Trong project này tôi sẽ mô phỏng vùng phủ sóng di động ở hai tần số: - Wifi trên băng tần 2.4GHz
- Wifi trên băng tần 5.1GHz
Sở dĩ tôi lựa chọn 2 dải tần này là vì:
- Băng tần 5.1 GHz tần số này là băng tần đã được Cục Tần số vô tuyến điện quy hoạch dùng cho mạng không dây nên có thể khuyến cáo được dành cho Wifi.
- Băng tần 2.4 GHz là là băng tần đã được Cục tần số Vô tuyến điện Việt nam cấp phép sử dụng cho Wifi
Luận văn sẽ mô phỏng vùng phủ sóng Wifi ở thành phố Huế trên 2 băng tần này để đưa ra kết quả và lựa chọn xem băng tần nào phù hợp hơn.
3.2.3.1. Mô phỏng vùng phủ sóng Wifi ở tần số 2.4GHz đặt 10 trạm phát a. Tạo 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 là ThanhphoHue.
Hình 3.6: Tạo porject
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 Huế. 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 tế bằng cách xuống thành phố Huế 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 Hue.city.
Trong cửa sổ Project View, click vào Project -> Open -> Feature -> City Sau đó đưa đường dẫn tới file Hue.city để load file city của thành phố Huế vào Project.
Hình 3.7: File city trong cửa sổ 2D
Hình 3.8: File city trong cửa sổ 3D
Bước 3: Load file địa hình (Terrain)
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 [11] ứng với thành phố Huế với đặt tên file là Hue.ter.
Trong cửa sổ Project view, click vào Project -> Open -> Feature -> Terrain. Sau đó chỉ đường dẫn tới vị trí lưu file Hue.ter.
Tọa độ thành phố Huế: kinh độ 107º8’ đến 108º2’ Đông, vĩ độ 16º đến 16º8’ Bắc.
Hình 3.9: Địa hình thành phố Huế
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 2.4GHz và độ rộng băng tần 5MHz.
Hình 3.10: Dạng sóng 2.4GHz-5MHz
Bước 5: Tạo anten
Anten ở trong project này sử dụng anten đẳng hướng có dạng sóng là 2.4GHz 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.
Trong cửa sổ project view, click Project -> New -> antenna
Hình 3.11: Anten đẳng hướng cho trạm phát
Anten thu sử dụng anten đẳng hướng và cũng sử dụng dạng sóng 2.4GHz đã miêu tả ở trên.
Bước 6: Đặt trạm phát
Trạm phát trong project này được đặt tại các vị trí các tòa nhà cao tầng tại thành phố Huế. Cụ thể như sau:
- Vị trí: kinh độ 107,89969º , vĩ độ 16,68989º - Chiều cao: 70m
- Công suất phát: 25 dBm
Trong cửa sổ project view, click project -> New -> Transmitter -> Point - Điền vào mô tả ngắn về trạm phát: Tx1 Points
- Kinh độ và vĩ độ của vị trí đặt anten. - Antenna sử dụng ở đây là Isotropic_Tx - Dạng sóng: 2.4GHz-5MHz
- Công suất phát: 25 dBm
Lặp lại quá trình cho 9 trạm phát tiếp theo:
- Tx2: kinh độ 107,89529º, vĩ độ 16,68995º; Chiều cao: 60m. - Tx3: kinh độ 107,88958º, vĩ độ 16,68994º; Chiều cao: 60m. - Tx4: kinh độ 107,90061º, vĩ độ 16,68705º; Chiều cao: 55m. - Tx5: kinh độ 107,89377º, vĩ độ 16,68691º; Chiều cao: 60m. - Tx6: kinh độ 107,88949º, vĩ độ 16,68688º; Chiều cao: 70m. - Tx7: kinh độ 107,90152º, vĩ độ 16,68375º; Chiều cao: 65m. - Tx8: kinh độ 107,89723º, vĩ độ 16,68433º; Chiều cao: 70m. - Tx9: kinh độ 107,89208º, vĩ độ 16,68386º; Chiều cao: 65m. - Tx10: kinh độ 107,88864º, vĩ độ 16,68402º; Chiều cao: 70m.
Bước 7: Đặt trạm thu
Trong project này ta khảo sát vùng phủ sóng của một trạm phát Wifi trên cơ sở các tòa nhà cao tầng. Do đó như ở phần trên đã nói, trạm phát sẽ được đặt tại vị trí các tòa nhà cao tầng tại thành phố Huế còn trạm thu sẽ được đặt tại vị trí tại mỗi nhà dân. Ta tính trung bình mỗi anten thu sẽ cao 10m và được bao phủ toàn bộ thành phố Huế với 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 một khu vực thuộc thành phố Huế với diện tích khoảng 11km2.
Sau đó Click chuột phải để đặt các thông số cho trạm thu bao gồm: - Mô tả: Rx Polygon
- Antenna: Isotropic_Rx - Waveform: 2.4GHz-5MHz - Spacing: 50m
Hình 3.14: 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 một phần khu vực của thành phố Huế cũng
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 11km2.
Trong cửa sổ project view, click Project -> New -> Study area
Hình 3.15: 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 3.16: Vùng khảo sát
Short description: studyarea Propagation model: Full 3D
Ở đây ta sử dụng mô hình truyền sóng Full 3D được nói đến trong chương 2.
Bước 9: Lựa chọn thông số đầu ra
Trong bước này chúng ta sẽ lựa chọn thông số đầu ra mong 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, Total receiver power.
Để làm được điều này, trong cửa sổ Main, click vào Requested output và tích vào các đầu ra mong muốn.
Hình 3.17: Lựa chon thông số đầu ra mong muốn
Như vậy chúng ta đã hoàn thành việc tạo Project để khảo sát vùng phủ sóng Wifi cho thành phố Huế.
Hình vẽ 3.16 dưới đây là hình ảnh của project khi nhìn trong không gian 3 chiều đặt 10 trạm phát
Hình 3.18: Tổng quan về project trong không gian 3 chiều đặt 10 trạm phát
Hình vẽ 3.17 dưới đây là hình ảnh của project khi nhìn trong không gian 2 chiều
b. 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 thể theo dõi quá trình xử lí của phần mềm.
Hình 3.20: Cửa sổ calculation log
c. 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 3.21: Cửa sổ project hierarchy
Các file kết quả đầu ra của project này bao gồm:
- Công suất thu: ThanhphoHue.power.t001_03.r003.p2m
- Công suất thu tổng: ThanhphoHue.psum.r003.p2m
- Công suất bị mất mát trên đường truyền: ThanhphoHue.pl.t001_03.r003.p2m
Ngoài ra còn có thêm các file Path gain.
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 -240 dBm), màu cam là công suất thu mạnh (mạnh nhất là - 49.2 dBm). Từ đó ta có thể thấy được những vùng nào thu tốt, vùng nào thu yếu một cách trực quan nhất. Hình 3.20 mô tả vùng phủ sóng khi trạm phát là anten đẳng hướng.
Hình 3.22: Vùng phủ sóng khi sử dụng anten đẳng hướng đặt 10 trạm phát
Ngoài ra từ các file dữ liệu được cung cấp bởi phần mềm Wireless Insite và bằng cách kết hợp với phần mềm tính toán MATLAB ta không những có thể vẽ
lại được vùng phủ sóng của thành phố Huế mà còn tính toán được chính xác phần trăm phủ sóng là bao nhiêu.
Hình 3.23 thể hiện một phần của file công suất thu được
Hình 3.23: File công suất thu đặt 10 trạm phát
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 -70 đến -80 dBm là đạt tiêu chuẩn. Từ file kết quả thu được kết hợp với phần mềm tính toán Matlab ta có thể tính toán phần trăm công suất phủ sóng như sau.
Nếu đặt ngưỡng công suất thu mà máy thu còn nhận được tín hiệu là - 70dBm khi đó mức độ phủ sóng của các trạm phát trong project này là:
Bảng 3.1: Phần trăm phủ sóng khi ngưỡng thu là -70dBm – băng tần 2.4GHz đặt 10 trạm phát
Tổng số antenna thu
Số antenna thu còn nhận đươc sóng
814 656
Phần trăm phủ sóng 80.59%
Ngoài ra dựa vào file kết quả đầu ra, sử dụng phần mềm Matlab ta cũng có thể biểu diễn được vùng phủ sóng trong không gian 3 chiều như sau.
Hình 3.24: Vùng phủ sóng khi sử dụng băng tần 2.4GHz đặt 10 trạm phát – vẽ bằng Matlab
3.2.3.2.Mô phỏng vùng phủ sóng Wifi ở tần số 2.4GHz đặt 5 trạm phát a. Xây dựng Project
Bước 1,2,3,4,5: Thực hiện các bước từ bước 1 đến bước 4 giống như trong phần 3.2.3.1 bao gồm:
- Tạo project - Load file city - Load file terrain - Tạo dạng sóng - Tạo Anten
Bước 6: Đặt trạm phát
Trạm phát trong project này cũng được đặt tại vị trí các tòa nhà cao tầng tại thành phố Huế. Cụ thể như sau:
- Vị trí: kinh độ 107,89058º, vĩ độ 16,68933º - Chiều cao: 70m
- Công suất phát: 25 dBm
Trong cửa sổ project view, click project -> New -> Transmitter -> Point - Điền vào mô tả ngắn về trạm phát: Tx1 Points
- Kinh độ và vĩ độ của vị trí đặt anten. - Antenna sử dụng ở đây là Isotropic_Tx1 - Dạng sóng: 2.4GHz
- Công suất phát: 25 dBm
Lặp lại quá trình cho 4 trạm phát còn lại:
- Tx2: kinh độ 107,89887º, vĩ độ 16,68921º; Chiều cao: 60m. - Tx3: kinh độ 107,88967º, vĩ độ 16,68495º; Chiều cao: 65m. - Tx4: kinh độ 107,89985º, vĩ độ 16,68444º; Chiều cao: 60m. - Tx5: kinh độ 107,89377º, vĩ độ 16,68691º; Chiều cao: 60m.
Hình 3.25: Trạm phát ở tần số 2.4GHz
Bước 7: Đặt trạm thu
Trạm thu trong trường hợp này cũng được đặt giống như trong phần trước. Tức là một khu vực thuộc thành phố Huế.
Trong cửa sổ project view ta lựa chọn Project -> New -> Receiver -> Polygon
Sau đó lựa chọn vùng đặt trạm thu là một khu vực thuộc thành phố Huế với diện tích khoảng 11km2.
Sau đó Click chuột phải để đặt các thông số cho trạm thu bao gồm: - Mô tả: Rx Polygon
- Antenna: Isotropic_Rx - Waveform: 5.1GHz - Spacing: 70m
Bước 8, 9: Thực hiện giống như bước 8 và 9 trong phần 3.2.3.1 bao gồm: - Tạo vùng khảo sát
Hình 3.26: Tổng quan về project trong không gian 3 chiều đặt 5 trạm phát
b. Tiến hành chạy mô phỏng
Tiến hành chạy mô phỏng như trong phần 3.2.3.1
c. Kết quả chạy mô phỏng
Cũng giống như thực hiện trong phần 3.2.3.1 chúng ta thu được các kết quả như sau:
Hình 3.27 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 (-243 dBm) và màu xanh lơ thể hiện vùng thu sóng mạnh nhất (-49.5 dBm).
Hình 3.28 là một phần của file công suất thu được
Hình 3.28: file công suất thu ở băng tần 2.4 GHz đặt 5 trạm phát
Dựa vào file công suất thu được, sử dụng phần mềm Matlab ta tính được phần trăm vùng phủ sóng khi ở băng tần 2.4GHz sử dụng 5 trạm phát với ngưỡng thu là -70 dBm như bảng 3.2 dưới đây.
Bảng 3.2: Phần trăm phủ sóng khi ngưỡng thu là -70dBm – băng tần 2.4 GHz đặt 5 trạm phát
Tổng số antenna thu
Số antenna thu còn nhận đươc sóng
390 249
Phần trăm phủ sóng 63.85%
3.2.3.3.Mô phỏng vùng phủ sóng Wifi ở tần số 5.1GHz đặt 10 trạm phát a. Xây dựng Project
Bước 1,2,3: Thực hiện các bước từ bước 1 đến bước 3 giống như trong phần 3.2.3.1 bao gồm:
- Tạo project - Load file city - Load file terrain
Trong phần này, chúng ta lựa chọn sóng mang có tần số 5.1GHz. Là băng tần chưa được cấp phép tại Việt Nam dùng để mô phỏng vùng phủ sóng wifi.
Hình 3.29: Dạng sóng 5.1 GHz
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 5.1GHz được tạo ra ở bước 4 trong phần này.
Anten phát
Hình 3.30: Anten phát với tần số 5.1 GHz
Hình 3.31: Anten thu với tần số 5.1 GHz
Bước 6: Đặt trạm phát
Trạm phát trong project này cũng được đặt tại vị trí các tòa nhà cao tầng tại thành phố Huế. Cụ thể như sau:
- Vị trí: kinh độ 107,89969º , vĩ độ 16,68989º - Chiều cao: 70m
- Công suất phát: 25 dBm
Trong cửa sổ project view, click project -> New -> Transmitter -> Point
