z

V
Vô
ô
t
tu
uy
yế
ến
n
t
th
hô
ôn
ng
g
m
mi
in
nh
h
G
Gi
iả
ải
i
p
ph
há
áp
p
c
cô
ôn
ng
g
n
ng
gh
hệ
ệ
s
sử
ử
d
dụ
ụn
ng
g
h
hi
iệ
ệu
u
q
qu
uả
ả
t
tầ
ần
n
s
số
ố
v
vô
ô
t
tu
uy
yế
ến
n
Vô tuyến thông minh: giải pháp công nghệ sử
dụng hiệu quả tần số vô tuyến - Phần 1
Nguồn: khonggianit.vn
Với công nghệ vô tuyến thông minh, các thiết bị vô tuyến thông minh được sử
dụng để cảm ứng, nhận diện và sử dụng phổ tần vô tuyến hiệu quả hơn nữa
theo thời gian, không gian và tần số.
Theo Ed Thomas “ Nếu xét toàn bộ giải tần số vô tuyến từ 0 đến 100 GHz và quan
trắc ở một thời gian và không gian cụ thể, thì chỉ có từ 5% đến 10% lượng phổ tần
được sử dụng”. Như vậy, có hơn 90% tài nguyên phổ tần vô tuyến bị lãng phí [1].
Công nghệ vô tuyến thông minh hiện được xem như là một giải pháp tối ưu cho
vấn đề này. Bài viết sẽ trình bày tổng quan các khái niệm, cơ chế truy cập phổ tần
động, mô hình hệ thống điển hình cũng như tính khả thi của công nghệ vô tuyến
thông minh trong các hệ thống không dây thế hệ sau.
I. Khái niệm về vô tuyến thông minh
Hệ thống vô tuyến thông minh là hệ thống mà các phần tử của nó có khả năng thay
đổi các tham số (công suất, tần số) trên cơ sở tương tác với môi trường hoạt động
[2]. Theo đó, thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR (Software Defined
Radio) sẽ là một phần tử quan trọng trong hệ thống vô tuyến thông minh. Vì các
tham số của thiết bị SDR được thay đổi một cách linh động bằng phần mềm mà
không cần phải thay đổi cấu trúc phần cứng. Mục đích của vô tuyến thông minh là
cho phép các thiết bị vô tuyến khác hoạt động trên các dải tần còn trống tạm thời
mà không gây nhiễu đến các hệ thống vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn hoạt
động trên dải tần đó. Để cho phép tận dụng tối đa tài nguyên phổ tần như trên, vô
tuyến thông minh phải có những tính năng cơ bản như sau:
- Điều chỉnh tần số hoạt động của hệ thống một cách tức thì từ một băng tần này
đến một băng tần khác (còn trống) trên dải tần cho phép (Hình 1).
- Thiết lập mạng thông tin và hoạt động trên một phần hoặc toàn bộ băng tần
được cấp phát
- Chia sẻ kênh tần số và điều khiển công suất thích ứng theo điều kiện cụ thể của
môi trường vô tuyến, mà ở đó tồn tại nhiều loại hình dịch vụ vô tuyến cùng chiếm
dụng.
- Thực hiện thích ứng độ rộng băng tần, tốc độ truyền và các sơ đồ mã hoá sửa
lỗi để cho phép đạt được thông lượng tốt nhất có thể.
- Tạo búp sóng và điều khiển búp sóng thích ứng theo đối tượng truyền thông
nhằm giảm thiểu nhiễu đồng kênh và tối đa cường độ tín hiệu thu.
Hình 1: Khái niệm hố phổ rỗi hình thành lên ý tưởng về vô tuyến thông minh
II. Mô hình vô tuyến thông minh dựa trên SDR
Mô hình vô tuyến thông minh điển hình trên cơ sở SDR như Hình 2. Theo đó, các
chức năng và các đặc tính cơ bản như sau :
Khối anten dải rộng (Wideband antenna) có đặc điểm là hoạt động trên toàn bộ
băng tần vô tuyến thông minh (dải tần này rất rộng). Để tận dụng triệt để tài
nguyên phổ tần vô tuyến còn trống một cách tức thì, anten dải rộng phải có khả
năng quét tần số rất rộng sao cho có thể phát hiện được hầu hết những thay đổi của
môi trường (thời gian không sự dụng của các dải tần số đã cấp phép). Toàn bộ phổ
tần khả quét được chia thành N băng nhỏ, và mỗi thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng
phần mềm (SDR) sẽ hoạt động trên một băng tần nhỏ đó. Ngoài ra, hệ thống đa
anten được đề xuất để tạo búp sóng và độ lợi phân tập nhằm tăng cường độ phân
giải không gian và cải thiện hiệu quả tách sóng.
Khối duplexer được dùng để định hướng (phân bổ) tín hiệu cho các anten, hay nói
cách khác nó phân cách tín hiệu thu và tín hiệu phát.
Hình 2: Mô hình vô tuyến thông minh điển hình trên cơ sở SDR
Khối lựa chọn tần số động (Dynamic Frequency Selection - DFS) là một quá trình
lựa chọn tần số tự động được dùng trong vô tuyến thông minh để tránh gây nhiễu
đến các hệ thống vô tuyến khác có quyền ưu tiên cao hơn khi hoạt động ở cùng
băng tần. Khi hoạt động, phổ tần sẽ chỉ được lựa chọn sử dụng khi nó không bị
chiếm dụng bởi thiết bị khác, và sẽ dừng chiếm dụng phổ tần này ngay khi các
thiết bị vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn có nhu cầu sử dụng.
Khối vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Radio - SDR)
hoạt động đồng thời trong module thu. Mỗi khối SDR được điều khiển để hoạt
động trong một dải tần nhất định thông qua phần mềm mà không phải thay đổi cấu
trúc phần cứng. Lý do của việc sử dụng nhiều module SDR song song thay vì chỉ
một module SDR duy nhất là để giảm độ phức tạp của thiết bị SDR. Số liệu đầu ra
của các khối SDR được đưa vào cùng một khối chức năng, khối này thực hiện
quyết định tối ưu (thông minh) dựa trên những thông tin từ các SDR thành phần,
trong đó thực hiện lựa chọn và kết hợp giữa các luồng thông tin sau tách sóng để
tái tạo luồng thông tin cũng như các tín hiệu điều khiển các tham số phần phát.
Khối cảm biến môi trường (Incumbent Profile Detection – IPD) phát hiện sự hiện
hữu của thiết bị vô tuyến có quyền ưu tiên cao hơn dựa trên các thông tin về: sơ đồ
phân bố phổ tần, thời điểm chiếm dụng phổ tần của các thiết bị vô tuyến được cấp
phép, và tập tham số công suất phát.
Khối tổng hợp tần số thích ứng ở phía phát có nhiệm vụ tạo ra tần số sóng mang
tham khảo chuẩn một cách chính xác phục vụ cho quá trình điều chế cao tần và
chuyển đổi băng tần. Muốn vậy, cần phải khai thác thông tin từ khối cảm biến môi
trường (IPD) như: sơ đồ phân bố phổ tần, thời điểm chiếm dụng phổ tần của các
thiết bị vô tuyến được cấp phép, và tập tham số công suất phát. Các thông số này
cho phép xác định chính xác mức công suất phát nhằm đảm bảo vô tuyến thông
minh không gây nhiễu đến các thiết bị vô tuyến khác.