Áp dụng kỹ thuật cảm biến phổ vào việc cấp phát tài nguyên cho mạng vô tuyến nhận thức

- viii -
MCăLC

Trang ta Trang
QUYT ĐNH GIAO Đ TÀI i
Lụ LCH KHOA HC ii
LI CAM ĐOAN iii
LI CM T iv
TịM TT v
DN NHP vii
MC LC viii
DANH SÁCH CHỎ GII THUT NG TING ANH xi
DANH SÁCH HÌNH xi
DANH SÁCH BNG xiv
Chng 1: 1
TNG QUAN 1
1.1. Tng quan vƠ các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc 1
1.2. Mc tiêu, khách th vƠ đối tng nghiên cu 4
1.3. Nhim v ca đ tƠi vƠ phm vi nghiên cu 4
1.4. Phng pháp nghiên cu 5
Chng 2: 6
KIN TRỎC MNG VỌ TUYN NHN THC 6
2.1 Hố ph 6
2.2 Vô tuyn đc đnh nghĩa bằng phần mm SDR 6
2.3 Mối liên h gia CR vƠ SDR 8
2.4 S đ khối ca thit b thu phát CR 11
2.5 Kin trúc mng mng vô tuyn nhn thc 13

- ix -
2.6 Các ng dng ca mng vô tuyn nhn thc 15

2.6.1 Mng cho thuê ậ leased network 15
2.6.2 Mng mesh nhn thc ậ cognitive mesh networks 16
2.6.3 Mng khn cp 16
2.6.4 Mng quơn đi 16
2.7 Chun IEEE 802.22 cho mng không dơy cc b WRANs 16
2.7.1 Lp vt lỦ trong 802.22 17
2.7.2 Lp MAC trong 802.22 17
2.7.3 Cm bin kênh trong chun IEEE 802.22 18
2.7.4 Hng nghiên cu trong chun IEEE 802.22 20
Chng 3: 22
C S Lụ THUYT CA CÁC K THUT CM BIN PH 22
1. Cm bin ph da trên năng lng - Energy detection 23
2. Cm bin ph s dng matched filter 26
3. Cm bin ph da vƠo đặc đim n đnh vòng ậ Cyclostationary feature
based detection 29
Chng 4: 34
MỌ PHNG CÁC GII THUT CP PHÁT TÀI NGUYểN PH TRONG
MNG CR 34
4.1 Cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong mng vô tuyn nhn
thc da trên năng lng 34
4.2 Cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong mng vô tuyn nhn
thc s dng matched filter 35
4.3 Cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong mng vô tuyn nhn
thc da trên đặc đim n đnh vòng 37
Chng 5: 39
KT QU MỌ PHNG VÀ THC NGHIM TRểN KIT ARM LM3S2965 39
5.1 Cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong mng vô tuyn nhn
thc da trên năng lng 39
5.2 Cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong mng vô tuyn nhn
thc s dng matched filter 40

5.3 Cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong mng vô tuyn nhn
thc da trên n đnh vòng 42
TRIN KHAI GII THUT TRểN KIT ARM 49

- x -
5.4. Lu đ trin khai các gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng
CR trong mng vô tuyn nhn thc trên KIT ARM 49
5.4.1 Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc da trên năng lng 49
5.4.2 Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc s dng matched filter 50
5.4.3 Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc da trên đặc đim n đnh vòng 52
5.5. Kt qu trin khai các gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng
CR trong mng vô tuyn nhn thc trên KIT ARM. 53
5.6. Nhn xét: 54
Chng 6 57
KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN Đ TÀI 57
6.1 Kt lun 57
6.2 Hng phát trin ca đ tƠi 57
TÀI LIU THAM KHO 59
PH LC 61
A - GII THIU V ARM VÀ KIT ARM LM3S2965 61
I ậ TNG QUAN V ARM CORTEX 61
II ậ GII THIU STELLARIS® LM3S2965 EVALUATION BOARD 76
B - PHNG PHÁP FFT ACCUMULATION TRONG TệNH TOÁN PH
VÒNG 92

- xi -
DANHăSÁCHăCHỎăGIIăTHUTăNGăTINGăANH

Vitătt Dinăgii bằngătingăAnh
AWGN : Additive White Gausian Noise
BS : Base Station
CPE : Comsumer Premise Equipment
CR : Cognitive Radio
DFT : Discrete Fourier Transform
DSA : Dynamic Spectrum Access
FAM : FFT Accumulation Method
FCC : Federal Communications Commission
FFT : Fast Fourier Transform
IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISI : Intersymbol Interference
MAC : Medium Access Control
OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PSD : Power Spectral Density
PU : Primary User
SCH : Superframe Control Header
SDR : Software Defined Radio
SNR : Signal to Noise Ratio
SU : Secondary User
TV : Television
WSS : Wide Sense Stationary

DANH SÁCH HÌNH
Hình Trang
Hình 1 - 1. Tình hình s dng ph ti Trung tơm nghiên cu mng không dơy
Berkeley (Berkeley Wireless Research Center), Đi hc California ti Berkeley,
USA [9]. 1

- xii -

Hình 2 - 1. Minh ha “Hố phổ” [1] 6
Hình 2 - 2. Cu trúc phần cng ca thit b SDR [2] 7
Hình 2 - 3. Cu trúc phần mm ca thit b SDR [2] 8
Hình 2 - 4. Mối liên h gia SDR vƠ CR [9] 9
Hình 2 - 5. C ch nhn thc hay còn gi lƠ Cognitive Cycle a) Do Mitola đa ra
[3] b) Dng tng quát [1] 10
Hình 2 - 6. Kin trúc vt lỦ ca CR a) kin trúc ca thit b thu phát CR b) kin trúc
front-end RF/analog băng rng 11
Hình 2 - 7. Kin trúc mng vô tuyn nhn thc [1] 13
Hình 2 - 8. Cu trúc siêu khung vƠ cu trúc mt khung trong chun IEEE 802.22
[10] 19
Hình 2 - 9. C ch cm bin thô vƠ tinh trong h thống IEEE 802.22 [10] 19
Hình 3 - 1. Phơn loi các k thut cm bin ph [1] 22
Hình 3 - 2. S đ khối b cm bin ph da trên năng lng 26
Hình 3 - 3. S đ khối b cm bin ph s dng matched filter [4] 27
Hình 3 - 4. S đ khối ca cm bin ph da vƠo đặc đim n đnh vòng 29
Hình 3 - 5. Tín hiu n đnh vòng 30
Hình 4 - 1. Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc s dng cm bin ph da trên năng lng. 34
Hình 4 - 2. Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc s dng matched filter. 36
Hình 4 - 3. Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc s dng n đnh vòng FAM (Ph lc B). 38
Hình 5 - 1. PSD tín hiu khi có 2 PU ti v trí 512Hz vƠ 2048Hz 39
Hình 5 - 2. PSD ca tín hiu khi đƣ thêm 1 SU ti v trí 1024Hz 40
Hình 5 - 3. PSD ca tín hiu khi đƣ thêm 1 SU ti v trí 1536Hz vƠ 1 SU ti v trí
3072Hz 40
Hình 5 - 4. Tng quan 2 tín hiu khi có 2 PU ti v trí 512 Hz vƠ 2048Hz 41
Hình 5 - 5. Tng quan 2 tín hiu khi đƣ thêm 1 SU ti v trí 1024Hz 42

- xiii -
Hình 5 - 6. Tng quan 2 tín hiu khi đƣ thêm 1 SU ti v trí 1036Hz vƠ 1 SU ti v
trí 3072Hz 42
Hình 5 - 7. Ph vòng khi có 1 PU ti v trí 2048Hz 43
Hình 5 - 8. Biu din 2 D ph vòng ca tín hiu khi có PU ti v trí 2048Hz a)
alpha = 0 b) alpha = 4096 Hz 44
Hình 5 - 9. Ph vòng ca tín hiu khi có 2 PU ti v trí 2048Hz vƠ 512 Hz 45
Hình 5 - 10 Ph vòng tín hiu khi đƣ thêm 1 SU ti v trí 1024Hz 46
Hình 5 - 11. Ph vòng ca tín hiu khi đƣ thêm 1 SU ti v trí 1536Hz vƠ 1 SU ti
v trí 3072KHz 48
Hình 5 - 12. Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc da trên năng lng trên KIT ARM 49
Hình 5 - 13. Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc s dng matched filter trên KIT ARM 51
Hình 5 - 14 Lu đ gii thut cp phát tƠi nguyên ph cho ngi s dng CR trong
mng vô tuyn nhn thc da trên đặc đim n đnh vòng trên KIT ARM 52
Hình 5 - 15 Tín hiu sin vƠ tín hiu điu ch AM trên KIT ARM LM3S2965 55
Hình 5 - 16 Ph tín hiu tần số 512 Hz, 1024 Hz, 1536 Hz, 2048 Hz vƠ 3072 Hz
trên KIT ARM LM3S2965 56
Hình A - 1 S phát trin ARM [11] 62
Hình A - 2 Cu trúc vi x lỦ ARM Cortex ậ M3 [11] 65
Hình A - 3 Bng đ b nh [11] 66
Hình A - 4 So sánh gia phng pháp qun lỦ bit truyn thống vƠ bit-banding ca
Cortex ậ M3 [11] 67
Hình A - 5 Biu đ so sánh hiu sut vƠ kích thc mƣ cho ARM, Thumb vƠ
Thumb-2 [11] 68
Hình A - 6 K thut tail-chaining trong NVIC [11] 70
Hình A - 7 H thống theo vt ca Cortex ậ M3 [11] 73
Hình A - 8 Board EVB LM3S2965 [12][13] 77
Hình A - 9 Board CAN LM3S2110 [12][13] 78

Hình A - 10 S đ khối board EVB LM3S2965 [12][13] 79

- xiv -
Hình A - 11 S đ khối board LM3S2110 [12][13] 80
Hình A - 12 Ch đ giao tip ICD [12][13] 86
Hình A - 13 Kt nối trên board CAN LM3S2110 [12][13] 87
Hình A - 14 Bố trí ca các lnh kin trên board EVB [12][13] 88
Hình B - 1. Tính toán gii điu ch phc 93
Hình B - 2. Trin khai phng pháp FFT Accumulation 93

DANHăSÁCHăBNG
Bngă Trang
Bng A - 1 Thit lp ch đ gỡ li 82
Bng A - 2 Danh sách phần cng cách ly trên board [12][13] 85
Bng A - 3 Các chơn I/O kt nối qua header [12][13] 89
Bng A - 4 Cu hình các chơn JTAG/SWD [12][13] 90



- 1 -
Chng 1:
TNGăQUAN
1.1. TngăquanăvƠăcácăktăquănghiênăcuătrongăvƠăngoƠiănc
Theo FCC, ph tần có đăng kỦ đc s dng trung bình ch khong 15-85%
[1] vƠ đặc bit lƠ ph tần trên 3 GHz ít đc s dng nh mt cuc nghiên cu
đc thc hin ti  Berkeley [5]. Kt qu đo đt vic s dng ph (hình 1 ậ 1) nh
sau: s dng ph  di tần 3-4 GHz và 4-5 GHz ch chim lần lt lƠ 0.5% vƠ 0.3%.
Từ s mt cơn đối nƠy, mt bƠi toán ln đặt ra cho các nhƠ nghiên cu lƠ tìm ra mt
phng pháp truyn thông nhằm tn dng mi ph tần ri.

Hình 1 - 1. Tình hình s dng ph ti Trung tơm nghiên cu mng không dơy
Berkeley (Berkeley Wireless Research Center), Đi hc California ti Berkeley,
USA [9].
Nh đƣ đ cp  trên, phần ln các mng không dơy hin nay s dng
phng pháp cp phát ph cố đnh. Đơy lƠ mt phng pháp cp phát rt không
hiu qu vì nhu cầu băng thông có đăng kỦ thay đi nhiu theo thi gian vƠ không
gian.
Từ nhng khó khăn nh đƣ nêu  trên, Joseph Mitola III [3] công tác ti
KTH, Hc Vin Công Ngh HoƠng Gia (The Royal Institute of Technology),
Stockholm, Thy Đin lần đầu tiên đa ra Ủ tng v mng mng vô tuyn nhn
thc - Cognitive Radio (CR).

- 2 -
Mng CR lƠ mt lĩnh vc khá mi mẻ vƠ đầy trin vng cho truyn thông
không dây trong nhng năm gần đơy. Vic thit k các h thống CR đáp ng đc
các yêu cầu ca mt mng CR lƠ vô cùng quan trng nhằm tn dng đc các ph
tần ri. Điu nƠy cũng có nghĩa lƠ s gii quyt đc vn đ v s hn hu ph tần
ca các mng di đng.
Cognitive radio (CR): là sóng vô tuyn da trên nhn thc. CR lƠ mt mô
hình s dng cho truyn thông không dơy,  mô hình nƠy mng hoặc nút mng thay
đi tham số truyn hoặc nhn (các tham số: ph hot đng, điu ch, vƠ công sut
truyn ti) đ truyn thông có hiu qu nhằm tránh nhiu vi nhng ngi s dng
có đăng kỦ hoặc không đăng kỦ. S thay đi các tham số nƠy da trên vic kim tra
mt số yu tố bên trong vƠ bên ngoƠi ca môi trng vô tuyn, chẳng hn nh ph
tần số vô tuyn, hƠnh vi ngi s dng vƠ tình trng ca mng. S linh hot nƠy
lƠm cho CR có th tn dng ph tần không s dng, ci thin tốc đ vƠ đ tin cy
ca các dch v không dơy.
Chc năng chính ca CR :
 Cm bin ph: phát hin ph không s dng vƠ chia sẻ ph nƠy mƠ
không gơy nhiu cho ngi s dng khác. Yêu cầu quan trng ca

mng CR lƠ cm bin các hố ph. Vic phát hin PU lƠ cách hiu qu
nht đ phát hin hố ph. K thut cm bin ph có th chia thƠnh 3
loi:
 Phát hiện thiết bị phát: CR phi có kh năng xác đnh nu mt
tín hiu từ mt thit b phát PU xut hin trong mt ph nht
đnh.
 Phát hiện hợp tác
 Phát hiện dựa trên nhiễu
 Kim soát ph: nm đc ph có sẵn tốt nht đ đáp ng các yêu cầu
truyn thông ngi s dng. CR phi quyt đnh di ph tốt nht đ

- 3 -
đáp ng các yêu cầu QoS qua tt c các di ph có sẵn. Chc năng
kim soát có th chia thƠnh:
 Phân tích phổ (spectrum analysis)
 Quyết định phổ (spectrum decision)
 Tính di đng ca ph: đc đnh nghĩa nh lƠ quá trình khi ngi s
dng CR thay đi tần số hot đng. Các mng CR hng đn s dng
ph đng bằng cách cho phép các đầu cuối hot đng trong di tần số
có sẵn tốt nht, đm bo các yêu cầu truyn thông liên tc trong suốt
quá trình chuyn tip sang ph tốt hn.
 Chia sẻ ph: cung cp phng pháp lp lch ph hp lỦ. Mt trong
nhng khó khăn chính trong vic s dng ph m lƠ chia sẻ ph. Có
th xem giống nh vn đ điu khin truy cp môi trng (Medium
Access Control ậ MAC) đang tn ti trong các h thống.
 Việt Nam, đơy lƠ lĩnh vc khá mi mẻ nên số lng đ tƠi nghiên cu v
lĩnh vc nƠy còn khá ít. Mt số đ tƠi đin hình lƠ đ tƠi Thc s ca Trng Minh
Chính,“Cảm nhận phổ theo mô hình phân tán hợp tác trong mạng radio có ý thức
bằng kỹ thuật lấy mẫu nén”. Hay là đ tƠi ca sinh viên Lê Đình Huy “Cảm nhận
phổ hợp tác trong vô tuyến có ý thức (Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive

Radio)”,và đ tƠi ca hai sinh viên Mai Thanh Nga và Trần Ngc Dũng:“Nghiên
cứu thiết kế anten và phương pháp ước lượng phổ cho hệ thống vô tuyến nhận thức
(Cognitive Radio)”.Mt đ tƠi khác nghiên cu v nh hng ca fading đn h
thống mng vô tuyn nhn thc ca Lơm Sinh Công “Effect of Shadowing/fading in
Cognitive Radio System”,…
Một số công trình nghiên cứu  nước ngoài:  bƠi báo [5] ngi ta dùng
phng pháp cm bin đặc tính da trên n đnh vòng đ phát hin tín hiu PU.
Trong bƠi vit [1] đ cp kin trúc ca CR vƠ cũng đƣ nêu ra các phng pháp cm
bin ph da trên năng lng, cm bin dùng matched filter vƠ cm bin đặc tính
da trên n đnh vòng.


- 4 -
1.2. Mcătiêu,ăkháchăthăvƠăđiătngănghiênăcu
Từ nhng phơn tích trên, mc tiêu ca đ tƠi nƠy lƠ nghiên cu các k thut
cm bin ph trong mng vô tuyn nhn thc.
Khách th nghiên cu lƠ mng vô tuyn nhn thc.
Đối tng nghiên cu lƠ tham số ph ca mng vô tuyn nhn thc, cách
thc phát hin có hay không v s hin din ca PU trong môi trng SU đang hot
đng.
1.3. Nhimăv caăđătƠiăvƠăphmăviănghiênăcu
Nhiệm vụ ca đ tƠi lƠ nghiên cu, tìm hiu mt th h mng không dơy mi
đó lƠ mng vô tuyn nhn thc và tìm hiu các k thut cm bin ph đ nhn bit
s hin din ca Pu trong môi trng mƠ SU đang hot đng. Song, vì điu kin
không cho phép v thi gian cũng nh thit b vƠ tƠi liu nghiên cu nên đ tƠi nƠy
ch gii hn  mt số nhim v sau:
 Tìm hiu tình hình thc t v vic s dng ph tần hin nay, các yêu
cầu cp thit đang đặt ra.
 Tìm hiu tng quan v mng vô tuyn nhn thc.
 Nghiên cu gii thut cm bin ph áp dng trong mng vô tuyn

nhn thc nhằm tối u hóa vic s dng tƠi nguyên ph.
 Bên cnh đó, đ tƠi cũng tin hƠnh tìm hiu cu trúc phần cng ARM
- CORTEX 32bits LM3S2965.
 Trin khai các gii thut cm bin ph đƣ mô phng trong phần mm
Matlab trên KIT ARM.
Phạm vi nghiên cứu: thi gian thc hin đ tƠi 6 tháng đ nghiên cu tƠi liu,
nghiên cu các gii thut đƣ thc hin trong các đ tƠi trong vƠ ngoƠi nc; nghiên
cu áp dng vƠ mô phng gii thut cm bin ph trong cp phát tƠi nguyên ph
cho mng vô tuyn nhn thc. Đng thi, đ tƠi cũng tin hƠnh trin khai các gii
thut đƣ mô phng trong phần mm Matlab trên KIT ARM LM3S2965.

- 5 -
1.4. Phngăphápănghiênăcu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tìm kim, đc vƠ nghiên cu tƠi liu v
mng vô tuyn nhn thc, tƠi liu v ARM, tƠi liu v ARM LM3S2965 ca hƣng
Texas Instruments từ th vin ca trng vƠ ch yu lƠ từ internet.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: S dng phần mm Matlab đ mô
phng gii thut đƣ đƣ nghiên cu vƠ s dng KIT ARM LM3S2965 Evaluation đ
trin khai các gii thut cm bin ph đƣ mô phng trong phần mm Matlab.



- 6 -
Chng 2:
KINăTRỎC MNGăVỌăTUYNăNHNăTHC

2.1 Hăph
Nh đƣ đ cp phần trên, ph tần đc s dng ch chim t l thp vƠ nhu cầu
băng thông có đăng kỦ thay đi nhiu theo thi gian vƠ không gian. Nhng ph tần
ri nƠy đc gi lƠ ắhố ph”. CR ra đi nhằm tn dng tối đa nhng ph tần ri nƠy

đ đáp ng nhu cầu s dng các dch v không dơy ngƠy cƠng cao ca con ngi và
gii quyt vn đ ph tần lƠ hu hn.
Trong mng vô tuyn nhn thc thì mng nƠy cho phép s dng tm thi các
ph tần không s dng. Khi ngi s dng có cp phép cần s dng li ph tần ca
h thì CR s chuyn sang mt hố ph khác hoặc thay đi các thông số phát đ
không lƠm nh hng đn ngi s dng có cp phép. Ngi ta áp dng mt k
thut đ truy cp vƠo ph tần gi lƠ k thut truy cp ph tần đng (Dynamic
Spectrum Access - DSA) đ lp đầy các hố ph nƠy.

Hình 2 - 1
Hình 2 - 1. Minh ha “Hố phổ” [1]
2.2 VôătuynăđcăđnhănghƿaăbằngăphầnămmăSDR

- 7 -
Software Defined Radio ậ SDR [2], [9] lƠ mt k thut vô tuyn s dng mt
nn tng phần cng thống nht đ cung cp các tiêu chun thông tin, các lc đ
điu ch vƠ tần số khác nhau thông qua các module phần mm. Nó h tr vic trin
khai các h thống thông tin vô tuyn đa băng tần vƠ đa chun. C th, SDR đc
đnh nghĩa lƠ mt tp hp các k thut phần cng vƠ phần mm trong đó mt vƠi
hoặc toƠn b các chc năng hot đng ca vô tuyn (còn đc gi lƠ x lỦ lp vt
lỦ) đc thc hin thông qua phần mm hoặc firmware có th thay đi hot đng
da trên các k thut x lỦ lp trình đc. Các thit b nƠy gm có các ma trn cng
logic bán dn trng cho phép lp trình đc FPGA (Field Programmable Gate
Arrays), các b x lỦ tín hiu số DSP (Digital Signal Processor), các b x lỦ đa
dng GPP (General Purpose Processor), h thống trên chip lp trình đc SoC
(System on Chip) hoặc các b x lỦ có th lp trình theo ng dng c th khác.
Vic thit k các h thống SDR đƣ m ra mt khía cnh mi trong lĩnh vc thông
tin liên lc.

Hình 2 - 2. Cu trúc phần cng ca thit b SDR [2]

Trc kia, các h thống thông tin (không dơy) đc thc thi trên bi mt
phần cng chuyên dng da trên các tham số riêng ca h thống đó. Điu nƠy khác
vi cách ngi ta s dng máy tính đ chy các chng trình vƠ ng dng khác
nhau trên cùng mt phng tin tính toán. SDR cho phép nhiu h thống thc thi
các chng trình trên cùng platform phần cng.

- 8 -

Hình 2 - 3. Cu trúc phần mm ca thit b SDR [2]
2.3 MiăliênăhăgiaăCRăvƠăSDR
Nh đc đ cp  phần trc, mt trong các đặc tính chính ca vô tuyn
nhn thc lƠ kh năng thích nghi vi các tham số vô tuyn (gm tần số, công sut,
phng thc điu ch, băng thông) có th thay đi ph thuc vƠo môi trng, tình
trng ca ngi s dng, điu kin mng, v trí đa lỦ,… SDR có th cung cp mt
tính năng vô tuyn rt linh hot bằng cách tránh s dng các linh kin vƠ mch
analog dành cho ng dng c th. Vì th, CR cần đc thit k da trên SDR. Mặt
khác, SDR lƠ công ngh lõi cho CR. Hình 2 ậ 4 bên di lƠ mt trong nhng mô
hình đn gin nht mô t mối liên h gia CR vƠ SDR. Trong mô hình nƠy, SDR lƠ
mt phần trong h thống CR.  đơy, CR lƠ s kt hp ca c ch nhn thc
(cognitive engine), SDR, vƠ nhng chc năng h tr khác. C ch nhn thc đóng
vai trò tối u hóa vƠ điu khin SDR da trên mt số tham số mƠ nó cm bin vƠ
hc đc từ môi trng vô tuyn, tình trng ngi s dng, vƠ điu kin mng. C
ch nhn thc chú Ủ đn tƠi nguyên vƠ kh năng ca phần cng cũng nh các thông
số đƣ đ cp. SDR đc xơy dng da trên phần mm x lỦ tín hiu số vƠ phần
mm có th điu chnh tần số cao tần RF (Radio Frequency). Do đó, SDR có th h
tr nhiu chun (c th lƠ: GSM, EDGE, WCDMA, CDMA2000, Wi-Fi, WiMAX)

- 9 -
vƠ các công ngh đa truy cp (Ví d nh: Time Division Multiple Access (TDMA),
Code Division Multiple Access (CDMA), Orthogonal Frequency Division Multiple

Access (OFDMA), and Space Division Multiple Access (SDMA).)

Hình 2 - 4. Mối liên h gia SDR vƠ CR [9]
SDR lƠ mt công ngh mang đầy ha hẹn đ to ra kh năng nhn thc ca
mng CR. Chẳng hn nh, mt trong nhng kh năng quan trng ca CR lƠ h
thống qun lỦ ph đng. Cm bin ph, c ch tối u hóa đ tn dng mt phần ph
nƠo đó, vƠ điu chnh ph lƠ các bc chính trong các h thống qun lỦ ph. Trong
trng hp ph, các thit b cm bin ph có th đc nhúng vƠo bên trong SDR
hoặc liên kt vi SDR từ bên ngoƠi. Ví d, antenna có th đc xem nh lƠ cm
bin ni ca SDR vƠ video camera cm bin ngoƠi. Mặt khác, SDR có th có mt

- 10 -
cu trúc giống nh mt máy phơn tích ph mini đ cung cp thông tin v ph cho c
ch nhn thc.

a)

b)
Hình 2 - 5. C ch nhn thc hay còn gi lƠ Cognitive Cycle a) Do Mitola đa ra
[3] b) Dng tng quát [1]

- 11 -
Chức năng các khối (hình 2 – 5 b):
 Spectrum sensing: CR giám sát ph tần ri, nm bt thông tin ca ph
tần đó, vƠ phát hin hố ph (spectrum holes).
 Spectrum analysis: mô t hố ph đƣ đc phát hin thông qua spectrum
sensing.
 Spectrum decision: CR quyt đnh tốc đ d liu, ch đ truyn vƠ
băng thông truyn ti. Sau đó, sau đó ph tần tng ng s đc chn
theo đặc tính ph vƠ yêu cầu ca ngi s dng.

2.4 SăđăkhiăcaăthităbăthuăphátăCR

a)

b)
Hình 2 - 6. Kin trúc vt lỦ ca CR a) kin trúc ca thit b thu phát CR b) kin trúc
front-end RF/analog băng rng

- 12 -
Cu to chính ca thit b thu phát CR (CR transceiver) [1] nh hình 2 ậ 6a
gm có:
 Đầu vƠo vô tuyn (front-end radio).
 Đn v x băng tần c s (baseband processing unit).
Mi b phn có th đc tái cu hình thông qua mt bus điu khin đ thích nghi
vi môi trng RF thay đi theo thi gian.
Các thƠnh phần front-end RF/analog trong CR:
 RF Filter: có tác dng chn đc khong băng thông mong muốn bằng
cách cho tín hiu qua b lc thông di
 LNA (Low noise amplifier): b khuch đi nhiu thp có tác dng:
loi nhiu tần số nh, khuch đi nhiu thp tín hiu nh ngõ vƠo ca
máy thu ti mc cần thit đ đi tần, tăng đ nhy máy thu. LNA thng
có từ mt đn ba tầng khuch đi tuyn tính, có điu hng chn lc tần
số - băng thông tín hiu mong muốn. Có tác dng khuch đi tín hiu
mong muốn đng thi gim tín hiu nhiu.
 MIXER: ti b đi tần thì tín hiu thu đc từ máy thu s đc
trn vi tần số gốc đc phát ra vƠ đc chuyn ti di băng gốc hay
tần số trung tần.
 VCO (Voltage ậ controlled oscillator): đc bit đn nh lƠ b điu
chnh tần số bằng đin áp. Có tác dng nh b khóa pha giúp tần số ra n
đnh.

 Channel selection filter: đc dùng đ chn kênh mong muốn đng thi
loi b kênh k cn. Có hai cách đ chn kênh: direct convertion receiver
và superheterodyne.
 AGC (Automatic gain control): lƠ h thống hi tip điu chnh đ li
máy thu da vƠo biên đ tín hiu thu đng thi m rng di rng,
cho phép tăng hoặc gim đ khuch đi khi tín hiu thu yu hay mnh
bằng cách thay đi đin áp phơn cc.

- 13 -
 PLL (Phase locked loop): lƠ h thống hi tip vòng kín. Tín hiu hi
tip đc dùng đ khóa tần số vƠ pha ca tín hiu ra theo tần số vƠ pha
ca tín hiu vƠo.
Thách thc đối vi vic thit k kin trúc cho CR lƠ có th phát hin chính xác tín
hiu cng đ yu ca PU trong mt di ph rng.
2.5 Kinătrúcămngămngăvôătuynănhnăthc
Các mng không dơy đang tn ti s dng hn hp nhiu chính sách ph vƠ
công ngh truyn thông khác nhau. Hn na, mt số phần ph vô tuyn đƣ đc cp
phép cho các mc đích khác nhau trong khi mt số băng vn cha đc cp phép.


Hình 2 - 7. Kin trúc mng vô tuyn nhn thc [1]
Các thƠnh phần kin trúc ca mng vô tuyn nhn thc, nh Hình 2 - 7, có
th phơn thƠnh hai nhóm lƠ mng chính (primary network) vƠ mng mng vô tuyn
nhn thc. Các thƠnh phần c bn ca hai nhóm mng nƠy đc xác đnh nh sau:

- 14 -
 Mạng chính (Primary network): Mng chính có quyn truy nhp ti mt vƠi
ph tần nht đnh, chẳng hn nh mng TV qung bá, hay mng t ong nói chung.
Các thƠnh phần ca mng chính bao gm:
 Ngưi dùng chính (Primary user): Ngi dùng chính (hay ngi dùng

đc cp phép) có giy phép đ hot đng trong mt ph tần nht đnh.
Truy nhp nƠy ch đc giám sát bi trm gốc chính vƠ không b nh
hng bi nhng hot đng ca bt kì ngi dùng không đc cp
phép khác. Đ cùng tn ti vi các trm gốc mng vô tuyn nhn thc
vƠ ngi dùng mng vô tuyn nhn thc, nhng ngi dùng chính nƠy
không cần bt c s điu chnh hoặc chc năng cng thêm nƠo.
 Trạm gốc chính (Primary base-station): Trm gốc chính (hay trm gốc
đc cp phép) lƠ thƠnh phần c s h tầng mng đc cố đnh, có giy
phép ph, nh BTS trong mng t ong. V nguyên tc, trm gốc chính
không có kh năng chia sẻ ph vi nhng ngi dùng vô tuyn nhn
thc. Tuy nhiên, trm gốc chính nƠy có th yêu cầu đ có đc kh
năng nƠy.
 Mạng mạng vô tuyến nhận thức (hay còn gi lƠ mng xG, mng truy cp ph
tần đng, mng th cp, mng không đc cp phép): không có giy phép đ hot
đng trong mt băng mong muốn. Do đó, nó ch đc phép truy nhp ph khi có c
hi. Mng vô tuyn nhn thc có th gm c mng có c s h tầng vƠ mng ad-
hoc, các thƠnh phần ca mng vô tuyn nhn thc nh sau:
 Ngưi dùng vô tuyến nhận thức: (hay còn gi lƠ ngi dùng xG,
ngi dùng không đc cp phép, ngi dùng th cp) không có giy
phép s dng ph. Do đó, cần có các chc năng cng thêm đ chia sẻ
băng ph cp phép.
 Trạm gốc vô tuyến nhận thức: (hay còn gi lƠ trm gốc xG, trm gốc
không cp phép, trm gốc th cp) lƠ thƠnh phần c s h tầng cố
đnh vi các kh năng ca vô tuyn nhn thc. Trm gốc vô tuyn
nhn thc cung cp kt nối đn chặng ti nhng ngi dùng vô tuyn

- 15 -
nhn thc mƠ không cần giy phép truy nhp ph. Thông qua kt nối
nƠy, ngi dùng vô tuyn nhn thc có th truy cp đn các mng
khác.

 Spectrum broker hay Scheduling server: B chia ph lƠ mt thc th
mng trung tơm đóng vai trò chia sẻ tƠi nguyên ph gia các mng xG
khác nhau. B chia ph có th đc kt nối ti mi mng vƠ có th
phc v nh lƠ b qun lỦ thông tin ph cho phép tn ti ca nhiu
mng xG.
Mng vô tuyn nhn thc bao gm nhiu loi mng khác nhau: mng chính,
mng vô tuyn nhn thc da trên c s h tầng, vƠ mng vô tuyn nhn thc ad-
hoc. Mng vô tuyn nhn thc hot đng di môi trng ph hn hp, bao gm c
các băng tần cp phép vƠ không cp phép. Do đó, trong mng vô tuyn nhn thc,
có ba loi truy nhp khác nhau, đó lƠ:
 Truy nhập mạng vô tuyến nhận thức (xG network access): Ngi
dùng vô tuyn nhn thc có th truy nhp ti chính trm gốc vô tuyn
nhn thc  c băng cp phép vƠ không cp phép.
 Truy nhập mạng vô tuyến nhận thức ad-hoc (xG ad-hoc access):
Ngi dùng vô tuyn nhn thc có th truyn thông vi nhng ngi
dùng vô tuyn nhn thc khác thông qua kt nối ad-hoc  c băng cp
phép vƠ không cp phép.
 Truy nhập mạng chính (Primary network access): Ngi dùng vô
tuyn nhn thc cũng có th truy cp ti trm gốc chính thông qua
băng cp phép.
2.6 Cácăngădngăcaămngăvôătuynănhnăthc
Mng vô tuyn nhn thc có th áp dng trong các trng hp sau đơy:
2.6.1 Mngăchoăthuêăậ leased network

- 16 -
Mng chính có th cung cp mng cho thuê bằng cách cho phép ngi dùng
CR truy cp ph có đăng kỦ ca ngi dùng chính mƠ không nh hng đn truyn
thông ca ngi dùng chính.
2.6.2ăMngămesh nhnăthc ậ cognitive mesh networks
Các mng mesh không dơy băng rng đang phát trin nh lƠ mt công ngh

rt có hiu qu kinh t. Tuy nhiên, mng mesh yêu cầu dung lng cao hn đ đáp
ng yêu cầu ca các ng dng cần băng thông ln hn. Do công ngh CR cho phép
truy cp nhiu ph hn, nên các mng CR s lƠ mt la chn tốt đáp ng các yêu
cầu ca mng mesh.
2.6.3 Mngăkhnăcp
Các mng CR có th đc trin khai cho các mng an ninh công cng vƠ
mng khn cp. Trong trng hp có thm ha thiên nhiên, khi đó các mng chính
b vô hiu hóa tm thi thì ngi s dng CR có th s dng ph ca các mng
chính này. Các mng CR có th truyn thông trong các ph tần ri trong ch đ ad-
hoc không cần c s h tầng vƠ bo đm quyn truyn thông vƠ thi gian đáp ng.
2.6.4ăMngăquơnăđi
Các mng CR cho phép thit b vô tuyn quơn s đ chn băng tần trung tần
tùy Ủ, kiu điu ch, kiu mƣ hóa, thích nghi vi môi trng vô tuyn thay đi liên
tc ca chin trng.
2.7 ChunăăIEEEăă802.22ăăchoămngăkhôngădơyăccăbăWRANs
Có nhiu khong băng TV còn trống rt nhiu trên nhiu khu vc. Nh băng
TV 6 MHz có th s dng cho truyn d liu. Bi vì các băng TV thì hầu ht trong
ph tần số thp (ví d 54 - 862MHz  Nam M và 41 - 910 MHz trên quốc t) nên
s truyn các thông số thì phù hp hn cho s truyn trong di dƠi. Chun IEEE
802.22 [10] đc hng đn kĩ thut trong khu vc mang không dơy, và mng nƠy
ha hẹn s cung cp cho các thit b di đng trong khu vc bán kính có th lên đn
100km. Do chun IEEE 802.22 da trên h thống băng TV nên h thống CR phù
hp s đc dùng đ tránh nhiu đn các dch v đƣ đăng kí.

- 17 -
H thống kin trúc ca chun IEEE 802.22 da trên WRAN thì tng t nh
mng truy cp không dơy băng rng (broadband wireless access (BWA)) nh IEEE
802.16 WiMAX. Trong thc t, mt WRAN thì da trên kt nối đim- đa
đim mƠ trong đó các trm gốc BS điu khin tt c các kt nối.
2.7.1 LpăvtălỦătrongă802.22ă

Trong lp vt lỦ, s truyn dn ca chun IEEE 802.22 hng đn các tần số
mƠ da vƠo truy cp dn tần số trc giao (OFDMA). Ghép các băng TV có th
đc s dng mt cách hp lỦ đ tăng cng dung lng ca h thống bằng cách
s dng kĩ thut liên kt kênh truyn.
Kênh truyn liên kt lƠ kĩ thut s dng b ghép kênh cho s truyn
dn ca dòng d liu đn. Mt kĩ thut tng t đc dùng lƠ chun IEEE
802.11 da trên WLANs. H thống vƠ mƣ phù hp từ 0.5 bit/symbol/Hz đn 5
bit/symbol/Hz s đc cung cp cho chun nƠy. Mng IEEE 802.22 đc mong đi
s cung cp hn 10 ngi dùng trên 1 mng t bƠo vi đng truyn lên vƠ truyn
xuống vi lu lng lần lt lƠ 1.5Mbps vƠ 384 kbps.
2.7.2ăLpăMACătrongă802.22ă
Hình 2 - 8 đƣ ch ra cu trúc khung ca lp MAC trong IEEE 802.22.
Ti ni bt đầu ca khung, thông tin phần đầu ca khung superframe control header
(SCH) thì đc truyn đi bi BS trên nhng băng TV nƠo có th. Phần m đầu đc
s dng đ bo v các dch v truyn thống vƠ trong khi SDH đc s dng bi
thit b s dng đầu tiên CPE (consumer premise equipment) đ đng b vi
BS. Nó bao gm tt c các thông tin v CPE đ bt đầu kt nối. Chú Ủ rằng, bi vì
theo yêu cầu ca FCC, thì 2 băng TV còn li không đc s dng đ tránh nhiu
cho dch v TV.
VƠ trong mt kt cu khung trong các khung trên đc đa ra nh hình 2 -
8. Truyn dn trong mi khung lƠ các khe thi gian vƠ nó da vƠo sóng mang
OFDM. Trong mt khung, có dòng lên vƠ dòng xuống ca khung con. Mt khung
ph dòng xuống bao gm phần m đầu đ bt đầu mt khung. Sau đó, US-MAP và

- 18 -
DS-MAP đc dùng đ chng t cu trúc ca dòng lên xuống ca khung ph. Chú
Ủ rằng cu trúc khung, siêu khung, khung ph vƠ khối lõi ca IEEE 802.22 thì đc
điu khin bi BS.
Đ bt đầu mt kt nối vi BS, thì mt CPE quét vƠ xác đnh các băng TV
trống mƠ không nh hng ti các dch v khác. Da vƠo các băng trống này, CPE

s quét từ nhn tín hiu SCH từ BS. Sau khi nhn SCH, CPE có th bt đầu mt kt
nối bằng cách gi mt xác nhn ti BS. BS cho phép truyn phần lõi vƠ cho phép
CPE nhn trên khong trống ca ph.
2.7.3ăCmăbinăkênhătrongăchunăIEEEă802.22
Trong h thống 802.22, c BS vƠ CPE thc hin cm bin kênh theo chu kì.
Bi vì cm bin kênh có th  trong khong băng hay ngoƠi khang băng nên có 2
giao din đc yêu cầu ti CPE. Mt anten trc tip đc s dng đ kt nối vi
BS, và mt anten đẳng hng đc dùng đ cm bin ph. BS hng dn CPE cm
bin băng TV, vƠ kt qu cm bin s đc gi tr li cho BS đ xơy dng mt bn
đ các ph trống cho các t bƠo đc dùng đ qun lỦ ph. Giao thc MAC cần
đc thit k đ cung cp các yêu cầu ca qun lỦ ph bao gm thay đi kênh
truyn, s hoƣn hay khôi phc kênh, s bao gm hay loi trừ ca nhiu
kênh từ mt kênh truy cp.
Đ phát hin mt dch v TV truyn thống, h thống IEEE 802.22
cung cp máy cm bin băng tần thô vƠ cm bin tinh nh hình 2 ậ 9 đ ci thin
h thống cho phù hp. Cm bin nhanh (hay gi lƠ cm bin thô), ví d nh cm
bin năng lng, thì thc hin trong thi gian ngn đ gim s gián đon
trong truyn d liu. Kt qu ca s cm bin nƠy đc s dng đ phơn tích hot
đng ca kênh truyn. Nu có mt năng lng truyn dn đc phát hin, thì h
thống cm bin tinh s hot đng. Gii thut ca cm bin tinh nƠy s tốn thi gian
đ xác đnh các tín hiu từ dch v ngun. C 2 phng pháp cm bin thô vƠ tinh
nƠy đu đáp ng đc yêu cầu ca chun IEEE 802.22.