Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động

Chia sẻ: Sfdsf Sdfsd | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

336
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thông tin di động tín hiệu từ nguồn phát đến máy thu với nhiều con đường khác nhau (user di động) tín hiệu fading nhiều tia. Tín hiệu thu được bị ảnh hưởng:

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động

Telecommunications Program Chương 3. Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động • Sóng điện từ truyền trong môi trường vô tuyến với các hiện tượng - Phản xạ (reflection) - Khúc xạ (refraction) - Nhiễu xạ (difraction) - Tán xạ (scattering) Trong thông tin di động tín hiệu từ nguồn phát đến máy thu với nhiều con đường khác nhau (user di động) tín hiệu fading nhiều tia. Tín hiệu thu được bị ảnh hưởng: suy hao, méo biên độ và méo tần số 1
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động • Hầu hết các hệ thống di động hoạt động ở khu vực đô thị nên không có đường truyền trực tiếp từ máy phát đến máy thu và tại những nơi có các cao ốc gây ra suy hao do nhiễu xạ rất lớn. Do có nhiều hiện tượng phản xạ từ nhiều vị trí nên sóng điện từ đến máy thu từ nhiều đường có chiều dài khác nhau gây ra giao thoa lẫn nhau gọi là fading đa đường và làm giảm cường độ sóng • Các mô hình truyền sóng thường tập trung vào việc ước tính mức tín hiệu thu trung bình với cự ly tính từ máy phát cũng như sự thay đổi cường độ tín hiệu trong không gian gần vị trí đang xét • Việc tính cường độ trung bình của tín hiệu nhằm xác định vùng phủ sóng của máy phát được gọi là mô hình diện rộng (large scale) với khoảng cách từ vài trăm đến vài ngàn mét • Mặt khác mô hình truyền sóng được đặc trưng bởi sự thay đổi rất nhanh của cường độ tín hiệu trong khoảng cách ngắn hoặc trong 2 thời gian ngắn được gọi là mô hình diện hẹp hay mô hình fading
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 3
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động I. Ba cơ chế truyền sóng cơ bản:  Phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ là ba cơ chế truyền sóng cơ bản gắn liền với quá trình truyền sóng trong thông tin di động  Hiện tượng phản xạ xãy ra khi sóng điện từ lan truyền va chạm với vật thể có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng lan truyền chẳng hạn như mặt đất, các tòa nhà hay các bức tường  Hiện tượng nhiễu xạ xãy ra khi đường truyền vô tuyến giữa máy phát và thu bị che bởi các bề mặt có cạnh và làm phát xạ sóng thứ cấp khi đó không còn đường truyền line of sight. Ở tần số cao hiện tượng nhiễu xạ giống như phản xạ nhưng phụ thuộc vào hình dạng vật thể che cũng như góc tới, biên độ, pha và cực tính của sóng đến tại điểm nhiễu xạ  Hiện tượng tán xạ xãy ra trong môi trường truyền mà sóng đi qua có vật thể có kích thước nhỏ so với bước sóng và số vật thể trong 4 một đợn vị thể tích là lớn
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 1. Hiện tượng phản xạ: Xét mô hình phản xạ mặt đất như sau Cường độ điện trường ETOT tại antenna thu được xác định như sau 2 E0 d 0 2 hT hR ETOT  v / m   5 d d
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 1. Hiện tượng phản xạ: E0 là điện trường trong không gian tự do tại điểm cách antenna phát là d0  Ta cũng xác định công suất thu và suy hao đường truyền 2 2 hT hR PR  PT GT GR 4 d PL  dB   40 log d  GT  dB   GR  dB   20 log hT  20 log hR 6
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2. Hiện tượng nhiễu xạ:  Hiện tượng nhiễu xạ được giải thích dựa theo nguyên lý Huygen  Hiện tượng nhiễu xạ được sinh ra do quá trình lan truyền của sóng thứ cấp trong vùng bị che chắn  Xét mô hình với giả định h >  7
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2. Hiện tượng nhiễu xạ:  Khoảng cách giữa đường trực xạ và đường nhiễu xạ được gọi là khoảng vượt  h 2 d1  d 2  2 d1d 2  Sai biệt pha 2 2 h 2 d1  d 2  2    v   2 d1d 2 2  v là tham số nhiễu xạ Fresnel-Kirchoff 2  d1  d 2  vh  d1d 2 8
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 2. Hiện tượng nhiễu xạ:  Suy hao do nhiễu xạ knife-edge là hàm của v có thể được xác định theo đồ thị hoặc tính gần đúng như sau L  dB   0 v  1 L  dB   20 log  0.5  0.62v  1  v  0  L  dB   20 log 0.5e0.95v  0  v 1  0.4  0.1184  0.38  0.1v 2  L  dB   20 log     1  v  2.4    0.225  L  dB   20 log   v  2.4  v  9
Telecommunications Program 10
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 3. Hiện tượng tán xạ:  Thực tế tín hiệu thu được trong môi trường thông tin di động thường lớn hơn giá trị mà ta ước lượng với mô hình phản xạ, nhiễu xạ là do sóng RF khi lan truyền chạm phải bề mặt gồ ghề sẽ năng lượng phản xạ được trải ra theo mọi hướng và làm tăng thêm mức tín hiệu thu được  Muốn xác định bề mặt gồ ghề dựa vào độ cao tiêu chuẩn hC. Nếu h là khoảng biến thiên từ chỗ lồi thấp nhất đến chỗ cao nhất lớn hơn độ cao tiêu chuẩn thì được xem là bề mặt gồ ghề  hC  8sin i 11
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 3. Hiện tượng tán xạ:  Nếu xác định được vật gây ra tán xạ đủ lớn và định được vị trí thì có thể xác định mức công suất thu PR  dBm   PT  dBm   GT  dB   20 log   RCS  30 log  4   20 log dT  20 log d R  Đối với các building trung bình và lớn có khoảng cách từ 5 – 10Km thì giá trị RCS có thể nằm trong khoảng 14.1 dB  m2 < RCS < 55.7 dB  m2 12
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor  Truyền dẫn vô tuyến trong thông tin di động thông thường xãy ra ở những địa hình bất thường cũng như xuất hiện thêm các vật cản cũng cần được chú ý đến. các mô hình truyền sóng outdoor với mục đích chủ yếu là đánh giá mức tín hiệu thu ở những vị trí trong khu vực phục vụ (cell hoặc sector) 1. Mô hình longley-Rice: Mô hình Longley-Rice được sử dụng trong các hệ thống thông tin điểm nối điểm hoạt động ở tần số 40MHz đến 100GHz với các loại địa hình khác nhau. Suy hao môi trường truyền được xác định bằng biểu đồ hình học và sự khúc xạ trong tầng đối lưu. Suy hao do nhiễu xạ cũng đước xét đến dựa vào mô hình knife-edge tham số Fresnel-Kirchoff 13
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor 2. Mô hình Okumura  Là một trong những mô hình được sử dụng rất phổ biến cho khu vực đô thị. Mô hình này đáp ứng ở tần số từ 150MHz đến 1920MHz và khoảng cách từ 1Km đến 100Km. có thể sử dụng cho các antenna BTS cao trong khoagnr 30m đến 1000m  Okumura đưa ra một tập các đường cong về suy hao Amu liên quan đến suy hao không gian tự do trong khu vực thành thị với địa hình gần như bằng phẳng kết hợp với antenna trạm gốc cao 200m và antenna đầu cuối di động cao 3m  Để xác định suy hao đường truyền sử dụng mô hình Okumura thì cần xác định suy hao trong không gian tự do trước rồi đến giá trị Amu(f,d) và các hệ số hiệu chỉnh như sau: 14
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor 2. Mô hình Okumura LOkumura  LF  Amu  f , d   G  hte   G  hre   GAREA  G(hte) là hệ số độ lợi về chiều cao của antenna BTS và giá trị này thay đổi với tốc độ 20dB/decade  G(hre) là hệ số độ lợi về chiều cao của antenna MS và giá trị này thay đổi với tốc độ 10dB/decade ở độ cao dưới 3m  h  G  hte   20 log  te  30m  hte  1000m  200  h  G  hre   10 log  re  hre  3m  3   hre  G  hre   20log   3m  hre  10m 15  3 
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor 2. Mô hình Okumura  Giá trị Amu(f,d) và GAREA được xác định dựa vào đồ thị  Mô hình Okumura được xem là tốt nhất và chính xác nhất để xác định suy hao đường truyền trong thông tin di động ở môi trường nội ô hay ngoại ô nhưng lại không phù hợp trong môi trường nông thôn  Ví dụ: Xác định suy hao đường truyền theo mô hình Okumura với d = 50Km, hte = 100m, hre = 10m trong môi trường ngoại ô. Nếu máy phát có EIRP = 1Kw hoạt động ở tần số 900MHz, xác định công suất thu (Giả sử độ lợi của antenna thu là 1) 16
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động 17
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor 2. Mô hình Okumura  Tra đồ thị ta có Amu(900MHz, 50Km) = 43dB và GAREA = 9dB LF  62.4  20 log d  20 log f  62.4  20 log 50  20 log 900  125.5dB  hte  G  hte   20 log    6dB  200   hre  G  hre   20 log    10.46dB  3  PL  LF  Amu  f , d   G  hte   G  hre   G AREA  155.04dB PR  EIRP  PL  GR  60dBm  155.04  95.04dBm 18
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor 3. Mô hình Hata: Mô hình Hata đưa ra công thức kinh nghiệm dựa vào dữ liệu suy hao đường truyền bằng đồ thị của mô hình Okumura. Mô hình hoạt động ở vùng tần số từ 150MHz đến 1500MHz cho khu vực đô thị PLurban  dB   69.55  26.16 log f c  13.82 log hte  a  hre    44.9  6.55log hte  log d  fc đơn vị là MHz có giá trị từ 150 đến 1500  hte có giá trị 30m đến 200m  hre có giá trị 1m đến 10m  d là cự ly truyền đơn vị là Km  a(hre) là hệ số hiệu chỉnh cho độ cao của antenna MS phụ 19 thuộc vào kích thước vùng phu sóng
Telecommunications Program Chương 3: Đặc điểm của kênh truyền trong thông tin di động II. Các mô hình truyền sóng outdoor 3. Mô hình Hata:  Đối với thành phố vừa và nhỏ hệ số a(hre) là a  hre  dB   1.1log f c  0.7  hre  1.56 log f c  0.8   Đối với thành phố lớn 2 a  hre  dB   8.29  log1.54hre   1.1 f  300MHz 2 a  hre  dB   3.2  log11.75hre   4.97 f  300 MHz  Đối với khu vực ngoại ô thì mô hình Hata được xác định 2   fc   PLsuburban  dB   PLurban  dB   2 log     5.4   28   20