chương 1 sẽ trình bày bố cục của luận văn. Cơ sở lý thuyết: Trong chương này sẽ trình bày tất cả các lý thuyết liên quan đến nội dung trình bày trong luận văn: Đầu tiên, sẽ trình bày lý thuyết về công nghệ vô tuyến nhận thức. Tiếp đến sẽ trình bày lý thuyết chung về công nghệ mạng LTE. Kế tiếp sẽ trình bày về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM.
Cuối cùng trình bày lý thuyết về công nghệ vô tuyến nhận thức dựa trên nền OFDM. Phân bổ công suất và quản lý can nhiễu trong mạng vô tuyến nhận thức: Trong chương này, trình bày về mô hình hệ thống, các tham số hoạt động của hệ thống. Đưa ra bài toán về phân bổ công suất và quản lý can nhiễu, tìm lời giải tối ưu cho từng trường hợp. Kết quả mô phỏng: Tiến hành chạy mô phỏng các lời giải bài toán được trình bày ở chương 3.
Kết luận: Đưa ra các kết quả đạt được và những tồn tại của luận văn, đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo. Trang 4 CHƯƠNG 2. Vô tuyến nhận thức. Định nghĩa vô tuyến nhận thức.
Thuật ngữ “vô tuyến nhận thức” lần đầu tiên xuất hiện trong một tờ báo năm 1999, được Joseph Mitola III định nghĩa trong [9] như sau: “vô tuyến nhận thức là mô hình vô tuyến sử dụng những suy luận chặc chẽ để đạt được mục tiêu cụ thể đã thiết lập trong các miền vô tuyến liên quan” Trong một khảo sát về vô tuyến nhận thức của một tờ báo, Simon Haykin đã định nghĩa vô tuyến nhận thức trong [10] như sau: “Vô tuyến nhận thức là một hệ thống truyền thông không dây nhận thức 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 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 và sử dụng hiệu quả phổ tần số vô tuyến” FCC trong [11] cũng định nghĩa vô tuyến nhận thức dựa trên nền tản vận hành của máy phát như sau: “Vô tuyến nhận thức là hệ thống 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” IEEE USA cũng đã đưa ra định nghĩa như sau: “Một bộ phát/thu tần số vô tuyến mà được thiết kế để phát hiện một cách nhận thức 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 người dùng được cấp phép”. Tóm lại, ta có thể định nghĩa như sau: Vô tuyến nhận thức là một vô tuyến có khả năng phân tích môi trường xung quanh nó, từ đấy thay đổi các tham số truyền dẫn của nó để sử dụng phổ tần sẵn có một cách hiệu quả. Đặc điểm của vô tuyến nhận thức. Vô tuyến nhận thức có hai đặc điểm chính như sau: Khả năng nhận thức: Khả năng nhận thức 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 đơn giản là thực hiện giám sát công suất trong một 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 đến người dùng khác. Trang 5 Thông qua khả năng này, các phần phổ không được 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 thiết bị trong mạng vô tuyến nhận thức có khả năng lập trình tự động theo sự thay đổi của môi trường vô tuyến.
Đặc biệt, vô tuyến nhận thức có thể được lập trình để truyền và nhận trên các tần số khác nhau 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.1 Minh họa hố phổ Hình 2.2 Chu trình nhận thức. Trang 6 Mục tiêu cơ bản của vô tuyến nhận thức là tận dụng được phổ tần có sẵn tốt nhất thông qua khả năng nhận thức và tính tự cấu hình. Vì phần lớn phổ tần đã được cấp phép sử dụng, cho nên thách thức quan trọng nhất là sử dụng chia sẻ phổ tần với các người dùng được cấp phép mà không gây nhiễu đến người dùng chính.
Vô tuyến nhận thức cho phép sử dụng những vùng phổ tần trống theo từng thời điểm, phổ này được gọi là hố phổ hay khoảng trắng. Nếu phổ tần này được người dùng chính sử dụng, người dùng vô tuyến nhận thức phải chuyển đến hố phổ khác hoặc phải thay đổi công suất phát, sơ đồ điều chế để tránh nhiễu. Hoạt động của vô tuyến nhận thức có thể được mô tả theo chu trình nhận thức như Hình 2. Các mạng vô tuyến nhận thức cho phép các giao tiếp truyền thông nhận biết phổ.
Tuy nhiên, việc sử dụng phổ tần động gây ra 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 chức năng chính của vô tuyến nhận thức [12]. Các kỹ thuật vô tuyến nhận thức 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 nhận thức hoạt động trong kênh tốt nhất có sẵn.
Cụ thể hơn, công nghệ vô tuyến nhận thức cho phép những người dùng nhận thức 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 lý 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). Cảm nhận phổ. Một yêu cầu quan trọng của mạng vô tuyến nhận thức là cảm nhận các hố phổ. Như đã được đề cập, vô tuyến nhận thức 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 nhận thức 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 nhận thức 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 nhận thức.
Trang 7 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 2.3 Phân loại các kỹ thuật cảm nhận phổ. Phát hiện dựa trên máy phát: Vô tuyến nhận thức phải phân biệt giữa các băng tần chưa sử dụng và các băng tần đã được sử dụng. Bởi vậy, vô tuyến nhận thức 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 nhận thức.
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.
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 Trang 8 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 nhược điểm 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. 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. Phát hiện theo cơ chế hợp tác.
