Trong project này tôi sẽ mô phỏng vùng phủ sóng di động ở hai tần số:
- Wimax trên băng tần 2.5GHz
- Wimax trên cơ sở của truyền hình số và sử dụng sóng mang là 700MHz Sở dĩ tôi lựa chọn 2 dải tần này là vì:
- Băng tần 2.5GHz là băng tần được cục tần số Việt nam cấp phép sử dụng cho Wimax.
- Băng tần 700MHz nằm trong dải UHF nó được cục tần số ở Việt Nam cấp phép sử dụng cho phát thanh và truyền hình. Tuy nhiên băng tần này sẽ được dành cho thông tin di động IMT và các dịch vụ thông tin vô tuyến điện khác sau khi ngừng việc phát sóng truyền hình tương tự mặt đất theo Kế hoạch số hóa.
- Luận văn sẽ mô phỏng vùng phủ sóng Wimax ở Hà Tĩnh trên 2 băng tần này để đưa ra kết quả và lựa chọn xem băng tần nào phù hợp hơn.
• Trường hợp 1 - Mô phỏng vùng phủ sóng Wimax ở tần số 2.5Ghz
Xây dựng Project:
Bước 1: Tạo Project
Trong cửa sổ Project View, click Project -> New -> Project Điền vào mô tả Project trong mục Short description
Sau đó lưu project bằng cách click vào Project -> Save as, sau đó lựa chọn thư mục để lưu Project và lưu tên Project.
Hình 3.7 Cửa sổ Project view
Bước 2: Load file city
Như đã giới thiệu trong chương 2, truyền sóng trong thông tin vô tuyến bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như hiệu ứng bóng râm, đa đường. Với 3 cơ chế ảnh hưởng chính là phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Và cơ sở hạ tầng khu vực chính là nguyên nhân gây ra các hiện tượng trên. Chính vì vậy mà phần mềm Wireless Insite cần xây dựng file city vào chương trình để việc mô phỏng sẽ chính xác hơn. File city mô tả cấu trúc hạ tầng của Thành Phố Hà Tĩnh. Nó bao gồm vị trí, chiều cao, diện tích và vật liệu xây dựng các tòa nhà của thành phố. Dữ liệu này đã được khảo sát thực tếbằng cách xuống tỉnh Hà Tĩnh đi tới các tòa nhà, khu dân cư và ghi lại vị trí bao gồm kinh độ và vĩ độ của nó sử dụng GPS. Sau đó trên cơ sở dữ liệu có được, xây dựng lại kiến trúc hạ tầng của tỉnh trên phần mềm Wireless Insite và được lưu dưới tên hatinh.city.
Trong cửa sổ Project View, click vào Project -> Open -> Feature -> City Sau đó đưa đường dẫn tới file Hatinh.city để load file city của thành phố Hà Tĩnh vào Project.
Hình 3.8 File city trong cửa sổ 2D
Bước 3: Load file địa hình (Terrain) [10]
Địa hình cũng là yếu tố làm ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng truyền sóng trong thông tin vô tuyến. Nó cũng có khả năng gây nên các hiện tượng phản xạ, tán xạ khi địa hình gồ ghề và đặc biệt là hiện tượng nhiễu xạ.
File địa hình có đuôi là ter mô tả địa hình (chiều cao so với mặt nước biển) của khu vực được khảo sát. Ở đây là file địa hình lấy từ website của NASA ứng với tỉnh Hà Tĩnh với đặt tên file là hatinh.ter.
Trong cửa sổ Project view, click vào Project -> Open -> Feature -> Terrain. Sau đó chỉ đường dẫn tới vị trí lưu file hatinh.ter.
Tọa độ Hà Tĩnh: 17°54’ đến 18°50’ vĩ Bắc và từ 103°48’ đến 108°00’ kinh Đông
Hình 3.10 Địa hình tỉnh Hà Tĩnh
Bước 4: Tạo dạng sóng
Trong cửa sổ Project View click Project -> New -> Waveform
Ở đây ta chọn dạng sóng là Sinuoid với tần số sóng mang là 2.5GHz và độ rộng băng tần 5MHz.
Hình 3.11 Dạng sóng 2500-5MHz
Bước 5: Tạo anten
Anten ở trong project này sử dụng anten đẳng hướng có dạng sóng là 2500MHz được tạo ra ở bước 4.
Anten đẳng hướng là anten lý tưởng mà sóng được phát đều theo mọi hướng, thiết bị thu sóng có thể đặt trong mọi hướng phát sóng và đều thu được tín hiệu như nhau (chỉ bị giới hạn bởi nhiễu của thiết bị khác, nhiễu này có thể đến từ một hướng bất kỳ, hoặc từ mọi hướng trong vùng phát của antenna đẳng hướng), và chỉ bị giới hạn bởi bán kính phủ sóng.
Hình 3.12 Anten đẳng hướng cho trạm phát
Anten thu sử dụng anten đẳng hướng và cũng sử dụng dạng sóng 2.5Ghz đã miêu tả ở trên.
Hình 3.13 Anten đẳng hướng cho trạm thu
Bước 6: Đặt trạm phát
Trạm phát trong project này được đặt tại vị trí cụ thể như sau: Vị trí: kinh độ105.68109º, vĩ độ 18.35964 º
- Chiều cao: 100m
- Công suất phát: 42 dBm
Trong cửa sổ project view, click project -> New -> Transmitter -> Point
- Điền vào mô tả ngắn về trạm phát: Tx Points
- Kinh độ và vĩ độ của vị trí đặt anten.
- Antenna sử dụng ở đây là Isotropic_Tx
- Dạng sóng: 2500-5Mhz
- Công suất phát: 42 dB
Hình 3.14 Trạm phát
Bước 7: Đặt trạm thu
Trong project này ta khảo sát vùng phủ sóng của một trạm phát Wimax. Còn trạm thu sẽ được đặt tại vị trí đặt anten thu tín hiệu tại mỗi nhà dân. Ta tính trung bình mỗi anten thu sẽ cao 10m và được bao phủ toàn bộ khu vực khảo sát khoảng cách 50m ta sẽ đặt 1 trạm thu. Vì đây là bài toán mô phỏng vùng phủ sóng nên mật độ anten thu không cần quá dầy.
Trong cửa sổ project view ta lựa chọn Project -> New -> Receiver -> Polygon Sau đó lựa chọn vùng đặt trạm thu là toàn bộ vùng khảo sát.
Sau đó Click chuột phải để đặt các thông số cho trạm thu bao gồm:
- Mô tả: Rx Polygon
- Antenna: Isotropic_Rx
- Waveform: 2500MHz-5Mhz
Hình 3.15 Trạm thu
Bước 8: Tạo vùng khảo sát
Chúng ta có thể định nghĩa từng khu vực khảo sát trong một project. Trong project này ta chọn vùng khảo sát là khu vực thành phố Hà Tĩnhcũng tức là toàn bộ khu vực mà chúng ta đã đặt trạm thu ở bước trước. Nên có thể nói, khu vực khảo sát của chúng ta là khoảng 7.8km2.
Trong cửa sổ project view, click Project -> New -> Study area
Hình 3.16 Cửa sổ tạo vùng khảo sát
Ta lựa chọn Specify location and size và click vào Begin
Sau đó click vào các điểm góc của khu vực khảo sát sau đó click chuột phải để lựa chọn các thông số tiếp theo.
Hình 3.17 Vùng khảo sát
Bước 9: Lựa chọn thông số đầu ra
Trong bước này chúng ta sẽ lựa chọn thông số đầu ramong muốn. Phần mềm Wireless Insite cho ta rất nhiều các thông số đầu ra. Tuy nhiên trong project này chúng ta chỉ cần quan tầm tới một số thông số như: Path loss, Receiver power, Propagation paths
Để làm được điều này, trong cửa sổ Main, click vào Requested output và tích vào các đầu ra mong muốn.
Hình 3.18 Lựa chon thông số đầu ra mong muốn
Như vậy chúng ta đã hoàn thành việc tạo Project để khảo sát vùng phủ sóng Wimax cho thành phố Hà Tĩnh.
Hình vẽ 3.19 dưới đây là hình ảnh của project khi nhìn trong không gian 3 chiều
Hình 3.19 Tổng quan về project trong không gian 3 chiều
Hình vẽ 3.20 dưới đây là hình ảnh của project khi nhìn trong không gian 2 chiều
- Tiến hành chạy mô phỏng
Sau khi hoàn tất Project, ta tiến hành chạy mô phỏng như sau:
Trong cửa sổ Project view hoặc cửa sổ Main, click vào Project -> Run -> New Khi đó cửa sổ Calculation Log sẽ hiện ra để chúng ta có thểtheodõi quá trình xử lí của phần mềm.
Hình 3.21 Cửa sổ calculation log
- Kết quả chạy mô phỏng
Sau khi tiến hành chạy mô phỏng xong, các file kết quả đầu ra sẽ được lưu trong thư mục study area của Project. Đồng thời trong phần mềm Wireless Insite ta có thể mở cửa sổ Project hierarchy, đây chính là sơ đồ cây của project, trên sơ đồ cây này ta có thể lựa chọn để xem bất kì thành phần nào của project.
Hình 3.22 Cửa sổ project hierarchy
Các file kết quả đầu ra của project này bao gồm:
- Công suất thu: hatinh.power.t001_02.r003.p2m
- Công suất bị mất mát trên đường truyền: hatinh.pl.t001_02.r003.p2m
- Ngoài ra còn có thêm các file Path gain và công suất tổng. Tuy nhiên trong project này chỉ có 1 trạm phát nên công suất tổng cũng chính là công suất thu. • Công suất nhận của anten và phần trăm phủ sóng
Phần mềm cung cấp cho ta một cái nhìn tổng quan về mức độ mạnh yếu của công suất thu trong vùng phủ sóng bằng cách chỉ thị màu sắc. Mỗi một vị trí trên thanh màu thể hiện một công suất xác định như: màu xanh lơ là công suất thu yếu (yếu nhất là -250dBm), màu cam là công suất thu mạnh (mạnh nhất là -36.5dBm). Từ đó ta có thể thấy được những vùng nào thu tốt, vùng nào thu yếu
một cách trực quan nhất. Hình 3.23 mô tả vùng phủ sóng khi trạm phát là anten đẳng hướng.
Hình 3.23 Vùng phủ sóng khi sử dụng anten đẳng hướng
Hình 3.24 Một phần File công suất thu được
Nhìn vào hình trên thì file dữ liệu được xuất ra từ phần mềm Wireless Insite gồm nhiều cột, mỗi cột như là một ma trận và tương ứng với một thông số nhất định như: cột 1 để thể hiện số thứ tự của các máy thu, cột thứ 2,3,4 là tọa độ của
anten thu trong không gian mô phỏng, cột thứ 5 là khoảng cách điểm - điểm từ anten phát tới anten thu, cột thứ 6 là công suất mà anten thu thu được.
Như ta đã biết, tại nơi thu máy thu thu được tín hiệu có công suất từ -65 dBm đến -75 dBm là đạt tiêu chuẩn.
Nếu đặt ngưỡng công suất thu mà máy thu còn nhận được tín hiệu là -75dBm Khi đó mức độ phủ sóng của trạm phát trong project này là:
Bảng 3.1 Phần trăm phủ sóng khi ngưỡng thu là -75dBm - băng tần 2500MHz
Tổng số antenna thu
Số antenna thu còn nhận đươc sóng
210 124
Phần trăm phủ sóng 59.04%
• Trường hợp 2: Mô phỏng vùng phủ sóng Wimax trên băng tần 700MHz
Xây dựng Project:
Bước 1,2,3: Thực hiện các bước từ bước 1 đến bước 3 giống như trên trường
hợp 1bao gồm:
- Tạo project
- Load file city
- Load file terrain
Bước 4: Tạo dạng sóng
Bước 5: Tạo anten
Anten phát và anten thu ở phần này cũng sử dụng anten đẳng hướng, tuy nhiên anten ở đây sẽ sử dụng dạng sóng có tần số 700MHz được tạo ra ở bước 4 trong phần này.
Anten phát
Anten thu
Hình 3.27 Anten thu với tần số 700MHz
Bước 6: Đặt trạm phát
Trạm phát trong project này cũng được đặt tại vị trí cụ thể như sau:
- Vị trí: kinh độ 105,68079º , vĩ độ 18,35967º
- Chiều cao: 100m
- Công suất phát: 42 dBm
Trong cửa sổ project view, click project -> New ->Transmitter -> Point
- Điền vào mô tả ngắn về trạm phát: Tx Points
- Kinh độ và vĩ độ của vị trí đặt anten.
- Antenna sử dụng ở đây là Isotropic_Tx
- Dạng sóng: 700MHz
Hình 3.28 Trạm phát ở tần số 700MHz
Bước 7: Đặt trạm thu
Trạm thu trong trường hợp này cũng được đặt giống như trong phần trước. Tức là toàn bộ khu vực khảo sát.
Trong cửa sổ project view ta lựa chọn Project -> New -> Receiver -> Polygon
Sau đó Click chuột phải để đặt các thông số cho trạm thu bao gồm:
- Mô tả: Rx Polygon
- Antenna: Isotropic_Rx
- Spacing: 50m
Hình 3.29 Trạm thu với tần số 700MHz
Bước 8, 9: Thực hiện giống như bước 8 và 9 trong trường hợp 1 bao gồm:
- Tạo vùng khảo sát
- Tiến hành chạy mô phỏng
Hình 3.30Cửa sổ calculation log trong trường hợp 2
- Kết quả chạy mô phỏng
Hình 3.31 mô tả một cách trực quan về vùng phủ sóng của trạm phát trong project này. Theo đó, màu xanh đậm thể hiện vùng thu sóng yếu nhất (- 250.0dBm) và màu đỏ thể hiện vùng thu sóng mạnh nhất (-24.6dBm).
Hình 3.31 Vùng phủ sóng ở băng tần 700MHz
Hình 3.32 là một phần của file công suất thu được
Hình 3.32 File công suất thu được trong trường hợp sử dụng băng tần 700MHz
Dựa vào file công suất thu được, ta tính được phần trăm vùng phủ sóng khi sử dụng băng tần 700MHz với ngưỡng thu là -75 dBm như bảng 3.2 dưới đây.
Tổng số antenna thu
Số antenna thu còn nhận đươc sóng
210 169
Phần trăm phủ sóng 80.04%
• So sánh kết quả thu được trong 2 trường hợp mô phỏng
Saukhi thực hiện mô phỏng vùng phủ sóng ở tần số 2.5GHz và 700MHz ta thấy:
- Vùng phủ sóng khi sử dụng băng tần 2.5GHz: 59.04%
- Vùng phủ sóng khi sử dụng băng tần 700MHz: 80.04%
Như vậy với băng tần 700MHz, khả năng phủ sóng là lớn hơn so với việc sử dụng băng tần 2.5GHz. Nguyên nhân là do khi truyền sóng thì tần số càng cao sự suy hao lại càng
3.3 Kết luận chương
Chương 3 đã đi vào nghiên cứa các yếu tố ảnh hưởng tới truyền sóng tại tỉnh Hà Tĩnh như nhu cầu sử dụng mạng băng rộng, các yếu tố địa hình, cơ sở hạ tầng khu vực …và mô phỏng vùng phủ sóng tại Hà Tĩnh dùng phần mềm Wireless Insite trên hai băng tần 2.5GHz và 700MHz tù đó so sánh hiệu suất phủ sóng giũa các băng tần.