Vô tuyến thông minh: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến

Công nghệ vô tuyến thông minh hiện được xem như là một giải pháp tối ưu cho vấn đề này. Tài liệu " Vô tuyến thông minh: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến" 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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vô tuyến thông minh: Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến z  Vô tuyến thông minh Giải pháp công nghệ sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến 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. Khối điều khiển công suất phát (Transmit Power Control - TPC) cho phép thích ứng mức công suất phát theo sự thay đổi tần số làm việc của thiết bị vô tuyến thông minh. Khối cổng định thời (Timing Gate) cho phép đảm bảo rằng vô tuyến thông minh chỉ phát tín hiệu ở những tần số hiện không bị chiếm dụng. III. M ...