CHƯƠNG 2: KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN VÀ MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG . 10
2.3 MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG
2.3.1 Mô hình xác định (Determination Model)
Các mô hình truyền sóng xác định đặc tính truyền sóng dựa trên các định luật truyền sóng điện từ. Các mô hình xác định dạng đơn giản thường coi kênh truyền vô tuyến nhƣ các mô hình hình học không phức tạp lắm, qua đó có đƣợc lời giải nhanh chóng, [2], [10], [15]. Còn các mô hình xác định dạng chính xác đƣợc ứng dụng trong các phần mềm quy hoạch mạng. Các phần mềm này thông thường đòi hỏi một bản đồ 3D hoàn chỉnh của khu vực cần quy hoạch. Trong bản đồ số có thể hiện chi tiết các tòa nhà, cây cối, đồi núi, vật cản... Căn cứ vào đó, các giải thuật tính toán sẽ mô hình hóa khu vực quy hoạch thành các phương trình toán học xác định và cho lời giải là các mô hình truyền sóng tương ứng. [6], [7].
Một số ví dụ của mô hình xác định là mô hình tổn hao không gian tự do (Free Space Loss – FSL), mô hình Ray Tracing (2 – Rays, 10 – Rays, General Ray Tracing Model...).
2.3.1.1 Mô hình không gian tự do
Giả thiết hai anten phát – anten thu không có vật cản ở giữa, công suất tín hiệu đƣợc truyền thẳng LOS từ máy phát tới máy thu. Khi đó, công suất thu có thể đƣợc tính toán theo công thức Friis, [2], [10], [15]:
2
4
r b t
G Gm
P
P d
(2.1) Suy hao không gian tự do đƣợc tính theo công thức:
2
( ) 10 lg( ) 10 lg( 2 ) (4 )
m t
r
P b
PL dB
P d
G G
(2.2)
Nếu chỉ xét Path Loss là suy hao công suất từ ngõ ra anten phát tới ngõ vào anten thu, Path Loss theo công thức Friis trở thành:
( ) 20 lg( ) 20 lg( ) 20 lg( ) 20 lg( )
4 4
PL dB c f d
d
(2.3)
Công thức Friis có đặc điểm là đơn giản, trực quan. Theo đó, Path Loss tỷ lệ thuận với bình phương tần số và tỷ lệ thuận với bình phương khoảng cách, [2], [10], [15].
Tuy nhiên, Path Loss trong công thức lại không phụ thuộc vào chiều cao anten phát, anten thu, thể hiện rõ sự thiếu chính xác trong công thức. Trên thực tế, công suất thu đƣợc tại máy thu sẽ nhỏ hơn công suất tính bằng công thức Friis. Chƣa xét đến các vấn đề địa hình, một trong các nguyên nhân là anten không phối hợp trạng thái phân cực. Do đó, anten phát không thể truyền công suất tối đa tới anten thu đƣợc.
2.3.1.2 Mô hình Ray Tracing
Một trong những dạng xấp xỉ phổ biến của mô hình xác định là mô hình Ray Tracing, [2], [10], [15]. Mô hình này đơn giản hóa đặc tính truyền sóng của sóng điện từ bằng cách chỉ xét tia truyền thẳng cùng hiện tƣợng phản xạ, bỏ qua các hiện tƣợng nhiễu xạ và tán xạ.
Dạng đơn giản nhất là mô hình 2 tia (Two Ray), hay còn gọi là mô hình tổn hao mặt đất (Plane Earth Loss), dạng này mô tả các kênh truyền bao gồm một tia truyền thẳng (LOS) và một tia phản xạ, tia phản xạ thông thường là từ mặt đất. Mô hình 2
tia phản ánh khá chính xác các kênh truyền vô tuyến dọc theo đường cao tốc, các đường lớn ở nông thôn, hoặc trên mặt nước.
Công suất phát – thu có quan hệ đƣợc cho bởi công thức, [2]:
4
2 2
( ) 10 lg( t ) 10 lg( )
r b m
P d
PL dB
P h h
(2.4)
Từ đó, có thể thấy rằng Path Loss không phụ thuộc vào tần số sóng mang.
( ) 20lg( b m) 40lg( )
PL dB h h d (2.5)
Hình 2.7: Mô hình Ray Tracing 02 tia (Two – Rays)
Mô hình Two Ray dạng đơn giản nhƣ trên có ƣu điểm là trực quan. Tuy nhiên, nó không được chính xác lắm trong nhiều trường hợp. Mô hình chỉ phản ánh gần đúng kênh truyền trong một số ít trường hợp, chẳng hạn như đường cao tốc, trên sông.
Các mô hình xác định đầy đủ sẽ phát huy đƣợc tính chính xác cao khi đƣợc ứng dụng trong các phần mềm quy hoạch mạng, do các điều kiện môi trường được xác định và mô hình hóa một cách chi tiết. Tuy nhiên, nhược điểm của phương án này là những tính toán phức tạp, kéo theo đó là chi phí phải trả cho bài toán quy hoạch. Chi phí này có thể là chi phí để mua bản đồ số, hoặc chi phí dùng để mua các phần mềm quy hoạch nhƣ ATOLL, ASSET hoặc PLANET...