xây dựng hệ thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic mờ để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã – cdma

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== BẠCH VĂN NAM XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ THÔNG MINH DỰA TRÊN CƠ SỞ CỦA LOGIC MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP CHIA THEO Mà - CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== BẠCH VĂN NAM XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ THÔNG MINH DỰA TRÊN CƠ SỞ CỦA LOGIC MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP CHIA THEO Mà - CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã ngành: 60.52.70 Thái Nguyên - 2010 Trang iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các Thầy Cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hữu Công, Trưởng khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp- Đại học Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Bùi Trọng Tuấn Luận văn thạc sĩ Trường ĐH KTCN Bạch Văn Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 LỜI NÓI ĐẦU Các thuật toán điều khiển trong hệ thống điều khiển tự động đã được hình thành, phát triển và có được những kết quả rất quan trọng. Chúng ta đã biết nền móng ban đầu đó là thuật toán điều khiển PID kinh điển, sau đó hình thành các thuật toán PID tự chỉnh, thuật toán điều khiển tối ưu, thuật toán điều khiển thích nghi, thuật toán điều khiển mờ… Hiện nay hệ thống xử lý và điều khiển thông minh đã được ứng dụng nhiều trong các hệ thống điều khiển và tự động hóa. Tuy nhiên, các ứng dụng hệ xử lý thông minh trong lĩnh vực viễn thông còn đang hạn chế. Với những ý nghĩa trên đây và được sự định hướng của thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi em đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic mờ để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA”. Sau 6 tháng tìm hiểu và nghiên cứu dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của PGS.TS Lại Khắc Lãi và một số đồng nghiệp, đến nay em đã hoàn thành luận văn của mình. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để cho luận văn hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Tác giả Bạch Văn Nam Luận văn thạc sĩ Trường ĐH KTCN Bạch Văn Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các Thầy Cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Lại Khắc Lãi, Trưởng ban quản lý khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Bạch Văn Nam Luận văn thạc sĩ Trường ĐH KTCN Bạch Văn Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Bạch Văn Nam Sinh ngày 10 tháng 05 năm 1983 Học viên lớp cao học khoá 11 – Kỹ thuật điện tử - Trường đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại khoa Điện tử - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Xin cam đoan: Đề tài “Xây dựng hệ thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic mờ để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA” do PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn, các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2010 Lun vn thc s Trng H KTCN Bch Vn Nam S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 MC LC Ni dung Trang Li núi u 3 Li cm n 4 Li cam oan 5 Mc lc 6 Danh sỏch cỏc kớ hiu, cỏc ch vit tt 9 Danh mc cỏc hỡnh v, th 11 Chng 1 : M U 1.1. Lý do la chn ti 13 1.2. Mc ớch ca ti 14 1.3. i tng v phm vi nghiờn cu 14 1.4. í ngha khoa hc v thc tin ca ti 15 Chng 2: TNG QUAN V LOGIC M 2.1. Cấu trúc của bộ điều khiển mờ 16 2.2. Mờ hoá 17 2.3. Quy luật suy diễn và cơ chế suy diễn mờ 17 2.3.1. Mệnh đề hợp thành 17 2.3.2. Mụ t mnh hp thnh 17 2.3.3. Luật hợp thành 18 2.4. Giải mờ 20 2.4.1. Giải mờ theo ph-ơng pháp cực đại 20 2.4.1.1. Nguyên lý trung bình 21 2.4.1.2. Nguyên lý cận phải 21 2.4.1.3. Nguyên lý cận trái 21 2.4.2. Ph-ơng pháp điểm trọng tâm 22 2.4.2.1. Ph-ơng pháp điểm trọng tâm cho luật hợp thành SUM- MIN 23 2.4.2.2. Ph-ơng pháp độ cao 24 2.5. Thiết kế bộ điều khiển mờ 24 Luận văn thạc sĩ Trường ĐH KTCN Bạch Văn Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 2.5.1. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh 24 2.5.2 ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê ®éng 27 2.5.2.1.ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt PID 28 2.5.2.2.ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt I 28 2.5.2.3. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt PI 28 2.5.2.4. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt PD 29 Chương 3: TÌM HIỂU VIỆC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO Mà – CDMA 3.1. Tổng quan về CDMA 30 3.2. Đặc điểm của hệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 33 3.3. Trải phổ trong hệ thống thông tin di động CDMA 36 3.3.1. Các hệ thống thông tin trải phổ 36 3.3.2. Mã giả tạp âm PN 39 3.3.3. Các hệ thống DSSS-BPSK 40 3.3.3.1. Máy phát DS/SS- BPSK 40 3.3.3.2. Máy thu DS/SS- BPSK 41 3.3.3.3. Các hệ thống DS/SS- QPSK 43 3.4. Điều khiển công suất trong mạng CDMA 47 3.4.1. Hiệu ứng xa - gần 47 3.4.2. Tại sao phải điều khiển công suất 49 3.4.2.1. Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hướng lên 54 3.4.2.2. Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hướng lên. 56 Chương 4: XÂY DỰNG BỘ XỬ LÝ THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG CDMA 4.1. Giới thiệu 58 4.2. Bài toán điều khiển công suất 59 4.2.1. Kiến trúc của hệ thống điều khiển công suất 59 Luận văn thạc sĩ Trường ĐH KTCN Bạch Văn Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 4.2.2. Mô hình hệ thống CDMA 61 4.2.2.1. Mô hình thiết bị thu công suất tín hiệu 62 4.2.2.2. Mô hình nhiễu đa người dùng 63 4.2.2.3. Phân tích xác xuất cuộc gọi 64 4.3. Xây dựng bộ xử lý minh điều khiển công suất PI mờ 65 4.3.1. Nguồn gốc của các luật điều khiển mờ 65 4.3.2 Xây dựng mô hình điều khiển công suất trong mạng CDMA 69 4.3.2.1. Định nghĩa các biến vào ra 69 4.3.2.2. Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào ra 70 4.3.2.3. Xây dựng các luật điều khiển 73 4.3.2.4. Chọn thiết bị hợp thành và nguyên lý giải mờ 74 4.3.3 Kết quả mô phỏng 75 4.3.3 Nhận xét kết quả mô phỏng 78 Kết luận 79 Tài liệu tham khảo 80 Luận văn thạc sĩ Trường ĐH KTCN Bạch Văn Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CDMA Code Division Mutiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã FDMA Frequency Division Mutiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số BIR Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế IMT International Mobile Telecommunications Viễn thông di động quốc tế GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian OFDMA Orthogonal Frequency- Division Multiple Access Đa truy nhập phân bố theo tần số trực giao ODMA Opportunity Driven Multiple Access Đa truy nhập theo cơ hội QPSK Quadrature Phase Shift Key Điều chế khóa dịch pha cầu phương DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải chuỗi trực tiếp FHSS Frequency-Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần THSS Time-Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy thời gian PN Pseudo Noise Giả tạp âm BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân OPC Open loop Power Control Điều khiển vòng hở [...]... thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic mờ và mạng nơron để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã - CDMA hoàn toàn phù hợp với xu hướng nghiên cứu về điều khiển điều khiển công suất trong mạng CDMA hiện nay, trong đó mô hình được chọn là mô hình logic mờ FLC (Fuzzy Logic Control) 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài... tài tốt nghiệp của mình là Xây dựng hệ thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã - CDMA. ” Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã cố gắng hạn chế tối đa các khiếm khuyết, xong do trình độ & thời gian còn hạn chế vì vậy không tránh khỏi thiếu sót, kính mong Hội đồng Khoa học và độc giả bổ sung đóng góp ý kiến để đề tài được... thu trên miền tần số khi có hiệu ứng gần-xa Điều khiển công suất trong CDMA Tác dụng điều khiển công suất trên kênh hướng lên Kiến trúc của hệ thống điều khiển PI logic mờ Hình 4.2: Hình 4.3: Hình 4.4: Kiến trúc của hệ thống điều khiển PI logic mờ Mô tả vùng dịch vụ Công suất tín hiệu fading điển hình Hình 4.5: Đáp ứng step của một hệ thứ tự bậc hai Trường ĐH KTCN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại... 4.6: Đáp ứng điều khiển mờ Hình 4.7: Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ Hình 4.8: Hình 4.9: Hình 4.10: Hình 4.11: Định nghĩa các tập mờ cho biến e của bộ điều khiển mờ Định nghĩa các tập mờ cho biến ∆e của bộ điều khiển mờ Định nghĩa các tập mờ cho biến ∆p của bộ điều khiển mờ Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ Hình 4.12: Hình 4.13: Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ Bề mặt... khiển PD mờ một khâu tích phân x E - d / dt Luật hợp thành I Đối tượng y Hình 2.9: Hệ điều khiển mờ theo luật PID Trường ĐH KTCN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 Bạch Văn Nam http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ Chương 3 TÌM HIỂU VIỆC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO Mà – CDMA 3.1 Tổng quan về CDMA Lý thuyết về công nghệ CDMA đã được xây dựng từ... việc điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Hình 1.1: Sơ đồ khối điều khiển công suất trong mạng CDMA Một số phương pháp điều khiển công suất đã được đưa ra để tối thiểu ảnh hưởng của fading, hiện tượng che chắn và bài toán gần xa Phương pháp được biết đến nhiều là thử đánh giá bài toán gần xa thay đổi chậm và hiệu ứng che chắn sẽ bị ảnh hưởng bởi quá trình fading đa đường... mỗi người dùng trong một kênh và công nghệ này đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít hơn công nghệ CDMA Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA là công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số được sử dụng đồng thời mã hoá từng gói tín hiệu số bằng 1 mã khoá duy nhất và gửi đi Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận và giải mã Công nghệ này có tính bảo mật cao hơn TDMA Theo các chuyên gia công nghệ thông tin Việt... các hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đã được các cơ quan tiêu chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng Các công nghệ được nghiên cứu để đưa ra đề xuất cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba gồm: - W -CDMA (CDMA băng rộng) - W-TDMA (TDMA băng rộng) - TDMA /CDMA băng rộng - OFDMA (Đa truy cập phân bố theo tần số trực giao) - ODMA (Đa truy cập theo cơ. .. bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tích phân (PI), tỉ lệ vi phân (PD), và tỉ lệ vi tích phân (PID) Một bộ điều khiển mờ theo luật I có thể thiết kế từ một bộ mờ theo luật P ( bộ điều khiển mờ tuyến tính ) bằng cách mắc nối tiếp một khâu tích phân vào trước hoặc sau khối tích phân đó Do tính phi tuyến của hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác nhau E -  Bộ điều khiển mờ. .. 2.7: Hệ điều khiển mờ theo luật PI Khi mắc thêm một khâu vi phân ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ sẽ có được một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phân PD Trường ĐH KTCN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 Bạch Văn Nam http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ E d / dt - Bộ điều khiển mờ Đối tượng Hình 2.8: Hệ điều khiển mờ theo luật PD Các thành phần của bộ điều . chọn đề tài tốt nghiệp của mình là Xây dựng hệ thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã - CDMA. ” Trong quá trình thực. hệ thống xử lý thông minh dựa trên cơ sở của logic mờ và mạng nơron để điều khiển công suất trong mạng đa truy nhập phân chia theo mã - CDMA hoàn toàn phù hợp với xu hướng nghiên cứu về điều. VIỆC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO Mà – CDMA 3.1. Tổng quan về CDMA 30 3.2. Đặc điểm của hệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 33 3.3. Trải phổ trong hệ thống