Đề tài Một số mô hình truyền sóng COST 231 cho các thế hệ di động tương lai

Thông tin di động tế bμo lμ một hệ thống thống thông tin số ra đời vμ phát triển rất mạnh mẽ, đáp ứng đ−ợc nhu cầu ngμy cμng cao của con ng−ời. Trong quá trình phát triển mạng thông tin di động tế bμo đang phải đối mặt với những thách thức to lớn. Vấn đề truyền lan đa đ−ờng, ảnh h−ởng của pha-đinh, đ−ợc khắc phục nhờ sự phát triển của kỹ thuật phân tập không gian thực hiện trên các hệ thống thu phát đa ăng-ten. Vấn đề suy hao truyền dẫn cũng đang đ−ợc quan tâm, để khắc phục không chỉ đơn thuần lμ tăng công suất phát vì nó ảnh h−ởng tới yêu cầu nhỏ gọn, cơ động của các máy cầm tay. Các hệ thống thông tin di động đang phát triển rất nhanh chóng với nhịp độ trung bình 10 năm lại có một thế hệ thông tin di động mới ra đời. ở n−ớc ta trong những năm gần đây tình hình phát triển của thông tin di động cũng rất ngoạn mục với sự tăng tr−ởng rất nhanh của số mạng di động cũng nh− số thuê bao. Với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ dữ liệu, chắc chắn trong t−ơng lai gần các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ 3 vμ hơn nữa sẽ xâm nhập vμo Việt Nam. Trong tình hình nh− vậy, việc tìm hiểu sâu về các mô hình truyền sóng vμ dự đoán tổn hao đ−ờng truyền cho các hệ thống nh− vậy lμ một việc hết sức cần thiết, có ý nghĩa quan trọng đối với công tác tính toán thiết kế vô tuyến cho các mạng di động từ 3G trở lên trong t−ơng lai. Tr−ớc những vấn đề mang tính chất thời sự trên, việc nghiên cứu tìm hiểu về các mô hình truyền sóng vμ các mô hình dự đoán tổn hao đ−ờng truyền đã đ−ợc phát triển trong dự án COST 231 của Cộng đồng Châu âu cho các hệ thống vô tuyến di động từ 3G trở lên, đặc biệt lμ việc đi sâu tìm hiểu một số mô hình truyền sóng trong dải tần của các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có một ý nghĩa thiết thực trong xu thế hội nhập công nghệ viễn thông của chúng ta. Xuất phát từ ý t−ởng trên, tôi quyết định chọn thực hiện luận văn tốt nghiệp: “Một số mô hình truyền sóng COST 231 cho các thế hệ di động t−ơng lai”. Mục tiêu của luận văn lμ nghiên cứu tìm hiểu về các mô hình truyền sóng vμ các mô hình dự đoán tổn hao đ−ờng truyền đã đ−ợc phát triển trong dự án 2 COST 231, tập trung đi sâu tìm hiểu một số mô hình truyền sóng trong dải tần của các hệ thống thông tin di động thế hệ 3. Luận văn thực hiện theo ph−ơng pháp: nghiên cứu đặc điểm, cách thức thực hiện trên từng mô hình, trên cơ sở đó phân tích, so sánh vμ đánh giá lợi thế cũng nh− khả năng ứng dụng của từng mô hình trong các điều kiện hệ thống thực tế. Luận văn đ−ợc bố cục thμnh 3 ch−ơng: Ch−ơng 1: Tổng quan về kênh thông tin vô tuyến di động Ch−ơng nμy khái quát về lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động. Nêu ra các đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động, một số các kỹ thuật, các ph−ơng pháp đa truy cập kênh th−ờng sử dụng trong hệ thống di động tế bμo. Ch−ơng 2: Một số mô hình dự đoán truyền sóng vμ các ứng dụng trong thiết kế hệ thống vô tuyến di động các thế hệ 1G vμ 2G Trình bμy những dự đoán suy hao đ−ờng truyền trên địa hình bằng phẳng cũng nh− đồi núi. Từ đó đ−a ra một số mô hình truyền sóng vμ dự đoán tổn hao đ−ờng truyền nh− mô hình Lee, mô hình Hata, mô hình Walfisch-Ikegami cho các thế hệ 1G vμ 2G. Ch−ơng 3: Một số mô hình dự đoán truyền sóng theo COST 231 Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3G mô hình phù hợp nhất lμ Cost 231 với dải tần 2 GHz. Trong ch−ơng nμy trình bầy một số mô hình tính toán dự đoán truyền sóng tiêu biểu đã đ−ợc phát triển trong dự án COTS 231. Chất l−ợng của các mô hình cũng giới hạn của chúng, đ−ợc phân tích đánh giá chi tiết trong ch−ơng nμy.

pdf88 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 1875 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Một số mô hình truyền sóng COST 231 cho các thế hệ di động tương lai, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
¨ng-tenna) ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c biÓu thøc sau: (3.1) (3.2) (3.3) ¨ng-ten ngoµi T−êng trong nhµ, Wi T−êng ngoµi, We 56 trong ®ã D vµ d hay d’ lµ c¸c kho¶ng c¸ch vu«ng gãc cßn S lµ kho¶ng c¸ch vËt lý gi÷a ¨ng-ten ngoµi vµ t−êng t¹i mét tÇng thùc tÕ. TÊt c¶ c¸c kho¶ng c¸ch ®Òu ®o b»ng mÐt, tÇn sè theo GHz. Gãc ®−îc x¸c ®Þnh theo: sin(θ) = D/S. Tr−êng hîp duy nhÊt θ = 900 lµ khi ¨ng-ten ®−îc l¾p t¹i n¬i cã cïng chiÒu cao cña tÇng thùc tÕ vµ kho¶ng c¸ch vu«ng gãc víi t−êng D b»ng kho¶ng c¸ch S. Nh− vËy, θ thay ®æi ®¸ng kÓ theo chiÒu cao tÇng t¹i c¸c kho¶ng c¸ch D ng¾n. We lµ tæn hao trong t−êng tÝnh b»ng dB khi chiÕu tõ ngoµi vµo víi θ = 900. WGe lµ tæn hao phô tÝnh b»ng dB trong t−êng ngoµi khi θ = 00. Wi lµ tæn hao trong t−êng trong cßn p lµ sè c¸c t−êng trong ®−îc xuyªn thÊu (p = 1, 2, 3, ...). Trong tr−êng hîp kh«ng cã t−êng trong, nh− däc theo kho¶ng c¸ch d’ trªn h×nh 3.6, tæn hao phô hiÖn cã ®−îc x¸c ®Þnh víi α tÝnh b»ng dB/m. CÇn chó ý r»ng Γ1 cã thÓ thay ®−îc b»ng βd, víi β tÝnh theo dB/m nÕu tiªu hao t−êng trong nhµ trung b×nh Wi vµ kho¶ng c¸c trung b×nh gi÷a c¸c t−êng trong nhµ lµ biÕt tr−íc. M« h×nh ®· gîi ý nh− thÕ th× gi¶ thiÕt tæn hao ®−êng truyÒn trong kh«ng gian tù do gi÷a ¨ng-ten ngoµi trêi vµ t−êng ngoµi ®−îc chiÕu x¹ sãng vµ kh«ng dùa trªn mét møc tæn hao tham chiÕu ngoµi nµo. Gi¶i ph¸p nµy còng cã gi¸ trÞ víi c¸c ®iÒu kiÖn LOS cã c¸c gãc θ nhá trong c¸c vi tÕ bµo (microcell) ®−êng phè, thËm chÝ khi tæn hao ®−êng truyÒn cã lín h¬n tæn hao kh«ng gian tù do t¹i gÇn s¸t mÆt t−êng ngoµi. Ng−êi ta còng thÊy r»ng m« h×nh nµy d−êng nh− t¹o ra mét tæn hao tæng céng thÝch hîp trong c¸c vi tÕ bµo ®−êng phè víi c¸c cao èc n»m hai bªn ®−êng phè vµ ngay c¶ khi mÆt t−êng ngoµi cã bÞ che ch¾n ®«i chót bëi c¸c toµ nhµ bªn c¹nh. Trong c¸c vi tÕ bµo ®−êng phè víi c¸c cao èc n»m c¶ hai bªn ®−êng, cã lÏ kh«ng nªn sö dông kho¶ng c¸ch thùc sù D nÕu nã rÊt nhá. Do c¸c ph¶n x¹ tõ c¸c bê t−êng bªn mÆt phè ®èi diÖn, D cÇn ®−îc thay b»ng mét kho¶ng c¸ch lín h¬n, thÝch hîp h¬n, nh− mét nöa ®é réng con phè ch¼ng h¹n. M« h×nh nµy dùa trªn c¸c phÐp ®o víi tÇn sè trong d¶i 0.9÷1.8 57 GHz vµ c¸c kho¶ng c¸ch lªn tíi 500 m. Cã qu¸ Ýt c¸c ®o l−êng vÒ sù phô thuéc cña tæng tæn hao vµo chiÒu cao tÇng trong c¸c ®iÒu kiÖn c¸c kho¶ng c¸ch ng¾n, do vËy tÝnh hîp lÖ cña m« h×nh nµy cho c¸c ®iÒu kiÖn nh− thÕ kh¸ m¬ hå. Víi c¸c kho¶ng c¸ch ng¾n, thÝch hîp h¬n lµ ¸p dông c¸c m« h×nh truyÒn sãng trong nhµ. CÇn chó ý lµ m« h×nh nµy rÊt khíp víi c¸c th¨ng gi¸ng th−êng x¶y ra cña tæn hao ®−êng truyÒn trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau khi nhiÒu toµ nhµ ®−îc xÐt ®Õn, tuy nhiªn, cã thÓ cã c¸c th¨ng gi¸ng rÊt ®¸ng kÓ ®èi víi mét sè toµ nhµ cô thÓ. C¸c gi¸ trÞ tham sè ®−îc khuyÕn nghÞ sö dông cho m« h×nh nµy lµ: We: 4-10 dB (t−êng bª t«ng víi cöa sæ kÝch th−íc b×nh th−êng: 7 dB, t−êng b»ng gç: 4 dB); Wi: 4-10dB (c¸c t−êng bª t«ng: 7 dB, t−êng gç vµ v÷a/th¹ch cao: 4 dB); WGe: kho¶ng 20 dB α: kho¶ng 0,6 dB/m §èi víi t−êng ®¬n ®ång nhÊt, tæn hao xuyªn t−êng kh«ng nhÊt thiÕt lµ tæn hao vËt lý, mµ nã lµ tæn hao phï hîp víi m« h×nh ®−îc øng dông vµ bao gåm c¶ c¸c tæn hao bëi c¸c ®å vËt trong nhµ nh− tñ b¸t, gi¸ treo… C¸c t−êng gç hoÆc v÷a máng cã thÓ g©y c¸c tæn hao nhá h¬n 4dB cßn c¸c t−êng bª t«ng kh«ng cã cöa sæ th× gi¸ trÞ nµy lµ 10 – 20 dB. T¨ng kÝch th−íc cöa sæ sÏ lµm gi¶m tæn hao vµ ng−îc l¹i. KÝnh cöa sæ ®−îc kim lo¹i ho¸ hoÆc kÝnh ®−îc gia cè b»ng kim lo¹i cã thÓ lµm t¨ng ®¸ng kÓ tæn hao, h¬n 10 dB. Khã cã thÓ ®−a ra gi¸ trÞ tuyÖt ®èi, bëi v× ph¶i xem xÐt kÝch cì cöa sæ vµ phÇn c«ng suÊt xuyªn qua t−êng quanh cöa sæ. Tæ hîp t−êng ®−îc bäc kim vµ kÝnh cöa sæ ®−îc kim lo¹i ho¸ sÏ g©y ra tæn hao rÊt lín. Víi d¶i 0.9÷1.8 GHz, c¸c tæn hao tÇng ®iÓn h×nh ®èi víi c¸c toµ nhµ däc theo mét phè víi gãc l−ít θ nhá trong m«i tr−êng ®« thÞ víi c¸c kho¶ng c¸ch S lín h¬n 150m n»m trong kho¶ng 27-37 dB vµ th¨ng gi¸ng ph¹m vi lín t¹i mçi tÇng ®¬n th−êng gÇn víi ph©n bè chuÈn log víi mét ®é lÖch chuÈn 58 kho¶ng 5-10 dB. T¹i c¸c kho¶ng c¸ch ng¾n, tæn hao tÇng cã thÓ thay ®æi ®¸ng kÓ, ®Æc biÖt khi nã liªn quan tíi tæn hao trªn ®−êng phè ë ®é cao kho¶ng 2 m. TÝnh chÊt nµy t−¬ng øng víi tÝnh chÊt cña m« h×nh lµ t¹o nªn c¸c th¨ng gi¸ng do sù phô thuéc vµo gãc vµ kho¶ng c¸ch, θ vµ d. C¸c tæn hao tÇng ®èi víi tÇng ®¬n trong d¶i tÇn 0.9÷1.8 GHz th× thay ®æi trong kho¶ng 4-37 dB víi ®é lÖch chuÈn cña th¨ng gi¸ng ph¹m vi lín lµ vµo kho¶ng 5-10 dB. Trong tr−êng hîp nµy, c¸c sai lÖch lín khái ph©n bè chuÈn- log th−êng x¶y ra. Ng−êi ta còng ®· thÊy møc ph©n t¸n thêi gian trong c¸c microcell ®−êng phè ®« thÞ chØ t¨ng nhÑ trong toµ nhµ so víi ngoµi phè. 3.4.2 Tæn hao xuyªn thÊu trong c¸c ®iÒu kiÖn kh«ng cã tÇm nh×n th¼ng (NLOS – Non Line of Sight) Tæn hao do xuyªn thÊu khi nµy liªn quan tíi tæn hao phÝa ngoµi L1, L2 trong h×nh 3.7 vµ La, Lb trong h×nh 3.8 ë chiÒu cao kho¶ng 2 m so víi mÆt ®Êt. H×nh 3.7 §iÒu kiÖn NLOS khi ¨ng-ten bªn ngoµi ®Æt cao h¬n chiÒu cao toµ nhµ. Tæn hao th©m nhËp cã liªn quan tíi L1 hay L2. C¸c gi¸ trÞ t¨ng Ých chiÒu cao tÇng d−íi ®©y phï hîp khi ®é réng W1 (h×nh 3.7) theo h−íng vÒ phÝa ¨ng-ten vµo kho¶ng 10-50 m. Khi W1 t¨ng, t¨ng Ých chiÒu cao tÇng sÏ gi¶m. §èi víi tr−êng hîp tæn hao xuyªn thÊu liªn quan tíi L2, gi¸ trÞ t¨ng Ých chiÒu cao tÇng sÏ Ýt phô thuéc h¬n vµo bÒ réng W2. Tæn hao tæng céng gi÷a c¸c ¨ng-ten ®¼ng h−íng liªn quan tíi tæn hao tham chiÕu bªn ngoµi, Loutside, ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc cho d−íi ®©y [4, 9]: ( ) FH31geeoutside G,maxWWLdB/L −ΓΓ+++= (3.4) 59 d.3 α=Γ (3.5) ⎩⎨ ⎧= h n FH G.h G.n G (3.6) We, 1Γ vµ d ®· ®Þnh nghÜa ë phÇn tr−íc ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn cã LOS. Sè tÇng cho bëi n vµ Gn lµ gi¸ trÞ t¨ng Ých chiÒu cao tÇng tÝnh b»ng dB/tÇng trong khi Gh lµ t¨ng Ých chiÒu cao tÇng tÝnh b»ng dB/m. Vµ h lµ chiÒu cao tÝnh b»ng m trªn møc tæn hao ®−êng truyÒn tham chiÕu ngoµi trêi. C¸c tæn hao xuyªn c¸c t−êng ngoµi th× kh¸c nhau mét c¸ch ®¸ng kÓ do c¸c ph−¬ng ph¸p ®o kh¸c nhau vµ tÊt nhiªn lµ c¶ do c¸c toµ nhµ kh¸c nhau. Tuy nhiªn, cã thÓ cã mét c¸ch gi¶i thÝch vËt lý cho sù kh¸c biÖt ®¸ng chó ý mµ nã lý gi¶i th«ng sè Wge trong m« h×nh, ®· ®−îc ®−a ra nh»m cã ®−îc c¸c tæn hao xuyªn thÊu t−êng c¬ b¶n kh«ng nhËp nh»ng. C¸c sãng va ch¹m vµo bÒ mÆt ngoµi cña t−êng ®−îc ph©n bè trªn mét d¶i gi¸ trÞ gãc réng. V× vËy, b»ng c¸ch xÐt tæn hao do xuyªn thÊu phô thuéc vµo gãc, tæn hao nµy sÏ lín h¬n khi so s¸nh víi tr−êng hîp sãng ®¬n, cã cïng c«ng suÊt vµ xuyªn thÊu vu«ng gãc qua t−êng. Sù kh¸c biÖt sÏ lín h¬n khi mét (Roof path: §−êng truyÒn qua nãc nhµ; Street path: §−êng truyÒn theo ®−êng phè) H×nh 3.8 §iÒu kiÖn kh«ng cã tÇm nh×n th¼ng khi ¨ng-ten bªn ngoµi ®−îc ®Æt thÊp h¬n chiÒu cao toµ nhµ. Trõ c¸c ®−êng phè, toµn bé khu vùc ®−îc gi¶ sö ®Òu cã c¸c toµ nhµ, mÆc dï chØ toµ nhµ A vµ B ®−îc vÏ. Tæn hao xuyªn thÊu cã liªn quan tíi La hay Lb. 60 hoÆc vµi sãng tréi tíi víi gãc tíi kh«ng vu«ng hoµn toµn cã thÓ x¶y ra trong t×nh huèng nµy. Mét gi¸ trÞ kho¶ng 3-5 dB ®−îc gîi ý cho Wge t¹i tÇn sè 900 MHz. Mét sè ®o l−êng ®· cho thÊy, so víi tÇn sè 900 MHz, tæn hao xuyªn tÇng ®èi víi tÇn sè 1800 MHz lín h¬n kho¶ng 2 dB. §iÒu ®ã gîi ý r»ng Wge(1800 MHz) = Wge(900 MHz) + 2 dB. C¸c gi¸ trÞ cña We vµ Wi ®· cho t¹i phÇn trªn (víi c¸c ®iÒu kiÖn LOS) ®· ®−îc khuyÕn nghÞ lµ cã thÓ ¸p dông ®−îc. Tham sè α vÉn cßn ch−a ®o ®−îc chÝnh x¸c cho tr−êng hîp nµy. Do vËy, hiÖn nay gi¸ trÞ ®· ®−îc cho ®èi víi ®iÒu kiÖn LOS ®−îc khuyªn dïng, tøc lµ α = 0,6 dB/m. C¸c gi¸ trÞ cña Gn t¹i tÇn sè 1800 MHz cã thÓ chia thµnh 2 nhãm: 1,5-2 dB/tÇng vµ 4-7 dB/tÇng. Nhãm gi¸ trÞ thø hai cã ®−îc tõ c¸c toµ nhµ víi chiÒu cao mçi tÇng kho¶ng 4-5 m vµ viÖc sö dông th«ng sè Gh cho c¸c toµ nhµ ®ã lµ thÝch hîp mµ nã thay ®æi tõ 1,1-1,6 dB/m t¹i tÇn sè 1800 MHz. T¨ng Ých chiÒu cao tÇng th× thÊp h¬n so víi t¹i tÇn sè 900 MHz song kh¸c biÖt th× kh«ng ®¸ng kÓ. Tæn hao xuyªn tÇng t¹i 1800 MHz th× còng thay ®æi theo c¸c cao èc kh¸c nhau t¹i tÇng ®Êt (n = 0), tõ 12-20 dB vµ còng lín h¬n tr−êng hîp 900 MHz qu·ng 2 dB. Th¨ng gi¸ng ph¹m vi lín th× tu©n theo ph©n bè chuÈn-log víi ®é lÖch chuÈn qu·ng 4-6 dB nÕu kh«ng cã ®o¹n LOS nµo tíi t−êng ngoµi. §é lÖch chuÈn nµy th× kh«ng phô thuéc tÇn sè. Tæn hao xuyªn tíi tÇng hÇm vµo qu·ng 20-30 dB, còng cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n. 3.5 C¸c m« h×nh truyÒn sãng cho c¸c macrocell 3.5.1 M« h×nh kinh nghiÖm vµ b¸n tiÒn ®Þnh cho c¸c vïng néi ®« Mét kÕt qu¶ quan träng cña COST 231 lµ sù ph¸t triÓn cña c¸c m« h×nh truyÒn lan ngoµi trêi cho c¸c øng dông ë vïng néi ®« t¹i c¸c d¶i 900 MHz vµ 1800 MHz. Dùa vµo c¸c chiÕn dÞch ®o ®¹c réng lín t¹i c¸c thµnh phè ë ch©u ¢u, COST 231 ®· kh¶o s¸t c¸c m« h×nh ®ang tån t¹i kh¸c nhau vµ t¹o nªn c¸c 61 69,55 26,16.log 13,82.log ( ) (44,9 6,55.log ).logBase Baseb Mobike h hf dL a h MHz m m km = + − − + − ( ) (1,1.log 0,7) (1,56.log 0,8) MobileMobile hf fa h MHz m MHz = − − − 46,3 33,9 log 13,82log ( ) (44,9 6,55log ) logBase Baseb Mobike m h hf dL a h C MHz m m km = + − − + − + m« h×nh truyÒn sãng míi. C¸c m« h×nh nµy thÝch hîp khi ¸p dông cho ®Þa h×nh b»ng ph¼ng ®Òu dùa trªn c¸c gi¶i ph¸p cña Walfisch-Bertoni, Ikegami vµ Hata. 3.5.1.1 M« h×nh COST 231- Hata ¦íc l−îng tæn hao ®−êng truyÒn ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸c m« h×nh thùc nghiÖm nÕu vïng phñ chØ biÕt th« (kh«ng râ rµng) vµ c¸c th«ng sè yªu cÇu ®èi víi c¸c m« h×nh b¸n tiÒn ®Þnh kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®−îc. Bèn th«ng sè ®−îc sö dông ®Ó −íc l−îng cho tæn hao truyÒn lan b»ng m« h×nh næi tiÕng cña Hata lµ tÇn sè f, kho¶ng c¸ch d, chiÒu cao vÒ ¨ng-ten tr¹m gèc hBase vµ chiÒu cao cña ¨ng-ten di ®éng hMobile. Trong m« h×nh cña Hata dùa trªn c¸c hµm söa kh¸c nhau cña Okumura, tæn hao truyÒn dÉn c¬ së, Lb, trong vïng néi ®« lµ: Trong ®ã: f: 150-1500 MHz hBase: 30-200 m hMobile: 1-10 m d: 1-20 km COST 231 ®· më réng m« h×nh cña Hata cho d¶i 1500 ≤ f (MHz) ≤ 2000 b»ng c¸ch ph©n tÝch c¸c ®−êng cong truyÒn sãng cña Okumura ë d¶i tÇn cao h¬n. Sù kÕt hîp nµy ®−îc gäi lµ m« h×nh COST-Hata: Trong ®ã: a(hMobile) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (3.8) vµ (3.7) (3.8) (3.9) 62 M« h×nh COST- Hata ®−îc h¹n chÕ cho c¸c d¶i th«ng sè: f: 1500-2000MHz hBase: 30-200m hMobile: 1-10m d: 1-20km Nh− vËy, m« h×nh Cost-Hata chØ ®−îc øng dông cho c¸c marco-cell, nã kh«ng ®−îc ¸p dông víi c¸c microcell, tøc lµ cho c¸c tr¹m gèc cã c¸c ¨ng-ten cao h¬n chiÒu cao c¸c m¸i nhµ l©n cËn. 3.5.1.2 M« h×nh COST 231- Walfish-Ikegami COST 231 ®Ò xuÊt h¬n n÷a mét kÕt hîp gi÷a c¸c m« h×nh walfish vµ Ikegami. M« h×nh nµy, h×nh thµnh dùa trªn c¸c ®ãng gãp kh¸c nhau cña c¸c thµnh viªn trong “Nhãm nghiªn cøu c¸c m« h×nh truyÒn sãng cña dù ¸n COST 231”, ®−îc gäi lµ m« h×nh COST-Walfisch-Ikegami (COST-WI). M« h×nh nµy cho phÐp −íc l−îng tæn hao ®−êng truyÒn kü h¬n th«ng qua viÖc xem xÐt nhiÒu d÷ liÖu ®Æc t¶ m«i tr−êng ®« thÞ h¬n, bao gåm: - §é cao cña c¸c toµ nhµ hRoof.. - §é réng cña c¸c con ®−êng w. - Gi·n c¸ch c¸c toµ nhµ b. - H−íng ®−êng phè so víi ®−êng truyÒn v« tuyÕn trùc tiÕp ϕ. C¸c tham sè cña m« h×nh nµy ®−îc ®Þnh nghÜa trªn c¸c h×nh vÏ 3.9 vµ 3.10. Tuy nhiªn m« h×nh nµy chØ lµ m« h×nh thèng kª mµ kh«ng ph¶i lµ m« h×nh tiÒn ®Þnh v× chØ nh÷ng gi¸ trÞ ®Æc tr−ng míi cã thÓ ®−îc chÌn vµo vµ kh«ng mét c¬ së d÷ liÖu vÒ ®Þa h×nh cña nh÷ng toµ nhµ nµo ®−îc xÐt ®Õn. Cm = 0 dB cho thµnh phè cì nhá vµ trung t©m ngo¹i « víi mËt ®é c©y trung b×nh 3 dB cho vïng trung t©m c¸c ®« thÞ sÇm uÊt 63 H×nh 3.9 T×nh tr¹ng truyÒn sãng ®iÓn h×nh ë c¸c khu vùc ®« thÞ vµ ®Þnh nghÜa c¸c tham sè dïng trong m« h×nh COST-WI vµ c¸c m« h×nh kiÓuWalfisch kh¸c. M« h×nh COST-Walfisch-Ikegami ph©n biÖt gi÷a c¸c t×nh huèng truyÒn LOS vµ NLOS. Trong tr−êng hîp LOS (gi÷a c¸c ¨ng-ten tr¹m gèc vµ m¸y di ®éng n»m trong mét hÎm phè), dùa trªn c¸c ®o l−êng ë thµnh phè Stockholm, mét c«ng thøc tæn hao ®−êng truyÒn ®¬n gi¶n kh¸c víi tæn hao trong kh«ng gian tù do sÏ ®−îc ¸p dông: )/log(20)/log(266,42)( MHzfkmddBLb ++= víi md 20≥ trong ®ã, h»ng sè ®Çu tiªn ®−îc x¸c ®Þnh sao cho Lb b»ng tæn hao kh«ng gian tù do ë d = 20 m. Trong tr−êng hîp NLOS, tæn hao ®−êng truyÒn c¬ b¶n bao gåm tæn hao kh«ng gian tù do L0, tæn hao do nhiÔu x¹ ®a mµn che Lmsd, vµ tæn hao t¸n x¹ - nhiÔu x¹ tõ ®Ønh m¸i nhµ xuèng ®−êng phè Lrts ⎩⎨ ⎧ ++= 0 0 L LLL L msdrtsb 0 0 ≤+ >+ msdrts msdrts LL LL Tæn hao kh«ng gian tù do ®−îc cho bëi: )/log(20)/log(204,32)(0 MHzfkmddBL ++= §¹i l−îng Lrts m« t¶ sù tiÕp nèi cña truyÒn lan sãng däc theo ®−êng truyÒn ®a mµn che xuèng con phè cã m¸y di ®éng. ViÖc x¸c ®Þnh Lrts chñ yÕu ®−îc dùa vµo m« h×nh Ikegami cã tÝnh ®Õn ®é réng vµ h−íng phè. COST 231 tuy vËy l¹i ¸p dông hµm h−íng phè kh¸c víi m« h×nh Ikegami: rirts Lm hmobike MHz fL 0log20lg109,16 +∆+−−= (3.10) víi víi (3.11) (3.12) (3.13) 64 ⎪⎪ ⎪⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −− ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ +− = 55 deg 114,00,4 35 deg 075,05,2 deg 354,010 0 ϕ ϕ ϕ riL Roofbasebase mobikeRoofmobike hhh hhh −=∆ −=∆ C«ng thøc ®iÖn tõ v« h−íng cña nhiÔu x¹ ®a mµn che dÉn ®Õn mét tÝch ph©n mµ víi tÝch ph©n ®ã Walfisch vµ Bertoni ®· c«ng bè mét lêi gi¶i gÇn ®óng trong tr−êng hîp ¨ng-ten tr¹m gèc cao h¬n c¸c m¸i nhµ. M« h×nh nµy ®−îc më réng bëi COST 231 cho c¸c ®é cao ¨ng-ten tr¹m gèc cã chiÒu cao thÊp h¬n ®Ønh cña toµ nhµ b»ng c¸ch sö dông hµm sè kinh nghiÖm dùa trªn c¸c ®o l−êng. ChiÒu cao cña c¸c toµ nhµ vµ ph©n c¸ch kh«ng gian gi÷a chóng däc theo ®−êng truyÒn sãng radio ®−îc m« h×nh ho¸ bëi nh÷ng mµn hÊp thô ®èi víi viÖc x¸c ®Þnh Lmsd m b MHz fk km dkkLL fdabshmsd log9loglog −+++= trong ®ã: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ ∆+− = 0 )1log(18 m h L base bsh víi 00 350 ≤≤ ϕ víi 00 5535 ≤≤ ϕ víi 00 9055 ≤≤ ϕ víi hbase > hRoof hbase ≤ hRoof (3.15) (3.16) (3.17) (3.14) H×nh 3.10 X¸c ®Þnh gãc h−íng phè ϕ Sãng tíi 65 ⎪⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ∆− ∆−= 5,0 /.8,054 8,054 54 kmd h h m hk Roof base base d 18 18 15 based Roof hk h ⎧⎪ ∆= ⎨ −⎪⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ − − +−= )1 925 (5.1 )1 925 (7.0 4 MHz f MHz f k f Sè h¹ng ka lµ l−îng t¨ng tæn hao ®−êng truyÒn ®èi víi ¨ng-ten tr¹m gèc thÊp h¬n ®Ønh m¸i cña c¸c tßa nhµ l©n cËn. C¸c sè h¹ng kd vµ kf ®iÒu chØnh sù phô thuéc tæn hao nhiÔu x¹ ®a mµn che vµo kho¶ng c¸ch vµ tÇn sè v« tuyÕn mét c¸ch t−¬ng øng. NÕu d÷ liÖu vÒ cÊu tróc nh÷ng tßa nhµ vµ c¸c ®−êng phè kh«ng ®−îc biÕt tr−íc thÇãcc gi¸ trÞ mÆc ®Þnh sau ®−îc khuyÕn c¸o: hRoof = 3 m ×{sè sµn nhµ}+ ChiÒu cao m¸i ⎩⎨ ⎧= m 0 m 3 height -Roof b = 20 …50 m 2 bw = ϕ = 900 M« h×nh COST 231-WI ®−îc giíi h¹n cho: f: 800 ... 2000 MHz hBase: 4 ... 50 m hMobile: 1 ... 3 m víi hbase > hRoof víi d ≥ 0,5 km vµ hbase ≤ hRoof víi d < 0,5 km vµ hbase ≤ hRoof víi hbase > hRoof víi hbase ≤ hRoof Nhµ m¸i ch¶y Nhµ m¸i b»ng (3.18) (3.19) Cho thµnh phè trung b×nh vµ vïng ngo¹i « víi mËt ®é c©y trung b×nh Cho trung t©m thµnh phè (3.20) ChiÒu cao m¸i 66 2 2s Base dd h λ= ∆ d: 0.02 ... 5 km M« h×nh nµy còng ®· ®−îc chÊp nhËn bëi ITU-R vµ cã trong b¸o c¸o 567-4. Sù ®¸nh gi¸ tæn hao ®−êng truyÒn kh¸ phï hîp víi sè liÖu ®o l−êng víi tr−êng hîp ®Ønh chiÒu cao cña ¨ng-ten tr¹m gèc cao h¬n ®Ønh m¸i nhµ. Sai sè trung b×nh lµ trong ph¹m vi ±3 dB vµ ®é lÖch chuÈn th−êng lµ 4÷8 dB. Tuy nhiªn, sai sè dù ®o¸n trë nªn lín khi hBase≈ hRoof so víi t×nh huèng hBase>> hRoof.. Ngoµi ra chÊt l−îng cña m« h×nh nµy lµ thÊp khi hBase<< hRoof, c¸c tham sè b, w, ϕ kh«ng ®−îc xem xÐt mét c¸ch cã ý nghÜa vÒ mÆt vËt lý cho c¸c vi tÕ bµo. Do ®ã sai sè trong dù ®o¸n cho c¸c vi tÕ bµo cã thÓ kh¸ lín. M« h×nh kh«ng xem xÐt ®èi víi truyÒn sãng ®a ®−êng vµ ®é tin cËy cña viÖc ®¸nh gi¸ tæn hao ®−êng truyÒn còng gi¶m nÕu ®Þa thÕ kh«ng b»ng ph¼ng hay vïng phñ sãng kh«ng ®ång nhÊt. 3.5.2 So víi c¸c m« h×nh kh¸c Saunders vµ Bonar còng nh− Bertoni vµ Xia ®· c«ng bè c¸c lêi gi¶i d¹ng t−êng kh¸c ®èi víi Lmsd ®Ó cã thÓ ¸p dông cho tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ chiÒu cao ¨ng- ten tr¹m gèc. Tuy nhiªn, nh÷ng kÕt qu¶ kh¸c nhau mét c¸ch ®¸ng kÓ tuú thuéc vµo vÞ trÝ m« h×nh ®−îc øng dông. VÊn ®Ò nµy cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch do sù hîp lÖ cña c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau. M« h×nh Walfichs-Bertoni gi¶ thiÕt chiÒu cao cña ¨ng-ten tr¹m gèc hBase>hRoof. M« h×nh COST-WI l¹i hîp lÖ víi chiÒu cao ¨ng- ten BS thÊp h¬n 50 m vµ cho kÕt qu¶ khíp víi nh÷ng gi¸ trÞ ®o ®−îc víi l>ds (h×nh 3.9), t¹i ®ã ds ®−îc gäi lµ kho¶ng c¸ch “tr−êng tho¶ thuËn” [6]: trong ®ã, λ lµ b−íc sãng tÝnh theo m. Tr−êng hîp l<ds bao hµm c¶ vïng bÞ cá che phñ, t¹i ®ã m« h×nh COST-WI cã chÊt l−îng kh«ng tèt. MÆt kh¸c, m« h×nh-gê-ph¼ng (flat-edge-model) cña Saunder l¹i hîp lÖ víi mäi gãc l−ít (3.21) 67 chõng nµo ®iÒu kiÖn r>>l cßn tho¶ m·n. H¬n thÕ n÷a, m« h×nh COST-W-I cã chøa c¸c hiÖu chØnh tÝnh ®Õn h−íng phè gièng nh− víi gi¶i ph¸p do Maciel vµ c¸c ®ång t¸c gi¶ ®· ®Ò xuÊt. 3.6 C¸c m« h×nh truyÒn lan cho c¸c tÕ bµo nhá vµ vi tÕ bµo ViÖc thiÕt kÕ vµ thùc hiÖn c¸c hÖ thèng th«ng tin c¸ nh©n ®ßi hái dù ®o¸n vÒ truyÒn lan sãng liªn quan tíi tÝnh tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m vµ tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu trong mét hÖ thèng tÕ bµo. C¸c cÊu h×nh m¹ng tÕ bµo nhá - ®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i vi tÕ bµo (microcell) vµ siªu vi tÕ bµo (picocell) lµ mèi quan t©m chñ yÕu ®èi víi c¸c m«i tr−êng ®« thÞ, trong ®ã vÊn ®Ò truyÒn dÉn ®a ®−êng lµ rÊt tiªu biÓu do vÊn ®Ò chiÒu cao ¨ng-ten tr¹m gèc vµ sù tån t¹i cña nhiÒu vËt che ch¾n sãng còng nh− vËt ph¶n x¹ (c¸c t−êng, m¸i nhµ hay c¸c cét ®Ìn…). C¸c tiªu chuÈn sö dông réng r·i ®Ó x¸c ®Þnh mét vi tÕ bµo ®Òu liªn quan tíi chiÒu cao ¨ng-ten tr¹m gèc. C¸c ¨ng-ten tr¹m gèc vi tÕ bµo th−êng ®−îc bè trÝ thÊp h¬n hoÆc gÇn ngang c¸c m¸i nhµ xung quanh, dÉn ®Õn b¸n kÝnh tÕ bµo vµo qu·ng 250-500 m. Tuy nhiªn viÖc dù ®o¸n truyÒn sãng cÇn ph¶i xÐt ®Õn cù ly lªn tíi qu·ng vµi km nh»m phôc vô viÖc tÝnh to¸n nhiÔu gi÷a c¸c tÕ bµo. §èi víi c¸c picocell, ¨ng-ten tr¹m gèc th−êng ®−îc ®Æt bªn trong c¸c cao èc nh»m phñ sãng bªn trong vµ ®«i chót bªn ngoµi toµ nhµ. C¸c m« h×nh truyÒn sãng ®−îc COST 231 ph¸t triÓn ®Òu dùa trªn c¸c gi¶i ph¸p lý thuyÕt vµ kinh nghiÖm. C¸c ph−¬ng ph¸p quang h×nh tia hoÆc víi nh÷ng lêi gi¶i gi¶i tÝch ®¬n gi¶n ho¸ hay víi c¸c kü thuËt b¸m tia thuÇn tuý ®· ®−îc ®Ò xuÊt, tËn dông c¸c c¬ së d÷ liÖu ®Þa h×nh ®· thu thËp ®−îc. 3.6.1 Mét vµi m« h×nh hai chiÒu truyÒn sãng thÊp h¬n d−íi c¸c m¸i nhµ 3.6.1.1 M« h×nh UNI-LUND Dù ®o¸n tæn hao ®−êng truyÒn vi tÕ bµo ®−îc thùc hiÖn bëi 2 m« h×nh riªng biÖt ®èi víi c¸c ®−êng truyÒn LOS vµ NLOS. C¶ hai m« h×nh ®Òu dùa trªn c¸c tÝnh chÊt truyÒn sãng trong kh«ng gian tù do, mäi tham sè ®Òu nhËn ®−îc 68 theo lèi kinh nghiÖm. M« h×nh LOS m« t¶ ph¶n øng ®é dèc kÐp cña tæn hao ®−êng truyÒn, trong ®ã ®o¹n ®Çu tiªn lµ mét hµm luü thõa (hÖ sè suy gi¶m 2≈n ) cña kho¶ng c¸ch ph¸t-thu d. Tõ kho¶ng c¸ch øng víi ®iÓm g·y dB, luü thõa suy gi¶m t¨ng lªn (hÖ sè suy gi¶m 4≈n ). C¸c chØ sè luü thõa suy gi¶m t−¬ng øng 1n vµ 2n phô thuéc vµo m«i tr−êng ®« thÞ, v× thÕ chóng ph¶i cã ®−îc bëi c¸c phÐp ®o tæn hao ®−êng truyÒn ®−îc thùc hiÖn theo khu vùc dù ®o¸n. §èi víi truyÒn lan NLOS, m« h×nh dùa trªn sù quan s¸t mét kho¶ng c¸ch ng¾n ë gãc mµ t¹i ®ã møc tÝn hiÖu vÉn cßn cã cïng c−êng ®é nh− ë truyÒn lan LOS. Däc theo con phè sÏ cã sù t¨ng nhanh chãng tæn hao cho tíi cuèi cïng th× c−êng ®é tÝn hiÖu gi¶m t−¬ng øng víi hÖ sè suy gi¶m 0.35.2 ÷≈n . 3.6.1.2 M« h×nh vi tÕ bµo Ericsson M« h×nh nµy dùa trªn mét ph−¬ng ph¸p dù ®o¸n tæn hao ®−êng truyÒn ®Ö quy, thuËn nghÞch, ®¬n gi¶n vµ hiÖu qu¶ vÒ thêi gian tÝnh to¸n. Tæn hao ®−îc x¸c ®Þnh däc theo c¸c ®−êng truyÒn sãng theo c¸c phè kh¸c nhau, v× thÕ ph−¬ng ph¸p nµy thÝch hîp ®èi víi c¸c kü thuËt b¸m vÕt tia (ray-tracing). Ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng bÞ h¹n chÕ bëi c¸c ng· t− ®−êng phè vu«ng gãc. Nã cã thÓ xö lý gãc bÊt kú cña c¸c ®−êng phè giao nhau còng nh− c¸c ®−êng phè cong chøa c¸c ®o¹n th¼ng. Gi¶i ph¸p m« h×nh nµy dùa trªn biÓu thøc ®· biÕt ®èi víi tæn hao ®−êng truyÒn gi÷a 2 ¨ng-ten ®¼ng h−íng, trong ®ã kho¶ng c¸ch vËt lý ®−îc thay thÕ bëi mét kho¶ng c¸ch ¶o ®−îc x¸c ®Þnh bëi mét biÓu thøc ®Ö quy nh− mét hµm cña sè l−îng c¸c ®iÓm nót vµ c¸c gãc h−íng phè t−¬ng øng cña ®−êng truyÒn gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu. §é dèc kÐp phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch cña tæn hao ®−êng truyÒn còng ®−îc tÝnh ®Õn trong m« h×nh ®· ®Ò xuÊt. Ngoµi ra, sù phô thuéc kho¶ng c¸ch cña m« h×nh COST-WI ®−îc ¸p dông ®Ó xem xÐt truyÒn lan qua c¸c nãc nhµ trong tr−êng hîp NLOS. 3.6.1.3 M« h×nh t×m vÕt tia vi tÕ bµo cña Swiss Telecom PTT C¸c m«i tr−êng vi tÕ bµo ®−îc m« t¶ bëi mét b¶n vÏ 2 chiÒu cña c¸c cao 69 èc ®ù¬c cho theo ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm th«ng qua c¸c vÐc-t¬ x¸c ®Þnh nh÷ng bøc t−êng toµ nhµ. D¹ng h×nh häc cña toµ nhµ 2 chiÒu bÊt kú ®Òu cã thÓ xö lý ®−îc. Ngoµi ra, nÕu nh− cã thÓ ®−îc th× h»ng sè ®iÖn m«i vµ ®iÖn dÉn cña mçi bøc t−êng toµ nhµ còng cã thÓ ®−îc xÐt ®Õn. Trong thao t¸c thùc tÕ, c¸c ®Æc tÝnh ®iÖn th−êng lÊy gièng nhau ®èi víi tÊt c¶ c¸c toµ nhµ thuéc mét khu vùc ®· cho. Ph¶n x¹ g−¬ng vµ nhiÔu x¹ lµ c¸c hiÖn t−îng truyÒn lan ®−îc tÝnh ®Õn. Ph¶n x¹ ®Êt, t¸n x¹ vµ truyÒn lan trªn nãc nhµ cã thÓ thÊy tr−íc ®−îc lµ rÊt hay gÆp t¹i c¸c vïng xa m¸y ph¸t sÏ ®−îc bá qua. PhÇn mÒm chØ tÝnh tÊt c¶ nh÷ng tia ph¶n x¹ vµ nhiÔu x¹ cho tíi mét bËc ®· ®Þnh tr−íc nµo ®ã. §iÒu nµy ®−îc thùc hiÖn theo mét sù thùc hiÖn hiÖu qu¶ lý thuyÕt ¶nh víi −u ®iÓm vÒ gi¶ thiÕt c¸c tia kh«ng ®i c¾t qua c¸c toµ nhµ ®−îc. §Ó tÝnh ®Õn c¸c t¸c ®éng nhiÔu x¹, c¸c nguån ¶o ®−îc ®Æt t¹i tÊt c¶ c¸c gãc nhµ mµ c¸c ¶nh vµ c¸c nguån ¶o kh¸c tr«ng thÊy ®−îc. TÊt c¶ c¸c ¶nh vµ c¸c nguån ®iÓm ¶o ®−îc t¹o ra tíi mét bËc ®· tÝnh tõ nguån gèc ®Æt t¹i vÞ trÝ ¨ng-ten tr¹m gèc. Sau ®ã, h×nh ¶nh vµ c¸c nguån ¶o ®−îc sö dông theo tÊt c¶ nh÷ng sù kÕt hîp cña c¸c tia ph¶n x¹ vµ nhiÔu x¹. Tæn hao ®−êng truyÒn nhËn ®−îc b»ng c¸ch xÕp chång tÊt c¶ c¸c tia ë vÞ trÝ m¸y thu. Mét lùa chän kh¸c lµ ®¸p øng xung cña kªnh cã thÓ ®¸nh gi¸ ®−îc th«ng qua viÖc xÐt c−êng ®é, pha vµ ®é trÔ cña tõng tia. 3.6.2 Mét vµi m« h×nh hai chiÒu cho truyÒn sãng qua c¸c nãc nhµ M« h×nh COST-Walfisch-Ikegami ®· tr×nh bµy ë môc 3.5.1.2 cã thÓ sö dông ®−îc cho dù ®o¸n truyÒn sãng qua c¸c nãc nhµ. Ngoµi ra, COTS 231 cßn ph¸t triÓn thªm mét sè m« h×nh kh¸c. 3.6.2.1 M« h×nh Uni-Valencia Gi¶i ph¸p c¬ b¶n lµ t¸ch c¸c ¶nh h−ëng truyÒn lan thµnh “truyÒn sãng qua c¸c nãc nhµ” vµ “c¸c t¸c ®éng ®a ®−êng 3D t¹i l©n cËn m¸y di ®éng”. Mét m« h×nh Walfisch-Bertoni söa ®æi ®Ó m« t¶ vÒ truyÒn lan bªn trªn nãc nhµ ®−îc ¸p dông. Giíi h¹n ®èi víi gãc tíi vµ gãc “nhiÔu x¹ tõ toµ nhµ cuèi cïng” ®· ®−îc lo¹i trõ. Gãc nhiÔu x¹ tõ toµ nhµ cuçi cïng cã ®−îc theo lèi kinh 70 nghiÖm, tuy nhiªn gi¸ trÞ cña nã lµ rÊt gÇn víi lêi gi¶i lý thuyÕt cho mét h×nh nªm 900 (dùng ®øng). Gi¶i ph¸p kinh nghiÖm lµ do vÒ thùc tÕ c¸c b¶n ®å sè hay c¸c d÷ liÖu vÐc-t¬ toµ nhµ (c¸c t−êng) kh«ng cung cÊp th«ng tin liªn quan tíi h×nh d¹ng nãc nhµ, v× thÕ mét biÓu thøc lý thuyÕt kh«ng thÓ ¸p dông ®−îc. C¸c c¬ chÕ truyÒn sãng bËc nhÊt vµ bËc hai ®−îc xem xÐt cho mét tuyÕn Tx-Rx (Tx: Transmitter - m¸y ph¸t, Rx: Receiver - m¸y thu), gi¶ sö r»ng c¸c tia tíi ë Rx ®−îc t¸n x¹ tõ c¸c phÇn tö (t−êng, vËt h×nh nªm...) n»m trªn ®−êng LOS tíi Rx. C¸c phÇn tö g©y ra t¸n x¹ n»m l©n cËn Rx nµy ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ¸p dông mét thuËt to¸n t×m vÕt tia ®¬n gi¶n. C¸c tr−êng tíi ë c¸c phÇn tö ®ã ®−îc tÝnh bëi m« h×nh 2D ®· ®Ò cËp tr−íc ®©y. Ba tham sè ®−îc sö dông ®Ó m« t¶ c¸c ®Æc tÝnh cña nh÷ng phÇn tö t¸n x¹ lµ: tû lÖ phÇn tr¨m bÒ mÆt ph¼ng, kho¶ng c¸ch t−¬ng quan, ®é lÖch chuÈn cña ®é gå ghÒ; c¸c gi¸ trÞ mÆc ®Þnh cña chóng lÇn l−ît lµ 60%, 3 m vµ 40 cm. §èi víi nh÷ng øng dông ë c¸c m«i tr−êng vi tÕ bµo, thuËt to¸n t×m vÕt tia ®èi víi m« h×nh 3D ®−îc söa ®æi ®Ó xem xÐt thªm chÝ Ýt lµ c¸c ®ãng gãp bËc ba. Trong tr−êng hîp Tx thÊp h¬n møc trung b×nh cña c¸c nãc nhµ, mét phÇn thø ba cña m« h×nh xuÊt hiÖn, ®−îc m« t¶ ®¬n gi¶n nh− mét tæn hao nhiÔu x¹ bæ xung (ph−¬ng ph¸p 2D) vµ/hoÆc bëi viÖc ¸p dông m« h×nh ®a ®−êng 3D ë trªn ®èi víi vïng l©n cËn Tx. TÊt nhiªn, tæn hao nhiÔu x¹ tr¹m gèc bæ xung vµ c¸c sè h¹ng ®a ®−êng phô thuéc vµo vÞ trÝ Rx. 3.6.2.2 M« h×nh truyÒn sãng qua c¸c nãc nhµ cña Swiss Telecom PPT Mét phÇn mÒm dù ®o¸n tæn hao ®−êng truyÒn thiÕt kÕ cho c¸c khu vùc ®« thÞ ®ång b»ng hay ®åi nói ®· ®−îc Swiss Telecom PPT ph¸t triÓn. PhÇn mÒm nµy (gäi lµ MCOR) thùc hiÖn nh÷ng tÝnh to¸n truyÒn sãng nhiÒu sèng dao theo c¸c tia ph¸t x¹ tõ tr¹m gèc. M« h×nh truyÒn sãng nµy dùa trªn xÊp xØ cña Deygout ®Ó tÝnh to¸n nhiÔu x¹ nhiÒu sèng dao. Ph−¬ng ph¸p Deygout ®−îc söa ®æi theo nh÷ng kh¸i niÖm do VODAFONE tr×nh bµy. Sù söa ®æi nµy lµm gi¶m nhÑ sù t¨ng tuyÕn 71 tÝnh cña tæn hao ®−êng truyÒn do nhiÔu x¹ nhiÒu lÇn trong ph−¬ng ph¸p Deygout nguyªn gèc. ThuËt to¸n ®Ò xuÊt bëi VODAFONE gi¶m bít nh÷ng ¶nh h−ëng cña nhiÔu x¹ b»ng c¸ch gi¶m c¸c hÖ sè nhiÔu x¹ liªn tiÕp tÝnh theo dB ®i 1/2, 1/4 vµ 1/8. Tõ ý t−ëng nµy, m« h×nh nµy gi¶m c¸c t¸c ®éng cña nhiÔu x¹ mçi bªn cña c¸c sèng dao chÝnh ®¬n gi¶n lµ nhê gi¶m c¸c hÖ sè nhiÔu x¹ tÝnh theo dB bëi (1/2)n, trong ®ã n lµ bËc cña c¸c gê chÝnh theo ph−¬ng ph¸p Deygout. §èi víi nh÷ng kÕt qu¶ tr×nh bµy ë ®©y, møc tèi ®a ®−îc h¹n chÕ lµ 4 (n lín nhÊt lµ 3), v× thÕ cã tèi ®a 15 nhiÔu x¹ ®−îc tÝnh. HÖ sè nhiÔu x¹ ®· chän ®−îc tÝnh theo c«ng thøc ®¬n gi¶n cña CCIR (b¸o c¸o 567-4 cña CCIR, nay lµ ITU-R). Mét sù söa ®æi kh¸c lµ sö dông mét m« h×nh ®é dèc kÐp cho tæn hao ®−êng truyÒn tham chiÕu. §èi víi c¸c kÕt qu¶ tr×nh bµy ë ®©y, c¸c tham sè cña m« h×nh ®é dèc kÐp ®· ®−îc khíp tõ 10 ®iÓm hiÖu chuÈn cho däc theo mét tuyÕn ®o cô thÓ. C¸c toµ nhµ ®· ®−îc biÓu diÔn b»ng mét sèng dao ®¬n ®Æt ë gi÷a mçi toµ nhµ, ®−îc x¸c ®Þnh khi x©y dùng c¸c profile däc theo c¸c h−íng chiÕu x¹. 3.6.3 M« h×nh ba chiÒu cho c¸c chiÒu cao tr¹m gèc bÊt kú - 3D-MICRO-URBAN Mét lo¹t c¸c m« h×nh truyÒn sãng liªn quan tíi viÖc m« t¶ ba chiÒu c¸c toµ nhµ ®· ®−îc ph¸t triÓn trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn dù ¸n COST 231, thÝch hîp cho viÖc dù ®o¸n truyÒn sãng còng nh− x¸c ®Þnh ®¸p øng xung kªnh v« tuyÕn di ®éng trong m«i tr−êng vi tÕ bµo ®« thÞ. C¸c m« h×nh tiªu biÓu lµ M« h×nh chiÕu tia (ray launching model) cña CNET (Central National de Electric et Telecommunications, Ph¸p), M« h×nh vi tÕ bµo ASCOM-ETH, M« h×nh VGL (cña Villa Grinoffone Lab), M« h×nh vi tÕ bµo 3-D cña §¹i häc Stuttgart, M« h×nh 3D-MICRO-URBAN cña ®¹i häc Karlsruhe… Do khu«n khæ cña luËn v¨n cã h¹n, ë ®©y chØ tr×nh bµy m« h×nh 3D-MICRO-URBAN do tÝnh ®éc ®¸o cña nã vµ kh¶ n¨ng øng dông tèt cho m« pháng. M« h×nh 3D-MICRO-URBAN cña ®¹i häc Karlsruhe cho phÐp m« pháng truyÒn sãng trong c¶ c¸c tr−êng hîp vi tÕ bµo lÉn tÕ bµo lín, trong ®ã 72 c¸c tr¹m gèc ë trªn còng nh− thÊp h¬n chiÒu cao c¸c toµ nhµ xung quanh ®Òu cã thÓ xem xÐt ®−îc. M« h×nh nµy cã thÓ sö dông hoÆc c¸c d÷ liÖu (pixel) l−íi « vu«ng hoÆc lµ d÷ liÖu kiÓu vÐc-t¬ chøa h×nh d¹ng vµ chiÒu cao toµ nhµ. §èi víi d÷ liÖu l−íi, mét ®é ph©n gi¶i ngang hîp lý lµ kho¶ng 5-15 m, phô thuéc vµo vi cÊu tróc ®« thÞ vµ xÊp xØ mong muèn c¸c h×nh d¹ng toµ nhµ. C¸c chiÒu cao toµ nhµ ®−îc xÊp xØ th«ng qua sè c¸c tÇng vµ chiÒu cao tÇng t−¬ng øng. Tõ v« sè ®−êng truyÒn tõ m¸y ph¸t tíi m¸y thu, c¸c ®−êng cã ¶nh h−ëng tréi nhÊt ®−îc chän ®Ó cã ®−îc tæn hao ®−êng truyÒn tæng céng. C¸c ®−êng nhiÔu x¹ nãc nhµ ®−îc tÝnh ®Õn theo gi¶i ph¸p mÆt ph¼ng th¼ng ®øng, trong khi ®ã c¸c ®−êng nhiÔu x¹ toµ nhµ xung quanh ®−îc m« h×nh ho¸ trong gi¶i ph¸p mÆt ph¼ng n»m ngang nh− ®−îc vÏ trªn h×nh 3.11. TruyÒn lan ë c¶ mÆt ph¼ng ®øng vµ mÆt ph¼ng ngang ®−îc xem xÐt theo c¸ch nh×n hai chiÒu. Tuy nhiªn, sù x¸c ®Þnh c¸c gãc toµ nhµ trong mÆt ph¼ng truyÒn ngang kh«ng nhÊt thiÕt thùc hiÖn trong cïng mét mÆt ph¼ng n»m ngang. H×nh 3.11 T×m vÕt tia trong c¸c mÆt ph¼ng Tx-Rx ngang vµ ®øng C¸c qu¸ tr×nh nhiÔu x¹ qua nhiÒu vËt h×nh nªm ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸ch tÝnh to¸n lÇn l−ît nhiÔu x¹ vËt h×nh nªm ®¬n dùa vµo lý thuyÕt nhiÔu x¹ ®ång d¹ng UTD. C¸c ®−êng truyÒn lan 3D thªm vµo th«ng qua t¸n x¹ mÆt ®Êt vµ t¹i c¸c bøc t−êng toµ nhµ ®−îc xem xÐt riªng rÏ. Mét ph−¬ng ph¸p Kirchhoff söa Chó gi¶i: 3D- ray representing bistatic scattering: M« t¶ tia ba chiÒu t¸n x¹ song tÜnh Transverse propagation plane: MÆt ph¼ng truyÒn lan ngang Vertical propagation plane: MÆt ph¼ng truyÒn lan ®øng 73 ®æi víi xÊp xØ v« h−íng ®−îc ¸p dông cho c¸c tÝnh to¸n t¸n x¹ bÒ mÆt. GÇn ®©y, m« h×nh nµy ®· ®−îc më réng cho c¸c vÞ trÝ m¸y thu bªn trong c¸c toµ nhµ ®Ó cho phÐp dù ®o¸n phñ sãng trong nhµ víi c¸c tr¹m gèc ngoµi trêi. 3.6.4 ChÊt l−îng cña c¸c m« h×nh Mét chiÕn dÞch ®o tæn hao ®−êng truyÒn víi nhiÒu ®é cao ¨ng-ten tr¹m gèc ë nhiÒu vÞ trÝ kh¸c nhau t¹i khu trung t©m Munich (§øc) ®· ®−îc c«ng ty ®iÖn tho¹i di ®éng GSM Mannesmann Mobilfunk (MM GmbH) ®øng ra thùc hiÖn. NhiÒu kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo nhiÒu m« h×nh, víi c¸c d÷ liÖu ®Þnh d¹ng vÐc-t¬ vÒ c¸c toµ nhµ trªn mét khu vùc réng kho¶ng 2.4×3.4 km2 cung cÊp bëi MM GmbH, ®· ®−îc so s¸nh víi c¸c kÕt qu¶ ®o thùc tÕ. C¸c ®o l−êng ®· ®−îc tiÕn hµnh theo ba tuyÕn METRO 200, 201 vµ 202 cña thµnh phè Munich. Do khu vùc ®o kiÓm tra cã ®Þa h×nh kh¸ b»ng ph¼ng nªn chØ c¸c b¶n vÏ mÆt b»ng c¸c toµ nhµ ®−îc sö dông cho c¸c m« h×nh dù ®o¸n víi sè liÖu chiÒu cao c¸c toµ nhµ ®−îc cho trong c¬ së d÷ liÖu. Mét lo¹t tæ chøc ®· tham gia vµo nghiªn cøu nµy nh»m ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña c¸c m« h×nh dù ®o¸n truyÒn sãng ®· ®−îc ®Ò xuÊt trong khu«n khæ dù ¸n COST 231. Cã thÓ kÓ ra ë ®©y mét sè tæ chøc chÝnh: CNET (Ph¸p), CSELT (ý), Ericsson (Thuþ ®iÓn), Swiss PTT (Thuþ sü), §¹i häc Karlsruhe (§øc)… Do thùc tÕ thiÕt bÞ lóc ®ã cña hÖ thèng GSM- 900 cña MM GmbH, c¸c phÐp ®o míi chØ ®−îc tiÕn hµnh ë tÇn sè 947 MHz. ChiÒu cao cña ¨ng-ten tr¹m gèc trong phÐp ®o ®Ó so s¸nh víi c¸c kÕt qu¶ cña c¸c m« h×nh dù ®o¸n truyÒn sãng kh¸c nhau (do c¸c tæ chøc tham gia ®¸nh gi¸ chÊt l−îng c¸c m« h×nh thùc hiÖn) lµ 13 m cßn chiÒu cao ¨ng-ten thu lµ 1.5 m. Víi môc ®Ých hiÖu chuÈn, mäi thµnh viªn tham gia ®¸nh gi¸ chØ nhËn ®−îc sè liÖu tæn hao ®−êng truyÒn ®o ®−îc t¹i 11 vÞ trÝ Rx chän trªn tuyÕn METRO 200 mµ kh«ng mét th«ng tin nµo kh¸c ngoµi th«ng tin d¹ng vÐc-t¬ vÒ c¸c toµ nhµ ®−îc cÊp, dÉn ®Õn hÇu nh− mét “phÐp kiÓm tra mï” ®èi víi c¸c m« h×nh dù b¸o truyÒn sãng cña dù ¸n COST 231. 74 C¸c kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 3.12-3.14, trong ®ã thÓ hiÖn nh÷ng dù ®o¸n theo c¸c m« h×nh vµ tæn hao ®−êng truyÒn ®o ®−îc theo c¸c vÞ trÝ Rx cña 3 tuyÕn (tæng chiÒu dµi kho¶ng 25 km). §Ó thÊy ®−îc dÔ dµng chÊt l−îng cña c¸c kÕt qu¶ dù ®o¸n, c¸c ®−êng cong cña c¸c m« h×nh CNET, TLM, MCOR, Griffone vµ Uni-Karlsruhe ®· ®−îc vÏ tr¬n ®Ó bá ®i nh÷ng th¨ng gi¸ng m¹nh vµ do ®ã t¹o ra c¸c ®−êng cong ®¬n cã thÓ ph©n biÖt tèt h¬n. V× chiÒu cao ¨ng-ten ph¸t ht lµ 13 m cao h¬n mÆt ®Êt, nã thÊp h¬n hÇu hÕt nãc c¸c toµ nhµ bªn trong vïng thö nghiÖm, hÇu nh− tÊt c¶ c¸c vÞ trÝ Rx lµ ë t×nh tr¹ng NLOS, trõ mét sè c¸c ®Ønh ®å thÞ râ rµng cã liªn quan ®Õn truyÒn lan LOS. Däc theo c¸c tuyÕn METRO200 (h×nh 3.12) vµ METRO202 (h×nh 3.14), chÊt l−îng cña m« h×nh MCOR cña Swiss PTT vµ m« h×nh t×m vÕt tia Uni-Karlsruhe (c¶ hai ®Òu tÝnh ®Õn truyÒn lan trªn nãc nhµ) vµ m« h×nh CNET vµ Ericsson (c¶ hai ®Òu xÐt viÖc truyÒn lan xung quanh vµ trªn toµ nhµ theo h−íng kÝnh) ®Òu kh¸ tèt, víi ®é lÖch chuÈn cña sai sè dù ®o¸n trong kho¶ng 5.6 - 8.6 dB (xem b¶ng 3.1), mÆc dï c¸c ®−êng truyÒn sãng kh¸c nhau c¸c m« h×nh nµy ®−îc tÝnh ®Õn. C¸c kÕt qu¶ nµy chØ ra r»ng c¸c ®ãng gãp tr−êng cña c¶ truyÒn lan trªn nãc lÉn xung quanh toµ nhµ, trong mét sè tr−êng hîp, lµ cïng bËc víi c−êng ®é ë m¸y thu. M« h×nh kiÓu Walfisch – Bertoni cña ®¹i häc Valencia lµ mét sù më réng cña m« h×nh COST-Walfisch-Ikegami, do ®ã xÐt ®Õn truyÒn sãng qua c¸c nãc nhµ. Do ®ã, c¶ hai kÕt qu¶ cho thÊy c¸c ph¶n øng t−¬ng tù nhau ngo¹i trõ cã chªnh lÖch 10 dB vµ tÊt nhiªn lµ m« h×nh Uni-Valencia cã chÊt l−îng tèt h¬n nhiÒu t¹i c¸c t×nh thÕ cã LOS. §èi víi m« h×nh COST-WI, c¸c tham sè m« t¶ cÊu tróc c«ng tr×nh x©y dùng ®−îc ®¸nh gi¸ lÇn l−ît lµ hRoof = 20 m, w = 13 m vµ b = 26 m. V× ®ã lµ mét m« h×nh kinh nghiÖm, c¸c tham sè m« h×nh cÇn ®−îc ®iÒu chØnh ®óng ®¾n ®Ó gi¶m sai sè trung b×nh lµ 10-17 dB. Tuy nhiªn, ®é lÖch chuÈn cña sai sè dù ®o¸n n»m trong kho¶ng 6-8 dB, kh¸ tèt ®èi víi ph−¬ng ph¸p dù ®o¸n nhanh vµ ®¬n gi¶n nµy. ChiÒu h−íng chung lµ cã 75 mét sù phï hîp kh¸ tèt gi÷a c¸c kÕt qu¶ ®èi víi m« h×nh b¸m vÕt tia cña PTT. Tuy nhiªn, ®èi víi nhiÒu vÞ trÝ Rx kh«ng x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng tia, nh− cã thÓ thÊy ®−îc trªn h×nh 3.12, do m« h×nh bÞ h¹n chÕ chØ xö lý ®−îc tèi ®a 4 lÇn ph¶n x¹ hay 3 ph¶n x¹ vµ 1 nhiÔu x¹ trªn mét tia. ViÖc ¸p dông ma trËn ®−êng th¼ng truyÒn ®èi víi viÖc m« h×nh ho¸ truyÒn sãng dÉn ®Õn c¸c sai sè lín h¬n so víi c¸c m« h×nh kh¸c. Do ®©y lµ mét ph−¬ng ph¸p rÊt míi (sö dông ma trËn ®−êng th¼ng truyÒn) nªn cho ®Õn lóc kÕt thóc dù ¸n COST 231 c¸c nguyªn nh©n cña vÊn ®Ò nµy vÉn cßn ch−a ®−îc ph©n tÝch mét c¸ch chi tiÕt. ViÖc ¸p dông c¸c m« h×nh 3 chiÒu nh− VGL vµ Uni-Karlsruhe th× ®Æc biÖt tèt h¬n c¸c m« h×nh kh¸c ®èi víi hoµn c¶nh ®o vµ ®Þa h×nh nh− ®· m« t¶ do ®ã ®óng lµ hoµn c¶nh mµ c¸c m« h×nh nµy ®· theo ®ã mµ ph¸t triÓn (cho bÊt kú ®é cao ¨ng-ten nh− thÕ nµo so víi m¸i c¸c nhµ xung quanh, thÕ mµ ë ®©y chiÒu cao ¨ng-ten l¹i thÊp h¬n h¼n so víi chiÒu cao trung b×nh c¸c cao èc trong vïng thö nghiÖm). §ã cã lÏ còng lµ lý do lµm cho m« h×nh cña CSELT (ý) kÐm thÝch hîp v× nã dùa trªn gi¶i ph¸p ®a nhiÔu x¹ qua c¸c nãc nhµ cña Deygout. M« h×nh cña CSELT ®· ®−îc chøng minh lµ chÝnh x¸c h¬n trong ®iÒu kiÖn ¨ng-ten tr¹m gèc ®−îc ®Æt cao h¬n c¸c m¸i nhµ xung quanh. ChÊt l−îng cña c¸c m« h×nh thö nghiÖm ®−îc tæng kÕt ë b¶ng 3.1, trong ®ã cho c¸c sai sè dù ®o¸n trung b×nh vµ c¸c ®é lÖch chuÈn t−¬ng øng. Chó ý r»ng kh«ng m« h×nh nµo xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña c©y cèi. Mét kÕt qu¶ m« pháng thó vÞ lµ truyÒn lan qua nãc nhµ vµ truyÒn lan quanh toµ nhµ lµ ngang nhau xÐt vÒ bËc cña ®é lín. Nh÷ng kh¸c biÖt gi÷a phÐp ®o vµ m« pháng cã thÓ lµ do c¬ së d÷ liÖu vÒ c¸c cao kh«ng hoµn toµn ®óng vµ tÊt nhiªn lµ do viÖc bÊt chÊp c¸c chi tiÕt h¬n n÷a cña m«i tr−êng thùc tÕ nh− c¸c xe cé, c¸c cét ®Ìn, lo¹i nãc nhµ, c¸c ban c«ng... Tuy nhiªn, c¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc lµ rÊt høa hÑn ®èi víi c¶ c¸c m« h×nh truyÒn sãng dùa trªn kinh nghiÖm còng nh− c¸c m« h×nh hoµn toµn tiÒn ®Þnh. 76 Measurement: §−êng kÕt qu¶ ®o (®−êng mê) Path loss(dB): Tæn hao ®−êng truyÒn (dB) Measurement location number: Sè l−îng vÞ trÝ ®o COST_WI 20/13/26; U_Valencia; PTT(MCOR); Griffone/Bologna; Uni Karlsruhe; Ericsson; CNET; PTT(RT); PTT(TLM); CSELT H×nh 3.12 Sù so s¸nh gi÷a tæn hao ®−êng truyÒn dù ®o¸n vµ ®o ®−îc theo tuyÕn METRO200; ht = 13 m. 77 Measurement: §−êng kÕt qu¶ ®o (®−êng mê) Path loss(dB): Tæn hao ®−êng truyÒn (dB) Measurement location number: Sè l−îng vÞ trÝ ®o COST_WI 20/13/26; U_Valencia; PTT(MCOR); Griffone; Uni-Karlsruhe; Ericsson; CNET; PTT(RT); PTT(TLM); CSELT H×nh 3.13 Sù so s¸nh gi÷a tæn hao ®−êng truyÒn dù ®o¸n vµ ®o ®−îc theo tuyÕn METRO201; ht = 13 m. 78 Measurement: §é ®o Path loss(dB): Tæn hao ®−êng truyÒn (dB) Measurement location number: Sè l−îng vÞ trÝ ®o COST_WI 20/13/26; U_Valencia; PTT(MCOR); Griffone/Bologna; Uni Karlsruhe; Ericsson; CNET; PTT(RT); PTT(TLM); CSELT H×nh 3.14 Sù so s¸nh gi÷a tæn hao ®−êng truyÒn dù ®o¸n vµ ®o ®−îc theo tuyÕn METRO202; ht = 13 m. 79 M« h×nh dù ®o¸n METRO200 (970 ®iÓm) METRO201 (355 ®iÓm) METRO202 (1031 ®iÓm) Trung b×nh §é lÖch chuÈn (dB) Gi¸ trÞ trung b×nh (dB) §é lÖch chuÈn (dB) Gi¸ trÞ trung b×nh (dB) §é lÖch chuÈn (dB) Gi¸ trÞ trung b×nh (dB) §é lÖch chuÈn (dB) Ericsson 6.7 0.3 7.1 2.3 7.5 1.4 7.1 CNET 6.9 -2.1 9.5 -3.6 5.6 -0.2 7.3 PTT(RT) 14.61) -6.11) 15.52) -6.72) 12.33) -1.13) 14.1 PTT(TLM) 13.8 0.8 21.7 6.7 12.9 6.5 16.1 COST-WI4) 7.7 10.8 5.9 15.4 7.3 16.3 7.0 Uni-Valencia5) 8.7 0.2 7.0 -6.6 10.3 -7.4 8.7 CSELT 10.4 21.8 12.3 16.1 13.3 20.6 12.0 PTT(MCOR) 7.0 -3.3 6.2 -0.1 7.6 -1.1 6.9 VGL 6.3 -1.7 10.9 -6.3 6.8 -5.5 8.0 Uni-Karlsruhe 8.56) -4.36) 9.1 2.4 8.66) -1.06) 8.7 1) C¸c tÝnh to¸n chØ t¹i 425 ®iÓm; 2) C¸c tÝnh to¸n chØ t¹i 264 ®iÓm; 3) C¸c tÝnh to¸n chØ t¹i 774 ®iÓm; 4) c¸c tham sè ®Þa h×nh ®−îc gi¶ sö: chiÒu cao toµ nhµ: 20 m; ®é réng ®−êng phè: 13 m, ph©n c¸ch c¸c toµ nhµ: 26 m; 5) kh«ng xÐt c¸c t¸c ®éng 3D; 6) chØ xÐt mÆt ph¼ng truyÒn ®øng – 2D B¶ng 3.1 ChÊt l−îng cña c¸c m« h×nh truyÒn sãng t¹i 947 MHz; ®é lÖch chuÈn vµ gi¸ trÞ trung b×nh (kÕt qu¶ dù ®o¸n - ®o l−êng) 3.7 C¸c m« h×nh truyÒn sãng trong nhµ Dù ®o¸n c¸c ®Æc tr−ng truyÒn sãng gi÷a hai ¨ng-ten bªn trong toµ nhµ lµ ®Æc biÖt quan träng ®èi víi viÖc thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i kh«ng d©y vµ c¸c WLAN (Wireless Local Area Network - m¹ng néi bé v« tuyÕn). ViÖc thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng tÕ bµo víi c¸c tr¹m thu-ph¸t gèc trong nhµ còng bao hµm viÖc sö dông c¸c m« h×nh truyÒn sãng trong nhµ. Kªnh truyÒn sãng trong nhµ kh¸c biÖt ®¸ng kÓ so víi kªnh truyÒn sãng ngoµi trêi. Kho¶ng c¸ch gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu bÞ rót ng¾n h¬n do suy hao lín g©y bëi c¸c bøc t−êng vµ ®å ®¹c bªn trong toµ nhµ vµ còng cßn do c«ng suÊt cña m¸y ph¸t thÊp h¬n. Kho¶ng c¸ch ng¾n dÉn tíi thêi gian trÔ c¸c “tiÕng väng” (ph¶n x¹) ng¾n h¬n vµ hÖ qu¶ lµ l−îng tr¶i trÔ còng thÊp h¬n. Møc ®é th¨ng gi¸ng tøc thêi cña kªnh còng thÊp h¬n so víi tr−êng hîp m¸y di ®éng ®Æt trªn « t« nh− m«i tr−êng ngoµi trêi. 80 2 1 1 i i k bI k FS C W i W i f f i L L L k L k L ⎡ ⎤+ −⎢ ⎥+⎣ ⎦ = = + + +∑ VÊn ®Ò dù ®o¸n truyÒn sãng trong nhµ ®· ®−îc ®Ó cËp ®Õn tõ l©u vµ ®· ®−îc tãm t¾t mét c¸ch hÕt søc hÖ thèng lÇn ®Çu bëi Hashemi trong bµi b¸o “Prolog to the Indoor Radio Propagation Channel”, Proceedings of the IEEE, th¸ng b¶y n¨m 1993. C¸c ®o l−êng thö nghiÖm còng nh− c¸c m« h×nh dù b¸o truyÒn sãng cho ®Õn lóc ®ã nãi chung cßn th« s¬ vµ chñ yÕu ®−îc thùc hiÖn ë d¶i tÇn sè d−íi 1 GHz. Nh»m phôc vô viÖc ph¸t triÓn c¸c hÖ thèng v« tuyÕn di ®éng thÕ hÖ sau (3G, 4G vµ h¬n n÷a), nhiÒu m« h×nh truyÒn sãng trong nhµ ®· ®−îc c¸c bªn tham gia dù ¸n COST ph¸t triÓn víi d¶i sãng 2 GHz. Do khu«n khæ luËn v¨n cã h¹n, ë ®©y chØ tr×nh bµy hai m« h×nh kinh nghiÖm, mét víi tr−êng hîp b¨ng hÑp vµ mét víi tr−êng hîp b¨ng réng. 3.7.1 M« h×nh kinh nghiÖm b¨ng hÑp ®a t−êng ng¨n (Multi-Wall Model) M« h×nh ®a t−êng ng¨n (MWM) cho tæn hao ®−êng truyÒn nh− tæn hao truyÒn trong kh«ng gian tù do ®−îc céng thªm víi c¸c tæn hao nh− xuyªn thÊu c¸c bøc t−êng, c¸c sµn ch¾n gi÷a ®−êng truyÒn trùc tiÕp tõ m¸y ph¸t ®Õn m¸y thu. Tæng tæn hao xuyªn thÊu sµn ®· ®−îc thÊy lµ mét hµm phi tuyÕn theo sè sµn. TÝnh chÊt nµy ®−îc tÝnh ®Õn khi ®−a ra mét hÖ sè thùc nghiÖm b [11]. M« h×nh MWM cã thÓ biÓu diÔn ®−îc theo: trong ®ã: LFS: tæn hao truyÒn sãng trong kh«ng gian tù do gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu LC: tæn hao h»ng sè kWi: sè c¸c bøc t−êng bÞ xuyªn thÊu cña lo¹i i kf: sè c¸c sµn bÞ xuyªn thÊu Lwi: tæn hao cña t−êng lo¹i i Lf: tæn hao gi÷a hai sµn liÒn kÒ b: tham sè thùc nghiÖm I: sè c¸c lo¹i t−êng. (3.22) 81 Tæn hao kh«ng ®æi trong (3.22) lµ sè h¹ng hiÖu chØnh sinh ra khi c¸c tæn hao t−êng ®−îc x¸c ®Þnh tõ c¸c kÕt qu¶ ®o b»ng c¸ch sö dông nhiÒu lÇn ph−¬ng ph¸p håi quy tuyÕn tÝnh. Th«ng th−êng nã gÇn b»ng 0. Sè h¹ng thø 3 trong (3.22) miªu t¶ tæng tæn hao xuyªn thÊu t−êng nh− mét tæng c¸c tæn hao cña c¸c bøc t−êng gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu. Do nh÷ng lý do tõ thùc tÕ nªn sè c¸c lo¹i t−êng kh¸c nhau ph¶i bÐ. NÕu kh«ng th× sù kh¸c nhau gi÷a c¸c lo¹i t−êng l¹i nhá vµ ý nghÜa cña chóng trong m« h×nh trë nªn kh«ng râ rÖt. M« h×nh ®a t−êng (multi-wall model) M«i tr−êng LW1 [dB] LW2 [dB] Lf [dB] b 1 tÇng 2 tÇng nhiÒu tÇng 3.4 1) 6.9 1) 18.3 2) 0.46 3) Më 3.4 1) 6.9 1) 18.3 2) 0.46 3) Lín 3.4 1) 6.9 1) 18.3 2) 0.46 3) Hµnh lang 3.4 1) 6.9 1) 18.3 2) 0.46 3) C¸c tæ chøc cung cÊp kÕt qu¶ ®o: 1), 2) Alcatel, CNET, VTT Information Technology (PhÇn lan); 3) Ericsson, VTT B¶ng 3.2 C¸c kÕt qu¶ ®èi víi c¸c hÖ sè m« h×nh cho c¸c m« h×nh tæn hao truyÒn sãng t¹i 1800 MHz. Nh÷ng diÔn ®¹t “mét tÇng”, “hai tÇng”, vµ “nhiÒu tÇng” cã nghÜa lµ m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®· n»m trong cïng tÇng, trong hai tÇng liÒn kÒ hay c¸ch nhau nhiÒu h¬n hai tÇng. Mét chó ý quan träng lµ c¸c hÖ sè tæn hao trong (3.22) kh«ng ph¶i lµ tæn hao t−êng vËt lý mµ lµ c¸c hÖ sè m« h×nh ®−îc tèi −u ho¸ theo c¸c d÷ liÖu tæn hao ®−êng truyÒn ®o ®−îc. V× vËy, c¸c hÖ sè tæn hao bao gåm t¸c ®éng cña ®å ®¹c còng nh− t¸c ®éng cña c¸c ®−êng truyÒn tÝn hiÖu dÉn theo c¸c hµnh lang. C¸c hÖ sè m« h×nh ®· ®−îc tèi −u ho¸ ®èi víi t×nh huèng ®o víi c¸c t−êng vµ sµn ken dµy (“dense”). Tuy nhiªn, nã còng cã thÓ ®−îc sö dông trong c¸c m«i tr−êng kh¸c cã sè l−îng t−êng nhá vµ m« h×nh ®a t−êng cã c¸c kÕt qu¶ gÇn víi c¸c gi¸ trÞ truyÒn sãng trong kh«ng gian tù do. 82 3.7.2 M« h×nh kinh nghiÖm b¨ng réng Cã thÓ ®o¸n ®−îc lµ ®èi víi c¸c hÖ thèng b¨ng réng, viÖc dù ®o¸n tæn hao truyÒn sãng còng kh«ng kh¸c mÊy so víi c¸c hÖ thèng b¨ng hÑp. §èi víi c¸c hÖ thèng b¨ng réng, c¸c tham sè ®Æc tr−ng truyÒn sãng quan träng lµ profile trÔ c«ng suÊt hoÆc l−îng tr¶i trÔ. §iÒu nµy lµ do víi c¸c hÖ thèng víi tèc ®é d÷ liÖu lín (b¨ng réng), tr¶i trÔ qu¸ møc cã thÓ dÉn ®Õn hiÖn t−îng xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (InterSymbol Interference). M« h×nh kinh nghiÖm b¨ng réng ®−îc xem nh− mét c«ng cô ®Ó ®¸nh gi¸ tr¶i trÔ vµ profile trÔ c«ng suÊt PDP (Power Delay Profile). Mét trong hai yÕu tè nµy cïng víi c¸c ®Æc tr−ng Doppler cña kªnh th−êng cÇn ®Õn nh− c¸c d÷ liÖu lèi vµo cho m« pháng hÖ thèng. C¸c kÕt qu¶ tÝnh trung b×nh trªn mçi kiÓu m«i tr−êng víi c¸c ®o l−êng b¨ng réng ®−îc cho trong b¶ng 3.3. Nh− cã thÓ thÊy tr−íc, tr¶i trÔ cã gi¸ trÞ nhá nhÊt trong m«i tr−êng ken dµy (“dense”) c¸c ch−íng ng¹i cã c¸c gi¸ trÞ lín h¬n trong c¸c m«i tr−êng tho¸ng (“open”) vµ réng r·i (“large”). Sù phô thuéc cña tr¶i trÔ vµo c¸c kÝch th−íc m«i tr−êng cã thÓ ®−îc tËn dông trong viÖc dù ®o¸n phñ sãng. Chó gi¶i: nomalized receive power: C«ng suÊt thu chuÈn ho¸; excess delay: trÔ qu¸ møc H×nh 3.15 C¸c profile trÔ c«ng suÊt trung b×nh toµn bé trong 3 tr−êng hîp (kÕt qu¶ ®o l−êng cña §¹i häc Lund, Thôy §iÓn) 83 MÆc dÇu c¸c gi¸ trÞ tøc thêi vµ c¸c gi¸ trÞ trung b×nh côc bé cña PDP cã thÓ bao gåm nhiÒu chi tiÕt phô thuéc m«i tr−êng, PDP trung b×nh toµn bé cã d¹ng hoµn toµn th«ng th−êng. Nh− thÊy ®−îc trong b¶ng 3.3, PDP trong m«i tr−êng ken dµy ®· thÊy ®−îc lµ tu©n theo luËt hµm luü thõa (sù suy gi¶m tu©n theo luËt logarithm trªn thang chia dB) hay hµm mò (sù suy gi¶m theo ®−êng th¼ng trªn thang chia dB). Trong m«i tr−êng më, PDP tu©n theo hµm luü thõa nhÊt bëi t¸c ®éng m¹nh cña ®−êng truyÒn trùc tiÕp. C¸c profile trÔ c«ng suÊt trung b×nh tiªu biÓu trong c¸c ®iÒu kiÖn cã tia nh×n th¼ng LOS, kh«ng cã tia nh×n th¼ng NLOS vµ tia nh×n th¼ng h¬i bÞ trë ng¹i OLOS (Obstructed-Line- Of-Sight) ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ 3.15. M«i tr−êng Tr¶i trÔ rms trung b×nh [ns] Kh¶ n¨ng thay ®æi cña tr¶i trÔ rms [ns] D¹ng profile tiªu biÓu “Dense” Lund VTV TUW Trung b×nh 22.5 15.3 20.0 19.3 5-401) 3.42) 8-313) Hµm luü thõa/hµm mò Hµm mò Kh«ng ®o “Open” Lund VTT ETH Trung b×nh 35.0 17.7 30.5 27.7 5-951) 3.12) 4.12) Hµm luü thõa Hµm luü thõa Hµm mò “Large” VTT ETH Trung b×nh 55.4 79.4 67.4 27.22) 4.32) Hµm mò Hµm mò 1) Tr¶i trÔ tøc thêi ®Ønh-®Ønh, 2) §é lÖch chuÈn cña c¸c trÞ trung b×nh côc bé tr¶i trÔ, 3) TrÞ trung b×nh côc bé tr¶i trÔ ®Ønh-®Ønh. C¸c tæ chøc cung cÊp sè liÖu: VTT: VTT Information Technology (PhÇn Lan), Lund: §¹i häc Lund (Thôy §iÓn), TUW: Technical University of Wien (§H kü thuËt Viªn, ¸o), ETH: ETHZ Thôy Sü. B¶ng 3.3 Tr¶i trÔ vµ d¹ng PDP trong c¸c m«i tr−êng kh¸c nhau 3.8 KÕt luËn Trong ch−¬ng 3, chóng ta ®· xem xÐt vµ nghiªn cøu vÒ c¸c th«ng tin ®Þa 84 h×nh, øng dông c¸c d÷ liÖu nµy cho m« h×nh ho¸ ®−êng truyÒn sãng. Th«ng qua viÖc nghiªn cøu c¸c c¬ chÕ truyÒn sãng, sù xuyªn thÊu cña bÒ mÆt sãng, tõ ®ã tr×nh bµy mét sè m« h×nh truyÒn sãng ®−îc ph¸t triÓn trong dù ¸n COST 231 ¸p dông cho thÕ hÖ di ®éng 3G nh−: M« h×nh thùc nghiÖm vµ b¸n tiÒn ®Þnh cho c¸c vïng néi ®« COST 231- Walfish-Ikegami, COST 231-Hata; m« h×nh truyÒn sãng ngoµi trêi; m« h×nh truyÒn sãng trong nhµ. Trong ch−¬ng nµy ®· tr×nh bµy vÒ chÊt l−îng cña c¸c m« h×nh còng giíi h¹n cña chóng. Nh÷ng vÊn ®Ò cßn l¹i ch−a ®−îc nghiªn cøu chi tiÕt nh− c¸c m« h×nh truyÒn sãng cho c¸c m«i tr−êng nh− ®−êng hÇm, hµnh lang, ®−êng ray xe löa, tÇu tèc hµnh vµ mét sè c¸c m«i tr−êng ®Æc biÖt kh¸c. 85 KÕt luËn Sau mét thêi gian lµm viÖc, víi sù nç lùc cña b¶n th©n vµ ®−îc sù h−íng dÉn cña c¸c thÇy, t«i ®· hoµn thµnh b¶n luËn v¨n cña m×nh. Néi dung chñ yÕu cña luËn v¨n nghiªn cøu c¸c m« h×nh truyÒn sãng trong dù ¸n COST 321. LuËn v¨n ®· tr×nh bµy ®−îc kh¸i qu¸t vÒ lÞch sö ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng, ®−a ra c¸c ®Æc ®iÓm truyÒn sãng, c¸c ph−ong ph¸p ®a truy cËp th«ng th−êng sö dông trong hÖ thèng di ®éng tÕ bµo. C¸c vÊn ®Ò vÒ dù ®o¸n tæn hao truyÒn cho ®Õn c¸c thÕ hÖ 2G trªn c¸c lo¹i ®Þa h×nh ®−îc tr×nh bµy trong ch−¬ng 2. Mét sè m« h×nh truyÒn sãng vµ dù ®o¸n tæn hao ®−êng truyÒn nh− m« h×nh Lee, m« h×nh Hata, m« h×nh Walfisch-Ikegami… ®· ®−îc ®Ò cËp. Mçi mét m« h×nh truyÒn sãng vµ dù ®o¸n tæn hao ®−êng truyÒn kh¸c nhau cho ta c¸c kÕt qu¶ kh¸c nhau, phï hîp víi c¸c cÊu h×nh hÖ thèng kh¸c nhau. C¸c m« h×nh truyÒn sãng vµ dù ®o¸n truyÒn sãng ®ang ¸p dông cho c¸c thÕ hÖ 1G, 2G, tuy vËy kh«ng thÓ sö dông ®−îc cho c¸c hÖ thèng 3G. Th«ng qua dù ¸n COST 231 c¸c m« h×nh nµy ®· ®−îc ph¸t triÓn ®Ó phï hîp cho c¸c thÕ hÖ th«ng tin di ®éng tõ 3G, ®©y lµ c¸c vÊn ®Ò ®· ®−îc tr×nh bµy trong ch−¬ng 3 cña luËn v¨n. Trong ch−¬ng 3, chóng ta ®· xem xÐt vµ nghiªn cøu vÒ c¸c th«ng tin ®Þa h×nh, th«ng qua ®ã ®Ó øng dông c¸c d÷ liÖu nµy cho m« h×nh ho¸ ®−êng truyÒn. Th«ng qua viÖc nghiªn cøu c¸c c¬ chÕ truyÒn sãng, sù xuyªn thÊu cña bÒ mÆt sãng, luËn v¨n ®· tr×nh bµy mét sè m« h×nh truyÒn sãng ®· ®−îc ph¸t triÓn trong dù ¸n COST 231 cho c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ 3G nh−: m« h×nh thùc nghiÖm vµ b¸n tiÒn ®Þnh cho c¸c vïng néi ®« COST 231- WI, COST 231-Hata; m« h×nh truyÒn sãng ngoµi trêi; m« h×nh truyÒn sãng trong nhµ. Trªn c¬ së ®ã, luËn v¨n ®· ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ vÒ chÊt l−îng cña c¸c m« h×nh còng nh− c¸c giíi h¹n cña chóng. H−íng nghiªn cøu tiÕp theo lµ trªn c¬ së c¸c ph©n tÝch rót ra tõ luËn v¨n, t¸c gi¶ sÏ nghiªn cøu 86 kh¶ n¨ng ¸p dông c¸c m« h×nh vµo c¸c hÖ thèng viÔn th«ng di ®éng cña n−íc ta nh»m c¶i thiÖn chÊt l−îng hÖ thèng. C¸c vÊn ®Ò tr×nh bµy trong luËn v¨n cã lÏ lµ kh¸ míi vµ lµ nh÷ng vÊn ®Ò ®ang ®−îc quan t©m, v× vËy tµi liÖu nµy cã thÓ xem nh− mét tµi liÖu tham kh¶o cho nh÷ng ai quan t©m ®Õn lÜnh vùc nµy. ViÖc thùc hiÖn luËn v¨n nµy ®· gióp t«i cñng cè kiÕn thøc chuyªn m«n, n©ng cao kh¶ n¨ng lµm viÖc tr−íc nh÷ng vÊn ®Ò míi mang tÝnh chÊt thêi sù. MÆc dï ®· cè g¾ng hÕt m×nh, song ®©y lµ mét vÊn ®Ò kh¸ míi, tµi liÖu chñ yÕu lµ tiÕng n−íc ngoµi, thêi gian lµm viÖc ch−a nhiÒu, chñ yÕu lµ t×m hiÓu lý thuyÕt nªn luËn v¨n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng bÊt cËp. Mét lÇn n÷a t«i xin tr©n träng c¶m ¬n thÇy gi¸o PGS - TS NguyÔn Quèc B×nh, c¸c thÇy trong Khoa VT§T - Häc viÖn KTQS vµ c¸c ®ång nghiÖp ®· hÕt lßng gióp t«i hoµn thµnh luËn v¨n nµy./. 87 Tµi liÖu tham kh¶o TiÕng ViÖt 1. NguyÔn Quèc B×nh (2001), Kü thuËt truyÒn dÉn sè, Nxb Qu©n ®éi nh©n d©n, Hµ Néi. 2. NguyÔn Quèc B×nh (2002), Tæng quan vÒ th«ng tin di ®éng vµ hÖ thèng GSM, Nxb Qu©n ®éi nh©n d©n, Hµ Néi. 3. NguyÔn Ph¹m Anh Dòng (2002), Th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø ba, Häc viÖn c«ng nghÖ B−u chÝnh viÔn th«ng, Hµ Néi. 4. NguyÔn Ph¹m Anh Dòng (2002), Th«ng tin di ®éng, Nxb B−u ®iÖn, Hµ Néi. 5. TrÇn Hång Qu©n, NguyÔn BÝch L©n, Lª Xu©n C«ng, Ph¹m Hång Kú (2001), Th«ng tin di ®éng, Nxb Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi. 6. Vò §øc Thä (2001), TÝnh to¸n m¹ng th«ng tin di ®éng sè cellular, Nxb Gi¸o dôc, Hµ Néi. TiÕng Anh 7. Beg J. E. (1996), "Angle-dependent buiding penetration loss along LOS street microcells", COST 231 TD (96) 6. 8. Cichon D. J., Becker T.C., Wiesbeck W. (January 1994), "A ray launching approach for indoor and outdoor applications", COST 231 TD(94)32. 9. European Communities (1999), COST 231- Digital Mobile Radio Towards Future Generation Systems Final Report. 10. Gahleitner R. (1993), "Wave Propagation into Urban Buildings at 900 and 1800 MHz," COST-231 TD (93) 92. 11. Gschwendtner B. E. (1994), "Practical investigation using ray optical prediction techniques in microcells", COST 231 TD (94) 127. 88 12. Jakoby R., Liebenow U. (1995), "Modelling of radiowave propagation in microcells", Proc. Intern. Conference on ¨ng-tennas and Propagation ICAP´95, pp. 377-380. 13. Keller J. B. (1962), " Geometrical Theory of Diffraction", J. Opt. Soc. Am., vol. 52, pp. 116-130. 14. Löw K. (1992), "Comparison of urban propagation models with CW- measurements", Proc. Vehicular Technology Conference VTC´92, pp. 936-942. 15. Raymond S. (1992), Mobile Radio Communications, Pentech Press. 16. Sandén M. (1990), "Building penetration loss measurements in the small cell environment", COST-231 TD(90)122. 17. Theodore S. R. (1996), Wireless Communications, Prentice Hall. 18. Törnevik C., Berg J. E., Lotse F. (1993), "900 MHz propagation measurements and path loss models for different indoor environments", Proc. IEEE VTC´93. 19. William C. Y. (1995), Mobile Cellular Telecommunications, McGraw Hill.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfMột số mô hình truyền sóng COST 231 cho các thế hệ di động tương lai.pdf