ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH
Tín hiệu vệ tinh di động mặt đất thu được bao gồm sự kết hợp của ba thành phần: Sóng thẳng trực tiếp (LOS), sóng tán xạ và sóng phản xạ từ mặt đất. Sóng thẳng trực tiếp tới máy thu khơng có sự phản xạ từ mơi trường xung quanh. Yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất làm suy yếu sự truyền lan trong băng L-S đối với thành phần trực tiếp đó là suy hao khơng gian tự do (FSL_ free space loss) và sự che khuất (shadowing).
Sự che khuất xảy ra khi có một vật cản, như cây hoặc tồ nhà, cản trở tầm nhìn thấy tới vệ tinh. Kết quả làm giảm tín hiệu thu đồng thời chất lượng truyền dẫn cũng như QoS không đảm bảo.
Thành phần tán xạ bao gồm nhiều tín hiệu phản xạ đa đường từ mơi trường xung quanh, như các toà cao ốc, cây cối và những cột điện báo. Không giống như mạng di động trên mặt đất phụ thuộc vào truyền lan đa đường, đa đường chỉ có một tác động nhỏ tới các đường truyền di động vệ tinh trong hầu hết các môi trường hoạt động thực tế.
Thành phần phản xạ mặt đất là kết quả của sự phản xạ từ mặt đất gần trạm di động. Anten độ lợi thấp, góc mở anten (góc giữa hai điểm nửa cơng suất của búp sóng chính) rộng hoạt động qua vệ tinh với góc ngẩng thấp thì đặc biệt nhạy với dạng suy yếu này.
Bước thứ nhất hướng tới mơ hình hố kênh di động vệ tinh là nhận dạng và phân hạng các mơi trường truyền dẫn điển hình [VUC - 92]. Điều này có thể thực hiện được bằng cách chia môi trường thành ba dạng:
• Khu vực đơ thị, đặc trưng bởi các vật cản trở hồn tồn sóng trực tiếp.
• Khu vực nơng thơn và khoảng trống, khơng có vật cản đến sóng trực tiếp.
• Khu vực có bóng cây và ngoại ơ, nơi có vật cản gián đoạn tới sóng trực tiếp.
Đối với hệ thống di động vệ tinh mặt đất, hai mơi trường trên có tầm quan trọng đặc biệt. Trong khu vực đơ thị, tầm nhìn đến vệ tinh khó có thể đảm bảo, gây ảnh hưởng đến việc tiếp nhận thành phần đa đường. Vì vậy, đối với di động, pha và biên độ tự do của một tín hiệu sẽ được thu. Điều đó đúng trừ phi những chùm đa vệ tinh được sử dụng với góc ngẩng nhỏ nhất được đảm bảo cao. Khi đó, kỹ thuật phân tập vệ tinh cho phép nhận tối ưu một hoặc nhiều tín hiệu vệ tinh được dùng để chống lại tác động của sự che khuất.
Vị trí mơi trường lan truyền trong khu vực đơ thị có ràng buộc chặt chẽ trong mạng di động vệ tinh. Ví dụ, để đạt được giới hạn suy giảm từ 6-10 dB trong môi trường nông thôn và đô thị, góc ngẩng người sử dụng-tới-vệ tinh nhỏ nhất giới hạn ở mức yêu cầu tối thiểu là 500. Tuy nhiên, để có được góc ngẩng nhỏ nhất sử dụng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH
chùm quỹ đạo Trái đất thấp yêu cầu một chùm hướng lên của 100 vệ tinh. Những chứng minh được tính khơng thực tế của việc cung cấp phủ sóng trong khu vực đơ thị, thực sự đối với mơi trường mặt đất/khơng gian tích hợp, trong mơi trường đơ thị. phủ sóng tổ ong mặt đất chiếm quyền ưu tiên và đó là cách mà những hệ thống như GLOBALSTAR hoạt động.
Trong khu vực đất trống và nông thôn, nơi mà LOS trực tiếp đến vệ tinh có thể tồn tại với độ chắc chắn cao, hiện tượng đa đường là nguyên nhân làm suy yếu đường truyền chủ yếu nhất. Thành phần đa đường có thể hoặc là thêm vào ( kết quả là làm tăng cường độ tín hiệu ) hoặc triệt tiêu (gây ra giảm) tới thành phần sóng trực tiếp. Kết quả này trong truyền dẫn di động vệ tinh làm biến thiên cơng suất tín hiệu.
Trong những môi trường cây che khuất, bổ sung thêm tác động của đa đường , sự hiện diện của cây sẽ dẫn đến sự suy giảm cường độ tín hiệu trực tiếp. Mức độ suy giảm phụ thuộc vào số lượng các tham số bao gồm kiểu cây, độ cao, cũng như mật độ lá trên cây.
Tại khu vực ngoại ơ, đóng góp chính vào sự giảm của tín hiệu là bởi các tồ nhà và các vật cản khác do con người làm ra. Những vật cản này giống như sự che khuất của tín hiệu LOS, kết quả làm giảm tín hiệu thu được. Sự chuyển động của máy di động qua những khu vực ngoại ô gây ra sự biến thiên liên tục trong độ lớn tín hiệu thu và biến thiên trong pha tín hiệu thu.
Mơ hình hố kênh chia thành hai dạng: băng hẹp và băng rộng. Trong dạng băng hẹp, ảnh hưởng của mơi trường lan truyền có thể xem xét giống hoặc tương tự đối với tất cả các tần số bên trong băng ta quan tâm. Vì vậy, ảnh hưởng của mơi trường lan truyền có thể đặc trưng bởi một tần số sóng mang đơn. Ngược lại, trong dạng băng rộng, ảnh hưởng của môi trường lan truyền không tác động tới mọi thành phần trong băng theo cùng một cách, vì vậy gây ra méo (biến dạng) tới thành phần phổ lựa chọn.
3.2.2 Kiểu kênh băng hẹp 3.2.2.1 Tổng quan 3.2.2.1 Tổng quan
Đặc điểm chủ yếu kênh băng hẹp là tập trung vào việc tạo ra biên độ biến thiên của biên độ của tín hiệu truyền qua kênh. Từ đó một số lượng lớn các mơ hình băng hẹp được đưa ra. Những mơ hình này có thể được phân loại thành hoặc (a) thực nghiệm với đường hồi quy khớp với dữ liệu được đo, (b) thống kê hoặc (c) hình học giải tích.
Những mơ hình thực nghiệm có thể sử dụng để phản ánh các kết quả với tham số giới hạn như góc ngẩng, tần số. Mẫu thống kê như Rayleigh, Rice, và phân phối logarit chuẩn tắc hoặc sự kết hợp giữa chúng được sử dụng trong các môi trường
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH
truyền dẫn khác nhau, đặc biệt hữu ích cho phân tích mơ phỏng bằng phần mềm, trong khi mẫu hình học giải tích cung cấp sự hiểu biết về môi trường truyền dẫn, qua kiểu đặc trưng địa hình của mơi trường.
3.2.2.2. Mơ hình hồi quy thực nghiệm
Một số các cuộc nghiên cứu được thực hiện trên toàn thế giới nhằm phân loại kênh di động vệ tinh. Những cuộc khảo sát đo đạc này đã cố gắng mô phỏng vệ tinh bằng cách sử dụng các trường được tạo ra trên không như máy bay, trực thăng, khinh khí cầu hoặc một số trường hợp là trong hệ thống vệ tinh địa tĩnh đã được sử dụng. Dưới đây mơ tả ngắn gọn một vài mơ hình sử dụng rộng rãi.
Mơ hình che khuất bên đường thực nghiệm
Mơ hình này được sử dụng để mơ tả tác động của phần lớn fading phụ thuộc vào các cây bên đường. Mẫu này dựa trên sự đo đạc thực hiện ở môi trường nông thôn và ngoại ô vùng trung tâm Maryland, US, sử dụng các liên kết di động - trực thăng và vệ tinh với di động trên máy bay. Phép đo được thực hiện cho góc ngẩng trong dải 20-600; số đo 200 sử dụng một liên kết vệ tinh - di động và còn lại là một máy bay. Biểu thức thực nghiệm được đưa ra cho tần số 1,5 GHz cho bởi biểu thức:
AL(P,θ, fL)=−M(θ)lnP+N(θ) dB với fL = 1,5 GHz (3.1) Trong đó AL(P,θ,fL) ký hiệu cho giá trị của giảm vượt quá tính bằng dB, L chỉ băng L, fL là tần số tại băng L tính bằng GHz và bằng 1,5 GHz trong cơng thức trên; P là phần trăm khoảng cách đi được khi mà độ giảm pha đinh bị vượt quá ( trong dải từ 1-20%) hoặc xác suất ngắn hạn trong dải 1-20% cho dự trữ pha đinh (fade margin), θ là góc ngẩng. Bảng 3-15: Đặc tính mẫu ERS Góc ngẩng M(θ) N(θ) 20 4.59 25.90 25 4.63 23.69 30 4.57 21.47 35 4.40 19.26 40 4.14 17.04 45 3.78 14.83 50 3.32 12.61 55 2.75 10.40 60 2.09 8.18
Từ bảng trên đặc tính mẫu có thể được rút ra.
Mối quan hệ giữa UHF và băng L được rút ra cho độ sâu pha đinh trong khu vực bóng cây cho P trong dải 1-30%
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH dB f f f P A f P A uhf L uhf uhf L L( ,θ, )= ( ,θ, ) (3.2)
Tương tự, nó cũng được xác định khi định tỉ lệ từ băng L (1,3 GHz) tới băng S (2,6 GHz), có mối liên hệ sau:
AS(P,θ, fS)≈1.41AL(P,θ,fL) dB (3.3)
Sự biến đổi từ băng L tới băng K và ngược lại trong dải tần số từ 850MHz đến 20 GHz được áp dụng từ công thức, đối với xác xuất nhỏ trong dải 20%≥ P ≥1%
dB f f f P A f P A K L L L K K − = ( , , )exp 1.5 1 1 ) , , ( θ θ ( 3.4)