Tải bản đầy đủ
Cảm biến phổ ( spectrum sensing)

Cảm biến phổ ( spectrum sensing)

Tải bản đầy đủ

-

Occupancy sensing (cảm biến sự chiếm giữ phổ): phát hiện sự chiếm giữ phổ trong khu vực
lân cận,qua đó xác định được dải phổ nào đang trống(white spaces) hoặc đang ở dưới mức
sử dụng(gray spaces).Một ví dụ về Occupancy sensing là bộ phát hiện dựa vào năng lượng
(Energy_based detection).

-

Identity sensing (cảm biến các đặc trưng): phân biệt được dải phổ đang bị chiếm giữ bởi

primary user hay là đang bị chiếm giữ bởi một CR user khác.Điều này đặc biệt quan trọng đối
với môi trường có nhiều CR user,khi đó white space phải được chia sẻ cho nhiều user.Một ví dụ
về Identity sensing là cảm biến dựa vào đặc điểm( featurebased detection).

6. Quản lí phổ
Trong mạng CR, băng tần phổ vô tuyến không sử dụng sẽ được trải trong khoảng tần số rộng bao
gồm phổ cấp phép và phổ không phép. Việc phát hiện những phổ không sử dụng này thông qua
cảm biến phổ. Hệ thống vô tuyến nhận thức sẽ phải quyết định phổ tốt nhất đáp ứng yêu cầu QoS
trong số những phổ sẵn có. Đó cũng chính là lí do hệ thống đòi hỏi phải có kĩ thuật quản lí phổ.
Kĩ thuật quản lý phổ gồm có :
-

Phân tích phổ
Quyết định phổ

. Trong khi cảm biến phổ nằm ở lớp vật lí thì phân tích phổ và quyết định phổ lại nằm ở lớp cao
hơn.

7. Linh động phổ
Mục đích của hệ thống CR là sử dụng phổ tần số theo cách thức động, có nghĩa là hệ thống CR
sẽ tìm kiếm và hoạt động tại băng tần số tốt nhất. Để tìm được những khoảng phổ trống tốt nhất
thì hệ thống CR phải thu thập các khoảng phổ trống này. Vì thế, sự linh động phổ (spectrum
mobility) được định nghĩa như là 1 cách thức mà người dùng trong hệ thống CR có thể thay đổi
tần số hoạt động.
Trong hệ thống CR, sự linh động phổ được thực hiện khi mà các điều kiện của kênh truyền trở
nên xấu đi hay có sự xuất hiện của tín hiệu PU. Sự linh động phổ sẽ tăng thêm các loại chồng
phổ trong hệ thống CR và đó chính là mục đích của sự chồng phổ. Các giao thức từ nhiều lớp

16

khác nhau trong hệ thống mạng cần phải được thích nghi với các hệ số kênh truyền của tần số
đang hoạt động .
Ngay tại thời điểm bắt đầu của quá trình này, hệ thống CR cần phải thích nghi với tần số hoạt
động, do đó,mỗi lần một máy trong CR mà thay đổi tần số hoạt động của nó thì các giao thức
mạng cũng phải thay đổi theo, chuyển sang một chế độ hoạt động khác. Mục đích của sự quản lý
linh động các phổ này trong hệ thống CR là chắc chắn rằng sự chuyển đổi tần số được thực hiện
một cách suôn sẽ ngay khi có thể để cho các ứng dụng đang chạy trong một máy CR có thể hoạt
động với chất lượng tốt nhất có thể trong suốt quá trình chồng phổ. Việc các giao thức của quá
trình quản lý linh động biết trước các thông tin trong suốt quá trình chồng phổ thì cần thiết.

8. Chia sẻ phổ
8.1. Các bước chia sẻ phổ tần
Để có cái nhìn tổng quát việc chia sẻ phổ tần trong mạng Vô tuyến thông minh chúng ta sẽ xem
xét các bước để có được sự chia sẻ phổ tần. Quá trình chia sẻ phổ tần gồm năm bước chính:
- Cảm biến phổ tần: Môt người sử dụng mạng Vô tuyến thông minh chỉ có thể chia sẻ một phần
phổ tần nếu phần phổ tần đó không được sử dụng bởi người sử dụng có giấy phép. Khi một nút
trong mạng Vô tuyến thông minh quyết định truyền trên phổ tần nào trước tiên nó phải nhận thức
được sự còn trống của phổ tần đó.
- Phân bổ phổ tần: Dựa trên các thông tin về phổ tần đã thu được từ bước 1, các nút mạng sau
đó có thể phân bổ cho một kênh. Việc phân bổ này không chỉ phụ thuộc vào khả năng của phổ
tần mà còn dựa vào các chính sách nội mạng cũng như ngoại mạng.
- Truy cập phổ tần: Sau khi có được sự phân bổ phổ tần, các mạng truy nhập Vô tuyến thông
minh tiến hành truy cập để sử dụng phổ tần. Việc truy cập phổ tần cần đảm bảo tránh sự chồng
chéo và đụng độ giữa các thiết bị.
- Bắt tay giữa các thiết bị Thu-Phát: Khi phổ tần được xác định để truyền thông, bên nhận trong
quá trình truyền được biết về phổ tần được chọn. Do đó, một giao thức bắt tay thu - phát rất cần
thiết cho thông tin trong mạng Vô tuyến thông minh. Bắt tay giữa các thiết bị góp phần đảm bảo
tốc độ tuyền dẫn. Việc bắt tay giữa các thiết bị Thu-Phát nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng của
mạng Vô tuyến thông minh.
17

- Sử dụng phổ tần linh hoạt: Khi mà người sử dụng được cấp phép sử dụng lại phổ tần thì các
nút mạng Vô tuyến thông minh phải chuyển sang sử dụng phổ tần mới mà vẫn đảm bảo QoS.
“Sử dụng phổ tần linh hoạt” góp phần đảm bảo quá trình truyền dẫn không bị ngắt quãng.
8.2. Các phương pháp chia sẻ phổ tần
Trong mạng Vô tuyến nhận thức, khó khăn 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 thông minh; người
dùng cấp phép và việc quản lý các băng thông không liên tục có sẵn. Có nhiều cách phân loại các
công nghệ chia sẻ phổ, như dựa trên kiến trúc, dựa trên cách thức cấp phát phổ tần và dựa trên
các công nghệ truy nhập phổ:
-

Kiến trúc :
+,Tập trung
+,Phân tán
Cách cấp phát phổ :
+, Hợp tác
+, Không hợp tác
Công nghệ truy cập phổ tần :
+,Overlay
+,underlay
8.2.1 Công nghệ chia sẻ phổ tần dựa trên kiến trúc

Chia sẻ phổ tần tập trung: Toàn bộ các nút 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.
Chia sẻ phổ tần tập trung được thể hiện như trong Hình 2, một đầu cuối được cấu hình lại đang
có nhu cầu sử dụng dịch vụ video từ một server đầu xa thông qua các mạng con liên kết. Tất cả
các mạng con được điều khiển bởi một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC). Để thiết lập các
luồng con, các thủ tục sau cần được thực hiện:
+Bước 1: Bước báo hiệu và khởi tạo. RNC nhận một ứng dụng từ đầu cuối di động với nhiều địa
chỉ truy nhập vô tuyến. Sau khi ước tính được tài nguyên vô tuyến hiện có trong mạng con được
nó điều khiển, RNC sẽ hỏi server đầu xa về tốc độ trung bình chỉ định cho việc phân chia lưu
lượng trên mỗi kết nối con (sub-link).
18

+Bước 2: Lưu lượng được phân chia theo ứng dụng của RNC (bước 1) và được gửi đến RNC.
Các luồng con được dán nhãn khác nhau.
+Bước 3: RNC nhận được lưu lượng đã phân chia với các gói được dán nhãn để ánh xạ vào các
mạng con liên kết (ví dụ lưu lượng với nhãn ‘Vi’ tới WLAN, nhãn ‘Ai” tới UMTS, ‘i’ là chỉ số
thông báo cho RNC về mối quan hệ về thời gian giữa các luồng con). Các dịch vụ có thể được áp
dụng là: Các luồng con Video và Audio; HTTP với sự phân chia; HTTP với sự phân công của
các đối tượng chính; Khả năng mở rộng lưu lượng Video; Lưu lượng thời gian thực và tín hiệu
điều khiển của n.
+Bước 4: Kĩ thuật đồng bộ trong RNC làm giảm trễ được do mạng vô tuyến con gây ra bởi các
nguyên nhân sau:Hoạt động tự động lặp lại yêu cầu do chất lượng kết nối khác nhau; Các BTS
khác nhau có công suất xử lí khác nhau.

Hình 6-10 Chia sẻ phổ tần tập trung

19

Chia sẻ phổ tần phân tán: Giải pháp này thường được đề nghị trong trường hợp mà việc xây
dựng một cơ sở hạ tầng là không thích hợp. Ở phương pháp này, không cần một thực thể chia sẻ
phổ tần trung tâm mà nó yêu cầu các kênh điều khiển trao đổi thông tin giữa các thuê bao. Các
thuê bao sẽ tự đưa ra các quyết định sử dụng phổ tần độc lập theo khu vực nội vùng và đảm bảo
truyền dẫn tốt nhất và sử dụng ít phổ tần nhất dựa trên các thông số truyền tin. Giải pháp này cho
phép phát triển một loại mạng mới tự cấu hình như là mạng ad-hoc mà không cần bất kỳ một sự
thay đổi nào trong các hệ thống mạng đang hoạt động hiện nay.
8.2.2 Chia sẻ phổ tần dựa trên cách thức cấp phát phổ
Chia sẻ phổ tần hợp tác: Mỗi nút chia sẻ kết quả cảm nhận phổ của nó với các nút khác, sau
đó thuật toán phân bổ phổ sẽ quyết định dựa trên các thông tin này. Giải pháp này xem xét ảnh
hưởng của nút truyền với các nút khác. Nói cách khác, việc đo đạc nhiễu của từng nút được chia
sẻ cho các nút khác.
Trong hình, nút A, B, C hình thành nên một nhóm liên kết và sử dụng kênh 1 như là kênh liên
kết của nhóm. Còn nút C, D, E hình thành lên một nhóm liên kết khác sử dụng kênh 2, còn các
nút D, F và G hình thành nên nhóm thứ 3 và sử dụng kênh 3. Bằng cách tổ chức các thuê bao
theo nhóm, các bản tin liên kết được phân bổ trên nhiều kênh liên kết. Điều đó có thể giải quyết
được sự mất mát do nghẽn lưu lượng liên kết.

Hình 6-11 Chia sẻ phổ tần theo cơ chế hợp tác

20

Chia sẻ phổ tần bất hợp tác: Trái với cơ chế hợp tác, chia sẻ phổ không hợp tác có nghĩa là các
nút tự nó quyết định chia sẻ phổ.
8.2.3 Chia sẻ phổ tần dựa trên các công nghệ truy nhập

Hình 6-12 Chia sẻ phổ tần dựa trên các công nghệ truy nhập

Chia sẻ phổ tần chồng lấn(overlay): Trong phương pháp chia sẻ phổ tần chồng lấn, máy thu
phát Vô tuyến thông minh sẽ chỉ có thể truy cập vào phần phổ tần được cấp phép khi người sử
dụng được cấp phép không sử dụng phần phổ tần đó. Thực tế thì phương pháp này chính là việc
ghép kênh phân chia theo thời gian giữa người sử dụng mạng Vô tuyến thông minh và người sử
dụng được cấp phép, do vậy nhiễu tời người sử dụng được cấp phép là nhỏ nhất.
Chia sẻ phổ tần chìm dưới (Underlay): Người sử dụng mạng Vô tuyến thông minh sẽ sử dụng
các công nghệ trải phổ như CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) hoặc UWB (siêu di động
băng rộng) để chia sẻ băng tần với người sử dụng được cấp phép. Việc sử dụng các công nghệ
trải phổ sẽ giúp cho người sử dụng Vô tuyến thông minh có thể dùng tràn lên băng tần của người
sử dụng được cấp phép bất kể người sử dụng được cấp phép có sử dụng phổ tần đó hay
không. Một vấn đề đặt ra trong phương pháp này là người sử dụng Vô tuyến thông minh phải
kiểm soát được công suất phát của mình để tránh gây nhiễu lên người sử dụng được cấp phép.
Công nghệ chia sẻ phổ tần chìm thường được áp dụng đối với các mạng tổ ong và được minh
họa :
21

Chương 3: Lắp đặt triển khai cấu hình mạng vô tuyến nhận
thức
9. Một số ưu, nhược điểm của mạng vô tuyến nhận thức
9.1. Ưu điểm
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
9.1.1 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 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.

22

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.
9.1.2 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
23