Suy hao đường truyền:
Trong thông tin vô tuyến điểm đến điểm do anten đặt cao, nên suy hao đường truyền tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R giữa anten thu và phát ( ). Để tính toán suy hao đường truyền người ta lập các mô hình truyền sóng khác nhau. Do đặc điểm truyền sóng không ổn định nên các mô hình có mang tính thực nghiệm. Dưới đây ta xét một số mô hình truyền sóng thường được sử dụng để tính toán suy hao đường truyền:
a. Mô hình Hata- Okumura
Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Hata. Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm được rút ra từ báo cáo kĩ thuật của Okumura bao gồm một chuỗi các lưu đồ được sử dụng để lập mô hình thông tin vô tuyến.
Vùng thành phố: = 69,55 + 26,16lg - 13,82lg - a( ) + (44,9 – 6,55lg )lgRdB (Phương trình 3.11) Trong đó: = tần số (MHz) = tổn hao trung bình = độ cao anten trạm gốc (m)
a( ) = hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) R = khoảng cách từ trạm gốc (km)
Dải thông số sử dụng được cho mô hình Hata là: 150 1500 MHz
95 30 200m 1 10m 1 20km a( ) được tính như sau: Đối với thành phố nhỏ và trung bình: a( ) = (1,1lg – 0,7) - (1,56lg - 0,8)dB Đối với thành phố lớn: a( ) = 8,29(lg1,54 )2 – 1,1dB 200MHz hay: a( ) = 3,2(lg11,75 )2 – 4.97 dB 400MHz Vùng ngoại ô: = à ố – 2
Hình 3.23: Hình vẽ mô phỏng mô hình Hata
Mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đường truyền cụ thểđược sử dụng trong mô hình Okamura. Mô hình Okumura có khuynh hướng trung bình hóa một số tình trạng cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi nhanh của mặt cắt đường truyền vô tuyến. Khoảng cách của mô hình Okumura phù hợp với các giá trị đo. Mô hình Okumura yêu cầu thực hiện đánh giá thiết kế khá lớn, đặc biệt khi lựa chọn các yếu tố môi trường phù hợp. Cần có các dữ liệu để có khả năng dựđoán các nhân tố môi trường trên cơ sở tính chất vật lý của các tòa nhà xung quanh máy thu di động. Ngoài các nhân tố về môi trường phù hợp, cần thực hiện hiệu chỉnh theo đường truyền cụ thể để biến đổi dự đoán tổn hao đường truyền trung bình của Okumura và dựđoán cho đường truyền cụ thểđang được khảo sát. Các kỹ thuật của
96
Okumura để hiệu chỉnh mặt đất bất thường và các đặc điểm khác của đường truyền cụ thểđòi hỏi các diễn giải thiết kế.
b. Mô hình Walfish-Ikegami
Mô hình này được sử dụng để đánh giá tổn hao đường truyền ở môi trường thành phố cho hệ thống thông tin di động mạng tổ ong. Mô hình này là sự kết hợp giữa mô hình thực nghiệm và xác định để đánh giá tổn hao đường truyền ở vùng thành phố trong dải tần 800-2000MHz. Trước hết mô hình này được sử dụng ở châu Âu cho hệ thống GSM và ở một số mô hình truyền sóng ở Mỹ. Mô hình này chứa ba phần tử: Tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ và tổn hao do nhiều vật chắn.
Các biểu thức sử dụng cho mô hình này như sau:
= + + (Phương trình 3.12) Hay = khi + 0
Trong đó: = tổn hao trong không gian tự do = nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ = tổn hao các vật che chắn
Tổn hao không gian tự do được tính như sau:
= 32,4 + 20lgR + 20lg (dB) Nhiễu xạ nóc nhà phố và tổn hao phân tán tính như sau:
= (-16,7) – 10lgW + 10lg + 20lgΔ + (dB) Trong đó: W = độ rộng phố (m) Δ = - (m) = - 9,646 dB 0 ≤Φ≤ 55 (độ) = 2,5 + 0,075(Φ – 55) (dB) 55 ≤Φ≤ 90 (độ) Trong đó: Φ là góc đến so với trục phố Tổn hao các vật chắn xác định như sau: = + + lgR + lg – 9lgb Trong đó:
97
b = khoảng cách giữa các toàn nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m)
Hình 3.24: Mô phỏng mô hình Walfish-Ikegami = - 18lg11 + Δ > = 0 < = 54 > = 54 – 0,8 R ≥ 500m, ≤ = 54 – 1,6Δ R R < 500m, ≤ Lưu ý:
Cả và đều tăng tổn hao đường truyền khi độ cao anten trạm gốc thấp hơn = 18 <
= 18 - ≥
= 4 + 0,7 1 đối với thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật độ cây trung bình.
= 4 + 1,5 1 đối với trung tâm thành phố
Dải thông số cho mô hình Walfish – Ikegami phải thỏa mãn: 800 2000 MHz
4 50m 1 3m 0,02 5km
Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 – 50 m
98 Φ = b/2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nóc nhà = 3 m cho nóc nhà có độ cao và 0 m cho nóc nhà phẳng = 3(số tầng) + nóc nhà
Ta tính toán tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfish – Ikegami theo các số liệu dưới đây và so sánh kết quả trên bảng dưới đây:
= 880 MHz; = 30m = 1,5m; Φ = 90 = 30m; b = 30m Nóc nhà = 0m; W = 15m Khoảng cách (km)
Tổn hao đường truyền (dB)
Mô hình Hata Mô hình Walfish – Ikegami
1 126,16 139,45
2 136,77 150,89
3 142,97 157,58
4 147,37 162,33
5 150,79 166,01
Bảng 3.11: Bảng so sánh tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfish – Ikegami
Tổn hao đường truyền dự đoán theo mô hình Hata thấp hơn 13- 16 dB so với mô hình Walfish – Ikegami. Mô hình Hata bỏ qua ảnh hưởng của độ rộng phố, nhiễu xạ phố và các tổn hao tán xạ. Các ảnh hưởng này được xét ở mô hình Walfish – Ikegami.
c. Mô hình IMT – 2000
Vì ITU IMT - 2000 là tiêu chuẩn toàn thế giới, nên các mô hình được đề để xuất 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 vùng sa mạc. Các thông số chính của môi trường là:
- Trễ truyền lan, cấu trúc của nó và các thay đổi của nó - Quy tắc tổn hao địa lý và các đường truyền bổ sung - Pha-đinh che tối
99 - Tần số công tác vô tuyến
• Mô hình môi trường trong nhà:
Mô hình này được đặc trưng bởi các ô nhỏ và công suất phát thấp. Trạm gốc và người sử dụng đều ở Indoor. Trễ truyền lan trung bình nằm trong dải từ 35 đến 460 ns. Quy tắc tổn hao thay đổi vì sự phân tán và suy hao do tường và các cấu trúc kim loại như: các vách ngăn và các tủ tài liệu.
Các vật này gây ra ảnh hưởng che tối. Che tối này có thể có luật Logarit chuẩn với dịch chuẩn 12dB. Các đặc tính pha-đinh thay đổi từ Rician đến Rayleigh với dịch tần Doppler phụ thuộc vào tốc độđi bộ. Mô hình tổn hao cho môi trường này là:
= 37 + 30lgR + 18,3 / , Trong đó: R là khoảng cách giữa máy phát và máy thu (m) F là số tầng trên đường truyền.
• Môi trường giữa trong nhà và vỉa hè:
Môi trường được đặc trưng bởi các ô nhỏ và công suất phát thấp. Các trạm gốc với anten thấp được đặt ngoài trời, người đi bộ ngoài phố, bên trong nhà hoặc bên trong biệt thự. Trễ trung bình quân phương thay đổi từ 100 đến 1800 ns. Quy tắc tổn hao địa lý được áp dụng. Nếu đường truyền có tầm nhìn thẳng trên phố dạng hẻm núi thì tổn hao đường truyền tuân theo quy tắc .
Pha-đinh che tối logarit chuẩn với lệch chuẩn 10dB cho ngoài trời và 12dB cho trong nhà là hợp lý. Tổn hao truy nhập toàn nhà trung bình là 18dB với lệch chuẩn 10dB là phù hợp. Tốc độ pha-đinh Rayleigh hoặc pha-đinh Rician thường phụ thuộc tốc độ đi bộ, nhưng đôi khi xảy ra pha-đinh nhanh hơn do các xe chuyển động. Mô hình sau được đề xuất cho môi trường này:
= 40lgR + 30lg + 49 dB Trong đó là tần số sóng mang
Mô hình này chỉ đúng cho trường hợp không theo tầm nhìn thẳng và mô tả truyền sóng tốt nhất và pha-đinh che tối chuẩn có lệch chuẩn 10 dB. Tổn hao truy nhập tòa nhà trung bình 18 dB với lệch chuẩn 10 dB
• Môi trường xe cộ:
Môi trường này gồm các ô lớn và công suất phát cao. Trễ trung bình quân phương từ 0,4 ms đến khoảng 12 ms có thể xảy ra ở các lộ đường dốc ở vùng núi đồi. Quy
100
tắc tổn hao địa lý và pha đinh che tối logarit chuẩn với lệch chuẩn 10 dB được sử dụng ở các vùng thành phố và ngoại ô. Tổn hao trung truy nhập tòa nhà trung bình 1 dB với lệch chuẩn 10 dB. Tại các vùng nông thôn có địa hình phẳng, tổn hao đường truyền thấp hơn so với vùng thành phố và ngoại ô. Với các vùng đồi núi, nếu có thể tránh được che chắn đường truyền bằng cách đặt các trạm gốc thì tổn hao gần với . Tốc độ pha-đinh Rayleigh phụ thuộc vào tốc độ xe. Tốc độ pha-đinh thấp phù hợp cho các ứng dụng sử dụng các đầu cuối cốđịnh. Mô hình được sử dụng cho môi trường này là:
= 40(1 – 4.10 Δ )lgR – (18lg Δ ) + 21lg + 80 dB (Phương trình 3.13) Trong đó: R là khoảng cách giữa trạm gốc và thuê bao (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
là tần số sóng mang (MHz)
Δ là độ cao anten trạm gốc so với mức trung bình của mái nhà.