Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

NỘI DUNG:
“ Vô tuyến nhận thức: giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số “

TÓM TẮT
Với công nghệ vô tuyến nhận thức, các thiết bị vô tuyến nhận thức được sử
dụng để cảm ứng, nhận diện và sử dụng phổ tần vô tuyến hiệu quả hơn nữa theo
thời gian, không gian và tần số. Theo Ed Thomas “ Nếu xét toàn bộ giải tần số vô
tuyến từ 0 đến 100 GHz và quan trắc ở một thời gian và không gian cụ thể, thì chỉ
có từ 5% đến 10% lượng phổ tần được sử dụng”. Như vậy, có hơn 90% tài nguyên
phổ tần vô tuyến bị lãng phí. Công nghệ vô tuyến nhận thức hiện được xem như là
một giải pháp tối ưu cho vấn đề này. Bay viết sẽ trình bày tổng quan các khái niệm,
cơ chế truy cập phổ tần động, mô hình hệ thống điển hình cũng như tính khả thi
của công nghệ vô tuyến nhận thức trong các hệ thống không dây thế hệ sau.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 1


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

M ỤC L ỤC
1. Khái niệm về vô tuyến nhận thức…………………………………….Trang 2
2. Mô hình vô tuyến nhận thức dựa trên SDR…………………………..Trang 3
3. Mô hình mạng vô tuyến nhân thức……………………………………Trang 4

4.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 2


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

1. Khái niệm về vô tuyến nhận thức (cognitive radio)
Hệ thống vô tuyến nhận thức là hệ thống mà các phần tử của nó có khả năng
thay đổi các tham số (công suất, tần số) trên cơ sở tương tác với môi trường hoạt động.
Theo đó, thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR (Software Defined Radio)
sẽ là một phần tử quan trọng trong hệ thống vô tuyến nhận thức. Vì các tham số của
thiết bị SDR được thay đổi một cách linh động bằng phần mềm mà không cần phải
thay đổi cấu trúc phần cứng. Mục đích của vô tuyến nhận thức là cho phép các thiết bị
vô tuyến khác hoạt động trên các dải tần còn trống tạm thời mà không gây nhiễu đến
các hệ thống vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn hoạt động trên dải tần đó. Để cho phép
tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần như trên, vô tuyến nhận thức phải có những tính
năng cơ bản như sau:
- Điều chỉnh tần số hoạt động của hệ thống một cách tức thì từ một băng tần này
đến một băng tần khác (còn trống) trên dải tần cho phép (Hình 1).
- Thiết lập mạng thông tin và hoạt động trên một phần hoặc toàn bộ băng tần được
cấp phát
- Chia sẻ kênh tần số và điều khiển công suất thích ứng theo điều kiện cụ thể của
môi trường vô tuyến, mà ở đó tồn tại nhiều loại hình dịch vụ vô tuyến cùng chiếm
dụng.

- Thực hiện thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền và các sơ đồ mã hoá sửa lỗi
để cho phép đạt được thông lượng tốt nhất có thể.
- Tạo búp sóng và điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thông
nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh và tối đa cường độ tín hiệu thu.

Hình 1.1: Khái niệm hố phổ rỗi hình thành lên ý tưởng về vô tuyến nhận thức
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 3


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

2. Mô hình vô tuyến nhận thức dựa trên SDR
Mô hình vô tuyến nhận thức điển hình trên cơ sở SDR như Hình 2.1 Theo đó,
các chức năng và các đặc tính cơ bản như sau:
- Khối anten dải rộng (Wideband antenna) có đặc điểm là hoạt động trên toàn
bộ băng tần vô tuyến nhận thức (dải tần này rất rộng). Để tận dụng triệt để tài nguyên
phổ tần vô tuyến còn trống một cách tức thì, anten dải rộng phải có khả năng quét tần
số rất rộng sao cho có thể phát hiện được hầu hết những thay đổi của môi trường (thời
gian không sự dụng của các dải tần số đã cấp phép). Toàn bộ phổ tần khả quét được
chia thành N băng nhỏ, và mỗi thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR) sẽ
hoạt động trên một băng tần nhỏ đó. Ngoài ra, hệ thống đa anten được đề xuất để tạo
búp sóng và độ lợi phân tập nhằm tăng cường độ phân giải không gian và cải thiện
hiệu quả tách sóng.
- Khối duplexer được dùng để định hướng (phân bổ) tín hiệu cho các anten, hay
nói cách khác nó phân cách tín hiệu thu và tín hiệu phát.

Hình 2.1: Mô hình vô tuyến nhận thức điển hình trên cơ sở SDR
- Khối lựa chọn tần số động (Dynamic Frequency Selection - DFS) là một quá
trình lựa chọn tần số tự động được dùng trong vô tuyến nhận thức để tránh gây nhiễu
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 4


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

đến các hệ thống vô tuyến khác có quyền ưu tiên cao hơn khi hoạt động ở cùng băng
tần. Khi hoạt động, phổ tần sẽ chỉ được lựa chọn sử dụng khi nó không bị chiếm dụng
bởi thiết bị khác, và sẽ dừng chiếm dụng phổ tần này ngay khi các thiết bị vô tuyến có
quyền ưu tiên cao hơn có nhu cầu sử dụng.
- Khối vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Radio SDR) hoạt động đồng thời trong module thu. Mỗi khối SDR được điều khiển để hoạt
động trong một dải tần nhất định thông qua phần mềm mà không phải thay đổi cấu trúc
phần cứng. Lý do của việc sử dụng nhiều module SDR song song thay vì chỉ một
module SDR duy nhất là để giảm độ phức tạp của thiết bị SDR. Số liệu đầu ra của các
khối SDR được đưa vào cùng một khối chức năng, khối này thực hiện quyết định tối
ưu (thông minh) dựa trên những thông tin từ các SDR thành phần, trong đó thực hiện
lựa chọn và kết hợp giữa các luồng thông tin sau tách sóng để tái tạo luồng thông tin
cũng như các tín hiệu điều khiển các tham số phần phát.
- Khối cảm biến môi trường (Incumbent Profile Detection – IPD) phát hiện sự
hiện hữu của thiết bị vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn dựa trên các thông tin về: sơ
đồ phân bố phổ tần, thời điểm chiếm dụng phổ tần của các thiết bị vô tuyến được cấp
phép, và tập tham số công suất phát.
- Khối tổng hợp tần số thích ứng ở phía phát có nhiệm vụ tạo ra tần số sóng
mang tham khảo chuẩn một cách chính xác phục vụ cho quá trình điều chế cao tần và

chuyển đổi băng tần. Muốn vậy, cần phải khai thác thông tin từ khối cảm biến môi
trường (IPD) như: sơ đồ phân bố phổ tần, thời điểm chiếm dụng phổ tần của các thiết
bị vô tuyến được cấp phép, và tập tham số công suất phát. Các thông số này cho phép
xác định chính xác mức công suất phát nhằm đảm bảo vô tuyến nhận thức không gây
nhiễu đến các thiết bị vô tuyến khác.
- Khối điều khiển công suất phát (Transmit Power Control - TPC) cho phép
thích ứng mức công suất phát theo sự thay đổi tần số làm việc của thiết bị vô tuyến
nhận thức.
- Khối cổng định thời (Timing Gate) cho phép đảm bảo rằng vô tuyến nhận thức
chỉ phát tín hiệu ở những tần số hiện không bị chiếm dụng.
3. Mô hình mạng vô tuyến nhận thức
Các không dây đang tồn tại sử dụng hỗn hợp nhiều chính sách phổ và công
nghệ truyền thông khác nhau. Hơn nữa, một số phần phổ vô tuyến đã được cấp phép
cho các mục đích khác nhau trong khi một số băng vẫn chưa được cấp phép.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 5


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 3.1 Kiến trúc mạng Vô tuyến nhận thức
Các thành phần kiến trúc của mạng Vô tuyến nhận thức, như Hình 3.1, có thể
phân thành hai nhóm là mạng chính (primary network) và mạng Vô tuyến nhận thức.
Các thành phần cơ bản của hai nhóm mạng này được xác định như sau:
3.1 Mạng chính (Primary network): Mạng chính có quyền truy nhập tới một vài
băng phổ nhất định, chẳng hạn như mạng TV quảng bá, hay mạng tổ ong nói

chung. Các thành phần của mạng chính bao gồm:
- Người dùng chính (Primary user): Người dùng chính (hay người dùng được
cấp phép) có giấy phép để hoạt động trong một băng phổ nhất định. Truy nhập
này chỉ được giám sát bởi trạm gốc chính và không bị ảnh hưởng bởi những
hoạt động của bất kì người dùng không được cấp phép khác. Để cùng tồn tại với
các trạm gốc Vô tuyến nhận thức và người dùng Vô tuyến nhận thức, những
người dùng chính này không cần bất cứ sự điều chỉnh hoặc chức năng cộng
thêm nào.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 6


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

- Trạm gốc chính (Primary base-station): Trạm gốc chính (hay trạm gốc được
cấp phép) là thành phần cơ sở hạ tầng mạng được cố định, có giấy phép phổ,
như BTS trong mạng tổ ong. Về nguyên tắc, trạm gốc chính không có khả năng
chia sẻ phổ với những người dùng Vô tuyến nhận thức. Tuy nhiên, trạm gốc
chính này có thể yêu cầu để có được khả năng này.
3.2 Mạng Vô tuyến nhận thức: Mạng Vô tuyến nhận thức (hay mạng xG, mạng
Truy nhập phổ tần động, mạng thứ cấp, mạng không được cấp phép) không có giấy
phép để hoạt động trong một băng mong muốn. Do đó, nó chỉ được phép truy nhập
phổ khi có cơ hội. Mạng Vô tuyến nhận thức có thể gồm cả mạng có cơ sở hạ tầng
và mạng ad hoc, các thành phần của mạng Vô tuyến nhận thức như sau:
- Người dùng Vô tuyến nhận thức: Người dùng Vô tuyến nhận thức (hay
người dùng xG, người dùng không được cấp phép, người dùng thứ cấp) không

có giấy phép sử dụng phổ. Do đó, cần có các chức năng cộng thêm để chia sẻ
băng phổ cấp phép.
- Trạm gốc Vô tuyến nhận thức: Trạm gốc Vô tuyến nhận thức (hay trạm gốc
xG, trạm gốc không cấp phép, trạm gốc thứ cấp) là thành phần cơ sở hạ tầng cố
định với các khả năng của Vô tuyến nhậ thức. Trạm gốc Vô tuyến nhận thức
cung cấp kết nối đơn chặng tới những người dùng Vô tuyến nhận thức mà
không cần giấy phép truy nhập phổ. Thông qua kết nối này, người dùng Vô
tuyến nhận thức có thể truy nhập đến các mạng khác.
- Bộ phân chia phổ (Spectrum broker): Bộ phân chia phổ (hay server lập
lịch) là một thực thể mạng trung tâm đóng vai trò trong việc chia sẻ các tài
nguyên phổ tần giữa các mạng Vô tuyến nhận thức khác nhau. Bộ phân chia
phổ có thể kết nối với từng mạng và có thể phục vụ với tư cách là người quản lí
thông tin phổ, nhằm cho phép các mạng Vô tuyến nhận thức cùng tồn tại.
Mạng Vô tuyến nhận thức bao gồm nhiều loại mạng khác nhau: mạng chính,
mạng Vô tuyến nhận thức dựa trên cơ sở hạ tầng, và mạng Vô tuyến nhận thức ad hoc.
Mạng Vô tuyến nhận thức hoạt động dưới môi trường phổ hỗn hợp, bao gồm cả các
băng cấp phép và không cấp phép. Do đó, trong mạng Vô tuyến nhận thức, có ba loại
truy nhập khác nhau, đó là:
- Truy nhập mạng Vô tuyến nhận thức (xG network access): Người dùng Vô
tuyến thông minh có thể truy nhập tới chính trạm gốc Vô tuyến nhận thức ở cả
băng cấp phép và không cấp phép.
- Truy nhập mạng Vô tuyến nhận thức ad hoc (xG ad hoc access): Người dùng
Vô tuyến nhận thức có thể truyền thông với những người dùng Vô tuyến nhận
thức khác thông qua kết nối ad hoc ở cả băng cấp phép và không cấp phép.
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 7


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

- Truy nhập mạng chính (Primary network access): Người dùng Vô tuyến
nhận thức cũng có thể truy nhâp tới trạm gốc chính thông qua băng cấp phép.
4. Hoạt động của mạng Vô tuyến nhận thức
Mạng Vô tuyến nhận thức có thể hoạt động trong cả băng cấp phép và không
cấp phép, do đó, các chức năng yêu cầu cho mạng Vô tuyến nhận thức khác nhau tùy
theo phổ đó là cấp phép hay không.
4.1 Trên băng cấp phép
Như đã chỉ ra trên Hình 4.1, ta thấy có những hố phổ không sử dụng trong băng
phổ được cấp phép. Do đó, các mạng Vô tuyến nhận thức có thể được sử dụng để khai
thác các hố phổ này thông qua các công nghệ thông minh. Kiến trúc này được miêu tả
trong Hình 4.1 trong đó các mạng Vô tuyến nhận thức cùng tồn tại với các mạng chính
tại cùng một vị trí và trên cùng một băng phổ.

Hình 4.1 Mạng Vô tuyến nhận thức hoạt động trên băng cấp phép
Có nhiều thách thức khác nhau để thực hiện các mạng Vô tuyến nhận thức trên
băng cấp phép vì sự tồn tại của những người dùng chính. Mặc dù, mục đích chính của
mạng Vô tuyến nhận thức là xác định phổ tần có sẵn tốt nhất, nhưng các chức năng của
Vô tuyến nhận thức trong băng cấp phép lại bao gồm phát hiện sự có mặt của các
người dùng chính. Dung lượng kênh của các hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh
những người dùng chính. Do đó, việc tránh nhiễu cho những người dùng chính là vấn
đề quan trọng nhất trong kiến trúc này. Hơn nữa, nếu người dùng chính xuất hiện trong
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 8


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

băng phổ bị những người dùng Vô tuyến nhận thức chiếm, thì người dùng Vô tuyến
nhận thức ngay lập tức phải bỏ lại phổ hiện thời và chuyển tới phổ mới sẵn có khác,
gọi là chuyển giao phổ.
4.2 Trên băng không cấp phép
Các mạng Vô tuyến nhận thức có thể được thiết kế để hoạt động trên các băng
không câp phép để cải thiện hiệu quả phổ trong phần phổ này. Mạng Vô tuyến nhận
thức hoạt động trên băng không cấp phép được minh họa trên Hình 4.2 Tất cả thực thể
trong mạng có quyền như nhau khi truy nhập tới các băng phổ. Nhiều mạng Vô tuyến
nhận thức cùng tồn tại trong một vùng giống nhau và truyền thông sử dụng cũng một
phần phổ như nhau. Các thuật toán chia sẻ phổ thông minh có thể cải thiện hiệu quả sử
dụng phổ và hỗ trợ QoS cao.

Hình 4.2. Mạng Vô tuyến nhận thức hoạt động trên băng không cấp phép
Trong kiến trúc này, những người dùng Vô tuyến nhận thức tập trung vào phát
hiện việc truyền của những người dùng Vô tuyến nhận thức khác. Khác với hoạt động
trên băng cấp phép, việc chuyển giao phổ không bị kích thích bởi sự có mặt của những
người dùng chính khác. Tuy nhiên, vì tất cả những người dùng Vô tuyến nhận thức có
quyền truy nhập phổ như nhau, nên họ phải cạnh tranh với nhau trong cùng băng
không cấp phép. Do đó, kiến trúc này đòi hỏi các phương pháp chia sẻ phổ phức tạp
giữa những người dùng Vô tuyến nhận thức. Nếu nhiều mạng Vô tuyến nhận thức nằm
trong cùng một băng không cấp phép thì phải có phương pháp chia sẻ phổ phù hợp
giữa các mạng này.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 9

Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

5. Truy cập phổ tần động trong mạng vô tuyến nhận thức

Để có thể tận dụng được những hố phổ rỗi như hình 1.1, một phương pháp quan
trọng được áp dụng trong mạng vô tuyến nhận thức, đó là phương pháp truy cập phổ
tần động. Phương pháp này cho phép các thiết bị vô tuyến nhận thức thực hiện thông
tin một cách thông minh theo độ khả dụng của phổ tần. Truy cập phổ tần động, được
thể hiện ở khối lựa chọn tần số động DFS như trên hình 2.1. Sự kết hợp của truy cập
phổ tần động với khối IPD cho phép thiết bị vô tuyến không được cấp phép truy cập
vào băng tần được cấp phép trong một khoảng thời gian ngắn mà không ảnh hưởng
đến quyền truy cập mạng của thiết bị có quyền ưu tiên cao hơn. Việc chia sẻ phổ tần
giữa các hệ thống vô tuyến khác nhau thực chất là việc chia sẻ việc sử dụng các dải tần
số giữa các mạng truy nhập vô tuyến khác nhau mà thôi. Vì trong các hệ thống, tài
nguyên vô tuyến chủ yếu được các mạng truy nhập sử dụng để truyền dẫn tín hiệu từ
mạng đến khách hàng. Cơ chế hoạt động của phân bổ tần số động giữa các mạng truy
nhập như sau: Sử dụng các khoảng tần số liền kề để cấp phát cho các mạng truy nhập
vô tuyến khác nhau. Các khoảng tần số ấn định cho mỗi hệ thống được phân cách bằng
một băng tần bảo vệ, việc làm này cũng giống với cơ chế phân bổ tần số cố định hiện
nay. Tuy nhiên, ở cơ chế phân bổ tài nguyên này bề rộng phổ gán cho mỗi một mạng
truy nhập vô tuyến được thay đổi tùy theo thay đổi của yêu cầu phổ tần của từng mạng
theo thời gian và không gian như Hình 5.1a) và hình 5.1b).

Hình 5. 1 a) Phân bố tài nguyên vô tuyến cố định
Hình 5. 1 b) Phân bố tài nguyên vô tuyến động

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 10


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Cơ chế phân bổ phổ tần liền kề động này có ưu điểm là việc quản lý và phân bổ
tài nguyên phổ tần đơn giản; trong khi vẫn có được những ưu điểm như đối với
phương pháp phân bổ tần cố định, như kiểm soát được nhiễu từ các mạng truy nhập vô
tuyến khác chỉ cần dùng một băng tần bảo vệ. Hơn thế nữa, cơ chế này tối thiểu hóa
việc hợp tác quản lý giữa hai mạng truy nhập bởi vì chúng ta chỉ cần xác định được vị
trí của dải tần bảo vệ giữa hai băng tần ấn định liền kề. Tuy nhiên, do sự đơn giản
trong việc quản lý phổ tần của cơ chế nên cũng có những nhược điểm như: Nếu muốn
tăng bằng tần cho một mạng truy nhập vô tuyến thì băng tần của mạng truy nhập vô
tuyến lân cận sẽ bị cắt giảm. Do đó, nếu một mạng truy nhậpvô tuyến có nhu cầu tăng
lượng băng tần cấp phép sẽ không được đáp ứng nếu như mạng truy nhập vô tuyến bên
cạnh không thể cắt giảm băng tần của mình được. Mặc dù còn tồn tại nhược điểm như
vậy nhưng phương pháp phân bổ tài nguyên này vẫn có ý nghĩa trong việc tận dụng
các băng tần trống của các hệ thống mạng truy nhập khách dựa trên quy luật dịch vụ
mà không phải sử dụng các thuật toán điều khiển quá phức tạp.
Hiện nay, phương pháp phân bổ tài nguyên vô tuyến động đang được tập trung
nghiên cứu trong các mạng truy nhập vô tuyến là mạng di động 3G (UMTS) và hệ
thống truyền hình quảng bá số mặt đất DVB-T. Lựa chọn hai loại mạng truy nhập này
để đưa vào nghiên cứu vì hai mạng truy nhập này có cơ chế cung cấp dịch vụ hoàn
toàn khác nhau. Một bên là cung cấp dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng (mạng di
động) trong khi đó mạng truyền hình quảng bá số mặt đất thì phát quảng bá tín hiệu
đến các khu vực khác nhau. Đối với mạng di động thì nhu cầu về băng tần chủ yếu tập
trung vào giờ làm việc trong khi đó các dịch vụ truyền hình lại chủ yếu tập trung vào

ngoài giờ làm việc. Đặc điểm khác biệt về quy luật dịch vụ này làm cho vai trò của
việc phân bổ phổ tần động ở trên trở nên cấp thiết và quan trọng hơn. Hơn thế nữa,
mạng 3G-UMTS và mạng truyền hình quảng bá vô tuyến số mặt đất DVB-T có chung
bề rộng sóng mang (Với 3G-UMTS là 5 MHz trong khi đó DVB-T là 8 MHz). Một
phân tích về qui luật sử dụng dịch vụ của hai hệ thống trên, được trình bày ở Hình 5.2.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 11


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 5.2. Dạng phân bố lưu lượng thay đổi theo thời gian của dịch vụ DVB-T và
UMTS
5.1 Phân bổ phổ tần động theo thời gian: Thuật toán phân bố tần số động liền kề
theo thời gian sẽ hoạt động theo các chu kỳ định trước cho từng ngày. Những tính toán
về phổ tần yêu cầu bởi mỗi mạng truy nhập vô tuyến dựa trên những dự đoán về tải hệ
thống. Do đó, việc dự đoán tải của từng mạng truy nhập sẽ là phần tử quan trọng trong
thuật toán phân bổ phổ tần động theo thời gian. Quá trình dự đoán tải gồm hai vấn đề:
Lịch sử tải, đó là một cơ sở dữ liệu về tải trọng của mạng trong thời gian trước đó, và
thuật toán dự đoán theo chuỗi thời gian. Nếu như các sự kiện về tải bất thường sảy ra,
yếu tố lịch sử tải trọng sẽ không thể cung cấp đầy đủ thông tin để thích ứng, do đó sẽ
dẫn đến việc phân bổ phổ tần không hiệu quả và chính xác. Khi đó, dự đoán chuỗi thời
gian sẽ được sử dụng để ước tính tải trọng. Dựa trên dự đoán tải trọng, các mạng truy
nhập vô tuyến sẽ ước tính được số sóng mang sẽ phải đáp ứng cho mạng truy nhập
trong thời gian sắp tới. Các mạng truy nhập vô tuyến sẽ thông báo cho phân hệ phân
bổ tài nguyên vô tuyến động những tần số sóng mang hiện tại nó không dùng. Và các

tần số sóng mang trống này sẽ được gán lại cho các mạng truy nhậpvô tuyến khác nếu
chúng có nhu cầu. Lưu ý rằng, một sóng mang vô tuyến nào đó sẽ được gán cho mạng
truy nhập vô tuyến khác nếu như không có cuộc gọi nào đang được mang đi trên nó.
Thuật toán phân bổ tài nguyên sẽ quyết định cách thức mà các tần số sóng mang còn
trống được phân bổ cho các mạng truy nhập vô tuyến. Để nhiều sóng mang trống đối
với một hệ thống phân bổ tài nguyên vô tuyến động nào đó, các cuộc gọi mới trong
mạng truy nhập thường được truyền tải trên các sóng mang cách xa băng tần bảo vệ
nhất giữa hai mạng truy nhập vô tuyến hoặc chuyển giao các cuộc gọi hiện hành sang
các tần số đó nếu có thể. Do đó, các tần số sóng mang gần với khoảng bảo vệ sẽ được

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 12


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

sử dụng để ấn định lại cho một mạng truy nhập vô tuyến khi cần. Chức năng cơ bản
của phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo thời gian được thể hiện ở Hình.5.3.

Hình 5.3: Phân bố tài nguyên sóng mang cho các mạng truy cập vô tuyến
Hoạt động của thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo thời gian dựa
trên đặc tính lưu lượng biến đổi theo thời gian của các mạng truy nhập vô tuyến. Hình
5.4 minh họa đặc tính lưu lượng của dịnh vụ thoại (mạng UMTS) và dịch vụ video
(DVB-T).
5.2 Phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo thời gian khi dự đoán tải hoàn hảo
Chúng ta xem xét hoạt động của bộ phân bổ tài nguyên vô tuyến động
trongtrường hợp dự đoán tải hoàn hảo, nghĩa là không có sự kiện bất ngờ nào xảy ra

trong đặc tính lưu lượng của các mạng truy nhập vô tuyến. Điều này cũng đồng nghĩa
với lịch sử sẽ không mang lại ước tính tốt cho tải của mạng truy nhập vô tuyến trong
tương lai.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 13


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 5.4 Ảnh hưởng của khoảng truy nhập phổ tần động DSA lên hiệu năng của
hệ thống
Hình 5.4 thể hiện hoạt động của thuật toán phân bổ tài nguyên động theo thời
gian ở các khoảng thời gian khác nhau giữa các lần ấn định lại phổ tần. Theo đó, độ lợi
của thuật toán phân bổ tài nguyên động sẽ thay đổi khi các khoảng thời gian của thuật
toán phân bổ tài nguyên động tăng lên. Kết quả trên hình 5.4 thể hiện hai miền ký hiệu
là phân bổ tài nguyên tần số động tin cậy và không tin cậy. Trong khoảng thời gian
dưới 4 giờ thì độ lợi của các mạng truy nhập vô tuyến đều vượt trội so với độ lợi của
phương pháp phân bố tài nguyên cố định. Tuy vậy với khoảng thời gian của phân bổ
tài nguyên vô tuyến động lớn hơn 4 giờ đồng hồ thì độ lợi của tất các mạng truy nhập
vô tuyến đều sụt giảm rất nhanh và thấp hơn với độ lợi của thuật toán ấn định tài
nguyên cố định thông thường. Hiện tượng này có thể lý giải là do thời gian phân bổ tài
nguyên động đã đủ dài để khi đó tải của mạng truy nhập vô tuyến đã thay đổi do đó
việc phân phối tài nguyên phổ tần không còn chính xác nữa, dẫn đến hiệu quả của
thuật toán phân bổ tài nguyên bị giảm.

Hình 5.5 Ảnh hưởng của tương quan mẫu lưu lượng

Hình 5.5 cho thấy tăng ích của thuật toán phân bổ tài nguyên động thay đổi theo
hệ số tương quan về đặc tính lưu lượng của các mạng truy nhập vô tuyến. Độ lợi của
thuật toán phân bổ tài nguyên động cao hơn thuật toán phân bổ tài nguyên cố định
khoảng 40% đối với hệ số tương quan âm. Khi hệ số tương quan tăng dần thì độ lợi
của thuật toán phân bổ tài nguyên động sẽ giảm. Khi hệ số tương quan lưu lượng dịch

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 14


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

vụ của các mạng vô tuyến lớn hơn 0.5 lúc này độ lợi của thuật toán phân bổ tài nguyên
cố định sẽ giảm đi và thấp hơn so với thuật toán phân bổ tài nguyên cố định.
5.3 Phân bổ tài nguyên động trong trường hợp dự đoán tải không hoàn hảo
Phần trên đã xem xét kết quả của thuật toán phân bố tài nguyên động trong
trường hợp dự đoán tải mạng truy nhập vô tuyến là hoàn hảo. Tuy nhiên trên thực tế,
có những trường hợp lưu lượng tải của mạng truy nhập khác biệt hoàn toàn với
lưulượng tải của nó trước đó. Ví dụ, do một sự kiện đặc biệt nào đó mà lưu lượng cuộc
gọi trong mạng UMTS tăng đột biến hoặc nhu cầu truy nhập dịch vụ video sẽ tăng vọt
khi có sự kiện nóng diễn ra. Trong trường hợp như vậy, ba thuật toán dự đoán khác
nhau được sử dụng để thử nghiệm. Thuật toán đơn giản đầu tiên đó là dựa trên giá trị
của tải trong khoảng thời gian trước. Hai thuật toán còn lại sẽ sử dụng tải ngay trong
chu kỳ trước đó và nếu nó nhỏ hơn 5% so với tải lịch sử thì thuật toán sẽ sử dụng tải
lịch sử để ước tính tải trọng. Ngược lại, thuật toán sử dụng chuỗi thời gian sẽ được sử
dụng để ước tính tải trọng trong tương lai. Kết quả cho thấy, thuật toán sử dụng chuỗi
thời gian sẽ cho kết quả tốt hơn như minh họa trên Hình 5.6

Hình 5.6 Ảnh hưởng của khoảng DSA đến thuật toán dự đoán tải không hoàn
hảo
5.4 Những yêu cầu đối với thuật toán phân bổ tài nguyên theo thời gian
Những yêu cầu đặt ra đối với phân bổ tài nguyên vô tuyến để đảm bảo việc ấn
định tài nguyên không gây nhiễu lên các mạng truy nhập vô tuyến khác, khi chúng
cùng chia sẻ phổ tần. Sau đây là những yêu cầu cơ bản
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 15


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

- Lưu lượng tải thay đổi theo thời gian:
Để thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến theo thời gian thực sự có hiệu quả về
mặt phổ tần, thì thuật toán này phải được thực hiện trong trường hợp tải của các mạng
truy nhập vô tuyến khác nhau sẽ khác nhau theo thời gian. Những lưu lượng tải này có
thể mô hình hóa và sử dụng để đánh giá hoạt động của thuật toán phân bổ tài nguyên
động.
- Dự đoán tải:
Phân bổ tài nguyên động theo thời gian phải có chức năng phân bổ phổ tần theo
tải được dự đoán cho một thời điểm trong tương lai. Điều này thực sự cần thiết khi
thuật toán phân bổ tài nguyên động không hoạt động trong khoảng thời gian ngắn. Nếu
như việc phân bổ tài nguyên vô tuyến mà hoạt động với chu kỳ ngắn thì không cần
phải dự đoán tải vì tải không thể thay đổi quá nhanh trong một thời gian ngắn giữa các
lần ấn định lại tài nguyên. Tuy vậy, tình huống này có thể không thực tế. Do đó, tải của
các mạng truy nhập vô tuyến phải được dự đoán ít nhất theo hoạt động của chúng chứ

không phải hoàn toàn ngẫu nhiên.
- Chu kỳ dự đoán giữa các lần ấn định lại phổ:
Để có thể hoạt động hiệu quả, phương pháp phân bổ tài nguyên theo thời gian
cần phải thực hiện ấn định lại phổ tần đủ nhanh để có thể bắt kịp với những yêu cầu
phổ tần của mạng truy nhập vô tuyến. Tuy nhiên, việc ấn định lại phổ tần nhanh sẽ gây
nên những phức tạp cho mạng về mặt thời gian để một mạng truy nhập vô tuyến cần để
thay đổi tần số thu phát cũng như báo hiệu cho việc thay đổi đó. Ngoài ra khoảng thời
gian giữa hai lần ấn định lại tải phổ tần cũng đóng một vai trò hết sức quan trọng đối
với tính chính xác của các phương pháp dự đoán. Thông thường tính chính xác sẽ tăng
nếu như chu kỳ giữa hai lần ấn định lại kênh giảm.
- Đơn vị trao đổi tần số tối thiểu: Tham số này quy định phổ tần tối thiểu cần
phải cắt đi hay thêm vào cho một mạng truy nhập vô tuyến. Nghĩa là, không thể ấn
định bề rộng phổ tần cho một mạng truy nhập một cách ngẫu nhiên.
- Rơi cuộc gọi: Trong các thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động thì nếu
như một tần số sóng mang nào đó đang được kích hoạt để truyền tải các cuộc gọi thì
nó không được chiếm dụng để ấn định lại cho các mạng vô tuyến khác. Quy định này
để đảm bảo rằng cuộc gọi không bị rơi do việc ấn định lại tần số gây ra. Tuy nhiên,
trong một vài trường hợp thì thuật toán phân bổ tài nguyên sẽ tối ưu nếu như chúng ta
chấp nhận một mức rơi cuộc gọi nào đó. Trong trường hợp này thì phân bổ tài nguyên
vô tuyến động có ảnh hưởng trực tiếp lên tỷ lệ thỏa mãn của các mạng truy nhập dùng
chung phổ tần do việc yêu cầu các mạng truy nhập vô tuyến đánh rơi cuộc gọi.
- Chuyển giao giữa các tần số: Nếu giả sử rằng các mạng truy nhập vô tuyến
cũng như các user có khả năng chuyển giao tần số trong cùng một dải tần số của hệ
thống đó một cách dễ dàng mà không gây dán đoạn cuộc gọi

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 16

Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

- Số mạng truy nhập vô tuyến chia sẻ cùng một phổ tần : Một cách tổng quát
thì các thuật toán phân bổ phổ tần động không giới hạn số mạng truy nhập vô tuyến
dùng chung phổ tần.
- Thích ứng phân bổ tài nguyên không gian: Có thể để tăng hiệu quả của giải
thuật phân bổ phổ tần theo thời gian thì yếu tố không gian cũng phải được tính đến để
có một thuật toán thích ứng.
Sơ đồ khối chức năng của thuật toán

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 17


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 5.6: Sơ đồ thuật toán phân bố tài nguyên động theo thời gian
* Các khối chức năng trong thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo
thời gian gồm có:
- Kích hoạt ấn định tài nguyên vô tuyến động: Khối chức năng này có nhiệm
vụ giám sát thời gian kể từ lần ấn định phổ tần động trước đó. Sau đó kích hoạt chức
năng phân bổ tài nguyên động để ấn định lại phổ tần trong các chu kỳ thời gian trong
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 18

Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

một ngày. Chức năng kích hoạt này có thể cho phép kích hoạt ấn định tài nguyên động
theo nhu cầu của mạng lưới.
- Quản lý lưu lượng sóng mang: Chức năng quản lý sóng mang được thiết kế
để gia tăng lượng sóng mang trống trong các mạng truy nhập vô tuyến. Thuật toán
cóthể thực hiện bằng việc khóa việc sử dụng một tần số sóng mang nào đó trong một
mạng truy nhập vô tuyến trước khi nó được ấn định lại. Hoặc đánh giá số cuộc gọi mà
một sóng mang nào đó truyền tải để từ đó xác định liệu hiệu quả sử dụng phổ tần có
tăng lên nếu như cắt bớt một số cuộc gọi sang các tần số sóng mang còn trống khác.
Ngoài ra, khối này còn có nhiệm vụ đảm bảo rằng lưu lượng các cuộc gọi trên một
sóng mang nào đó là tối đa để có thể tiết kiệm được nhiều tần số sóng mang hơn. Số
sóng mang sẽ được tăng thêm nữa nếu hệ thống đủ phức tạp để có thể thực hiện
chuyển giao giữa các mạng truy nhập.
- Dự đoán và đo lường tải: Khối chức năng này được xây dựng dựa trên lịch
sử tải và chuỗi thời gian như phân tích ở trên. Nghĩa là, dựa trên cơ sở dữ liệu về tải
của mạng truy nhập trước đó thuật toán dự đoán sẽ ước tính tải trọng trong tương lại
của mạng.
- Tính toán yêu cầu sóng mang: Chức năng này dùng để cho các mạng truy
nhập vô tuyến biết được tải dự đoán của chúng để từ đó xác định số sóng mang cần có
cho một mạng truy nhập vô tuyến
- Ấn định sóng mang: Khối chức năng này thực hiện việc ấn định sóng mang
cho các mạng truy nhập vô tuyến.
- Phân bổ tài nguyên động theo không gian
Nhu cầu tải của mạng truy nhập vô tuyến không chỉ thay đổi theo thời gian mà
nó còn thay đổi và khác nhau theo từng khu vực. Ví dụ như, dịch vụ phát quảng bá sẽ

có nhu cầu cao ở những nơi vui chơi giải trí dịch vụ điểm đa điểm lại có nhu cầu cao ở
những nơi mà ở đó nhu cầu truyền thông hai chiều được ưu tiên lựa chọn như các khu
kinh doanh buôn bán. Điều đó, cho thấy nhu cầu cấp thiết để có một thuật toán phân bổ
tài nguyên động theo từng khu vực địa lý và phổ tần được phân bố đều cho các khu
vực. Nhu cầu lưu lượng của các mạng vô tuyến khác nhau sẽ khác nhau theo không
gian được minh họa trong Hình 5.7.

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 19


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 5.7 Phân bố phổ tần động theo không gian
Theo đó, phổ tần phân bố cho hai khu vực cạnh nhau là không chồng lấn lên
nhau. Chiến lược phân bổ phổ tần này được cho là hợp lý trong trường hợp quy hoạch
các mạng truy nhập vô tuyến là độc lập (không có sự đo kiểm để tránh nhiễu giữa các
mạng truy nhập vô tuyến khác nhau nếu chúng hoạt động ở cùng dải tần số).
5.5 Những yêu cầu đối với thuật toán phân bổ tài nguyên theo không gian:
Mục tiêu của các yêu cầu đối với phân bổ tài nguyên vô tuyến động theo không gian là
để không có nhiễu xảy ra ở biên giữa các khu vực của thuật toán phân bổ tài nguyên vô
tuyến động. Những yêu cầu này phục vụ cho việc phối hợp phân bố phổ tần giữa các
khu vực phân bố phổ tần động bằng việc chèn thêm các khoảng bảo vệ. Dưới đây là
các yêu cầu cơ bản:
- Lưu lượng thay đổi theo không gian: Để các thuật toán phân bổ tài nguyên
vô tuyến theo không gian hiệu quả về mặt phổ tần, các mạng truy nhập vô tuyến phải
quan tâm đến đặc tính lưu lượng của mạng theo từng khu vực địa lý khác nhau. Thuật

toán phân bổ phổ tần động theo không gian phải thực hiện mô hình hóa quy luật lưu
lượng theo không gian để thực hiệm việc đánh giá goạt động của phương pháp thiết kế.
- Đơn vị trao đổi tần số tối thiểu: Cũng giống như thuật toán phân bổ tài
nguyên vô tuyến theo thời gian, thuật toán phân bổ theo không gian cũng đưa ra quy
định về bề rộng phổ tối thiểu được thềm vào hoặc cắt bớt giữa các mạng truy nhập vô
tuyến.
- Thích ứng phổ theo không gian: Phân bổ phổ tần theo không gian không thể
thay đổi theo sự thay đổi về nhu cầu lưu lượng theo không gian với một sự thay đổi bất
kỳ nào đó về mặt không gian. Phân giải không gian mà ở đó thích ứng phân bổ phổ tần
theo khu vực được thực hiện. Việc phân giải không gian sẽ dẫn đến một khái niệm về
kích thước phân bổ tần số động khu vực, đó là khu vực mà ở đó nhu cầu về lưu lượng
không thay đổi theo không gian.
- Mối quan hệ giữa phân bổ tài nguyên khu vực và tế bào của các mạng
truy nhập vô tuyến: Phân bổ tài nguyên vô tuyến khu vực dẫn đến phân bố địa lý các
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 20


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

thiết bị phân bổ tài nguyên trong một mạng truy nhập vô tuyến thực tế. Bởi vì, khi xem
xét tín hiệu báo hiệu phân bổ tài nguyên vô tuyến, dường như chỉ có một node phân bổ
tài nguyên trong một khu vực phân bổ tài nguyên. Khi thích ứng phổ tần được thực
hiện trên hệ thống các máy thu phát trong mạng truy nhập vô tuyến, chiều tối thiểu của
khu vực phân bổ tài nguyên sẽ trùng kích thước của một ô lớn nhất trong hệ thống vô
tuyến.
- Dùng chung đánh giá tải lưu lượng giữa các khu vực phân bổ tài vô tuyến

động khác nhau: Giả sử rằng các thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động không
gian mà tải của nó được phân bố giữa các phân bổ tài nguyên vô tuyến khu vực lân
cận. Đây là yêu cầu quan trọng đối với cấu trúc của phân bổ tài nguyên động vì để có
thể phối hợp ấn định phổ tần giữa các phân bổ tài nguyên khu vực lân cận với nhau,
mỗi một phân bổ tài nguyên vô tuyến khu vực phải nhận thức được ít nhất các mức lưu
lượng của các ô cạnh mình. Vì vậy, cần phải có tương tác mạng giữa các node phân bổ
tài nguyên khu vực đối với phân bố thông tin tải lưu lượng chung
- Node phân bổ tài nguyên động thông minh: Yêu cầu này đối với các thuật
toán phân bổ tài nguyên vô tuyến động trong trường hợp khu vực bảo vệ trong mỗi
một phân bổ tài nguyên khu vực để hạn chế việc chèn vào các phổ tần số vô tuyến
không sử dụng. Để thực hiện được điều này, mỗi một node phân bổ tài nguyên động
phải có khả năng thiết lập các phân bổ tần số khác nhau trong cùng một khu vực phân
bổ tài nguyên.
- Số mạng truy nhập vô tuyến chia sẻ dùng phổ tần: Phân bổ phổ tần động
theo không gian với mục đích là phát triển các thuật toán ấn định sóng mang sao cho
phổ tần có thể cấp phát cho số lượng bất kỳ các mạng truy nhập vô tuyến.
Sơ đồ khối thuật toán

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 21


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 5.8: Sơ đồ khối thuật toán phân bố tài nguyên vô tuyến động theo không
gian
Thuật toán phân bổ tài nguyên vô tuyến theo không gian có các khối chức năng

chính như sau:
- Dự đoán và đánh giá tải: Để đơn giản, những kết quả ban đầu của thuật toán
phân bổ tài nguyên vô tuyến theo không gian có được với giả thiết rằng các phân bổ tài
nguyên có khả năng dự đoán tải một cách hoàn hảo sao cho mỗi mạng truy nhập vô
tuyến được cung cấp một giá trị xác định tải trọng. Giả thuyết này là cần thiết bởi vì
khi nghiên cứu về thuật toán phân bổ không gian chúng ta cố định đại lượng thời gian
do đó rất khó để có thể mô hình hóa mất kỳ một phương pháp dự đoán tải nào.
- Tính toán yêu cầu sóng mang: Chức năng của khối này là từ thông tin có
được từ dự đoán tải trọng của mạng sẽ tính toán số sóng mang cần thiết cho mỗi một
mạng truy nhập. Kết quả đầu ra của khối chức năng này sẽ là đầu vào vủa thuật toán ấn
định không gian ở phần sau.
- Thủ tục ấn định sóng mang: Đây là vấn đề hết sức quan trong trong bất cứ
một thuật toán phân bố tài nguyên động nào để ấn định các sóng mang cụ thể cho từng
mạng truy nhập vô tuyến.
Hiện nay, có nhiều các phương pháp truy nhập phổ tần động đã được các nhóm
nghiên cứu khác nhau trên thế giới đề xuất. Tuy nhiên, mỗi phương pháp thường tập
trung vào một ứng dụng cụ thể chứ chưa có một mô hình truy nhập phổ tần động phù
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 22


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

hợp chung cho giải pháp vô tuyến thông minh. Đây vẫn đang là vấn đề mở cho các
nhóm nghiên cứu trên thế giới.
Ủy ban truyền thông liên bang (FCC) Mỹ đã đề xuất phương pháp truy cập phổ
tần động theo mô hình nhiệt độ nhiễu (Interference Temperature Model - ITM). Trong

mô hình này, thiết bị vô tuyến sẽ đo nhiệt độ nhiễu và xác định giới hạn nhiệt độ nhiễu
trước khi phát. Quan hệ giữa nhiệt độ nhiễu và băng tần, tần số sóng mang được thể
hiện như sau [1]:
T = P(f,B)/kBIIc (1)
trong đó, TI là nhiệt độ nhiễu (K), P(.)oI là công suất nhiễu trung bình (W) tại tần số fc
với độ rộng băng tần B (Hz), và k là hằng số Boltzman.
Từ đó thiết bị có thể xác định tham số độ rộng băng tần và mức công suất phát
để đạt được dung lượng mong muốn mà không vi phạm giới hạn nhiệt độ nhiễu. Trong
mạng vô tuyến nhận thức, quyền truy nhập vào mạng của thiết bị dựa trên nhiệt độ
nhiễu. Cơ chế này hình thành nên mô hình đa truy nhập theo nhiệt độ nhiễu ITMA
(Interference Temperature Multiple Access) .Trước khi phát, nút mạng tiến hành đo
nhiệt độ nhiễu T,I là một hàm của băng tần cần đo như ở (1). Sau đó, giá trị trên sẽ phối
hợp cùng với giới hạn nhiệt độ nhiễu TL, dung lượng cần thiết Creq và tham số phạm vi
L (đặc trưng cho đặc tính kênh) để tính toán độ rộng băng B và tốc độ dữ liệu. Quá
trình trên được lặp lại cho đến khi giá trị B hội tụ như được mô tả ở Hình 5.9. Nếu độ
rộng băng B cần thiết để truyền thành công gói tin có giá trị nhỏ hơn B max thì gói tin
được truyền. Ngược lại nếu B > B max gói tin không được truyền, thiết bị vô tuyến có
các lựa chọn sau:
- Đợi: Do xuyên nhiễu trong thời gian ngắn nên có thể phải tạm thời dừng
truyền tin.
- Giảm C, giảm tốc độ dữ liệu gói: Tuy nhiên, do yêu cầu của loại hình dịch vụ
mà không thể giảm C xuống dưới mức ngưỡng Cmin
.
- Tăng L, giảm phạm vi vô tuyến: Nếu máy thu đích ở xa, hoặc bị fading hoặc
bị che chắn, L không thể tăng vượt quá Lmax
- C < C, L > Lminmax và quá hạn đợi, phương pháp cuối là phải dịch toàn mạng
sang một tần số làm việc mới

1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 23


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

Hình 5.9: Lưu đồ thuật toán cho ITMA
6. Ứng dụng
Trong bối cảnh khan hiếm phổ tần và nguy cơ bị chồng lấn phổ giữa các mạng
vô tuyến, vô tuyến nhận thức đang được nghiên cứu và được ứng dụng trong hầu hết
các mạng vô tuyến hiện nay như: WLAN (IEEE 802.11 a/g/h/n), WPAN (IEEE
802.15.x UWB, Bluetooth), WMAN (IEEE 802.16 Wimax, MMDS), WRAN. Trong
phạm vi tiểu luận, bài viết chỉ trình bày ứng dụng của vô tuyến nhận thức trong mạng
WPAN và WLAN.
6.1 Mạng truy nhập vô tuyến cá nhân (Wireless Personal Area Network WPAN)
Công nghệ truyền thông băng siêu rộng UWB là một ví dụ điển hình của
mạng WPAN áp dụng vô tuyến nhận thức. Thực tế, độ rộng băng tần của UWB được
phép mở rộng đến 7,5 GHz (từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz) với mức công suất nhỏ hơn -41
dBm và đựợc phép truyền ở nhiều băng tần đã được cấp phép (ví dụ như GPS, radar,
vệ tinh). Mặc dù, mức công suất của tín hiệu UWB được qui định dưới mức tạp âm
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 24


Cognitive radio: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số

GVHD.PGS.TS: Lê Tiến Thường

nền của các hệ thống vô tuyến nhưng rất nhiều nghiên cứu, tranh luận cho rằng khi
hoạt động, hệ thống UWB có thể làm nâng nền tạp âm và dẫn đến gây suy thoái hiệu
năng của các hệ thống vô tuyến hoạt động ở trong cùng băng tần.
Đối với hệ thống UWB trong nhà, khả năng gây nhiễu vào các hệ thống ngoài
trời là rất thấp, bởi lẽ hệ thống UWB này chỉ hoạt động trong vùng phạm vi hẹp (cỡ
vài mét). Tuy nhiên, các hệ thống UWB ngoài trời sẽ gây nhiễu lên các hệ thống chính
đang hoạt động ở cùng băng tần.
* Tồn tại hai loại nhiễu chủ yếu khi triển khai hệ thống UWB:
- Nhiễu của tín hiệu UWB lên các hệ thống vô tuyến được cấp phép trong cùng
băng tần.
- Nhiễu tương hỗ giữa các hệ thống không được cấp phép với nhau, trong đó có
UWB (các hệ thống đó có thể là WLAN, thiết bị Bluetooth).
* Vô tuyến thông minh cho phép hệ thống UWB khắc phục được hai loại nhiễu
trên.
- Đối với loại nhiễu thứ nhất, không thể dựa vào cơ chế cùng phân chia phổ tần
khi mà các hệ thống không dùng công nghệ UWB. Do đó không thể có cơ chế hợp tác
giữa các hệ thống trong việc phân chia phổ tần. Việc sử dụng vô tuyến thông minh
trong các thiết bị UWB sẽ phát hiện được có hay không sự chiếm dụng phổ tần bởi các
hệ thống được cấp phép để tránh xuyên nhiễu vào quá trình hoạt động của hệ thống đó.
- Đối với loại nhiễu thứ hai, nhiễu tương hỗ giữa các hệ thống không được cấp
phép, chẳng hạn mạng WPAN và Bluetooth WiFi đồng thời hoạt động. Một khi, áp
dụng công nghệ vô tuyến nhận thức, sẽ đạt được hiệu năng tối ưu, khi này tạo thành
mạng thông minh hoạt động với cơ chế hợp tác. Trường hợp này, có thể khai thác được
hết các tính năng của vô tuyến nhận thức.
6.2 Mạng truy nhập vô tuyến nội hạt (Wireless Local Area Network - WLAN)
WLAN với chuẩn IEEE 802.11h, một phiên bản mới của chuẩn IEEE
801.11a, được đưa ra nhằm giảm xuyên nhiễu tới các hệ thống được cấp phép đang
hoạt động ở cùng băng tần. Chuẩn IEEE 802.11h được xem như là chuẩn bổ sung của
IEEE 802.11a với các cơ chế mới như: lựa chọn tần số động (DFS) và điều khiển công
suất phát (TPC), đó là hai chức năng quan trọng của vô tuyến nhận thức.

Chức năng DSF cho phép phát hiện các thiết bị khác hoạt động trong cùng
băng tần vô tuyến, và nếu cần, nó sẽ chuyển WLAN sang hoạt động băng tần khác.
TPC cho phép giảm xuyên nhiễu của WLAN lên các dịch vụ vệ tinh bằng cách giảm
công suất phát. TPC cũng được dùng để khống chế, kiểm soát công suất tiêu thụ cũng
như phạm vi vùng phủ giữa trạm truy nhập AP và thiết bị vô tuyến.
1. Khai niem ve vo tuyen nhan thuc

Trang 25