Bao Cao Cognitive Radio Va Matched Filter

Th�c hi�n: Nhóm 7 – L�p 05DT2

- 1 -

BÁO CÁO PROJECT 1:

COGNITIVE RADIO VÀ

MATCHED FILTER

Th�c hi�n: Nhóm 7 – 05DT2

- Hoàng ��c Hùng

- Tr�n Th�y Nguyên

- Nguy�n Trí Ph�c

- Tr�n Th H�ng Quyên

- Tr�n Lê Anh Th�

- D��ng Th H�ng Trang


- 2 -

BÀI 1: VÔ TUY�N THÔNG MINH

COGNITIVE RADIO (CR)

Hi�u qu� c�a vi�c s� d�ng ph� vô tuy�n là th�c s� cn thi�t cho các h� thng không dây trong t��ng lai. Trong khi a s h� thng tr�i ph� tn s thu�c v� các t� ch�c khác nhau. B�ng vi�c quan sát nh�ng ch�ng c� cho th�y r�ng vi�c s� d�ng tr�i ph� có c�p phép không hoàn toàn là trong mi�n th�i gian và mi�n không gian n�a. Seminar này th�o lu�n nh�ng v�n � c� b�n c�a Cognitive Radio( t�m d�ch là vô tuy�n thông minh), các lo�i c�a h� thng vô tuy�n thông minh, c�u trúc c�a h� thng và thi�t k� �nten cho h� thng vô tuy�n thông minh 1.Gi�i thi�u: H� th�ng vô tuy�n thông minh là h� thng có các phn t� có kh� n�ng thay �i các tham s( công su�t, tn s) trên c� s� t��ng tác v�i môi tr��ng ho�t �ng. Theo ó thi�t b� vô tuy�n ��c �nh ngh�a b�ng phn m�m SDR( Software Defined Radio) s� là m�t phn t� quan tr�ng trong h� thng vô tuy�n thông minh vì các tham s c�a thi�t b� SDR ��c thay �i m�t cách linh �ng b�ng phn m�m mà không cn ph�i thay �i c�u trúc phn c�ng. M�c �ích ca vô tuy�n thông minh là cho phép các thi�t b� vô tuy�n khác ho�t �ng trên các d�i tn còn trng t�m th�i mà không gây nhi�u �n các h� thng vô tuy�n có quy�n �u tiên cao h�n ho�t �ng trên d�i tn ó. ! cho phép t�n d�ng ti a tài nguyên ph� tn nh� trên, vô tuy�n thông minh phi có nh�ng tính n�ng c bn sau: - i�u ch"nh tn s ho�t �ng c�a h� thng m�t cách t�c thì t# 1 b�ng tn này �n 1 b�ng tn khác( còn trng) trên d�i tn cho phép. -Thi�t l�p m�ng thông tin và ho�t �ng trên m�t phn ho$c toàn b� b�ng tn ��c c�p phát. -Chia s% kênh tn s và i�u khi!n công su�t thích �ng theo i�u ki�n c� th! c�a môi tr��ng mà � ó t&n t�i nhi�u lo�i hình d�ch v� vô tuy�n cùng chi�m d�ng. -Th�c hi�n thích �ng � r�ng b�ng tn,tc � truy�n và các s� & mã hóa s�a l'i ! cho phép �t ��c thông l��ng tt nh�t có th!. 2.Phân lo�i: Ph� thu�c vào vi�c thi�t l�p các thông s ��c l�y t# các phép tính trong vi�c quy�t �nh nh�ng thay �i trên ��ng truy�n và vì nh�ng lí do l�ch s� chúng ta có th! phân bi�t các lo�i nào ó c�a CR. Hai lo�i chính là: -Full Cognitive Radio: trong ó m'i thông s có th! quan sát b�ng các nút không dây hay m�ng ��c l�y trong phép tính -Spectrum Sensing Cognitive Radio: ch" có ph� tn s vô tuy�n ��c xét C(ng d�a vào các thành phn c�a ph� cho CR chúng ta có th! phân lo�i: -Licensed Band Cognitive Radio:CR có kh� n�ng s� d�ng các band ã �ng kí nh� band U-NII hay band ÍM. Nhóm làm vi�c IEEE 802.22 ang phát tri!n 1 chu)n dành cho m�ng không dây mà nó s� ho�t �ng trong kênh truy�n hình ch�a ��c s� d�ng. Unlicensed Band Cognitive Radio:ch" có th! dùng nh�ng phn ch�a c�p phép c�a ph� tn s vô tuy�n


- 3 -

3.Mô hình m�ng vô tuy�n thông minh: Các không dây ang t&n t�i s� d�ng hôn h�p nhi�u chính sách ph� và công ngh� truy�n thông khác nhau. H�n n�a m�t s phn ph� vô tuy�n ã ��c c�p phép cho các m�c ích khác nhau trong khi m�t s b�ng v*n ch�a ��c c�p phép. Các thành phn ki�n trúc c�a m�ng vô tuy�n thông minh có th! phân thành hai nhóm là m�ng chings (primary network) và m�ng vô tuy�n thông minh. Các thành phn c� b�n c�a hai nhóm m�ng này ��c xác �nh nh� sau: -M�ng chính (Primary Network) có quy�n truy c�p t�i m�t vài b�ng ph� nh�t �nh nào ó. Các thành phn c�a m�ng chính bao g&m: *Ng��i dùng chính ( Primary user) :hay ng��i dùng ��c c�p phép có gi�y phép ! ho�t �ng trong m�t b�ng tn ph� nh�t �nh. Truy c�p này ch" ��c giám sát b�i tr�m gc chính và không b� �nh h��ng b�i nh�ng ho�t �ng c�a b�t kì ng��i dùng không ��c c�p phép khác. ! cùng t&n t�i v�i các tr�m gc vô tuy�n thông minh và ng��i dùng vô tuy�n thông minh nh�ng ng��i dùng chính này không cn b�t c� s� i�u ch"nh hay ch�c n�ng c�ng thêm nào. *Tr�m g�c chính (Primary base-station): hay tr�m gc ��c c�p phép là thành phn c� s� h� tng m�ng ��c c �nh có gi�y phép ph�. V� nguyên t+c tr�m gc chính không có kh� n�ng chia s% ph� v�i nh�ng ng��i dùng vô tuy�n thông minh. Tuy nhiên tr�m gc chính này có th! yêu cu ! có thêm ch�c n�ng này -M�ng vô tuy�n thông minh hay m�ng không ��c c�p phép không có gi�y phép ! ho�t �ng trong m�t b�ng tn mong mun. Do ó nó ch" ��c phép truy c�p ph� khi có c� h�i. M�ng vô tuy�n thông minh có th! g&m c� m�ng ó c� s� h� tng và m�ng ad hoc, các thành phn c�a m�ng vô tuy�n thông minh nh� sau: *Ng��i dùng vô tuy�n thông minh hay ng��i dùng không ��c c�p phép không có gi�y phép s� d�ng ph� do ó cn có ch�c n�ng c�ng thêm ! chia s% b�ng ph� c�p phép *Tr�m gc vô tuy�n thông minh: là thành phn c� s� h� tng c �nh v�i các kh� n�ng c�a vô tuy�n thông minh. Tr�m gc vô tuy�n thông minh cung c�p các k�t ni �n ch$ng t�i nh�ng ng��i dùng vô tuy�n thông minh mà không cn gi�y phép truy c�p ph�. Thông qua k�t ni này, ng��i dùng vô tuy�n thông minh có th! truy nh�p �n các m�ng khác. *B� phân chia ph� (Spectrum broker): B� phân chia ph� (hay server l�p l�ch) là m�t th�c th! m�ng trung tâm óng vai trò trong vi�c chia s% các tài nguyên ph� tn gi�a các m�ng Vô tuy�n thông minh khác nhau. B� phân chia ph� có th! k�t ni v�i t#ng m�ng và có th! ph�c v� v�i t� cách là ng��i qu�n lí thông tin ph�, nh�m cho phép các m�ng


- 4 -

Vô tuy�n thông minh cùng t&n t�i. M�ng Vô tuy�n thông minh bao g&m nhi�u lo�i m�ng khác nhau: m�ng chính, m�ng Vô tuy�n thông minh d�a trên c� s� h� tng, và m�ng Vô tuy�n thông minh ad hoc. M�ng Vô tuy�n thông minh ho�t �ng d��i môi tr��ng ph� h'n h�p, bao g&m c� các b�ng c�p phép và không c�p phép. Do ó, trong m�ng Vô tuy�n thông minh, có ba lo�i truy nh�p khác nhau, ó là: · Truy nh�p m�ng Vô tuy�n thông minh (xG network access): Ng��i dùng Vô tuy�n thông minh có th! truy nh�p t�i chính tr�m gc Vô tuy�n thông minh � c� b�ng c�p phép và không c�p phép. · Truy nh�p m�ng Vô tuy�n thông minh ad hoc (xG ad hoc access): Ng��i dùng Vô tuy�n thông minh có th! truy�n thông v�i nh�ng ng��i dùng Vô tuy�n thông minh khác thông qua k�t ni ad hoc � c� b�ng c�p phép và không c�p phép. · Truy nh�p m�ng chính (Primary network access): Ng��i dùng Vô tuy�n thông minh c(ng có th! truy nhâp t�i tr�m gc chính thông qua b�ng c�p phép. 4.H�at ��ng ca m�ng vô tuy�n thông minh(COGNITIVE RADIO NETWORK): M�ng vô tuy�n thông minh có th! ho�t �ng trong c� b�ng c�p phép và không c�p phép do ó các ch�c n�ng yêu cu cho m�ng vô tuy�n thông minh là khác nhau tùy theo ph� ó là có ��c c�p phép hay không. a.Trên b�ng c�p phép: Nh� ta ã bi�t có nh�ng h ph� không s� d�ng trong b�ng ph� ��c c�p phép. Do ó các m�ng vô tuy�n thông minh có th! ��c s� d�ng ! khai thác các h ph� này thông qua công ngh� thông minh. Ki�n trúc này ��c mô t� � hình bên trong ó các m�ng vô tuy�n thông minh cùng t&n t�i v�i các m�ng chính t�i cùng m�t v� trí và trên cùng m�t b�ng ph�. Có nhi�u thách th�c khác nhau ! th�c hi�n m�ng CR trên b�ng c�p phép vì s� t&n t�i c�a ng��i dùng chính. M$c dù m�c ích chính c�a m�ng vô tuy�n thông minh là xác �nh ph� tn có s,n tt nh�t nh�ng các ch�c n�ng c�a vô tuy�n thông minh tring b�ng c�p phép l�i bao g&m phát hi�n s� có m$t c�a ng��i dùng chính. Dung l��ng kênh c�a các h ph� ph� thu�c vào nhi�u xung quanh nh�ng ng��i dùng chính. Do ó vi�c tránh nhi�u cho nh�ng ng��i dùng chính là v�n � quan tr�ng nh�t trong ki�n trúc này. H�n n�a n�u ng��i dùng chính xu�t hi�n trong b�ng ph� b� nh�ng ng��i dùng vô tuy�n thông minh chi�m thì ng��i dùng vô tuy�n thông minh ngay l�p t�c ph�i b- l�i ph� hi�n th�i và chuy!n t�i ph� m�i s,n có khác g�i là chuy!n giao ph�. b.Trên b�ng không c�p phép Các m�ng Vô tuy�n thông minh có th! ��c thi�t k� ! ho�t �ng trên các b�ng không câp phép ! c�i thi�n hi�u qu� ph� trong phn ph� này. M�ng Vô tuy�n thông


- 5 -

minh ho�t �ng trên b�ng không c�p phép ��c minh h�a trên Hình 5. T�t c� th�c th! trong m�ng có quy�n nh� nhau khi truy nh�p t�i các b�ng ph�. Nhi�u m�ng Vô tuy�n thông minh cùng t&n t�i trong m�t vùng ging nhau và truy�n thông s� d�ng c(ng m�t phn ph� nh� nhau. Các thu�t toán chia s% ph� thông minh có th! c�i thi�n hi�u qu� s� d�ng ph� và h' tr� QoS cao. Trong ki�n trúc này, nh�ng ng��i dùng Vô tuy�n thông minh t�p trung vào phát hi�n vi�c truy�n c�a nh�ng ng��i dùng Vô tuy�n thông minh khác. Khác v�i ho�t �ng trên b�ng c�p phép, vi�c chuy!n giao ph� không b� kích thích b�i s� có m$t c�a nh�ng ng��i dùng chính khác. Tuy nhiên, vì t�t c� nh�ng ng��i dùng Vô tuy�n thông minh có quy�n truy nh�p ph� nh� nhau, nên h� ph�i c�nh tranh v�i nhau trong cùng b�ng không c�p phép. Do ó, ki�n trúc này òi h-i các ph��ng pháp chia s% ph� ph�c t�p gi�a nh�ng ng��i dùng Vô tuy�n thông minh. N�u nhi�u m�ng Vô tuy�n thông minh n�m trong cùng m�t b�ng không c�p phép thì ph�i có ph��ng pháp chia s% ph� phù h�p gi�a các m�ng này. 5.Nh�ng yêu c�u ca h� th�ng CR: CR d�a trên nh�ng m�ng kh)n c�p có nh�ng yêu cu khác nhau so v�i các m�ng ban u. M�t s yêu cu dành cho AFF CR ��c cho bên d��i. . ây chúng ta nói �n m�t vài l�p v�t lý liên quan t�i nh�ng yêu cu này: a/Nhi�u d�ch v� nên ��c h' tr� bao g&m gi�ng nói th�i gian th�c, tin nh+n d� li�u, tranh �nh và c� video. ! h' tr� nhi�u d�ch v�, nhi�u i�u ki�n ràng bu�c mà Qó ph�i g�p. b/Radio cn thi�t th�c ! ánh vào các i�u khi�n kênh v�t lí không tt. c/Hi�u qu� n�ng l��ng là m�t mi quan tâm b�i vì tu�i th� pin c�a các thi�t b� vô tuy�n có th! b� gi�i h�n b�i s� thành công trong ho�t �ng. d/Radio nên ho�t �ng trong s� hi�n di�n c�a nh�ng can nhi�u . T�t c� nh�ng yêu cu này ph�i ��c h' tr� b�i 1 c�u trúc vô tuy�n linh �ng và có th! c�u hình l�i. 6. Hi�u qu ca vi�c qun lí và c�p phát ph� ��i v�i các h� thông CR: a/Khái ni�m Spectrum hole (h� ph�): Vì hu h�t các ph� là ã ��c c�p phép h�t ,cho nên thách th�c quan tr�ng nh�t ! chia s% ph� ã ��c c�p phép mà không �nh h��ng �n s� truy�n d*n c�a nh�ng user ã c�p phép khác nh� minh h�a hình bên.


- 6 -

CR cho phép s� d�ng các ph� ch�a dùng m�t cách t�m th�i ,nó ��c xem nh� là các h ph� hay không gian tr+ng(white space). N�u b�ng tn này ã ��c s� d�ng b�i 1 ng��i dùng ã ��c �ng kí,CR di chuy!n �n 1 ph� khác hay � trong cùng 1 b�ng tn, vi�c thay �i m�c công su�t phát c�a nó ��c i�u bi�n ! tránh nhi�u. Theo c�u trúc m�ng,các m�ng CR có th! phân thành m�ng CR d�a theo c�u trúc h� tng và CRAHNs (Cognitive Radio Ad hoc Networks). M�ng CR d�a theo c�u trúc h� tng có 1 phn t� m�ng trung tâm nh� là 1 tr�m gc trong 1 i!m truy c�p trong m�ng không dây n�i b�.Ng��c l�i, CRAHN không có c�u trúc h� tng nào c� vì th� 1 user CR có th! k�t ni �n các user CR khác thông qua k�t ni mi�n qu�n tr� c�a c� các b�ng ph� ã c�p phépvà ch�a ��c c�p phép. Nh�ng s� quan sát và phân tích ho�t �ng b�i m'i user CR s� c�p m�t tr�m gc cho CR trung tâm ! nó có th! t�o ra 1 quy�t �nh làm nh� th� nào ! tránh nhi�u v�i m�ng ban u. Theo quy�t �nh này m'i user CR t� c�u hình l�i cho các thông s thông tin c�a nó nh� hình bên

Ng��c l�i trong CRAHNs m'i user cn có t�t c� dung l��ng CR và có trách nhi�m xác �nh các ho�t �ng c�a nó d�a trên nh�ng s� quan sát n�i b�. Vì các user CR không th! d� oán ��c �nh h��ng c�a nh�ng ho�t �ng c�a nó trên toàn b� m�ng. Các thành phn c�a c�u trúc m�ng CR nh� hình bên:


- 7 -

Nó ��c phân thành hai nhóm là các thành phn c�a m�ng chính và các thành phn c�a m�ng CR. M�ng ban u ��c � c�p nh� là 1 m�ng t&n t�i, � ó nh�ng ng��i dùng ban u s� có 1 quy�n ! ho�t �ng trong 1 cùng b�ng tn ph� nào ó. N�u m�ng ban u có 1 h' tr� v� c�u trúc h� tng thì ho�t �ng c�a các PUs s� ��c i�u khi!n thông qua nh�ng tr�m c� b�n. Do quy�n �u tiên trong vi�c truy c�p ph� c�a chúng, các PU không �nh h��ng �n các user không �ng kí. M�ng CR không có quy�n ho�t �ng trong m�t b�ng tn ã ��c yêu cu vì th� ch�c n�ng ��c thêm vào ��c òi h-i cho các user CR ! chia s% b�ng tn ph� ã c�p phép. Các $c i!m chính c�a các hàm qu�n lí ph�: Spectrum Sensing:( Cm nh�n ph�) 1 user CR ch" có th! ��c c�p phát 1 v� trí ch�a s� d�ng c�a ph�,do ó nó nên i�u khi!n các b�ng ph� có th! và khi ó tìm ��c h ph�. C�m nh�n ph� là 1 ch�c n�ng c� b�n c�a m�ng CR và vì th� nó có mi quan h� m�t thi�t �n các hàm qu�n lí ph� khác. Spectrum Decision( S� quy�t ��nh ph�) m�t khi các ph� ã ��c nh�n d�ng, v� b�n ch�t ó là 1 user CR l�a ch�n b�ng gn nh�t theo các yêu cu c�a QoS.Nó r�t quan tr�ng i v�i nh�ng $c i!m c�a b�ng ph� trong môi tr��ng vô tuy�n và các tr�ng thái thng kê c�a Pus. ! thi�t k� 1 gi�i thu�t quy�t �nh k�t h�p v�i các $c i!m ph� �ng chúng ta cn t�o ra 1 thông tin �u tiên trong vi�c lo�i b� ho�t �ng c�a Pus. H�n n�a, trong CRAHNs s� quy�t �nh ph� liên quan �n vi�c l�a ch�n ph� và �nh d�ng ��ng truy�n. Spectrum Sharing: (Chia s� ph�) Vì có nhi�u user CR truy c�p ph� vì th� s� truy�n d*n c�a h� nên ��c phi h�p ! tránh xung �t � các v� trí ch&ng ph� c�a ph�.Vi�c chia s% ph� cung c�p 1 kh� n�ng i v�i nhi�u user CR bao g&m vi�c c�p phát tài nguyên ! tránh nhi�u gây b�i m�ng chính.H�n n�a ch�c n�ng này cn thi�t i v�i 1 giao th�c i�u khi!n truy c�p trung bình CR. Nó là ph��ng ti�n ! i�u khi!n s� nh�n bi�t ( Sensing Control) ! phân b các nhi�m v� c�m nh�n gi�a các nút phi h�p trong truy c�p ph� ! xác �nh th�i gian truy�n d*n. Spectrum Mobility(S� di ��ng ph�):N�u 1 ng��i dùng chính (PU) phát hi�n ra trong v� trí nào ó c�a ph� dã dùng thì các user CR ph�i b- trng ph� ó ngay l�p t�c và ti�p t�c trên m�t v� trí khác c�a ph�.Vì th� kh� n�ng di �ng hpoor là cn thi�t cho 1 ph� ! tìm ra ��c liên k�t sai h-ng và chuy!n s� truy�n d*n hi�n th�i �n 1 �nh tuy�n m�i hay1 b�ng ph� m�i v�i ch�t l��ng lo�i b- th�p nh�t. 7. Cm nh�n ph� trong CR(Spectrum Sensing for Cognitive Radio)

M�t CR ��c thi�t k� ! có th! nh�n bi�t và nh�y v�i nh�ng thay �i xung quanh nó, vì v�y vi�c t�o b� nh�y/b� dò quang ph�(Spectrum sensing) là m�t yêu cu quan tr�ng cho vi�c th�c hi�n m�ng CR.

Spectrum sensing cho phép các CR user khai thác nh�ng phn ph� không s� d�ng m�t cách thích nghi i v�i môi tr��ng vô tuy�n. Kh� n�ng này cn thi�t trong nh�ng tr��ng h�p sau:

- CR user tìm th�y nh�ng h ph� có s,n trên 1 d�i tn s r�ng ( ngoài b�ng c�m nh�n ) và

- Các CR user giám sát d�i ph� trong quá trình truy�n d*n và phát hi�n s� hi�n di�n c�a m�ng chính(primary network) ! tránh nhi�u/ giao thoa.

Nh� trong hình 5 CRAHN cn spectrum sensing v�i nh�ng ch�c n�ng sau:


- 8 -

* PU detection (S� phát hi�n ng��i dùng chính):các CR user quan sát và phân tích môi tr��ng vô tuy�n n�i b� c�a nó. D�a vào vi�c quan sát nh�ng v� trí này và c�a v� trí k� bên, các user CR phát hi�n ��c s� hi�n di�n c�a nh�ng s� truy�n d*n c�a ng��i dùng chính(PU) và theo nh�n d�ng ph� s/n có hi�n th�i phù h�p.

* Cooperation(S� phi h�p):các thông tin ��c quan sát trong m'i user CR ��c trao �i v�i user k� bên ! nâng cao tính chính xác c�a sensing..

* Sensing Control( i�u khi!n vi�c c�m nh�n):ch�c n�ng này cho phép m'i user CR th�c hi�n các ho�t �ng c�m nh�n 1 cách thích nghi v�i môi tr��ng vô tuy�n �ng. Ngoài ra,nó phi h�p các ho�t �ng c�m nh�n c�a các user CR và c�a user k� bên trong 1 ph��ng th�c ã ��c phân b, vi�c này ng�n ng#a báo �ng sai trong liên k�t. ! �t ��c hi�u suaats s� d�ng ph� cao và tránh ��c nhi�u thì Spectrum sensing òi h-i có � chính xác cao. Tuy nhiên do thi�u m�t trung tâm t� ch�c m�ng nên các user CR ad hoc th�c hi�n vi�c c�m nh�n ph� �c l�p v�i các user khác, d*n �n �nh h��ng x�u �n hi�u su�t sensing. 7.1.S� phát hi�n ng��i dùng chính:

Vì các user CR ��c gi� �nh r�ng không có s� t��ng tác th�i gian th�c nào v�i b� phát và thu c�a ng��i dùng chính c�, chúng không bi�t chính xác các thông tin trên các ��ng truy�n d*n bên trong các m�ng chính c�.Nên PU detection ph� thu�c vào s� theo d-i sóng vô tuy�n n�i b� c�a user CR.

Nói chung, k� thu�t PU detection cho CRAHNs có th! chia thành 3 nhóm: - Primary transmitter detection _phát hi�n máy phát chính - Primary receiver detection _ phát hi�n máy thu chính - Interference temperature management _ qu�n lý nhi�u nhi�t

Nh� trong hình 7a, tramsmitter detection phát hi�n tín hi�u y�u/không �n �nh

t# 1 máy phát chính thông qua nh�ng quan sát n�i b� c�a user CR. Primary receiver detection thì t�p trung tìm nh�ng PU s� nh�n d� li�u trong ph�m vi truy�n thông c�a user CR.

Trong hình 7b, n�ng l��ng rò r" c�a b� t�o dao �ng n�i b� phát ra b�i “Radio frequency font-end” c�a máy thu chính th��ng ��c khai thác, mà chúng l�i y�u.Vì v�y, m$c dù Primary receiver detection cung c�p 1 cáchhi�u qu� ! tìm nh�ng h ph� nh�ng hi�n nay ph��ng pháp này ch" kh� thi trong nh�ng b� dò c�a máy thu TV.


- 9 -

Interference temperature management gi�i thích cho n�ng l��ng RF tích l(y t# hi�n t��ng a ��ng, và xác l�p 1 giá tr� c�c �i mà máy thu chính cho phep, g�i là gi�i h�n nhi�u nhi�t.

Tuy nhiên khó kh�n c�a mô hình này là khó o l��ng chính xác nhi�u nhi�t, nên CR không th! phân bi�t tín hi�u th�t t# PU và nhi�u. Vì lý do này mà hu h�t các nghien c�u hi�n t�i trên Spectrum sensing trong CRAHNs ch" t�p trung vào Primary transmitter detection.

Trong transmitter detection , ! phân bi�t ��c gi�a d�i ph� s� d�ng và không s� dung, user CR nên có kh� n�ng phát hi�n t#ng tín hi�u riêng c�a m'i máy phát PU.

B� phát hi�n tn s sóng vô tuy�n n�i b� s� d�ng trong PU detection sensing d�a trên gi� �nh sau:

Trong ó, r(t) là tín hi�u nh�n ��c b-i user Cr s(t) là tín hi�u truy�n i c�a PU n(t) nhi�u tr+ng Gausian (AWGN) h là h� s khu�ch �i c�a kênh truy�n Ho gi� thi�t r'ng_ tr�ng thái mà � ó tín hi�u không ��c phép s� d�ng

trong 1 d�i ph� xác �nh. H1 gi� thi�t di l�p, cho bi�t r�ng � ó t&n t�i m�t sô tín hi�u PU. Ba ph��ng pháp có th! s� d�ng cho transmitter detection trong spectrum sensing - Matched filter detection _ b� l�c thích nghi - Energy detection - Feature detection 7.1.1 Matched filter detection (MFD) Matched filter là b� l�c tuy�n tính ti �u s� d�ng cho vi�c phát hi�n tín hi�u phù

h�p ! t" l� tín hi�u trên nhi�u (SNR) là c�c �i. Nh� trong hình 8

Tín hi�u sau b� l�c là k�t qu� c�a vi�c so sánh 1 tín hi�u PU m*u ã bi�t s(t) v�i

tín hi�u thu ��c r(t) . sau ó, tín hi�u ó ��c l�y m*u v�i b� &ng b� th�i gian(synchronized timing). N�u giá tr� l�y m*u Y > ng�0ng k, ph� ��c xác �nh b� chi�m b-i ��ng truy�n PU.

Ph��ng pháp phát hi�n này g�i là b� phát hi�n ti �u Matched filter không ch" cn bi�t v� $c tính c�a tín hi�u PU mà còn cn &ng

b� hóa gi�a máy phát PU và user CR. N�u thông tin không chính xác thì b� l�c thích nghi ho�t �ng kém hi�u qu�. Ngoài ra, user CR cn có nhi�u b� l�c thích nghi khác nhau dành riêng cho t#ng lo�i tín hi�u PU, vi�c này làm t�ng chi phí th�c hi�n và � ph�c t�p.

Trong th�c t�, tín hi�u ch" �o (pilot signal) ��c dùng cho MFD, máy phát g�i tín hi�u pilot &ng th�i v�i d� li�u, và CR s� có thông tin v� nó.

Vi�c này không kh� thi trong CRAHNs, vì v�y Energy detection và Feature detection ��c dùng trong Spectrum sensing nhi�u h�n.

7.1.2 Energy detection


- 10 -

Energy detector là ti �u ! xác �nh tín hi�u ch�a rõ n�u ã bi�t công su�t/ n�ng l��ng c�a nhi�u .

Trong Energy detection ,User CR c�m nh�n ��c s� có m$t hay v+ng m$t c�a PÚ trên c� s� n�ng l��ng c�a tín hi�u nh�n ��c.

Trong hình 9

Tín hi�u thu ��c r(t) ��c bình ph��ng r&i l�y tích phân trên o�n T, k�t qu� thu ��c sau b� tích phân mang so sánh v�i ng�0ng k ! quy�t �nh Pu có t&n t�i không.

*1u i!m Energy detector: d� s� d�ng, d� th�c *H�n ch�: + khi CR cn xác �nh tíc hi�u PU y�u (SNR= 10-> 40dB ) thì ED cn th�i gian

lâu h�n so v�i MFD. + H�n n�a, vì Energy detector ph� thu�c SNR c�a tín hi�u nh�n ��c nên hiêu

su�t c�a nó d� b� �nh h��ng b�i � b�t �nh trong công su�t nhi�u. N�u cs nhi�u là b�t �nh thì Energy detector s� không phát hi�n ��c tín hi�u úng khi SNR bé h�n 1 ng�0ng c �nh , g�i là SNR wall.

+ Energy detector có th! ch" xác �nh s� hi�n di�n c�a tín hi�u mà không th! phân bi�t ��c lo�i tín hi�u.

Vì nh�ng h�n ch� ó, trong vi�c s� d�ng Energy detection. CRAHNs cn cung c�p s� &ng b� trong ho�t �ng c�a t�t c� các sensing. T�c là m'i user CR ph�i ��n &ng b� v�i 1 sensing ging nó, và s� ò ��ng truy�n. n�u không user CR không th! phân bi�t tín hi�u nh�n ��c t# PU, vì v�y ho�t �ng c�m nh�n c�a user CR s� b� nhi�u b�i ��ng truy�n c�a các sensing lân c�n.

7.1.3 Feature detection Feature detection xác �nh s� hi�n di�n c�a tín hi�u PU b�ng cachsao chép/l�c

ra nh�ng $c i!m d$c tr�ng c�a chúng nh� tin hi�u pilot, chu khì pre.xes, tc � kí hi�u,mã m� r�ng, ho$c lo�i i�u ch� ..nh�ng $c i!m này có th! ��c phát hi�n b�ng cách phân tích 1 hàm ph� t��ng quan nh� trong hình 10

. ây ph� t��ng quan c�a tín hi�u thu r(t) ��c l�y trung bình trên kho�ng T,

r&i so sánh v�i s li�u thông kê ki!m tra ! quy�t �nh s� cáo $t c�a tín hi�u PU, t��ng t� Energy detection.

* 1u i!m: không ph� thu�c vào � b�t �nh c�a công su�t nhi�u. Có th! phân bi�t ��c tín hi�u t# các m�ng khác nhau.. Cho phép user CR th�c hi�n ho�t �ng sensing �c l�p mà không cn &ng b� hóa.

* H�n ch�: tính toán ph�c t�p và òi h-i th�i gian sensing dài. Trong h� thng Feature detection nâng cao, vi�c k�t h�p phân tích chu k2 ph�

v�i nh�n d�ng m*u d�a trên m�ng Noron ã ��c � xu�t.. $c i!m khác bi�t c�a tín hi�u thu ��c tách ra dùng cho vi�c phân tích chu k2 ph�, liên k�t ph�, i chi�u m�t � ph�.

M�t b�n thi�t k� covariance-based detection d�a trên thng kê ph��ng sai hay hàm t� t��ng quan c�a tín hi�u thu ��c � xu�t.

Matrix thng kê ph��ng sai hay hàm t� t��ng quan c�a tín hi�u và nhi�u là khác nhau. Matrix thng kê ph��ng sai c�a nhi�u d��c xác �nh b�i b� l�c máy thu. D�a


- 11 -

trên $c tính này, nó phân bi�t ��c s� hi�n di�n c�a user PU và nhi�u. Ph��ng pháp này có th! dùng cho nh�ng �ng d�ng dò tìm nh�ng tín hi�u thay �i mà không cn bi�t rõ tín hi�u, kênh truy�n, và công su�t nhi�u.

7.2. Sensing control:

M�c tiêu chính c�a spectrum sensing là ! tìm th�y nhi�u c� h�i truy nh�p ph� tn ngoài vi�c can thi�p c�a nh�ng m�ng chính. T�i ây, nh�ng thao tác c�m nh�n c�a nh�ngiusser CR là ! ki!m soát và k�t h�p b�i m�t b� i�u khi!n c�m nh�n, có hai v�n � chính :

(1) nh�ng user CR nên c�m nh�n ph� lâu dài và th��ng xuyên nh� th� nào ! �t ��c s� c�m nh�n chính xác t�i b�ng tn c�m nh�n ó.

(2) user CR có th! tìm th�y ph� s,n có � b�ng tn ngoài nhanh nh� th� nào, ��c t�ng k�t � hình 11.

7.2.1. S� �i�u khi�n trong b�ng t�n cm nh�n: u tiên là liên quan �n c� h�i ph� tn l�n nh�t c(ng nh� ! tránh giao thoa.

Trong b�ng tn c�m nh�n nói chung ch�p nh�n c�u trúc c�m nh�n tun hoàn, n�i nh�ng user CR ��c cho phép truy nh�p ph� tn ch" ph�m vi trong th�i gian chu k2 truy�n i theo sau b�i chu kì c�m nh�n.

Trong chu kì c�m nh�n, th�i gian c�m nh�n dài h�n d*n t�i s� c�m nh�n chính xác h�n, và do v�y gi�m nhi�u h�n. Nh�ng th�i gian c�m nh�n tr� nên dài h�n, th�i gian truy�n c�a usser CR s� b� gi�m b�t. Ng��c l�i, khi th�i gian truy�n dài h�n, t�ng c� h�i truy c�p, nó là nguyên nhân gây ra giao thoa cao h�n vì thi�u s� c�m nh�n thông tin. Do ó, làm sao ! l�a ch�n s� c�m nh�n chính xác và th�i gian truy�n là v�n � quan tr�ng trong spectrun sensing.

S� ti �u th�i gian c�m nh�n ��c i�u tra và xác �nh ! c�c �i hi�u qu� kênh truy�n, trong khi duy trì yêu cu có kh� n�ng nh�n ra, mà nó không ngh� �nh h��ng c�a kh� n�ng x�y ra báo �ng sai. Trong th�i gian c�m nh�n ��c ti �u hóa cho nhi�u môi tr��ng ph�, nh� v�y �t t�i c�c �i l�u l��ng c�a nh�ng user CR.


- 12 -

7.2.2. � ngoài b�ng �i�u khi�n cm nh�n Khi user CR cn ! tìm th�y b�ng tn m�i có s,n (ngoài b�ng c�m nh�n), th�i gian

khám phá ph� tn là nhân t quan tr�ng khác ! xác �nh s� th�c hi�n c�a CRAHNs. Nh� v�y, spectrum sensing này cn ph�i có m�t s� & phi h�p ! phát hi�n ra c(ng nh� nhi�u c� h�i ph� tn có th! x�y ra nh�ng c(ng gi�m thi!u tr� trong vi�c tìm th�y chúng. i�u này c(ng là m�t v�n � quan tr�ng trong s� thay �i ph� tn ! gi�m b�t th�i gian chuy!n m�ch. u tiên, s� ch�n l�a qui t+c ph� tn c�m nh�n có th! giúp gi�m b�t th�i gian tìm th�y ph� tn � ngoài b�ng tn c�m nh�n.

H�n n�a, n�u usser CR c�m th�y nhi�u b�ng ph� tn h�n, thì nó có th! có kh� n�ng cao ! phát hi�n ra m�t b�ng tn tt nh�t.


- 13 -

BÀI 2: B� L�C PH�I H�P

(MATCHED FILTER)

1. Khái ni�m b� l�c ph�i h p và !ng d�ng ca nó vào truy�n thông s�: - B� l�c phi h�p là m�t trong nh�ng b� l�c ti �u ��c dùng nh�m m�c ích khôi ph�c tín hi�u t# nhi�u. T�c khôi ph�c l�i tín hi�u vào v�i t" s SNR cao nh�t có th!, và không có nhi�u ISI (Intersymbol Interference), tr��c khi �a vào b� quy�t �nh ! xác �nh tín hi�u nào ang ��c truy�n i. Ví d� :Ta g�i m�t chu'i kí t� “01011”, ! �n ��c máy thu thì tín hi�u ph�i i qua kênh truy�n có nhi�u.N�u ! tín hi�u này r&i l�y m*u thì có th! thu ��c tín hi�u không úng. ! thu ��c tí hi�u ging nh� ã truy�n thì tín hi�u i qua Matched filter ! t�ng S/N, sau ó qua b� l�y m*u.Nh� v�y chúng ta s� nh�n ��c chu'i bit nh� ã truy�n.

2. Cách d"n ra k�t qu �� th�c hi�n b� l�c ph�i h p: - Ta có mô hình c� b�n c�a vi�c truy�n tín hi�u nh� sau:

C� th! h�n � khi channel và detector:

V�i: + delta(t): áp �ng c�a kênh truy�n. + n(t): nhi�u tác �ng lên tín hi�u trong quá trình truy�n i. + h(t): áp �ng xung c�a b� tách sóng, chi ti�t h�n, là áp �ng xung c�a b� l�c. + Theo sau b� tách sóng là b� l�y m*u. + Khi quy�t �nh: quy�t �nh kí hi�u ang ��c truy�n i là kí t� gì. - Ta kh�o sát ngu&n tín hi�u là m�t chu'i nh� phân. Sau khi qua b� i�u ch� (modulator), tín hi�u s vào ��c i�u ch� thành các d�ng sóng phù h�p (sau này ta g�i là kí hi�u cho m�t d�ng sóng �ng v�i m�t kí t�) cho vi�c truy�n i. G�i T là th�i gian t&n t�i m�t d�ng sóng kí hi�u. Ta gi� s�:

Modulator Channel Detector

Tín hi�u s� vào

Tín hi�u s� ra

Phát Thu Hình 1

s(t) r(t)

delta(t) h(t) H(f)

Kh�i quy�t ��nh

s(t) r(t)

n(t)

digital

channel reciever

Hình 2

L�y m"u t�i t = T

y(t) y(T)


- 14 -

Khi ó, tín hi�u b� thu nh�n ��c t# kênh truy�n là:

r(t) = s(t)*#(t) + n(t) V�i n(t) nhi�u AWGN, m�t � công su�t ph� hai phía c�a n(t) có � l�n b�ng:

S n (f) = 2

No

- G�i: h(t) là áp �ng xung c�a b� l�c, y(t) là tín hi�u sau khi qua b� tách sóng, ta có:

y(t) = r(t)*h(t) = [s(t) + n(t)] * h(t) = s 0 (t) + n 0 (t) V�i: s 0 (t) : thành phn tín hi�u mong mun.

n 0 (t): thành phn nhi�u. T# công th�c trên ta suy ra, h(t) có �nh h��ng tr�c ti�p �n u ra c�a b� tách sóng. Mà tín hi�u ra y(t) c�a b� tách sóng s� ��c �a vào b� quy�t �nh. Nên ! b� quy�t �nh có th! quy�t �nh chính xác tín hi�u nào ang ��c truy�n, ta ph�i thi�t k� h(t) sao cho t" s SNR là cao nh�t. - y(t) sau ó i vào b� l�y m*u v�i chu kì l�y m*u là T. Suy ra ngõ ra c�a b� l�y m*u là:

y(T) = s 0 (T) + n 0 (T) Lúc này, t" s tín hi�u trên nhi�u là:

=��

��

�

TN

S 2

0

20 |)(|

σ

Ts

Trong ó, 20σ là công su�t nhi�u trung bình t�i ngõ ra c�a b� l�c h(t).

- i�u ta cn làm lúc này là tìm cho b� l�c áp �ng tn s H 0 (f) xác �nh mà t�i ó, t" s trên là c�c �i. + Ta có th! bi!u di�n tín hi�u s 0 (t) nh� sau:

[ ] �∞

∞−

−== dfefHfSfSFts

ftj π20

10 )().()()(

Và công su�t nhi�u trung bình có công th�c nh� sau:

�∞

∞−

= dffHN 22

20 |)(|0σ

Suy ra:

�

�∞

∞−

∞

∞−=�

�

��

�

dffHN

dfefSfH

N

S

fTj

T 20

2

2

)(2

)()( π

(1)

+ B��c ti�p theo, ta tìm công th�c H 0 (f) c�a b� l�c ! v�i áp �ng tn s này, t" s

( )TNS / ��c c�c �i. Áp d�ng b�t /ng th�c Schwarz ta có:

[ ] �∞

∞−

−== dfefHfSfSFts

ftj π20

10 )().()()( (2)

Th� (2) và (1) ta ��c:

s(t) =

s 1 (t), 0 $ t $ T cho s� 1

- s 1 (t), 0 $ t $ T cho s� 0


- 15 -

�∞

∞−

=��

��

�dffS

NN

S

T

2

0

)(2

Hay:

0

2max

N

E

N

S

T

=��

��

�

Trong ó: �∞

∞−

= dffSE2

)(

Nh� v�y, giá tr� c�c �i c�a t" s ( )TNS / ph� thu�c vào n�ng l��ng tín hi�u vào và

m�t � ph� công su�t c�a nhi�u ch� không ph� thu�c vào t#ng d�ng sóng tín hi�u c� th!. Nh� v�y, t# tr��ng h�p c� th! ta ang gi� s�, ta có th! l�y k�t qu� làm k�t qu� chung cho các d�ng sóng tín hi�u khác. + Theo b�t /ng th�c Schwarz, d�u “=” (t�c t" s ( )

TNS / �t c�c �i) khi và ch" khi: fTj

efkSfHfHπ2

0 )()()( −∗==

Hay:

{ }� ≤≤−

==−∗−

kháct

TttTksefkSFth

fTj

0

0)()()( 21 π

3 K�t lu�n: Nh� v�y, ! b� l�c cho ra ��c tín hi�u có t" s tín hi�u trên nhi�u cao nh�t thì nó cn có áp �ng xung b�ng v�i �nh ng��c c�a tín hi�u có ích và ��c làm tr� i th�i gian T.

h(t) = ks(T - t) 3. %ng d�ng ca Matched Filter vào công ngh� Cognitive Radio: Nh� ã bi�t, CR có nhi�m v� c�m nh�n b�ng tn nào ang trng ! t�n d�ng các kho�ng trng ó ! ph�c v� cho vi�c truy�n nh�n thông tin c�a các user CR mà không làm �nh h��ng �n các user ã ��c c�p phép c�a b�ng tn ó. Nh�ng các user CR l�i không h� có t��ng tác trong th�i gian th�c nào v�i các user ã ��c c�p phép ó (PU – primary user), nên không bi�t chính xác thông tin c�a ��ng truy�n trong m�ng h� ang dùng (primary). Vì v�y, vi�c nh�n bi�t các PU ch" ph� thu�c vào kh� n�ng quan sát sóng vô tuy�n c�a các user CR. Nhìn chung, có 3 k4 thu�t chính ��c phát tri!n dành cho CR lo�i CHAHN ! nh�n bi�t các PU, ó là: Primary Transmitter Detection, Primary Receiver Detection, Interference Temperature Management. Trong ó, Matched Filter ��c �ng d�ng cho k4 thu�t Primary Transmitter Detection (nh�n bi�t b� phát chính). B� Matched Filter s� l�y t��ng quan gi�a m�t tín hi�u ã bi�t c�a m�t PU v�i tín hi�u thu ��c c�a CR (cái CR c�m nh�n t# môi tr��ng), u ra c�a b� MF s� cho qua b� l�y m*u, ��c tín hi�u ra Y, n�u tín hi�u Y l�n h�n m�t ng�0ng k nào ó, thì CR s� xác �nh ��c d�i ph� ! chi�m d�ng. Matched filter không ch" cn bi�t v� $c tính c�a tín hi�u PU mà còn cn &ng b� hóa gi�a máy phát PU và user CR. N�u thông tin không chính xác thì b� l�c thích nghi ho�t �ng kém hi�u qu�.


- 16 -

BÀI 3: CH&Y CH'(NG TRÌNH VÀ NH)N XÉT

1. K�t qu quan sát �� c: 1.1Mat_filter:


- 17 -


- 18 -

1.2 Mat-noise:


- 19 -


- 20 -

1.3 Mat-noise-tao:


- 21 -

2. Nh�n xét k�t qu: + o�n mã th�c hi�n vi�c t�o ra bn tín hi�u s1, s2, s3, s4 v�i các d�ng tín hi�u khác nhau. S1 là tín hi�u xung vuông :s1=rectpuls(t,T) t&n t�i trong kho�ng T, S2 là tín hi�u hình sin s2=s1.*sin(w0*t); t&n t�i trong kho�ng T,


- 22 -

S3 là tín hi�u hình sin s3=s1.*sin(w0*t+0.5*k*t.^2); S4 là tín hi�u : s4=s4+c*rect.*sin(w0*t); Và t��ng �ng v�i m'i lo�i tín hi�u s� có các sig_mat khác nhau. Tín hi�u nh�n ��c � u ra chính là t�ng ch�p c�a m�t trong bn tín hiêu s1, s2, s3, s4 có ho$c không có s� tác �ng c�a nhi�u (�ng v�i các tr��ng h�p mat_filter, mat_noise, ho$c mat_noise_tao) v�i sig_mat. + i v�i tr��ng h�p mat_filter: không có nhi�u tác �ng vào các tín hi�u s1, s2, s3 ,s4. Tín hi�u ngõ ra có d�ng gn ging v�i tín hi�u u vào nh�ng ã ��c khu�ch �i biên � lên nhi�u ln. + i v�i tr��ng h�p mat_noise : các tín hi�u t�o ra ban u ã ��c c�ng thêm nhi�u tr+ng Gauss. T��ng �ng v�i m'i lo�i tín hi�u ã ��c công thêm nhi�u s� có các sig_mat khác nhau. Theo quan sát ta th�y, biên � c�a tín hi�u gc ��c khu�ch �i lên nhi�u ln so v�i nhi�u. Do ó làm t�ng t" s tín hi�u trên nhi�u. + i v�i tr��ng h�p mat_noise_tao: các tín hi�u s1, s2, s3 ,s4 t�o ra ban u ��c chèn thêm m�t s m*u 0 ! t�o tr�. Sau ó l�i ��c c�ng thêm nhi�u tr+ng Gauss. Và t��ng �ng s� t�o ra các sig_mat khác nhau.

Documents

Bao Cao Cognitive Radio Va Matched Filter