I. Tổng quan về hệ thống thông tin vô tuyến có nhận thức
Hệ thống thông tin vô tuyến có nhận thức (CRS) là một công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa việc sử dụng phổ tần số vô tuyến. Với sự gia tăng nhu cầu về băng thông, việc phát triển các giải pháp mới để nâng cao dung lượng hệ thống trở nên cấp thiết. OFDM (Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) là một trong những công nghệ được áp dụng rộng rãi trong CRS nhờ khả năng truyền tải hiệu quả qua các kênh pha-đinh. Hệ thống này cho phép sử dụng các khoảng trống tần số, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số. Tuy nhiên, việc bảo vệ người dùng chính (PU) khỏi nhiễu từ CRS là một thách thức lớn. Nghiên cứu cho thấy dung lượng của CRS phụ thuộc vào mức công suất phân chia cho từng sóng mang con và mức nhiễu mà PU gây ra. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp nâng cao dung lượng mà vẫn đảm bảo điều kiện bảo vệ PU là một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu hiện nay.
1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin có nhận thức
Hệ thống thông tin có nhận thức (CR) được định nghĩa là một hệ thống có khả năng nhận biết và thích ứng với môi trường tần số xung quanh. Điều này cho phép CRS tận dụng các khoảng trống tần số mà không gây ra nhiễu cho các người dùng chính. Các đặc điểm cơ bản của CRS bao gồm khả năng nhận dạng phổ tần (spectrum sensing), quản trị phổ tần và chia sẻ phổ tần. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng phổ mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng viễn thông trong tương lai.
1.2. Các nghiên cứu về nâng cao dung lượng hệ thống CRS
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm nâng cao dung lượng của CRS. Một số giải pháp như nén phát xạ phụ (side lobe suppression) và phân chia công suất tối ưu cho sóng mang con đã được đề xuất. Các nghiên cứu này chỉ ra rằng việc giảm nhiễu từ CRS đến PU là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Hơn nữa, việc áp dụng các giải pháp cận tối ưu như Scheme A và Scheme B đã cho thấy khả năng cải thiện dung lượng mà vẫn đảm bảo yêu cầu về nhiễu. Những nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào việc phát triển các phương pháp mới nhằm tối ưu hóa dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến có nhận thức.
II. Giải pháp nâng cao dung lượng CRS bằng kỹ thuật cửa sổ
Kỹ thuật cửa sổ (windowing) được áp dụng để giảm phát xạ ngoài băng từ các sóng mang con của CRS. Việc sử dụng hàm cửa sổ giúp tín hiệu có dạng như hàm cửa sổ, từ đó giảm thiểu nhiễu gây ra cho PU. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng kỹ thuật này có thể làm tăng đáng kể dung lượng hệ thống. Các kỹ thuật cửa sổ như cửa sổ Nyquist, cửa sổ chữ nhật và cửa sổ Hanning đã được phân tích và so sánh. Kết quả mô phỏng cho thấy, khi áp dụng kỹ thuật cửa sổ, dung lượng hệ thống tăng lên rõ rệt so với trường hợp không sử dụng kỹ thuật này. Điều này chứng tỏ rằng kỹ thuật cửa sổ là một giải pháp hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng của CRS.
2.1. Ảnh hưởng của kỹ thuật cửa sổ tới dung lượng CRS
Kỹ thuật cửa sổ không chỉ giúp giảm phát xạ ngoài băng mà còn cải thiện khả năng chống nhiễu cho CRS. Việc áp dụng cửa sổ giúp phân bổ công suất phát một cách hợp lý hơn, từ đó tối ưu hóa dung lượng truyền tải. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng dung lượng truyền của CRS có thể đạt được mức tối ưu khi sử dụng kỹ thuật cửa sổ. Điều này cho thấy rằng việc nghiên cứu và áp dụng các kỹ thuật cửa sổ là cần thiết để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống thông tin vô tuyến có nhận thức.
2.2. Các kỹ thuật cửa sổ sử dụng cho OFDM
Trong nghiên cứu, một số kỹ thuật cửa sổ đã được áp dụng cho hệ thống OFDM, bao gồm cửa sổ Nyquist, cửa sổ chữ nhật và cửa sổ Hanning. Mỗi kỹ thuật có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất của CRS. Việc lựa chọn kỹ thuật cửa sổ phù hợp có thể giúp tối ưu hóa dung lượng và giảm thiểu nhiễu. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng cửa sổ Nyquist mang lại hiệu quả tốt nhất trong việc nâng cao dung lượng hệ thống, trong khi cửa sổ chữ nhật và Hanning cũng có những ứng dụng nhất định trong các tình huống cụ thể.
III. Nâng cao dung lượng bằng giải thuật Full Filling
Giải thuật Full-Filling được đề xuất nhằm tối ưu hóa việc phân bổ công suất cho các sóng mang con của CRS. Giải thuật này dựa trên nguyên tắc phân bổ công suất tối đa cho các sóng mang con nằm xa băng tần của PU, từ đó giảm thiểu số lượng sóng mang cần phải sử dụng phép tính tối ưu. Kết quả mô phỏng cho thấy khi kết hợp Full-Filling với kỹ thuật cửa sổ, hệ thống CR có thể đạt được tốc độ truyền dẫn tiệm cận với tốc độ trong trường hợp tối ưu. Điều này không chỉ giúp nâng cao dung lượng mà còn giảm độ phức tạp tính toán của giải thuật, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai trong thực tế.
3.1. Giải thuật Max Filling Range
Giải thuật Max Filling Range (MFR) được thiết kế để tối ưu hóa việc phân bổ công suất cho các sóng mang con. Giải thuật này cho phép phân bổ công suất một cách hiệu quả, đảm bảo rằng mức nhiễu gây ra cho PU không vượt quá ngưỡng cho phép. Kết quả mô phỏng cho thấy MFR có thể cải thiện đáng kể dung lượng hệ thống so với các phương pháp phân bổ công suất truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng MFR là một giải pháp khả thi trong việc nâng cao dung lượng của CRS.
3.2. Giải thuật Pre set Filling Range
Giải thuật Pre-set Filling Range (PFR) được phát triển nhằm cung cấp một phương pháp phân bổ công suất đơn giản hơn. PFR cho phép người dùng xác định trước mức công suất cần thiết cho từng sóng mang con, từ đó giảm thiểu độ phức tạp tính toán. Kết quả mô phỏng cho thấy PFR cũng có thể đạt được dung lượng tương đương với MFR trong nhiều trường hợp, đồng thời dễ dàng triển khai hơn trong thực tế. Điều này cho thấy rằng PFR là một giải pháp hữu ích cho việc nâng cao dung lượng CRS.
IV. Nâng cao dung lượng hệ thống CR đa người dùng
Hệ thống CR đa người dùng có những thách thức riêng trong việc nâng cao dung lượng. Nhiễu giữa các người dùng CRS và giữa CRS với PU là những vấn đề cần được giải quyết. Nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp phân bổ sóng mang con cho từng người dùng, nhằm tối ưu hóa dung lượng trong bối cảnh đa người dùng. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng kỹ thuật cửa sổ trong hệ thống đa người dùng cũng mang lại hiệu quả tương tự như trong hệ thống đơn người dùng, từ đó nâng cao dung lượng tổng thể của hệ thống.
4.1. Nhiễu giữa PU và CR trong CRS đa người dùng
Nhiễu giữa người dùng chính (PU) và người dùng thứ cấp (CR) là một vấn đề quan trọng trong hệ thống đa người dùng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mức độ nhiễu này có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ của cả hai bên. Việc phân bổ công suất hợp lý cho các sóng mang con là cần thiết để giảm thiểu nhiễu và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho PU. Các giải pháp như phân chia nghịch đảo với nhiễu có quy chuyển về băng thông chuẩn đã được đề xuất để giải quyết vấn đề này.
4.2. Giải pháp phân bổ sóng mang con cho người dùng CRS
Giải pháp phân bổ sóng mang con cho từng người dùng CRS là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao dung lượng hệ thống. Nghiên cứu đã đề xuất các phương pháp phân bổ sóng mang con dựa trên mức độ nhiễu do PU gây ra với CRS. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp này có thể cải thiện đáng kể dung lượng của hệ thống đa người dùng. Điều này chứng tỏ rằng việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp phân bổ sóng mang con là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của CRS trong môi trường đa người dùng.
