a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
4.3.3.1.2 Các mô hình truyền sóng
Quỹ đƣờng truyền kết hợp với mô hình truyền sóng thích hợp sẽ tính đƣợc bán kính phủ sóng của cell. Đặc điểm của kênh truyền dẫn vô tuyến có tính chất ngẫu nhiên, không nhìn thấy đƣợc, đòi hỏi có những nghiên cứu phức tạp. Một số mô hình thực nghiệm đã đƣợc đề xuất và đƣợc sử dụng để dự đoán các tổn hao truyền sóng. Các mô hình đƣợc đề xuất để đánh giá các công nghệ truyền dẫn sẽ xét nhiều đặc tính môi trƣờng gồm các thành phố lớn, nhỏ, ngoại ô, vùng nhiệt đới, vùng nông thôn và các sa mạc. Các thông số chính của môi trƣờng bao gồm :
• Trễ truyền lan, cấu trúc và các thay đổi của nó.
• Quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đƣờng truyền bổ sung. • Pha đinh che tối.
• Các đặc tính pha đinh nhiều đƣờng cho hình bao các kênh. • Tần số làm việc.
Ta phân tích các mô hình sau:
Mô hình Hata-Okumura
• Các biểu thức toán học đƣợc sử dụng trong mô hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp= A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr + Lother (dB) (4.13) 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.
89
Dải thông số sử dụng đƣợc cho mô hình Hata là:
150 fc ≤ 2000 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; 1 ≤ hm ≤ 10 m; 1 ≤ r ≤ 20 km. a(hm) tính nhƣ sau:
- Đối với thành phố nhỏ và trung bình:
a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8)dB (4.14)
- Đối với thành phố lớn:
a(hm) = 8. 29(lg1,54hm) 2 – 1,1 dB (4.15)
hay: a(hm) = 3,2(lg11,75hm) 2 – 4,97 dB ; fc ≥ 400 MHz (4.16)
- Đối với vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố:
(4.17)
- Đối với vùng nông thôn
(4.18)
Mô hình Walfish-Ikegami
Mô hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết rằng sự truyền lan sóng đƣợc truyền trên mái nhà bằng quá trình nhiễu xạ. Các tòa nhà nằm trên đƣờng thẳng giữa máy phát và máy thu.
90
Hình 4.9: Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami
Các biểu thức sử dụng cho mô hình này nhƣ sau:
Lp= Lf + Lrts + Lmsd (4.19)
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 đƣợc xác định:
Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc (dB) (4.20)
• Nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao phân tán tính nhƣ sau:
Lrts = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆hm + Lori (dB) (4.21)
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
91 Tổn hao các vật che chắn:
Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kflgfc – 9lgb (4.22)
Trong đó: b: khoảng cách giữa tòa nhà dọc theo đƣờng truyền vô tuyến (m).
Vì vậy, Lp sẽ đƣợc tính theo hai công thức sau: - Với trƣờng hợp tia nhìn thẳng (LOS):
Lp = 42,6 + 26lgr + 20lgfc (4.23)
- Với trƣờng hợp tia không nhìn thẳng (NLOS):
Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd (4.24)
• Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn:
800 ≤ fc ≤ 2000 MHz; 4 ≤ hb ≤ 50 m; 1 ≤ hm ≤ 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
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn nhƣ 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 lƣợng đều rất quan trọng vì chất lƣợng thoại di dộng ảnh hƣởng trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trƣng vùng phủ của những khu vực này rộng hoặc trải dài theo
92
chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức tƣờng bê tông dẫn đến cƣờng độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện nay đƣợc nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động quan tâm.
• Mô hình cho môi trƣờng nhiều tầng
Các biểu thức toán học đƣợc sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình:
LP (R) n (nhiều tầng) lg(R /Ro) (4.25)
L(Ro ) : suy hao đƣờng 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 trƣờng cùng tầng
Các biểu thức toán học đƣợc sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình.
LP (R) = L Ro (3. 26)
n: mũ tổn hao trung bình
R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu R0 : khoảng cách tham khảo từ máy phát. FAF (dB) :thừa số tổn hao tầng.
• Mô hình Motley-Keenan
Các biểu thức toán học đƣợc sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình:
L (dB) = 32.5 + 20*lgƒ + 20*lg R + k*F(k) + p*W(k) + D (R - db) (4. 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) P: số bức tƣờng mà song truyền qua W: hệ số tổn hao của tƣờng(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)
93
- Chú ý 1: Các bức tƣờng mỏng thông thƣờng có tổn hao 7dB còn các bức tƣờng 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 đƣợc bằng sơ đồ logic của toà nhà thiết kế. Mô hình IMT-2000
• Mô hình truyền sóng trong nhà
Lp = 37 + 30lgR + 18,3F[(F+2)/(F+1)-0,46] (dB) (4.28)
Trong đó R là khoảng cách giữa máy thu và máy phát (m) và F là số tầng trên đƣờng truyền.
• Môi trƣờng giữa trong nhà và vỉa hè
Lp = 40lgR + 30lgfc + 49 (4.29)
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 trƣờng trên phƣơng tiện giao thông
Lp= 40(1-4. 10-2∆hb)lgR-18lg∆hb+21lgfc+80 (4.30)
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.