Điện tử viễn thông chuong 6 khotailieu

Chương Truyền sóng: Tổn hao đường truyền kích thước lớn 6.1 Phân loại sóng theo phương thức lan truyền theo dải tần Mơi trường truyền sóng phận kênh thơng tin vơ tuyến, bên cạnh việc quan tâm đến tính chất lượng thiết bị đầu cuối (phát thu sóng) ta phải lưu ý đến đặc điểm đường truyền sóng, điều liên quan đến tần số lựa chọn phương thức truyền sóng.[15] Trong mơi trường đồng nhất, sóng lan truyền theo đường thẳng với vận tốc khơng đổi (mơ hình khơng gian tự do), sóng truyền lan gần mặt đất, có mặt đất bán dẫn điện gây phản xạ sóng từ mặt đất làm biến dạng cấu trúc sóng gây hấp thụ sóng đất; ngồi mặt đất có dạng hình cầu sóng truyền lan bị nhiễu xạ truyền cong (xảy với sóng có bước sóng hàng trăm hàng nghìn mét, sóng nhiễu xạ khơng truyền lan vượt q 300-400km), chưa kể đến phức tạp địa hình mặt đất Những sóng vơ tuyến truyền lan gần mặt đất theo đường thẳng bị phản xạ từ mặt đất bị uốn theo độ cong mặt đất tượng nhiễu xạ gọi sóng đất (sóng dải tần số) Ngồi ảnh hưởng mặt đất sóng chịu ảnh hưởng tầng khí bao quanh trái đất Hai miền ảnh hưởng đến truyền lan sóng tầng đối lưu tầng điện ly Tầng đối lưu tầng khí thấp, tính từ mặt đất lên đến độ cao 1015km Đó mơi trường khơng đồng Tính khơng đồng uốn cong tia sóng làm cho truyền xa mặt đất cong đồng thời gây nên tán xạ sóng, sóng tán xạ đạt tới 1000km kể từ đài phát Hiệu ứng khuếch tán biểu rõ với bước sóng ngắn 10m, làm cong tia sóng thể rõ bước sóng dài Ngồi số điều kiện khí tượng thích hợp phát sinh truyền sóng tầng đối lưu theo kiểu “ống dẫn sóng “ cho phép sóng có bước sóng ngắn 3m truyền lan tới cự ly 800-1000km Những sóng vơ tuyến truyền xa mặt đất khuếch tán tầng đối lưu tác dụng ống dẫn sóng tầng đối lưu gọi sóng tầng đối lưu Tầng điện ly miền khí cao nằm độ cao 60-600km so với mặt đất Ở độ cao mật độ khơng khí nhỏ chất khí bị ion hố (do xạ mặt trời) tạo 80 Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ nên số lớn điện tử tự (khoảng 102-106 điện tử/cm3) Đối với sóng điện từ tầng điện ly xem mơi trường bán dẫn điện vào sóng phản xạ từ Tính tốn thực nghiệm cho thấy tầng điện ly phản xạ sóng có bước sóng dài 10m Với sóng ngắn tầng điện ly mơi trường “trong suốt” Bằng cách phản xạ lần nhiều lần tầng điện ly sóng truyền lan xa.Bên cạnh khả phản xạ sóng vơ tuyến,tầng điện ly có miền khơng đồng tán xạ sóng làm cho lan truyền xa Những sóng vơ tuyến truyền tới cự ly xa phản xạ (một lần nhiều lần), khuếch tán từ tầng điện ly gọi sóng điện ly (lan truyền sóng điện ly xảy với tần số.) Những sóng vô tuyến truyền từ trạm mặt đất đến vệ tinh tàu khoảng không vũ trụ sóng khơng bị tầng điện ly cản trở khuếch tán Những sóng bị hấp thụ tầng đối lưu nơi truyền qua có mưa, suy giảm sóng phụ thuộc cường độ mưa phụ thuộc tần số Tần số sóng cao, mưa nhiều suy giảm sóng nhiều Những sóng truyền lan trực tiếp mặt đất đối tượng vũ trụ gọi sóng vũ trụ.(chỉ sóng có tần số từ 1GHZ trở lên thích hợp với điều kiện truyền lan vũ trụ) Trên sở đặc tính lan truyền sóng kể người ta phân dải sóng lĩnh vực sử dụng tương ứng Tần số thấp(ULF): 30-300Hz( >10000m) dùng nghiên cứu vật lý Tần số cực thấp (ELF):300-3000Hz- thông tin nước lòng đất Tần số thấp(VLF):3-30kHz- Vơ tuyến đạo hàng,thông tin di động biển Tần số thấp(LF):30-300kHz( 1000-10000m)-Vô tuyến đạo hàng , thông tin di động khơng Tần số trung bình(MF):300-3000KHz( 100-1000m)-Phát thanh, thơng tin hàng hải, vô tuyến đạo hàng Tần số cao(HF):3-30MHz(10-100m)-Phát sóng ngắn,thơng tin di động loại, thơng tin quốc tế Tần số cao(VHF):30-300MHz(1-10m): Truyền hình phát FM Tần số cực cao (UHF):300-3000MHz(10-100cm)-Truyền hình, loại thơng tin di động, loại thơng tin cố định Tần số siêu cao(SHF):3-30GHz(1-10cm)-Thông tin vệ tinh đa> Viễn thông công cộng,vô tuyến thiên văn 10 Tần số vô cao(EHF):30-300GHz(1-10mm)-Vô tuyến thiên văn, đa sóng milimet, thơng tin vệ tinh,nghiên cứu thí nghiệm Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 81 11 Sóng có bước sóng milimet:300-3000GHz: nghiên cứu thí nghiệm Từ phân loại loại ta giới hạn điều kiện nghiên cứu truyền sóng thông tin di động nay: -Tần số dải UHF -Sóng lan truyền sóng đất có anten đặt cao (trạm gốc có phần xạ đặt độ cao lớn nhiều lần bước sóng), qua địa hình khác -Kích thước tế bào d f = 2D2/λ ) Cơng suất thu phát phải tính đơn vị G t ,G r hệ số tăng ích anten phát thu (là đại lượng không thứ nguyên) L mát hệ thống liên quan đến đường truyền, đến mát cáp dẫn, anten (L>1), λ bước sóng lan truyền tính theo mét Phương trình Friis cho thấy cơng suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (hoặc giảm theo khoảng cách với tốc độ 20dB/decade) Còn hệ số G anten thể mức độ định hướng trường qui định kích cỡ vật lý anten (độ mở hiệu dụng A e ) so với bình phương bước sóng 4A (6.2) G  2e  Liên quan đến hệ số anten (tập trung định hướng) ta có định nghĩa sau Bộ phát xạ đẳng hướng anten lý tưởng phát công suất tất hướng (G=1) dùng để tham chiếu hệ số anten khác Khi giá trị EIRP=P t G t nguồn xạ công suất P t qua anten hệ số G t gọi công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng, tập trung trường lên hướng cực đại tương đương trường nguồn xạ đẳng hướng P t G t – Chú ý công suất phát không khuếch đại, song tập trung trường theo hướng tương đương trường có khuếch đại công suất phát cho đẳng hướng Điều hoàn toàn tương tự anten thu, tập trung trường tạo nên tăng công suất thu Trên thực tế người ta hay dùng công suất xạ hiệu dụng (ERP) công suất xạ cực đại so với anten dipol nửa sóng, anten dipol nửa sóng có hệ số 1,64 (2,15dB lớn hơn) so với Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 83 anten đẳng hướng nên tính theo ERP nhỏ tính theo EIRP 2,15dB hệ xạ Hệ số anten hay cho dạng dBi (so với anten đẳng hướng) hay dBd (so với anten dipon) Bên cạnh việc tính tốn công suất nhận thu người ta hay tính hệ số mát (tổn hao) hệ truyền dẫn.Hệ số mát đường truyền không gian tự là:  Gt G r   2   4  d  PL(dB)=10log(P t /P r )=  10 log  (6.3) Ngoài hay dùng phương trình tham chiếu với khoảng cách d : d  Pr (d )  Pr (d )   d  với d>d >d f (6.4) d 1-2GHz thường 1m môi trường indoor, 100m hay 1km môi trường outdoor d f khoảng cách Fraunhofer d f = 2D2/λ , D kích thước vật lý thẳng lớn anten Ví dụ: Tính khoảng cách trường xa anten có kích thước cực đại 1m hoạt động tần số 900MHz Giải: λ =c/f=3108/(900.106) d f =2.(1)2/0,33 = 6m Ví dụ : Cho phát 50 watt, biểu diễn công suất phát theo dBm,dBW Nếu công suất cấp lên anten hệ số với tần số mang 900MHz, tính cơng suất thu khoảng cách 100m theo mơ hình khơng gian tự (hệ số anten thu 1).Tính P r (10km) Giải: P t (dBm)=10log(50.103/1mW)=47,0dBm P t (dBW)=10log(50/1W)=17dBW Công suất nhận khoảng cách 100m là: Pr= 50(1)(1)(1 / 3) 4  100 2 (1) =3,5.10-6 W=3,5.10-3 mW P r (dBm)=10log(3,5.10-3mW)= -24 dBm Dùng cơng thức tham chiếu ta tính được: P r (10km,dBm)=P r (100m)+20log(100/10000)=-24,5dBm – 40dB= -64,5dBm 6.4 Liên hệ cơng suất điện trường 84 Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ Khi đoạn dây đặt theo trục z có dòng biến đổi chạy qua, theo phương vecto r trường xa có thành phần E θ H φ trội (2 thành phần vng góc vng góc với phương truyền) Tại trường xa mật độ cơng suất điểm gây nên công suất nguồn phát là: (6.5) P d = EIRP/(4πd2) = P t G t /(4πd2) = E2/R fs W/m2 với R fe =120π (Ω) Hình 6.2 Mơ hình thu phát điện từ Với độ mở anten A e , công suất thu là: Pt Gt Ae Pt Gt Gr 2 P r (d) = P d A e = E A e / 120π =  4d 4 2 d 2 (6.6) Nếu phối hợp trở kháng tốt, lối vào thu ½ mạch hở V anten Và công suất truyền hết sang thu tính: (6.7) P r (d) = (V/2)2/R ant = V2/4R ant R ant trở vào anten , hai công thức cho liên hệ ba đại lượng: công suất, điện trường, điện rms mạch hở anten thu Ví dụ : Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 85 Cho công suất phát P t =50W Tần số sóng mang f c =900MHz Hệ số anten phát G t =1 Hệ số anten thu G r =2 Trở kháng anten thu R ant =50 Tìm công suất thu, trường E lối vào thu khoảng cách 10km Giải: a, Dùng phương trình cơng suất thu khoảng cách d =10km  P G G 2 Pr (d )  10 log t t r  4  d   50.1.2.(1 / 3)   10 log   4 2 10000       =-91,5dBW=-61,5dBm =0,0039V/m b, Dùng phương trình tính biên độ trường E E Pr (d ).120  Ae Pr (d ).120  Gr 2 4 7.10 10.120  0,0039 = 3,9.!0-3 V/m 2.0,33 / 4 c, Dùng phương trình tính thế: V  Pr (d ).4 Rant  7.10 10.4.50  0,374 mV 6.5 Ba chế lan truyền bản: Công suất thu (hoặc đối ngược công suất mát) thông số quan trọng việc dự đốn theo mơ hình lan truyền kích thước lớn dựa ba chế vật lý: Phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ Suy giảm kích thước nhỏ hiệu ứng đa đường mô tả chế Phản xạ xảy sóng điện từ đập vào đối tượng có kích thước lớn so với bước sóng truyền Chẳng hạn phản xạ xảy bề mặt trái đất , tòa nhà hay tường Nhiễu xạ xảy phát thu bị cản trở bề mặt có cạnh sắc giới hạn (gờ tường, cạnh tồ nhà ) Sóng thứ cấp tạo nên nơi cắt bề mặt chạy theo hướng chí vòng vào phía sau vật chắn nên sóng nhận phát khơng nhìn thu ( no line - of - sight path ) Tại tần số cao nhiễu xạ phản xạ phụ thuộc vào hình học đối tượng biên độ, pha , cực tính sóng tới điểm nhiễu xạ Tán xạ xảy mơi trường truyền sóng có vật cản nhỏ so với bước sóng, số vật cản đơn vị thể tích lớn Chẳng hạn sóng bị 86 Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ tán xạ bề mặt sù xì, cây, cột đèn, cột đường tạo nên tán xạ sóng thông tin di động 6.5.1 Phản xạ: Nếu vật gây phản xạ điện mơi hồn hảo: có phần sóng phản xạ, phần truyền qua khơng có mát lượng (khơng có hấp thụ) Nếu vật gây phản xạ vật dẫn hoàn hảo: Tất bị phản xạ khơng có mát.Nói chung phần phản xạ truyền qua liên hệ với sóng tới thơng qua hệ số phản xạ Fresnel, hàm vật liệu, cực tính, góc tới tần số sóng Tại bề mặt phản xạ sóng tuân theo điều kiện biên (luật Snell) 1 sin(90   i )    sin(90   t ) (6.8) kết hợp điều kiện biên phương trình Maxwell θ i =θ r E r =Г.E i E t = (1+Г).E i (6.9) sóng điện từ phân cực ngang nên coi tổng thành phần thẳng đứng (nằm mặt phẳng tới) nằm ngang (vng góc với mặt phẳng tới) Hình 6.3 Phản xạ sóng điện từ Ta có cơng thức: Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 87     E r  sin  t  1 sin  i  Ei  sin  t  1 sin  i E r  sin  i  1 sin  t  Ei  sin  i  1 sin  t Ở η i trở nội môi trường i (i=1,2) cho (6.10) (6.11)  i  i , tỷ số trường điện trường từ sóng phẳng mơi trường cụ thể Tốc độ sóng điện từ tính theo /  Hình 6.4 Hệ số phản xạ: Thành phần song song, thành phần vng góc 88 Giáo trình thông tin di động - Trịnh Anh Vũ Khi môi trường không gian tự hệ số phản xạ với sóng phân cực đứng sóng phân cực ngang đơn giản :       r sin  i   r  cos  i (6.12)  r sin  i   r  cos  i sin  i   r  cos  i (6.13) sin  i   r  cos  i - Khi sóng phân cực elip , phân tích theo thành phần thẳng đứng nằm ngang , xem xét phản xạ riêng rẽ tổng hợp lại theo ngun lý chồng chất sóng Ví dụ : Chứng minh môi trường khơng gian tự do, mơì trường điện mơi |Г ‫ |׀׀‬và |Г ┴ | tiến đến θ i tiến đến mà không phụ thuộc ε r Giải: Thay θ i =00 vào phương trình (12,13)       r sin   r  cos  r sin   r  cos sin   r  cos sin   r  cos   r 1   r 1   r 1  r 1 1  1 Kết minh hoạ : mặt đất coi bề mặt phản xạ lý tưởng với sóng là mặt đất khơng phụ thuộc vào phân cực sóng tính chất điện mơi đất - Góc Brewster: Đó góc khơng xảy phản xạ thành phần thẳng đứng hay Г ‫ ׀׀‬bằng zero, đó: sin( B )  1 1   (6.14) Khi môi trường không gian tự do, mơi trường có độ điện thẩm ε r cơng thức là: sin( B )   r 1  r2  (6.15) Chú ý góc Brewster có thành phần thẳng đứng Ví dụ: Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 89 Bằng cách đổi biến: t = a+blog(r/R) ta tính tích phân U ( )   1   ab    2ab   exp  1  erf (a )  1  erf  2  b   b   (6.44) Chọn mức tín hiệu biên: Pr (R)   (tức a=0) U(γ) là: U ( )  1     1  1  erf    exp 2   b  b    (6.45) Phương trình tính với dải rộng giá trị σ n (hình 6.13) Hình 6.13 Phần trăm diện tích tín hiệu vượt ngưỡng biên vượt ngưỡng Ví dụ: Cho n=4, σ=8dB biên có phủ sóng 75% (75% thời gian tín hiệu vượt ngưỡng biên) vùng biên có phủ sóng 94% Khi n=3, σ=9dB 50% phủ sóng biên cho 71% diện tích phủ sóng biên Ví dụ: Bốn phép đo cơng suất tín hiệu thu cho kêt là: 100m 0dBm 200m -20dBm Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 103 1000m -35dBm 3000m -75dBm Giả sử mơ hình truyền sóng che khuất chuẩn loga,d =100m Tìm: a, Số mũ mát lan truyền b, độ lệch chuẩn so với tín hiệu thu TB c, Ước lượng cơng suất thu khỏang cách d=2km d, Dự đốn xác suất tín hiệu thu khoảng cách 2km lớn -60dBm e, Dự đốn phần trăm diện tích vùng bán kính 2km thu tín hiệu lớn -60dBm Giải: Tổng bình phương lỗi (giữa cơng suất đo cơng suất dự đốn k J (n)   ( pi  pˆ i ) TB) tính : i 1 Ở cơng suất dự đốn TB (ký hiệu dấu mũ đầu) tính theo công thức: pˆ i  pi (d )  10n log(d i / 100m) Dùng công giá trị tham chiếu P(d )=0 dBm pˆ  3n pˆ  10n Ta có: pˆ  pˆ  14,77 n Thay vào cơng thức tính tổng bình phương lỗi: J(n)=(0-0)2+(-20-(-3n))2+(-35-(-44-10n))2+(-70-(-14,77n))2 =6525-2887,8n+327,153n2 Số mũ mát tính tối thiểu hàm J(n): J (n)  654,306n  2887,8 =0 n Ta n=4,4 b, Variance 2  J (4,4)  38,09 σ = 6,17 dB c, Ước lượng công suất thu d=2km pˆ (d  2km)   10(4,4) log(2000 / 100)  57,24dBm Một giá trị ngẫu nhiên Gauss trung bình zero , độ lệch σ cộng với giá trị ước lượng để mô hiệu ứng che khuất ngẫu nhiên d=2km d, Xác suất để tín hiệu thu khoảng cách lớn -60dBm là:    Pr (d )   60  57,24    Q Pr[ Pr (d  2km)  60dBm]  Q   67,4%  6,17      104Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ e, Dùng phương trình đồ thị từ xác suất phủ sóng biên ta tính phần trăm diện tích biên có mức tín hiệu thu lớn -60dBm 92% 6.7 Các mơ hình lan truyền ngòai trời: Các mơ hình lan truyền tính đến địa hình mặt đất khác vùng đồng đồi núi hay thị có nhiều tòa nhà cao Mặc dù khác phương pháp, độ phức tạp, độ xác, đa số mơ hình dựa việc giải thích có hệ thống liệu đo nhận vùng dịch vụ 6.7.1 Mơ hình Longley-Rice Ứng dụng cho liên lạc điểm-điểm, dải tần 40MHz-100GHz loại địa hình khác nhau.Mất mát 50% dự đốn dùng hình học mặt cắt địa hình khúc xạ tầng đối lưu Kỹ thuật quang hình (chủ yếu phản xạ mặt đất tia ) để dự đốn mức tín hiệu đường nằm ngang Mất mát nhiễu xạ vật cản cô lập ước lượng dùng mơ hình lưỡi dao Lý thuyết tán xạ dùng dự đóan tán xạ đối lưu cự ly dài(phương pháp Bremmer) Mơ hình có sẵn chương trình máy tính tính mát lan truyền 50% kích thước lớn địa hình khơng đặn liên hệ với mát lan truyền tự dải tần 20MHz đén 10GHz Đối với đường truyền dã cho , chương trình lấy tham số lối vào là:Tần số, độ dài đường truyền, cực tính, độ cao anten, khúc xạ bề mặt, bán kính hiệu dụng trái đất, số dẫn điện điện mơi mặt đất khí hậu Chương trình tính đến góc ngẩng anten , tính khơng đặn địa hình Hình 6.14 Xây dựng mặt cắt địa hình từ đồ số Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 105 Phương pháp Longley-Rice hoạt động mode Khi mặt cắt địa hình đường truyền có sẵn, thơng số đường truyền rút dự đốn gọi dự đoán điểm-điểm Nếu mặt cắt đường truyền khơng có sẵn phương pháp cung cấp kỹ thuật ước lượng thơng số đường truỳen dự đóan gọi dự đóan mode vùng Khi áp dụng vào mơi trường thơng tin di động thành phố có thêm số hạng hiệu chỉnh, song nói chung mơ hình Longley-Rice khơng cung cấp hiệu chỉnh xác định nhân tử môi trường lân cận thu hay tính đến ảnh hưởng tòa nhà, Thêm hiệu ứng đa đường không xem xét 6.7.2 Mơ hình Durkin Được chấp thuận ủy ban vô tuyến thống Anh để ước lượng vùng phủ sóng radio di động Chương trình mơ chia làm phần Bước truy cập sở liệu topo địa hình vùng dịch vụ để xây dựng profile mặt đất từ phát đến thu Bước thuật tóan mơ tính mát dọc đường truyền Sau vị trí thu dịch chuyển đến chỗ khác vùng dịch vụ để tạo nên đường mức độ lớn tín hiệu [5] Dữ liệu địa hình coi mảng chiều Mỗi phần tử mảng tọa độ điểm đồ, giá trị cho độ cao so với mục biển (dữ liệu từ cuc đo đạc địa hình.) Từ chương trình xây dựng mặt cắt địa hình từ nơi phát tới nơi thu theo phương pháp nội suy Mỗi giá trị nội suy TB giá trị nội suy theo đường thẳng đứng, nằm ngang chéo Sau mát đường truyền tính theo mơ hình nhiễu xạ lưỡi dao Trước hết chương trình tính sai khác độ cao đường nối anten phát – thu độ cao điểm mặt cắt địa hình Nếu có giá trị>0 đường truyền LOS khơng tồn , ngược lại có LOS Nếu có LOS thuật tóan kiểm tra đới Fresnel có bị cản hay khơng (thơng qua việc tính tham số υ phần tử độ cao địa hình) Nếu có vật cản chạm vào đường nối, tín hiệu giảm 6dB so với tín hiệu truyền tự Nếu υ j -0,8 có khả năng: a, Khơng có LOS b, LOS song đới Fresnel không đầy đủ Đối với trường hợp, chương trình tính theo cơng thức lan truyền tự phản xạ mặt đất tia, sau thuật toán chọn giá trị nhỏ giá trị nhận làm giá trị ước lượng Nếu đường truyền LOS với đới Fresnel 106Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ không đầy đủ bước tiếp tính mát bổ sung không đầy đủ cộng vào công suất ước lượng Đối với trường hợp khơng có LOS phân thành loại: - Cạnh nhiễu xạ đơn - Cạnh nhiễu xạ đúp - Ba cạnh nhiễu xạ - Nhiều ba cạnh nhiễu xạ Chương trình kiểm tra xem trường hợp phù hợp với đường truyền Một cạnh nhiễu xạ phát cách tính góc đường nối anten thu phát đường nối anten thu với điểm mặt cắt, cực đại góc tìm giả sử điểm (d i ,h i ), sau lại tính góc đương nối thu phát với đường nối anten phát với điểm profile, cực đại tìm xảy (d j ,h j ) Nếu d i =d j profile mơ cạnh nhiễu xạ đơn, thơng số υ tính mát nhiễu Mất mát bổ sung cộng vào kêt tính theo mơ hình tự hay phản xạ tia Nếu điều kiện cạnh nhiễu xạ đơn không thỏa mãn, kiểm tra cho cạnh nhiễu xạ(xem hình vẽ): mát nhiễu xạ tổng thành phần, phần gây cạnh đạt thu cạnh 2, phần gây cạnh cạnh coi nguồn phát Tổng lại cộng vào giá trị mát lớn truyền tự hay phản xạ tia phần Đối với cạnh nhiễu xạ : có cạnh đơn vượt đường nối cạnh nằm ngòai, lại sử dụng phương pháp tính mát che khuất nói Đối với trường hợp có nhiều cạnh nhiễu xạ, mặt cắt cạnh xấp xỉ cạnh đơn ảo Sau xấp xỉ lại đưa trường hợp cạnh nhiễu xạ Phương pháp nói tiện lợi đọc đồ số tính tốn đường truyền xác định vẽ đường đồng mức độ mạnh tín hiệu thu Nhược điểm phương pháp khơng dự đốn hiệu ứng lan truyền cây, tòa nhà cơng trình người xây, hiệu ứng đa đường lên vùng thị 6.7.3 Mơ hình Okumura Đây mơ hình dùng rộng rãi việc dự đốn tín hiệu vùng thị Mơ hình đáp ứng dải tần 150-1920MHz (mặc dù ngoại suy đến 3000MHz) cự ly 1-100km Nó dùng cho chiều cao anten trạm sở từ 30-1000m Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 107 Okumura phát triển tập đường cong cho suy giảm TB liên hệ với lan truyền tự (A mu ) vùng đô thị địa hình phẳng với chiều cao anten hiệu dụng trạm sở (h te ) đến 200m chiều cao anten máy di động(h re ) đến 3m Những đường cong triển khai từ việc đo bao quát dùng anten tròn trạm sở di động vẽ hàm tần số dải từ 100MHz đến 1920MHz, hàm khoảng cách T-R từ 1km dến 100km Để xác định mát đường truyền mơ hình này, mát lan truyền tự xác định trước sau giá trị A mu (f,d)(đọc từ tập đường cong) cộng thêm vào hiệu chỉnh loại địa hình (6.46) L 50 (dB)=L F +A mu (f,d)-G(h te )-G(h re )-G AREA Chú ý hệ số chiều cao anten khơng phụ thuộc mẫu anten Thêm Okumura tìm G(h te ) thay đổi với tốc độ 20dB/decad, G(h re ) thay đổi với tốc độ 10dB/decad h re h te >10m (6.47) G(h te )=20log(h te /200) h re h re >3m G(h re )=20log(h re /3) Hình 6.15 Họ đường cong Okumura 108Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ Một số hiệu chỉnh khác chiều cao nhấp nhô (Δh) địa hình, độ cao đỉnh lập, độ dốc trung bình địa hình, thơng số hỗn hợp đất biển xem xét thêm Tất hiệu chỉnh cho sẵn họ đường cong Okumura Mơ hình Okumura dựa số liệu đo mà khơng cho giải thích giải tích Trong nhiều trường hợp việc ngoại suy thực để nhận giá trị ngòai dải đo Mơ hình coi xác đơn giản việc dự đốn mát lan truyền mơi trường thị lộn xộn, thực tế trở thành tiêu chuẩn cho việc kế hoạch hệ thống hệ thơng tin di đọng Nhật Nhược điểm mơ hình phản ứng chậm với thay đổi nhanh địa hình, thích hợp với vùng đô thị ngoại ô mà không tốt với vùng nông thôn Độ lệch chuẩn chung dự đóan giá trị mát đo 10-14dB Ví dụ: a,Tính mát TB dùng mơ hình Okumura vùng đô thị với d=50km, h te =100m, h re =10m biết phát xạ trạm sở EIRP=1kW, tần số sóng 900MHz b,Tìm cơng suất thu biết hệ số anten thu Giải: a, Mất mát lan truyền tự tính :  3.10 / 900.10 2   2  LF  10 log   125,5dB  10 log  2    4  50.10    4  d  Từ họ đường cong Okumura ta nhận A mu (900MHz(50km))=43dB G AREA =9dB G(h te )=20log(h te /200)=20log(100/200)=-6dB G(h re )=20log(h re /3)=10log(10/3)=10,46dB Nên L 50 (dB)=L f +A mu (f,d)-G(h te )-G(h re )-G AREA =125,5dB+43dB-(-6dB)-10,46dB-9dB =155,04dB b, Công suất TB thu : Pr (d )  EIRP(dBm)  L50 (dB)  G (dB ) =60dBm-155,04dB+0dB=-95,04dBm 6.7.4 Mơ hình Hata Mơ hình Hata cơng thức hợp theo đường cong Okumura có giá trị từ 150-1500MHz ứng dụng vùng đo thị Công thức tiêu chuẩn là: Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ 109 L 50 (urban)(dB)=69,55+26,16logf c -13,82logh te -a(h re )+(44,9-6,55logh te )logd (6.48) Trong f c tần số sóng mang(MHz) từ 150-1500(MHz), h te độ cao anten phát tính theo m(từ 30-200m), h re chiều cao anten di động (từ 1-10m), d khoảng cách T-R tính theo km, a(h re ) nhân tử hiệu chỉnh chiều cao anten di động hiệu dụng hàm kích thước vùng che phủ Đối với thành phố kích thước nhỏ trung bình, số hiệu chỉnh anten máy di động là: (6.49) a(h re )=(1,1logf c -0,7)h re -(1,56logf c -0,8) dB Đối với thành phố lớn: (6.50) a(h re )=8,29(log1,54h re )2-1,1 dB với f c 300MHz Để nhận mát vùng đô thị nhỏ công thức sửa lại thành: (6.51) L 50 (dB)=L 50 (urban)-2[log(f c /28)]2-5,4 Đối với vùng nông thôn: (6.52) L 50 (dB)=L 50 (urban)-4,78(logf c )2-18,33logf c -40,98 Mặc dù cơng thức Hata khơng có hiệu chỉnh đường truyền cụ thể mơ hình Okumura, song biểu thức có giá trị thực tế cao Khi d>1km giá trị dự đóan mơ hình Hata gần mơ hình Okumura Mơ hình thích hợp với hệ di động tế bào lớn song khơng thích hợp với hệ thơng tin cá nhân (PCS) có tế bào cỡ 1km 6.7.5 Mở rộng PCS mơ hình Hata Hợp tác nghiên cứu khoa học kỹ thuật châu Âu ủy ban COST231 phát triển phiên mở rộng mô hình Hata đến 2GHz Mơ hình nêu cách tính mát lan truyền là: L 50 (urban)=46,3+33,9logf c -13,82logh te -a(h re )+(44,9-6,55logh te )logd+C M (6.53) Ở a(h re ) giống mơ hình Hata C M =0dB với vùng đô thị nhỏ hay thành phố trung bình =3dB thành phố lớn h re :1-10m d=1-20km f : 1500-2000MHz h te : 30-200m 6.7.6 Mơ hình Walfisch Bertoni Mơ hình xét ảnh hưởng mái nhà, chiều cao tòa nhà gây nhiễu xạ để dự đóan mức tín hiệu TB mức đường phố Mất mát S tích nhân tử: (6.54) S=P Q2P Trong P mát lan truyền tự anten đẳng hướng:    P0     4R  110Giáo trình thơng tin di động - Trịnh Anh Vũ (6.55) Q2 cho suy giảm tín hiệu mái nhà dãy tòa nhà che khuất thu P dựa nhiễu xạ xác định mát từ mái nhà đến đường phố Biểu diễn theo dB S(dB)=L +L rts +L ms (6.56) L : mát lan truyền tự L rts : Mất mát tán xạ nhiễu xạ từ mái nhà đến đường phố L ms : Mất mát nhiễu xạ nhiều chắn dãy tòa nhà Mơ hình xét để dùng cho chuẩn IMT-2000 6.7.7 Mơ hình microcell PCS băng rộng Cơng trình Feuerstein năm 1991, chiều cao anten trạm sở 3,7-8,513,3m Chiều cao anten di động 1,7m Dùng phát xung 20MHz tần số 1900 MHz để đo mát, trải trễ Cơng trình phát rằng: mơ hình phản xạ tia ước lượng tốt cho LOS microceel Mơ hình mát theo loga khỏang cách tôt cho môi trường microcell có vật chắn Đối với mơ hình phản xạ mặt đất (bằng phẳng), khỏang cách d f đới Fresnel bị chắn mặt đất là: df     2       2 ( / 2)  ( / 2) (6.57) 16ht2 hr2  2 ht2  hr2   4 / 16  Trường hợp LOS, mơ hình mát hồi qui đúp dùng điểm gián đoạn hồi qui phần hở đới Fresnel để phù hợp với phép đo Mơ hình dùng anten đứng phát tròn dự đóan mát theo cong thức:  PL(d )   10n log(d)+p 1 Viễn thông công cộng,vô tuyến thiên văn 10 Tần số... i trở nội môi trường i (i=1,2) cho (6. 10) (6. 11)  i  i , tỷ số trường điện trường từ sóng phẳng mơi trường cụ thể Tốc độ sóng điện từ tính theo /  Hình 6. 4 Hệ số phản xạ: Thành phần song song,