1. GIỚI THIỆU
2.3 Mô hình truyền sóng Okumura-Hata
Hầu hết các công cụ truyền sóng sử dụng một dạng biến đổi của mô hình Okumura-Hata (thƣờng tắt là Hata và đây là mô hình do Hata phát triển từ mô hình Okumura). Mô hình Hata là quan hệ thực nghiệm đƣợc rút ra từ báo cáo kỹ thuật của Okumura cho phép sử dụng các kết quả vào các công cụ tính toán. Báo cáo của Okumura bao gồm một chuỗi các lƣu đồ đƣợc sử dụng để lập mô hình thông tin vô tuyến. Mô hình này đƣợc sử dụng trong dải tần từ 500MHz đến 2000 MHz (có thể áp dụng cho cả 2500 MHz). Dƣới đây là các biểu thức đƣợc sử dụng trong mô hình Hata để xác định tổn hao truyền sóng trung bình (ký hiệu là Lp).
Vùng thành phố:
PL = 69.55 +26.16lgfc -13.82lghb –a(hm) + (44.9 -6.55lghb) lgd – K (3) Trong đó f = tần số sóng mang (MHz)
PL = tổn hao trung bình (dB) Hb= độ cao anten trạm gốc (m)
a(hm) = hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) d = khoảng cách từ trạm gốc (km)
Dải thông số sử dụng đƣợc cho mô hình Hata là: 150 ≤ f < 1500 MHz
30 ≤hb ≤200m 1 ≤ hm ≤10m 1 ≤R ≤ 20 km a(hm) tính nhƣ sau:
Đối với thành phố nhỏ và trung bình:
a(hm) [dB] = (1,1lgf - 0,7)hm- (1,56lgfc-0,8), K=0 (4)
Đối với thành phố lớn: a(hm) [dB]= 8,29(lg1,54hm)2-1,1, K=0 tại fc ≤ 200MHz (5) hay a(hm) [dB]= 3,2(lg11,75hm)2- 4,97, K=0 tại fc ≥ 400MHz (6) Vùng ngoại ô: Lp[dB]= Lp(thành phố nhỏ) - 2[lg(f/28)]2 - 5,4 (7)
Vùng nông thôn (thông thoáng):
Lp[dB]= Lp(thành phố nhỏ ) - 4,78(lgf)2+18,33(lgf)-40,49 (8)
Phƣơng trình (1) áp dụng cho các môi trƣờng khác nhau đƣợc tổng kết trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Mô hình truyền sóng Okumura-Hata cho các điều kiện truyền sóng khác nhau.
Kiểu vùng a(hm) K Nông thôn [1,1 lg (f) -0,7] hm- [1,56lg(f) -0,8 ] 4,78[lg(f) ]2 -18,33 lg(f) + 40,94 Ngoại ô 2[ lg (f/28) ]2 +5,4 Thành phố nhỏ 0 Thành Phố lớn 3,2 [ lg(11,75 hm) ]2-4,97 0
Mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đƣờng truyền cụ thể đƣợc sử dụng trong mô hình Okumara. Mô hình Okumara có khuynh hƣớng trung bình hoá một số trình trạng cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi nhanh của mặt cắt đƣờng truyền vô tuyến. Thể hiện phụ thuộc vào khoảng cách của mô hình Okumura phù hợpvới các giá trị đo. Các phép đo của Okumura chỉ đúng cho các kiểu toà nhà ở Tokyo. Kinh nghiệm đo đạc tƣơng tự ở Mỹ cho thấy rằng tình trạng ngoại ô điển hình ở Mỹ thƣờng ở một vị trí nào đó giữa các vùng nông thôn và các
vùng thành thị. Định nghĩa Okumura có tính thể hiện tốt hơn đối với vùng gia đình thành phố với các nhóm nhà xếp thành hàng. Mô hình Okumura yêu cầu thực hiện đánh giá thiết kế khá lớn, đặc biệt khi chọn lựa các yếu tố môi trƣờng phù hợp. Cần có các dữ liệu để có khả năng dự đoán các nhân tố môi trƣờng trên cơ sở tính chất vật lý của các toà nhà xung quanh máy thu di động. Ngoài các nhân tố về môi trƣờng phù hợp, cần thực hiện hiệu chỉnh theo đƣờng truyền cụ thể để biến đổi dự đoán tổn hao đƣờng truyền trung bình của Okumura và dự đoán cho đƣờng truyền cụ thể đang đƣợc khảo sát. Các kỹ thuật của Okumura để hiệu chỉnh mặt đất bất thƣờng và các đặc điểm khác của đƣờng truyền cụ thể đòi hỏi các diễn giải thiết kế và vì thế không phù hợp cho việc sử dụng máy tính.
Đối với PCS (Personal Communication System: hệ thống thông tin cá nhân) làm việc ở tần số 1500-2000 MHz, Lp sử dụng ô micro (tầm phủ 0,5-1 km) đƣợc tính theo mô hình COST 231 Hata khi anten cao hơn nóc nhà nhƣ sau:
PL = 46,3 + 33,9lgfc-13,82lghb-a(hm) + (44,9-6,55lghb)lgd + cm[dB] (9)
trong đó:
f, hb, hm, a(hm) và d giống nhƣ trên
cm= 0 cho thành phố trung bình và các trung tâm ngoại ô, 3dB cho các trung tâm thành phố.
Công thức trên không áp dụng khi hb ≤ h của nóc nhà.
Tồn tại một số điểm yếu trong các mô hình thực nghiệm và bán thực nghiệm khi nghiên cứu truyền sóng trong các môi trƣờng ô vi mô. Nếu chiều cao anten BTS thấp hơn mái nhà của các tòa nhà xung quanh, thì tính chất truyền sóng sẽ thay đổi. Không thể phân tích tình trạng này bằng các phƣơng pháp thống kê vì các tòa nhà quá lớn so với kích thƣớc ô và không thể bỏ qua các tính chất điạ lý chính xác của các tòa nhà nhƣ trong các mô hình ô vĩ mô.