Báo cáo project 1 cognitive radio và matched filter
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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
-1-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 c n thi t cho các h th ng
không dây trong t ng lai. Trong khi a s h th ng tr i ph t n 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 th ng vô tuy n thông minh, c u trúc c a h th ng và thi t
k nten cho h th ng vô tuy n thông minh
1.Gi i thi u:
H th ng vô tuy n thông minh là h th ng có các ph n t có kh n ng thay i
các tham s ( công su t, t n 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 ph n m m SDR( Software Defined Radio) s là
m t ph n t quan tr ng trong h th ng 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 ph n m m mà không c n ph i thay i c u
trúc ph n c ng.
M c ích c a vô tuy n thông minh là cho phép các thi t b vô tuy n khác ho t
ng trên các d i t n còn tr ng t m th i mà không gây nhi u n các h th ng vô tuy n
có quy n u tiên cao h n ho t ng trên d i t n ó.
! cho phép t n d ng t i a tài nguyên ph t n nh trên, vô tuy n thông minh
ph i có nh ng tính n ng c b n sau:
- i u ch"nh t n s ho t ng c a h th ng m t cách t c thì t# 1 b ng t n này n 1
b ng t n khác( còn tr ng) trên d i t n cho phép.
-Thi t l p m ng thông tin và ho t ng trên m t ph n ho$c toàn b b ng t n
c
c p phát.
-Chia s% kênh t n 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 t n,t c
truy n và các s & mã hóa s a l'i !
cho phép t
c thông l ng t t 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 t n s vô tuy n
c xét
C(ng d a vào các thành ph n 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 ph n ch a c p phép c a ph
t n s vô tuy n
-2-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 ph n 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 ph n 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 ph n 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 ph n 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 t n ph nh t nh. Truy c p này ch"
c giám sát b i tr m
g c 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 g c vô tuy n thông minh và ng i
dùng vô tuy n thông minh nh ng ng i dùng chính này không c n 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 g c
c c p phép là thành ph n
c s h t ng m ng
cc
nh có gi y phép ph . V nguyên t+c tr m g c 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 g c chính này có th! yêu c u ! 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 t n mong mu n. 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 t ng và m ng ad hoc,
các thành ph n 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 c n có ch c n ng c ng thêm ! chia s% b ng ph c p phép
*Tr m g c vô tuy n thông minh: là thành ph n c s h t ng c
nh v i các kh
n ng c a vô tuy n thông minh. Tr m g c vô tuy n thông minh cung c p các k t n i n
ch$ng t i nh ng ng i dùng vô tuy n thông minh mà không c n gi y phép truy c p
ph . Thông qua k t n i 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 t n gi a các
m ng Vô tuy n thông minh khác nhau. B phân chia ph có th! k t n i 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
-3-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 t ng, 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 g c 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 n i 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 g c chính thông qua b ng c p phép.
4.H at ng c a 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 c u 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$c dù m c ích chính c a m ng vô tuy n thông minh là xác
nh ph t n có s,n t t nh t nh ng các ch c n ng c a vô tuy n thông minh tring b ng
c p phép l i bao g&m phát hi n s có m$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 ph n ph này. M ng Vô tuy n thông
-4-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 gi ng nhau và truy n thông s d ng c(ng m t
ph n 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 c a h th ng CR:
CR d a trên nh ng m ng kh)n c p có nh ng yêu c u khác nhau so v i các m ng ban
u. M t s yêu c u 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 c u 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 c n thi t th c ! ánh vào các i u khi n kênh v t lí không t t.
c/Hi u qu n ng l ng là m t m i 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 c u
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 c a vi c qu n lí và c p phát ph
i v i các h thông CR:
a/Khái ni m Spectrum hole (h ph ):
Vì h u 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.
-5-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 t n 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 t n,
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 t ng và CRAHNs (Cognitive Radio Ad hoc Networks). M ng CR d a theo c u trúc
h t ng có 1 ph n t m ng trung tâm nh là 1 tr m g c 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 t ng nào c vì th 1
user CR có th! k t n i n các user CR khác thông qua k t n i 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 g c 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 c n 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 ph n c a c u trúc m ng CR nh hình bên:
-6-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
Nó
c phân thành hai nhóm là các thành ph n c a m ng chính và các thành ph n
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 t n ph nào ó. N u m ng
ban u có 1 h' tr v c u trúc h t ng 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 t n ã
c yêu c u vì th ch c n ng
c thêm vào
c òi h-i cho
các user CR ! chia s% b ng t n ph ã c p phép.
Các $c i!m chính c a các hàm qu n lí ph :
Spectrum Sensing:( C m 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
ch
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 m i 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 g n nh t theo các yêu c u 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
th ng 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 c n 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 ph i 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 c n 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 ph i 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- tr ng 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 c n 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. C m 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 c u quan
tr ng cho vi c th c hi n m ng CR.
Spectrum sensing cho phép các CR user khai thác nh ng ph n ph không s
d ng m t cách thích nghi i v i môi tr ng vô tuy n. Kh n ng này c n 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 t n 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 c n spectrum sensing v i nh ng ch c n ng sau:
-7-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
* 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 ph i 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 ph i 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.
-8-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 h u 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 t n 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 d i 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 t i 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 t i u
Matched filter không ch" c n bi t v $c tính c a tín hi u PU mà còn c n &ng
b hóa gi a máy phát PU và user CR. N u thông tin không chính xác thì b l c thích
nghi ho t ng kém hi u qu . Ngoài ra, user CR c n có nhi u b l c thích nghi khác
nhau dành riêng cho t#ng lo i tín hi u PU, vi c này làm t ng chi phí th c hi n và
ph c t p.
Trong th c t , tín hi u ch" o (pilot signal)
c dùng cho MFD, máy phát g i
tín hi u pilot &ng th i v i d li u, và CR s có thông tin v nó.
Vi c này không kh thi trong CRAHNs, vì v y Energy detection và Feature
detection
c dùng trong Spectrum sensing nhi u h n.
7.1.2 Energy detection
-9-
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
Energy detector là t i u ! xác nh tín hi u ch a rõ n u ã bi t công su t/ n ng
l ng c a nhi u .
Trong Energy detection ,User CR c m nh n
c s có m$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 c n xác nh tíc hi u PU y u (SNR= 10-> 40dB ) thì ED c n 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 c n 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 gi ng 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, t c 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 c n &ng b hóa.
* H n ch : tính toán ph c t p và òi h-i th i gian sensing dài.
Trong h th ng 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 th ng kê ph ng sai hay hàm t
t ng quan c a tín hi u thu
c xu t.
Matrix th ng kê ph ng sai hay hàm t t ng quan c a tín hi u và nhi u là khác
nhau. Matrix th ng kê ph ng sai c a nhi u d c xác nh b i b l c máy thu. D a
- 10 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 c n
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 t n
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 !
c s c m nh n chính xác t i b ng t n c m nh n ó.
(2) user CR có th! tìm th y ph s,n có b ng t n ngoài nhanh nh th nào,
t ng k t hình 11.
t
c
7.2.1. S i u khi n trong b ng t n c m nh n:
u tiên là liên quan n c h i ph t n l n nh t c(ng nh ! tránh giao thoa.
Trong b ng t n c m nh n nói chung ch p nh n c u trúc c m nh n tu n hoàn, n i nh ng
user CR
c cho phép truy nh p ph t n 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 t i 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 c u 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 t i 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.
- 11 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
7.2.2. ngoài b ng i u khi n c m nh n
Khi user CR c n ! tìm th y b ng t n m i có s,n (ngoài b ng c m nh n), th i gian
khám phá ph t n là nhân t quan tr ng khác ! xác nh s th c hi n c a CRAHNs.
Nh v y, spectrum sensing này c n ph i có m t s & ph i h p ! phát hi n ra c(ng
nh nhi u c h i ph t n 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 t n ! gi m b t
th i gian chuy!n m ch.
u tiên, s ch n l a qui t+c ph t n c m nh n có th! giúp
gi m b t th i gian tìm th y ph t n ngoài b ng t n c m nh n.
H n n a, n u usser CR c m th y nhi u b ng ph t n h n, thì nó có th! có kh n ng
cao ! phát hi n ra m t b ng t n t t nh t.
- 12 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
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 c a nó vào truy n thông s :
- B l c ph i h p là m t trong nh ng b l c t i 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 gi ng 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:
Tín hi u
r(t)
s vào Modulator s(t)
Channel
Detector
Phát
Tín hi u
s ra
Thu
Hình 1
C th! h n
s(t)
kh i channel và detector:
r(t)
delta(t)
channel
n(t)
L y m"u
t it=T
h(t)
H(f)
y(t)
y(T)
Kh i
quy t nh
digital
reciever
Hình 2
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.
+ Kh i 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 :
- 13 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
s 1 (t), 0 $ t $ T cho s 1
s(t) =
- s 1 (t), 0 $ t $ T cho s 0
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
S n (f) =
l n b ng:
No
2
- 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 ph n tín hi u mong mu n.
n 0 (t): thành ph n 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:
S
N
| s 0 (T ) | 2
=
σ 02
T
Trong ó, σ 0 2 là công su t nhi u trung bình t i ngõ ra c a b l c h(t).
- i u ta c n làm lúc này là tìm cho b l c áp ng t n 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:
∞
s 0 (t ) = F
−1
S ( f ).H ( f )e j 2πft df
[S 0 ( f )] =
−∞
Và công su t nhi u trung bình có công th c nh sau:
∞
2
σ0 =
N0
2
| H ( f ) |2 df
−∞
Suy ra:
2
∞
H ( f ) S ( f )e
S
N
+B
=
T
j 2πfT
df
−∞
N0
2
∞
2
H ( f ) df
(1)
−∞
c ti p theo, ta tìm công th c H 0 (f) c a b l c ! v i áp ng t n s này, t" s
(S / N )T
cc c
i. Áp d ng b t /ng th c Schwarz ta có:
∞
s0 (t ) = F
−1
[S0 ( f )] =
S ( f ).H ( f )e j 2πft df
−∞
Th (2) và (1) ta
c:
- 14 -
(2)
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
S
N
=
T
2
N0
∞
2
S ( f ) df
−∞
Hay:
max
S
N
∞
T
2E
N0
2
S ( f ) df
E=
Trong ó:
=
−∞
Nh v y, giá tr c c i c a t" s (S / N )T 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 (S / N )T
t c c i) khi và ch" khi:
H ( f ) = H 0 ( f ) = kS ∗ ( f )e − j 2πfT
Hay:
{
}
h(t ) = F −1 kS ∗ ( f )e − j 2πfT =
ks(T − t )
0
0≤t ≤T
t khác
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 c n 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 c a Matched Filter vào công ngh Cognitive Radio:
Nh ã bi t, CR có nhi m v c m nh n b ng t n nào ang tr ng ! t n d ng các
kho ng tr ng 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 t n 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" c n bi t v $c tính c a tín hi u PU mà còn c n &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 .
- 15 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
BÀI 3:
CH&Y CH'(NG TRÌNH VÀ NH)N XÉT
1. K t qu quan sát
1.1Mat_filter:
c:
- 16 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
- 17 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
1.2 Mat-noise:
- 18 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
- 19 -
Th c hi n: Nhóm 7 – L p 05DT2
1.3 Mat-noise-tao:
- 20 -
- Xem thêm -