Hình 3.1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE
3.2.1. Các mô hình truyền sóng
Quỹ đường truyền kết hợp với mô hình truyền sóng thích hợp sẽ tính được bán kính phủ sóng của cell. Đặc điểm của kênh truyền dẫn vô tuyến có tính chất ngẫu nhiên, không nhìn thấy được, đòi hỏi có những nghiên cứu phức tạp. Một số mô hình thực nghiệm đã được đề xuất và được sử dụng để dự đoán các tổn hao truyền sóng. Các mô hình được đề xuất để đánh giá các công nghệ truyền dẫn sẽ xét nhiều đặc tính môi trường gồm các thành phố lớn, nhỏ, ngoại ô, vùng nhiệt đới, vùng nông thôn và các sa mạc. Các thông số chính của môi trường bao gồm :
+ Trễ truyền lan, cấu trúc và các thay đổi của nó.
+ Quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đường truyền bổ sung. + Pha đinh che tối.
+ Các đặc tính pha đinh nhiều đường cho hình bao các kênh. + Tần số làm việc.
Ta phân tích các mô hình sau:
Mô hình Hata-Okumura [5]
+ Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L:
Trong đó: fc: tần số hoạt động (MHz) Lp: tổn hao trung bình hb: độ cao anten trạm gốc (m); hm: độ cao anten trạm di động (m) r : bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Lother: hệ số hiệu chỉnh theo vùng.
Thông số A&B:
A =
B =
+ Dải thông số sử dụng được cho mô hình Hata là:
150 fc ≤ 2000 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; 1 ≤ hm ≤ 10 m; 1 ≤ r ≤ 20 km. a(hm) tính như sau:
- Đối với thành phố nhỏ và trung bình:
a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm– (1,56lgfc – 0.8)dB (3. 14) - Đối với thành phố lớn:
a(hm) = 8. 29 – 1,1 dB ; fc 200 MHz (3. 15) a(hm) = 3. 2 – 4.97 dB ; fc 400 MHz (3. 16)
- Đối với vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là:
Lp = Lp(thành phố)- 2[ 5,4] (3. 17 ) - Đối với vùng nông thôn
Lp = Lp(thành phố)-4.78 + 18.33(lg(fc)) – 40.49 Db (3. 18 )
Mô hình Walfish-Ikegami [5]
Mô hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết rằng sự truy ền lan sóng được truy ền trên mái nhà bằng quá trình nhiễu xạ. Các tòa nhà nằm trên đường thẳng giữa máy phát và máy thu.
Hình 3.2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami Các biểu thức sử dụng cho mô hình này như sau:
Lp= Lf + Lrts + Lmsd (3. 19) hay Lp = Lf khi Lrts + Lmsd≤ 0 Trong đó: Lf : tổn hao không gian tự do
Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao các vật che chắn.
+ Tổn hao không gian tự do Lf được xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) (3. 20)
+ Nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao phân tán tính như sau:
Lrts= (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) (3. 21) Trong đó:
W: độ rộng phố (m) ∆hm= hr - hm(m) hr: độ cao trung bình toà nhà
hm : độ cao MS hb : độ cao BS =
+ Tổn hao các vật che chắn:
Lmsd= Lbsh + ka+ kdlgr + kflgfc– 9lgb (3. 22) Trong đó:
b: khoảng cách giữa tòa nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m).
= = =
= -4+1.5() với thành phố lớn.
= -4+0.7() với thành phố trung bình.
Vì vậy, Lp sẽ được tính theo hai công thức sau: - Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS):
Lp = 42,6 + 26lgr + 20lgfc (3. 23) - Với trường hợp tia không nhìn th ẳng (NLOS):
Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd (3. 24)
+ Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: 800 ≤ f≤ 2000 MHz; 4 ≤ h≤ 50 m; 1 ≤ h≤ 3 m; 0,02 ≤ r ≤ 5 km Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình:
b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2.
Nóc nhà = 3 m cho nóc nhà có độ cao và 0 m cho nóc nhà phẳng. hr= 3 *(số tầng) + nóc nhà
Các mô hình truyền sóng trong nhà [5]
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn như 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 lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu 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 tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu không đạt y êu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động quan tâm.
+ Mô hình cho môi trường nhiều tầng
Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình:
Lp(R) = L(Ro)+10*n(nhiều tầng)lg(R/Ro) (3. 25)
Lp(Ro) : suy hao đường truyền từ máy phát đến khoảng cách tham khảo Ro (dB)
n: mũ tổn hao trung bình
R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu Ro: khoảng cách tham khảo từ máy phát.
+ Mô hình cho môi trường cùng tầng
Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình.
Lp(R) = L(Ro)+10*n(cùng tầng)lg(R/Ro)+ FAF dB (3. 26) n: mũ tổn hao trung bình
R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu
Ro: khoảng cách tham khảo từ máy phát. FAF (dB) :thừa số tổn hao tầng.
+ Mô hình Motley-Keenan
Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình :[9]
L(dB) = 32 .5 +2 0* lg (f)+ 20lg(R)+ K*F(k)+ p*W(k)+ D(R-db) (3. 27) Trong đó:
L: tổn hao truyền sóng (dB) F: tần số (MHz)
R: khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km) K: số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua
F : hệ số tổn hao của tầng(dB)
W: hệ số tổn hao của tường(dB)(chú ý 1) D: hệ số tổn hao tuyến tính(dB/m)(chú ý 2)
db: điểm ngắt trong nhà(indoor breakpoint) (m)(chú ý 2)
Chú ý 1: các bức tường mỏng thông thường có tổn hao 7dB còn các bức tường dày có tổn hao 10dB.
Chú ý 2: đối với khoảng cách ở trên điểm ngắt, trung bình cộng thêm 0. 2dB/m, điểm ngắt điển hình : 65m .
Toàn bộ các tham số trên ta có thể tính được bằng sơ đồ logic của toà nhà thiết kế.
+ Mô hình IMT-2000
- Mô hình truyền sóng trong nhà
Lp = 37+ 30lg(R)+ 18.3 (dB) (3. 28)
Trong đó R là khoảng cách giữa máy thu và máy phát (m) và F là số tầng trên đư ờng truyền.
- Môi trường giữa trong nhà và vỉa hè Lp = 40lgR + 30lgfc+ 49 (3. 29)
Trong đó fc là tần số sóng mang mô hình này chỉ phù hợp khi không có tầm nhìn thẳng và mô tả truyền sóng tốt nhất với pha đinh che tối với độ lệch chuẩn 10dB. Tổn hao thâm nhập tòa nhà trung bình 18dB với độ lệch chuẩn là 10dB.
- Môi trường trên phương tiện giao thong
Lp = 40(1- 4.)lg(R)- 18+ 21lg(fc) + 80 (3. 30) Trong đó:
R là khoảng cách giữa MS và BS fc là tần số sóng mang (MHz)
∆hb là độ cao của anten BS so với mức trung bình của mái nhà. Mô hình này thích hợp cho các ứng dụng sử dụng đầu cuối cố định.
Tính bán kính cell
Trước tiên, dựa vào các tham số của quỹ đường truy ền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép. Khi đó, d ễ dàng tính được bán kính cell nếu biết được mô hình truy ền sóng áp dụng với môi trư ờng đang khảo sát (Lmax = Lp). Suy ra công thức tính bán kính cell như sau:
Lp = L+ X *lgR - Mô hình Hata-Okumura :
L’=A + Blgfc– 13,82lghb – a(hm) + Lother (3. 33) X=(44,9 – 6,55lg(hb)) (3. 34) - Mô hình Walfisch-Ikegami : NON-LOS : L’= 32,4 +20lg(fc) + Lbsh + Ka+ Kf.lg(fc)– 9lgb + Lrts (3. 35) X =( 20+Kd) LOS : L’=42. 6 +20lgfc (3. 36) X= 26 - Mô hình toà nhà: Nhiều tầng: L’= L(Ro)-10*n*lg(Ro) (3. 37) X= 10 *n Cùng tầng: L’= L(Ro)-10*n*lg(Ro)+FAF. (3. 38) X= 10 *n - Mô hình Motley-Keenan: L’= 32. 5 + 20*lgf + k*F(k) + p*W(k) + D – db (3. 39) X= 1+* Với a = 20lgR - Mô hình IMT-2000 - Toà nhà : L’=37+18. 3 (3. 40) M= 30 - Trong nhà và vỉa hè: L’= 30 lgfc+49 (3. 41) X=40
- Môi trường xe:
X= 40(1-4*)
Sau khi tính được kích thước cell, dễ dàng tính được diện tích vùng phủ với chú ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc. Diện tích vùng phủ đối với một cell có cấu trúc lục giác đều được tính như sau:
S = K. (3.43) [2]
Trong đó: S là diện tích vùng phủ, r là bán kính cực đại cell, K là hằng số.
Bảng 3.1 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ song