3.5. Đa truy nhập và cấp phát phổ tần 44
3.3.6. Khả năng tương tác 44
3.4. Các thách thức đối với hệ thống OFDM thông minh 45
3.4.1. Tạo dạng phổ 46
3.4.2. Thiết kế thuật toán cắt xén hiệu quả 46
3.4.3. Báo hiệu các tham số truyền dẫn 47
3.4.4. Sự đồng bộ 47
3.4.5. Nhiễu lẫn nhau 47
3.5. OFDM đa băng tần 50
3.6. Các chuẩn và công nghệ OFDM thông minh 53
3.6.1. WiMAX - IEEE 802.16 53
3.6.2. IEEE 802.22 57
3.6.3. IEEE 802.11 58
3.7. Kết luận chương 3 60
CHƯƠNG 4. PHÂN BỔ CÔNG SUẤT TRONG MẠNG VÔ TUYẾN THÔNG
MINH DỰA TRÊN NỀN OFDM 61

4.1. Giới thiệu chương 61
4.2. Mô hình hệ thống 62
4.2.1. Hệ thống vô tuyến thông minh và giới hạn công suất nhiễu 62
4.2.2. Vô tuyến thông minh – OFDM và ràng buộc công suất phát trên mỗi kênh
con 63
4.3. Phân bổ công suất cho hệ thống Vô tuyến thông minh – OFDM không xét
tới các sóng mang con lân cận. 65
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Mục lục

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 iv
4.3.1. Phân bổ công suất trong các hệ thống OFDM thông thường 65
4.3.2. Phân bổ công suất trong các hệ thống Vô tuyến thông minh-OFDM 66
4.3.3. Thuật toán đổ đầy nước phân chia lặp: Điều kiện công suất phát tổng 67
4.4. Phân bổ công suất đối với các hệ thống Vô tuyến thông minh – OFDM có
xét tới các sóng mang con bên. 71
4.4.1. Viết lại công thức bài toán phân bổ công suất. 72
4.4.2. Phân bổ công suất trong trường hợp hai ràng buộc bất đẳng thức tuyến
tính trọng số khác không. 74
4.4.3. Thuật toán phân bổ công suất đệ quy cho các trường hợp tổng quát 76
4.5. Kết quả mô phỏng 78
4.6. Kết luận chương 4 81
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84
PHỤ LỤC 85
Phụ lục 1. Chứng minh định lý 1 85
Phụ lục 2. Chứng minh định lý 2 88
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Danh mục hình vẽ

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Minh họa hố phổ 5
Hình 1.2. Chu trình thông minh 5
Hình 1.3. Các chức năng truyền thông trong mạng Vô tuyến thông minh. 6
Hình 1.4. Phân loại các kỹ thuật cảm nhận phổ. 7
Hình 1.5. Mô hình nhiệt nhiễu 9
Hình 1.6. Phân loại các công nghệ chia sẻ phổ tần 11
Hình 1.7. Kiến trúc vật lí của Vô tuyến thông minh 13
Hình 1.8. Cấu trúc tổng quát bộ thu phát SDR 15
Hình 1.9. So sánh giữa Vô tuyến thông thường, Vô tuyến được định nghĩa bằng phần
mềm và Vô tuyến thông minh. 16
Hình 1.10. Quan hệ giữa Vô tuyến thông minh và SDR 17
Hình 1.11. Sơ đồ khối thực hiện Vô tuyến thông minh dựa trên SDR. 18
Hình 1.12. Kiến trúc phân lớp tổng quát cho Vô tuyến thông minh 19
Hình 2.1. Đa sóng mang trực giao (a) và đa sóng mang thông thường (b) 22
Hình 2.2. Phổ của một sóng mang con OFDM đơn lẻ 23
Hình 2.3. Phổ của ký hiệu OFDM 23
Hình 2.4. Sơ đồ khối tổng quát của một bộ thu phát OFDM 25
Hình 2.5. Biểu đồ tín hiệu QPSK 28
Hình 2.6. Chùm tín hiệu M-QAM 29
Hình 2.7. Phổ tần của các sóng mang con NC-OFDM 30
Hình 2.8. Sơ đồ tổng quát của một bộ thu phát NC-OFDM sử dụng khối Lựa chọn
sóng mang con trống. 31
Hình 2.9. Hiệu năng BER của bộ thu phát NC-OFDM (các đường liền nét) và MC-
CDMA (các đường gạch) đối với mức độ chiếm giữ (ISO) phổ thay đổi. 34
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống vô tuyến thông minh dựa trên OFDM. 39
Hình 3.2. Cảm nhận và tạo dạng phổ sử dụng OFDM 42
Hình 3.3. Các công nghệ vô tuyến dựa trên OFDM 45
Hình 3.4. Các thách thức trong hệ thống Vô tuyến thông minh và OFDM 46

Hình 3.5. Mật độ phổ công suất của một sóng mang con OFDM 48
Hình 3.6. Cửa sổ cosin tăng với các giá trị roll-off (β) khác nhau. 49
Hình 3.7. Hiệu ứng trượt (roll-off) trên PSD của một sóng mang con OFDM đơn lẻ. . 49
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Danh mục hình vẽ

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 vi
Hình 3.8. Lấp các hố phổ sử dụng tín hiệu SB-OFDM hoặc MB-OFDM. 51
Hình 3.9. Lấp các hố phổ sử dụng các tín hiệu SB-OFDM hoặc MB-OFDM. 52
Hình 3.10. Các băng con của các hệ thống UWB dựa trên MB-OFDM trong miền tần
số. 53
Hình 3.11. Minh họa cấu trúc tín hiệu OFDMA sử dụng trong WiMAX 55
Hình 3.12. Sự phát triển các chuẩn và các công nghệ 59
Hình 4.1. Mô hình hệ thống Vô tuyến thông minh 62
Hình 4.2. Phổ của SU trong các hệ thống Vô tuyến thông minh – OFDM 63
Hình 4.3. Lược đồ thu phát của SU trong các hệ thống Vô tuyến thông minh – OFDM
64
Hình 4.4. Tối ưu phân bổ công suất trong các hệ thống OFDM thông thường. 66
Hình 4.5. Sự phân bổ công suất tối ưu với các điều kiện công suất phát kênh con. 68
Hình 4.6. Quá trình đổ đầy nước phân chia lặp 79
Hình 4.7. Phân bổ công suất tối ưu bởi RPA 80
Hình 4.8. Phân bổ công suất tối ưu bằng IPW không xét tới các sóng mang cạnh bên
80

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Danh mục bảng biểu

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số của điều chế QPSK 28

Bảng 2.2. So sánh chất lượng của hệ thống MC-CDMA, OFDM và NC-OFDM 33
Bảng 3.1. Các chuẩn vô tuyến dựa trên OFDM 39
Bảng 3.2. Vô tuyến thông minh OFDM 40
Bảng 3.1. Các đặc tính anten nâng cao của WiMAX. 55
Bảng 4.1. Thuật toán IPW dưới Điều kiện Công suất phát tổng. 69
Bảng 4.3. Thuật thuật toán phân bổ công suất cho bài toán với hai ràng buộc bất đẳng
thức tuyến tính trọng số khác không. 76
Bảng 4.4. Thuật toán RPA cho bài toán với M+1 ràng buộc bất đẳng thức tuyến tính
trọng số khác không. 76

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Các thuật ngữ viết tắt

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 viii
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ
Tên Tiếng Anh
Nghĩa Tiếng Việt
AAS
Adaptive Antenna System
Hệ thống anten thích ứng
AMC
Adaptive MIMO Switch
Chuyển mạch MIMO thích ứng
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Nhiễu Gauss trắng cộng
BER
Bit Error Rate
Tốc độ lỗi bít

BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
CINR
Carrier-to-Interference Noise
Ratio
Tỷ số nhiễu trên sóng mang
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
CR
Cognitive Radio
Vô tuyến thông minh
CSI
Channel State Information
Thông tin trạng thái kênh
D/A
Digital to Analog
Số sang tương tự
DFS
Dynamic Frequency Selection
Lựa chọn tần số động
DFT
Discrete Fourier Transform
Chuyển đổi Fourier rời rạc
DVB
Digital Video Broadcasting
Truyền hình số quảng bá
DVB-T
Digital Video Broadcasting –

Terrestrial
Truyền hình số quảng bá mặt đất
ETSI
European Telecommunications
Standards Institute
Viện các tiêu chuẩn và Viễn thông
châu Âu
FCC
Federal Communications
Commission
Ủy ban Truyền thông Liên bang
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số
FFT
Fast Fourier Transform
Chuyển đổi Fourier nhanh
FHDC
Frequency Hopping Diversity
Coding
Mã hóa phân tập nhảy tần
FRC
Federal Radio Commission
Ủy ban Vô tuyến Liên bang
I/Q
In-phase and Quadrature-phase
Trong pha và pha vuông góc
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Các thuật ngữ viết tắt

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 ix
ICI
Inter-Carrier Interference
Nhiễu liên sóng mang
IDFT
Inverse Discrete Fourier
Transform
Chuyển đổi Fourier rời rạc ngược
IETF
Internet Engineering Task Force
Ủy ban chuyên trách về Internet
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Chuyển đổi Fourier nhanh ngược
IPD
Incumbent Profile Detection
Bộ phát hiện các thông tin về hoạt
động của thuê bao được cấp phép
IPW
Iteractive Partitioned Water-
filling
Đổ đầy nước phân chia lặp
ISI
Inter-symbol Interference
Nhiễu liên ký tự
ITM
Interfence Temperature Model
Mô hình nhiệt nhiễu
ITMA

Interfence Temperature Multiple
Access
Đa truy nhập theo mô hình nhiệt
nhiễu
JRRM
Joint Radio Resource
Management
Quản lí Tài nguyên Vô tuyến chung
LAN
Local Area Network
Mạng vùng nội hạt
MAN
Metropolitan Area Network
Mạng vùng trung tâm
MC-CDMA
Multi-Carrier Code Division
Multiplexing Access
Đa truy nhập phân chia theo mã đa
sóng mang
MCM
Multi-Carrier Modulation
Điều chế đa sóng mang
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Hệ thống đa đầu vào đa đầu ra
NC-OFDM
Non-Contiguous Orthogonal
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao không liên tục
NTIA
National Telecommunication
and Information Administration
Cơ quan quản lý Viễn thông và
Thông tin Quốc gia
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
P/S
Parallel-to-Serial
Song song sang nối tiếp
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Các thuật ngữ viết tắt

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 x
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình
PSK
Phase Shift Keying
Khóa dịch pha

PU
Primary User
Người dùng chính
QAM
Quadrature Amplitute
Modulation
Điều chế biên độ cầu phương
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha cầu phương
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập Vô tuyến
RE
Radio Equipment
Thiết bị vô tuyến
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RPA
Recursive Power Allocation
Phân bổ công suất đệ quy
RS
Resource scheduling
Lập lịch tài nguyên
RSSI
Received Signal Strength
Indicator
Bộ chỉ thị mức tín hiệu thu
S/P

Serial-to-Parallel
Nối tiếp sang song song
SDR
Software defined Radio
Vô tuyến định nghĩa bằng phần
mềm
SIR
Signal-to-Interfence Ratio
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
SM
Spatial Multiplexing
Ghép kênh không gian
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
STC
Space-Time Coding
Mã hóa không gian-thời gian
SU
Secondary User
Người dùng vô tuyến thông minh
TPC
Transmit Power Control
Điều khiển công suất phát
UWB
Ultra Wide Band
Băng siêu rộng
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng vô tuyến nội hạt

WMAN
Wireless Metropolitan Area
Networks
Mạng vô tuyến nội thị
WPAN
Wireless Personal Area
Networks
Mạng vô tuyến cá nhân
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Các thuật ngữ viết tắt

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 xi
WRAN
Wireless Regional Area
Network
Mạng vô tuyến nội vùng
WWRF
Wireless World Research Forum

Diễn đàn nghiên cứu không dây thế
giới
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Lời nói đầu

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, Công nghệ thông tin và Truyền thông đang phát triển với tốc độ
chóng mặt, kéo theo đó là sự gia tăng không ngừng của các ứng dụng vô tuyến và các
thiết bị vô tuyến mới, đòi hỏi phải sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần tiết kiệm và hiệu
quả hơn. Trái lại, với chính sách phân bổ phổ tần vô tuyến cố định như hiện nay và

việc sử dụng phổ tần đã cấp phép lại tùy thuộc vào nhu cầu của người dùng nên tình
trạng sử dụng kém hiệu quả phổ tần cấp phép đang diễn ra khá phổ biến. Như vậy,
chính sách gán phổ tần cố định như trước đây sẽ không còn phù hợp nữa, cần có một
công nghệ truy nhập phổ tần mới có thể tận dụng hiệu quả các phần phổ tần chưa được
sử dụng. Công nghệ truy nhập phổ tần mới này chính là Vô tuyến thông minh (CR -
Cognitive Radio).
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một phương thức truyền
dẫn đáng tin cậy cho các hệ thống Vô tuyến thông minh. Thứ nhất, OFDM là một công
nghệ truyền dẫn xuất sắc đang được ứng dụng trong rất nhiều công nghệ mạng vô
tuyến hiện tại và tương lai. Nên việc áp dụng OFDM trong Vô tuyến thông minh sẽ
khiến cho quá trình đồng bộ hoạt động giữa Vô tuyến thông minh và các mạng vô
tuyến khác trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Thứ hai, việc phân bổ tài nguyên vô tuyến
một cách linh động là một thách thức lớn trong các hệ thống Vô tuyến thông minh.
OFDM sẽ cung cấp một phương pháp rất linh hoạt trong việc phân bổ các tài nguyên
vô tuyến trong môi trường động. Nó cũng đảm bảo việc không có can nhiễu giữa các
kênh vô tuyến liền kề nhau trong hệ thống. Công suất cần được phân bổ hợp lý tới tất
cả các người sử dụng nhằm đảm bảo cho hệ thống vận hành một cách tối ưu nhất, đáp
ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) cũng như nâng cao hiệu năng của toàn
bộ hệ thống Vô tuyến thông minh. Do vậy, cần có những nghiên cứu đúng đắn và toàn
diện về vấn đề phân bổ công suất trong các mạng vô tuyến nói chung và trong Vô
tuyến thông minh nói riêng.
Được sự định hướng và hướng dẫn tận tình của cô giáo ThS. Lê Tùng Hoa, em
đã thực hiện đồ án “Phân bổ công suất trong mạng Vô tuyến thông minh dựa trên
nền tảng OFDM”. Đồ án bao gồm bốn chương, cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan vô tuyến thông minh
Giới thiệu chung về cấu trúc và hoạt động của mạng Vô tuyến thông minh.
Trong đó nêu rõ các khái niệm liên quan về Vô tuyến thông minh, đồng thời phân tích
đặc điểm và hoạt động của Vô tuyến thông minh bao gồm cảm nhận phổ, quyết định
phổ, linh hoạt phổ và chia sẻ phổ.
Chương 2: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Lời nói đầu

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 2
Trình bày tổng quan về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. Nội
dung chương bao gồm nguyên lý truyền dẫn sử dụng trong OFDM, mô hình hệ thống
thu phát OFDM, các phương pháp điều chế sử dụng trong OFDM… và giới thiệu tổng
quan về kỹ thuật truyền dẫn OFDM không liên tục (NC-OFDM), kỹ thuật được áp
dụng trực tiếp vào Vô tuyến thông minh.
Chương 3: Vô tuyến thông minh dựa trên nền OFDM
Trình bày kiến trúc của mạng Vô tuyến thông minh dựa trên nền tảng công
nghệ OFDM - bao gồm mô hình hệ thống và hoạt động, các thách thức còn tồn tại và
các chuẩn áp dụng.
Chương 4: Phân bổ công suất trong mạng Vô tuyến thông minh – OFDM
Nội dung chương đi sâu phân tích về vấn đề tối ưu phân bổ công suất trong
mạng Vô tuyến thông minh – OFDM. Cụ thể ta sẽ đưa ra các thuật toán phân bổ công
suất tối ưu đối với hệ thống OFDM thông thường, từ đó phát triển chung cho hệ thống
Vô tuyến thông minh – OFDM.
Dưới sự quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu cũng như cung
cấp tài liệu của cô giáo Ths. Lê Tùng Hoa và nỗ lực của bản thân, đồ án đã được hoàn
thành với nội dung đăng ký ở mức độ và phạm vi nhất định. Tuy nhiên, do trình độ và
thời gian có hạn nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi có những sai sót, kính mong
các thầy cô giáo và bạn đọc đóng góp ý kiến cho nội dung đồ án được hoàn thiện hơn
và định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới cô giáo ThS. Lê Tùng Hoa, người
đã trực tiếp định hướng em lựa chọn đồ án này đồng thời cũng là người đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án. Em cũng xin gửi lời
cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong bộ môn Vô tuyến – khoa Viễn thông I, và
các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm đồ án.

Hà nội, ngày 05 tháng 12 năm 2011
Người làm đồ án
Nguyễn Tiến Tĩnh

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÔ TUYẾN THÔNG MINH
1.1. Giới thiệu chương
Vô tuyến thông minh không chỉ là một công nghệ mới, mà nó còn là một sự
thay đổi mang tính cách mạng trong việc sử dụng phổ tần vô tuyến. Công nghệ Vô
tuyến thông minh được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần, các người
dùng thông minh có khả năng sử dụng phổ chia sẻ mà không gây nhiễu tới các người
dùng được cấp phép. Vô tuyến thông minh cho phép đầu cuối có thể cảm nhận, hiểu
biết và sử dụng một cách linh hoạt phổ tần sẵn có tại một thời điểm nhất định. Chương
này sẽ đề cập một cách tổng quan nhất về công nghệ Vô tuyến thông minh, các khái
niệm, đặc tính cũng như hoạt động của Vô tuyến thông minh.
1.2. Định nghĩa “Vô tuyến thông minh”
Vô tuyến thông minh là một công nghệ còn rất mới mẻ, do đó định nghĩa “Vô
tuyến thông minh” được các cá nhân và tổ chức về vô tuyến trên thế giới nhìn nhận
theo rất nhiều cách khác nhau.
Thuật ngữ “Vô tuyến thông minh” lần đầu tiên xuất hiện trong một tờ báo năm
1999, nó được Joseph Mitola III định nghĩa như sau: “Vô tuyến thông minh là mô hình
vô tuyến sử dụng những suy luận chặt chẽ để đạt được mục tiêu cụ thể đã thiết lập
trong các miền vô tuyến liên quan.”
Tuy nhiên, trong khảo sát về Vô tuyến thông minh của một tờ báo, Simon

Haykin đã định nghĩa Vô tuyến thông minh như sau: “Vô tuyến thông minh là một hệ
thống truyền thông không dây thông minh có khả năng nhận biết về môi trường xung
quanh nó từ đó học hỏi để thích nghi với sự thay đổi của môi trường bằng cách thay
đổi các tham số hoạt động cụ thể (ví dụ công suất phát, tần số sóng mang, phương
thức điều chế) trong thời gian thực, với hai đặc tính chính:
- Truyền thông độ tin cậy cao tại mọi thời điểm
- Sử dụng hiệu quả phổ tần số vô tuyến
FCC đã định nghĩa Vô tuyến thông minh dựa trên nền tảng vận hành của máy
phát như sau: “Là một vô tuyến mà có thể thay đổi các tham số của máy phát dựa trên
sự tương tác với môi trường mà nó hoạt động.”
Trong khi trợ giúp FCC nỗ lực đưa ra định nghĩa vô tuyến thông minh, IEEE
USA đã đưa ra định nghĩa sau: “Một bộ phát/thu tần số vô tuyến mà được thiết kế để
phát hiện một cách thông minh các phân đoạn riêng lẻ của phổ tần đang được sử
dụng, từ đó có thể truy nhập vào các phổ tần chưa được sử dụng một cách nhanh
chóng, linh hoạt, không gây nhiễu tới các người dùng được cấp phép.”
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 4
Dựa vào một số định nghĩa trên ta nhận thấy Vô tuyến thông minh có một số
đặc điểm cơ bản như sau:
 Sự quan sát: dù trực tiếp hay gián tiếp, vô tuyến thông minh có khả năng thu
thập được thông tin về môi trường hoạt động của nó.
 Khả năng thích ứng: vô tuyến thông minh có thể thay đổi các tham số hoạt
động của nó cho phù hợp với hoàn cảnh.
 Tính thông minh: có khả năng sử dụng thông tin một cách linh hoạt để đạt
được mục tiêu định sẵn.
Từ đây chúng ta có thể tiến tới một định nghĩa chung nhất về Vô tuyến thông minh
như sau:
Định nghĩa: Vô tuyến thông minh là một vô tuyến có khả năng phân tích môi

trường xung quanh nó, từ đó thay đổi các tham số truyền dẫn của nó để sử dụng phổ
tần sẵn có một cách hiệu quả.
1.3. Hoạt động của vô tuyến thông minh
Từ định nghĩa trên ta có thể thấy vô tuyến thông minh có hai đặc điểm chính sau:
- Khả năng thông minh: Khả năng thông minh chỉ khả năng mà công nghệ vô
tuyến nắm bắt hoặc cảm nhận các thông tin từ môi trường vô tuyến. Khả năng
này không chỉ đơn giản là thực hiện giám sát công suất trong một số băng tần
số quan tâm mà còn yêu cầu nhiều công nghệ phức tạp để nắm bắt sự biến đổi
của môi trường vô tuyến theo không gian và theo thời gian nhằm tránh nhiễu
ảnh hưởng tới những người dùng khác. Thông qua khả năng này, các phần phổ
không sử dụng tại một thời điểm hoặc vị trí nhất định có thể được xác định. Từ
đó, ta có thể lựa chọn được phổ tốt nhất và các thông số hoạt động phù hợp
nhất
- Tính tự cấu hình: Tính tự cấu hình cho phép Vô tuyến khả năng lập trình tự
động theo sự thay đổi của môi trường vô tuyến. Đặc biệt, Vô tuyến thông minh
có thể được lập trình để truyền và nhận trên các tần số khác nhau và để sử dụng
các công nghệ truy nhập truyền dẫn khác nhau được phần cứng hỗ trợ. Một số
thông số tự cấu hình cần chú ý là: Tần số hoạt động, Điều chế, Công suất phát,
Công nghệ truyền.
Mục tiêu cơ bản của Vô tuyến thông minh là tận dụng được phổ tần có sẵn tốt
nhất thông qua khả năng thông minh và tính tự cấu hình. Vì hầu hết phổ tần đã được
gán, nên thách thức quan trọng nhất là sử dụng chia sẻ phổ tần được cấp phép mà
không gây nhiễu tới quá trình truyền dẫn của những người dùng được cấp phép khác.
Vô tuyến thông minh cho phép sử dụng những vùng phổ trống theo từng thời điểm,
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 5
phổ này ám chỉ hố phổ hay khoảng trắng (xem Hình 1.1). Nếu băng phổ này được
người dùng chính (người dùng cấp phép) sử dụng tiếp thì các người dùng vô tuyến

thông minh phải chuyển đến hố phổ khác hoặc nếu vẫn ở trong cùng một băng thì phải
thay đổi mức công suất phát hoặc sơ đồ điều chế để tránh nhiễu.
Công suất
Tần số
Thời gian
“Hố phổ”
Phổ đã sử dụng

Hình 1.1. Minh họa hố phổ
Hoạt động của Vô tuyến thông minh có thể được mô tả theo một chu trình
thông minh như Hình 1.2 dưới đây.
Môi trường Vô tuyến
CẢM NHẬN
PHỔ
QUẢN LÝ
PHỔ
DỊCH CHUYỂN
PHỔ
Tín hiệu truyền đi
Các tác nhân
Vô tuyến
Thông tin về các
hố phổ
Thông tin
Chuyển giao
Thông tin về các
hố phổ
Các tác nhân
Vô tuyến
CHIA SẺ PHỔ

Lập lịch
Thông tin kênh

Hình 1.2. Chu trình thông minh
Hình 1.2 là một chu trình thông minh đơn giản nhất bao gồm các nhiệm vụ chính của
một mạng Vô tuyến thông minh; các nhiệm vụ này có thể được phân loại thành:
- Cảm nhận phổ: Vô tuyến thông minh giám sát các băng phổ sẵn có, nắm bắt các
thông tin của chúng và sau đó phát hiện ra các hố phổ.
- Quản lý phổ: chiếm giữ phần phổ tần tốt nhất để đưa ra các kế hoạch phân bổ
phổ cho các người dùng một cách hợp lý.
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 6
- Dịch chuyển phổ: đảm bảo các yêu cầu truyền thông được thông suốt và liên
tục.
- Chia sẻ phổ: lập lịch phổ tần hợp lý giữa các người dùng vô tuyến thông minh
đang cùng tồn tại.
Các nhiệm vụ này sẽ được phân tích chi tiết hơn ở các phần sau của chương.
Các mạng Vô tuyến thông minh cho phép các giao thức truyền thông nhận biết
phổ. Tuy nhiên, việc sử dụng phổ tần động gây ra các ảnh hưởng bất lợi đến hiệu năng
của các giao thức truyền thông thông thường mà đã được phát triển cho các băng tần
số cố định.
Các thành phần trong mạng Vô tuyến thông minh và tác động giữa chúng được
minh họa trong Hình 1.3. Chính sự tác động này đòi hỏi mạng Vô tuyến thông minh
phải có chức năng thiết kế giữa các lớp. Đặc biệt, việc cảm nhận phổ và chia sẻ phổ
phải được kết hợp để nâng cao hiệu quả phổ. Trong chức năng chia sẻ phổ và dịch
chuyển phổ, các chức năng ở lớp ứng dụng, truyền tải, định tuyến, truy nhập phương
tiện và lớp vật lí được thực hiện đồng thời.
Chức năng

dịch chuyển
phổ
Chức năng
quản lí
phổ
Ứng dụng
Truyền tải
Lớp mạng
Chia sẻ
phổ
Cảm nhận
phổ
Lớp vật lí
Điều khiển ứng dụng
Tổn thất, trễ chuyển giao
Thông tin định tuyến
Thông tin
cảm nhận
Trễ lớp
liên kết
Các yêu cầu về QoS
Tự cấu hình
Thông tin định tuyến/
Tự cấu hình
Thông tin lập lịch/
Tự cấu hình
Thông tin
cảm nhận/
Tự cấu hình
Quyết định chuyển giao, thông tin về phổ tần hiện tại và tương lai

Lớp liên kết dữ liệu
Hình 1.3. Các chức năng truyền thông trong mạng Vô tuyến thông minh.
Như ta thấy, chức năng cảm nhận phổ tần được thực hiện tại lớp vật lý còn chức năng
chia sẻ phổ được thực hiện chủ yếu tại lớp liên kết dữ liệu.
1.4. Các chức năng chính của Vô tuyến thông minh
Các kỹ thuật Vô tuyến thông minh cung cấp khả năng sử dụng và chia sẻ phổ
theo cơ hội. Các kỹ thuật truy nhập phổ tần động cho phép Vô tuyến thông minh hoạt
động trong kênh tốt nhất có sẵn. Cụ thể hơn, công nghệ Vô tuyến thông minh cho phép
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 7
những người dùng thông minh khả năng: (1) xác định các phần phổ sẵn có và phát
hiện ra những người dùng chính khi người dùng đó hoạt động trong băng cấp phép
(cảm nhận phổ), (2) lựa chọn kênh tốt nhất có sẵn (quản lí phổ), và (3) đồng truy nhập
tới các kênh đó với những người dùng khác (chia sẻ phổ), và (4) bỏ kênh đó khi phát
hiện đã có người dùng chính (dịch chuyển phổ).
1.4.1. Cảm nhận phổ
Một yêu cầu quan trọng của mạng Vô tuyến thông minh là cảm nhận các hố
phổ. Như đã được đề cập, Vô tuyến thông minh được thiết kế để có thể hiểu biết và
nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường xung quanh. Chức năng cảm nhận phổ cho
phép Vô tuyến thông minh thích ứng với môi trường xung quanh bởi việc phát hiện
các hố phổ.
Cách hiệu quả nhất để phát hiện các hố phổ là phát hiện các người dùng chính
đang truyền nhận dữ liệu trong vùng hoạt động của nó. Tuy nhiên, trên thực tế rất khó
cho một Vô tuyến thông minh để có thể đo trực tiếp các thông số về kênh đang sử
dụng giữa máy phát và thu của người dùng chính. Do vậy, phương pháp khả thi đầu
tiên là tập trung vào việc phát hiện máy phát chính dựa trên các quan sát cục bộ của
các người dùng vô tuyến thông minh.
Nói chung, các kỹ thuật cảm nhận phổ có thể được phân loại thành: phát hiện

máy phát, phát hiện cộng tác và phát hiện dựa trên nhiễu đã được chỉ ra trên Hình 1.4.
Cảm nhận phổ
Phát hiện
máy phát
Phát hiện theo cơ
chế hợp tác
Phát hiện
dựa trên nhiễu
Phát hiện
dựa trên
bộ lọc kết hợp
Phát hiện
năng lượng
Phát hiện
dựa trên
đặc tính dừng

Hình 1.4. Phân loại các kỹ thuật cảm nhận phổ.
1.4.1.1. Phát hiện máy phát (phát hiện không hợp tác)
Vô tuyến thông minh phải phân biệt giữa các băng tần chưa sử dụng và các
băng tần đã được sử dụng. Bởi vậy, Vô tuyến thông minh cần có khả năng xác định
xem tín hiệu từ máy phát người dùng chính có đang tồn tại trong một băng tần cụ thể
hay không. Phương pháp phát hiện máy phát là dựa trên việc phát hiện tín hiệu yếu từ
một máy phát chính thông qua các quan sát cục bộ của các người dùng vô tuyến thông
minh.
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 8
1.4.1.1.1. Phát hiện dựa trên bộ lọc kết hợp

Khi đã biết được thông tin tín hiệu người dùng chính, thì phương pháp phát hiện
tốt nhất trong môi trường nhiễu Gauss không đổi là bộ lọc kết hợp vì nó cho tỷ số tín
hiệu trên nhiễu (SNR) tối đa. Trong khi ưu điểm chính của bộ lọc kết hợp là yêu cầu ít
thời gian để đạt được độ lợi xử lý cao, thì nó đòi hỏi phải biết trước thông tin về tín
hiệu người dùng chính chẳng hạn như phương thức điều chế, dạng xung, và khuôn
dạng gói. Bởi vậy, nếu các thông tin này không chính xác thì bộ lọc kết hợp tỏ ra
không hiệu quả.
1.4.1.1.2. Phát hiện dựa trên năng lượng
Nếu máy thu không thể có được đủ thông tin hữu ích về tín hiệu người dùng
chính, chẳng hạn nếu máy thu chỉ biết được công suất của nhiễu Gauss ngẫu nhiên, thì
bộ phát hiện tốt nhất trong trường hợp này là phát hiện dựa trên năng lượng. Để đo
năng lượng của tín hiệu đã nhận được, tín hiệu đầu ra của bộ lọc thông dải với băng
thông W được bình phương và tích phân qua khoảng thời gian quan sát T. Cuối cùng,
đầu ra của bộ kết hợp được so sánh với một ngưỡng để quyết định xem có người dùng
chính hay không.
Hiệu năng của phát hiện năng lượng dễ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của công
suất nhiễu. Để giải quyết vấn đề này, một kênh hoa tiêu từ máy phát chính được sử
dụng để cải thiện độ chính xác của bộ phát hiện dựa trên năng lượng. Một thiếu sót
nữa là bộ phát hiện dựa trên năng lượng không thể phân biệt các loại tín hiệu mà chỉ
có thể xác định sự có mặt của chúng.
1.4.1.1.3. Phát hiện dựa trên đặc tính dừng
Một phương pháp phát hiện khác là phát hiện dựa trên đặc tính dừng. Các tín
hiệu đã điều chế thông thường được kết hợp với các sóng mang hình sin, các chuỗi
xung, trải phổ lặp, nhảy tần, hoặc các tiền tố vòng. Những tín hiệu đã điều chế này
được mô tả như có tính dừng vì trung bình và tự tương quan của chúng tuần hoàn theo
chu kỳ. Những đặc tính này được phát hiện nhờ phân tích hàm tương quan phổ. Ưu
điểm chính của hàm tương quan phổ là nó phân biệt năng lượng nhiễu với năng lượng
tín hiệu đã điều chế. Bởi vậy bộ phát hiện đặc tính vòng tĩnh có thể hoạt động tốt hơn
bộ phát hiện năng lượng vì nó có thể tách được nhiễu ra tốt hơn bộ phát hiện dựa trên
năng lượng. Tuy nhiên, nó yêu cầu tính toán phức tạp và thời gian quan sát sẽ dài hơn

đáng kể.
1.4.1.2. Phát hiện theo cơ chế hợp tác
Phát hiện theo cơ chế hợp tác là phương pháp cảm nhận phổ tần mà thông tin từ
nhiều người dùng vô tuyến thông minh được kết hợp lại để phát hiện người dùng
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 9
chính. Phát hiện hợp tác có thể được thực hiện theo cả phương án tập trung hay phân
tán. Trong phương án tập trung, trạm gốc đóng vai trò để thu thập toàn bộ thông tin từ
các người dùng vô tuyến thông minh và phát hiện các hố phổ. Còn theo phương án
phân tán, nó yêu cầu trao đổi các thông tin quan sát giữa các người dùng trong mạng
với nhau.
Phương pháp này cung cấp hiệu năng cảm nhận chính xác hơn, tuy nhiên nó tạo
ra các ảnh hưởng bất lợi trong các mạng hạn chế tài nguyên do các hoạt động bổ xung
và các lưu lượng mào đầu.
1.4.1.3. Phát hiện dựa trên nhiễu
Gần đây một mô hình đo nhiễu mới đã được FCC giới thiệu, gọi là phương
pháp nhiệt nhiễu được chỉ ra trên Hình 1.5.
Tín hiệu cấp
phép
Các cơ hội mới
cho truy câp phổ
Vùng phục vụ
nhỏ nhất với
đỉnh nhiễu
Vùng phục vụ tại
nhiễu nền
Nhiễu nền
Công suất

tại máy
thu
Giới hạn nhiệt
nhiễu

Hình 1.5. Mô hình nhiệt nhiễu
Mô hình này chỉ ra tín hiệu của một trạm vô tuyến được thiết kế để hoạt động
trong một dải tại đó công suất thu gần với mức nhiễu nền. Khi xuất hiện tín hiệu gồm
cả nhiễu thì nhiễu nền tăng lên tại các điểm khác nhau trong vùng dịch vụ, như chỉ ra
bởi các đỉnh phía trên của nhiễu nền ban đầu. Trong mô hình nhiệt nhiễu các thuê bao
vô tuyến thông minh được coi là các thuê bao có quyền ưu tiên hơn, các thuê bao khác
và can nhiễu chỉ như là một nguồn nhiễu. Nguồn nhiễu đó sẽ giới hạn dung lượng của
hệ thống trên từng băng tần cụ thể từ đó hệ thống vô tuyến thông minh sẽ quyết định
truyền hay không.
Tuy nhiên vẫn có một số giới hạn trong việc đo đạc nhiệt nhiễu. Phương pháp
này xem xét các nhân tố như phương pháp điều chế tín hiệu không cấp phép, các
anten, khả năng phát hiện các kênh cấp phép tích cực, điều khiển công suất và mức độ
hoạt động của các người dùng chính và người dùng vô tuyến thông minh. Tuy nhiên
mô hình này không xem xét ảnh hưởng của nhiều người dùng. Hơn nữa, nếu người
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 10
dùng không có kiến thức về vị trí gần người dùng chính thì nhiễu không thể đo đạc
được bằng phương pháp này.
1.4.2. Quản lý phổ
Trong mạng vô tuyến thông minh, các băng tần phổ chưa sử dụng sẽ được trải
ra trên một vùng tần số rộng bao gồm cả băng tần cấp phát và không cấp phát. Các
băng tần phổ chưa sử dụng này được phát hiện thông qua cảm nhận phổ cho thấy các
đặc điểm khác nhau không chỉ thay đổi theo thời gian mà còn theo các thông tin băng

tần phổ như tần số và băng thông hoạt động.
Vì mạng Vô tuyến thông minh phải quyết định được băng tần phổ tốt nhất để
đáp ứng các yêu cầu về QoS trên toàn bộ các băng tần có sẵn, nên các chức năng quản
lý phổ mới được yêu cầu để xem xét các đặc điểm phổ động.
Chúng ta phân loại các chức năng này thành: cảm nhận phổ, phân tích phổ, và
quyết định phổ. Trong đó, cảm nhận phổ như đã đề cập ở trên là chức năng thuộc lớp
vật lý, phân tích phổ và quyết định phổ thuộc chức năng của các lớp cao hơn.
1.4.2.1. Phân tích phổ
Trong mạng vô tuyến thông minh các hố phổ có sẵn cho thấy các đặc tính khác
nhau của phổ biến đổi theo thời gian. Phân tích phổ cho phép phân loại các băng tần
phổ khác nhau, từ đó có thể lựa chọn được băng tần phù hợp với yêu cầu của người
dùng. Để thấy được chất lượng của các băng tần phổ cụ thể cần phải phân tích các
thông số như mức nhiễu, tỷ lệ lỗi kênh, suy hao đường truyền, lỗi liên kết vô tuyến, trễ
lớp liên kết, và thời gian nắm giữ.
- Nhiễu: các băng tần phổ khác nhau thường có các mức nhiễu khác nhau, do đó
cần xác định các đặc điểm nhiễu của kênh. Từ mức nhiễu tại máy thu chính, ta
sẽ suy ra công suất cho phép của người dùng từ đó sử dụng cho việc ước tính
dung lượng kênh.
- Suy hao đường truyền: khi tần số hoạt động tăng thì suy hao đường truyền cũng
tăng. Do đó, nếu công suất phát của người dùng giữ nguyên thì phạm vi truyền
sẽ giảm tại các tần số cao hơn. Nếu ta tăng công suất phát để bù lại suy hao
đường truyền thì sẽ tăng nhiễu đối với các người dùng khác.
- Lỗi liên kết vô tuyến: dựa vào sơ đồ điều chế và mức nhiễu của băng tần phổ, tỷ
lệ lỗi của kênh được thay đổi.
- Trễ lớp liên kết: để xác định suy hao đường truyền, lỗi liên kết vô tuyến, và
nhiễu thì yêu cầu các giao thức lớp liên kết dữ liệu là khác nhau tại các băng tần
khác nhau. Điều này dẫn tới trễ truyền dẫn gói lớp liên kết dữ liệu khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 11
- Thời gian nắm giữ: các hoạt động của người dùng chính có thể ảnh hưởng tới
chất lượng kênh trong các mạng vô tuyến thông minh. Thời gian nắm giữ là
thời gian mà người dùng vô tuyến thông minh chiếm giữ một băng tần được cấp
phép trước khi bị ngắt. Hiển nhiên là thời gian nắm giữ càng lâu thì chất lượng
càng tốt. Có thể tăng thời gian nắm giữ bằng kỹ thuật chuyển giao thống kê.
1.4.2.2. Quyết định phổ
Khi tất cả các băng tần phổ đã sẵn có, thì cần phải lựa chọn được băng tần phù
hợp nhất với các yêu cầu về QoS và các đặc tính của phổ. Do vậy, quản lý phổ cần
phải biết được các yêu cầu về QoS của người dùng. Dựa trên đó mà tốc độ dữ liệu, tỷ
lệ lỗi chấp nhận được, biên giới trễ, mô hình truyền dẫn và băng tần truyền sẽ được
xác định. Sau đó dựa vào các quy tắc quyết định mà sẽ chọn lựa các băng tần phù hợp.
Các quy tắc chọn lựa được đề xuất dựa trên tính công bằng và giá trị truyền thông.
1.4.3. Dịch chuyển phổ
Dịch chuyển phổ có thể được định nghĩa là quá trình một người dùng Vô tuyến
thông minh thay đổi tần số hoạt động của nó. Quá trình này được gọi là quá trình
chuyển giao phổ.
Trong mạng Vô tuyến thông minh, chuyển giao phổ xảy ra khi các điều kiện
kênh hiện thời có biểu hiện xấu đi hoặc có sự trở lại của người dùng chính. Các giao
thức đối với các tầng khác nhau của ngăn xếp mạng phải phù hợp với các tham số
kênh. Mục đích của việc dịch chuyển phổ trong vô tuyến thông minh là để đảm bảo
quá trình truyền dẫn xảy ra liên tục và chất lượng.
1.4.4. Chia sẻ phổ
Trong mạng vô tuyến thông minh, một trong những thách thức chính khi sử
dụng phổ tần mở là việc chia sẻ phổ tần. Không giống như cảm nhận phổ liên quan
chính tới lớp vật lý, hay quản lý phổ liên quan tới các dịch vụ lớp cao hơn, các chức
năng chia sẻ phổ tương tự với các công nghệ phân bổ tài nguyên và đa truy nhập đa
người dùng trong lớp MAC của các hệ thống truyền thông đang tồn tại. Vấn đề chính
trong việc chia sẻ phổ là sự cùng tồn tại của các người dùng vô tuyến thông minh và
các người dùng chính và quản lý các băng thông không liên tục có sẵn.

Dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau, các kỹ thuật chia sẻ phổ có thể được phân
loại theo nhiều cách khác nhau.
Cấu trúc mạng
Tập trung Phân tán
Cách cấp phát phổ tần
Hợp tác Không hợp tác
Công nghệ truy nhập phổ tần
Overlay Underlay
Hình 1.6. Phân loại các công nghệ chia sẻ phổ tần
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 12
Theo cấu trúc mạng, có thể phân thành chia sẻ phổ tập trung và không tập trung
(phân tán), chia sẻ phổ tập trung nghĩa là toàn bộ các node trong mạng gửi thông tin
cảm nhận phổ của chúng tới đơn vị điều khiển trung tâm, sau đó đơn vị điều khiển
trung tâm sẽ thiết lập lược đồ phân bổ phổ; trong khi đó chia sẻ phổ phân tán nghĩa là
toàn bộ các node tự quyết định truy nhập phổ theo cách riêng.
Theo cách thức cấp phát phổ tần, có thể phân loại thành chia sẻ phổ hợp tác và
không hợp tác, trong chia sẻ phổ hợp tác mỗi node chia sẻ kết quả cảm nhận phổ của
nó với các node khác, sau đó thuật toán phân bổ phổ sẽ quyết định dựa trên các thông
tin này; trái lại chia sẻ phổ không hợp tác có nghĩa là các node tự nó quyết định chia sẻ
phổ.
Theo công nghệ truy nhập có thể phân thành chia sẻ phổ overlay và chia sẻ phổ
underlay. Overlay có nghĩa là người dùng vô tuyến thông minh truy nhập mạng thông
qua hố phổ không được sử dụng, thực tế thì là ghép kênh phân chia thời gian giữa các
người dùng vô tuyến thông minh và người dùng chính, do đó nhiễu tới người dùng
chính là nhỏ nhất. Underlay có nghĩa là một người dùng vô tuyến thông minh có thể
dùng công nghệ trải phổ như CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) và UWB (siêu
di động băng rộng) để chia sẻ cùng một băng tần với người dùng cấp phép, trong

trường hợp này thì người dùng cấp phép sẽ coi các người dùng thông minh như là
nhiễu. Hiển nhiên, khi người dùng vô tuyến thông minh biết toàn bộ thông tin về hệ
thống cấp phép thì overlay thể hiện tốt hơn underlay, và ngược lại.
1.5. Kiến trúc Vật lí của Vô tuyến thông minh
Kiến trúc tổng quan của bộ thu phát Vô tuyến thông minh được chỉ ra trên Hình
1.7(a). Thành phần chính của bộ thu phát Vô tuyến thông minh là đầu cuối RF (RF
front-end) và khối xử lí băng gốc. Mỗi thành phần có thể tự cấu hình thông qua một
bus điều khiển để thích ứng với môi trường RF biến đổi theo thời gian. Trong đầu cuối
RF, tín hiệu thu được khuếch đại, trộn và chuyển đổi A/D. Trong khối xử lí băng gốc,
tín hiệu được điều chế/giải điều chế, được mã hóa/giải mã. Khối xử lí băng gốc của Vô
tuyến thông minh về bản chất cũng tương tự như bộ thu phát đang tồn tại. Tuy nhiên,
điểm mới ở Vô tuyến thông minh nằm ở đầu cuối RF. Vì vậy, ta sẽ tập trung vào đầu
cuối RF của Vô tuyến thông minh.
Điểm mới của bộ thu phát Vô tuyến thông minh là khả năng cảm nhận băng
rộng của đầu cuối RF. Chức năng này liên quan tới các công nghệ phần cứng RF như
anten băng rộng, khuếch đại công suất, và bộ lọc thích ứng. Phần cứng RF cho Vô
tuyến thông minh có khả năng điều chỉnh tới bất kì phần nào của dải phổ tần rộng lớn.
Cảm nhận phổ cũng cho phép việc đo lường trong thời gian thực các thông tin phổ từ
môi trường vô tuyến.
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương 1. Tổng quan Vô tuyến thông minh

Nguyễn Tiến Tĩnh, D2007VT3 13
Tần số vô
tuyến
(RF)
Bộ chuyển đổi
tương tự-số
(A/D)
Xử lí băng

gốc
Tới người dùng
Từ người dùng
Điều khiển
(Tự cấu hình)
ThuPhát
(a)
Đầu cuối vô tuyến
Xử lí dữ liệu

AGC A/D
PLL
Anten băng rộng
LNA
Bộ lọc RF
Bộ khuếch đại
tạp âm nhỏ
VCO
Bộ trộn
Bộ lọc
lựa chọn kênh
Điều khiển
độ lợi tự động
Bộ chuyển đổi
tương tự-số
(b)
Hình 1.7. Kiến trúc vật lí của Vô tuyến thông minh
(a) Bộ thu phát của Vô tuyến thông minh; (b) Kiến trúc đầu cuối RF/tương tự băng
rộng.
Nói chung, kiến trúc đầu cuối băng rộng cho Vô tuyến thông minh có thể miêu

tả như trên Hình 1.7(b).
Đầu cuối RF của Vô tuyến thông minh bao gồm các thành phần sau:
 Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng mong muốn bằng cách lọc thông dải tín
hiệu RF nhận được.
 Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA): LNA khuếch đại tín hiệu mong muốn trong
khi đồng thời giảm thiểu các thành phần tạp âm.
 Bộ trộn: Tại bộ trộn, tín hiệu nhận được được trộn với tần số RF nội, và được
chuyển đổi thành tần số băng gốc hoặc tần số trung tần (IF).