Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: điện tử viễn Thông Điều khiển mờ điều khiển công suất hệ thống CDMA không dây Ngô Tuấn anh Hà nội 2006 Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Bá Dũng, người đà hướng dẫn tận tình khuyến khích trình làm luận văn Nếu thầy luận văn hoàn thành Tôi xin gửi lời cảm ơn chân đến tập thể cán giáo viên khoa Điện Tử-Viễn Thông Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đà tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể lÃnh đạo Phòng Vận Hành Công Ty S-Telecom Hà Nội đà giúp đỡ hoàn thành luận văn Hà Nội ngày tháng 12 năm 2006-12-05 Ngô Tuấn Anh Lời cam đoan Tôi xin cam đoan toàn nội dung đề cập luận văn "Điều khiển mờ điều khiển công suất hệ thống CDMA không dây" viết dựa kết nghiên cứu theo đề cương cá nhân hướng dẫn PGS.TS Lê Bá Dũng Mọi thông tin số liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ nguồn sử dụng theo luật quyền quy định Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Ngêi thùc hiƯn Mơc lơc Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc ky hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương Tổng quan mạNG KHÔNG D¢Y CDMA 1.1 Giíi thiƯu chung 12 1.1.1C¸c hƯ thống thông tin không dây hệ thứ ba 12 1.1.2 Giíi thiƯu vỊ CDMA 12 1.2 Các kênh hệ thống thôn tin CDMA không dây 14 1.2.1 Kênh CDMA đường xuống 14 1.2.2 Kênh CDMA đường lên 15 1.3 Kênh di động không d©y 16 1.3.1 Suy hao đường truyền quy mô lớn 19 1.3.2 Suy hao ®êng trun quy m« nhá 21 1.3.3 Kªnh fading Rayleigh 29 Ch¬ng Giíi thiƯu vỊ lý thut tËp mê 2.1 Giíi thiƯu chung 31 2.2 Giíi thiƯu tËp mê 32 2.3 Lý thuyÕt tËp mê 39 2.4 L«gic mê 48 2.5 Nguyên lý hoạt động hệ thống l«gic mê 56 2.5.1 Mê ho¸ 57 2.5.2 ThiÕt bÞ hợp thành luật 59 2.5.3 Gi¶i mê 62 Chương Điều khiển công suất CDMA 3.1 Giới thiÖu chung 64 3.2 C¸c thuËt to¸n 67 3.2.1 Điều khiển công suất vòng hở 68 3.2.2 Điều khiển công suât vßng kÝn 70 3.2.3 Điều khiển công suất vòng 72 3.3 Các hạn chế việc điều khiển công suất không hoàn hảo 73 3.3.1 KÝch cì bíc cËp nhËt c«ng st 73 3.3.2 Lỗi dù do¸n SIR 76 3.3.3 TrƠ vßng håi tiÕp 76 3.3.4 Tốc độ cập nhật công suất 77 3.3.5 BER cña kªnh håi tiÕp 78 3.3.6 HiƯu øng fading s©u 79 3.4 Tæng kÕt 80 Chương điều khiển công suất theo l«gic mê cho hƯ thèng v« tun CDMA 4.1 Giíi thiƯu chung 81 4.2 ThiÕt kÕ bé ®iỊu khiển mờ cho mạng CDMA không dây 82 4.2.1 Sơ đồ khối điều khiển công suất CDMA mờ 82 4.2.2 Phần kênh v« tuyÕn 85 4.2.3 Phần trạm gốc 88 4.3 M« kết mô 92 4.3.1 Mô hình hệ thống 92 4.3.2 Kết mô 94 Danh môc từ viết tắt Từ viêt tắt Giải nghĩa 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation AWGN Additive White Gaussian Noise ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation BER Bit Error Rate B-ISDN Broadband Integrated Services Digital Network CAC Call Admission Control CDMA Code Division Multiple Access CELP Code Excited Linear Predictive CLPC Closed-Loop Power Control CPL Call Processing Language CRB Cramer-Rao Bound DA Data Aided DS-SS Direct Sequence – Spread Spectrum FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access FLC Fuzzy Logic Control IP Interference Projection IS-95 Interim Standard 95 LOS Line Of Sight MAI Multiple Access Interference MC Multipoint Controller MCU Multipoint Control Unit MDCX Modify Connection MG Media Gateway MGC Media Gateway Controller MLE Maximum Likelihood Estimation OFDM Orthogonal Frequency Division Modulation PCC Power Control Command PCE Power Control Error PCM Pulse Code Modulation PN Pseudo Noise pdf Probability Distribution Function PSK Phase Shift Keying QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying RF Radio Frequency RLS Recursive Least Square RxDA Receive Data Aided SB Subspace Based SINR Signal to Interference plus Noise Ratio SIR Signal to Interference Ratio SNR Signal to Noise Ratio SNV Signal to Noise Variance SP Signal Projection SSME Split Symbol Moments Estimation SVR Signal to Variance Ratio TDC Time Delay Compensation TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access TxDA Transmit Data Aided WSSUS Wide Sense Stationary Uncorrelated Scattering Danh mục bảng Bảng 1.1 Các tượng fading đa đường trải thời gian tín hiệu 25 Bảng 1.2 Các tượng phadinh ®a ®êng nh sù biÕn ®ỉi thêi gian cđa kªnh 28 Bảng 1.3 Phân loại kªnh phadinh 29 Bảng 2.1 Bảng thật cho phép toán tiên đề 51 Bảng 4.1 Lt ®iỊu khiĨn mê 91 Danh mục hình vẽ Hình Một hệ thống CDMA băng gốc thuê bao 13 Hình 1.2 Mô hình kênh đường xuống CDMA 14 Hình 1.3 Mô hình kênh CDMA đường lên 16 Hình 1.4 Cơ chế trun v« tun 17 Hình 1.5 Mối quan hệ trải thời gian tín hiệu băng thông hiệu dụng 24 H×nh 1.6 Mèi quan hƯ trải Doppler thời gian coherence kênh 27 Hình 2.1 Tập rõ tập mờ cho đặc tÝnh cao 35 H×nh 2.2 Ví dụ hàm đặc tính giá trị ngôn ngữ trẻ, trung niên già 41 Hình 2.3 Ví dụ hình ảnh minh hoạ miền tin cậy, miền xác đinh, điểm cắt, mờ đơn điệu, -cut -cut mạnh 43 Hình 2.4 Hình vẽ minh hoạ phép bao, phép hợp, phép giao phép bù 45 Hình 2.5 Hình ảnh luật xử lý số toán tử suy diễn thông thường 54 Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống lôgíc mờ 57 H×nh 2.7 Ví dụ mờ hoá đơn điệu không đơn điệu 58 Hình 2.8 Ví dụ vỊ sù suy diƠn 60 Hình 3.1 Một trạm BTS với hai thuª bao 64 Hình 3.2 Công suất thu từ hai thuê bao BTS 65 Hình 3.3 Với điều khiển công suất trạm gốc đáp ứng nhiều thuê bao 66 Hình 3.4 Dung lượng hệ thống tối đa hoá công suất thu thuê bao t¹i BTS 67 Hình 3.5 Cơ chế điều khiển công suất vòng hở 68 Hình 3.6 Mô hình điều khiển công suất vòng kín 71 Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển mờ tương thích cho kênh thông tin di ®éng CDMA 83 H×nh 4.2 Hàm thuộc sai lệch công suất thu so với công suất mong muốn 89 Hình 4.3 Hàm thuộc thay đổi sai lệch công suất e 90 Hình 4.4 Hàm thuộc độ tăng điều chỉnh công suất p 91 Hình 4.5 Mặt phẳng điều khiÓn mê 92 Hình 4 Tỷ số công suất bit mật độ phổ nhiễu Ec/I0 lựa chọn 7dB( cho đường lên) ã Và yêu cầu máy thu SIR ngưỡng SIRth -15dB( cho đường lên) ã Chu kỳ thời gian lấy mẫu đặt Tp=1,25ms ã Với suy hao quy mô lớn, hệ số suy hao đường truyền giả thiết độ lệch chuẩn cho hiệu ứng che khuất dB ã Với fading quy mô nhỏ fDTp phân bố 0,01 0,05 fD tần số Doppler ã Hệ số mật độ,m, phân bố Nakagami giả thiết ã Để đơn giản giả thiết lệnh điều khiển công suất từ trạm gốc đến thuê bao di động không bị lỗi nhiễu kênh đường xuống Trong luận văn phần nhiễu kênh đường lên sử dụng mô hình kênh nhiễu fading Rayleigh sử dụng theo mô hình AMF [23] Kết mô kênh fading theo mô hình trình bày hình 4.6 96 Dang song kenh fading rayleigh 1.5 Cong suat tin hieu thu 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 100 200 300 Thoi gian Tp 400 500 600 Hình 4.6 Mô hình kênh fading Rayleigh 4.3.2 Kết mô Từ mô hình hệ thống kênh nhiễu có kết mô thuật toán điều khiển công suất dùng điều khiển lôgíc mờ hình vẽ 4.7 Trên hình vẽ 4.8 đáp øng cđa dung sai c«ng st so víi møc c«ng suất mong muốn Như hình vẽ ta thấy điều khiên công suất mờ sử dụng cho điều khiển công suất mạng CDMA thuật toán điều khiển công suất bước nhảy truyền thống với tham số điều khiển mờ cho chất lượng tèt h¬n ...n Như hình vẽ ta thấy điều khiên công suất mờ sử dụng cho điều khiển công suất mạng CDMA thuật toán điều khiển công suất bước nhảy truyền thống với tham số điều khiển mờ cho chất lượng tốt 97 S...n biết công suất thu có lớn mức ngưỡng hay không Nhưng điều khiển mờ dựa vào biến mờ ánh xạ từ sai lệch công suất ngưỡng công suất thu điều khiển mờ khăc phục vấn đề đà làm tăng chất lượng điều khiể... mạNG KHÔNG DÂY CDMA 1.1 Giíi thiƯu chung 12 1.1.1Các hệ thống thông tin không dây hệ thứ ba 12 1.1.2 Giíi thiƯu vỊ CDMA 12 1.2 Các kênh hệ thống thôn tin CDMA không dây