Dữ liệu địa hình có thể coi nhƣ một mảng 2 chiều. Mỗi phần tử trong mảng là tọa độ điểm trên bản đồ, giá trị của nó cho độ cao so với mực nƣớc biển (dữ liệu từ cục đo đạc địa hình). Từ đây chƣơng trình xây dựng mặt cắt địa hình từ nơi phát tới nơi thu theo phƣơng pháp nội suy. Mỗi giá trị nội suy là trung bình các giá trị của các nội suy theo các đƣờng thẳng đứng, nằm ngang và chéo. Sau đó mất mát đƣờng truyền tính theo mô hình nhiễu xạ lƣỡi dao. Trƣớc hết chƣơng trình tính các sai
khác giữa độ cao đƣờng nối anten phát-thu và độ cao của mỗi điểm trên mặt cắt địa hình. Nếu có một giá trị >0 đƣờng truyền LOS không tồn tại, ngƣợc lại thì có LOS. Nếu có LOS thuật toán kiểm tra đới Fresnel 1 có bị cản hay không (thông qua việc tính tham số đối với mỗi phần tử độ cao địa hình). Nếu có một vật cản chạm vào đƣờng nối, tín hiệu sẽ giảm 6dB so với tín hiệu truyền tự do.
Phƣơng pháp nói trên khá tiện lợi vì nó có thể đọc bản đồ số và tính toán đƣợc đƣờng truyền xác định và vẽ đƣợc các đƣờng đồng mức độ mạnh tín hiệu thu. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không dự đoán đƣợc hiệu ứng lan truyền do lá cây, tòa nhà và các công trình do ngƣời mới xây, và cả hiệu ứng đa đƣờng nổi lên trong vùng đô thị.
3.7.1.5. Các mô hình lan truyền trong nhà (indoor)
Tiến tới hệ thông tin cá nhân (PCS), ngƣời ta quan tâm nhiều đến đặc tính lan truyền sóng trong các tòa nhà. Kênh radio indoor khác kênh di động truyền thống ở 2 điểm: Cự ly phủ sóng là nhỏ, và tính biến đổi của môi trƣờng là rất lớn trên một dải nhỏ khoảng cách T-R. Sự truyền sóng trong tòa nhà phụ thuộc lớn vào các đặc điểm xác định nhƣ thiết kế, vật liệu xây dựng và loại tòa nhà.
Truyền sóng trong nhà cũng chịu những cơ chế nhƣ truyền sóng outdoor, đó là: phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ song các điều kiện biến đổi rất nhiều, ví dụ mức tín hiệu thay đổi mạnh phụ thuộc các cửa trong tòa nhà là mở hay đóng, anten cắm trên trần hay đặt ở bàn... Ngoài ra, do khoảng cách gần cũng khó đảm bảo điều kiện trƣờng xa cho tất cả các vị trí thu.
Một số mô hình quan trọng đƣợc khảo sát nhƣ: Mất mát do vách ngăn trong nhà (cùng tầng), mất mát do sàn giữa các tầng, mô hình mất mát theo loga khoảng cách, mô hình nhân tử suy giảm,...
3.7.1.6. Thẩm thấu tín hiệu trong tòa nhà
Độ mạnh của tín hiệu nhận đƣợc bên trong tòa nhà do bộ phát ở bên ngoài là rất quan trọng với hệ thống vô tuyến dùng chung tần với tòa nhà bên cạnh hay với hệ thống outdoor. Khi đo lan truyền giữa các sàn khó xác định mô hình chính xác. Tuy
nhiên một số điểm chung nhƣ độ mạnh tín hiệu thu đƣợc trong tòa nhà tăng theo độ cao. Tại tầng thấp nhất sự lộn xộn của thành phố tạo nên suy giảm mạnh và giảm mức thẩm thấu. Ở tầng cao LOS có thể tồn tại, tạo nên tín hiệu mạnh hơn ở tƣờng ngoài tòa nhà.
Thẩm thấu RF có thể tìm thấy nhƣ một hàm của tần số cũng nhƣ chiều cao trong nhà. Mẫu anten theo mặt cao cũng đóng vai trò quan trọng cho việc thẩm thấu tín hiệu từ bên ngoài. Đa số phép đo xét bộ phát ở bên ngoài với chiều cao anten thấp hơn chiều cao tòa nhà.
Các phép đo chỉ ra rằng, phần trăm cửa sổ trên diện tích bề mặt ngoài tòa nhà ảnh hƣởng đến mức mất mát thẩm thấu tín hiệu cũng nhƣ sự có mặt của kim loại viền trên cửa sổ. Đƣờng viền kim loại có thể cho thêm 3-30dB suy giảm RF trên ô đơn của cửa kính. Góc rọi bộ phát lên bề mặt tòa nhà cũng ảnh hƣởng mạnh đến mất mát thẩm thấu.
3.7.1.7. Mô hình vẽ tia và vị trí riêng
Trong những năm gần đây khả năng tính toán và hiển thị của máy tính tăng nhanh. Những phƣơng pháp mới dự đoán sự phủ sóng nhƣ mô hình lan truyền vị trí đặc trƣng (SISP), cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin đồ thị (GIS). SISP hỗ trợ vẽ tia nhƣ giá trị trung bình của mô hình xác định cho cả môi trƣờng indoor hay outdoor. Thông qua cơ sở dữ liệu của tòa nhà có thể vẽ hoặc số lƣợng bằng phần mềm đồ thị chuẩn. Nhà thiết kế hệ thống vô tuyến có thể biểu diễn chính xác đặc điểm địa hình hay tòa nhà.
Đối với hệ thống outdoor kỹ thuật dõi tia dùng phối hợp với ảnh trên không để biểu diễn ảnh 3 chiều, tích hợp với mô hình tính toán phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ. Kỹ thuật Photogrammetric đƣợc dùng để chuyển ảnh vệ tinh hay máy bay của một thành phố thành cơ sở dữ liệu 3 chiều cho mô hình. Trong môi trƣờng indoor bản vẽ kiến trúc cung cấp sự biểu diễn vị trí riêng cho mô hình truyền sóng. Khi cơ sở dữ liệu đã thịnh hành, hệ thống vô tuyến sẽ đƣợc phát triển nhờ công cụ thiết kế máy tính cung cấp mô hình dự đoán xác định (chứ không phải thống kê) mất mát đƣờng truyền kích thƣớc lớn trong dải rộng môi trƣờng hoạt động.
3.7.2. Mô hình suy hao đƣờng truyền kích thƣớc nhỏ [1, 19]
Trên đƣờng truyền kích thƣớc nhỏ có thể bỏ qua hiệu ứng tổn hao theo kích thƣớc lớn. Suy giảm là do giao thoa của 2 hay nhiều phiên bản của tín hiệu phát đi đến bộ thu tại các thời điểm lệch nhau một chút, gọi là sóng đa đƣờng. Tín hiệu thu tổng cộng có biên độ và pha thay đổi trong khoảng rộng tùy thuộc phân bố cƣờng độ, thời gian truyền tƣơng đối của sóng đồng thời cũng phụ thuộc dải rộng của tín hiệu truyền.
3.7.2.1. Lan truyền đa đường kích thước nhỏ
Có 3 hiệu ứng quan trọng là:
- Sự thay đổi nhanh độ mạnh của tín hiệu trên cự ly nhỏ hay trong khoảng thời gian ngắn.
- Tín hiệu bị điều tần do độ dịch Doppler trên các đường truyền khác nhau.
- Sự lệch thời gian (tiếng vọng) gây nên bởi trễ đa đường.
Trong các vùng đô thị, suy giảm xảy ra do chiều cao của anten máy thu thấp hơn các công trình xây dựng xung quanh, nên không có đƣờng truyền truyền thẳng từ trạm cơ sở đến máy thu, thậm chí khi tồn tại đƣờng truyền thẳng, đa đƣờng vẫn xảy ra do phản xạ từ mặt đất và môi trƣờng xung quanh. Tín hiệu thu đƣợc tại máy thu gồm một số lớn sóng phẳng có phân bố biên độ, pha và góc tới ngẫu nhiên.
3.7.2.2. Các loại suy hao đường truyền kích thước nhỏ
Ta đã biết tùy thuộc thông số của tín hiệu lan truyền (dải rộng, chu kỳ ký hiệu…) và các thông số của kênh (trải trễ rms và độ trải Doppler) mà tín hiệu chịu sự suy giảm khác nhau. Trong khi trải trễ đa đƣờng gây nên phân tán thời gian và suy giảm chọn lọc tần số thì độ trải Doppler gây nên sự phân tán tần số và suy giảm chọn lọc thời gian. Hai cơ chế này là độc lập với nhau. Ta có sơ đồ phân loại sau:
Suy giảm kích thƣớc nhỏ do trễ đa đƣờng
Suy giảm phẳng Suy giảm chọn lọc tần số
1. BW tín hiệu < BW kênh 1. BW tín hiệu > BW kênh 2. Trải trễ < Chu kỳ ký hiệu 2. Trải trễ >Chu kỳ ký hiệu
Suy giảm kích thƣớc nhỏ do trải Doppler
1. Trải Doppler cao 1. Trải Doppler chậm
2. Thời gian kết hợp < Chu kỳ ký hiệu 2. Thời gian kết hợp > Chu kỳ ký hiệu 3. Biến đổi kênh nhanh hơn thay đổi tín
hiệu băng cơ sở
3. Biến đổi kênh chậm hơn thay đổi tín hiệu băng cơ sở
a) Mô hình Fading
Mô hình suy hao đƣờng truyền đƣợc trình bày ở trên cung cấp cho chúng ta một giá trị suy hao đƣờng truyền cho mọi kết nối có cùng khoảng cách đến trạm BS. Trong thực tế, các điều kiện bên ngoài tác động đến liên kết giữa BS và các CPE thay đổi theo thời gian, chúng thay đổi xung quanh một giá trị trung bình. Giá trị trung bình của suy hao đƣờng truyền cũng thay đổi giữa các liên kết có cùng một giá trị khoảng cách đến BS. Khi thiết kế và quy hoạch một mạng, những mức tín hiệu không rõ ràng này đƣợc đƣa vào tính toán trong mô hình Fading.
Trong liên kết FBWA không cần tầm nhìn thẳng (NLOS - Non line of sight), sự thay đổi mức tín hiệu do hai nguyên nhân chính. Thứ nhất là do vị trí của các CPE khác nhau. Một số các CPE nằm khuất sau các toà nhà cao tầng hay các vùng cây cối rậm rạp, trong khi đó một số khác lại không bi che khuất gì cả. Sự thay đổi mức tín hiệu do vị trí này đƣợc mô hình hoá trong mô hình Fading che chắn. Thứ hai, hoàn cảnh tác động lên một liên kết giữa BS với một CPE cũng thay đổi theo thời gian. Có thể một ngƣời, một chiếc ôtô, một đoàn tàu di chuyển qua hay các cây cối lung lay do gió cũng đều tác động ảnh hƣởng đến môi trƣờng truyền sóng. Sự thay đổi theo thời gian này đƣợc mô hình hoá theo mô hình Fading nhiều đƣờng.
Fading che chắn mô tả sự thay đổi giá trị trung bình của sự phân bố Fading nhiều đƣờng. Sự phân bố Fading che chắn thƣờng đƣợc mô hình hoá theo phân bố Gaussian. Fading nhiều đƣờng thƣờng đƣợc mô mô hình hoá sử dụng phân bố
Ricean và phân bố Rayleigh. Mô hình này cho rằng băng tần số của tín hiệu đủ hẹp để nó là fading phẳng (nhƣ hình 3.20) tức là không lựa chọn tần số.