Bài giảng Thông tin di động: Truyền sóng trong thông tin di động - TS. Đỗ Trọng Tuấn được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm kênh vô tuyến; Các phương thức truyền tin song công giữa MS và BS; Đặc tính truyền sóng - Propagation Characteristics; Môi trường truyền sóng. Mời các bạn cùng tham khảo!
2/17/2014 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện tử Viễn thông Thông tin di động Mobile Communications TS Đỗ Trọng Tuấn Bộ môn Kỹ thuật thông tin Hà Nội, 8-2010 2/17/2014 Truyền sóng thơng tin di động 2/17/2014 Khái niệm kênh vô tuyến Các thuật ngữ tiếng Anh • Mobile Radio Channel • Wireless Channel • Radio Frequency Channel - RFC Fc: tần số trung tâm ∆f: Độ rộng kênh tần số 2/17/2014 Các phương thức truyền tin song công MS BS • Phân chia theo tần số FDD: Frequency Division Duplex • Phân chia theo thời gian TDD: Time Division Duplex 2/17/2014 Truyền song công phân chia theo tần số - FDD • FDD: Frequency Division Duplex Mobile Station M Forward Channel Base Station B Reverse Channel Hướng xuống: Downlink ~ Hướng thuận:Forward Channel Hướng lên: Uplink ~ hướng ngược : Reverse Channel Phương thức FDD sử dụng kênh tần số hai băng tần khác để mang thông tin theo hai hướng 2/17/2014 Truyền song công phân chia theo thời gian - TDD • TDD: Time Division Duplex Mobile Station M M B M B M B Base Station B Phương thức TDD sử dụng kênh tần số để mang thông tin theo hai hướng khe thời gian luân phiên 2/17/2014 Băng tần hệ thống • Mỗi hệ thống thơng tin di động cấp phát nhiều băng tần xác định • Trong băng tần, kênh vơ tuyến hệ thống ấn định Ví dụ: Băng tần GSM 900 cấp phát - UL: 890 MHz – 915 MHz - DL: 935 MHz – 960 MHz * Hệ thống GSM sử dụng phương thức truyền song cơng ? 2/17/2014 Bước sóng số dải tần • GSM 900: – Tần số ~= 900 Mhz Bước sóng ~= 33.3 cm • DCS 1800 – Tần số ~= 1.8 Ghz Bước sóng ~= 16.7 cm • PCS 1900 – Tần số ~= 1.9 Ghz Bước sóng ~= 15.7 cm • Wi-fi, Bluetooth: – Tần số ~= 2.4Gz Bước sóng ~= 12.5cm 2/17/2014 Quy định cấp phát kênh hệ thống GSM ARFCN Channels Assignment 2/17/2014 Quy định cấp phát kênh hệ thống GSM 10 2/17/2014 Mơi trường truyền sóng C A D MS B Transmitter Receiver BTS A: truyền thẳng - free space B: phản xạ - reflection C: khúc xạ - diffraction D: tán xạ - scattering reflection: đối tượng phản xạ có kích thước >> bước sóng scattering: đối tượng phản xạ có kích thước nhỏ bề mặt gồ ghề 11 2/17/2014 Đặc tính truyền sóng - Propagation Characteristics Pr/Pt Slow Fast Very slow d=vt Pt Pr v d=vt 12 2/17/2014 Pha đinh - Fading 13 2/17/2014 Pha đinh - Fading Là tượng tín hiệu thay đổi ngẫu nhiên cường độ pha hai điểm thu theo thời gian Pha đinh xảy dịch chuyển tương đối khoảng cách xác định gây nên biến đổi đường truyền trạm gốc BS trạm di động MS 14 2/17/2014 Fading Fading is caused by movement over distance to produce variations in the overall path between the BS and MS In a received signal, the time variation of the amplitude or the relative phase, or both, of one or more of the frequency components of the signal is known as fading Fading is caused by changes in the characteristics of the propagation path with time 15 2/17/2014 Đáp ứng xung kênh truyền vô tuyến - CIR CIR : Channel Impulse Response 16 2/17/2014 Giản đồ hệ số công suất trễ - truyền đa đường power delay profile 17 2/17/2014 Đáp ứng xung kênh truyền vô tuyến phụ thuộc theo thời gian Time-variant Channel h( ,t) 18 2/17/2014 Đáp ứng xung kênh truyền vô tuyến không phụ thuộc theo thời gian Time-variant Channel delay spread Tm time h( ) t zero excess delay delay CIR : Channel Impulse Response 19 2/17/2014 20 2/17/2014 Mơ hình truyền dẫn vô tuyến tổng quát Tổng quát, cường độ tín hiệu nhận qua mơi trường vơ tuyến tỷ lệ với d-n L(d ) d n Trong đó: n : hệ số suy hao đường truyền n = ~ ( phụ thuộc môi trường truyền dẫn) n = thường thiết lập nghiên cứu hệ thống thông tin di động tế bào 39 2/17/2014 Mơ hình truyền dẫn vơ tuyến tổng quát L(d ) ( d n ) d0 L(dB) L(d ) 10n lg( d ) d0 Trong đó: d0 = khoảng cách tham chiếu - Macro cell -> d0 = km - Micro cell -> d0 = 100 m 1m 40 2/17/2014 Path Loss Exponent for Different Environments Environment Path Loss Exponent, n Free space Urban area cellular radio Shadowed urban cellular radio 2.7 to 3.5 to In building line-of-sight 1.6 to 1.8 Obstructed in building to Obstructed in factories to 41 2/17/2014 Path Loss Exponent for Different Environments Environment Free space Urban area cellular radio Shadowed urban cellular radio Path Loss Exponent, n 2.7 to 3.5 to In building line-of-sight 1.6 to 1.8 Obstructed in building to Obstructed in factories to 42 2/17/2014 Mơ hình hai đường Two ray or PLANE-EARTH Model PBTS LOS hb hm Ground BTS MS d d2 L 20 log( ) hb hm 43 2/17/2014 Ví dụ Hãy thực lại ví dụ độ cao anten BTS 30 mét độ cao trung bình anten MS 1,5 mét a Suy hao đường truyền MS cách BTS km ? b Giả sử công suất BTS phát sóng 20 W, cho biết MS có liên lạc với BTS khơng độ nhạy máy thu -102 dBm ? 44 2/17/2014 Mơ hình thống kê Hata PBTS hb hm BTS MS d Nội thành Ngoại Vị trí phú sóng BTS: Nơng thơn 45 2/17/2014 HATA MODEL Tần số làm việc f: 150 – 1500 MHz Độ cao anten BS hb: 30 – 200 m Độ cao anten MS hm: – 10 m Khỏang cách MS BS d: – 20 km - urban => nội thành - Lp(urb) - suburban => ngoại ô - Lp(sub) - open country => nơng thơn – Lp(open) 46 2/17/2014 Mơ hình HATA Tại vùng đô thị - URBAN Lp (urb) = 69.55 + 26.16 * log( f ) - 13.82*log( hb ) - a( hm ) + ( 44.9 - 6.55 * log( hb )) * log( d ) [dB] a(hm):Hệ số hiệu chỉnh độ cao anten MS - Diện tích thành phố nhỏ trung bình: a(hm) = (1.1*log f - 0.7)hm - (1.56*log f - 0.8) [dB] - Diện tích thành phố lớn: a(hm) = 8.29 (log1.54hm)2 - 1.1 [dB]khi 150