2.3 Đ−ờng truyền vô tuyến và thiết kê quy mô mạng
2.3.4 Các mô hình truyền sóng
Người thiết kế sử dụng mô hình truyền sóng để xác định số lượng ô cần thiết cho yêu cầu phủ sóng của mạng, thực hiện việc phân phối lưu lượng, chuyển tải từ một ô hiện tại sang một ô mới, lựa chọn vị trí đặt ô, dự đoán về nhiễu giao thoa. Ngoài ra mô hình truyền sóng cũng đ−ợc sử dụng trong những khía cạnh hoạt động khác của hệ thống nh−: tối −u hoá chuyển giao,
điều chỉnh mức công suất. Mặc dù không có mô hình nào đúng cho mọi tr−ờng hợp thực tế, song ng−ời ta th−ờng sử dụng một hoặc nhiều mô hình
cho việc xác định suy hao đường truyền trong mạng. Mỗi một mô hình có những −u điểm riêng, nếu hiểu biết đ−ợc những hạn chế của chúng thì vẫn có thể xây dựng đ−ợc một thiết kế RF tốt cho mạng.
Có nhiều mô hình thực nghiệm đã đ−ợc sử dụng để dự đoán suy hao
đường truyền. Trong đó hai mô hình phổ biến nhất là mô hình Hata- Okumura và mô hình Walfisch – Ikegami.
2.3.4.1 Mô hình Hata – Okumura
Hầu hết các công cụ truyền sóng đều sử dụng biến đổi của mô hình Hata. Mô hình Hata là một quan hệ thực nghiệm thu đ−ợc từ khảo sát kỹ thuật của Okumura, do đó những kết quả này có thể đ−ợc sử dụng trong các công cụ tính toán. Khảo sát của Okumura bao gồm một chuỗi các bảng biểu
đã đ−ợc sử dụng trong các mô hình thông tin vô tuyến. Sau đây là những biểu diễn sử dụng ở mô hình Hata để xác định suy hao trung bình L50 :
• Vùng đô thị :
L50 = 69,55 + 26,16logfc – 13,82loghb – a(hm) + (44,9 – 6,55loghb)logr [dB]
Víi:
o fc : tần số (MHz).
o L50 : suy hao đường truyền trung b×nh (dB).
o hb : độ cao anten trạm gốc (mạng).
o a(hm) : yếu tố tương ứng cho độ cao anten mobile.
o r : khoảng cách từ trạm gốc tới thiết bị (km).
Phạm vi của các thông số mà mô hình Hata có hiệu quả:
o 150 ≤ fc ≤ 1500 MHz o 30 ≤ hb ≤ 200 m o 1 ≤ hm ≤ 10 m o 1 ≤ r ≤ 20 km a(hm) đ−ợc tính nh− sau:
o Đối với các thành phố nhỏ và trung bình:
a(hm) = (1,1logfc – 0,7)hm – (1,56logfc –0,8) [dB]
o Đối với các thành phố lớn:
a(hm) = 8,29(log1,54hm)2 – 1,1 [dB]; fc ≤ 200 MHz hoặc a(hm) = 3,2(log11,75hm)2 – 4,97 [dB]; fc ≥ 400 MHz
• Vùng ngoại ô :
L50 = L50 (đô thị) - fc [ ]dB
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡ ⎟ −
⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ 5,4
log 28 2
2
• Vùng xa xôi :
L50 = L50 (đô thị) – 4,78(logfc)2 –40,94 [dB]
Mô hình trên có xu h−ớng tính trung bình trong một số tr−ờng hợp nghiêm trọng và nó không đáp ứng đ−ợc với những biến đổi nhanh trên
đ−ờng truyền vô tuyến.
Mô hình Okumura yêu cầu phải sử dụng đáng kể tới khả năng xét đoán kỹ thuật, đặc biệt trong việc lựa chọn chính xác các yếu tố môi trường.
Ngoài ra nó cũng đòi hỏi những sửa đổi đường truyền nhất định để chuyển
đổi dự đoán trung bình về suy hao thành những dự đoán ứng dụng đ−ợc cho một đường truyền cụ thể sau khi đã nghiên cứu. Kỹ thuật của Okumura đối với việc chỉnh sửa cho địa hình bất thường và các tính chất khác của đường truyền, yêu cầu những giải thích mang tính chất kỹ thuật và do vậy không sẵn sàng đáp ứng cho việc sử dụng để tính toán.
2.3.4.2 Mô hình Walficsh_Ikegami (COST 231)
Mô hình này được sử dụng để ước tính suy hao đường truyền ở môi trường đô thị cho thông tin số chia ô, trên dải tần từ 800MHz đến 2000MHz. Mô hình bao gồm 3 thành phần: suy hao trong không gian tự do, suy hao tán xạ và nhiễu từ mái nhà xuống đ−ờng phố và suy hao multiscreen.
L50 = Lf + Lrts + Lms
hay L50 = Lf khi Lrts + Lms ≤ 0
• Víi:
o Lf: suy hao không gian tự do
o Lrts: suy hao tán xạ và nhiễu xạ từ mái nhà xuống đường phố
o Lms: suy hao multiscreen
• Suy hao không gian tự do được xác định như sau:
Lf = 32,4 + 20logr + 20logfc [dB]
• Suy hao tán xạ và nhiễu xạ :
Lrts = -16,9 – 10logW + 10logfc + 20log∆hm + L0 [dB]
• Víi:
o W: độ rộng ®−êng phố (m) o ∆hm = hr – hm (mạng)
o L0 = -9,646 dB với 35o ≥ φ ≥ 0o o L0 = 2,5 + 0,075(φ-35) dB với 55o ≥ φ ≥ 35o o L0 = 4 - 0,114(φ-55) dB với 90o ≥ φ ≥ 55o o φ: góc t−ơng ứng tạo với đ−ờng phố
• Suy hao multiscreen:
Lms = Lbsh + ka + kdlogfc –9logb
• Víi:
o b: khoảng cách giữa các toà nhà dọc theo đường truyền vô
tuyến (mạng)
o Lbsh = -18log11 +∆hb; hb > hr
o Lbsh = 0; hb < hr
o ka = 54; hb > hr
o ka = 54 – 0,8hb; r ≥ 500m; hb ≤ hr o ka = 54 – 1,6∆hbr; r < 500m; hb ≤ hr
o kd = 18; hb < hr
o b r
m b
d h h
h
k h ≥
∆
− ∆
= 15 ;
18
o 1 ;
7 925 , 0
4 ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ −
+
= c
f
k f ở thành phố trung bình và vùng ngoại ô có mật độ cây vừa phải.
o 1 ; 5 925
, 1
4 ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ −
+
= c
f
k f ở trung t©m thành phố
• Phạm vi của các thông số mà mô hình Walficsh có hiệu lực:
o 800 ≤ fc ≤ 2000 MHz o 4 ≤ hb ≤ 50 m
o 1 ≤ hm ≤ 3 m o 0,02 ≤ r ≤ 5 km
• Các giá trị mặc định sau có thể đ−ợc sử dụng cho mô hình:
o b = 20 ÷ 50 m o W = b/2 o φ = 90o
o hr = 3 (số sàn) + roof; roof = 3m đối với nhà mái dốc và 0m
đối với nhà mái bằng.