Ước lượng kênh truyền tin vô tuyến trên biển

0 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG XUÂN TUẤN LONG ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TIN VÔ TUYẾN TRÊN BIỂN LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG XUÂN TUẤN LONG ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TIN VƠ TUYẾN TRÊN BIỂN Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số ngành: 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS.TRẦN ĐỨC TÂN Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập lớp Cao học Điện tử Viễn thơng, Khóa 1, thuộc trường Đại học Cơng nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội liên kết đào tạo với Đại học Khoa học – Đại học Huế tơi hồn thành luận văn Trước hết cho xin gửi lới cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Trần Đức Tân, người thầy ln tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian làm luận văn Và xin cảm ơn thầy, cô Khoa Điện tử Viễn thông - trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Khoa Điện tử Viễn thông – trường Đại học Khoa học, Đại học Huế tạo điều kiện giúp đỡ, bảo cho lời khuyên vô quý báu Học viên Đặng Xuân Tuấn Long LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết trình bày luận văn nghiên cứu hướng dẫn PGS.TS.Trần Đức Tân Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2013 Người viết Đặng Xuân Tuấn Long MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN MẠNG VƠ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI TRÊN BIỂN VIỆT NAM …… ………………………………………………… 11 1.1.Giới thiệu [7, 8, 11, 12] .11 1.1.1 Những yếu tố đặc tính dịch vụ thơng tin vô tuyến điện hàng hải [8, 11, 12] 11 1.1.1.1 Các quy định chung ấn định tần số sử dụng tần số 11 1.1.1.2 Các loại thông tin dịch vụ thông tin lưu động hàng hải 11 1.1.1.3 Các loại trạm dịch vụ lưu động hàng hải 11 1.1.1.4 Trực canh 11 1.1.1.5 Các quy định thông tin cấp cứu 12 1.1.1.6 Một số khái niệm khác 12 1.1.2 Hệ thống an toàn cứu nạn hàng hải toàn cầu GMDSS [3, 11] 12 1.1.2.1 Khái niệm tổng quan GMDSS 12 1.1.2.2 Chức hệ thống GMDSS 12 1.1.2.3 Thành phần GMDSS 13 1.1.2.4 Phân chia vùng biển GMDSS 14 1.1.2.5 Hệ thống an toàn cấp cứu hàng hải toàn cầu GMDSS 15 1.1.2.6 Các hệ thống thông tin GMDSS 16 1.1.3 Kết luận chương……………………………………………………………… 25 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT KÊNH TRUYỀN … 26 2.1 Đặc tính chung kênh truyền tín hiệu vô tuyến [2] 26 2.2.Đặc tính tín hiệu vơ tuyến [1, 6, 8] 27 2.2.1 Suy hao đường truyền 27 2.2.2.Bóng mờ Fading chậm 28 2.2.3.Ảnh hưởng đa đường Fading nhanh 28 2.2.4 Fading lựa chọn tần số Fading phẳng 28 2.2.5.Độ trải trễ 29 2.2.6.Độ dịch Doppler: 29 2.3 Thông số tán xạ thời gian [2, 8] 30 2.4.Nhiễu AWGN [1, 2, 8] 31 2.5.Nhiễu liên ký tự ISI [1, 2, 8] 31 2.6.Nhiễu liên sóng mang ICI [1, 2, 8] 32 2.7.Các mơ hình kênh [1, 2, 3, 8] 32 2.7.1.Kênh theo phân bố Rayleigh 32 2.7.2.Kênh theo phân bố Rice 33 2.8.1.Lý thuyết dung lượng kênh số Shannon 34 2.8.2.Thơng lượng kênh tương tự có băng tần giới hạn 35 2.9.Kết luận chương 36 CHƯƠNG 3: ƯỚC LƯỢNG, MÔ PHỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN PHÙ HỢP VỚI TÌNH HÌNH BIỂN CỦA VIỆT NAM 37 3.1 Giới thiệu [14] 37 3.2 Đặc điểm truyền sóng vơ tuyến biển phương pháp mô [10, 11, 14] 38 3.2.1 Đặc điểm 38 3.2.2 Phương pháp mô 38 3.3 Phương pháp truyền kênh [9, 14] 39 3.3.1 Phương pháp sử dụng phương trình Parabol nhiều bước 39 3.3.2 Quy trình tiêu chuẩn SSPE 40 3.3.3 Mơ hình địa hình khơng phẳng - Cách tiếp cận bậc thang 41 3.3.4 Thông số Anten phát 41 3.3.5 Thông số độ cao tối đa 41 3.3.6 Khúc xạ Khí 42 3.4.Tiến trình kết mô 43 3.5.1 Các trường hợp kết mô 47 3.5.1.1 Trường hợp 47 3.5.1.2 Trường hợp 48 3.5.1.3 Trường hợp 49 3.6 Kết luận chương 50 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 52 Kết luận 52 Hướng phát triển đề tài 53 Đề xuất kiến nghị 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 57 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT DÃY TỪ TIẾNG ANH DÃY TỪ TIẾNG VIỆT BC Boundary conditions Điều kiện biên COSPASSARSAT Cospas: Cosmicheskaya Sistyema Poiska Avariynich Suduv (Space System for the Search of Vessels in Distress) - Sarsat: Search And Rescuce Satellite Aided Tracking Hệ thống Thông tin Vệ tinh DMFT Discrete mixed Fourier transform Rời rạc hỗn hợp biến đổi Fourier DSC Digital Selective Calling Gọi có chọn lọc kỹ thuật số EGC Enhanced Group Call Dịch vụ gọi chọn nhóm tăng cường EPIRB Emergency Position Indicating Radio Beacon Phao vơ tuyến báo vị trí khẩn cấp, dùng phổ biến lĩnh vực hàng hải FD Frequency domain Miền tần số FDTD Finite-Difference Time domain Miền hữu hạn, khác biệt Thời gian FFT Fourier transformation Biến đổi Fourier GMDSS Global Maritime Distress and Safety System Hệ thống cấp cứu an toàn hàng hải toàn cầu GO Geometrical optics Quang hình học HF Hight Frequency Tần số cao, cao tần IMD Inter-Modulation Distortion Liên điều chế méo INMARSAT International Mobile Satellite Organization Tổ chức Vệ tinh di động Quốc tế LES Land Earth Station Đài Vệ tinh Mặt đất LUT/MCC Local User Terminal/Mission Control Centre Trạm xử lý khu vực MoM Method of Moment Phương pháp Moment MSI Maritime Safety Information Thơng báo an tồn hàng hải NBDP Narrow-Band Direct-Printing Telegraphy Băng hẹp in điện báo trực tiếp NCS Network Coordination Station Trạm phối hợp mạng NOC Network Operation Centre Trung tâm điều hành mạng PEC Perfectly conducting Tiến hành cách hoàn hảo PLB Personal Locator Beacon Phao định vị cá nhân PML Perfectly matched layer Lớp hoàn toàn phù hợp RCC Rescue Co-ordination Centre Trung tâm phối hợp tìm kiếm cứu nạn RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RT Radio-Telephony Vô tuyến điện SART Search and Rescue Radar Transpondar Tìm kiếm cứu hộ radar SSPE Split-Step Parabolic Equation Method Phương pháp sử dụng phương trình Parabol nhiều bước TD Time domain Miền thời gian TLM Transmission-Line Matrix Truyền-Line Matrix VHF Verry Hight Frequency Tần số cao DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Trang thiết bị thông tin Vô tuyến điện tàu theo GMDSS [3] .15 Bảng 3.1: Các thơng số giải thích cửa sổ mơ Matlab [14] .44 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống GMDSS [7] 14 Hình 1.2: Sơ đồ phân chia vùng biển GMDSS [7] 15 Hình 1.3: Các loại máy đàm liên lạc biển [7] 17 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống vệ tinh Inmarsat không gian [7] 18 Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống vệ tinh Inmarsat mặt đất [7] 19 Hình 1.6: Hệ thống gọi cấp cứu Inmarsat [7] 20 Hình 1.7: Các thành phần hệ thống Copas-SarSat [7] 20 Hình 1.8: Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu hệ thống Copas-SarSat [7] 21 Hình 1.9: Epirb hệ thống vệ tinh Copas-SarSat [7] 22 Hình 1.10: Hệ thống SART [7] 22 Hình 1.11: Thiết bị cứu sinh cầm tay VHF [7] 23 Hình 1.12: Vệ tinh GPS [7] 23 Hình 1.13: Thành phần hệ thống GPS [7] 24 Hình 1.14: Cơ chế làm việc GPS [7] 24 Hình 2.1: Ảnh hưởng mô trường vô tuyến [8] 27 Hình 2.2: Đáp ứng xung khí truyền xung RF [8] 28 Hình 2.3: Minh họa fading lựa chọn tần số [8] 29 Hình 2.4: Phân bố xác suất Gauss hai biến [2] 31 Hình 2.5: Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI hệ thống truyền tín hiệu vơ tuyến [8] 32 Hình 2.6: Phân bố xác suất Rayleigh không gian [2] 33 Hình 2.7: Hàm mật độ xác suất phân bố Ricean: k =   dB (Rayleigh) k = dB Với k >>1, giá trị trung bình phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss [2] 34 Hình 3.1: Bề mặt hình thành độ cao dọc khúc xạ biến thể [14] 42 Hình 3.2: Cửa sổ mô Matlab 43 44 Bảng 3.1 Các thông số giải thích cửa sổ Mơ Matlab [14] CÁC THƠNG SỐ GIẢI THÍCH Tần số Tần số hoạt động (MHZ) Giới hạn Phạm vi mong muốn tối đa km xác định Độ cao Chiều cao phát anten Giới hạn kích thước quan sát Sự khác biệt phạm vi quan sát cho cấu hình cao - Fist height : Bầu khơng khí tiêu chuẩn chiều cao thư - Second height : Giữa chiều cao thứ chiều cao thứ hai Khí - Slope (M/km) : Độ dốc bầu khơng khí tiêu chuẩn chiều cao từ mặt đất đến chiều cao thứ - Slope (M/km) : Độ dốc ống chiều cao thứ thứ hai Độ cao tối đa Chiều cao mong muốn tối đa phát Độ nghiêng anten Giới hạn độ nghiên Anten Chùm sóng Độ rộng chùm sóng phát Số điểm địa hình Số điểm địa hình đặt cho cấu hình địa hình người sử dụng Bảng điều khiển phía trước gói phần mềm chia thành ba tiểu vùng Ban đầu, thơng số hình học hoạt động cung cấp người sử dụng Các nút bấm lệnh đặt khu vực Cửa sổ lớn bên phải cửa sổ chiều cao Trong cửa sổ này, theo chiều dọc mẫu anten truyền cung cấp bên trái truyền mô phía bên phải người dùng Xác định tham số địa hình hiển thị cửa sổ này, với kết số SSPE mô phỏng, vẽ hình dạng ba chiều hình đồ hoạ phạm vi chiều cao, màu sắc khác nhau, từ màu đỏ sang màu xanh ứng với mức cao đến thấp giá trị cường độ trường tương ứng 45 Cửa sổ bên trái dành cho biến chiều cao tính khúc xạ Trường mạnh chức chiều cao phạm vi khác (với khoảng phạm vi cung cấp người sử dụng, thơng qua « Phạm vi Obs bước kích thước » hiển thị một mô tiến triển từ phạm vi ban đầu với khoảng cách cuối Cần lưu ý khúc xạ bình thường (không mở rộng) vẽ cửa sổ thấy thay đổi chiều cao tính khúc xạ Tần số hoạt động, phạm vi tối đa, chiều cao anten truyền, chiều rộng chùm sóng mơ hình Gaussian độ nghiêng anten cung cấp Sau đó, khúc xạ khí phạm vi độc lập định Mặt đất địa hình xây dựng cách chọn số điểm địa hình định vị chúng thông qua truyền nhận để tùy ý Khi điểm địa hình cuối có vị trí, nhánh gói chương trình dự đoán loạt chức phụ thuộc mà từ tất điểm địa hình đánh dấu chiều cao tối đa phụ thuộc vào tần số hoạt động độ dốc tối đa địa hình lựa chọn, tính tốn cho phù hợp người dùng nhấn nút « Tối đa có chiều cao » tính tốn, máy phát máy thu cao cung cấp người sử dụng Các cấu hình mặt đất, địa hình cung cấp theo hai cách khác Người dùng chọn số lượng điểm địa hình xác định vị trí chúng cách nhấn vào nút « Xác định vị trí điểm địa hình » cách để theo dõi bất thường (xem hình 3.2) Hình 3.3 cho thấy hồ sơ địa hình tính tốn từ số điểm đánh dấu hình 3.2 Một kịch địa hình người dùng tạo lưu trữ tập tin, hai cột dãy chiều cao cách sử dụng nút « Lưu địa hình » Tên mặc định tập tin địa hình «Terrain.dat» tên cung cấp người sử dụng Bất kỳ tập tin địa hình trước tạo chọn cách sử dụng nút «Tải địa hình » Các chức MATLAB gói SSPEGUI ngắn đơn giản (xem hình 3.4 3.5 cho sơ đồ) Nếu N số điểm cao, sau mảng X (N) trường (N) chứa Hình 3.3: Địa hình tạo từ điểm đánh dấu cách sử dụng kỹ thuật đường cong vừa vặn khối 46 Hình 3.4: Sơ đồ SSPE [14] Hình 3.5: Mối quan hệ khơng gian ngang, lĩnh vực sóng sống ngang[14.] Điểm chiều cao thẳng đứng giá trị trường tương ứng thấy phương trình (24), thủ tục bước phạm vi bao gồm FFT nhân số mũ phức, FFT ngược nhân với số mũ phức (Phụ lục, PART A) Các mảng chiều cao xây dựng chiều cao tối đa (Hmax), số điểm cao (N) tăng chiều cao (delx) cung cấp người sử dụng (Phụ lục, PART B) Các mảng giá trị số sóng ngang kx (N), xác định theo tiêu chuẩn Nyquist (Phụ lục, PART C ) Trường ban đầu xác định theo chiều rộng chùm sóng WW   ln /k0 sinbw / 2 (29) Chiều cao phát (hv)và nghiêng anten(elev) giá trị cung cấp người sử dụng (Phụ lục ,PART D) Người dùng phát triển riêng SSPE mã MATLAB cách sử dụng phân đoạn MATLAB ngắn thay đổi chúng theo yêu cầu Một số thông số trước định số giới hạn phạm vi định, để giữ cho đơn giản hiệu Kích thước FFT giữ đến N = 1024, có nghĩa 512 điểm chiều cao sử dụng để xây dựng trường ban đầu bề mặt (x= 0) chiều cao tối đa (x = xmax) cung cấp người sử dụng, sau mở rộng đối xứng lẻ (để đáp ứng điều kiện biên Dirichlet loại bề mặt trái đất) từ x = đến x = -xmax Từ kích thước chiều cao bước (hoặc chiều cao tối đa có 47 thể) có liên quan đến góc độ tối đa truyền sóng xem xét phân tích, độ nghiêng antenlà "khó khăn hạn chế” loạt ±10° (ví dụ : đường chân trời) Giá trị độ nghiêng cung cấp từ hộp liệu cách sử dụng trượt Cao góc nghiêng chọn, nhỏ kích thước chiều cao bước cần thiết, gây giảm chiều cao tối đa Khí khúc xạ xác định cách đưa sườn dốc phân đoạn tuyến tính hai giá trị chiều cao tính mét Ví dụ: cho chiều cao 1000 m độ dốc 300 sản lượng số khúc xạ n = 1- 300 x 10-9 x 1000 = 0.9997 (30) Ở độ cao 1000m so với bề mặt Mặc dù khúc xạ trở nên thống từ bề mặt, điều không quan trọng ứng dụng SSPE kể từ tài khoản SSPE cho độ lệch giá trị khúc xạ hoạt động xác Hơn nữa, điều ngăn chặn cách xác định (chỉ số khúc xạ bề mặt) phương trình (28) lớn thống Nút “Plot refractivity” dành cho ý định thay đổi hồn tồn tính khúc xạ ngang từ -xmax đến + xmax Cuối cùng, ranh giới mở (khơng gian miễn phí) (x ∞) mô cách thêm tổn hao nhân tạo (hấp thụ) lớp (dưới) xmax (-xmax) Khu vực dọc mở rộng từ xmax đến 2xmax từ - xmax đến -2xmax, bề mặt, tương ứng, khu vực 3xmax/2 đến 2xmax hình thức -3xmax/2 đến -2xmax cho liệu Điều đạt cách làm cho số khúc xạ khu vực phức tạp 3.5.1 Các trường hợp kết mô 3.5.1.1 Trường hợp - Cho tín hiệu sóng vơ tuyến truyền thơng qua bầu khơng khí tiêu chuẩn trái đất tần số 50 MHz, phạm vi truyền sóng tối đa 10 km, chiều cao tối đa anten 600 m, chiều cao phát sóng 500 m, anten bị nghiêng 1° xuống dưới, chiều rộng chùm sóng 1°, khúc xạ tuyến tính ngày tăng với độ dốc 117 M/km tương ứng với bầu khơng khí tiêu chuẩn (bao gồm độ cong trái đất), bầu khơng khí tiêu chuẩn lớp khơng khí thứ có độ cao (H1) 2000m, độ cao lớp khơng khí thứ lớp khơng khí thứ hai (H2) 4000m Vật cản cách anten phát gần 2km khoảng cách xa cách anten 10km độ cao địa hình vật cản sóng truyền thay đổi với độ cao tối thiểu từ mặt nước biển (0m) độ cao tối đa 200m (tương ứng với hình 3.6, mơ trường hợp 1a) Qua ta thấy rằng, với trường hợp sóng truyền tốt, sóng chạm vật cản khoảng cách 7km cách chân anten, độ cao vật cản 200m (vật cản cao trình sóng truyền trường hợp mơ này) gây phản xạ sóng với vật cản, làm cho chùm sóng bị tán xạ suy hao phần khơng đáng kể, tín hiệu truyền đến giới hạn khoảng cách cuối (10km) tốt - Giả sử ta thay đổi độ nghiên anten 2o xuống so với trường hợp 1a (tương ứng với hình 3.7, mơ trường hợp 1b) Do thay đổi độ nghiên xuống lớn 48 anten nên sóng truyền va vật cản, gây phản xạ sóng với vật cản lớn hơn, tín hiệu sóng bị tán xạ nhiều trường hợp 1a truyền đến giới hạn khoảng cách tối đa cho phép bị suy hao nhiều so với trường hợp 1a Hình 3.6: Mơ trường hợp 1a Hình 3.7: Mơ trường hợp 1b 3.5.1.2 Trường hợp - Truyền tín hiệu sóng vơ tuyến truyền thơng qua bầu khơng khí tiêu chuẩn trái đất tần số 50 MHz, phạm vi truyền sóng giới hạn tối đa 40 km, chiều cao tối đa anten 1.200 m, chiều cao phát sóng 600 m, anten bị nghiêng -1.5° xuống dưới, chiều rộng chùm sóng 1°, khúc xạ tuyến tính ngày tăng với độ dốc 1000 M/km tương ứng với bầu khơng khí tiêu chuẩn (bao gồm độ cong trái đất), bầu khơng khí tiêu chuẩn lớp khơng khí thứ có độ cao (H1) 700m, độ cao lớp khơng khí thứ lớp khơng khí thứ hai (H2) 3000m Vật cản cách anten phát gần chân anten (0km) khoảng cách xa cách anten 35km độ cao địa hình vật cản sóng truyền thay đổi với độ cao tối thiểu từ mặt nước biển (0m) độ cao tối đa 600m, địa hình lồi – lõm (tương ứng với hình 3.8, mơ trường hợp 2a) Với trường hợp truyền sóng tham số chùm sóng truyền không gian với -1.5 độ hướng xuống mặt nước tốt, sóng chạm vật cản khoảng cách 10km cách anten có độ cao 300m làm cho sóng bị tán xạ nhiều suy hao dần chạm vật cản cao cho phép trường hợp mô khoảng cách 30km cách chân anten, có độ cao 600m sóng yếu hẳn gặp vật cản cao bị phản xạ ngược lên phía nên khơng thể truyền qua giới hạn khoảng cách cuối (khoảng cách 35km) sóng bị phân tán hẳn - Ta thử thay đổi khúc xạ tuyến tính ngày tăng với độ dốc 2100 M/km, bầu không khí tiêu chuẩn lớp khơng khí thứ có độ cao (H1) 750m, độ cao 49 lớp khơng khí thứ lớp khơng khí thứ hai (H2) 3000m so với trường hợp 2a (tương ứng với hình 3.9, mơ trường hợp 2b) Do thay đổi khúc xạ tuyến tính H1 nên sóng truyền trình va vào vật cản trường hợp 2a, khoảng cách 10km cách anten có độ cao 300m sóng truyền sượt qua phần nhỏ phía bụng sóng nên chùm sóng thay đổi hình dạng truyền tốt va vào khoảng cách 30km cách chân anten, có độ cao 600m sóng yếu gặp vật cản cao bị phản xạ ngược lên phía trên, khơng thể truyền với tín hiệu tốt phần tín hiệu sóng phản xạ lên phía vượt qua giới hạn khoảng cách cuối (khoảng cách 35km) Tín hiệu sóng khơng hẳn trường hợp 2a Hình 3.8: Mơ trường hợp 2a Hình 3.9: Mơ trường hợp 2b 3.5.1.3 Trường hợp - Tín hiệu sóng vơ tuyến truyền thơng qua bầu khơng khí tiêu chuẩn trái đất tần số 40 MHz, phạm vi truyền sóng tối đa 60 km, chiều cao tối đa anten 1500 m, chiều cao phát sóng 1000 m, anten bị nghiêng -15° xuống dưới, chiều rộng chùm sóng 1°, khúc xạ tuyến tính ngày tăng với độ dốc 117 M/km tương ứng với bầu khơng khí tiêu chuẩn (bao gồm độ cong trái đất), bầu khơng khí tiêu chuẩn lớp khơng khí thứ có độ cao (H1) 2000m, độ cao lớp khơng khí thứ lớp khơng khí thứ hai (H2) 4000m Vật cản cách anten phát gần 2.5km khoảng cách xa cách anten 25km độ cao địa hình vật cản sóng truyền thay đổi với độ cao tối thiểu từ mặt nước biển (0m) độ cao tối đa 200m (tương ứng với hình 3.10, mơ trường hợp 3a) Qua tham số địa hình đặt giả định cho trường hợp mơ này, ta nhận thấy rõ ràng sóng lan truyền tốt không gặp vật cản chiều cao phát sóng 1000m, cao nhiều điểm cao vật cản (200m), giới hạn khoảng cách cuối (25km) sóng phản xạ lên mặt nước la truyền không gian 50 - Trong trường hợp ta thay đổi tần số phát 70MHZ so với trường hợp 3a (tương ứng với hình 3.11, mơ trường hợp 3b) Khi thay đổi tần số phát sóng vơ tuyến truyền môi trường không gian tự bề mặt Trái Đất, tần số khác chịu ảnh hưởng khác khí Trong trường hợp thay đổi tần số phát tần số cao cơng suất phát lớn, bước sóng lại nhỏ, mà bước sóng nhỏ có khả đâm xun vật cản tốt mơi trường truyền vơ tuyến có nhiều vật cản nên lý để phát tần số cao tần số cao suy hao truyền qua mơi trường khí lớn Vì trường hợp gặp điều kiện thời tiết, khí hậu khơng thuận lợi sóng truyền bị suy hao nhiều so với trường hợp mô 3a Hình 3.10: Mơ trường hợp 3a Hình 3.11: Mô trường hợp 3b 3.6 Kết luận chương Qua phần mơ trường hợp truyền sóng vơ tuyến biển phần mềm mô Matlab, thân xây dựng kịnh giả thiết tham số để mô số trường hợp tiêu biểu như: Tìm hiểu tổng quan mạng vơ tuyến điện hàng hải biển; Tìm hiểu lý thuyết truyền sóng vơ tuyến; Mơ việc truyền sóng điện từ mơi trường khơng đồng nhất, địa hình thay đổi để khái qt phần tình hình thực tế địa phương, phù hợp sau chấp thuận triển khai áp dụng địa phương để hỗ trợ cơng tác cứu hộ, tìm kiếm cứu nạn bảo vệ chủ quyền an ninh biên giới quốc gia biển Trong ba trường hợp mô trên, trường hợp xây dựng kịch tham số khác để phù hợp với vị trí địa hình, điều kiện thời tiết yếu tố kĩ thuật trang thiết bị phát sóng trang bị Kịch trường hợp khác bên cạnh kịch thay đổi vài tham số như: độ nghiên anten, tần số phát, điều kiện thời tiết … để ta thấy rõ, thực tế xảy trường hợp tương tự mơ Matlab thuận tiện để ứng dụng phục vụ công việc thực tế để triển khai hệ 51 thống cách tối ưu với điều kiện địa phương Mỗi kịch ứng với tình xảy thực tế qua ta nắm rõ phương án tối ưu việc lắp đặt, chọn thiết bị phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu để triển khai hệ thống thuận lợi gặp cố thực cơng việc ứng phó cách tốt Tỉnh Thừa Thiên Huế nằm duyên hải miền trung Việt Nam bao gồm phần đất liền phần lãnh hải thuộc thềm lục địa biển Đơng, có đường bờ biển dài 120km, vùng nội thủy rộng 12 hải lý, vùng đặc quyền kinh tế mở rộng đến 200 hải lý tính từ đường sở, thềm lục địa biển Đơng phía Đơng Bắc cách mũi cửa Khém nơi gần khoảng 600m có đảo Sơn Chà Tuy diện tích đảo khơng lớn (khoảng 160ha), có vai trò quan trọng phát triển kinh tế xã hội, bảo vệ an ninh quốc phòng nước ta nói chung tỉnh Thừa Thiên Huế nói riêng Thừa Thiên Huế nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa thời tiết diễn biến phức tạp, năm phải hứng chịu nhiều đợt mưa lũ bão từ biển Đơng Bên cạnh đó, người dân sống xã ven biển từ bao đời sống nghề đánh cá Hiện nay, số lượng tàu thuyền địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế có 1000 tàu, thuyền phương tiện biển lạc hậu đối tượng chịu nhiều rủi ro thiệt hại có thiên tai xảy Một nguyên nhân gây thiệt hại người tài sản bão, áp thấp gây việc thông tin liên lạc đất liền với biển bất cập Và vấn đề bảo vệ chủ quyền biên lãnh hải quốc gia Do đặc thù địa phương có đường biên giới biển dài khí hậu hàng năm diễn biến phức tạp phương tiện thông tin liên lạc không trang bị đủ phục vụ cho công tác cứu hộ, tìm kiếm cứu nạn hỗ trợ đắc lực với lực lượng Bộ đội Biên phòng cho công tác bảo vệ an ninh chủ quyền biển đảo Nhận thấy tầm quan trọng nên năm qua, Sở Thông tin Truyền thông tham mưu với UBND tỉnh Thừa Thiên Huế Bộ Thông tin Truyền thông phối hợp với Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn ban hành nhiều sách hỗ trợ cho ngư dân đánh bắt xa bờ trang bị thiết bị thông tin liên lạc lắp đặt tàu cá phục vụ Bản thân chuyên viên Sở Thông tin Truyền thông quản lý lĩnh vực viễn thông nên quan tâm đến vấn đề đảm bảo thông tin liên lạc quan trọng thơng tin liên lạc biển Vì vậy, làm luận văn liền chọn đề tài “Ước lượng kênh truyền tin vô tuyến biển.” để nghiên cứu phần ứng dụng vào thực tế để phục vụ cho cơng việc ứng dụng để tối ưu hệ thống thông tin liên lạc biển tỉnh nhà 52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Nghiên cứu việc truyền tín hiệu vơ tuyến biển Việt Nam giúp ta tiếp xúc thực tế việc tổ chức kiểm tra, kiểm soát thường xuyên, định kỳ đột xuất tần số an toàn, cứu nạn để phát xử lý kịp thời nhiễu có hại, đảm bảo an tồn cho hệ thống thông tin vô tuyến điện biển cơng việc cấp thiết Vì việc mơ “Ước lượng kênh truyền tin vô tuyến biển.” công cụ Matlab đề tài phần phục vụ cho cơng việc có tính thực tiễn Đồ án tập trung vào trường hợp truyền tín hiệu khác hệ thống truyền sóng vô tuyến Trước sâu vào nghiên cứu phương pháp truyền tín hiệu, đồ án tìm hiểu tương đối đầy đủ vấn đề hệ thống truyền tín hiệu vơ tuyến nhằm có nhìn sâu sắc phương pháp kĩ thuật truyền tín hiệu vơ tuyến Trong phần giới thiệu tổng quan truyền tín hiệu vơ tuyến điện, tập trung vào trạng vô tuyến điện biển Việt Nam, luận văn tìm hiểu số đặc điểm trạng hệ thống thơng tin liên lạc biển, qua làm rõ ưu điểm nhược điểm hệ thống ngồi việc dùng để phục vụ thơng tin liên lạc biển hệ thống phục vụ phòng chống thiên tai, tìm kiếm cứu nạn mùa mưa bão an ninh quốc phòng Tổ quốc biển Những hạn chế ảnh hưởng fading cách chọn lọc tần số, lắp đặt anten máy phát cho hợp lý địa hình tránh vật cản phản xạ biển Ưu điểm hệ thống thích hợp với điều kiện thời tiết trường hợp tất phương tiện liên lạc mưa bão xảy bị lập hệ thống thơng tin liên lạc vô tuyến điện hữu dụng nhất, cần ta đảm bão nguồn điện cung cấp cho máy (12V) khoảng thời gian định Phần truyền tín hiệu vơ tuyến nghiên cứu khái niệm việc truyền tín hiệu vơ tuyến nhằm giúp ta có nhìn tổng quan phương pháp truyền tín hiệu mà ta mơ Phần trình bày khái niệm phân tập đa đường, đáp ứng xung kênh không phụ thuộc thời gian phụ thuộc thời gian, mơ hình kênh bản, quan hệ tín hiệu phát, tín hiệu thu mơ hình truyền sóng, truyền dẫn mơi trường nhiễu trắng, vấn đề dung lượng truyền tín hiệu vơ tuyến đề cập đến Trong trường hợp mơ ứng với tình xảy thực tế qua ta nắm rõ phương án tối ưu việc lắp đặt, chọn thiết bị phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu để triển khai hệ thống thuận lợi gặp cố thực cơng việc ứng phó cách tốt Liên hệ thực tế địa phương, tỉnh Thừa Thiên Huế nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa thời tiết diễn biến phức tạp, hàng năm phải ứng chịu 53 nhiều đợt mưa lũ bão từ biển Đơng Bên cạnh đó, người dân sống xã ven biển từ bao đời sống nghề đánh cá Hiện nay, số lượng tàu thuyền địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế có 1000 tàu thuyền phương tiện biển lạc hậu đối tượng chịu nhiều rủi ro thiệt hại có thiên tai xảy Một nguyên nhân gây thiệt hại người tài sản bão, áp thấp gây việc thông tin liên lạc đất liền với biển bất cập Và vấn đề bão vệ chủ quyền biên lãnh hải quốc gia Vì vậy, luận văn trình trình bày trường hợp mơ truyền tín hiệu sóng vơ tuyến biển qua phần mềm Matlab, qua ứng dụng thực tế địa phương Các tần số liên lạc Chương phần giới thiệu tổng quan “Tổng quan mạng vô tuyến điện hàng hải biển Việt Nam” tần số phát tin cảnh báo biển Trong Chương mô truyền sóng biển” tình giả thiết đặt điều kiện có cố thiên tai, an toàn biển dùng để liên lạc ứng cứu, cứu hộ kịp thời số địa hình điều kiện thời tiết khác Vì chưa đủ điều kiện nên tình mơ Chương hạn chế, mơ tình hình thực tế đại bàn tỉnh Thừa Thiên Huế, chưa mở rộng, liên hệ thêm vùng, địa phương khác để có nhiều phong phú tình mơ với thực tế Hướng phát triển đề tài Mơ truyền tín hiệu vơ tuyến biển Việt Nam hướng nghiên cứu khơng nóng thơng tin di động Tại Việt Nam, có nhiều cơng trình nghiên cứu lĩnh vực này, nước ta chưa có nhiều điều kiện để kiểm nghiệm ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế nhiều thiếu nhiều điều kiện kinh phí người Trong phạm vi luận văn này, kiến thức kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa có, kinh nghiệm thực tiễn khơng nhiều làm việc điều kiện quản lý nhà nước, điều kiện đầu tư kinh phí Nhà nước hạn hẹp mà thân khơng đủ khả tự độc lập nghiên cứu luận em mang tính chất tìm hiểu tổng quan, chưa sâu vào nghiên cứu hết tất phương pháp mơ truyền tín hiệu vơ tuyến điện biển Việt Nam Trong tương lai, tiếp tục tham gia nghiên cứu khoa học, em cố gắng để nghiên cứu sâu kỹ thuật pháp ước lượng kênh truyền vô tuyến điện biển Việt Nam, nghiên cứu kĩ thuật truyền tín hiệu nội suy phức tạp hiệu hơn, mô so sánh phương pháp truyền tín hiệu để thấy rõ ưu nhược điểm phương pháp, từ rút cách lựa chọn phương pháp mơ ước lượng truyền tín hiệu vơ tuyến điện biển điều kiện thích hợp Đề xuất kiến nghị Tuy hướng nghiên cứu, mô đề tài khơng đặc thù sóng truyền vơ tuyến điện phụ thuộc lớn vào đầu tư trang thiết bị phát sóng, 54 tần số phát, địa hình lắp đặt khí hậu, thời tiết địa phương Trong khuôn khổ luận văn không đủ thời gian để nghiên cứu, mơ sóng truyền vơ tuyến nhiều địa hình, khí hậu vùng, miền, địa phương khác nên nghiên cứu, mơ số tình thường xảy địa phương em sinh sống làm việc tỉnh Thừa Thiên Huế, địa phương hàng năm phải hứng chịu nhiều thiên tai, bão, lụt xảy Bản thân người làm việc ngành viễn thông nên mong muốn địa phương quan cấp quan tâm phương tiện kỹ thuật, người để xây dựng mạng lưới thông tin liên lạc phục vụ cho công tác tìm kiếm cứu nạn mùa mưa bão Rất mong Thầy, Cô bạn đồng nghiệp sau hỗ trợ thêm cho em mặt kiến thức kỹ thuật để hồn thiện hướng nghiên cứu có tính thuyết phục cao nhằm xin nguồn kinh phí phục vụ cho công việc nghiên cứu sớm đưa vào ứng dụng thực tế địa phương để phục vụ cho cơng tác tìm kiếm cứu nạn mùa mưa bão bảo vệ chủ quyền an ninh biên giới Quốc gia biển Nếu địa phương quan tâm đầu tư nghiên cứu hệ thống mạng vơ tuyến nghiên cứu thêm tình xảy truyền sóng Trên địa hình, vật cản, thời tiết, khí hậu địa phương; cơng suất loại máy phát nhiều tần số phát … để ước lượng kênh truyền biển cho phù hợp với địa hình, thời tiết … khác Để áp dụng phù hợp cho địa phương đưa vào ứng dụng thực tế 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Đặng Lê Khoa, “Bài giảng truyền thông không dây”, Đại học Khoa học tự nhiên Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2009 Đặng Văn Chuyết & Nguyễn Tuấn Anh , “Cơ sở lý thuyết truyền tin-Tập hai “, Nhà xuất giáo dục-2000 Hồ Văn Quân, “Lý thuyết thông tin”, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, “Giáo trình Thơng tin di động”, NXB Bưu điện, 2002 Nguyễn Văn Đức, Cheng-Xiang Wang, “Kỹ thuật thông tin số- Tập 1”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật- Hà Nội 2006 Trịnh Anh Vũ, “Thông tin di động”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006 Trung tâm Tần số Khu vực 3, Tài liệu Tập huấn “Thông tin Vô tuyến Hàng hải”, cho Sở Thông tin Truyền thông, năm 2013 Luận văn Đại học năm 2009, “Ước lượng kênh truyền OFDM” Đại học Bách khoa Đà Nẵng Tiếng Anh: A.E.Barrios, “A Terrain Parabolic Equation Model for Propagation in the Troposphere”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, AP-42, 1994, pp 90-98 10 F.D.Tappert, “The Parabolic Approximation Method”, in J B Keller and J S Papadakis (eds) Wave Propagation and Underwater Acoustics, New York, Springer-Verlag, 1977, pp 224-287 11 F.R.DiNapoli , R L Daeavenport, “ Numerical Methods of Underwater Acoustic Propagation” in J A DeSanto, Numerical Methods of Underwater Acoustic Propagation, I: Ocean Acoustics, New York, Springer-Verlag, 1977 12 International Telecommunications Union , “Radio Regulations _ Edition of 1988” - Chapter 7: Distress and Safety communications ( Article 31, 32,33,34 : about GMDSS system) 13 International Telecommunications Union, “Radio Regulations _ Edition of 1988” - Chapter 9: Maritime Services 56 14 L.Sevgi, “A Matlab-Based Two-Dimensional Parabolic Equation Radiowave Propagation Package”, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol.47, August 2005, pp.164-174 15 L.Sevgi, “A Ray Shooting Visualization Matlab Package for 2D Groundwave Propagation Simulations”, IEEE Antennas and Propagation Magazine, 46, 16 M.Levy, “Parabolic Equation Methods for Electromagnetic Propagation”, London, Institution of Electrical Engineers, 2000 Wave 17 Tran Duc Tan, Do Duc Dung, Ta Duc Tuyen, Nguyen Van Hoang, “Innovative WiMAX Broadband Internet Access for Rural Areas of Vietnam using TV Broadcasting Ultra-High Frequency (UHF) Bands”, TENCON 2011, Indonesia, 11/2011 Website: 18 http://www.imo.org and http://www.itu.int 57 PHỤ LỤC SSPE kịch MATLAB PART A : % -RANGE LOOP BEGINS For n=1 :NZ Field2=fftshift(Field); % swaps the left and right halves Field=fft(Field2,N); % apply FFT Field2=fftshift(Field); % swaps the left and right halves Field2= Field2* exp(-i*delz*(KX(k))2/(2*K0)); % multiply by first complex exponent Field2=fftshift(Field2); % swaps the left and right halves Field=ifft(Field,N); % apply inverse FFT Field2=fftshift(Field2); % swaps the left and right halves Field=Field* exp(i*delz*K0*(REFR(k)-1)/2); % multiply by second complex exponent End % END OF RANGE LOOP PART B : % -HEIGHT ARRAY -For k=1 : N X(k)=-hmax+(k-1)*delx; End PART C : % -kx(N) values For k=1:N Kx(k)=2*pi*(-1/(2*delx)+(k-1)/(N*delx)); End PART D : % -Beamwidth for Gaussian Source -For k=1 :N PP=kx(k)-K0*sin(elev); Field2(k)=exp(-(PP*ww/2)2)*exp(-i*kx(k)*hv)-exp(-(PP*ww/2)2)*exp(i*kx(k)*hv); End 58 ... Chất lượng hệ thống thơng tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu Không giống kênh truyền hữu tuyến ổn định dự đốn được, kênh truyền vơ tuyến hồn tồn ngẫu nhiên... kiếm cứu nạn biển Ngồi phương tiện hỗ trợ đắc lực việc bảo vệ chủ quyền biển đảo quê hương 26 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT KÊNH TRUYỀN 2.1 Đặc tính chung kênh truyền tín hiệu vô tuyến [2] Chất lượng hệ thống... thấp gây việc thông tin liên lạc đất liền với biển bất cập Vấn đề nóng việc tranh chấp nước Biển Đông căng thẳng chưa biết kết thúc Do đó, tầm quan trọng thông tin vô tuyến biển vô cấp thiết việc