Đồ án tốt nghiệp: Mô hình phủ sóng và giao thoa potx

Tr ờng đại học dân lập ph ơng đông Khoa công nghệ thông tin Chuyên ngành điện tử viễn thông & đồ áN TốT nghiệp Giáo viên h ớng dẫn : TS. Lê chí quỳnh Sinh viên thực hiện : phạm trọng đại Mã số sinh viên : 505102009 Lớp : 505102 Hà Nội 4 / 2009 Đề tài: Mô hình phủ sóng & giao thoa Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 1 MụC lục Trang Mục lục 1 Mục lục hình vẽ 5 Lời mở đầu 9 Phần I Cơ sở lý thuyết Ch ơng I Hệ thống Inbuilding. 1.1. Giới thiệu về hệ thống inbuilding 11 1.1.1. Nguồn tín hiệu 12 1.1.2. Hệ thống phân phối tín hiệu 14 1.1.3. Phần tử bức xạ 16 1.2. Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đ ờng truyền 17 1.2.1. Mô hình truyền sóng 18 1.2.2. Tính toán quỹ đ ờng truyền 20 Ch ơng II. Anten và các hệ thống anten 2.1. Nguyên lý làm việc của anten 24 2.2. Các thuộc tính quan trọng của anten 26 2.2.1. Hệ số tăng ích và hệ số định h ớng của anten 27 2.2.2. Công suất bức xạ hiệu dụng ERP và EIRP 30 2.2.3. Hình dạng búp sóng 32 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 2 2.2.4. Trở kháng và hệ số sóng đứng 35 2.2.5. Các tham số khác 36 2.3. Kỹ thuật hạn chế phading 38 2.3.1. Thu phân tập theo không gian 38 2.3.2. Phân tập theo cực tính 40 Phần II Các mô hình truyền sóng Ch ơng III Một số mô hình truyền sóng 3.1. Mô hình Okumura 43 3.2. Mô hình SAKAGAMIKUBOL 46 3.3. Mô hình Hata 47 3.4. Mô hình COST231 Walfish Ikegami 48 Ch ơng IV Mô hình truyền sóng trong nhà 4.1. Các mô hình thực nghiệm 52 4.1.1. Truyền sóng bên ngoài vào bên trong tòa nhà 52 4.1.2. Truyền sóng bên trong tòa nhà 60 4.2. Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà ( Ray tracing) 72 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 3 Phần III Ch ơng trình mô phỏng Ch ơng V Tổng quan về visual basic 6.0 5.1. Giới thiệu vềVisual Basic 6.0 79 5.2. Cài đặt Visual Basic 6.0 79 5.3. Làm quen với VB6 80 5.3.1. Bắt đầu một dựán mới với VB6 80 5.3.2. Tìm hiểu các thành phần của IDE 81 5.3.3. Sử dụng thanh công cụtrong IDE của VB 82 5.3.4. Quản lý ứng dụng với Project Explorer 84 5.3.5. Cửa sổForm Layout 85 5.3.6. Biên dịch đề án thành tập tin thực thi 85 5.4. Biểu mẫu và một số điều khiển thông dụng 86 5.4.1. Các khái niệm 86 Ch ơng VI Ch ơng trình mô phỏng 6.1. Giới thiệu 88 6.2. Ch ơng trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng cách từ BTS đến MS. 89 6.2.1. Các b ớc thực hiện 89 6.2.2. Mã nguồn ch ơng trình mô phỏng xác định vị trí trạm BTS và khoảng cách từ BTS đến MS 92 6.3. Ch ơng trình mô phỏng xác định giá trị suy hao khoảng cách từ BTS đến MS. 114 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 4 6.3.1. Các b ớc thực hiện 114 6.3.2. Mã nguồn ch ơng trình mô phỏng xác định giá trị suy hao khoảng cách từ BTS đến MS 117 6.4. Ch ơng trình mô phỏng, xác định góc ngẩng 135 6.4.1. Các b ớc thực hiện 135 6.4.2. Mã nguồn ch ơng trình mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng 136 Kết luận 139 - Tài liệu tham khảo 141 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 5 Mục lục hình vẽ Trang Hình 1.1. Thành phần của một hệ thống phủ sóng trong nhà 11 Hình1.2. Tín hiệu thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài 12 Hình 1.3. Vùng phủ cho trong tòa nhà từ một tế bào macro trong mạng BTS outdoor macro 12 Hình 1.4. Outdoor repeater 13 Hình 1.5. Vùng phủ cho tòa nhà đ ợc cung cấp bởi trạm indoor riêng 13 Hình 1.6. Indoor Repeater 14 Hình 1. 7. Giải pháp hệ thống phân phối cáp đồng trục thụ động 14 Hình 1.8. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho khu tr ờng sở 15 Hình 1. 9. Sơ đồ một hệ thống anten phân phối chủ động cho một tòa nhà cao tầng16 Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống lai ghép 16 Hình 1.11. Hệ thống phân phối cáp rò 17 Hình 1.12. So sánh suy hao t ờng theo mô hình Keenan Motley với suy hao không gian tự do và công thức xấp xỉ 20 Hình 1.13. Sơ đồ một hệ thống phân phối antenna thụ động đơn giản 21 Hình 2.1. Tr ờng bức xạ xung quanh anten 25 Hình 2.2 Độ tăng ích của anten 27 Hình 2.3 Công suất bức xạ hiệu dụng của anten 31 Hình 2.4 Độ tăng ích của anten isotropic so với anten dipole 32 Hình 2.6 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng ngang 34 Hình 2.7 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng đứng 34 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 6 Hình 2.8 Hình dạng búp sóng bức xạ trong không gian 3 chiều 35 Hình 2.9 Sự phân cực 37 Hình 2.10 Một số cấu hình của anten thu phân tập không gian 39 Hình 2.11 Tín hiệu thu phân tập theo không gian 40 Hình 2.12 Thu phân tập theo cực tính 41 Hình 3.1: Nhiễu xạ bờ 43 Hình 3.2: Đ ờng cong dự đoán suy hao 45 Hình 3.3: Các tham số trong mô hình Walfish- Ikegami 51 Hình 4.1. Trạm BTS dùng ở ngoại ô 53 Hình 4.2. Trạm BTS dùng cho nhà cao tầng 53 Hình 4.3 Phân bố tích lũy của sự thay đổi tín hiệu tại tần số 900MHz trong tòa nhà không có đ ờng truyền LOS 58 Hình 4.4. Mối quan hệ giữa suy hao xâm nhập và số tầng tòa nhà 59 Hình 4.5. Mô hình phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng 61 Hình 4.6. Sơ đồ mô tả hệ thống phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng 62 Hình 4.7. Dạng trễ tín hiệu lan truyền trong một tòa nhà 6 tầng 69 Hình 4.8. Phân bố tích lũy của trễ lan truyền trong hai tòa nhà văn phòng 69 Hình 4.9. Ví dụ đơn giản về mô hình lan truyền sóng indoor 73 Hình 4.10. Quá trình xử lý ảnh 74 Hình 4.11 (a) Điểm phản xạ P2 không tồn tại trên bức t ờng 2. (b) Điểm phản xạ P1 không tồn tại trên bức t ờng 1 75 Hình 4.11 (c) Tồn tại cả hai điểm phản xạ, vì vậy đ ờng truyền đ ợc xác định. (d) Máy thu không nằm trong miền mô phỏng 77 Hình 5.1: Cửa sổkhi kích hoạt VB6 80 Hình 5.3: Cửa sổ IDE của VB6 81 Hình 5.4: Thanh công cụ ở dạng standard 82 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 7 Hình 5.6: Thanh công cụ gỡ rối 83 Hình 5.7: Thanh công cụ Edit 83 Hình 5.8: Thanh công cụ thiết kế biểu mẫu 83 Hình 5.9: Hộp công cụ của VB 84 Hình 6.1. Giao diện chính của ch ơng trình 88 Hình 6.2. Xác định tần số làm việc 89 Hình 6.3. Xác định số tầng của tòa nhà 90 Hình 6.4. Nhập giá trị suy hao 90 Hình 6.4 ( b). Nhập giá trị suy hao phía bên trái 91 Hình 6.4 ( c). Nhập giá trị suy hao bên phải 91 Hình 6.5. Mô phỏng ch ơng trình 92 Hình 6.6. Xác định tần số làm việc 114 Hình 6.7. Xác định số tầng của tòa nhà 115 Hình 6.8 (a). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS 115 Hình 6.8 ( b). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS phía bên trái 116 Hình 6.8 (c). Nhập khoảng cách từ BTS đến MS phía bên phải 116 Hình 6.9. Ch ơng trình mô phỏng xác định giá trị suy hao 117 Hình 6.10 : Xác định tần số làm việc 135 Hình 6.11. Mô phỏng và xác định giá trị góc ngẩng 136 Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 8 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Số liệu và tài liệu nêu trong đồ án tốt nghiệp là trung thực. Các kết quả nghiên cứu do chính tôi thực hiện d ới sự chỉ đạo của cán bộ h ớng dẫn. Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 9 Lời Mở đầu Để mở rộng thị phần, ngoài việc cạnh tranh về giá cả, dịch vụ giá trị gia tăng, chăm sóc khách hàng các nhà cung cấp dịch vụ di động cũng không ngừng tập trung phát triển mạng l ới để có vùng phủ rộng, phủ sâu, chất l ợng phủ sóng tốt. Tuy nhiên, ngay cả đối với các công ty cung cấp dịch vụ di động đã phủ sóng 64/64 tỉnh thành có một vấn đề cần quan tâm là tại một số thành phố lớn nh Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh chất l ợng phủ sóng trong các tòa nhà, đặc biệt là các tòa nhà cao tầng của khách sạn, văn phòng ch a đ ợc đảm bảo. Tại các tầng thấp th ờng có tình trạng sóng yếu, chập chờn, ở các tầng cao thì nhiễu ( nhất là đối với các nhà khai thác chia sẻ chung băng tần GSM) dẫn đến khó thực hiện và rớt cuộc gọi. Một trong các giải pháp nhằm khắc phục hiện t ợng trên và đảm bảo chất l ợng cho khách hàng đ ợc các công ty áp dụng đó là giải pháp phủ sóng trong nhà (inbuilding). Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn nh là sân bay, ga điện ngầm, văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn thì vấn đề vùng phủ và dung l ợng đều rất quan trọng vì chất l ợng thoại di động ảnh h ởng trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc tr ng vùng phủ của những khi vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức t ờng bê tông dẫn đến c ờng độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải phải phủ sóng trong tòa nhà hiện nay đ ợc nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn. Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu về vần đề ảnh h ởng tới chất l ợng phủ sóng trong hệ thống Inbuilding và đ a ra các giải pháp khắc phục. [...].. .Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Nội dung đồ án bao gồm các phần sau: + Phần I: Cơ sở lý thuyết Chương I: Hệ thống Inbuilding Chương II: Anten và các hệ thống anten + Phần II: Các Mô hình truyền sóng Chương III: Mô hình truyền sóng trong nhà Chương IV: Một số mô hình truyền sóng + Phần III: Chương trình mô phỏng Chương V: Tổng quan về visual basic 6.0 Chương VI: Chương trình mô phỏng... ưu điểm là tính toán đơn giản, không có nhiều thông số phải giả định hoặc thực nghiệm Ngoài ra cũng từ mô hình truyền sóng này, có thể nhận thấy suy hao truyền sóng trong nhà phụ thuộc chủ yếu vào số tầng và số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua Kết quả đo đạc thực tế của các mô hình truyền sóng khác cũng đã chỉ ra sự phức tạp của truyền sóng trong môi trường trong nhà và khó mô phỏng nó một cách... thêm vào 0.2 dB/m điểm ngắt điển hình: 65m Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông 19 Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding Hình 1.12 So sánh suy hao tường theo mô hình Keenan Motley với suy hao không gian tự do và công thức xấp xỉ Trên thực tế mô hình truyền sóng Keenan Motley hay được sử dụng để dự đoán sơ bộ suy hao truyền sóng trong nhà bởi lẽ không quá phức tạp, mô hình. .. cơ sở lý thuyết chương II: anten và các hệ thống anten Hình 2.6 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng ngang Hình 2.7 Hình dạng búp sóng bức xạ trên mặt phẳng đứng Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH phương đông 34 Phần i: cơ sở lý thuyết chương II: anten và các hệ thống anten Hình 2.8 Hình dạng búp sóng bức xạ trong không gian 3 chiều 2.2.4 Trở kháng và hệ số sóng đứng Để đạt được sự truyền... kế là phải dự đoán tương đối chính xác mức thu năng lượng tại từng vị trí của thuê bao di động Do môi trường truyền sóng của mạng BTS outdoor macro (không gian tự do) không còn đúng với môi trường truyền sóng của hệ thống trong nhà nên một yêu cầu đặt ra là cần phải có một mô hình truyền sóng trong nhà riêng Có nhiều mô hình truyền sóng trong nhà được các nhà nghiên cứu đưa ra như mô hình của Bertoni,... đường cáp đồng trục với anten, trở kháng đầu vào của anten phải phối hợp với trở kháng của đường truyền dẫn Nếu hai trở kháng này không phối hợp, thì sẽ có một lượng sóng phản xạ sinh ra, dội ngược trở lại nguồn phát tín hiệu Khi đó sóng (điện áp) trên đường truyền là sự chồng chéo của cả sóng tới và sóng phản xạ Hệ số giữa giá trị cực đại và cực tiểu của điện áp được định nghĩa là hệ số sóng đứng... MHz Hình 1.11 Hệ thống phân phối cáp rò 1.2 Mô hình truyền sóng và tính toán quỹ đường truyền Trong hệ thống inbuilding thì tín hiệu sau khi từ nguồn tín hiệu đi qua hệ thống phân phối tín hiệu đến phần tử bức xạ và phát ra không gian sẽ chịu thêm một lượng suy hao phụ thuộc vào số tầng cũng như số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua rồi mới đến thiết bị đầu cuối của thuê bao di động Để dự đoán Phạm... phương đông 17 Phần I: cơ sở lý thuyết Chương I: hệ thống inbuilding những suy hao này nhà thiết kế sẽ sử dụng mô hình truyền sóng trong nhà từ đó tính toán ra quỹ đường truyền yêu cầu tương ứng Thực chất mô hình truyền sóng là công thức tính suy hao sóng vô tuyến khi truyền qua các vật cản và được xây dựng từ rất nhiều quá trình đo đạc thực nghiệm cụ thể, còn quỹ đường truyền sẽ xác định tất cả các... có thể kết hợp hài hòa với môi trường trong tòa nhà, còn anten có hướng có độ tăng ích cao thích hợp khi phủ sóng trong thang máy b Cáp rò Đặc điểm của cáp rò (còn gọi là cáp tán xạ) là có cường độ tín hiệu đồng đều theo một trục chính nên thường được dùng cho các vùng phủ phục vụ kéo dài đặc biệt như hành lang dài, xe điện ngầm, đường hầm Phạm vi phủ sóng của cáp rò chỉ vào khoảng 6m nhưng lại có... inbuilding a Anten Sử dụng thích hợp với những vùng phủ có khuynh hướng tròn hoặc hình chữ nhật Đó là vì anten cho vùng phủ sóng không đồng đều, việc tính quỹ đường truyền phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của tòa nhà Phạm vi phủ sóng của anten ở dải GSM900 là 25m á 30m ; GSM1800 là 15m á 18m Có 2 loại anten thường được sử dụng là anten vô hướng (omni) và anten có hướng (yagi) Anten vô hướng có tính thẩm . tài: Mô hình phủ sóng & giao thoa Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm Trọng Đại - 505102009 Khoa CNTT - ĐH ph ơng đông 1 MụC lục Trang Mục lục 1 Mục lục hình vẽ. liệu và tài liệu nêu trong đồ án tốt nghiệp là trung thực. Các kết quả nghiên cứu do chính tôi thực hiện d ới sự chỉ đạo của cán bộ h ớng dẫn. Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa. Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu về vần đề ảnh h ởng tới chất l ợng phủ sóng trong hệ thống Inbuilding và đ a ra các giải pháp khắc phục. Đồ án tốt nghiệp Mô hình phủ sóng và giao thoa Phạm