Ảnh hưởng của khí quyển đến truyền dẫn vô tuyến trong điều kiện khí hậu tại Việt Nam

Phạm Thị Minh Nguyệt và đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 81(05): 109 - 114<br /> <br /> ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN ĐẾN TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN<br /> TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TẠI VIỆT NAM<br /> Phạm Thị Minh Nguyệt1*, Trần Anh Thắng2, Nguyễn Đăng Quế3<br /> 1<br /> <br /> Trường CĐ Điện tử - Điện lạnh Hà Nội, 2Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp- ĐH Thái Nguyên<br /> 3<br /> Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và môi trường – Bộ Tài nguyên và Môi trường<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, mưa, sương mù, tuyết... ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng truyền<br /> dẫn vô tuyến. Sự nóng lên toàn cầu do hiệu ứng khí nhà kính nhân tạo gây ra biến đổi khí hậu có<br /> tác động nhất định đến cấu trúc của khí quyển (môi trường truyền dẫn chính của sóng vô tuyến<br /> điện từ). Bài báo này đề cập đến ảnh hưởng của khí hậu lên truyền dẫn vô tuyến, đặc biệt là ảnh<br /> hưởng do mưa – một trong số các yếu tố chính của khí hậu nhiệt đới gió mùa ở Việt Nam, đồng<br /> thời bước đầu nghiên cứu mô phỏng suy hao tín hiệu vô tuyến do mưa, từ đó đưa ra một số nhận<br /> xét phục vụ cho việc thiết kế các tuyến truyền dẫn vi ba mặt đất tầm nhìn thẳng (LOS) phù hợp với<br /> điều kiện khí hậu Việt Nam.<br /> Từ khóa: Khí hậu nhiệt đới, Biến đổi khí hậu, Truyền dẫn vô tuyến, Suy hao do mưa, truyền dẫn viba<br /> <br /> MỞ ĐẦU*<br /> Sự tác động của môi trường khí quyển đến tín<br /> hiệu vô tuyến đóng một vai trò quan trọng<br /> trong việc thiết kế các đường truyền dẫn vô<br /> tuyến hoạt động từ các dải tần số trên 10GHz.<br /> Trong đó, sự hấp thụ, phản xạ và tán xạ sóng<br /> vô tuyến từ các giọt mưa dẫn đến suy hao tín<br /> hiệu và làm suy giảm khả năng, độ tin cậy của<br /> hệ thống truyền dẫn vô tuyến. Tần số càng<br /> cao thì mức độ suy hao tín hiệu do mưa càng<br /> tăng mạnh và biến đổi theo khu vực địa lý,<br /> đặc biệt tại các khu vực nhiệt đới và xích đạo.<br /> Chính vì vậy điều quan trọng là chúng ta phải<br /> đưa ra được dự đoán chính xác về suy hao tín<br /> hiệu do mưa cho các đường truyền sóng.<br /> Trước đây, việc dự đoán suy hao tín hiệu vô<br /> tuyến do mưa sử dụng phương pháp ngoại suy<br /> kết quả đo theo các địa điểm, tần số và độ cao<br /> khác nhau. Tuy nhiên do tính chất phức tạp và<br /> sự thay đổi của lượng mưa theo từng khu vực<br /> làm cho cách tiếp cận này thường không cho<br /> kết quả chính xác.<br /> Trong thời gian gần đây, nhiều bài viết và<br /> công trình nghiên cứu đã đưa ra các phương<br /> pháp tiếp cận và công cụ khác nhau để giải<br /> quyết vấn đề này. Mục đích của các phương<br /> pháp này là cung cấp các công cụ để dự đoán<br /> lượng mưa và sự suy giảm cường độ mưa ở<br /> dạng bản đồ đường đồng mức cho các nhà<br /> *<br /> <br /> Tel: 0986385855<br /> <br /> thiết kế hệ thống truyền dẫn (như các hệ<br /> thống vệ tinh ở các nước nằm trong khu vực<br /> nhiệt đới và xích đạo – Nigeria, Sudan). Các<br /> công cụ này được sử dụng để thiết kế sơ bộ<br /> các đường truyền dẫn vô tuyến vi ba mặt đất<br /> và vệ tinh [7, 8, 9].<br /> Một vấn đề đặt ra trong thực tế là tại Việt<br /> Nam, không chỉ là một quốc gia nằm trong<br /> khu vực nhiệt đới gió mùa mà còn có địa hình<br /> phức tạp nên đã chia khí hậu Việt Nam ra bảy<br /> vùng có khí hậu khác nhau: Tây Bắc, Đông<br /> Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam<br /> Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ [1].<br /> Vì vậy, bài báo này đã bước đầu đề xuất đến<br /> việc tính toán mô phỏng suy hao tín hiệu vô<br /> tuyến do mưa trên lãnh thổ Việt Nam, cụ thể<br /> là cho truyền dẫn vi ba mặt đất. Để từ những<br /> kết quả thu được trong khuôn khổ bài báo sẽ<br /> làm tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo về<br /> ảnh hưởng của khí hậu đến truyền dẫn vô<br /> tuyến tại Việt Nam, đặc biệt xét cho từng<br /> vùng khí hậu điển hình của Việt Nam.<br /> Bài gồm 4 phần tiếp theo như sau. Phần II<br /> trình bày khái quát về ảnh hưởng của khí hậu<br /> đến truyền dẫn vô tuyến, đặc biệt là suy hao<br /> tín hiệu vô tuyến do mưa. Phần III trình bày<br /> về phương pháp, các bước tính toán mô<br /> phỏng suy hao do mưa trên lãnh thổ Việt<br /> Nam. Phần IV thực hiện phân tích kết quả đạt<br /> được khi thực hiện tính toán mô phỏng suy<br /> hao do mưa trên lãnh thổ Việt Nam và phần V<br /> là kết luận của bài báo.<br /> 109<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Minh Nguyệt và đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> KHÁI QUÁT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ<br /> HẬU ĐẾN TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN<br /> Ảnh hưởng của khí quyển đến truyền dẫn vô<br /> tuyến<br /> Khi truyền tải các tín hiệu vô tuyến qua khí<br /> quyển có rất nhiều yếu tố môi trường ảnh<br /> hưởng tới chất lượng tín hiệu do thường hay<br /> xảy ra các hiện tượng phản xạ, tán xạ từ tầng<br /> điện ly & tầng đối lưu.<br /> Các cơ chế quan trọng nhất của khí quyển là<br /> không bị ion hoá tác động và có thể gây biến<br /> thiên cường độ tín hiệu sóng vô tuyến điện từ<br /> (fading) ở các tần số dưới 30 MHz bao gồm:<br /> bức xạ trong không gian tự do, sự không đồng<br /> nhất của khí quyển, các hiệu ứng khúc xạ,<br /> phản xạ, tán xạ. Các đường thông tin vi ba<br /> không bị fading nghiêm trọng trong hầu hết<br /> các điều kiện khí tượng. Tuy nhiên, sự phân<br /> tầng khí quyển và những điều kiện khí tượng<br /> khác có thể gây ra fading nghiêm trọng.<br /> Cơ chế tác động của khí quyển lên tín hiệu vô<br /> tuyến ở dải tần cao hơn 30MHz bao gồm: bức<br /> xạ vào không gian tự do, khúc xạ, phản xạ từ<br /> các lớp khí quyển tầng cao, tán xạ về phía<br /> trước từ những khu vực không đồng nhất của<br /> các lớp chất khí, tán xạ và hấp thụ do các<br /> thành phần khí quyển. Các điều kiện khí<br /> tượng đóng vai trò quan trọng khi xác định<br /> cường độ và tính chất fading của truyền sóng<br /> thông qua tầng đối lưu. Suy hao truyền dẫn do<br /> nhiễu xạ tăng nhanh theo khoảng cách và<br /> được coi như là fading do tán xạ tầng đối lưu.<br /> Để tính toán khả năng thay đổi các đường tán<br /> xạ về phía trước trong khoảng thời gian dài,<br /> cần sử dụng thông tin về khí hậu để phân biệt<br /> sự thay đổi này giữa các vùng địa lý.<br /> Ở dải tần số cao hơn 7 GHz, ngoài hiệu ứng<br /> nhiễu xạ và đa đường, suy hao và khử phân<br /> cực do các chất khí, bụi, nước trong khí<br /> quyển cũng cần được quan tâm.<br /> Ở dải tần cao hơn 10 GHz, chủ yếu xảy ra các<br /> hiệu ứng tán xạ, hấp thụ do hơi nước, các hạt<br /> ẩm và oxy. Suy hao năng lượng tín hiệu bức<br /> xạ do hấp thụ trong khí quyển xảy ra từ sự<br /> hấp thụ sóng vô tuyến do oxy và hơi nước<br /> trong không khí. Các hạt nước trong khí<br /> quyển, mà chủ yếu là hạt mưa gây ra cả suy<br /> <br /> 81(05): 109 - 114<br /> <br /> hao lẫn tán xạ cho sóng vô tuyến. Vì thế việc<br /> nghiên cứu đánh giá độ lớn của trường nhiễu<br /> tiềm tàng do các hạt mưa tán xạ gây ra trong<br /> dải tần số này là rất quan trọng.<br /> Ở dải tần số trung bình và cao, phản xạ ở tầng<br /> điện ly cho phép truyền dẫn vô tuyến trên<br /> khoảng cách lớn. Suy hao đáng kể nhất trong<br /> dải tần này là suy hao do mưa (với các sóng<br /> có bước sóng λ cỡ vài cm hoặc nhỏ hơn) và<br /> do tuyết. Với các sóng có bước sóng λ cỡ vài<br /> mm, suy hao chủ yếu là do sương mù, hơi<br /> nước và các chất khí khác trong khí quyển.<br /> Ảnh hưởng của mây, cát và bụi mặc dù ít rõ<br /> rệt hơn, song tùy thuộc vào tính chất của các<br /> vùng khí hậu đang quan tâm mà cũng cần<br /> phải xem xét đến. Tuyết và mưa đá chứa hỗn<br /> hợp của tinh thể đá và nước cũng gây suy hao<br /> tín hiệu vô tuyến. Suy hao của dải vi sóng<br /> trong tuyết khô nhỏ hơn một bậc so với suy<br /> hao trong mưa cùng tốc độ. Suy hao do tuyết<br /> ướt có thể xấp xỉ suy hao do mưa và thậm chí<br /> có thể cao hơn suy hao ở dải sóng mm [2].<br /> Như vậy, đối với truyền dẫn vô tuyến, cấu<br /> trúc các chất khí trong khí quyển và đặc biệt<br /> là các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, mưa,<br /> sương mù, tuyết... ảnh hưởng rất lớn đến chất<br /> lượng tín hiệu. Với các vùng có chế độ khí<br /> hậu nhiệt đới đặc thù như Việt Nam thì suy<br /> hao do mưa ảnh hưởng rất lớn đến môi trường<br /> truyền dẫn vô tuyến.<br /> Cơ sở lý thuyết tính suy hao tín hiệu do mưa<br /> Suy hao tín hiệu vô tuyến do mưa ở tần số<br /> khoảng 7 GHz thường cao hơn sự hấp thụ tổ<br /> hợp do ôxy, hơi nước. Suy hao này nảy sinh<br /> từ sự hấp thụ năng lượng của các giọt nước và<br /> từ tán xạ năng lượng của chúng khỏi chùm<br /> anten. Hấp thụ và tán xạ do mưa phụ thuộc<br /> chủ yếu vào hình dạng, kích thước, hằng số<br /> điện môi của các hạt mưa, sự phân cực và<br /> bước sóng điện từ. Việc xác định suy hao do<br /> mưa là rất phức tạp vì trên thực tế trường mưa<br /> thường không đồng nhất và có độ biến động<br /> rất lớn. Mưa thay đổi đáng kể về mật độ, kích<br /> thước và hình dạng của hạt mưa. Trong bất kỳ<br /> dạng mưa nào đều có kích thước hạt không<br /> đồng đều, thay đổi theo thời gian và không<br /> gian. Các giọt mưa nhỏ ảnh hưởng rất lớn đến<br /> bước sóng milimét, tác động mạnh mẽ đến<br /> mức độ suy hao năng lượng sóng điện từ.<br /> <br /> 110<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Minh Nguyệt và đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Suy hao năng lượng sóng điện từ thường<br /> được biểu thị bằng một hàm của lượng mưa R<br /> bao gồm cả lượng nước, tốc độ rơi và kích<br /> thước của các giọt mưa. Tổng độ suy hao Ar<br /> do lượng mưa trên quãng đường dài r0 có thể<br /> xác định được bởi tích phân hệ số hấp thụ do<br /> mưa γr(r) dọc theo đường tầm nhìn thẳng giữa<br /> hai anten [3]:<br /> r0<br /> <br /> Ar = ∫ γ r (r )dr dB<br /> <br /> (1)<br /> <br /> 0<br /> <br /> Đối với áp dụng thực tế, quan hệ giữa hệ số<br /> suy hao γr (dB/km) và lượng mưa R (mm/h) ở<br /> dải tần số đã cho có thể được xấp xỉ theo định<br /> luật hàm mũ [6]:<br /> γr = k.Rα (dB/km) (2)<br /> Trong đó, tham số k và α được tính trên dải<br /> tần rộng với dạng mưa có nhiệt độ và phân bố<br /> kích thước giọt khác nhau. Trên thực tế số<br /> liệu lượng mưa trong một vùng, được các cơ<br /> quan khí tượng cung cấp, không có đủ các<br /> đặc trưng thống kê cần thiết cho các phép tính<br /> suy hao. Đối với các tính toán mức độ suy<br /> hao trên đường truyền tín hiệu trong khí<br /> quyển yêu cầu thông tin mưa phức tạp hơn,<br /> đó là cần phải biết độ cao mà mưa bắt đầu rơi.<br /> Các hệ số α và k phụ thuộc tần số được đưa<br /> ra trong bảng 1[6]. Các hệ số này là cho phân<br /> cực tuyến tính (đứng-V và ngang-H) và các<br /> đường truyền ngang.<br /> Đối với phân cực tròn, k và α được tính từ<br /> các giá trị trong bảng 1 sử dụng các phương<br /> trình sau[6]:<br /> k = [ k H + kV ] / 2<br /> <br /> (3)<br /> <br /> α = [kHαH + kVαV ] / 2k<br /> <br /> (4)<br /> <br /> Bảng 1. Các hệ số phụ thuộc tần số phục vụ tính<br /> suy hao do mưa khi sử dụng phương trình (2), (3)<br /> và (4) [6]<br /> Frequency<br /> (GHz)<br /> 10<br /> 11<br /> 12<br /> 13<br /> 14<br /> 15<br /> <br /> kH<br /> <br /> αH<br /> <br /> kV<br /> <br /> αV<br /> <br /> 0.01217<br /> 0.01772<br /> 0.02386<br /> 0.03041<br /> 0.03738<br /> 0.04481<br /> <br /> 1.2571<br /> 1.2140<br /> 1.1825<br /> 1.1586<br /> 1.1396<br /> 1.1233<br /> <br /> 0.01129<br /> 0.01731<br /> 0.02455<br /> 0.03266<br /> 0.04126<br /> 0.05008<br /> <br /> 1.2156<br /> 1.1617<br /> 1.1216<br /> 1.0901<br /> 1.0646<br /> 1.0440<br /> <br /> Frequency<br /> (GHz)<br /> 16<br /> 17<br /> 18<br /> 19<br /> 20<br /> <br /> 81(05): 109 - 114<br /> <br /> kH<br /> <br /> αH<br /> <br /> kV<br /> <br /> αV<br /> <br /> 0.05282<br /> 0.06146<br /> 0.07078<br /> 0.08084<br /> 0.09164<br /> <br /> 1.1086<br /> 1.0949<br /> 1.0818<br /> 1.0691<br /> 1.0568<br /> <br /> 0.05899<br /> 0.06797<br /> 0.07708<br /> 0.08642<br /> 0.09611<br /> <br /> 1.0273<br /> 1.0137<br /> 1.0025<br /> 0.9930<br /> 0.9847<br /> <br /> TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SUY HAO DO<br /> MƯA TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM<br /> 1. Như chúng ta đã biết lãnh thổ Việt Nam<br /> nằm trong khu vực Đông Nam châu Á có chế<br /> độ khí hậu nhiệt đới gió mùa khá đặc trưng –<br /> nóng, ẩm và mưa nhiều. Lãnh thổ Việt Nam<br /> nằm trọn trong vùng nội chí tuyến bắc, có chế<br /> độ bức xạ mặt trời dồi dào nên nền nhiệt độ<br /> trung bình năm khá cao. Lượng mưa trên hầu<br /> hết các vùng khí hậu đều cao, song phân bố<br /> không đều trong năm. Khoảng 85% lượng<br /> mưa tập trung trong mùa mưa và chỉ có<br /> khoảng 15% trong các tháng mùa khô. Việt<br /> Nam nằm trong khu vực có bão vào loại<br /> nhiều và hoạt động mạnh nhất thế giới [1].<br /> Bão gây ra những đợt mưa với cường độ lớn<br /> và kéo dài trong nhiều ngày gây nên tình<br /> trạng ngập lụt nghiêm trọng làm ảnh hưởng<br /> đến mọi hoạt động kinh tế – xã hội, trong đó<br /> có ngành truyền thông.<br /> Việc đánh giá tác động của hiện tượng mưa<br /> đến truyền dẫn vô tuyến ở Việt Nam là hết<br /> sức cần thiết đối với công nghệ vô tuyến. Vì<br /> vậy, trong bài này chúng tôi lựa chọn thực<br /> hiện việc tính toán mô phỏng suy hao tín hiệu<br /> vô tuyến do mưa dựa trên số liệu thống kê dài<br /> hạn về lượng mưa trên lãnh thổ Việt Nam.<br /> 2. Hiện nay ở Việt Nam, để truyền tải sóng vô<br /> tuyến trong khoảng cách từ 2-10km, hệ thống<br /> vi ba mặt đất đang sử dụng dải tần 14, 15<br /> GHz. Tuy vậy, thực tế cho thấy các dải tần số<br /> này đang trở nên quá tải. Vì lẽ đó, Bộ thông<br /> tin & truyền thông Việt Nam lên quy hoạch<br /> sử dụng dải tần số 17 GHz. Để phục vụ cho<br /> mục đích nêu trên, trong công trình này chúng<br /> tôi lựa chọn tính toán mô phỏng suy hao do<br /> mưa trên dải tần số 17 GHz.<br /> 3. Việc tính toán độ suy hao tín hiệu vô tuyến<br /> do mưa theo các đặc trưng thống kê dài hạn<br /> được thực hiện theo các bước:<br /> 111<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Minh Nguyệt và đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Bước 1: Thu thập cường độ mưa (R0.01) có tỉ<br /> phần thời gian cao hơn 0,01% của năm trung<br /> bình (bước tính bằng một phút). Số liệu về<br /> cường độ mưa trong công trình này được tính<br /> toán, trích xuất từ tập số liệu tái phân tích về<br /> lượng mưa của Trung tâm dự báo thời tiết hạn<br /> vừa Châu Âu (ECMWF) - ERA 40, tương tự<br /> như Khuyến cáo ITU-R P.837-5 [4]. Theo đó<br /> thì vùng lãnh thổ Việt Nam có cường độ mưa<br /> (R0.01) với tỷ phần thời gian cao hơn 0,01%<br /> năm trung bình là 90mm/h.<br /> Bước 2: Xác định các hệ số k và α cho các<br /> kiểu phân cực ngang, đứng và tròn.<br /> Đối với tần số 17 GHz, theo công thức (3),<br /> (4) và bảng 1, các giá trị k và α cho các<br /> trường hợp phân cực ngang, đứng và tròn<br /> được tính và trình bày trong bảng 2 sau:<br /> Bảng 2. Giá trị các hệ số k và α đối với dải 17<br /> GHz cho phân cực ngang, đứng và tròn<br /> Kiểu phân cực<br /> Ngang<br /> Đứng<br /> Tròn<br /> <br /> k<br /> 0,06146<br /> 0,06797<br /> 0,064715<br /> <br /> α<br /> 1,0949<br /> 1,0137<br /> 1,0526<br /> <br /> 81(05): 109 - 114<br /> <br /> Đồ thị đầu tiên biểu thị độ suy hao tín hiệu vô<br /> tuyến (dB/km) tương ứng với cường độ mưa<br /> (mm/h). Suy hao được mô phỏng trong khoảng<br /> giá trị cường độ mưa từ 0-150 mm/h. Mưa<br /> phùn có tốc độ 0,25 mm/h, mưa nhẹ là 1mm/h,<br /> mưa nặng hạt là 25 mm/h và mưa to lên đến<br /> 150 mm/h. Ba đường khác nhau trên đồ thị đầu<br /> đại diện cho mức độ suy hao khác nhau của ba<br /> kiểu phân cực ngang, đứng và tròn.<br /> Đồ thị thứ hai là tổng suy hao (dB) tương ứng<br /> với khoảng cách đường truyền (km). Đồ thị<br /> thứ hai cũng cho thấy mức độ suy hao khác<br /> nhau của ba kiểu phân cực. Mục đích chính<br /> của đồ thị này là xác định chiều dài quãng<br /> đường tối đa có thể đạt được. Ví dụ, hình 2<br /> cho thấy mức suy hao theo cường độ mưa 90<br /> mm/h đối với từng khoảng cách đường cụ thể.<br /> Từ đồ thị thấy rằng, mức suy hao 15 dB<br /> tương ứng với khoảng cách khoảng 3 km, 20<br /> dB tương ứng với khoảng cách khoảng 4,7<br /> km. Vì vậy, đối với đường cong có suy hao<br /> 15 dB (phân cực đứng), độ dài quãng đường<br /> đạt được là 3 km và đạt 4,7 km đối với đường<br /> cong có suy hao 20 dB.<br /> <br /> Bước 3: Tính độ suy hao, γr (dB/km), cho các<br /> dải tần số, kiểu phân cực và cường độ mưa đã<br /> tính ở bước 1 theo công thức (2).<br /> Bước 4: Tính chiều dài đường truyền sóng<br /> hiệu quả, deff, bằng cách nhân chiều dài đường<br /> dẫn thực tế d với hệ số khoảng cách r.<br /> Với:<br /> (5)<br /> 1<br /> <br /> r=<br /> <br /> 1 + d / d0<br /> <br /> Trong đó:<br /> Khi R0.01 ≤ 100mm/h: d0 = 35e–0.015 R0.01 (6)<br /> Khi R0.01 > 100mm/h: sử dụng giá trị R0.01 =<br /> 100mm/h.<br /> Bước 5: Tính tổng suy hao do mưa, Ar, trên<br /> quãng đường với cường độ mưa có tỉ phần<br /> thời gian cao hơn 0,01% của năm trung bình:<br /> A0.01 = γR deff = γR dr (dB) (7)<br /> PHÂN TÍCH KẾT QUẢ<br /> Việc tính toán mô phỏng suy hao do mưa,<br /> khoảng cách đường hiệu quả (deff) ở tần số<br /> 17GHz được thực hiện bằng phần mềm<br /> Matlab. Kết quả tính toán mô phỏng được đưa<br /> ra dưới dạng hai đồ thị:<br /> <br /> Hình 1. Suy hao tín hiệu vô tuyến do mưa tại tần<br /> số 17GHz<br /> <br /> Hình 2. Suy hao tín hiệu vô tuyến theo khoảng<br /> cách đường với cường độ mưa R0.01 = 90mm/h<br /> <br /> 112<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Phạm Thị Minh Nguyệt và đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Khi thay lần lượt các giá trị khoảng cách<br /> đường truyền giữa hai trạm vi ba mặt đất tầm<br /> nhìn thẳng (từ 2 đến 10 km) thì chúng tôi thu<br /> được các kết quả như bảng 3 & 4 sau:<br /> Bảng 3. Tổng suy hao (dB) theo khoảng cách<br /> (2-5km) với ba kiểu phân cực<br /> Phân cực 2km<br /> 3km<br /> 4km<br /> Đứng 13,0126 14.6688 18.0624<br /> Tròn 14,7368 16.6125 20.4557<br /> Ngang 16,956 19.1141 23.5361<br /> <br /> 5km<br /> 20.9737<br /> 23.7527<br /> 27.3296<br /> <br /> Bảng 4 Tổng suy hao (dB) theo khoảng cách (610km) với ba kiểu phân cực<br /> Phân<br /> 6km<br /> 7km<br /> 8km<br /> 9km 10km<br /> cực<br /> Đứng 23.4987 25.7095 27.6613 29.3972 30.951<br /> Tròn 26.6123 29.1161 31.3265 33.2924 35.0521<br /> Ngang 30.6198 33.5006 36.044 38.3059 40.3306<br /> <br /> Qua phân tích cho thấy phân cực ngang bị suy<br /> hao nhiều nhất (Hình 1), phân cực đứng bị<br /> suy hao ít nhất, trong khi phân cực tròn có<br /> mức suy hao trung bình giữa hai kiểu phân<br /> cực ngang và phân cực đứng.<br /> Ngoài ra, với cường độ mưa R0.01 = 90mm/h,<br /> chúng tôi thực hiện tính thêm trên quãng<br /> đường 10 km với các tần số 10, 12 & 15GHz<br /> và thu được kết quả như bảng 5:<br /> Bảng 5. Tổng suy hao (dB) trên 10km tại các tần<br /> số khác nhau với ba kiểu phân cực<br /> Kiểu<br /> phân cực<br /> Đứng<br /> Tròn<br /> Ngang<br /> <br /> 10GHz 12GHz<br /> <br /> 15GHz<br /> <br /> 17GHz<br /> <br /> 12.4574 17.6906 25.5136 30.951<br /> 13.7097 19.5163 28.4183 35.0521<br /> 14.9719 21.3704 31.4198 40.3306<br /> <br /> Từ bảng 5 cho thấy, cùng khoảng cách đường<br /> truyền và cùng kiểu phân cực, nhưng tần số<br /> càng cao thì tổng suy hao càng lớn.<br /> Đối với khoảng cách đường truyền hiệu quả<br /> (deff), độ dài quãng đường tương ứng với<br /> cường độ mưa 90mm/h tại tần số 17GHz,<br /> chúng tôi thu được kết quả như bảng 6. Từ<br /> bảng 6 cho thấy, deff (km) bị hạn chế khi<br /> khoảng cách đường truyền dài. Phương án<br /> này chỉ thích hợp cho hệ thống tầm nhìn<br /> thẳng khoảng cách ngắn. Điều này đồng nghĩa<br /> với việc hạn chế tính linh hoạt của hệ thống<br /> <br /> 81(05): 109 - 114<br /> <br /> LOS khi làm việc ở khoảng cách đường<br /> truyền dài, dải tần cao.<br /> Bảng 6: Khoảng cách đường truyền hiệu quả (deff)<br /> theo độ dài quãng đường<br /> Độ dài quãng đường (km)<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 7<br /> 8<br /> 9<br /> 10<br /> <br /> deff (km)<br /> 2,2546<br /> 2,7761<br /> 3,2236<br /> 3,6117<br /> 3,9515<br /> 4,2515<br /> 4,5183<br /> 4,7571<br /> <br /> KẾT LUẬN<br /> Các điều kiện khí hậu ảnh hưởng rất lớn đến<br /> chất lượng truyền dẫn thông tin vô tuyến, đặc<br /> biệt là mưa nên phải nghiên cứu xử lý trên cơ<br /> sở sử dụng số liệu thống kê dài hạn cho từng<br /> vùng khí hậu điển hình của Việt Nam.<br /> Chế độ khí hậu ở Việt Nam, đặc biệt là chế độ<br /> mưa có tính đặc thù rất cao. Mưa phân bố<br /> không đều trong năm và giữa các khu vực<br /> khác nhau trên lãnh thổ. Kết quả tính toán độ<br /> suy hao do mưa ở Việt Nam cho thấy, với<br /> cường độ mưa 90mm/h, hệ thống truyền<br /> thông vi ba mặt đất 17 GHz là thích hợp nhất<br /> với khoảng cách đường truyền ngắn và theo<br /> kiểu phân cực đứng.<br /> Các kết quả nêu trên cho thấy, nếu tài nguyên<br /> tần số ở những dải tần thấp đã hết, khi muốn<br /> mở rộng ra những dải tần lớn hơn trong thiết<br /> kế các tuyến truyền dẫn vi ba trong tương lai<br /> cần phải tham khảo kết quả tính toán tổng<br /> mức suy hao do điều kiện khí hậu, đặc biệt là<br /> do mưa như đã trình bày trên đây đề từ đó đề<br /> ra các biện pháp tăng công suất phát tín hiệu<br /> nhằm đạt được hiệu quả tối ưu.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1].Nguyễn Đức Ngữ (chủ biên), Biến đổi khí hậu,<br /> Nxb Khoa học Kỹ thuật, 2008.<br /> [2].Donald G.Fink-Donald Christiansen, Sổ tay kỹ<br /> sư điện tử, Nxb Khoa học-Kỹ thuật, 2000.<br /> [3].Robert E.Collin, “Antennas and Radiowave<br /> Propagation”, McGraw-Hill Book Company, 1985<br /> [4]. “Characteristic<br /> of<br /> precipitation<br /> for<br /> propagation modelling”, Rec ITU-R p837-5, 2007.<br /> <br /> 113<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />