1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án tốt nghiệp : Phủ sóng thông tin di động trong tòa nhà

Đồ án tốt nghiệp : Phủ sóng thông tin di động trong tòa nhà

Mục tiêu: tìm hiểu các mô hình truyền sóng. Nắm vững phạm vi ứng dụng các mô hình truyền sóng. Có khả năng áp dụng kiến thức để phát hiện ra mô hình truyền sóng mới. Tính toán suy hao của tín hiệu vô tuyến trong môi trường Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -1- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc CH¦¥NG 1. C¸C M¤ H×NH TRUYÒN SãNG Môc tiªu:  T×m hiÓu c¸c m« h×nh truyÒn sãng.  N¾m v÷ng ph¹m vi øng dông cña c¸c m« h×nh truyÒn sãng.  Cã kh¶ n¨ng ¸p dông kiÕn thøc ®Ó ph¸t hiÖn ra m« h×nh truyÒn sãng míi.  TÝnh

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 107

Ngày tạo 8/30/2018 4:16:50 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 5.69 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp : Phủ sóng thông tin di động tron... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -1- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc CH¦¥NG 1. C¸C M¤ H×NH TRUYÒN SãNG Môc tiªu:  T×m hiÓu c¸c m« h×nh truyÒn sãng.  N¾m v÷ng ph¹m vi øng dông cña c¸c m« h×nh truyÒn sãng.  Cã kh¶ n¨ng ¸p dông kiÕn thøc ®Ó ph¸t hiÖn ra m« h×nh truyÒn sãng míi.  TÝnh to¸n suy hao cña tÝn hiÖu v« tuyÕn trong c¸c m«i tr­êng. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  2. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -2- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc 1.1 Nguyªn lý truyÒn dÉn sãng ®iÖn tõ. 1.1.1 C¸c c¬ chÕ lan truyÒn sãng ®iÖn tõ. Lan truyÒn sãng ®iÖn tõ ®­îc chia thµnh 3 c¬ chÕ lan truyÒn c¬ b¶n:  Ph¶n x¹  Khóc x¹  T¸n x¹ Tx Rx Ph¶n x¹ Khóc x¹ T¸n x¹ H×nh 1.1 C¸c c¬ chÕ lan truyÒn sãng ®iÖn tõ Ph¶n x¹ lµ c¬ chÕ x¶y ra khi sãng ®iÖn tõ va ®Ëp vµo vËt thÓ cã kÝch th­íc lín h¬n rÊt nhiÒu so víi b­íc sãng. Ph¶n x¹ sinh ra c¸c sãng thø cÊp cã thÓ g©y nhiÔu víi c¸c sãng kh¸c. Tuy nhiªn, t¹i phÝa thu c¸c tia sãng ph¶n x¹ cã thÓ g©y t­¬ng t¸c tÝch cùc hoÆc tiªu cùc víi nhau phô thuéc vµo pha cña chóng. Trong m«i tr­êng di ®éng, c¬ chÕ nµy cã thÓ xem nh­ lµ hiÖu øng nhiÒu tia. Khóc x¹ lµ c¬ chÕ x¶y ra khi ®­êng truyÒn sãng bÞ che khuÊt mét phÇn bëi mét vËt thÓ. Trong tr­êng hîp nµy, sãng ®iÖn tõ ®­îc xem nh­ lµ truyÒn vßng qua c¹nh cña vËt thÓ ®Õn vïng kh«ng gian kh«ng thuéc miÒn truyÒn th¼ng (line of sight) tõ phÝa ph¸t. Trong th«ng tin v« tuyÕn, ®©y lµ thuéc tÝnh rÊt quan träng. Nã lµm t¨ng hiÖu øng che khuÊt vµ cho phÐp thiÕt kÕ mét hÖ thèng m¹ng di ®éng víi vÞ trÝ t­¬ng ®èi cña tr¹m gèc vµ m¸y di ®éng lu«n thay ®æi. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  3. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -3- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc T¸n x¹ lµ c¬ chÕ x¶y ra trong m«i tr­êng truyÒn dÉn cã chøa c¸c vËt thÓ cã kÝch th­íc nhá h¬n nhiÒu so víi b­íc sãng cña tÝn hiÖu. C¬ chÕ nµy lµm cho n¨ng l­îng cña sãng ®iÖn tõ sÏ bøc x¹ ra nhiÒu h­íng kh¸c nhau, c«ng suÊt tÝn hiÖu sÏ bÞ suy hao. 1.1.2 C¸c hiÖu øng lan truyÒn sãng. Lan truyÒn sãng ®iÖn tõ trong m«i tr­êng thùc lµ mét qu¸ tr×nh phøc t¹p, ®ã lµ sù kÕt hîp cña nhiÒu c¬ chÕ lan truyÒn kh¸c nhau. Tuy nhiªn, nã ®­îc m« h×nh hãa thµnh 3 lo¹i hiÖu øng c¬ b¶n sau:  HiÖu øng nhiÒu tia.  HiÖu øng che khuÊt.  Lan truyÒn qua tßa nhµ vµ khu vùc giao th«ng. HiÖu øng nhiÒu tia lµ hiÖu øng lan truyÒn sãng rÊt phæ biÕn trong m«i tr­êng di ®éng. Nã lµ sù tæng qu¸t hãa cña c¬ chÕ ph¶n x¹ hai tia. Trong thùc tÕ, lan truyÒn nhiÒu tia sÏ cã hµng chôc ®Õn hµng tr¨m tÝn hiÖu thµnh phÇn víi biªn ®é vµ pha ngÉu nhiªn sÏ ®Õn m¸y thu. §©y lµ c¬ chÕ phading nhanh, nã xuÊt hiÖn khi tÝn hiÖu thu ®­îc tõ rÊt nhiÒu ®­êng truyÒn cã pha biÕn ®æi. KÕt qu¶ lµ pha sÏ lo¹i trõ nhau mét c¸ch ngÉu nhiªn, g©y ra phading nhanh, ®«i khi rÊt s©u hoÆc ®«i khi biªn ®é t¨ng lªn nhiÒu lÇn, xuÊt hiÖn víi kho¶ng c¸ch lµ hÖ sè nguyªn lÇn b­íc sãng. Phadinh nhanh ®­îc chia lµm 2 lo¹i. §ã lµ phading Rayleigh vµ Racian. Khi mét m¸y di ®éng di chuyÓn qua mét vïng phñ sãng, mçi mét c¬ chÕ lan truyÒn sÏ cã ¶nh h­ëng tøc thêi ®Õn tÝn hiÖu thu ®­îc. LÊy vÝ dô, nÕu m¸y di ®éng cã mét ®­êng truyÒn th¼ng tíi tr¹m gèc, th× c¸c c¬ chÕ lan truyÒn kh¸c sÏ kh«ng g©y ¶nh h­ëng ®Õn tÝn hiÖu thu ®­îc. §©y lµ ph©n bè cña phading Racian. Ng­îc l¹i, nÕu tõ m¸y di ®éng ®Õn tr¹m gèc kh«ng cã ®­êng truyÒn th¼ng, th× c¸c c¬ chÕ lan truyÒn kh¸c nh­ ph¶n x¹, khóc x¹ lµ ®­êng truyÒn tÝn hiÖu chÝnh ®Õn m¸y thu. §©y lµ ph©n bè cña phading Rayleigh. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  4. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -4- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc Nãi chung, chóng ta nªn xem phading Rayleigh lµ tr­êng hîp tæng qu¸t. Phading Raycian chØ lµ tr­êng hîp ®Æc biÖt. MS MS BS BS Phading Rayleigh Phading Raycian H×nh 1.2 HiÖu øng lan truyÒn nhiÒu tia H×nh 1.3 Pha ding Rayleigh. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  5. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -5- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc HiÖu øng che khuÊt: sù thay ®æi chËm trong suy hao ®­êng truyÒn g©y ra bëi sù che ch¾n hoÆc che ch¾n mét phÇn do kÝch th­íc lín cña vËt thÓ hoÆc ®Æc tÝnh cña ®Þa h×nh. Sù che khuÊt thay ®æi chËm ®­îc miªu t¶ bëi mét ph©n bè kh¸c ®­îc gäi lµ ph©n bè loga. §ã lµ kÕt qu¶ cña c¬ chÕ t¸n x¹ trªn mét sè c¸c vËt thÓ, dÉn tíi sù thay ®æi ngÉu nhiªn cña tÝn hiÖu. Lan truyÒn qua tßa nhµ vµ khu vùc giao th«ng. M¸y di ®éng cã thÓ di chuyÓn kh¾p mäi n¬i, trong tßa nhµ còng nh­ trªn c¸c ph­¬ng tiÖn giao th«ng, trªn mäi nÎo ®­êng. §Ó ®¶m b¶o r»ng c­êng ®é tÝn hiÖu ®ñ m¹nh tíi c¸c m¸y di ®éng, chóng ta cÇn ph¶i tÝnh to¸n suy hao ®­êng truyÒn khi tÝn hiÖu xuyªn qua c¸c vËt thÓ. V× cã sù kh¸c nhau cña vËt liÖu, h­íng truyÒn, vÞ trÝ cña vËt thÓ nªn rÊt khã cã thÓ dù ®o¸n chÝnh x¸c suy hao cho tõng tr­êng hîp cô thÓ. V× vËy, chóng ta ph¶i sö dông c¸c m« h×nh thèng kª. Cô thÓ lµ chóng ta muèn biÕt suy hao n¨ng l­îng trung b×nh cña tÝn hiÖu khi ®i qua vËt thÓ. Dù ®o¸n møc tÝn hiÖu trong tßa nhµ lµ rÊt phøc t¹p. Mét tßa nhµ lµ sù tæ hîp cña nhiÒu vËt c¶n. C¬ chÕ lan truyÒn c¬ b¶n ®­îc øng dông cho tÝn hiÖu lan truyÒn vµo vµ bªn trong tßa nhµ lµ khóc x¹. Møc tÝn hiÖu bªn trong tßa nhµ chÞu ¶nh h­ëng cña nhiÒu tham sè kh¸c nhau. §ã lµ: - Gãc tíi cña tÝn hiÖu tõ tr¹m gèc ®Õn tßa nhµ. - H×nh d¹ng cña cöa sæ. - §Æc tÝnh hÊp thô vµ ph¶n x¹ cña bÒ mÆt vµ t­êng cña tßa nhµ. - Sù bè trÝ s¾p xÕp vµ ®Æc tÝnh cña ®å vËt bªn trong. - Sù thay ®æi tõ tÇng nä ®Õn tÇng kia so víi vÞ trÝ cña tr¹m gèc. - Lan truyÒn trong c¸c hép kü thuËt, giÕng thang m¸y. MÆc dï ®· cã mét sè nghiªn cøu vÒ lan truyÒn sãng trong tßa nhµ, nh­ng kÕt qu¶ l¹i rÊt kh¸c nhau. Cho nªn hÇu hÕt c¸c kü s­ ph¶i sö dông ®Õn ph­¬ng NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  6. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -6- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc ph¸p thèng kª dùa trªn c¸c phÐp ®o thùc tÕ, thay v× x¸c ®Þnh mét ph­¬ng thøc tiÕp cËn tæng qu¸t. 1.2 Lan truyÒn trong kh«ng gian tù do. Lan truyÒn trong kh«ng gian tù do khi tÝn hiÖu chØ truyÒn trªn mét ®­êng, kh«ng cã sù ph¶n x¹ còng nh­ sù che ch¾n ®­êng truyÒn bëi vËt thÓ. VÒ mÆt kü thuËt, ®iÒu kiÖn ®Ó cã lan truyÒn tù do lµ miÒn Fresnel thø nhÊt kh«ng bÞ che ch¾n bëi vËt thÓ. NÕu gäi d lµ b¸n kÝnh miÒn Fresnel thø nhÊt,  lµ b­íc sãng cña tÝn hiÖu, D lµ kho¶ng c¸ch tõ tr¹m ph¸t ®Õn m¸y di ®éng, ta cã c«ng thøc tÝnh b¸n kÝnh miÒn Fresnel thø nhÊt nh­ sau: 1 d D (1-1) 2 H×nh 1.4 MiÒn Fresnel thø nhÊt. Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n suy hao ®­êng truyÒn, lan truyÒn trong kh«ng gian tù do ®­îc xem nh­ lµ mét m« h×nh chuÈn. C¸c m« h×nh kh¸c ®­îc x©y dùng trªn m« h×nh chuÈn nµy vµ cè g¾ng t×m ra mét c¸ch tiÕp cËn tíi mét gi¸ trÞ suy hao dù ®o¸n chÝnh x¸c h¬n. Chóng ta b¾t ®Çu víi c«ng thøc tÝnh suy hao sau: 2  4 d  L fs   (1-2)    NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  7. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -7- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc Trong c«ng thøc nµy, d lµ kho¶ng c¸ch gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu.  lµ b­íc sãng V× d vµ  ®Òu lµ tham sè ®o kho¶ng c¸ch, nªn kÕt qu¶ cña phÐp tÝnh trªn sÏ lµ mét gi¸ trÞ phi kho¶ng c¸ch. Ta viÕt l¹i c«ng thøc trªn theo c¸c tham sè th­êng ®­îc sö dông lµ tÇn sè (f) vµ kho¶ng c¸ch víi  = c/f, trong ®ã f lµ tÇn sè sãng mang (®¬n vÞ lµ MHz), c lµ vËn tèc ¸nh s¸ng (c= 3.108 m/s). 2  4  df  L fs   (1-3)  c  ChuyÓn ®æi c«ng thøc nµy sang logarit, ta cã: L (dB) = 32.44 + 20lgf(MHz) + 20lgd(km) (1-4) Ta muèn chuyÓn ®æi c«ng thøc 1-3 sang dB, trong ®ã d ®­îc tÝnh lµ km, f lµ MHz, gi¸ trÞ h»ng sè c = 3.108 m/s. Chóng ta ph¶i chuyÓn ®æi c«ng thøc mét c¸ch hoµn h¶o ®Ó ®¶m b¶o r»ng tham sè cña hµm loga kh«ng cßn gi¸ trÞ ®o kho¶ng c¸ch.  10 3 m   10 6 Hz  4d km    1MHz   f MHz   4d km f MHz  1km     8  8 3 x10 m / s 3 x10 m / s 4df 109 m.Hz 40df   3x10 8 m / s 3 ChuyÓn ®æi sang dB, ta cã:  40  L fs ( dB )  20 lg   20 lg f  20 lg d  3  PhÐp tÝnh nµy cho kÕt qu¶ nh­ c«ng thøc 1.4 ë trªn. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  8. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -8- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc 1.3 M« h×nh Okumura. Trong c¸c b¶n b¸o c¸o cña Okumura cã chøa mét tËp c¸c ®­êng cong ®­îc x©y dùng tõ rÊt nhiÒu c¸c phÐp ®o ®­îc thùc hiÖn tõ n¨m 1962 ®Õn 1965. Môc ®Ých cña nã lµ miªu t¶ sù suy hao vµ sù thay ®æi c­êng ®é tr­êng ®iÖn tõ theo sù thay ®æi cña ®Þa h×nh. Okumura muèn tÝnh to¸n mét c¸ch hÖ thèng ®èi víi c¸c lo¹i ®Þa h×nh kh¸c nhau vµ c¸c m«i tr­êng kh¸c nhau. Do vËy, «ng ®· ph©n lo¹i ®Þa h×nh vµ m«i tr­êng nh­ sau: §Þa h×nh: - §Þa h×nh b»ng ph¼ng: lµ ®Þa h×nh cã c¸c vËt thÓ trªn ®ã cã chiÒu cao trung b×nh kh«ng v­ît qu¸ 20m. - §Þa h×nh bÊt th­êng: lµ c¸c ®Þa h×nh kh«ng thuéc ®Þa h×nh b»ng ph¼ng, vÝ dô nh­ ®Þa h×nh cã ®åi nói. M«i tr­êng: - Khu vùc më: lµ vïng kh«ng gian trong ®ã kh«ng cã c©y cao, tßa nhµ cao tÇng ch¾n ngang ®­êng truyÒn sãng. §Þa h×nh tho¸ng ®·ng, kh«ng cã vËt thÓ n»m c¶n ®­êng truyÒn ®Õn m¸y di ®éng trong ph¹m vi 300 ®Õn 400m. VÝ dô nh­ khu vùc c¸nh ®ång, n«ng trang. - Khu vùc ngo¹i «: Khu lµng x·, ®­êng cao tèc víi c©y vµ nhµ th­a thít. Trong khu vùc nµy cã mét sè vËt thÓ ch¾n nh­ng kh«ng che ch¾n hoµn toµn. - Khu vùc thµnh phè: lµ khu vùc cã nhiÒu nhµ cao tÇng san s¸t nhau, d©n c­ ®«ng ®óc, c©y cèi trång thµnh hµng s¸t nhau. C«ng thøc Okumura: LOKUMURA = Lfs + Am (1-5) Trong ®ã: Am lµ hÖ sè suy hao dù ®o¸n Okumura. Am ®­îc tra qua ®å thÞ ®­êng cong. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  9. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -9- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc Lfs : lµ suy hao lan truyÒn trong kh«ng gian tù do. VÝ dô: f = 800MHz. d = 10km hBS = 200m hMS = 3m. Tõ ®å thÞ ®­êng cong dù ®o¸n suy hao , ta cã Am = 29dB. Do ®ã, Ltotal = Lfs + Am = 32,44 +20lg(800) + 20lg(10) + 29 = 139,5dB. H×nh 1.5 §­êng cong dù ®o¸n suy hao. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  10. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -10- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc 1.4 M« h×nh Hata M« h×nh Hata x©y dùng trªn kinh nghiÖm, ®óc rót tõ m« h×nh Okumura. M« h×nh Hata chuyÓn ®æi c¸c th«ng tin vÒ suy hao ®­êng truyÒn cã tÝnh h×nh häc cña m« h×nh Okumura sang c«ng thøc to¸n häc. M« h×nh nµy ®­îc x©y dùng dùa trªn suy hao ®­êng truyÒn gi÷a c¸c anten isotropic, nh­ng nã còng xÐt ®Õn c¸c th«ng sè kh¸c nh­ chiÒu cao cña cét anten tr¹m BTS, chiÒu cao cña anten MS. §Þa h×nh trong m« h×nh ®­îc gi¶ thiÕt lµ kh¸ b»ng ph¼ng, kh«ng cã bÊt th­êng. C¸c ®iÒu kiÖn rµng buéc cña m« h×nh Hata: - D¶i tÇn lµm viÖc: 150 ®Õn 1500MHz. - ChiÒu cao cña anten BTS: 30 ®Õn 200m. - ChiÒu cao cña anten MS: 1 ®Õn 10m. - Kho¶ng c¸ch gi÷a BTS vµ MS: 1 ®Õn 20km. C«ng thøc Hata tÝnh suy hao ®­êng truyÒn: LHATA = 69,55 + 26,16logfC –13,82loghB – a(hm) + (44,9 – 6,55loghB) x logR. (1-6) Trong ®ã: §èi víi khu vùc thµnh phè võa vµ nhá: a(hm) = (1,1logfC – 0,7)hm - (1,56logfC – 0,8 ) §èi víi khu vùc thµnh phè lín: a(hm) = 8,29(log1,54hm)2 – 1,1 fC < 200MHz. a(hm) = 3,2(log11,75hm)2 – 4,97 fC > 400MHz. §èi víi khu vùc ngo¹i «: LHATA, Suburban = LHATA –2 (log(fC/28))2 – 5,4. §èi víi khu vùc trèng: LHATA, Suburban = LHATA – 4,78(logfC)2 + 18,33logfC – 40,94. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  11. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -11- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc B¶ng 1.1 B¶ng tham sè Hata Tham sè Gi¶i thÝch Ph¹m vi fC TÇn sè (MHz) 150 ~ 1500 hb ChiÒu cao cét anten BTS (m) 30 ~ 200 hm ChiÒu cao anten MS (m) 1 ~ 10 R Kho¶ng c¸ch BTS ®Õn MS (km) 1 ~ 20 a(hm) HÖ sè hiÖu chØnh 1.5 M« h×nh COST231 – Walfish – Ikegami. COST lµ ch÷ viÕt t¾t cña c«ng ty chuyªn nghiªn cøu c«ng nghÖ vµ khoa häc tr­êng ®iÖn tõ Ch©u ¢u. COST lµ c«ng ty kÕt hîp gi÷a nghiªn cøu vµ c«ng nghiÖp. Môc tiªu chÝnh cña COST lµ nghiªn cøu b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh lan truyÒn sãng ®iÖn tõ trong d¶i tÇn VHF vµ UHF vµ ph¸t triÓn c¸c m« h×nh kªnh, lan truyÒn ®· ®­îc chøng minh. Dù ¸n COST213 nghiªn cøu tiÕn tr×nh ph¸t triÓn cña hÖ thèng th«ng tin di ®éng mÆt ®Êt lµ mét trong sè rÊt nhiÒu dù ¸n nghiªn cøu cña COST, nã lµ kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh ph¸t triÓn vµ më réng c¸c m« h×nh lan truyÒn sãng. LÊy vÝ dô, m« h×nh Hata ®­îc më réng ®Ó cã thÓ øng dông vµo ph¹m vi truyÒn sãng lªn tíi 100km, trªn d¶i tÇn sè tõ 1,5 ®Õn 2GHz. §©y chÝnh lµ m« h×nh COST213-Hata. Mét m« h×nh kh¸c ®­îc ph¸t triÓn më réng, ®ã lµ COST231- Walfish-Ikegami. C¸c m« h×nh truyÒn sãng mµ chóng ta ®· ®Ò cËp ë phÇn tr­íc chØ ®­îc ¸p dông cho ®­êng truyÒn sãng trùc tiÕp tõ BTS ®Õn MS. Nh÷ng m« h×nh cæ ®iÓn nµy ®­îc øng dông vµo c¸c cell lín (macro Cell) víi chiÒu cao lín cña cét anten BTS. KÕt qu¶ lµ, c¸c m« h×nh nµy kh«ng thÓ ¸p dông vµo c¸c hÖ thèng ®ang ®­îc triÓn khai hiÖn nay, víi ®­êng truyÒn ng¾n h¬n 1km vµ rÊt hiÕm ®­êng truyÒn th¼ng trùc tiÕp LOS. M« h×nh COST231-Walfish-Ikegami ­íc l­îng suy hao ®­êng truyÒn trong m«i tr­êng ®« thÞ, víi d¶i tÇn lµm viÖc tõ 800 ®Õn 2000MHz. M« h×nh NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  12. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -12- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc nµy ®­îc ¸p dông cho c¶ ®­êng truyÒn th¼ng LOS vµ ®­êng truyÒn gi¸n tiÕp NLOS. §èi víi ®­êng truyÒn LOS, m« h×nh sÏ ®­îc chuyÓn ®æi vÒ lan truyÒn trong kh«ng gian tù do. §èi víi ®­êng truyÒn NLOS, m« h×nh sÏ ®­îc bæ sung thªm 2 ®iÒu kiÖn vÒ suy hao. §iÒu kiÖn thø nhÊt lµ suy hao nhiÒu bÒ mÆt, nguyªn nh©n g©y ra bëi tÝn hiÖu lan truyÒn tõ BTS qua c¸c m¸i nhµ. §iÒu kiÖn thø hai g©y ra bëi suy hao khóc x¹ vµ t¸n x¹ t¹i m¸i, c¹nh tßa nhµ, gãc phè n¬i m¸y mobile ®ang ë ®ã. Cã 3 thµnh phÇn cÇn quan t©m ®Õn trong m« h×nh: - Suy hao lan truyÒn trong kh«ng gian tù do Lfs - Suy hao nhiÒu bÒ mÆt Lms - Suy hao khóc x¹ vµ t¸n x¹ tõ m¸i nhµ ®Õn ®­êng phè Lrts. §iÒu kiÖn øng dông cña m« h×nh lµ cho ®­êng truyÒn sãng v« tuyÕn trong khu vùc ®« thÞ. - TÇn sè lµm viÖc fC : 800 ®Õn 2000MHz. - ChiÒu cao cét anten BTS hb : 4 ®Õn 50m. - ChiÒu cao anten MS hm : 1 ®Õn 3m. - Kho¶ng c¸ch tõ BTS ®Õn MS: 20 ®Õn 5km. C«ng thøc COST231-Walfish-Ikegami : Lfs + Lms + Lrts LCOST = Lfs NÕu Lms + Lrts < 0 (1-7) Chó ý: khi suy hao do khóc x¹ vµ suy hao bÒ mÆt nhá h¬n hoÆc b»ng 0, th× m« h×nh sÏ chuyÓn vÒ suy hao lan truyÒn trong kh«ng gian tù do. Tr­íc khi kiÓm tra l¹i c«ng thøc, chóng ta ph¶i ®Þnh nghÜa mét sè tham sè phô ®­îc sö dông trong c«ng thøc. - §é réng cña ®­êng phè W (m). - Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tßa nhµ däc theo ®­êng truyÒn b (m). - ChiÒu cao cña tßa nhµ hroof (m). - hm = hroof – hm ; hb = hb - hroof NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  13. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -13- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc - Gãc tíi t¹o víi chiÒu cña ®­êng phè  (®é). C¸c c«ng thøc tÝnh suy hao chÝnh: Suy hao trong kh«ng gian tù do: Lfs = L (dB) = 32.44 + 20logf(MHz) + 20logd(km) Suy hao khóc x¹ vµ t¸n x¹: Lrts = -16,9 – 10logW + 10logfC + 20loghm + L . Suy hao ®a bÒ mÆt: Lms = Lbsh + ka + kdlogd + kplogfC – 9logb. C¸c tham sè phô trong m« h×nh. Suy hao h­íng phè: 0 0   10  0,345 khi 0    35  Lori  2,5  0,075(  35) khi 350    550 4,0  0,114(  55) khi550    900  H×nh 1.6 C¸c tham sè trong m« h×nh Walfish- Ikegami. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  14. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -14- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc B¶ng 1.2 C¸c gi¸ trÞ ngÇm ®Þnh c¸c tham sè trong m« h×nh Tham sè ý nghÜa Gi¸ trÞ b Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tßa nhµ. 20 ®Õn 50m w §é réng ®­êng phè b/2 hroof ChiÒu cao tßa nhµ 3m x sè tÇng  Gãc tíi 90 ®é 1.6 M« h×nh vµ c¸c ®Æc tÝnh fading Lan truyÒn sãng v« tuyÕn lµ mét qu¸ tr×nh phøc t¹p ®­îc m« t¶ bëi rÊt nhiÒu hiÖu øng kh¸c nhau nh­ lan truyÒn nhiÒu tia hay che khuÊt. Mét sù m« t¶ to¸n häc chÝnh x¸c cho hiÖn t­îng nµy hoÆc lµ kh«ng thµnh c«ng, hoÆc lµ qu¸ phøc t¹p. Tuy nhiªn, nh÷ng nç lùc ®¸ng kÓ ®ã ®· t×m ra mét h×nh thèng kª vµ ®Æc tÝnh cña c¸c hiÖu øng kh¸c nhau. KÕt qu¶ lµ chóng ta cã mét lo¹t c¸c m« h×nh thèng kª kh¸ chÝnh x¸c vµ ®¬n gi¶n cho c¸c kªnh fading trong c¸c m«i tr­êng truyÒn dÉn kh¸c nhau. Môc ®Ých cña phÇn nµy lµ tæng kÕt mét c¸ch ng¾n ngän c¸c m« h×nh vµ ®Æc tÝnh quan träng cña c¸c kªnh fading. 1.6.1 C¸c tÝnh chÊt quan träng cña kªnh fading. 1.6.1.1 Sù biÕn ®éng vÒ pha vµ biªn ®é. Khi mét tÝn hiÖu thu ®­îc bÞ ¶nh h­ëng cña fading trong qu¸ tr×nh truyÒn, c¶ pha vµ biªn ®é cña tÝn hiÖu sÏ bÞ biÕn ®æi theo thêi gian. §èi víi c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ chÆt chÏ, ¶nh h­ëng cña fading ®Õn pha cã thÓ lµm gi¶m hiÖu suÊt nghiªm träng, trõ khi c¸c biÖn ph¸p bï pha ®­îc ¸p dông t¹i ®Çu thu. Th«ng th­êng, viÖc sö dông c¸c bé ph©n tÝch hÖ thèng trong ®iÒu chÕ cho r»ng sù ¶nh h­ëng cña pha g©y ra bëi phading sÏ ®­îc hiÖu chØnh chÝnh x¸c t¹i phÝa thu, ®©y ®­îc xem nh­ lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ chÆt chÏ. §èi víi c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ kh«ng chÆt chÏ, th«ng tin vÒ pha sÏ kh«ng ®­îc cÇn ®Õn ë phÝa thu. Do ®ã, sù biÕn ®éng vÒ pha g©y ra bëi phading sÏ kh«ng lµm gi¶m hiÖu suÊt ho¹t ®éng. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  15. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -15- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc 1.6.1.2 Phading nhanh vµ chËm. Sù ph©n biÖt gi÷a phading nhanh vµ chËm lµ rÊt quan träng trong c¸c m« h×nh to¸n häc cña kªnh phading vµ viÖc ®¸nh gi¸ hiÖu suÊt cña c¸c hÖ thèng viÔn th«ng ho¹t ®éng trªn c¸c kªnh nµy. Kh¸i niÖm nµy liªn quan ®Õn thêi gian liªn kÕt kªnh (coherence time Tc), ®­îc ®o b»ng kho¶ng thêi gian mµ qu¸ tr×nh phading x¶y ra. Thêi gian liªn kÕt còng liªn quan ®Õn kªnh tr¶i phæ Doppler, fd nh­ sau: 1 TC  (1-8) fd Phading ®­îc gäi lµ chËm nÕu kho¶ng thêi gian ký hiÖu nhá h¬n thêi gian liªn kÕt cña kªnh TC. Ng­îc l¹i, nã ®­îc gäi lµ phading nhanh. Trong phading chËm, mét gi¸ trÞ phading x¸c ®Þnh cã ¶nh h­ëng rÊt nhiÒu tíi c¸c ký hiÖu liÒn nhau. Nã lµ nguyªn nh©n dÉn tíi sù lçi côm. Trong phading nhanh, phading g©y ra t­¬ng quan gi÷a c¸c ký hiÖu. Khi c¸c quyÕt ®Þnh t¹i phÝa thu ®­îc thùc hiÖn dùa trªn sù quan s¸t tÝn hiÖu thu ®­îc trong kho¶ng thêi gian cña 2 hay nhiÒu ký hiÖu th× sù thay ®æi cña kªnh phading tõ kho¶ng thêi gian cña mét ký hiÖu tíi ký hiÖu tiÕp theo ph¶i ®­îc tÝnh ®Õn. §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c m« h×nh t­¬ng quan vµ phô thuéc vµo m«i tr­êng truyÒn dÉn cô thÓ. 1.6.1.3 Phading ph¼ng vµ phading chän tÇn. Chän tÇn còng lµ mét thuéc tÝnh rÊt quan träng trong phading. NÕu tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn phæ cña tÝn hiÖu ph¸t bÞ ¶nh h­ëng cïng mét ph­¬ng thøc th× ta gäi ®ã lµ phading ph¼ng. Trong tr­êng hîp nµy c¸c hÖ thèng b¨ng hÑp, trong ®ã b¨ng th«ng cña tÝn hiÖu ph¸t nhá h¬n nhiÒu so víi b¨ng th«ng liªn kÕt cña kªnh fc. B¨ng th«ng nµy ®­îc ®o b»ng ®é réng d¶i tÇn sè mµ qu¸ tr×nh phading diÔn ra t­¬ng quan. Nã còng ®­îc ®Þnh nghÜa lµ b¨ng th«ng tÇn sè trong ®ã chøc n¨ng t­¬ng quan cña hai mÉu cña hai kªnh ®¸p øng t¹i cïng NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  16. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -16- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc mét thêi ®iÓm, nh­ng t¹i c¸c tÇn sè kh¸c nhau. Ngoµi ra, b¨ng th«ng liªn kÕt cßn liªn quan ®Õn trÔ tr¶i réng cùc ®¹i, max . 1 fC  (1-9)  max MÆt kh¸c, nÕu c¸c thµnh phÇn phæ cña tÝn hiÖu ph¸t bÞ ¶nh h­ëng bëi hÖ sè t¨ng Ých biªn ®é vµ dÞch pha kh¸c nhau, th× phading ®ã ®­îc gäi lµ phading lùa chän tÇn sè. Phading nµy ®­îc ¸p dông vµo c¸c hÖ thèng b¨ng th«ng réng trong ®ã b¨ng th«ng cña tÝn hiÖu ph¸t lín h¬n b¨ng th«ng liªn kÕt cña kªnh. 1.6.2 M« h×nh kªnh phading ph¼ng. Khi phading ¶nh h­ëng ®Õn c¸c hÖ thèng b¨ng th«ng hÑp, biªn ®é cña sãng mang thu ®­îc bÞ ®iÒu chÕ theo biªn ®é cña phading , trong ®ã  lµ RV cã gi¸ trÞ trung b×nh b×nh ph­¬ng    2 , vµ hµm mËt ®é x¸c suÊt (PDF) p() phô thuéc vµo tÝnh chÊt tù nhiªn cña m«i tr­êng truyÒn dÉn. Sau khi bÞ ¶nh h­ëng cña phading trªn ®­êng truyÒn, tÝn hiÖu bÞ x¸o trén t¹i phÝa thu bëi nhiÔu nÒn Gaussian (AWGN). NhiÔu AWGN ®­îc gi¶ thiÕt lµ cã tÝnh ®éc lËp thèng kª víi biªn ®é phading  vµ nã ®­îc m« t¶ b»ng hµm mËt ®é phæ c«ng suÊt mét phÝa (W/Hz). Nãi mét c¸ch t­¬ng ®­¬ng, c«ng suÊt tÝn hiÖu thu ®­îc tøc thêi bÞ ®iÒu chÕ bëi 2. Do vËy, chóng ta ®Þnh nghÜa hÖ sè tøc thêi cña tÝn hiÖu trªn t¹p ©m SNR vµ ký hiÖu lµ    2 E S / N o vµ hÖ sè SNR trung b×nh trªn ký hiÖu   E S / N 0 , trong ®ã ES lµ n¨ng l­îng cña mét ký hiÖu. Ngoµi ra, hµm PDF cña  ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch thªm vµo mét tham sè biÕn ®æi  trong biÓu thøc cña phading PDF p(). Ta cã: p (   ) p  ( )  (1-10) 2   NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  17. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -17- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc Hµm sinh tøc thêi (MGF) M(s) kÕt hîp víi hµm PDF p() ®­îc viªt nh­ sau:  M  ( s)   p  ( )e 3 d (1-11) 0 Hµm M(s) lµ mét ®Æc tÝnh thèng kª quan träng kh¸c cña kªnh phading. Ngoµi ra, sè l­îng phading (hÖ sè phading) AF liªn quan ®Õn hµm PDF nh­ sau: AF   var( 2 ) E ( 2  ) 2    E ( 2 )  ( E  ) 2   (E  2 )2 2 ( E  ) 2 (1-12) trong ®ã: E[..] lµ hµm thèng kª trung b×nh, var(..) lµ tham sè. PhÇn tiÕp theo chóng ta sÏ t×m hiÓu ¶nh h­ëng cña c¸c m«i tr­êng lan truyÒn kh¸c nhau ®Õn kªnh phading vµ c¸c hµm t­¬ng øng nh­ PDF, MGF vµ AF, còng nh­ mèi quan hÖ víi c¸c kªnh vËt lý. 1.6.2.1 Phading nhiÒu tia. Phading nhiÒu tia g©y ra sù kÕt hîp tÝch cùc vµ tiªu cùc cña tÝn hiÖu thu tæng hîp sau khi tr¶i qua c¸c hiÖu øng ph¶n x¹, khóc x¹, t¸n x¹ vµ trÔ mét c¸ch ngÉu nhiªn. Lo¹i phading nµy lµ phading nhanh, thÓ hiÖn cho sù thay ®æi cña tÝn hiÖu trong kho¶ng thêi gian ng¾n. Phading nhiÒu tia phô thuéc nhiÒu vµo m«i tr­êng lan truyÒn tù nhiªn, vµ cã rÊt nhiÒu m« h×nh thèng kª miªu t¶ tr¹ng th¸i ®­êng biªn phading. Trong ®ã cã c¸c m« h×nh sau: - M« h×nh Rayleigh. - M« h×nh Nakagami-q. - M« h×nh Nakagami-n. - M« h×nh Nakagami-m. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  18. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -18- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc 1.6.2.2 HiÖu øng che khuÊt hµm log. Trong hÖ thèng th«ng tin di ®éng mÆt ®Êt, chÊt l­îng ®­êng truyÒn còng bÞ ¶nh h­ëng bëi sù thay ®æi chËm cña møc tÝn hiÖu do hiÖn t­îng che khuÊt ®­êng truyÒn tÝn hiÖu, g©y ra bëi ®Þa h×nh, tßa nhµ, c©y cèi. Ho¹t ®éng cña hÖ thèng th«ng tin sÏ chØ phô thuéc vµo hiÖu øng che khuÊt nÕu phÝa thu cã kh¶ n¨ng läc ®­îc gi¸ trÞ trung b×nh cña phading nhanh nhiÒu tia hoÆc nÕu phÝa thu sö dông hÖ thèng thu ph©n tËp ®Ó h¹n chÕ ¶nh h­ëng cña hiÖu øng nhiÒu tia. Dùa trªn c¸c phÐp ®o thùc tÕ, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· ®¹t ®­îc mét sù thèng nhÊt chung lµ hiÖu øng che khuÊt cã thÓ ®­îc m« h×nh hãa b»ng hµm ph©n bè log cho c¸c m«i tr­êng truyÒn dÉn trong nhµ vµ ngoµi trêi. 1.6.2.3 Phading nhiÒu tia, che khuÊt kÕt hîp. M«i tr­êng phading nhiÒu tia vµ che khuÊt kÕt hîp bao gåm phading nhiÒu tia chång ®Ì lªn phading che khuÊt log. Trong m«i tr­êng nµy, phÝa thu sÏ kh«ng t¸ch ®­îc gi¸ trÞ trung b×nh ®­êng biªn. §©y lµ kÞch b¶n cña khu vùc thµnh phè ®«ng ®óc, víi sù di chuyÓn chËm cña ng­êi vµ ph­¬ng tiÖn. KiÓu phading tæ hîp nµy còng ®­îc thÊy ë hÖ thèng th«ng tin di ®éng vÖ tinh. Chóng ta cã hai c¸ch tiÕp cËn ®Ó t×m ra sù ph©n bè tæ hîp. Chóng ta cã thÓ sö dông hµm PDF gamma/log-normal do Ho vµ Stillber t×m ra. Hµm PDF nµy ph¸t triÓn tõ hµm Nakagami-m trong m«i tr­êng che khuÊt vµ ®­îc thªm vµo gi¸ trÞ c«ng suÊt tÝn hiÖu ph©n bè gamma. NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  19. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -19- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
  20. Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi -20- §å ¸n tèt nghiÖp cao häc 1.6.3 M« h×nh kªnh phading chän tÇn. Khi tÝn hiÖu b¨ng th«ng réng lan truyÒn qua kªnh phading chän tÇn, phæ cña tÝn hiÖu sÏ bÞ ¶nh h­ëng bëi hµm biÕn ®æi kªnh g©y ra sù ph©n t¸n theo thêi gian cña d¹ng sãng. Lo¹i phading nµy cã thÓ ®­îc m« h×nh hãa b»ng bé läc tuyÕn tÝnh, ®­îc miªu t¶ bëi bé läc th«ng thÊp phøc t¹p, cã ®¸p øng xung nh­ sau: Lp h(t )    l e  l l  (t   l ) (1-13) l 1 Trong ®ã: (..) lµ hµm Dirac delta. l lµ chØ sè kªnh. (l)l=1LLp , (l)l=1LLp, (l)l=1LLp lµ c¸c hµm biªn ®é, pha vµ trÔ kªnh ngÉu nhiªn t­¬ng øng. Trong c«ng thøc trªn, LP lµ sè l­îng c¸c ®­êng truyÒn (®­êng truyÒn ®Çu tiªn ®­îc xem nh­ lµ ®­êng chuÈn, cã thêi gian trÔ l = 0), vµ nã liªn quan ®Õn thêi gian trÔ cùc ®¹i trªn thêi gian cña mét ký hiÖu. Víi gi¶ thiÕt lµ m«i tr­êng phading chËm, LP ®­îc coi lµ h»ng sè trong mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh, (l)l=1LLp , (l)l=1LLp, (l)l=1LLp còng lµ tham sè bÊt biÕn trong kho¶ng thêi gian cña ký hiÖu. NÕu c¸c ®­êng truyÒn kh¸c cña ®¸p øng xung ®­îc t¹o ra bëi t¸n x¹, chóng sÏ cã xu h­íng thÓ hiÖn h¹n chÕ t­¬ng quan, vµ ®Ó thÝch hîp trong tr­êng hîp nµy, chóng ta ph¶i gi¶ thiÕt r»ng (l)l=1LLp lµ ®éc lËp thèng kª víi hµm RV. NÕu më réng kh¸i niÖm cña phading ph¼ng, biªn ®é phading 1 cña ®­êng truyÒn thø l ®­îc gi¶ thiÕt lµ 1 RV, mµ gi¸ trÞ trung b×nh b×nh ph­¬ng cña nã  2 ®­îc ®Þnh nghÜa th«ng qua l vµ hµm PDF cña nã p() cã thÓ lµ mét trong sè c¸c hµm PDF ®­îc ®Ò cËp ë phÇn trªn. Còng gièng nh­ trong tr­êng hîp kªnh phading ph¼ng, sau khi ®i qua kªnh phading, tÝn hiÖu b¨ng th«ng NguyÔn Song Tïng- Cao häc §TVT 2004
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược