Một số giải pháp nâng cao dung lượng hệ thống vô tuyến nhận thức đa người dùng

Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
- 123 - 
Một số giải pháp nâng cao dung lượng hệ thống 
vô tuyến nhận thức đa người dùng 
Methods To Improve the Capacity of the Mutiuser OFDM-based Cognitive Radio 
System 
Lê Văn Tuấn, Nguyễn Tiến Hòa, Nguyễn Thành Hiếu, Nguyễn Viết Kính 
Abtract: In this paper, we study the problem of 
improving capacity of multiuser OFDM - FDMA 
cognitive radio (CR) system. We propose new 
algorithms, namedly Interference Inversion Allocation 
(IIA) and Quantized-Interference Inversion Allocation 
(Q-IIA) to allocate subcarrier to users of the multiuser 
CR system. These techniques allocate subcarrier to 
users inverserly proportional to its interference to 
primary user (PU). In addition, we also propose to use 
windowing technique, a technique being used widely 
in 802.11 family(WiFi) systems, to multiuser CR 
system to improve its capacity. The computer 
simulation is carried out for comparison for three 
cases of allocation such as IIA, Q-IIA and uniform 
subcarrier allocation, both with and without 
windowing. The simulation results show that new 
algorithms IIA, Q-IIA provide better system capacity 
than uniform subcarrier allocation does. Among IIA 
and Q-IIA algorithms, IIA brings system capacity 
higher than Q-IIA does. Relating windowing 
technique, the multiuser CR system can achieve much 
higher capacity (2.6 times)in case of using windowing 
than without using it, applicable to all IIA, Q-IIA, and 
uniform subcarrier allocation cases. 
Keywords: Cognitive radio, subcarrier power 
allocation, windowing, sidelobe suppression, OFDM, 
Interference Inversion Allocation. 
I. MỞ ĐẦU 
Trong hơn hai thập kỷ gần đây, với sự phát triển 
nhanh chóng của các hệ thống thông tin vô tuyến, đi 
kèm theo yêu cầu về băng thông lớn hơn, nhu cầu sử 
dụng phổ tần số vô tuyến ngày càng cao, dẫn đến 
nguồn tài nguyên này ngày càng trở nên khan hiếm và 
có giá trị. 
Trong khi đó, kết quả đo khảo sát cho thấy nhiều 
băng tần, mặc dù đã được cấp phép cho các hệ thống 
vô tuyến, nhưng tại nhiều nơi các băng tần đó vẫn còn 
ít được sử dụng trong phần đáng kể thời gian [1]. Việc 
các đoạn tần đã được cấp phép cho người dùng chính 
(primary user – PU) nhưng lại bị để trống, không được 
sử dụng đã dẫn đến khái niệm về khoảng trống tần số 
(spectrum hole) hay khoảng trắng tần số (white space). 
Vô tuyến nhận thức (cognitive radio - CR) là một 
hướng đi mới về công nghệ vô tuyến nhằm tận dụng 
các khoảng trống tần số, qua đó nâng cao hiệu quả sử 
dụng phổ tần số vô tuyến điện. Vô tuyến nhận thức có 
thể tạm thời sử dụng các khoảng trống tần số mà 
người dùng được cấp phép đang không sử dụng. 
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) 
là kỹ thuật được thừa nhận rộng rãi để dùng cho CR 
nhờ hiệu quả trong việc truyền tin qua các kênh truyền 
pha-đinh (fading channel) [2,4]. 
Do CR sử dụng các khoảng tần trống, trong nhiều 
trường hợp là nằm cạnh các đoạn tần đang được sử 
dụng bởi người dùng chính, nên xuất hiện nhiễu qua 
lại giữa CR và PU, làm ảnh hưởng tới chất lượng của 
hai hệ thống. Là hệ thống không được cấp phép nên 
CR sẽ phải bảo vệ PU, nghĩa là không được phép gây 
cho PU mức nhiễu vượt ngưỡng quy định trước Ith. 
Như được trình bày trong các nghiên cứu [5-12] dung 
lượng của hệ thống CR phụ thuộc vào mức công suất 
phân chia cho từng sóng mang con của nó và mức 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 124 - 
nhiễu mà PU gây ra cho từng băng của CR. Về phần 
mình, mức công suất phân chia cho các sóng mang 
con của CR phải đảm bảo tổng mức nhiễu chúng gây 
ra không vượt quá giá trị Ith. Do vậy, việc nâng cao 
dung lượng của hệ thống trong khi đảm bảo điều kiện 
bảo vệ PU về nhiễu là bài toán cần nghiên cứu và có 
nhiều nghiên cứu đã thực hiện liên quan tới chủ đề 
này. 
Giải pháp nén phát xạ phụ (side lobe suppression) 
đã được đề xuất trong [14] nhằm giảm mức nhiễu sang 
băng lân cận. Giải thuật max-min được các tác giả đề 
xuất trong [15] để phân chia công suất, bít và kênh cho 
hệ thống vô tuyến nhận thức đa người dùng dựa trên 
OFDM với kết quả mô phỏng cho thấy chất lượng của 
hệ thống CR đã được nâng lên so với trường hợp sử 
dụng băng bảo vệ đối với các hệ thống PU đang hoạt 
động. Trong nghiên cứu [13] các tác giả đã đề xuất áp 
dụng kỹ thuật windowing cho hệ thống CR dựa trên 
OFDM nhằm làm giảm nhiễu từ CR sang PU. 
Bên cạnh đó, chúng ta có thể thấy nhiễu do một 
sóng mang con của CR gây ra cho PU phụ thuộc vào 
mức công suất phát của nó và khoảng cách tần số giữa 
nó với PU. Trong nghiên cứu [5], hai giải pháp phân 
chia công suất sóng mang con với các bước phân chia 
khác nhau đã được đề xuất. Trong nghiên cứu [6], các 
tác giả đã đề xuất giải thuật phân chia công suất tối ưu 
cho sóng mang con nhằm đạt được dung lượng đường 
xuống cao nhất cho người dùng CR. Theo đó, phương 
thức tối ưu cho kết quả dung lượng hệ thống đạt kết 
quả cao nhất nhưng đổi lại là độ phức tạp tính toán 
cao, khó khả thi đối với hệ thống công suất hạn chế. 
Do đó, các tác giả đã đề xuất một số phương án cận tối 
ưu với tên gọi Scheme A, Scheme B dựa trên cách 
thức tính tỷ lệ nghịch với với độ nhiễu do CR gây ra 
cho PU. Ảnh hưởng của việc tắt sóng mang con (sub-
carrier nulling) và chất lượng của các giải pháp truyền 
thống về phân chia công suất cho sóng mang con (kỹ 
thuật water-filling, phân chia đều công suất) cũng đã 
được nghiên cứu. 
Trong nghiên cứu [16], các tác giả đã đề xuất và 
đánh giá ảnh hưởng của việc áp dụng kỹ thuật 
windowing tới việc phân chia công suất sóng mang 
cho sóng mang convà tới dung lượng hệ thống CR. 
Theo đó, khi áp dụng windowing, dung lượng hệ 
thống CR tăng đáng kể do mức suy giảm công suất 
phát xạ ngoài băng sang PU giảm đi nhanh chóng. Bên 
cạnh đó, các sóng mang con của CR nằm cách xa PU 
có thể được phân chia mức công suất tối đa. 
Trên cơ sở kết quả của nghiên cứu [16], các tác giả 
đã đề xuất kỹ thuật phân chia công suất sóng mang 
con Full-filling trong [17,18]. Kết quả mô phỏng cho 
thấy việc áp dụng kỹ thuật full-filling đem lại dung 
lượng hệ thống CR cao hơn, trong khi độ phức tạp tính 
toán giảm mạnh. 
Trong bài báo này, trên cơ sở kết quả tại 
[16,17,18], chúng tôi nghiên cứu mở rộng cho trường 
hợp CR đa người dùng dựa trên nền tảng OFDM và 
phân chia theo tần số giữa người dùng. Chúng tôi đề 
xuất giải pháp mới để phân chia sóng mang con cho 
mỗi người dùng CR, sau đó áp dụng kỹ thuật 
windowing để đánh giá hiệu quả dung lượng hệ thống 
đạt được khi áp dụng các giải pháp mới so với trường 
hợp phân chia đều số sóng mang. Dung lượng hệ 
thống đạt được trong trường hợp áp dụng kỹ thuật 
windowing và không áp dụng kỹ thuật này cũng được 
nghiên cứu, so sánh. 
Phần tiếp theo của bài báo được bố cục như sau: 
Phần II là mô tả về hệ thống và bài toán, Phần III là 
kết quả mô phỏng và nhận xét kết quả thu được, Phần 
IV là một số kết luận. 
II. MÔ TẢ HỆ THỐNG VÀ THIẾT LẬP BÀI 
TOÀN 
II.1. Mô tả tổng quan 
Trong bài báo này, chúng ta xem xét hệ thống 
trong đó PU sử dụng L băng tần được cấp phép. Tổng 
băng thông xem xét là B, trong đó các đoạn băng tần 
B1,B2,B3,,BL do PU đang sử dụng và có K người 
dùng CR. 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 125 - 
Giả sử phần băng tần trống mà CR chiếm dùng có 
độ rộng tương đương N sóng mang con, mỗi sóng 
mang con có độ rộng ΔfHz. Trong các bước tiếp theo, 
hệ thống cần phân chiaN sóng mang con này cho K 
người dùng CR dựa trên kỹ thuật OFDM-FDMA.Hiện 
nay, hệ thống OFDM phổ biến nhất là WiFi cũng sử 
dụng phương thức FDMA cho các AP (Access Point) 
trong cùng hệ thống. Vì vậy, hoàn toàn hợp lý khi hệ 
thống CR sẽ áp dụng kỹ thuật này cho người dùng của 
mình. 
II.2. Nhiễu tới hệ thống PU và CR 
Như đã đề cập tới trong [13], do cả hai hệ thống 
CR và PU làm việc trong các đoạn băng tần cạnh nhau 
nên xuất hiện ba loại hình nhiễu: nhiễu từ hệ thống PU 
tới CR, nhiễu từ hệ thống CR tới PU và cuối cùng là 
nhiễu giữa người dùng CR với nhau. Phần tiếp theo 
dưới đây trình bày cách thức tính nhiễu giữa PU và 
CR. 
II.2.1. Nhiễu từ CR tới PU 
Nhiễu từ sóng mang con thứ i của người dùng CR 
tới băng thứ l của PU được tính[6]: 
, 
, 
2/2
2
, , , 
/2
, 
sin
, 
 .
k
i l
k
i l
d Bl
k k k sp k k s
i l i l i i l i s
sd Bl
k k
i i l
fT
I d P h P T x df
fT
P K
 (1) 
Trong đó, 
 là khoảng cách phổ tần giữa sóng 
mang con thứ i của người dùng thứ k vào băng thứ l 
của PU, 
là độ lợi kênh truyền giữa sóng mang 
con thứ i của người dùng thứ k và băng thứ l của PU, 
Ts là độ dài ký tự OFDM, Pi là công suất phân chia cho 
sóng mang con thứ i của người dùng thứ k. 
II.2.2. Nhiễu từ CR tới CR 
Trong trường hợp hai người dùng CR được phân 
chia tần số theo FDMA, nhiễu qua lại giữa sóng mang 
con thứ ncủa người dùng CR thứ m với sóng mang thứ 
i của người dùng CR thứ k được xác định: 
,
,
,
,
2/2
2
, , ,
, , , 
/2
,
,
sin
, 
 ,
m k
n i
m k
n i
d f
m k m k m ss m k m s
n i n i n n i n s
sd f
m m k
n n i
fT
M d P h P T x df
fT
P A
 (2) 
trong đó, 
 là khoảng cách về phổ tần từ sóng 
mang con thứ n của người dùng thứ m với sóng mang 
con thứ i của người dùng thứ k,Pn là công suất của 
sóng mang con thứ n của người dùng thứ m. 
II.2.3. Nhiễu từ PU tới CR 
Nhiễu từ tín hiệu của PU thứ l tới sóng mang con 
thứ i của người dùng CR thứ k được biễu diễn như sau 
[6]: 
 
,
,
/2
2
, , 
/2
, 
k
ll i
k
ll i
d B
k k l ps
l i l i PU l s N
d B
J d P h T x E I d 
 (3) 
Trong đó, 
là độ lợi kênh truyền giữa máy phát PU 
và máy thu CR, 
 là công suất phát của tín hiệu PU 
thứ l. 
II.3. Phân chia sóng mang con 
Trong trường hợp CR đa người dùng xuất hiện bài 
toán phân chia sóng mang con, hay băng thông, cho 
mỗi người dùng. Trong khuôn khổ bài báo này, chúng 
tôi xem xét 3 trường hợp phân chia sóng mang con 
cho mỗi người dùng: phân chia đều (uniform); phân 
chia nghịch đảo với nhiễu (IIA-interference inversion 
allocation); phân chia nghịch đảo với nhiễu nhưng qui 
chuyển về băng thông chuẩn (Q-IIA, Quantized- IIA). 
II.3.1. Phân chia đều 
Trong trường hợp này, phần phổ tần chiếm dụng sẽ 
được CR chia đều cho mỗi người dùng, tương đương 
với số sóng mang con: 
 /N k N K (4) 
ở đây N(k) là số sóng mang con được chia cho người 
dùng thứ k. N là tổng số sóng mang con mà hệ thống 
CR có. 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 126 - 
II.3.2. Phân chia nghịch đảo theo nhiễu-IIA 
Phân chia nghịch đảo theo nhiễu IIA là giải pháp 
trong đó mức độ gây nhiễu cho PU của mỗi người 
dùng CR là như nhau. 
Giả sử tổng mức nhiễu mà PU chấp nhận được từ 
toàn bộ người dùng CR gây ra là Ith và N sóng mang 
con của CR được phân chia cho K nhóm N(k). Khi đó, 
nhóm N(k) được tính theo công thức: 
k
th
n
n N
I
I
K
 (5) 
Do khoảng cách phổ tần từ mỗi người dùng CR tới PU 
có thể khác nhau nên số sóng mang hay băng thông 
phân chia cho mỗi người khác nhau. Phương pháp IIA 
chỉ áp dụng để tính toán số sóng mang con cho mỗi 
người dùng, còn mức công suất phân chia cho mỗi 
sóng mang con lại được thực hiện với thuật toán 
water-filling hoặc các thuật toán cận tối ưu khác. 
II.3.3. Phân chia nghịch đảo theo nhiễu có quy chuyển 
về băng thông chuẩn (Q-IIA) 
Phương pháp phân chia sóng mang nghịch đảo theo 
nhiễu nêu trên cho ra kết quả băng thông (số lượng 
sóng mang con) mà mỗi người dùng CR được phân 
chia để sử dụng. Băng thông này là một con số phụ 
thuộc vào các điều kiện như Ith. 
Tuy nhiên, trong thực tế mọi thiết bị vô tuyến đều 
làm việc theo những tiêu chuẩn nhất định và sử dụng 
các kênh tần số có băng thông nhất định đã được xác 
định từ trước. Ví dụ, hệ thống truyền hình có độ rộng 
kênh 8MHz, hệ thống bộ đàm vô tuyến dùng kênh có 
độ rộng tiêu chuẩn chỉ là 11,25 kHz hoặc 25 kHz, hệ 
thống WiFi OFDM dùng kênh có độ rộng 22 MHz, hệ 
thống LTE có độ rộng kênh chuẩn là 1,4 MHz, 5 
MHz, 15 MHz, 20 MHz. Vì vậy, để đảm bảo tính thực 
tiễn, kỹ thuật phân chia sóng mang con IIA sẽ được 
điều chỉnh, theo đó sau khi thực hiện phép tính toán số 
sóng mang con theo IIA, thuật toán sẽ phân chia sóng 
mang con cho mỗi người dùng sao cho phần băng tần 
của mỗi người dùng là số nguyên lần độ rộng kênh cơ 
sở (như 10, 15 hay 20 MHz). Kỹ thuật này gọi là Q-
IIA. 
Giả sử dộ rộng băng thông chuẩn lả B0, số sóng 
mang con được cấp cho người dùng CR thứ ktheo 
thuật toán IIA làNk thì số sóng mang con được gán cho 
người dùng thứ k theo thuật toán Q-IIA sẽ là 
0
 Q IIA kk
N f
N ROUND
B
 (6) 
trong đó, ROUND(•) là hàm làm tròn. 
II.3. Thiết lập bài toán 
Bài toán đặt ra là bộ điều phối của hệ thống CR cần 
phải phân chia số sóng mang và công suất cho từng 
sóng mang cho mỗi người dùng CR sao cho tốc độ 
truyền của toàn hệ thống K người dùng là cao nhất, 
trong khi vẫn phải đảm bảo mức nhiễu mà hệ thống 
gây ra cho PU là nằm trong ngưỡng cho phép [19]. 
Đối với hệ thống CR được coi là mã hóa lý tưởng, tốc 
độ truyền dẫn tối đa tại sóng mang con thứ i với công 
suất phát iP có thể được tính theo công thức Shannon 
như sau [21] 
2
2 2
( , ) log 1 ,i ii i i
i
h P
R P h f

 (7) 
với ih là độ lợi kênh Pha-đing và 
2
i là nhiễu trắng 
Gauss trên từng sóng mang con. Mở rộng từ kết quả 
trên, tác giả trong [19] đã đưa ra tổng dung lượng kênh 
của hệ thống CR-OFDM đa người dùng như sau 
2
2
,21 1
1, ,1
1
 log 1
k
mk
i
ss k k
K N
i i
L
K NP k m kk i
mi l n in
m kl
h P
C max f
J M 
  
 
 

  
 (8) 
với điều kiện: 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 127 - 
,
1 1 1 1 1
, ;
k k
L K N K N
l k
i i l i th i th
l k i k i
I d P I P P
   (9) 
trong đó, K là số người dùng CR, Ith là mức độ nhiễu 
PU có thể chấp nhận được từ toàn bộ người sử dụng 
CRS; Pth là giới hạn tổng công suất phát của CRS; 
nhiễu qua lại giữa sóng mang con thứ n của 
người dùng CR thứ m với sóng mang thứ i của người 
dùng CR thứ k. 
Chúng ta có thể chứng minh công thức xác định 
dung lượng C. Xét hàm số Lagrange: 
2
*
1 2 2
,2
1 1 1, ,1 1
1 , 2
1 1 1 1 1
, , log 1
 - , - 
k
m
k k
ss k k
K N
i ik
i L K Nk m k
k i mi l n il n
m k
L K N K N
l k
i i l i th i th
l k i k i
h P
L P f
J M
I d P I P P
 

 

  
 
 (10)
Điều kiện Karush-Kuhn-Tucker (KKT) có dạng: 
,
1 1 1
1 1
* ,
1
1 1 1
*
2
1 1
1 2
*
1 2
*
, 0
 0
0
0
, 0
, , 
0,
k
k
k
k
L K N
l
i i l i th
l k i
K N
k
i th
k i
L K N
l k l
i i th
l k i
K N
l
i th
k i
l
i
l
i
I d P I
P P
P K I
P P
L P
P


 
 






 (11) 
Bằng cách thay nhântử Lagrange và giải điều 
kiện KKT, ta có thể có được kết quả tối ưu: 
2
,* 1
2
1 , 21
1
ln2 Δ
L k
i l thk l
i L k ss k
 ... phỏng 
III.1.1. Khi không sử dụng windowing 
Kết quả phân bố công suất và sóng mang con cho 
trường hợp áp dụng kỹ thuật IIA, không áp dụng kỹ 
thuật windowing, với mức ngưỡng nhiễu lần lượt là Ith 
= 1mW, 7mW được thể hiện tại Hình 1. 
Kết quả phân bố sóng mang con và công suất 
sóng mang con trong trường hợp Q-IIA, không có 
windowing, với Ith =1mW và 7 mW được thể hiện tại 
Hình 2. 
Kết quả mô phỏng cho trường hợp phân chia đều 
sóng mang con, không sử dụng windowing, với với Ith 
=1mWvà 7 mW được thể hiện tại Hình 3. 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 128 - 
Hình 1: phân bố công suất và sóng mang con trong 
trường hợp IIA, không sử dụng windowing,Ith 
=1mWvà 7 mW. 
Hình 4: Tốc độ dữ liệu của CR trong các trường hợp IIA, 
Q_IIA và phân chia đều, không áp dụng windowing. 
Tốc độ dữ liệu của cả hệ thống khi sử dụng ba kỹ 
thuật IIA, Q-IIA, uniform với điều kiện không dùng 
windowing được biểu diễn tại Hình 4. Trong trường 
hợp sử dụng thuật toán Q-IIA, khi mức can nhiễu cho 
phép sang PU tăng lên, người dùng CR được tăng 
công suất phát nên tốc độ dữ liệu sẽ tăng từ 25Mbps 
20 40 60 80
0
1
2
3
4
5
x 10
-3
So luong song mang con
M
u
c
 c
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
t 
(W
)
User 2
20 40 60 80
0
0.01
0.02
0.03
0.04
So luong song mang con
M
u
c
 s
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
t 
(W
)
User 2
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
2
4
6
8
x 10
-3
So luong song mang con
M
u
c
 c
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
t 
(W
)
User 1 User 3User 2
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
So luong song mang con
M
u
c
 c
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
t 
(W
)
User 1 User 3
User 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 10
-4
0
5
10
15
x 10
7
Muc nhieu gioi han cho phep
D
u
n
g
 l
u
o
n
g
 k
e
n
h
 b
it
/s
Q-IIA
IIA
Uniform
Hình 3: phân bố công suất và sóng mang con trong 
trường hợp phân chia đều sóng mang, Ith =1mWvà 
7 mW. 
20 40 60 80
0
2
4
6
8
x 10
-3
So luong cong mang con
M
u
c
 c
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
t 
(W
)
User 2
User 1 User 3
20 40 60 80
0
0.01
0.02
0.03
0.04
So luong song mang con
M
u
c
 c
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
t 
(W
)
User 1
User 2
User 3
Hình 2: phân bố sóng mang con và công suất trong trường 
hợp Q-IIA, Ith= 1mW và 7 mW, không sử dụng kỹ thuật 
windowing. 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 129 - 
đến 65 Mbps khi mức nhiễu cho phép tăng từ 0,1mW 
đến 1mW. Hệ thống sử dụng thuật toán IIA đạt tốc độ 
cao nhất (đường màu xanh blue, dấu x). Tiếp theo là 
Q-IIA và kém nhất là phân bố đều. Cụ thể, tại mức 
nhiễu cho phép Ith=1mW, thuật toán IIA cho tốc độ đạt 
125 Mbps và Q-IIA đạt 65 Mbps so với 52 Mbps của 
phân bố đều. 
III.1.2. Khi sử dụng windowing 
Trong trường hợp này, chúng tôi sử dụng window 
Tukey cho CR. Các tham số khác của CR được giữ 
nguyên như trường hợp không sử dụng window, ngoại 
trừ việc khảo sát với mức nhiễu Ith nhỏ hơn. 
Kết quả phân chia sóng mang con, phân chia công 
suất trong trường hợp sử dụng kỹ thuật windowing 
cho IIA được thể hiện tại Hình 5. 
Hình 5: Phân chia sóng mang con và công suất cho 
trường hợp IIA, có sử dụng windowing, Ith = 0.1 mW; 0,7 
mW 
Với trường hợp Q-IIA, kết quả mô phỏng phân 
chia sóng mang con và công suất sóng mang con được 
thể hiện tại Hình 6. 
Với trường hợp phân chia đều, có sử dụng 
windowing, kết quả được biểu hiện tại Hình 7. 
Hình 6: Phân chia sóng mang con và công suất cho 
trường hợp Q_IIA, có sử dụng windowing, Ith = 1mW 
và7mW 
Hình 7: Phân bố sóng mang và công suất cho trường hợp 
uniform,Ith= 1mW, có sử dụng windowing. 
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Subcarriers Number
T
X
 P
o
w
e
r 
(W
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
subcarriers Number
T
X
 P
o
w
e
r 
(W
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Subcarries Number
T
X
 P
o
w
e
r 
(W
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Subcarriers Number
T
X
 P
o
w
e
r 
(W
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Subcarriers Number
T
X
 P
o
w
e
r 
(W
)
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 130 - 
Hình 8: Tốc độ dữ liệu của CR trong các trường hợp IIA, 
Q-IIA và phân chia đều khi áp dụng windowing131 
III.2. Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng 
Kết quả mô phỏng được thể hiện trên Hình 1, Hình 
2, Hình 3, Hình 5, Hình 6, Hình 7 cho thấy khi mức 
nhiễu Ith mà PU chấp nhận được lớn hơn thì số lượng 
sóng mang con được phân chia công suất cao tăng lên, 
công suất trên mỗi sóng mang con cao hơn. 
Khi áp dụng kỹ thuật windowing (Hình 5, Hình 6, 
Hình 7) thì số lượng sóng mang con được phân chia 
công suất tối đa tăng mạnh, với 94 trên tổng số 96 các 
sóng mang con được phân chia công suất tối đa. Trong 
khi đó, trường hợp không sử dụng windowing, các 
sóng mang nằm gần kề các băng tần của PU và nằm 
giữa các người dùng CR được phân chia công suấtrất 
nhỏ (Hình 1, Hình 2, Hình 3). 
Điều này được giải thích là do các sóng mang càng 
nằm gần các băng của PU thì gây nhiễu càng cao đối 
với PU, nên các sóng mang nằm liền kề PU được phân 
chia công suất rất thấp. Kết quả này cũng phù hợp với 
các kết quả đã thực hiện mô phỏng trong trường hợp 
CR đơn người dùng [16]. Trong trường hợp CR đơn 
người dùng, các sóng mang có khoảng cách phổ xa với 
các băng PU, mức độ gây nhiễu là không đáng kể tới 
PU nên được phân chia công suất tối đađể tăng dung 
lượng hệ thống [16,17,18]. 
Đối với trường hợp CR đa người dùng, chúng ta 
thấy các sóng mang nằm giữa 2 người dùng CR, dù 
nằm xa băng của PU, cũng không được phân chia 
công suất (Hình 1, Hình 2, Hình 3). Điều này được lý 
giải là do yếu tố nhiễu 
 giữa các người dùng 
của hệ thống CR đa người dùng, vốn không xuất hiện 
trong bài toán CR đơn người dùng. Để tối ưu về tốc độ 
truyền, hệ thống CR đa người dùng phải tắt (không 
phân chia công suất) cho các sóng mang đó để hạn chế 
nhiễu giữa 2 người dùng CR kề nhau. 
Trong trường hợp sử dụng windowing, do 
windowing làm giảm phát xạ phụ của sóng mang con 
[16], tức giảm 
 giữa các người dùng, nên hệ 
thống CR có thể phân chia công suất cho các sóng 
mang con nằm giữa 2 người dùng CR. Việc 94 trong 
tổng số 96 sóng mang hơn được phân chia công suất là 
lý do dẫn đến dung lượng hệ thống CRS trong trường 
hợp áp dụng windowing (Hình 8) tăng lên lên 
134Mbps so với 51 Mbps trường hợp không sử dụng 
windowing (Hình 4).
Trong trường hợp IIA (Hình 1), do thuật toán chỉ 
quan tâm đến đạt được kết quả tối đa về quả dung 
lượng nên băng thông của từng người dùng CR được 
phân chia trên bài toán tối ưu mà không theo các kênh 
tiêu chuẩn đã được định nghĩa trước (ví dụ: 5 MHz, 10 
MHz, 15 MHz, 20 MHz). 
Kỹ thuật Q-IIA có ưu điểm là sát thực tế vì băng 
thông của mỗi người dùng CR được quy về các kênh 
tiêu chuẩn, tuy nhiên quá trình quy chuẩn băng thông 
này làm giảm tác dụng tối ưu hóa của kỹ thuật IIA.Vì 
vậy, trong cả hai trường hợp áp dụng windowing và 
không áp dụng windowing, tốc độ dữ liệu của hệ 
thống CR sử dụng Q-IIA đều thấp hơn trường hợp IIA 
(Hình 4, Hình 8).Trong khi đó, cả hai kỹ thuật IIA, Q-
IIA đều cho dung lượng hệ thống tốt hơn trong trường 
hợp phân chia đều sóng mang con. Sự khác biệt này 
đến từ khác biệt mức công suất mà hệ thống phân chia 
cho trường hợp IIA (Hình 1, Hình 4) hay Q-IIA (Hình 
2, Hình 6) so với trường hợp phân chia đều (uniform) 
(Hình 3, Hình 7). 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 131 - 
IV. KẾT LUẬN 
Bài báo đã nghiên cứu việc nâng cao dung lượng 
cho hệ thống vô tuyến nhận thức đa người dùng dựa 
trên kỹ thuật OFDM-FDMA. Hai phương pháp mới về 
phân chia sóng mang con (băng thông) cho từng người 
dùng CR là IIA và Q-IIA đã được đề xuất. Bên cạnh 
đó, kỹ thuật windowing cũng được đề xuất sử dụng 
cho hệ thống CR đa người dùng nhằm nâng cao dung 
lượng hệ thống. 
Kết quả mô phỏng cho thấy, việc sử dụng các giải 
pháp IIA, Q_IIA được đề xuất trong bài báo đã giúp 
nâng cao dung lượng tổng của hệ thống CR đa người 
dùng so với việc phân chia đều sóng mang con. Kỹ 
thuật IIA đem lại dung lượng cao hơn so với Q-IIA và 
phân chia đềusóng mang con. Tuy nhiên kỹ thuật Q-
IIA khả thi hơn khi qui băng thông người dùng về các 
băng thông chuẩn. 
Khi áp dụng kỹ thuật windowing cho hệ thống CR 
đa người dùng thì số lượng sóng mang con được phân 
chia công suất tăng cao, dẫn đến dung lượng tổng của 
hệ thống tăng hơn 2,6 lần so với trường hợp không sử 
dụng kỹ thuật windowing. 
Các kết quả mô phỏng đã cho thấy các kỹ thuật 
IIA, Q-IIA và windowing đã giúp nâng cao đáng kể 
dung lượng tổng của hệ thống CR đa người dùng. 
Tuy nhiên, bài báo chưa thực hiện được việc áp 
dụng kỹ thuật Full-filling cho hệ thống CR đơn người 
dùng [17,18] sang bài toán đa người dùng. Vấn đề này 
sẽ được chúng tôi tiếp tục nghiên cứu trong thời gian 
tới. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] F. C. COMMISSION, “Spectrum Policy Task Force,” 
Rep.ET Docket, vol.02-135, Nov.2002. 
[2] MITOLA, J. AND J. MAGUIRE, G. Q, “Cognitive 
radio: making softwareradios more personal,” IEEE 
Pers Commun, vol. 6, no. 4, pp. 13–18,1999. 
[3] S. HAYKIN, “Cognitive radio: brain-empowered 
wireless communications,”IEEE J. Sel. Areas 
Commun., vol. 23, no. 2, pp. 201–220, 2005. 
[4] I. F. AKYILDIZ, W.-Y. LEE, M. C. VURAN, AND S. 
MOHANTY, “A surveyon spectrum management in 
cognitive radio networks,” IEEE Commun.Mag., vol. 
46, no. 4, pp. 40–48, 2008. 
[5] G. BANSAL, M. J. HOSSAIN, AND V. K. 
BHARGAVA, “Adaptive Power Loadingfor OFDM-
Based Cognitive Radio Systems,” in Proc. IEEE Int. 
Conf.Communications ICC ’07, 2007, pp. 5137–5142. 
[6] G. BANSAL, M. J. HOSSAIN, AND V. K. 
BHARGAVA, “Optimal and Suboptimal Power 
Allocation Schemes for OFDM-basedCognitive Radio 
Systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 7,no. 
11, pp. 4710–4718, 2008. 
[7] G. BANSAL, O. DUVAL, AND F. GAGNON, “Joint 
Overlay and UnderlayPower Allocation Scheme for 
OFDM-Based Cognitive Radio Systems,” in Proc. IEEE 
71st Vehicular Technology Conf. (VTC 2010-
Spring),2010, pp. 1–5. 
[8] G. BANSAL, M. J. HOSSAIN, AND V. K. 
BHARGAVA, “Adaptive Power Loadingfor OFDM-
Based Cognitive Radio Systems with Statistical 
InterferenceConstraint,” IEEE Trans. Wireless 
Commun., vol. 10, no. 9, pp. 2786–2791, 2011. 
[9] P. KALIGINEEDI, G. BANSAL, AND V. K. 
BHARGAVA, “Power Loading Algorithmsfor OFDM-
Based Cognitive Radio Systems with 
ImperfectSensing,” IEEE Trans. Wireless Commun., 
vol. 11, no. 12, pp. 4225–4230, 2012. 
[10] y. Wang, w. Xu, k. Yang, and j. Lin, “Optimal 
Energy-EfficientPower Allocation for OFDM-Based 
Cognitive Radio Networks,” IEEECommun. Lett., vol. 
16, no. 9, pp. 1420–1423, 2012. 
[11] Y. TACHWALI, B. F. LO, I. F. AKYILDIZ, AND R. 
AGUSTI, “Multiuser ResourceAllocation Optimization 
Using Bandwidth-Power Product in CognitiveRadio 
Networks,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 31, no. 3, 
pp. 451–463, 2013. 
[12] S. WANG, M. GE, AND W. ZHAO, “Energy-
Efficient Resource Allocationfor OFDM-Based 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 132 - 
Cognitive Radio Networks,” IEEE Trans. Commun.,vol. 
61, no. 8, pp. 3181–3191, 2013. 
[13] T. WEISS, J. HILLENBRAND, A. KROHN, AND F. 
K. JONDRAL, “Mutual interferencein OFDM-based 
spectrum pooling systems,” in Proc. VTC 2004-Spring 
Vehicular Technology Conf. 2004 IEEE 59th, vol. 4, 
2004, pp.1873–1877. 
[14] H. A. MAHMOUD AND H. ARSLAN, “Sidelobes 
suppression in OFDMbasedspectrum sharing systems 
using adaptive symbol transition,” IEEECommun. Lett., 
vol. 12, pp. 133–135, 2008. 
[15] Y. ZHANG AND C. LEUNG, “An Efficient Power-
Loading Scheme forOFDM-Based Cognitive Radio 
Systems,” IEEE Trans. Veh. Technol.,vol. 59, no. 4, pp. 
1858–1864, 2010. 
[16] L.V. TUAN, D. C. HIEU, N. T. HIEU, N. V. KINH, 
“Investigation of windows effect to power allocation 
problem in Cognitive Radio Systems,”ICCE, Aug. 2012. 
[17] LE VAN TUAN, NGUYEN THANH HIEU, 
NGUYEN VIET KINH, DINH CHI HIEU, “Full-filling 
Subcarrier Power Allocation in OFDMA-based 
Cognitive Radio Systems,”Wireless Engineering 
Technology, Aug, 2013. 
[18] HIEU NGUYEN, GUAN YONG LIANG, HIEU 
NGUYEN, GUAN YONG LIANG, “Full-filling 
Algorithm for Power Allocation in OFDM-based 
Cognitive Radio Systems,”ICICS, Dec.2013. 
[19] N. T. HOA, N. T. HIEU, N. V. DUC, G. GELLE, 
AND H. CHOO, “Second order suboptimal power 
allocation for ofdm-based cognitive radio systems,” 
International Conference on Ubiquitous Information 
Management andCommunication, no. 50, February 2013 
[20] IEEE, Standard for Information technology 
Telecommunications and information exchange between 
systemsLocal and metropolitan area networks Specific 
requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access 
Control (MAC) and Physical Laye (PHY) 
Specifications, IEEE Std.,2007. 
[21] S. VERDU AND TE SUN HAN. 2006. A general 
formula for channel capacity. IEEE Trans. Inf. Theor.40, 
4 (September 2006), 1147-1157. 
 Ngày nhận bài: 09/09/2015 
SƠ LƯỢC VỀ TÁC GIẢ 
LÊ VĂN TUẤN 
Sinh năm 1973. 
Tốt nghiệp Trường ĐH Bách khoa 
Hà Nội năm 1995, nhận bằng Thạc 
sỹ chuyên ngành Kỹ thuật Hàng 
không Vũ trụ tại Trường ĐH Quốc 
gia Hàng không Vũ trụ Pháp năm 
1998. 
Hiện công tác tại Cục Tần số Vô tuyến điện. 
Lĩnh vực nghiên cứu: kỹ thuật vô tuyến nhận thức, các 
công nghệ vô tuyến công suất thấp, công nghệ di động 
5G. 
Điện thoại: 04.666 40 666; 0904161229 
Email: tuanlv@rfd.gov.vn 
NGUYỄN TIẾN HÒA 
Sinh năm 1982. 
Tốt nghiệp ĐH ngành Điện tử và 
Kỹ thuật Thông tin tại Trường 
ĐH tổng hợp Hanover vào năm 
2010. 
Hiện là Giảng viên và Nghiên cứu 
sinh tại Trường ĐH Bách khoa Hà Nội. 
Lĩnh vực nghiên cứu: truyền thông nhận thức, OFDM 
và Mạng Sensor. 
Email: hoa.nguyentien@hust.edu.vn 
Điện thoại: 0934516862 
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 
 - 133 - 
NGUYỄN THÀNH HIẾU 
Sinh năm 1977. 
Tốt nghiệp Trường ĐH Quốc gia 
Hà nội 1999, nhận bằng Tiến sĩ 
chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử 
tại Trường ĐH Quốc gia 
Chungbuk, Hàn Quốc năm 2007. 
Hiện công tác tại Trường ĐH 
Nanyang Technological University, Singapore. 
Lĩnh vực nghiên cứu: kỹ thuật vô tuyến nhận thức, 
thông tin giữa các phương tiện giao thông. 
Điện thoại: +65-83817532 
Email: nguyenth@ntu.edu.sg 
NGUYỄN VIẾT KÍNH 
Tốt nghiệp Trường ĐH Tổng Hợp 
Hà Nội ngành Vật lý Vô tuyến. 
Nhận bằng tiến sỹ kỹ thuật điện tử 
tại Ba Lan. 
Là Phó Giáo sư tại Bộ môn Thông 
tin Vô Tuyến, khoa Điện tử viễn 
thông, Trường ĐH Công nghệ, 
ĐHQG Hà Nội. 
Lĩnh vực nghiên cứu: Lý thuyết thông tin và mã hóa. 
Điện thoại: 3.754 3270 
Email: kinhnv@vnu.edu.vn