Một số mô hình truyền sóng COST 231 cho các thế hệ di động tương lai

LỜI NÓI ĐẦU Ở nước ta trong những năm gần đây tình hình phát triển của thông tin di động cũng rất ngoạn mục với sự tăng trưởng rất nhanh của số mạng di động cũng như số thuê bao. Với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ dữ liệu, chắc chắn trong tương lai gần các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ 3 và hơn nữa sẽ xâm nhập vào Việt Nam. Trong tình hình như vậy, việc tìm hiểu sâu về các mô hình truyền sóng và dự đoán tổn hao đường truyền cho các hệ thống như vậy là một việc hết sức cần thiết, có ý nghĩa quan trọng đối với công tác tính toán thiết kế vô tuyến cho các mạng di động từ 3G trở lên trong tương lai. Trước những vấn đề mang tính chất thời sự trên, việc nghiên cứu tìm hiểu về các mô hình truyền sóng và các mô hình dự đoán tổn hao đường truyền đã được phát triển trong dự án COST 231 của Cộng đồng Châu âu cho các hệ thống vô tuyến di động từ 3G trở lên, đặc biệt là việc đi sâu tìmhiểu một số mô hình truyền sóng trong dải tần của các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có một ý nghĩa thiết thực trong xu thế hội nhập công nghệ viễn thông của chúng ta. Xuất phát từ ý tưởng trên, chúng em quyết định chọn thực hiện đề tài tiểu luận: “Một số mô hình truyền sóng COST 231 cho các thế hệ di động tương lai”. Mục tiêu của tiểu luận là nghiên cứu tìm hiểu về các mô hình truyền sóng và các mô hình dự đoán tổn hao đường truyền đã được phát triển trong dự án COST 231, tập trung đi sâu tìm hiểu một số mô hình truyền sóng trong dải tần của các hệ thống thông tin di động thế hệ 3. Tiểu luận thực hiện theo phương pháp: nghiên cứu đặc điểm, cách thức thực hiện trên từng mô hình, trên cơ sở đó phân tích, so sánh và đánh giá lợi thế cũng như khả năng ứng dụng của từng mô hình trong các điều kiện hệ thống thực tế. Chúng em xin cảm ơn thầy Phạm Duy Phong đã giao cho chúng em tìm hiểu bài tiểu luận này, nhờ thầy mà chúng em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích mà còn học được tinh thần làm việc nhóm, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả đây là những điều rất cần thiết cho chúng em trong quá trình học tập và công tác sau này Chúng em xin chân thành cảm ơn TÓM TẮT TIỂU LUẬN Tiểu luận được bố cục thành 3 chương Giới thiệu chung Chương 1: Tổng quan về kênh thông tin vô tuyến di động Nêu khái niệm về , thông tin di động thông tin di động tế bào. Chương này nêu ra các đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động, một số các kỹ thuật, các phương pháp đa truy cập kênh thường sử dụng trong hệ thống di động tế bào. Chương 2: Một số mô hình ứng dụng trong thông tin di động Nêu ra một số mô truyền sóng , đặc điểm , tính chất, ứng dụng trong hệ thống thong tin di động . Trình bày những suy hao đường truyền trên địa hình bằng phẳng cũng như đồi núi. Từ đó đưa ra một số mô hình truyền sóng và dự đoán tổn hao đường truyền như mô hình Okumura, mô hình Hata, mô hình COST 231, IMT 2000………... Trong thông tin di dộng. Chương 3: Mô hình truyền sóng theo COST 231 Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3G mô hình phù hợp nhất là Cost 231 với dải tần 2 GHz. Trong chương này trình bầy mô hình tính toán dự đoán truyền sóng tiêu biểu đã được phát triển trong dự án COTS 231. Chất lượng của mô hình cũng như giới hạn của chúng, được phân tích đánh giá chi tiết trong chương này. Kết luận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG COST 231 TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN SĨNG Giảng Viên : Phạm Duy Phong Nhóm thực hiên: NHÓM: Lớp : D7-DTVT2 Hà Nội , Ngày MỤC LỤC Danh mục hình ảnh : Hình 1.1 Hiệu ứng Doopler Hình 1.2 Phổ Doppler song mang khơng điều chế… Hình 1.3 Hiện tượng pha đinh 11 Hình 1.4 Hàm mật độ xác xuất Rayleigh 11 Hình 2.1 Tổn hao đường truyền tín hiệu mơ hình Hata 14 Hình 2.2 Biểu đồ cường độ trường OKUMURA 16 Hình 2.3 Thơng số anten mơ hình COST 231… 18 Hình 3.1 Đồ thị suy hao sử dụng mơ hình COST 231 Hata 22 Hình 3.2 Đồ thị suy hao sử dụng mơ hình COST 231 Walfish-Ikegami….23 Hình 3.3 Sự phản xạ tán xạ song điện từ không gian 25 Hình 3.4 Hiện tượng fading đa đường 26 Danh sách thành viên công việc STT Nội Dung Đọc dịch tài liệu, tổng hợp tài liệu, viết mục lục, tổ chức thảo luận đề cương phân công công việc cho thành viên Đọc dịch tài liệu, thiết kế bìa ,viết lời giới thiệu chung tổng quan, tìm hiểu tổng quan mơ hình Cost 231 Đọc dịch tài liệu , thảo luận đề cương ,tìm hiểu tổng quan mơ hình Hata Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu tổng quan mơ hình Okumura Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu ứng dụng mơ hình Cost 231 Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu thơng số kĩ thuật Cost 231 thông tin di động Đọc dịch tài liệu, tìm hiêu tổn hao truyền sóng mơ hình Cost 231 Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu tổng quan mơ hình Cost 231, tổng hợp tài liệu làm power point Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu tổng quan mơ hình truyền sóng IMT 2000 Ghi 10 11 Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu tổng quan thơng tin di động truyền sóng Đọc dịch tài liệu, tìm hiểu phương pháp chống suy hao truyền sóng LỜI NĨI ĐẦU Ở nước ta năm gần tình hình phát triển thơng tin di động ngoạn mục với tăng trưởng nhanh số mạng di động số thuê bao Với phát triển nhanh chóng dịch vụ liệu, chắn tương lai gần hệ thống vô tuyến di động hệ thứ xâm nhập vào Việt Nam Trong tình vậy, việc tìm hiểu sâu mơ hình truyền sóng dự đốn tổn hao đường truyền cho hệ thống việc cần thiết, có ý nghĩa quan trọng cơng tác tính tốn thiết kế vơ tuyến cho mạng di động từ 3G trở lên tương lai Trước vấn đề mang tính chất thời trên, việc nghiên cứu tìm hiểu mơ hình truyền sóng mơ hình dự đốn tổn hao đường truyền phát triển dự án COST 231 Cộng đồng Châu âu cho hệ thống vô tuyến di động từ 3G trở lên, đặc biệt việc sâu tìmhiểu số mơ hình truyền sóng dải tần hệ thống thông tin di động hệ có ý nghĩa thiết thực xu hội nhập công nghệ viễn thông Xuất phát từ ý tưởng trên, chúng em định chọn thực đề tài tiểu luận: “Một số mô hình truyền sóng COST 231 cho hệ di động tương lai” Mục tiêu tiểu luận nghiên cứu tìm hiểu mơ hình truyền sóng mơ hình dự đốn tổn hao đường truyền phát triển dự án COST 231, tập trung sâu tìm hiểu số mơ hình truyền sóng dải tần hệ thống thông tin di động hệ Tiểu luận thực theo phương pháp: nghiên cứu đặc điểm, cách thức thực mơ hình, sở phân tích, so sánh đánh giá lợi khả ứng dụng mơ hình điều kiện hệ thống thực tế Chúng em xin cảm ơn thầy Phạm Duy Phong giao cho chúng em tìm hiểu tiểu luận này, nhờ thầy mà chúng em tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tinh thần làm việc nhóm, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu điều cần thiết cho chúng em trình học tập công tác sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT TIỂU LUẬN Tiểu luận bố cục thành chương Giới thiệu chung Chương 1: Tổng quan kênh thông tin vô tuyến di động Nêu khái niệm , thông tin di động thông tin di động tế bào Chương nêu đặc điểm truyền sóng thơng tin di động, số kỹ thuật, phương pháp đa truy cập kênh thường sử dụng hệ thống di động tế bào Chương 2: Một số mơ hình ứng dụng thông tin di động Nêu số mô truyền sóng , đặc điểm , tính chất, ứng dụng hệ thống thong tin di động Trình bày suy hao đường truyền địa hình phẳng đồi núi Từ đưa số mơ hình truyền sóng dự đốn tổn hao đường truyền mơ hình Okumura, mơ hình Hata, mơ hình COST 231, IMT 2000……… Trong thông tin di dộng Chương 3: Mơ hình truyền sóng theo COST 231 Đối với hệ thống thông tin di động hệ 3G mô hình phù hợp Cost 231 với dải tần GHz Trong chương trình bầy mơ hình tính tốn dự đốn truyền sóng tiêu biểu phát triển dự án COTS 231 Chất lượng mô giới hạn chúng, phân tích đánh giá chi tiết chương Kết luận Chương TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SĨNG TRONG THƠNG TIN DI ĐỘNG Thông tin di động tế bào Thông tin di động dạng tế bào hệ thống thông tin số đời phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu ngày cao người Trong q trình phát triển mạng thơng tin di động tế bào phải đối mặt với thách thức to lớn Vấn đề truyền lan đa đường, ảnh hưởng pha-đinh, khắc phục nhờ phát triển kỹ thuật phân tập không gian thực hệ thống thu phát đa ăng-ten Vấn đề suy hao truyền dẫn quan tâm, để khắc phục khơng đơn tăng cơng suất phát ảnh hưởng tới yêu cầu nhỏ gọn, động máy cầm tay Các hệ thống thông tin di động phát triển nhanh chóng với nhịp độ trung bình 10 năm lại có hệ thống tin di động đời 1.2 Các đặc điểm truyền sóng thơng tin di động Do tín hiệu thực qua kênh vô tuyến nên chất lượng liên lạc phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khác địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, tốc độ di chuyển trạm di động , mật độ thuê bao đơn vị tần số đơn vi diện tích, anten ,cơng suất phát,, sơ đồ điều chế… ta chia thành loại: ảnh hưởng hiệu ứng Doppler, tổn hao đường truyền, pha đinh trải trễ 1.2.1 Hiệu ứng Doppler Hiệu ứng Doppler thay đổi tần số tín hiệu thu so với tín hiệu phát đi, gây chuyển động tương đối máy phát máy thu trình truyền sóng Khi MS di động so với BS chướng ngại vật di động tia sóng tới máy thu MS cịn chịu tác động hiệu ứng Doppler Khi BS phát sóng mang , khơng điều chế Xét tia tới thứ i hình với góc : Hình 1.1 Hiệu ứng Doopler Khi tín hiệu thu theo tia sóng thứ i có tần số bi dịch lượng dung dịch tần Doppler: = cos với = (1.1) Tức tần số tín hiệu thu là: +.cosα= (1+ cosα) (1.2) Lượng dịch tần Doppler cực đại α= hay lớn v lớn Hiện tượng xấu MS xe chạy xa lộ, anten trạm gốc bố trí cầu vượt xa lộ phát dọc theo xa lộ Khi α phân bố đều, tần số Doppler có phân bố cosin ngẫu nhiên mật độ phổ cơng suất S(f) tính sau: Cơng suất tín hiệu tới theo góc dα cơng suất Doppler S(f)df df vi phân α theo lượng dịch tần Doppler cosα dẫn đến việc truyền sóng mang khơng điều chế sé thu tín hiệu nhiều tia , có phổ khơng cịn tần số đơn mà phổ bao gồm tần số thuộc (± ) Hình 1.2 Phổ Doppler song mang khơng điều chế • Garea: hệ số khuếch đại( tùy thuộc vào môi trường xét) 2.2.4 Ứng dụng Mô hình Okumura mơ hình sử dụng rộng rãi khu vực đô thị Mơ hình áp dụng cho tần số từ 150 MHz đến 1920 MHz (mặc dù thường ngoại suy lên đến 3000 Mhz ) khoảng cách từ km đến 100 km Mơ hình Okumura sử dụng cho trạm sở có chiều cao ăng ten khác nhau, từ 30 m đến 1000m Mơ hình Okumura hồn tồn xây dựng từ thực nghiệm khơng có luận giải lí thuyết cho mơ hình Nó trở thành mơ hình chuẩn áp dụng việc xây dựng hệ thống vô tuyến Nhật Bản Khuyết điểm lớn mơ hình khơng áp dụng cho khu vực nơng thơn Độ lệch trung bình mơ hình thực tế rơi khoảng từ 10 dB đến 14 dB 2.3 Mơ hình COST 231- Walfish-Ikegami 2.3.1 Giới thiệu Mơ hình dựa đóng góp khác thành viên “Nhóm nghiên cứu mơ hình truyền sóng dự án COST 231”, gọi mơ hình COST-Walfish-Ikegami(COST-WI) Mơ hình cho phép ước lượng tổn hao đường truyền kĩ thông qua việc xem xét nhiều liệu đặc tả môi trường đo thị 2.3.2 Thông số kĩ thuật Hình 2.3 Thơng số anten mơ hình COST 231 Độ cao tòa nhà Độ rộng cá đường w Giãn cách tòa nhà b Hướng đường phố so với đường truyền vô tuyến trực tiếp Các công thức liên quan: =+ + + > = + < - - : tổn hao không gian tự : tổn hao nhiễu xạ tán xạ tịa nhà = -16.9 – 10log(w) + 10log() + 20log + : -10 + 0.345() với 35 2.5 + 0.075() với 35 55 4.0 – 0.114() với 55 90 : tổn hao nhiễu xạ nhiều tầng =+++-9 = -18log[1+()] > =0 = 54 > = 54 – 0.8() d 0.5 km = 54 – 0.8()d/2 d 0.5 km = 18 = 18 – 15()/ = -4 + 0.7(/925 - 1) = -4 + 1.5(/925 - 1) cho thành phố vừa nhỏ cho thành phố lớn 2.3.2 Ứng dụng Mơ hình áp dụng cho tần số từ 800 đến 200MHz, từ 4m đến 50m, từ 1m đến 3m d từ 0.02 đến 5km 2.4 Mơ hình IMT-2000 Giới thiệu chung IMT-2000 mạng Quốc tế viễn thông di động sinh ITU hệ thống hệ thứ ba cho viễn thông di động IMT-2000 kết hợp tác nhiều đơn vị, ITU ( ITU-R ITU-T ), bên ITU ( 3GPP, 3GPP2 , UWCC vvv… ) IMT-2000 cung cấp hạ tầng kỹ thuật cho dịch vụ gia tăng ứng dụng chuẩn cho mạng thông tin di động Các tiêu chuẩn công nghệ hệ thống thông tin di động hệ ba: + IMT-2000 CDMA Direct Spread (trải phổ trực tiếp), thường biết tên WCDMA +MT-2000 CDMA Multi-Carrier (nhiều sóng mang), phiên 3G hệ thống IS-95 (hiện gọi cdmaOne) + IMT-2000 CDMA TDD + IMT-2000 TDMA Single-Carrier (một sóng mang), hệ thống thuộc nhóm phát triển từ hệ thống GSM có lên GSM 2+ (được gọi EDGE) +IMT-2000 FDMA/TDMA (thời gian tần số), hệ thống thiết bị kéo dài thuê bao số châu Âu + IMT-2000 OFDMA TDD WMAN (thường biết tên WiMAX di động) 2.4.1 2.4.2 Thông số kĩ thuật Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz sau: Đuờng lên: 1885 – 2025 MHz Đường xuống: 2110 -2200 MHz IMT-2000 hỗ trợ tốc độ đường truyền cao hơn: +Cho người dùng văn phòng tốc độ tối thiểu 2Mbps +Khi di chuyển xe 348Kbps Môi trường hoạt động IMT – 2000 chia thành vùng với tốc độ bit R sau: + Vùng 1: Trong nhà, ô pico, Rb ≤ Mbit/s + Vùng 2: thành phố, ô macrô, R b ≤ 384 kbit/s + Vùng 2: ngoại ô, ô macrô, Rb ≤ 144 kbit/s + Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6 kbit/s 2.4.3 Ứng dụng Cơng nghệ W-CDMA có đặc tính sở sau: + Hoạt động CDMA băng rộng với băng tần 5MHz; + Lớp vật lý linh hoạt để tích hợp tất tốc độ sóng mang; + Tái sử dụng Ngồi cơng nghệ có tính tăng cường sau: + Phân tập phát; + ăng ten thích ứng + Hỗ trợ cấu trúc thu tiên tiến Với đạc tính vật lý linh hoạt,tốc độ cao WCDMA có khả hỗ trợ dịch vụ băng rộng truy cập Internet tốc độ cao, xem phim, nghe nhạc… Được nước châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc Mỹ…phân bổ với dải tần số khác Chuẩn 3G mà Bộ Thông tin Truyền thông Việt Nam cấp phép là WCDMA băng tần 2100 MHz Công nghệ hoạt động dựa CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao video, truy cập Internet, hội thảo có hình WCDMA nằm dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz Chương MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG COST 231 3.1 Giới thiệu chung COST 231 Với xuất hệ thống điện thoại di động không dây, bước thực phổ biến tổng quát mạng lưới điện thoại di động cá nhân thông tin liên lạc Mơ hình Cost 231 nghiên cứu truyền thơng di động, với trọng tâm hệ thống thông tin di động cá nhân mà tương lai gần cung cấp cho đàm thoại liệu COST 231, tập trung sâu tìm hiểu số mơ hình truyền sóng dải tần hệ thống thông tin di động hệ 3.2 Thông số kĩ thuật mơ hình COST 231 Mơ hình COST 231 mơ hình tính tốn suy hao sử dụng phổ biến cho mạng di động với dải tần từ 1.5 GHz tới GHz nhiên hoàn tồn có khả năngdự đốn suy hao băng tần 3.5 GHz Hai mơ hình COST 231 thường dùng COST231 Hata COST 231 Walfish-Ikegami 3.2.1 Mơ hình COST 231 Hata Công thức suy hao Lp= 46,3 + 33,9log f −13,82loghb −a(hm) + (44,9 − 6,55loghb)logd +C m(2.13) Trong Lp giá trị suy hao, tính theo dB f tần số sử dụng, tính theo MHz hb chiều cao hiệu dụng anten trạm gốc, tính theo m hm chiều cao anten trạm di động, tính theo m d khoảng cách từ trạm di động đến trạm gốc, tính theo km a(hm) hệ số hiệu chỉnh anten MS, tính theo dB a(hm ) = (1,1.log f− 0,7).hm − (1,56.log f − 0,8) +Cm : hệ số điều chỉnh loại vùng Cm = dB với thành phố cỡ trung bình trung tâm ngoại ô Cm = dB với trung tâm đô thị Các khoảng giá trị sử dụng cho mô hình COST 231 Hata+ Dải tần 1500 ~ 2000 MHz, nhiên sử dụng cho băng tần 2500 MHz + Tần số hoạt động 2500 MHz + Độ cao anten trạm gốc 60 m (đồ thị Lp-1) + Độ cao anten trạm gốc 40 m (đồ thị Lp-2) + Độ cao anten trạm di động 1,5 m + Khoảng cách truyền sóng 100 m