Giám sát trường điện từ ứng dụng mạng cảm biến vô tuyến nhận thức N6841

Vô tuyến nhận thức CR (Cognitive Radio) đang được sự quan tâm phát triển gần đây, nó có khả năng cung cấp các giải pháp thông minh về yêu cầu sử dụng và truy cập phổ tần. Mạng CR cảm biến phổ N6841 được phát triển từ nền tảng là vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR (Software Defined Radio) của hãng Agilent. Bài báo nêu lên ứng dụng mạng CR N6841 trong giải quyết bài toán giám sát trường điện từ. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giám sát trường điện từ ứng dụng mạng cảm biến vô tuyến nhận thức N6841 Nghiên cứu khoa học công nghệ GIÁM SÁT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN VÔ TUYẾN NHẬN THỨC N6841 Trần Việt Hải1*, Nguyễn Huy Hoàng2 Tóm tắt: Vô tuyến nhận thức CR (Cognitive Radio) đang được sự quan tâm phát triển gần đây, nó có khả năng cung cấp các giải pháp thông minh về yêu cầu sử dụng và truy cập phổ tần. Mạng CR cảm biến phổ N6841 được phát triển từ nền tảng là vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR (Software Defined Radio) của hãng Agilent. Bài báo nêu lên ứng dụng mạng CR N6841 trong giải quyết bài toán giám sát trường điện từ. Từ khóa: Mạng cảm biến, Giám sát phổ, Vô tuyến nhận thức, Giám sát trường điện từ. 1. NHỮNG ĐÁNH GIÁ CƠ BẢN Công nghệ CR ra đời trên nền tảng SDR và phần mềm thông minh đã tạo ra sự đột phá mới cho các hệ thống vô tuyến. Vô tuyến nhận thức CR được lập trình đầy đủ như SDR nhưng ở cấp độ cao hơn để cảm nhận môi trường phổ điện từ. CR lấy việc chiếm hữu và sử dụng phổ tần là mục đích và xác định nhiệm vụ truy nhập phổ động DSA (Dynamic Spectrum Access) là nhiệm vụ trung tâm, thậm trí ở một mức nào đó còn gọi là cảm nhận phổ (Spectrum Sensing), khả năng thích ứng của CR là để đáp ứng hiệu quả phổ tần xung quanh nó và cung cấp những kênh truyền mới cho người sử dụng, điều này phụ thuộc vào bộ máy nhận thức CE (Cognitive Engine) của nó. Tập trung ở CE là thuật toán, kiến trúc, chức năng mềm, các thuật toán ra quyết định để thực thi [1],[2],[5]. Hình 1. Mô hình vô tuyến nhận thức CR điển hình dựa trên cơ sở SDR [2]. Mô hình cơ bản hệ thống vô tuyến nhận thức: Nền tảng SDR được phát triển trong mô hình CR điển hình như Hình 1[2][5]. Trong đó, các khối chức năng của CR gồm: Khối anten dải rộng (Wideband antenna): đáp ứng thu phát một cách tức thời, dải quét tần số rất rộng. CR còn ứng dụng hệ thống đa anten nhằm tăng cường độ phân giải không gian. Khối duplexer chuyển mạch thu và phát. Khối lựa chọn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 75  Kỹ thuật điện tử tần số động DFS (Dynamic Frequency Selection) thực hiện quá trình lựa chọn tần số một cách tự động. Khối SDR bao gồm nhiều module song song. 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. Từ khả năng của vô tuyến nhận thức, một ứng dụng đang được phát triển đó là: đo và giám sát phổ trong trường điện từ [3]. Trong phạm vi nghiên cứu kiểm nghiệm, nhóm tác giả cấu hình một hệ thống cảm biến phổ lập trình mềm của hãng Agilent để nghiên cứu về khả năng ứng dụng CR trong việc giải quyết bài toán giám sát trường điện từ. 2. ỨNG DỤNG HỆ VÔ TUYẾN CẤU HÌNH MỀM N6841 CHO VIỆC GIÁM SÁT PHỔ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ 2.1. Giới thiệu về hệ thống và các kỹ thuật sử dụng Nhóm tác giả đã nghiên cứu hệ thống cảm biến phổ N6841 [4] dưới góc độ cảm nhận phổ để giải quyết bài toán xây dựng bản đồ trường điện từ phục vụ cho việc quy hoạch, quản lý và giám sát phổ tần vô tuyến linh hoạt và hiệu quả. Mô hình mạng cảm biến phổ vô tuyến (RF) tích hợp với cấu hình định hướng nguồn bức xạ (DF) và giám sát trường điện từ (EM) được chỉ ra trong hình 2 [4]. Hình 2. Mô hình mạng cảm biến RF tích hợp với hạ tầng DF và giám sát EMC [4]. - Cảm biến RF N6841: Là một máy thu SDR có thể được lập trình linh hoạt cho các ứng dụng giám sát khác nhau. Cấu hình thiết kế N6841 được tối ưu hóa trên nền tảng FPGA cho phép tái cấu hình đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể của bài toán giám sát trường điện từ. Nó có thể thực thi các tín hiệu từ IF số 20MHz với bộ lọc phân chia băng thông biến đổi. Cảm biến RF N6841 có bộ nhớ đệm 1,2 GB với dòng dữ liệu I/Q và FFT, cho phép thu ghi dài hơn đối với băng thông nhỏ hơn thông qua việc giảm tốc độ lấy mẫu. 76 Tr.V.Hải, N.H. Hoàng, “Giám sát trường điện từ …. vô tuyến nhận thức N6841.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Cấu hình mạng cảm biến N6841: Các cảm biến RF có thể được tích hợp trong một hệ thống giám sát tín hiệu, bao gồm: Các hệ thống tìm kiếm, phát hiện, định vị, giám sát và phân tích tín hiệu và nhiễu. Trong mạng cảm biến, các nhiệm vụ khác nhau có thể được giao cho các cảm biến RF riêng biệt, các nhiệm vụ này có thể được thay đổi động và được thực hiện hoàn toàn bằng phần mềm chẳng hạn thay đổi các yêu cầu giám sát. Với cảm biến N6841, phép đo công suất được thể hiện tốt nhất khi các cảm biến kết hợp thành một mạng liên kết với nhau trên mạng vô tuyến hoặc hữu tuyến. Sự đồng bộ thời gian được thực hiện thông qua GPS đã tích hợp hoặc sử dụng giao thức thời gian chính xác thông qua giao diện mạng Precision Time Protocol (PTP) theo chuẩn IEEE 1588v2, cho phép hệ thống mạng cảm biến N6841 đồng bộ nhiều cảm biến RF được triển khai trong một khu vực để quét phổ một cách đồng thời - đây là một yếu tố quan trọng đối với các tín hiệu động phức tạp, phổ tần dày đặc (trong phạm vi nghiên cứu sử dụng 03 cảm biến). Phép đo đồng thời cũng cung cấp cơ sở cho kỹ thuật định vị như TDOA và tăng hiệu quả xử lý tín hiệu, phục vụ phát hiện và định vị rất nhanh đưa lên dữ liệu lập bản đồ. - Xử lý tín hiệu và truy nhập dữ liệu: Cảm biến RF N6841 có thể được sử dụng như một máy thu số băng rộng cho phép người dùng phát triển các ứng dụng. Các chức năng mềm được mở rộng thông qua tham chiếu tới cảm biến RF bằng các giao diện lập trình ứng dụng mở API. Cảm biến RF N6841 có khả năng phân tích thành các thành phần của dòng I/Q, FFT phức tạp theo chuỗi thời gian. Tùy theo cách cấu hình cho phép ruyền tải dữ liệu chế độ khối khi sử dụng mạng băng rộng hơn (truyền song song dữ liệu I/Q và FFT) hoặc theo dòng với băng hẹp. Phương pháp này cho phép giả ...