Các mô hình truyền sóng đã được phát triển để có thể ước lượng truyền sóng vô truyến đến mức có thể, dự đoán tổn hao đường truyền giữa máy phát và máy thu trong các môi trường khác nhau. BTS phát với công suất bao nhiêu để đảm bảo yêu cầu hệ thống. Có hai mô hình thông dụng Okumura–Hata và Walfish–Ikegami để dự đoán tổn hao đường truyền, giải quyết vấn đề đặt ra. Mô hình Okumura để áp dụng cho những cell lớn như ở các vùng nông thôn và ngoại ô. Trong khi đó, mô hình Walfish–Ikegami được sử dụng cho những cell nhỏ ở những vùng đô thị.
1. Mô hình Okumura–Hata Model
Mô hình Okumura–Hata là một mô hình thực nghiệm, được đo thực tế tại
Okumura. Hata đã áp dụng kết quả đo vào phương trình. Mô hình có thể được áp dụng mà không cần điều chỉnh các nhân tố trong khu vực đô thị. Nhưng trong các địa hình khác, điều chỉnh các nhân tố là cần thiết. Điểm hạn chế của mô hình Okumura–Hata là không tính đến yếu tố phản xạ và che lấp.
Khoảng cách giữa MS và BTS d : 1–20 km Chiều cao ănten phát Hb : 3–200 m
Chiều cao ănten thu Hm : 1–10 m
Mô hình Okumura–Hata tính tổn hao đường truyền được cho bởi : L = A + B log10( f ) − 13.82 log10(Hb) − a(Hm)
+ [44.9 − 6.55 log10(Hb)]log10(d) + Lkhac (4.3) Với f (MHz) là tần số sóng mang, Hb(m) là chiều cao ănten phát, a(Hm) là nhân tố điều chỉnh ănten di động, d(Km) là khoảng cách giữa BTS và MS và Lkhac là yếu tố điều chỉnh bổ xung cho mỗi loại khu vực. Yếu tố điều chỉnh cho chiều cao ănten MS được đặc trưng như sau :
Cho thành phố cỡ nhỏ và trung bình.
a(Hm) = [1.1 log10( f ) − 0.7] Hm –[1.56 log10( f ) − 0.8] (4.4) Cho thành phố cỡ lớn :
(4.5) Với Hm là chiều cao ănten MS, 1 ≤ Hm ≤ 10m Với Hm là chiều cao ănten MS, 1 ≤ Hm ≤ 10m Đại lượng A và B phụ thuộc vào tần số như sau:
(4.6)
(4.7)
Table 4.1 Tổn hao đường truyền cho các khu vực khác nhau Area type Propagation loss [dB/decade]
Free space 20
Open area (ground
Suburban 35
Urban 40
Yếu tố điều chỉnh Lother trong mô hình Okumura–Hata có thể áp dụng cho tất cả các địa hình. Các nhân tố điều chỉnh cho mỗi khu vực. Thông qua đo đạt thực nghiệm,
Lother nhận được các giá trị khác nhau cho mỗi khu vực, như bảng 2.7.
2. Walfish–Ikegami Model
Mô hình Walfish–Ikegami là mô hình được áp dụng cho vùng thành phố, ưu tiên sử dụng cho microcell, nhưng cũng có thể sử dụng cho macrocell. Các đại lượng liên quan đến mô hình Walfish–Ikegami được minh họa trong hình 2.12. Mô hình Walfish– Ikegami chia thành hai trường hợp : tầm nhìn thẳng (LOS) và tầm nhìn khuất (NLOS). Công thức tính tổn hao không gian tự do trong điều kiện LOS :
L = 42.6 + 26 log10 d + 20 log10f (4.8) với d là khoảng cách trạm phát và thu (km) , f frequency (MHz). Trong điều kiện tầm nhìn khuất NLOS, tổn hao đường truyền được tính :
L = 32.4 + 20 log10d + 20 log10f + Lrts + Lmsd (4.9)
Hình 4-3 Các đại lượng trong mô hình Walfish–Ikegami Với Lrts là nhiễu xạ mái nhà và tổn hao phân tán
Tổn hao đường truyền trong trường hợp tầm nhìn khuất bao gồm 3 thành phần: nhiễu xạ mái nhà và tổn hao phân tán, tổn hao nhiễu xạ đa mặt (multiscreen diffraction loss) and tổn hao không gian tự do, như sau :
(4.10) Nhiễu xạ mái nhà và tổn hao phân tán được tính :
Lrts = −16.9 − 10 log10 w − 10 log10f − 20 log10 (hroof – Hm) – LOri (4.11) với LOri là tổn hao định hướng đường (the street orientation loss) :
(4.12) Với góc φ được tính như hình vẽ sau :
Hình 4-4 Orientation angle Đồ thị biểu diễn Loritheo φ :
Khi φ càng tăng thì suy hao Lori càng tăng, tuy nhiên khi φ > 550 thì Lori giảm dần. Nguyên nhân là do, với φ >55othì MS còn nhận thêm các sóng phản xạ từ các góc đường.
Hình 4-6 Additional rays Tổn hao nhiễu xạ đa đường được tính:
Lmsd = Lbsh + ka + kd log10d + kf10 log10f − 9 log b (4.13) Với :
b khoảng cách giữa tòa nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m).
Đại lượng kalàm tăng tổn hao đường truyền trong trường hợp BTS thấp hơn nóc mái nhà. Đại lượng kd và kf điều chỉnh tương quan giữa khoảng cách và tần số với tổn hao nhiễu xạ đa đường.
Mô hình Walfish–Ikegami chỉ được sử dụng trong khoảng tần số 800–2000MHz, chiều cao của anten trạm phát từ 4-50m, chiều cao anten trạm di động từ 1-3m và khoảng cách giữa trạm phát và trạm di động từ 20-5000m.