6) Ngày hồn thành nhiệm vụ:
2.6.2.1Đặc tính lan truyền
Một số các nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để xác định các đặc tính lan truyền trong nhà, trong tịa nhà văn phịng, trong nhà xƣởng. Một trong số các nghiên cứu mới nhất, đƣợc thực hiện trên hệ thống điện thoại vơ tuyến tại Nhật Bản, cĩ dải tần làm việc từ 250 đến 400MHz. Các kết quả đo đƣợc thực hiện với máy phát cơng suất thấp 10mW. Kết quả nghiên cứu cho thấy suy hao đƣờng truyền trung bình tuân theo quy luật suy hao trong khơng gian tự do trong khoảng cách rất gần (trong phạm vi 10m). Sau đĩ, suy hao này tăng tỉ lệ với khoảng cách. Nếu đƣờng lan truyền của tín hiệu bị che chắn bởi đồ vật, thì đặc tính lan truyền sẽ bị ảnh hƣởng theo nhiều cách khác nhau và khơng cĩ quy luật chung nào cả. Sự thay đổi tức thời
của tín hiệu rất gần với phân bố Rayleigh, đĩ là kết quả của quá trình tán xạ bởi sự che chắn của tƣờng, sàn, trần và đồ vật.
Một quy luật liên quan giữa suy hao đƣờng truyền và khoảng cách từ máy phát đƣợc sử dụng để dự đốn cƣờng độ tín hiệu trong một tịa nhà cĩ cấu trúc, nhƣng rất khĩ để đƣa ra đƣợc một cơng thức chung. Mơ hình chính xác nhất để miêu tả đƣờng truyền thẳng thƣờng xảy ra tại các phịng cĩ diện tích tƣơng đƣơng nhau, cĩ cùng kiểu sắp xếp đồ đạc, cĩ suy hao giống nhau của tƣờng ngăn giữa các phịng. Hệ số mũ n trong cơng thức tính suy hao thay đổi xung từ 2 khi tín hiệu lan truyền tự do tại sảnh hoặc hành lang đến 6 khi tín hiệu bị che chắn nhiều.
Motley and Keenan đã báo cáo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của họ với mơi trƣờng nghiên cứu là tịa nhà văn phịng nhiều tầng, tại tần số là 900 và 1700MHz. Một máy phát cầm tay di chuyển trong một phịng đƣợc lựa chọn trong tịa nhà này, trong khi máy thu là cố định một chỗ. Máy thu cĩ vị trí tại trung tâm của tịa nhà, nĩ giám sát các mức của tín hiệu. Họ đã đƣa ra một cơng thức thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất và khoảng cách nhƣ sau:
P = P’ + kF = S + 10nlog d (2-17)
Trong đĩ:
F là suy hao tại mỗi tầng của tịa nhà. K là số tầng.
P’ là tham số suy hao phụ thuộc tần số
Bảng 2.3 đƣa ra giá trị của các tham số đƣợc đo thực nghiệm. Chúng ta thấy rằng hệ số n là tƣơng tự nhau cho cả hai tần số, nhƣng F và S lại cĩ giá trị cao hơn 6 và 5 dB tại tần số 1700MHz. Kết quả này đã đƣợc kiểm tra lại trong các tịa nhà cao tầng khác. Ta thấy rằng tổng giá trị suy hao đƣờng truyền của tín hiệu tại tần số 1700MHz sẽ lớn hơn 5,5dB so với suy hao tín hiệu tại tần số 900MHz. Nhận định này phù hợp với các kết quả dự đốn về mặt lý thuyết.
Bảng 2.3 Các tham số lan truyền trong tịa nhà.
Tần số F (dB) S (dB) n
900MHz 10 16 4
Các kết quả đo thực nghiệm khác cho thấy suy hao tín hiệu qua vách ngăn mềm là 3-4 dB, và suy hao qua tƣờng ngạch là 7-8dB. Giá trị suy hao qua các vật liệu trên thƣờng nhỏ hơn giá trị suy hao tín hiệu qua sàn nhà, vì sàn nhà thƣờng bằng bê tơng cĩ lƣới kim loại gia cố. Tại tần số 1700MHz cĩ xu hƣớng bị giữ lại năng lƣợng nhiều hơn tần số 900MHz khi truyền qua cầu thang bộ và thang máy. Các báo cáo cho biết suy hao giữa các tầng chịu ảnh hƣởng bởi vật liệu xây dựng, số lƣợng và kích thƣớc cửa sổ, cũng nhƣ chủng loại kính.
Mơi trƣờng xung quanh tịa nhà cũng phải đƣợc xem xét, vì rõ ràng, năng lƣợng bên trong tịa nhà cĩ thể lan truyền ra xa gây ảnh hƣởng và nhiễu với các tịa nhà xung quanh. Nĩ cĩ thể phản xạ ngƣợc trở lại tịa nhà tại các tầng cao hoặc thấp hơn, phụ thuộc vào vị trí đặt anten và hƣớng búp sĩng. Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng suy hao giữa các tầng liền nhau sẽ lơn hơn suy hao của tín hiệu của các tầng khác. Sau năm hoặc sáu tầng, tín hiệu khơng cịn ảnh hƣởng lẫn nhau. Một số nghiên cứu cũng đã xuất bản thơng tin về suy hao tín hiệu gây ra bởi lan truyền qua các loại vật liệu xây dựng khác nhau, trên các dải tần số khác nhau, hình dƣới đây sẽ thống kê sự suy hao giữa truyền sĩng bên trong tịa nhà và ngồi khơng gian tự do.
Hình 2.7 Suy hao khác nhau giữa mơi trƣờng khơng gian tự do và tịa cao ốc. (Tài liệu tham khảo [5])
Lan truyền tín hiệu bên trong tịa nhà sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào cấu trúc, vật liệu xây dựng khi tần số cao hơn (ví dụ 1700MHz so với 900MHz). Băng tần thấp (860MHz) đã đƣợc sử dụng cho hệ thống điện thoại vơ tuyến số châu Âu DECT. Hệ thống này đƣợc thiết kế cho mơi trƣờng kinh doanh và dân dụng. Hệ thống này cung cấp một chất lƣợng thoại tốt, cung cấp các ứng dụng về dữ liệu và thoại. Nĩ cho phép ngƣời sử dụng các thiết bị cầm tay di chuyển linh hoạt trong tịa nhà. Mặc dù suy hao tín hiệu tăng lên theo tần số, nhƣng dải tần 1700MHz cĩ thể sử dụng đƣợc cho hệ thống điện thoại vơ tuyến trong nhà. Trong bất cứ trƣờng hợp nào, số lƣợng trạm thu phát sĩng sẽ phụ thuộc vào dung lƣợng và yêu cầu về chất lƣợng hoạt động, chứ nĩ khơng bị giới hạn vào vùng phủ sĩng của tín hiệu.
Trong tịa nhà, khơng gian đƣợc chia thành các phịng riêng biệt, phading thƣờng xuất hiện thành từng cụm, kéo dài trong vài giây với phạm vi dao động khoảng 30dB. Trong mơi trƣờng văn phịng thống rộng, phading xuất hiện liên tục nhƣng lại cĩ phạm vi dao động hẹp hơn, khoảng 17dB. Sự thay đổi đƣờng biên theo thời gian là Phading Racian với giá trị của K từ 6 đến 12dB. Giá trị của K là một hàm mở rộng, cĩ sự bổ sung yếu tố chuyển động, thay cho cấu trúc nhiều tia tồn tại gần máy thu. Sự chuyển động của máy thu đầu cuối cũng gây ra phading, vì sự chuyển động này xuyên qua các khu vực cĩ trƣờng điện từ biến đổi.
Cĩ một số cơng thức mở rộng của (2-1) trong mơ hình suy hao tín hiệu trong nhà.
L = S + 10n logd + Xd (2-18)
Trong đĩ Xd là tham số lognormal (dB) với độ sai lệch tiêu chuẩn là . Anderson đã đƣa ra giá trị tiêu chuẩn của và n cho các loại tịa nhà khác nhau trên một phạm vi tần số, n nằm trong khoảng 1.6 đến 3.3 , cịn nằm trong khoảng từ 3 đến 14dB. Seidel cũng đƣa ra các giá trị cho n và cho các tịa nhà khác nhau. Các giá trị này đƣợc tìm ra thơng qua các phép đo thực nghiệm tại rất nhiều vị trí. Các giá trị này đƣợc sử dụng để mơ hình hĩa lan truyền thơng qua cơng thức sau:
L = S + 10nSF logd + F (2-19)
Trong đĩ, nSF là hệ số mũ cho các phép đo trên cùng một sàn.
Giả thiết rằng nếu cĩ một giá trị nSF chính xác, thì suy hao lan truyền trên các sàn khác nhau cĩ thể đƣợc xác định bằng cách cộng thêm vào một giá trị thích hợp
cho hệ số suy hao F giữa các sàn. Một cách khác, trong cơng thức (2-19) F cĩ thể đƣợc loại bỏ bằng cách sử dụng hệ số nMF . Hệ số này đã bao gồm ảnh hƣởng cách ly giữa các sàn. Khi đĩ cơng thức suy hao sẽ trở thành:
L = S + 10nMF logd (2-20)
Devarsirvatham đã nhận thấy suy hao trong nhà cĩ thể đƣợc mơ hình hĩa nhƣ suy hao trong khơng gian tự do và cơng thêm phần suy hao phụ cĩ tính chất tăng hàm mũ theo khoảng cách. Do đĩ, cơng thức tính suy hao sẽ đƣợc sửa lại nhƣ sau:
L = S + 10nSFlogd + d + F (2-21)
Trong đĩ, là hằng số suy hao (dB/m). Các cơng thức tính suy hao trong nhà đã đƣợc Rappaport tổng hợp lại. Rappaport là nhà nghiên cứu hàng đầu trên thế giới về lĩnh vực truyền sĩng indoor.
Cuối cùng, xuất phát từ cơng thức cơ bản (2-14), Toledo và Turkmani đã tiến hành nghiên cứu cĩ sử dụng thêm các yếu tố khác. Hai ơng đƣa ra cơng thức cuối cùng dự đốn suy hao đƣờng truyền cho tần số 900 và 1800MHz, với máy phát đặt tại một sàn xác định trong tịa nhà cao tầng:
L = 18.8 + 39.0logd + 5.6kr + 13.0Swin – 11.0G – 0.024Af
L = 24.5 + 33.8logd + 4.0kr + 16.6Swin – 9.8G – 0.017Af (2-22) Trong đĩ, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
kf là số sàn giữa máy phát và máy thu.
Swin là hệ số thể hiện cho mức năng lƣợng thốt ra và quay lại tịa nhà. Swin cĩ giá trị là 0 hoặc 1, phụ thuộc vào vị trí của máy thu.
G thể hiện cho mức năng lƣợng tại hai tầng thấp nhất của tịa nhà. Af là diện tích sàn của phịng đặt máy thu.
Đối với các phịng nằm cùng phía với máy phát, Swin =1, Phía đối diện Swin = 0.25;
Phía vuơng gĩc Swin = 0.5;
Đối với các phịng bên trong, khơng cĩ cửa sổ Swin =0.
Hệ số G cĩ giá trị bằng 1 đối với 2 tầng thấp hơn so với tầng đặt máy phát, và bằng 0 với các tầng khác.
Vùng phủ sĩng tốt nhất trong bất kỳ tịa nhà nào khi vị trí của máy phát nằm trong một phịng rộng và tại trung tâm của tịa nhà.