Các thuật toán mượn khóa kênh .... Các thuật toán mượn, khóa kênh lai ghép .... Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc.... Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc phân t
Trang 1HÀ MẠNH ðÀO
VÒ MéT PH¦¥NG PH¸P MíI §IÒU KHIÓN
M¦îN, KHãA K£NH TÇN Sè M¹NG DI §éNG TÕ BµO
Chuyên ngành: Kỹ thuật ðiện tử
Mã số :62.52.70.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Thái Quang Vinh
HÀ NỘI – 2011
Trang 2L Ờ I CAM ð OAN
Tác giả xin cam ñoan tất cả các kết quả ñược trình bày trong luận án là của riêng tác giả, không sao chép từ bất kỳ một công trình nào khác
Trang 3L Ờ I C Ả M Ơ N
Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn và biết ơn sâu sắc nhất ựến Thầy hướng dẫn: PGS TS Thái Quang Vinh ựã tận tình dày công hướng dẫn và giúp ựỡ tác giả hoàn thành luận án này
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy GS TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh, các Thầy và bạn ựồng nghiệp Viện Nghiên cứu điện tử, Tin học, Tự ựộng hóa; Viện Công nghệ Thông tin ựã giúp ựỡ và tạo ựiều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu
Xin chân thành cảm ơn Giáo sư Yao- Tien Wang, Trường đại học Kainan, đài Loan ựã cung cấp thông tin hữu ắch ựể trên cơ sở ựó tôi hoàn thành luận án
Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia ựình và những người thân ựã luôn chia sẻ mọi khó khăn cùng tác giả và là chỗ dựa vững chắc về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án
Hà Nội, tháng 10 năm 2011
Trang 4Lời cam ñoan 1
Lời cảm ơn 2
MỤC LỤC 3
Danh mục các từ viết tắt 6
Danh sách hình vẽ 9
Danh sách bảng 11
MỞ ðẦU 12
Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG DI ðỘNG TẾ BÀO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MƯỢN KHÓA KÊNH 20
1.1 Mở ñầu 20
1.2 Mô hình mạng di ñộng tế bào 23
1.2.1 Khái niệm tế bào 23
1.2.2 Kênh, cấp phát kênh, tái sử dụng kênh 25
1.3 Quá trình chuyển giao (handoff) 37
1.4 Các thuật toán mượn khóa kênh 39
1.4.1 Mượn, khóa kênh 39
1.4.2 Thuật toán mượn, khoá kênh ñơn giản 40
1.4.3 Các thuật toán mượn, khóa kênh lai ghép 42
1.4.4 Thuật toán thử trực tiếp 43
1.4.5 Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc 43
1.4.6 Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc phân tán 45
1.4.7 Thuật toán mượn, khóa kênh thích nghi 46
1.5 Nhận xét các thuật toán mượn, khóa kênh 47
1.6 Kết luận 47
Chương 2 MƯỢN, KHÓA KÊNH ðỘNG TRÊN CƠ SỞ BỘ ðIỀU KHIỂN LOGIC MỜ VÀ MẠNG NƠ RON 49
Trang 52.1 Mở ựầu 49
2.2 Thuật toán mượn kênh FDCBS và NFDCBS 50
2.2.1 Mô hình hệ thống mạng di ựộng tế bào 50
2.2.2 Bộ ựiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ 52
2.2.3 Pha ra quyết ựịnh trạng thái tải tế bào 53
2.2.4 Pha thỏa thuận với tế bào liên quan 60
2.2.5 Sự di chuyển ựa kênh 61
2.2.6 Thuật toán mượn kênh NFDCBS 62
2.3 đánh giá các thuật toán FDCBS và NFDCBS 65
2.4 Một số cải tiến thuật toán mượn kênh NFDCBS 66
2.4.1 Sử dụng bộ ựiều khiển ANFIS thay cho bộ ựiều khiển NFC 66
2.4.2 Tối ưu tập luật mờ ANFIS 70
2.5 Kết luận 73
Chương 2 MƯỢN, KHÓA KÊNH đỘNG PHÂN TÁN TRÊN CƠ SỞ BỘ đIỀU KHIỂN NƠ RON - MỜ - SUBSETHOOD 75
3.1 Mở ựầu 75
3.2 Xây dựng bộ ựiều khiển mượn kênh DDBNFS 76
3.2.1 Mô hình mạng di ựộng tế bào 76
3.2.2 Bộ ựiều khiển mượn kênh mạng nơ ron mờ-subsethood(DDBNFS) 78
3.2.3 Thuật toán ựiều khiển mượn kênh cân bằng tải ựộng phân tán 100
3.3 Kết luận .102
Chương 4 MÔ PHỎNG, đÁNH GIÁ KẾT QUẢ .104
4.1 Mô tả mạng di ựộng mô phỏng 104
4.2 Cài ựặt và huấn luyện NFS 107
4.2.1 Cài ựặt bộ ựiều khiển NFS bằng Matlab 107
4.2.2 Phát sinh tập dữ liệu huấn luyện và huấn luyện ANFIS, NFS, NFC 108
4.2.3 Kết quả huấn luyện ANFIS, NFS, NFC 109
Trang 64.3 Kết quả mô phỏng 109
4.4 đánh giá kết quả và so sánh 112
4.5 Kết luận .112
KẾT LUẬN 114
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO 118
PHỤ LỤC 126
Trang 7DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
System
Hệ thống ñiện thoại di ñộng AMPS
Inference Systems
Hệ thống suy diễn nơ ron- mờ thích nghi
Ordering
Mượn với sắp xếp kênh
Locking
Mượn kênh không khoá
CP-Based-DCA
Compact Pattern Based Dynamic Channel Assignment
Phân cụm dựa trên gán kênh ñộng
Interference Ratio
Tỉ số công suất sóng mang trên tạp
âm và nhiễu
DAB/DVB Digital Audio Broadcast/Digital
Video Broadcast
Kỹ thuật tiếng nói / hình ảnh số mặt ñất
DBCL Borowing with Direction
Channel Locking
Mượn kênh với khóa kênh theo hướng
borrowing based on Neural networks – fuzzy –
subsethood
Mượn kênh ñộng phân tán trên cơ
sở mạng nơ ron mờ- subsethood
D-LBSB Distributed-LBSB LBSB phân tán
Standard Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu
EV-DO EVolution-Data Optimized Phát triển – tối ưu hóa dữ liệu
Communications System
Trang 8FDMA Frequency Division
Multiplexing Access
ða truy nhập phân chia theo tần số
FDCBS Fuzzy-based Dynamic
Channel-Borrowing Scheme
Mượn kênh ñộng trên cơ sở logic
mờ
FIFO First In First Out Hàng ñợi FIFO
cầu
Analysis
Phân tích thành phần ñộc lập
IMT-A International Mobile
Telecommunication- Advance
Di ñộng quốc tế nâng cao
Telecommunication at 2000 MHz
Di ñộng quốc tế hoạt ñộng ở băng tần 2000 MHz
Communications System
Hệ thống truy cập tổng Nhật Bản
Borrowing
Cân bằng tải với mượn chọn lọc
Assignment Strategy
Chiến lược gán kênh ñịa phương
ñộng
ñộng
MIMO Multi Input- Multi Output Hệ thống nhiều ñầu vào – nhiều
ñầu ra
Office
Tổng ñài chuyển mạch thoại di
ñộng
Trang 9NFDCBS Neural-Fuzzy Controller for
the Dynamic Channel-Borrowing Scheme
Mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ
ñiều khiển Nơ ron – Mờ
subsethood
OFDMA Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing Access
ða truy cập phân chia tần số trực
giao
OVSF Orthogonal Variable Spreading
Factor
Mã OVSF
PSTN Post Switch Telephone Network Mạng ñiện thoại chuyển mạch
công cộng
Borrowing Scheme
Thuật toán mượn kênh lai ghép
ñơn giản
System
Hệ thống truy nhập tổng
Access
ða truy nhập phân chia theo thời
gian
System
Hệ thống di ñộng UMTS
WCDMA Wideband Code Division
Multiple Access
ða truy cập phân chia mã băng
thông rộng
WISDOM Wireless Innovative System for
Dynamic Operating Mega communications concept
Hệ thống phát minh vô tuyến ñể truyền thông Mega ñộng
Trang 10Hình 1.1: Sự phát triển qua các thế hệ của mạng di ñộng tế bào 20
Hình 1.2: Mạng di ñộng tế bào 23
Hình 1.3: Các phương pháp ña truy cập N kênh cơ bản 26
Hình 1.4: Cách xác ñịnh các tế bào ñồng kênh với tham số shift i=3, j=2 28
Hình 1.5: Nhóm kênh 29
Hình 1.6: Chuyển giao cứng giữa MS và các BS 38
Hình 1.7: Cường ñộ tín hiệu và hiện tượng trễ giữa hai BS liền kề ñể chuyển giao có thể xẩy ra 38 Hình 1.8: Mượn kênh và khoá kênh 41
Hình 1.9: Phân loại tế bào lạnh, tế bào trung bình, tế bào nóng 46
Hình 2.1: Mạng tế bào với tế bào hình lục giác .51
Hình.2.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ .52
Hình 2.3: a) Hàm liên thuộc số kênh cho phép;b) Hàm liên thuộc tải lưu lượng 56
Hình 2.4: Hàm liên thuộc ñầu ra mờ .60
Hình 2.5: Bộ ñiều khiển NFC với luật mờ singleton .63
Hình 2.6: Hàm liên thuộc hình tam giác 64
Hình 2.7: a) Hệ thống suy diễn mờ ANFIS; b) Cấu trúc ANFIS .68
Hình 2.8: Mạng nơ ron huấn luyện tìm hệ số γ của toán tử mờ .72
Hình 3.1: Phân vùng mạng di ñộng tối ưu 77
Hình 3.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng DBNFS .78
Hình 3.3: Mờ hoá tín hiệu kênh cho phép AC 80
Hình 3.4: Mờ hoá tính hiệu tải lưu lượng TL .81
Hình 3.5: Các tập mờ ñầu ra với hàm liên thuộc Gauss .82
Hình 3.6: Cấu trúc mạng nơ ron mờ sử dụng subsethood(NFS) 83
Hình 3.7: Trường hợp 1: , m C OL k ν =Ck .87
Hình 3.8: Trường hợp 2: m , C k OL k C ν > .88