Motley và Keenan đã báo cáo kết quả nghiên cứu của họ với môi trường nghiên cứu là một tòa nhà công sở nhiều nhiều tầng tại tần số 900 và 1700 MHz [4]. Một máy phát di động di chuyển xung quanh những phòng được chọn trong tòa nhà trong khi máy thu cố định, đặt gần trung tâm của tòa nhà và giám sát các mức tín hiệu thu được. Máy thu này được gắn một anten lưỡng cực và sử dụng một máy tính để tính toán, chuẩn hóa và lưu trữ các kết quả thu được. Mối quan hệ giữa công suất và khoảng cách được biểu thị như phương trình sau:
= + 10 (1.37)
Trong đó:
• P = suy hao đường truyền (dB)
• S = suy hao đường truyền tại khoảng cách 1m (dB) • n = chỉ số công suất
• d = khoảng cách giữa máy phát và máy thu
Từ đó, để điều chỉnh đường tuyến tính phù hợp nhất với dữ liệu thu được, giá trị của S và n có thể được sử dụng ở cả hai tần số. Tuy nhiên, phương trình (1.37) đã được điều chỉnh cho hợp lý hơn:
+ = + 10 (1.38)
• F là suy hao tại mỗi tầng của tòa nhà • k là số tầng
• P’ được biểu diễn theo khoảng cách d, thang loga, các điểm thực nghiệm nằm rất gần với một đường tuyến tính.
Bảng 1.6 tổng kết giá trị đo được của các tham số. Chú ý rằng n gần giống nhau ở 2 tần số nhưng F và S tương ứng tại tần số 1700 MHz lớn hơn tại tần số 900 MHz là 6 dB và 5 dB. Các kết quả này đã được xác thực tại các tòa nhà nhiều tầng khác. Nói chung suy hao đường truyền đo được tại tần số 1700 MHz cao hơn 5.5 dB so với tần số 900 MHz, nhận định này phù hợp với các dự đoán về lý thuyết dựa trên giảm bớt góc mở hiệu dụng của anten.
Bảng 1.6. Các tham số truyền dẫn trong các tòa nhà
Tần số F (dB) S (dB) n
900 MHz 10 16 4
1700 MHz 16 21 3.5
Keenan và Motley đã đề xuất một mô hình chính xác hơn trong việc tính toán suy hao đường truyền trong môi trường tòa nhà Keenan và Motley cho rằng tổn hao trung bình PL(d) là một hàm của khoảng cách d có thể tính từ tổn hao không gian tự do PLfs(d) và từ số các bức tường I giữa máy phát và máy thu.
( ) = ( ) + ∑ (1.39) Trong đó Lwilà tổn hao của bức tường thứ i
Cụ thể
( ) = 32.5 + 20 + 20 + ( )
+ ( ) + ( − ) (1.40) Trong đó
PL: suy hao đường truyền (dB).
(32.5 + 20 + 20 )là suy hao tính cho không gian tự do. f: tần số (MHz).
d: khoảng cách từ máy phát đến máy thu (m). k: số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua.
F(k): hệ số tổn hao của tầng (dB) được tính như sau:
( ) = (1.41)
F1 là hệ số tổn hao tầng thứ nhất (dB) b = 0.8, là hằng số.
p là số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua. W(k) là hệ số tổn hao của vật cản (dB).
D là hệ số tổn hao tuyến tính (dB/m).
db là điểm ngắt trong tòa nhà (indoor break point) (m).
Các bức tường mỏng thường có tổn hao 7 dB còn các bức tường dày có tổn hao 10 dB.
Khi tính toán ta cần lưu ý là điểm ngắt điển hình là khoảng 65m, đối với khoảng cách ở trên điểm ngắt, trung bình ta cộng thêm vào 0.2 dB/m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
W(k) là hệ số tổn hao của vật cản (dB) được xác định bằng đo kiểm thực tế tại rất nhiều tòa nhà. Theo tài liệu của nhiều công ty tư vấn thiết kế thì giá trị suy hao trung bình của các vật liệu như sau:
• Suy hao của thủy tinh dày là: 8÷10 dB. • Suy hao của vách ngăn gỗ là: 5÷10 dB. • Suy hao của tường gạch là: 10 ÷15 dB. • Suy hao của bê tông là: 20÷30 dB. • Suy hao của thang máy là: 40 ÷45 dB.
Hình 1.7. Tổn hao tầng theo mô hình Keenan – Motley
Hình 1.8. So sánh tổn hao tường theo mô hình Keenan – Motley với tổn hao trong không gian tự do và công thức xấp xỉ.
Với công thức xấp xỉ
= 50 + 0.8 × (1.42) Ở đây:
• Lplà suy hao tổng (dB) • d: khoảng cách tính theo m
Công thức xấp xỉ gần với công thức suy hao của Keenan – Motley khi khoảng cách d từ 10 – 50 m.
Trong các công thức xấp xỉ ở dải tần số 1800 MHz thì suy hao tăng thêm 6dB so với dải tần số 900 MHz, tức là 50 được thay bằng 56.
Trên thực tế mô hình truyền sóng của Keenan và Motley được sử dụng rất nhiều để dự đoán sơ bộ suy hao truyền sóng bên trong các tòa nhà bởi vì mô hình này không quá phức tạp, tính toán đơn giản, không có nhiều thông số phải giả định hoặc thực nghiệm. Ngoài ra cũng từ mô hình truyền sóng này, có thể nhận thấy suy hao truyền sóng trong nhà phục thuộc chủ yếu vào số tầng và số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua. Kết quả đo đạc của các mô hình truyền song khác cũng đã chỉ ra sự phức tạp của truyền sóng trong môi trường trong nhà và khó mô phỏng nó bằng các mô hình đơn giản vì kết cấu tòa nhà khác nhau, vật liệu sử dụng khác nhau. Nhiều nhà cung cấp đưa ra các công cụ hỗ trợ đo đạc chuẩn đoán trong môi trường tòa nhà. Điều khó khăn ở đây là khó đưa ra một cơ sở dữ liệu về tòa nhà đủ chính xác để từ đó giúp đưa ra các kết quả hữu ích.
Tổng kết chương I
Trong chương I chúng ta đã tập trung tìm hiểu các mô hình truyền sóng trong không gian tự do, mô hình truyền sóng bên ngoài tòa nhà. Ngoài ra một số mô hình truyền sóng trong nhà tiêu biểu cũng được nghiên cứu như mô hình truyền sóng của Keenan – Motley, Rappaport. Trong đó mô hình truyền sóng trong nhà của Keenan – Motley sẽ được sử dụng để dự đoán suy hao cho hệ thống phủ sóng di động phục vụ tòa nhà Bitexco Financial Tower, 45 Ngô Đức Kế, Q.1, Tp. Hồ Chí Minh.
Chương 2
HỆ THỐNG PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG
Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn như là sân bay, ga điện ngầm, văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề vùng phủ và dung lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy giảm nhiều, dẫn đến cường độ cũng như chất lượng tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động lựa chọn.