Nghiên cứu các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong hệ thống thông tin di động DS CDMA và w CDMA bằng logic mờ và CBR

Lời Mở Đầu
Trong hệ thống mạng di động thế hệ thứ 3, việc sử dụng kỹ thuật CDMA (code
division multiple access) s ẽ làm tăng dung lượng mạng và dễ dàng cung cấp các
dịch vụ với các tốc độ khác nhau. Tuy nhi ên với việc tăng hiệu quả của mạng
CDMA, tăng số người sử dụng và các dịch vụ tốc độ cao sẽ địi hỏi nhiều tài ngun
vơ tuyến hơn. Điều này dẫn đến nhu cầu tăng dung l ượng hệ thống thông qua việc
quản lý hiệu quả việc sử dụng phổ tần số bằng cách cung cấp phổ tần số vừa đủ.
Đề tài này đề xuất việc ứng dụng các tác nhân thông minh để điều khiển tắc
nghẽn trong hệ thống DS-CDMA/FRMA (direct-sequence code division multiple
access/frame reservation multiple access) và W-CDMA (wideband code division
multiple access).
Trong hệ thống DS-CDMA/FRMA đề tài này sẽ đề xuất phương pháp điều
khiển chống tắc nghẽn cho hệ thống bằng kỹ thuật logic mờ v à mạng nơ ron. Đề tài
sẽ tập trung xây dựng bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ ron nhằm thay thế cho các
phương pháp điều khiển thông thường. Đồng thời đánh giá hiệu quả hoạt động của
bộ điều khiển này nhờ phương pháp mô phỏng hệ thống. Các kết quả thu đ ược sẽ so
sánh với phương pháp thông thường
Trong hệ thống W-CDMA, đề tài đề xuất phương pháp điều khiển tắc nghẽn
cho hệ thống: “ Sử dụng việc kết hợp các anten thông minh”.
Trong phương pháp “ Sử dụng việc kết hợp các anten thông minh” các anten
thông minh thay đổi mơ hình phủ sóng để quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ
thống. Điểm mới trong phương pháp này phương pháp h ọc CBR được sử dụng để
giám sát các điều kiện của mạng và để thay đổi mơ hình phủ sóng mà khơng phải
thực hiện các phép tính tốn thực tế mỗi khi các điều khiển mạng thay đổi. Bởi v ì
phương pháp học được sử dụng, hệ thống có thể dự đốn sự thay đổi l ưu lượng của
mạng, nếu nó thấy sự thay đổi khớp với kịch bản m à nó thấy trước đó, và vì vậy nó
có thể thay đổi trước mơ hình phủ sóng để tránh nghẽn mạng. Tuy nhi ên lợi ích lớn
nhất của việc dự đốn là nếu có một kịch bản khớp, kế đó số l ượng anten thay đổi
được rút ngắn, vì vậy giảm bớt được số lượng các handover bắt buộc v à như vậy
giảm bớt lưu lượng tải trên mạng
Mục tiêu của luận văn:

Mục tiêu chính của đề tài là ứng dụng các tác nhân thông minh điều khiển tắc
nghẽn trong hệ thống DS-CDMA/FRMA và W-CDMA.
- Trong hệ thống thông tin di động trải phổ tế bào DS-CDMA thì đã có nhiều
bài tốn được đưa ra để cải thiện dung lượng hệ thống. Đó là lớp các bài tốn về
điều khiển cơng suất, về chuyển giao v à các phương pháp triệt nhiễu đa người
dùng,...Như vậy đề tài này sẽ đề xuất phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn cho
hệ thống DS-CDMA/FRMA bằng kỹ thuật logic mờ v à mạng nơ ron cũng phục vụ
cho mục đích đó.
1


Phương pháp điều khiển này chỉ áp dụng cho giao thức đa truy cập dự
phòng khung (FRMA), một giao thức mới được đề nghị sử dụng trong hệ thống DS CDMA. Đồng thời sử dụng các bộ điều khiển mờ – nơ ron là sự lựa chọn tối ưu do
chúng hội tụ đầy đủ những ưu điểm khi áp dụng cho hệ thố ng. Luận văn sẽ tập trung
xây dựng bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ ron nhằm thay thế cho các phương pháp
điều khiển thông thường.
- Trong hệ thống mạng W-CDMA ta tập trung xây dựng phương pháp điều
khiển tắc nghẽn cho hệ thống: “ Sử dụng việc kết hợp các anten thông minh”
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu việc sử dụng mơ hình CBR để tác
động đến sự thay đổi mơ hình lưu lượng trong hệ thống CDMA v à điều khiển sự kết
hợp các mơ hình phủ sóng của các anten thơng minh để tối ưu hóa tài nguyên lưu
lượng đặc biệt khi nghẽn xuất hiện. Các nghi ên cứu trước đây đã nghiên cứu sự kết
hợp các anten thông minh bằng cách sử dụng các tính tốn tổng qt để xác định các
mơ hình tối ưu, trong khi mục đích của luận văn này ứng dụng các mơ hình có sẵn
để sử dụng. Để sử dụng các kinh nghiệm n ày, ta ứng dụng các kết quả đạt đ ược
trong đề tài “Intelligent Geographic Load Balancing for Mobile Cellular Networks ”
của Lin Du.
Trong luận văn này, các mơ hình nghẽn và mơ hình phủ sóng đáp ứng được
kết hợp để tạo ra thư viện trường hợp, nhằm để lưuu trữ các giải pháp hữu ích đạt
được trong quá khứ. Ưu điểm của phương pháp này là các mơ hình ph ủ sóng thì

khơng phải tính tốn, điều này có nghĩa là nó đáp ứng rất nhanh trong việc thay đổi
lưu lượng hệ thống.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng xây dựng bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ
ron để điều khiển tắc nghẽn cho hệ thống DS-CDMA
Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng bộ ứng dụng phương pháp học CBR
quản lý sự kết hợp giữa các anten thông minh để l àm giảm tắc nghẽn trong WCDMA
Phần thực nghiệm được cài đặt bằng ngôn ngữ lập trình dự kiến là Java hoặc
Matlab và thử nghiệm trên máy tính.
Nội dung nghiên cứu
Đề tài bao gồm các nội dung nghiên cứu:
1. Tìm hiểu lý thuyết về mạng DS-CDMA, W-CDMA, lý thuyết về
anten thơng minh.
2. Tìm hiểu về lý thuyết điều khiển mờ, mạng nơ ron và phương
pháp học CBR.
3. Xây dựng bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ ron cho hệ thống tích hợp
thoại – dữ liệu DS-CDMA/FRMA.
4. Xây dựng các phương pháp sử dụng CBR để thay đổi h ình dạng và
kích thước cell trong hệ thống mạng W -CDMA trong phương pháp “ Sử dụng việc
kết hợp các anten thông minh”
2


Phương pháp nghiên cứu
Đề tài tiếp cận các phương pháp cứu sau đây:
1. Tiếp cận lý thuyết phương pháp học CBR.
2. Tiếp cận lý thuyết mờ và mạng Neural.
3. Phương pháp xây dựng bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ ron cho hệ
thống tích hợp thoại – dữ liệu DS-CDMA/FRMA.
4. Phương pháp Xây dựng các phương pháp sử dụng CBR để thay đổi

hình dạng và kích thước cell trong hệ thống mạng W -CDMA trong phương pháp “
Sử dụng việc kết hợp các anten thông minh”
Ý nghĩa đề tài
Đề tài mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng các nhân tố thông minh nhằm
phát triển một bộ điều khiển nghẽn trong mạng DSCDMA v à W-CDMA. Kết quả
của đề tài có thể phát triển thành cơng cụ hỗ trợ cho việc điều khiển nghẽn cho các
mạng thông tin trong thực tế .
Về cấu trúc, luận văn được chia như sau:
Phần 1: Lý thuyết tổng quan:
Chương 1: Thông tin di đ ộng tế bào và nguyên lý cơ bản CDMA : cung cấp
1 số kiến thức cơ bản về hệ thống thông tin di động và hệ thống CDMA
Chương 2 : Hệ thống thông tin di động trải phổ tế b ào DS-CDMA và WCDMA : Trong chương này trình bày các vấn đề về hệ thống thông tin di động DS CDMA và W-CDMA. Dựa trên cơ sở các kiến thức về hệ thống n ày sẽ giúp cho
việc giải quyết bài toán chống tắc nghẽn bằng các tác nhân thông minh (logic
mờ,mạng nơ ron, CBR) là tối ưu nhất.
Phần 2: Ứng dụng Logic mờ, Neural v à CBR điều khiển tắc nghẽn
trong mạng DS-CDMA và W-CDMA
Chương 3 :Lý thuyết điều khiển mờ, mạng nơ ron,anten thông minh và CBR
: Trong chương này tìm hiểu các khái niệm nhằm phục vụ quá tr ình xây dựng được
các bộ điều khiển thông minh ứng dụng trong mạng viễn thông thay thế cho các bộ
điều khiển truyền thống.
Chương 4 : Xây dựng bộ điều khiển nghẽn hệ thống DS -CDMA/FRMA và
W-CDMA
Phần 3: Kết quả mô phỏng. Kết luân v à hướng phát triển đề tài
Chương 5: Kết quả mô phỏng : Chương này đưa ra các kết quả thu được khi
sử dụng bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ ron.
Chương 6 : Kết luận, đề xuất và hướng phát triển.
3


Giới Thiệu

Thông tin di động thế hệ thứ ba là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di
động truyền thông cá nhân đa ph ương tiện. Đây thực sự là mạng băng rộng và có
khả năng truyền thông đa ph ương tiện, đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng
đến 2 Mbps. Mạng này có khả năng cung cấp độ rộng băng tần theo y êu cầu. Điều
này xuất phát từ việc thay đổi bit của các dịch vụ khác nhau, đảm bảo đ ường truyền
vơ tuyến khơng đối xứng. Đồng thời mạng có thể cung cấp thời gian truyền dẫn theo
yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video v à
các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. Để đáp ứng đ ược các yêu cầu này,
hệ thống thông tin di động thế hệ hai đang dần đ ược chuyển đổi từng bước sang thế
hệ thứ ba.
Trong hệ thống mạng di động thế hệ thứ 3, việc sử dụng kỹ thuật CDMA
(code division multiple access) s ẽ làm tăng dung lượng mạng và dễ dàng cung cấp
các dịch vụ với các tốc độ khác nhau. Tuy nhi ên với việc tăng hiệu quả của mạng
CDMA, tăng số người sử dụng và các dịch vụ tốc độ cao sẽ đòi hỏi nhiều tài nguyên
vô tuyến hơn. Điều này dẫn đến nhu cầu tăng dung l ượng hệ thống thông qua việc
quản lý hiệu quả việc sử dụng phổ tần số bằng cách cung cấp phổ tần số vừa đủ.
Đề tài này đề xuất việc ứng dụng các tá c nhân thông minh để điều khiển tắt
nghẽn trong hệ thống DS-CDMA/FRMA (direct-sequence code division multiple
access/frame reservation multiple access) và W-CDMA (wideband code division
multiple access).

ii


MỤC LỤC
Trang
Lờicám ơn ................................................................................................................ i
Giới thiệu ................................................................................................................. ii
Mục lục ................................................................................................................... iii
Danh mục các chư õviết tắt ...................................................................................... iv

Danh mục các hình vẽ.............................................................................................. v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
Phần 1: Lý thuyết tổng quan … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ....4
Chương 1: Tế bào thông tin di động và nguyên lý cơ bản CDMA ..................... 5
1.1. Tổng quan hệthống thông tin di động tếbà
o ................................................... 5
1.2. Sư ïphát triển hệthống thông tin di động .......................................................... 6
1.3. Các kỹthuật đa truy cập .................................................................................. 8
1.4. Giới thiệu vềCDMA… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .10
1.5. Phân loại CDMA… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… … … … … … … … … … … … … .11
Chương 2: Hệ thống thông tin di động DS -CDMA vaø W-CDMA ................... 13
2.1. DS-CDMA ....................................................................................................... 13
2.2. Hệ thống di động tế bào thế hệ thứ 3 (UMTS): ................................................. 16
Phaàn 2: Ứng dụng Fuzzy logic,neural,CBR điều khiển tắc nghẽn trong DSCDMA và W-CDMA…………………………………………………………………………………………………………….....22
Chương 3: Lý thuyết điều khiển mờ, mạng neural và CBR ............................. 23
3.1. Giới thiệu vềLogic mờ................................................................................... 23
3.2. Mạng neural .................................................................................................... 28
3.3. Phư ơng pháp học CBR .................................................................................... 32
Chương 4: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong DS-CDMA, WCDMA ................................................................................................................... 37
4.1. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển nghẽn sử dụng neural v à logic mờ cho
mạng DS-CDMA .................................................................................................... 38
4.2. Phương pháp ứng dụng phương pháp học CBR để điều khiển tắt nghẽn trong
W-CDMA ............................................................................................................... 48
Chương 5: Kết quả mơ phỏng.............................................................................. 58
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 76

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1: Ngun lý sử dụng lại tần số ………………………………………………… 7
Hình 1.2: FDMA-Đa truy nhập phân chia theo tần số ………….……………………. 10
Hình 1.3: TDMA-Đa truy nhập phân chia theo thời ………………………………… 10
Hình 4: CDMA-Đa truy nhập phân chia theo mã. …………………………… ……...11
Hình 5: So sánh phổ của tín hiệu trước và sau khi trải phổ. ……………………..…..11
Hình 6: Phân loại CDMA. ………………………………… ………………………….13
Hình 7: Hệ thống thơng tin di động DS/CDMA ……………………………… ….…..15
Hình 8: Kênh CDMA đường lên. …………………………………………….……….16
Hình 9: Sơ đồ khối máy phát DS-CDMA……………………………………………. .17
Hình 10: Tín hiệu trải phổ điều chế BPSK ………………………………..……….… .17
Hình 11: Máy thu tín hiệu DS-CDMA. …………………………………………….… 18
Hình 12: Cấu trúc của hệ thống UMTS …………………………………………….… 19
Hình 13: Cấu trúc UTRAN…………………………………………………………… 19
Hình 14:Tần số sử dụng lại trong GSM v à W-CDMA……………………………….. 20
Hình 15: Quá trình trải phổ………………………………………………………….… 21
Hình 16: Ngun lý trải phổ………………..……………………………………….… 21
Hình 17: Cơng suất giao thoa trong cell…………………………………………….… 22
Hình 18: Cấu trúc một hệ mờ cơ bản…………………………………………….……. 27
Hình 19 Xác định độ thỏa mã đầu vào. …………………………………………….… 27
Hình 20: Mơ hình CBR………..…………………………………………….………… 35
Hình 21. Hệ thống bộ nhớ chia sẻ …………………………………………….………. 37
Hình 22 : Cấu trúc bộ điều khiển nghẽn mờ – nơ ron………………………………… 39
Hình 23– Cấu trúc khung trong giao thức FRMA …………………………………….. 40
Hình 24- Cấu trúc của mạng nơ ron RNN……………………………………………. 42
Hình 25: Hai loại anten thơng minh chính ……………………………………………. 46
Hình 26: .Vùng phủ sóng trong điều kiện b ình thường……………………………….. 49
Hình 27: Lưu đồ hệ thống…………………………………………….……………….. 51
Hình 28: Lưu đồ giải thuật mơ phỏng mạng W-CDMA………………………………53

Hình 29: Mơ hình mạng baogồm 100 cell hình lục giác
Hình 30: Mơ hình cell…………………………………………….……………………54
iv


Hình 31. Nguyên tắc của phương án tiếp cận lưu lượng và nghẽn……………………55
Hình 32: Mơ hình phủ sóng…………………………………………….……………… 55
Hình 33: So sánh giữa mơ hình nghẽn và lưu lượng…………………………………… 56
Hình 34 : Hàm truy cập kênh cho hệ thống DS-CDMA/PRMA………………………..58
Hình 35. Tỷ lệ mất gói khi sử dụng phương pháp fuzzy…………………………….…60
Hình 36:Tỷ lệ mất gói thoại khi sử dụng ph ương pháp neural…………………………61
Hình vẽ 37. Kết quả so sánh về tỷ lệ mất gói thoại giữa các ph ương pháp……………62
Hình 38. Quan hệ giữa tỷ lệ sai hỏng khi tranh chấp v à số người dùng trong cell khi sử
dụng phương pháp fuzzy…………………………………………….………………….. 63
Hình 39. Quan hệ giữa tỷ lệ sai hỏng khi tranh chấp v à số người dùng trong cell khi sử
dụng phương pháp neural………………………………… ………….…………………. 64
Hình vẽ 40. So sánh tham số tỷ lệ sai hỏng giữa các ph ương pháp……………………..65
Hình vẽ 41. Quan hệ giữa các giá trị trễ gói trung b ình và số người dùng trong cell khi sử
dụng Fuzzy…………………………………………….……… …………………………66
Hình vẽ 42. Quan hệ giữa các giá trị trễ gói trung bình và số người dùng trong cell khi sử
dụng neural…………………………… ………….……………………………………… 66

iv


CÁC TỪ VIẾT TẮT
BER
CBR
CC
FDD

FDMA
FL
FM
ITU
MAC
ME
MM
MPLS
NN
NP
NPRA
QoS
RLC
SLA
SLM
SLS
SMS
SP
TDD
TDMA
UMTS
W-CDMA

Bit Error Rate
Case-Based Reasoning
Call Control
Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiple Access
Fuzzy Logic
Frequency modulation

International Telecommunication Union
Medium Access Control
Mobile Equipment
Mobility Management
Multi-Protocol Label Switching
Neural Network
Network Provider
Network Provider Resource Agent
Quality of service
Radio Link Control
Service Level Agreement
Service Level Management
Service Level Specification
Short Message Services
Service Provider
Time Division Duplex
Time Division Multiple Access
Universal Mobile Telecommunication Syste m
Wideband Code Division Multiple Access

v


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

CHƯƠNG 1:
THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO VÀ NGUYÊN LÝ CƠ
BẢN CDMA

Các hệ thống thông tin vô tuyến c ùng với các dịch vụ của chúng đ ã và đang trải
qua quá trình phát triển đáng kinh ngạc từ khi hệ thống thông tin tế b ào (Cellular
Communications System) đ ầu tiên được giới thiệu vào những năm 1980s. Các hệ thống
thông tin vô tuyến thế hệ thứ nhất (1G) đ ã dựa trên kỹ thuật FM tương tự và được thiết
kế cho các dịch vụ thoại chuyển mạ ch mạch băng hẹp. Các hệ thống thông tin vô tuyến
thế hệ thứ 2 (2G) như GSM (Global Systems for Mobile Telecommunications), PDC
(Personal Digital Cellular) và IS -95 (Interim Standard - 95) được giới thiệu vào những
năm 1990s đã chuyển sang sử dụng kỹ thuật số, tuy nhiên các hệ thống này vẫn chỉ
được dùng cho các dịch vụ thoại và dữ liệu băng hẹp. Các hệ thống 3G (nh ư IMT-2000,
UMTS) cũng dựa trên nền tảng kỹ thuật số, lưu lượng trong các hệ thống n ày là sự kết
hợp giữa thoại, dữ liệu hay các l ưu lượng đa truyền thông
1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG DI ĐỘNG TẾ B ÀO:
Ý tưởng thiết kế ban đầu của hệ thống thông tin di động l à dùng máy phát có
cơng suất lớn, anten được đặt trên tháp thật cao để có thể phủ sóng cho một v ùng rộng
lớn. Với hệ thống này có nhược điểm: hiệu suất thiết bị kém, lãng phí cơng suất, hiệu
quả sử dụng tần số thấp, do đó muốn tăng dung l ượng hệ thống đòi hỏi phải tăng dải
tần. Để khắc phục nhược điểm này, ta sử dụng các trạm phát có cơng suất nhỏ, anten
thấp hơn nên vùng phủ sóng sẽ nhỏ hơn. Mỗi vùng phủ sóng nhỏ gọi là một tế bào
(Cell). Mỗi cell có một trạm gốc (BTS). Nhiều cell kết hợp lại, ta có mạng tế b ào. Các
BTS đều được điều khiển bởi trung tâm chuyển mạch điện thoại di động (MSC), các
MSC này được kết nối với các tổng đài công cộng (PSTN). Hình 1 mơ tả hệ thống
thơng tin di động tế bào.
Mỗi cell sẽ được gán một nhóm tần số. Các cell kế cận nhau có các nhóm tần số
khác nhau để tránh nhiễu đồng kênh. Mỗi một nhóm tần số đã được sử dụng ở cell này
có thể được sử dụng lại ở cell khác Đây l à kỹ thuật sử dụng lại tần số (Frequency
Reuse). Nhờ vậy mà dung lượng của hệ thống có thể đ ược tăng lên mà không cần tăng
thêm dải tần. Đây là lợi điểm mà các hệ thống thông tin di động hiện nay đa số đều sử
dụng.

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

5


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

Hình 1: Nguyên lí sử dụng lại tần số.
Các đặc điểm của mạng tế bào:
 Các cell thường có dạng lục giác để đ ơn giản hóa việc thiết kế, tính tốn lý
thuyết, qui hoạch, quản lí và phát triển mạng diện thoại di động. Các BTS có
thể đặt ở tâm Cell (dùng anten vơ hướng) hoặc đặt ở góc 3 Cell kề nhau
(dùng các anten định hướng).
 Tần số đã được sử dụng ở Cell này được sử dụng ở Cell khác l àm tăng hiệu
quả sử dụng tần số.
 Khi MS di động từ Cell này qua Cell khác trong khi đang th ực hiện cuộc gọi
thì MSC sẽ thực hiện định tuyến lại cuộc gọi từ Cell c ũ sang Cell mới mà
khơng làm gián đoạn cuộc gọi. Q trình này gọi là chuyển vùng (Handoff).
 Khi nhu cầu trong một Cell tăng cao h ơn so với dung lượng tối đa thì địi hỏi
sự chia Cell thành các Cell có kích thư ớc nhỏ hơn.
 Trong mạng di động tế bào thì việc liên lạc giữa MS và BTS được thực hiện
thông qua các cặp tần số: một tần số hướng lên (Uplink or Reverse link), m ột
tần số hướng xuống (Downlink or Forward link). Đây l à phương pháp song
công phân chia theo tần số (FDD – Frequency Division Duplex).
1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG
Thế hệ thứ nhất: hệ thống tế bào tương tự
 Hệ thống thông tin di động thứ nhất dựa tr ên kĩ thuật đa truy cập phân chia
theo tần số (FDMA – Frequency Division Multiple Access) và analog FM.

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

6


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

 NTT – Nippon Telegraph and Tele phone của Nhật.
 NMT-900 – Nordic Mobile Telephone c ủa công ty Ericsion, Thụy Điển.
 AMPS – Advanced Mobile Phone Service c ủa công ty AT&T, Mỹ.
 TACS – Total Access Communication System,…
 Các hệ thống NTT, NMT, AMPS có tần số k ênh Uplink và Downlink cách
nhau 45MHz.
Thế hệ thứ hai: hệ thống tế bào số
 IS-54B TDMA
 IS-136 TDMA
 IS-95 CDMA
 GSM – Global System for Mobile Communication: h ệ thống di động toàn
cầu.
 PDC – Personal Digital Cellular: h ệ thống tổ ong số cá nhân…
 Hệ thống GSM sử dụng 2 băng tần (890 -915MHz) và (935-960MHz) để liên
lạc giữa MS và BTS.
 Hệ thống thông tin di động thứ hai sử dụng kĩ thuật đa truy cập TDMA (Time
Division Multiple access) và CDMA (Code Division Multiple Access). H ệ
thống IS-95 CDMA có nhiều ưu điểm so với các hệ thống khác nh ư: dung
lượng cao, cơng suất thấp, có tính bảo mật cao…
Thế hệ hai cộng ( thế hệ 2.5):
 Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu

như HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data), m ạng GPRS (General
Packet Radio Service)…
 Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiện tên người gọi, chuyển
giao cuộc gọi, dịch vụ cấm gọi mới…
 Cải thiện dịch vụ tin nhắn SMS (Short Message Service) nh ư móc nối các
SMS, mở rộng bảng chữ cái…
Thế hệ thứ ba: CDMA khẳng định ưu thế vượt trội so với các hệ thống khác.
 WARD-92 (The World Administrative Radio Conference held in 1992) dành
băng tần 1885-2025MHz và 2110-2200MHz cho mạng di động quốc tế IMT 2000 (International Mobile Telecommunication 2000).
HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

7


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

 Mạng băng rộng, có khả năng truyền thơng đa ph ương tiện (tốc độ bit lên đến
2Mbit/s).
 Cung cấp các dịch vụ có tốc độ khác nhau.
 Chất lượng dịch vụ cao, có khả năng sử dụng to àn cầu.
 Các chuẩn cho 3G: CDMA-2000, W-CDMA UMTS TDD, W-CDMA UMTS
FDD, UWC-136 (UMTS-Universal Mobile Communication System; UWC Universal Wireless Commmunication).
Hiện nay, kĩ thuật mới MC -CDMA được đề xuất cho hệ thống di động thế hệ thứ
tư (4G) là sự kết hợp giữa OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) v à
CDMA.
1.3 CÁC KĨ THUẬT ĐA TRUY NHẬP:
Trong mỗi Cell, một BTS liên lạc với nhiều MS, và vì thế qua kênh vơ tuyến thì
MS có thể thiết lập và thực hiện kết nối với bất k ì MS nào khác. Kĩ thuật phân chia và

phối hợp các kênh liên lạc cho các MS gọi là kĩ thuật đa truy nhập. Sử dụng kĩ thuật đa
truy nhập sẽ tăng dung lượng hệ thống, giảm chi phí sử dụng cho mỗi user, dễ d àng
quản lí, có thể triển khai hệ thống rộng h ơn…
Có 3 phương pháp truy ni)=simantenna(p,ci)+simcongestion (p,ci)
- Hàm xấp xỉ lân cận gần nhất:
Sim(p,c i)=[(simantenna(p,ci))2+(simcongestion (p,ci))2]1/2
HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

68


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

- Hàm xấp xỉ nhân:
Sim(p,c i)=simantenna(p,ci).simcongestion (p,ci)

0.18
phư ơng pháp thông thư ờng
0.16

PP CBR dùng hàm xấp xỉ tiêu chuần
PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân

0.14

PP CBR hàm xấp xỉ lân cận gần nhát

tỷ lệrớt cuộc gọi

0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0

0

10

20

30

40
50
60
Lư u lư ợng hệthống

70

80

90

100

Hình 48: So sánh tỷ lệ rớt cuộc gọi với các h àm xấp xỉ khác nhau
Kết quả hình 48 cho thấy rằng có rất ít sự khác nhau về kết quả tỷ lệ rớt cuộc
gọi khi sử dụng các hàm xấp xỉ khác nhau. Vì vậy phương pháp này khơng nhạy
cảm với hàm xấp xỉ.
Tuy nhiên, ở tại điểm khi nghẽn bắt đầu xuất hiện, kết quả của phương pháp
CBR hơi xấu hơn khi khơng sử dụng CBR, bởi vì khi nghẽn cịn nhỏ, các lỗ hỏng
tạo ra xung quanh khu vực nghẽn có thể lớn hơn mức tăng của khu vực nghẽn
khi sử dụng phương pháp định dạng lại mơ hình phủ sóng.
4.2.3. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VỚI CÁC SECTOR V À BĂNG TẦNG KHÁC
NHAU:
Một cell cơ bản được chia thành nhiều segment bằng phương pháp sau: mỗi
cell có n sector và m band tạo thành n*m segment. Rõ ràng là càng nhiều segment
thì càng tốt cho bất kỳ mơ hình phủ sóng nào nhưng sẽ có nhiều dữ liệu để xử lý dẫn
đến việc thời gian thực thi lâu hơn.

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

69


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

Phần này sẽ xem xét và so sánh các kết quả với các sector và các băng tầng
khác nhau. Cũng như các kết quả phần trước, khi nghẽn xuất hiện, phương pháp
CBR cũng tốt hơn so với phương pháp kiểm soát truy cập thông thường. Mặc dù khi
nghẽn mới bắt đầu xuất hiện phương pháp CBR xấu hơn so với phương pháp thông
thường bởi vì khi đó có ít các trường hợp trong thư viện
0.16

phư ơng pháp thông thư ờng
0.14

PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân 144*20
PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân 72*20

tỷ lệrớt cuộc gọi

0.12

PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân 36*20

0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0

0

10

20

30

40
50
60

Lư u lư ợng hệthống

70

80

90

100

90

100

Hình 49:So sánh số lượng các Sector
0.16
phư ơng pháp thông thư ờng
0.14

PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân,72*40
PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân,72*20

tỷ lệrớt cuộc gọi

0.12

PP CBR dùng hàm xấp xỉ nhân 72*10

0.1
0.08

0.06
0.04
0.02
0

0

10

20

30

40
50
60
Lư u lư ợng hệthống

70

80

Hình 50: So sánh số lượng các Band
HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

70


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

Hình 49,50 thể hiện kết quả của một mơ hình lưu lượng hệ thống với 10
điểm mật độ cao với các sector và band khác nhau. Kết quả chỉ ra rằng khi
nghẽn xuất hiện (khoảng lưu lượng 60) hiệu suất của hệ thống khi sử dụng CBR
tốt hơn nhiều so với phương pháp thơng thường
Hình 49 thể hiện kết quả khi so sánh số lượng các sector và hình 42 so sánh
số band. Trong cả 2 trường hợp hàm xấp xỉ nhân được sử dụng. Độ cong trong 2
hình 49 và 50 có xu hướng giống nhau và khơng có bất kỳ sự khác biệt nào lớn
giữa các giá trị của mỗi điểm. Điều này chỉ ra rằng thuật toán xấp xỉ này không
nhạy cảm với các phần tử rời rãc này
Tuy nhiên thời gian thực thi với các phần tử rời rạc khác nhau thì khơng
giống nhau: thời gian thực thi với sự rời rạc nhiều thì dài hơn nhiều so với sự rời
rạc kém hơn.
5.4.4. Xấp xỉ trên một cluster:
Trong phần trước, việc xấp xỉ được thực hiện trên 1 cell đơn, nhưng trong
thực tế các vùng bị nghẽn thường bao gồm nhiều cell. Trong phần này ta xem
xét các kết quả khi xấp xỉ trên cluster

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

71


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

0.03
phư ơng pháp thông thư ờng

0.025

phư ơng pháp điều khiển dùng CBR

tỷ lệrớt cuộc gọi

0.02

0.015

0.01

0.005

0
40

50

60

70
80
Lư u lư ợng hệthống

90

100

Hình 51: Tỉ lệ rớt cuộc gọi khi xấp xỉ trên 1 cluster

Hình 51 thể hiện tỷ lệ rớt cuộc gọi khi xấp xỉ trên 1 cluster. Tỷ lệ rớt cuộc gọi
được tính tốn trên tồn mạng chứ khơng phải chỉ ở cluster bị nghẽn. Để thấy
được sự hiệu quả khi sử dụng phương pháp xấp xỉ trên một Cluster, ta thực hiện
việc mô phỏng phương pháp xấp xỉ trên 1 cell đơn với cùng lưu lượng hệ thống

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

72


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

0.03
phư ơng pháp thông thư ờng
0.025

phư ơng pháp CBR trên single cell

tỷ lệrớt cuộc gọi

0.02

0.015

0.01

0.005

0
40

50

60

70
80
Lư u lư ợng hệthống

90

100

Hình 52: Tỉ lệ rớt cuộc gọi khi xấp xỉ tr ên 1 cell đơn
Khi so sánh 2 hình 51 và 52 ta thấy rõ ràng kết quả khi xấp xỉ trên 1 cluster tốt
hơn nhiều.

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

73


Luận văn thạc sĩ

GVHD :PGS.TS. Phạm Hồng Liên

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN:

Điều khiển nghẽn trong thông tin di động tế b ào DS-CDMA/FRMA và W-CDMA là
một trong những vấn đề thật đáng quan tâm cho cả những nh à cung cấp và khai thác các dịch
vụ di động. Hiện nay các phương pháp điều khiển nghẽn trong mạng di động tế b ào đã được
đưa ra và ứng dụng đã phần nào cải thiện được chất lượng hệ thống, tuy nhiên chúng vẫn còn
thể hiện nhiều nhược điểm khi sử dụng trong môi tr ường tải động. Trong khuôn khổ cuốn
luận văn này chúng tôi đã đề xuất phương pháp điều khiển nghẽn khi sử dụng các nhân tố
thông minh cho hệ thống DS-CDMA/FRMA và W-CDMA..
Như đã trình bày trong các chương trước, khi áp dụng bộ điều khiển nghẽn v ào hệ
thống thơng tin tích hợp DS -CDMA/FRMA và W-CDMA, các kết quả mô phỏng đã chỉ ra
rằng đây là phương pháp thực hiện tốt hơn đối với trường hợp dùng các hàm truy cập kênh
thông thường. Các thông số được chọn để so sánh đó là tỷ lệ mất gói thoại, tỷ lệ sai hỏng khi
tranh chấp, thời gian trễ gói dữ liệ u và tính khả dụng hệ thống. Để đạt đ ược các ưu điểm quý
giá này là do bộ điều khiển nghẽn dùng kỹ thuật các nhân tố thơng minh có khả năng tính
tốn một cách thông minh các mẫu nhiễu kế tiếp, đồng thời cung cấp chỉ ti êu cho toàn hệ
thống như một quá trình điều khiển có hồi tiếp, từ đó xác định một cách gần đúng xác suất
truy cập cho người sử dụng. Tuy nhiên các kết quả thu được từ quá trình nghiên cứu mới chỉ
được thực hiện bằng phương pháp mô phỏng mà chưa được áp dụng vào thực tiễn và cũng
chưa được thực tế kiểm nghiệm . Đồng thời các kết quả trong nghi ên cứu cũng chỉ thực hiện
cho hệ thống thông tin sử dụng giao thức FRMA, một giao thức vốn mang nhiều ưu điểm so
với các giao thức thơng th ường. Những điểm này chính là các hạn chế của phương pháp.
Từ các kết quả thu được trong q trình nghiên cứu, các phân tích ưu nhược điểm của
đề tài, cho phép chúng ta có nh ững hướng phát triển mới. Đó là, chúng ta có thể lợi dụng các
ưu điểm tuyệt vời của các bộ điều khiển d ùng các tác nhân thông minh đ ể giải các bài toán
phi tuyến trong lĩnh vực viễn thơng nói chung v à trong hệ thống thơng tin di động nói ri êng,
điều này là khả thi bởi vì trong giai đoạn hiện nay người ta đã áp dụng các bộ điều khiển n ày
vào nhiều lĩnh vực và đã thu được khơng ít kết quả theo mo ng muốn. Bộ điều khiển nghẽn
thông minh sử dụng trong đề tài chỉ là kết quả của một trong số lớp các b ài toán nhằm nâng
cao dung lượng của hệ thống khi áp dụng các kỹ thuật ti ên tiến (điều khiển mờ và mạng nơ
ron và CBR). Như vậy hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là thực hiện giải các bài toán
cải thiện dung lượng và chất lượng của hệ thống thông tin di động tế b ào thế hệ thứ ba một

cách hiệu quả nhờ vào các bộ điều khiển thông minh n ày. Các bài toán thuộc dạng này như là
: bài toán về chuyển giao, bài tốn về điều khiển cơng suất, các b ài toán về tách triệt nhiễu,...

HVTH : KS. Trần Đỗ Khoa Nam

74


Luận văn tốt nghiệp cao học

GVHD : TS.Phạm Hồng Liên

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Chung-Ju Chang, Bo-Wei Chen, Terng-Yuan Liu, and Fang-Ching Ren,
“ Fuzzy/Neural congestion control for Integrated voice and data DS -CDMA/FRMA cellular
networks “, IEEE Journal on selected areas communications, Vol.18, pp. 283 – 294, 2,
February 2000.
[2]. Chung-Ju Chang, Bo-Wei Chen, Terng-Yuan Liu,and Fong-Ching Ren,
” Fuzzy/Neural congestion control for DS -CDMA/FRMA cellular systems. “, IEEE Journal
on selected areas communications,1999.
[3]. Na Yao, “A CBR Approach for Rad iation Pattern Control in WCDMA Networks” ,
Department of Electronic Engineering Queen Mary, University of London , 2007
[4]. Soamsiri Chantaraskul, “An Intelligent-Agent Approach for Managing Congestion in W CDMA Networks, Department of Electronic Engineer ing Queen Mary, University of London ,
2005
[5]. B. Kosko, “Neural networks and Fuzzy systems”, Prentice –Hall, 1992.
[6]. John G.proakis, “digital communications”, McGraw -Hill International Editions, 1995.
[7]. Bernard Sklar, “digital communication -fundamentals and Aplications”, Prentice -Hall
International, Inc. 1988.
[8]. Groe Larson, “CDMA mobile radio design”, McGraw -Hill International Editions, 2000.

[9]. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ thứ ba”, Tập 1 v à 2, Nhà xuất bản
Bưu điện, Tháng 12 – 2001.
[10]. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển mờ”, nh à xuất bản khoa
học kỹ thuật , 1999.
[11]. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển mờ”, nhà xuất bản khoa
học kỹ thuật , 1999.

HVTH: KS. TRẦN ĐỖ KHOA NAM

76