Nghiên cứu khảo sát phủ sóng công trình đô thị

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH
VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


LÊ QUANG MINH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT PHỦ SÓNG
CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ



CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ


MÃ SỐ: 60.52.70



LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT





Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ CHÍ QUỲNH

HÀ NỘI - 2009


2

Luận văn được hoàn thành tại:
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Chí Quỳnh

Phản biện 1: ……………………………………………………
……………………………………………………
Phản biện 2: ……………………………………………………
……………………………………………………
Phản biện 3: ……………………………………………………
……………………………………………………
Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm
200

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông

………………………………………………………
3

MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, với sự phát triển về kinh tế xã hội của
đất nước tốc độ hiện đại hoá tại các đô thị và đô thị hoá diễn ra
mạnh mẽ. Nhiều công trình cao ốc mọc lên trong các thành phố lớn
đồng thời cũng xuất hiện nhiều công trình ngầm, công trình có cấu
trúc phức tạp như toà nhà văn phòng, khách sạn, chung cư cao
cấp Tại các công trình này có yêu cầu lớn về thông tin và lưu
lượng thông tin. Yêu cầu cao về chất lượng phục vụ của hệ thống
thông tin nói chung và thông tin vô tuyến di động nói riêng.
Tuy nhiên, do đặc điểm phức tạp của cấu trúc công trình
cùng với sự thiếu đồng bộ khi xây dựng công trình chưa tính đến
các yếu tố phủ sóng di dộng nên tín hiệu di động kém, tồn tại nhiều
điểm mù sóng, chuyển giao, chất lượng cuộc gọi thấp…Với các lý
do trên, việc xây dựng hệ thống phủ sóng trong công trình này đảm
bảo chất lượng phục vụ của mạng di động là hết sức cần thiết.
Trong khuôn khổ của luận văn này sẽ phân tích các mô
hình truyền sóng, các tham số ảnh hưởng đến quá trình phủ sóng
nói chung và phủ sóng công trình đô thị nói riêng, đưa ra mô hình
thích hợp làm cơ sở cho công tác khảo sát, đánh giá, quy hoạch
mạng, lựa chọn phương án tốt nhất để thi công đảm bảo chất lượng
dịch vụ.
Mô hình được lựa chọn là 3D (3-Dimension), một mô hình
hiện đại được các nhà thiết kế trong nhiều lĩnh vực sử dụng để mô
phỏng, khảo sát đối tượng. Mô hình này áp dụng trong phân tích,
thiết kế mạng di động chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả cao.
Chương I của luận văn sẽ tìm hiểu các mô hình truyền
sóng; Nắm vững phạm vi ứng dụng của các mô hình truyền sóng;
Có khả năng áp dụng kiến thức mô hình truyền sóng mới; Tính

toán suy hao của tín hiệu vô tuyến trong các môi trường.
Chương II tìm hiểu nguyên lý lan truyền tín hiệu di động
trong môi trường truyền dẫn trong nhà; Đánh giá được mức độ phủ
sóng của trạm phát sóng ngoài trời đối với một tòa nhà cao tầng;
Sự cần thiết phải xây dựng hệ thống phủ sóng tín hiệu cho các
công trình xây dựng cao tầng, công trình ngầm. Giới thiệu mô hình
4

trong không gian 3D với bộ phần mềm Google Sketchup để
biểu diễn và mô phỏng điều đó.
Chương III áp dụng mô hình đã chọn cho việc xây dựng dự
án, quá trình thiết kế và thực hiện lắp đặt hệ phủ sóng di động bên
trong tòa nhà cao ốc.
Cuối cùng, phần kết luận sẽ tổng kết các kết quả nghiên
cứu của luận văn với hy vọng mô hình 3D được ứng dụng rộng rãi
vào thực tế.
5


CHƯƠNG 1. CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG
1.1 Nguyên lý truyền dẫn sóng điện từ.
1.1.1 Các cơ chế lan truyền sóng điện từ.
Lan truyền sóng điện từ được chia thành 3 cơ chế lan truyền cơ
bản:
Phản xạ là cơ chế xảy ra khi sóng điện từ va đập vào vật thể có
kích thước lớn hơn rất nhiều so với bước sóng. Phản xạ sinh ra các
sóng thứ cấp có thể gây nhiễu với các sóng khác.
Khúc xạ là cơ chế xảy ra khi đường truyền sóng bị che khuất
một phần bởi một vật thể. gốc và máy di động luôn thay đổi.
Tán xạ là cơ chế xảy ra trong môi trường truyền dẫn có chứa

các vật thể có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của tín
hiệu. 1.1.2 Các hiệu ứng lan truyền sóng.
Lan truyền sóng điện từ trong môi trường thực là một quá trình
phức tạp, đó là sự kết hợp của nhiều cơ chế lan truyền khác nhau.
Tuy nhiên, nó được mô hình hóa thành 3 loại hiệu ứng cơ bản sau:
Hiệu ứng nhiều tia là hiệu ứng lan truyền sóng rất phổ biến
trong môi trường di động. Nó là sự tổng quát hóa của cơ chế phản
xạ hai tia. Trong thực tế, lan truyền nhiều tia sẽ có hàng chục đến
hàng trăm tín hiệu thành phần với biên độ và pha ngẫu nhiên sẽ
đến máy thu.
Hiệu ứng che khuất: sự thay đổi chậm trong suy hao đường
truyền gây ra bởi sự che chắn hoặc che chắn một phần do kích
thước lớn của vật thể hoặc đặc tính của địa hình.
Lan truyền qua tòa nhà và khu vực giao thông. Để đảm bảo
rằng cường độ tín hiệu đủ mạnh tới các máy di động, chúng ta cần
phải tính toán suy hao đường truyền khi tín hiệu xuyên qua các vật
thể. Mức tín hiệu bên trong tòa nhà chịu ảnh hưởng của nhiều tham
số khác nhau. Đó là:
- Góc tới của tín hiệu từ trạm gốc đến tòa nhà.
- Hình dạng của cửa sổ.
- Đặc tính hấp thụ và phản xạ của bề mặt và tường của tòa nhà.
- Sự bố trí sắp xếp và đặc tính của đồ vật bên trong.
- Sự thay đổi từ tầng nọ đến tầng kia so với vị trí của trạm gốc.
- Lan truyền trong các hộp kỹ thuật, giếng thang máy.
1.2 Lan truyền trong không gian tự do.
6

Lan truyền trong không gian tự do khi tín hiệu chỉ truyền trên
một đường, không có sự phản xạ cũng như sự che chắn đường
truyền bởi vật thể. Về mặt kỹ thuật, điều kiện để có lan truyền tự

do là miền Fresnel thứ nhất không bị che chắn bởi vật thể.
Nếu gọi d là bán kính miền Fresnel thứ nhất, λ là bước sóng
của tín hiệu, D là khoảng cách từ trạm phát đến máy di động, ta có
công thức tính bán kính miền Fresnel thứ nhất như sau:
d=
1
2
D

(1-1)
Chúng ta bắt đầu với công thức tính suy hao sau:
Lfs=
2
4
d


 
 
 
(1-2)
Trong công thức này, d là khoảng cách giữa máy phát và máy
thu. λ là bước sóng .
Ta viết lại công thức trên theo các tham số thường được sử
dụng là tần số (f) và khoảng cách với ở = c/f, trong đó f là tần số
sóng mang (đơn vị la MHz), c là vận tốc ánh sáng (c= 3.10
8
m/s).
Lfs =
2

4
df
c

 
 
 
(1-3)
Chuyển đổi công thức này sang logarit, ta có:
L (dB) = 32.44 + 20lgf(MHz) + 20lgd(km) (1-4)
Chuyển đổi sang dB, ta có:
fs
40
L (dB)=20lg 20 lg 20 lg
3
f d

 
 
 
 

1.3 Mô hình Okumura.
Okumura muốn tính toán một cách hệ thống đối với các loại địa
hình khác nhau và các môi trường khác nhau.
Công thức Okumura:
L
OKUMURA
= L
fs

+ A
m
(1-5)
Trong đó:
A
m
là hệ số suy hao dự đoán Okumura. A
m
được tra qua đồ
thị đường cong.
L
fs
: là suy hao lan truyền trong không gian tự do.
1.4 Mô hình Hata
7

Mô hình này được xây dựng dựa trên suy hao đường truyền
giữa các anten isotropic, nhưng nó cũng xét đến các thông số khác
như chiều cao của cột anten trạm BTS, chiều cao của anten MS.
Địa hình trong mô hình được giả thiết là khá bằng phẳng, không có
bất thường.
Công thức Hata tính suy hao đường truyền:
L
HATA
= 69,55 + 26,16logf
C
–13,82logh
B
- a(h
m

) + (44,9-
6,55logh) x logR (1-6)
1.5 Mô hình COST231 – Walfish – Ikegami.
Mô hình COST231-Walfish-Ikegami ước lượng suy hao đường
truyền trong môi trường đô thị, với dải tần làm việc từ 800 đến
2000MHz. Công thức COST231-Walfish-Ikegami :
L
COST
=
fs ms rts
fs
L + L + L
L



Nếu L
ms
+ L
rts
< 0 (1-7)
Suy hao hướng phố:
 
 
ori
10 0,345
2,5 0,075 35
4,0 0,114 35
L




 


  


 

0 0
0 0
0 0
0 35
35 55
55 90
khi
khi
khi



 
 
 




8

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG NHÀ
2.1 Các mô hình thực nghiệm.
2.1.1 Truyền sóng bên ngoài vào trong tòa nhà.
Trong thông tin di động, các nhà chuyên môn lấy yếu tố suy
hao đường truyền tín hiệu trong tòa nhà để đánh giá chất lượng cho
từng mạng di động. Các vấn đề của mô hình lan truyền tín hiệu
trong nhà rất khác nhau và phức tạp. Cụ thể là:
* Đó là môi trường truyền dẫn 3 chiều. Bởi vì với một khoảng
cách xác định từ BTS đến MS, chúng ta phải quan tâm đến yếu tố
chiều cao, nó phụ thuộc vào số tầng của tòa nhà. Trong khu vực
thành thị, chúng ta dễ nhận thấy rằng tín hiệu sẽ có đường truyền
thẳng LOS từ BTS đến MS khi MS đang ở các tầng cao của tòa
nhà, trong khi nếu MS ở các tầng thấp hay trên phố, đường truyền
LOS rất khó đạt được.
* Môi trường truyền dân bên trong tòa nhà trong đó chứa nhiều
vật cản. Những vật cản này được làm từ nhiều loại vật liệu khác
nhau, và có vị trí rất gần với máy di động. Với môi trường như
vậy, đặc tính lan truyền của tín hiệu sẽ thay đổi rất nhiều so với
môi trường ngoài trời.
* Chúng ta đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về lan
truyền tín hiệu từ ngoài vào bên trong tòa nhà, đặc biệt với các dải
tần số sử dụng cho mạng di động.
Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra công thức suy hao của tín
hiệu:
L = S + 10nlogd (2-1)
Trong đó:
S là hằng số, S = 32.0 @ 900MHz = 38.0 @ 1800MHz.
d là khoảng cách giữa máy phát và máy thu.

Khi trạm thu phát nằm bên ngoài, tín hiệu bên trong tòa nhà sẽ
có những đặc tính sau:
- Sự thay đổi tín hiệu theo tỉ lệ nhỏ (small-scale) tuân theo
phân bố Rayleigh.
- Sự thay đổi tín hiệu theo tỉ lệ rộng (large-scale) tuân theo
phân bố lognormal với độ lệch chuẩn phụ thuộc vào điều kiện môi
trường lan truyền và diện tích từng tầng.
9

- Suy hao xâm nhập vào tòa nhà của tín hiệu sẽ giảm khi tần
số tăng.
- Khi không có đường truyền thẳng LOS giữa BTS và tòa nhà
(cơ chế tán xạ chiếm ưu thế), sự sai lệch tiêu chuẩn của giá trị
trung bình cục bộ xấp xỉ 4dB. Khi có đường truyền thẳng LOS, sự
sai lệch tiêu chuẩn là 6 đến 9dB.
- Sự thay đổi suy hao xâm nhập của tín hiệu theo độ cao là
2dB/tầng.
Toledo đã thực hiện các phân tích hồi quy nhiều bước với một
cơ sở dữ liệu to lớn, và nghiên cứu mối quan hệ của các tham số.
Kết quả tốt nhất của ông là đưa 3 tham số vào công thức toán hồi
quy. Đó là khoảng cách d giữa máy phát và thu, diện tích sàn A
f
,
và hệ số S
Q
thể hiện cho số sàn của tòa nhà có đường truyền thẳng
LOS. Mô hình cho tần số 900 và 1800MHz như sau:
L = -37,7 + 40logd + 17,6logA
f
–27,5S

Q
(2-2)
L = -27,9 + 40logd + 23,3logA
f
– 20,9S
Q
(2-3)
Sai số giữa công thức toán học trên với giá trị đo thực nghiệm
là 2,4 và 2,2dB tương ứng. Sai số này nhỏ hơn một chút so với kết
quả nghiên cứu của Barry và Williamson.
2.1.2 Truyền sóng bên trong tòa nhà.
Lan truyền sóng trong nhà chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các đặc
tính của tòa nhà như các bố trí vật dụng trong nhà, vật liệu dùng để
xây dựng tường, sàn nhà, trần nhà.
Sự hoạt động không như mong muốn của hệ thống băng thông
rộng có thể gây ra bởi nhiễu giữa các ký tự do sự trễ dải rộng. Điều
này làm hạn chế tốc độ truyền dữ liệu. Do vậy, trong hệ thống
băng thông hẹp, phading nhiều tia và che khuất làm hạn chế vùng
phủ sóng.Nhiễu có thể xuất phát từ tự nhiên, cũng có thể do con
người, hoặc cũng có thể do các user khác trong một hệ thống nhiều
user tạo ra. Nó làm hạn chế số lượng user cùng tồn tại trong một
vùng phủ sóng. Các kỹ thuật như cấp kênh động, điều khiển công
suất, thu phân tập có thể được sử dụng để hạn chế vấn đề này.
2.1.2.1 Đặc tính lan truyền.
Một số các nghiên cứu đã được thực hiện để xác định các đặc
tính lan truyền trong nhà, trong tòa nhà văn phòng, trong nhà
xưởng. Một trong số các nghiên cứu mới nhất, được thực hiện trên
10

hệ thống điện thoại vô tuyến tại Nhật Bản, có dải tần làm việc từ

250 đến 400MHz. Kết quả nghiên cứu cho thấy suy hao đường
truyền trung bình tuân theo quy luật suy hao trong không gian tự
do trong khoảng cách rất gần (trong phạm vi 10m). Sau đó, suy
hao này tăng tỉ lệ với khoảng cách.
Motley and Keenan đã báo cáo kết quả nghiên cứu thực
nghiệm của họ với môi trường nghiên cứu là tòa nhà văn phòng
nhiều tầng, tại tần số là 900 và 1700MHz. Một máy phát cầm tay
di chuyển trong một phòng được lựa chọn trong tòa nhà này, trong
khi máy thu là cố định một chỗ. Máy thu có vị trí tại trung tâm của
tòa nhà, nó giám sát các mức của tín hiệu. Họ đã đưa ra một công
thức thể hiện mối quan hệ giữa công suất và khoảng cách như sau:
P = P’ + kF = S + 10nlogd (2-4)
Trong đó:
F là suy hao tại mỗi tầng của tòa nhà. K là số tầng.
P’ là tham số suy hao phụ thuộc tần số
Có một số công thức mở rộng của (2-1) trong mô hình suy hao
tín hiệu trong nhà.
L = S + 10nlogd + X
d
(2-5)
Trong đó X
d
là tham số lognormal (dB) với độ sai lệch tiêu
chuẩn là σ. Xuất phát từ công thức cơ bản (2-1), Toledo và
Turkmani đã tiến hành nghiên cứu có sử dụng thêm các yếu tố
khác, đưa ra công thức:
L = 18.8 + 39.0logd + 5.6k
r
+ 13.0S
win

– 11.0G – 0.024A
f

L = 24.5 + 33.8logd + 4.0k
r
+ 16.6S
win
– 9.8G – 0.017A
f
(2-6)
Trong đó, k
r
là số sàn giữa máy phát và máy thu.
S
win
là hệ số thể hiện cho mức năng lượng thoát ra và quay lại
tòa nhà. Swin có giá trị là 0 hoặc 1, phụ thuộc vào vị trí của máy
thu. G thể hiện cho mức năng lượng tại hai tầng thấp nhất của tòa
nhà. A
f
là diện tích sàn của phòng đặt máy thu.
2.2 Mô hình giải tích truyền sóng trong nhà (Ray tracing).
Có một số phương pháp để xác định đường đi trong đó chúng
ta có thể áp dụng phương pháp tìm vết ( Ray tracing ). Phương
pháp này dựa trên công nghệ xử lí ảnh. Nó coi tất cả các vật cản
như là vật phản xạ tiềm tàng và tính toán ảnh hưởng của chúng dựa
trên xử lí ảnh. Đây là các tiếp cận suy hao trong nhà đầy đủ nhất vì
nó tính đến tất cả các tia phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ tất cả mọi
hướng. Do đó vị trí giữa máy phát và máy thu cần được xây dựng
11

trong không gian 3D để có thể chính xác hóa và mô tả được
hết đường đi của sóng từ BTS đến MS.
Công thức suy hao:
PL(d) = PL(d
0
) + 10nlog(d/d
0
) (dB)
PL(d
0
) = 20log(4d
0
/) = 20log(4/) + 20log(d
0
)
PL(d
0
= 1m; 960MHz) = 32dB
PL(d
0
= 1m; 1800MHz) = 38dB
d
0
(indoor, typical) = 1m
d
0
(outdoor, typical) = 100m ~ 1km.
n : hệ số suy hao theo hàm mũ cuả từng loại môi trường
Rút gọn biểu thức ta có :

L = S + 10.n.log (d )
Công thức cuối cùng và đầy đủ để tính suy hao trong nhà :
+ Đối với GSM 900 :
( ) 32,5 20log( ) 20log( ) . . .W
L dB f d k F n m
    

+ Đối với GSM 1800:
( ) 38 20log( ) 20log( ) . . .W
L dB f d k F n m
    

Với :
f
: tần số phát của máy phát tín hiệu ( MHz).
d
: khoảng
cách từ máy phát đến máy thu, k : số sàn của tòa nhà,F: tổn hao
qua sàn nhà, n : hệ số tỉ lệ tổn hao góc tới của đường truyền LOS,
W: tổn hao của tường. m : số tường mà sóng di động truyền qua.
Đây là công thức suy hao chỉ mang tính tương đối trong một
mô hình tương đối vì mô hình trong thực tế lại vô cùng phức tạp và
có nhiều điều cần phải xét đến.
12

CHƯƠNG III. ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐÃ CHỌN CHO
ĐỀ ÁN PHỦ SÓNG TÍN HIỆU BÊN TRONG TOÀ NHÀ
CAO ỐC
3.1 Giới thiệu
Trong chương này, sẽ giải trình bày từng bước của quá trình

thiết kế và thực hiện lắp đặt hệ thống phủ sóng tín hiệu trong tòa
cao ốc. Phần thiết kế, tính toán dựa trên mô hình 3D.
Hệ thống này được thiết kế dựa trên công nghệ thông tin di
động GSM1800. Đối tượng lập dự án là tòa nhà văn phòng Trung
tâm Phát thanh Quốc gia 58-Quán Sứ-Hà Nội. Qui mô công trình
gồm 15 tầng, trong đó có 2 tầng hầm, được xây dựng trong tổng
diện tích hơn 17.000 m2.
3.2 Khảo sát và nhận dạng địa hình tòa nhà cần phủ sóng.
3.2.1 Mục tiêu.
Những mục tiêu phải đạt được trong giai đoạn khảo sát:
• Phạm vi phủ sóng ;
• Loại cáp, Vị trí đi cáp.
• Vị trí đặt anten, Số lượng anten cần thiết cho một tầng,
• Nguồn nuôi cho BTS và hệ thống.
3.2.2 Các thông số cần thiết để lập kế hoạch ví trí.
3.2.2.1 Các tham số về tòa nhà.
Khi lập dự án cho IBC, các thông số chi tiết về tòa nhà cần
được thu thập. Các thông số đó là:
• Những khu vực cần được phủ sóng, đánh dấu những khu vực
này trên sơ đồ bản vẽ.
• Diện tích sàn (ví dụ 50 x 50m) hoặc diện tích khu vực cần
phủ sóng, xác định tỉ lệ của bản vẽ hoặc xác định một kích thước
chuẩn trên bản vẽ.
• Chiều cao của mỗi tầng (thông thường là 4m).
• Vật liệu của sàn, tường, trần cũng như là độ dày của chúng.
• Số lượng và vị trí của vách ngăn, đánh dấu vị trí trên bản vẽ.
• Vị trí của máng cáp, các khu vực cho phép hoặc không cho
phép dây cáp đi qua, đánh dấu các khu vực này trên bản vẽ.
• Xác định từng loại cáp cho các khu vực cụ thể.
• Xác định vị trí có thể đặt anten, các khu vực không cho phép

đặt anten, các vị trí trần và tường cho phép mắc antena, chủng loại
13

anten, số lượng anten cần thiết (công suất trên mỗi anten/ sóng
mang), vị trí của trần giả nếu có.
• Vị trí của đường cáp chính.
• Vị trí đặt BTS, đánh dấu trên bản vẽ.
Tất cả các thông tin trên cần được đánh dấu trên bản vẽ tòa
nhà.
3.2.4.2 Kết quả khảo sát tòa nhà Trung tâm Phát thanh
Quốc gia.
Sau khi tiến hành khảo sát tòa nhà Trung tâm Phát thanh Quốc
gia, các thông số của tòa nhà được thu thập như sau:
Công trình Trung tâm Phát thanh Quốc gia qui mô công trình
gồm 15 tầng, trong đó có 2 tầng hầm, được xây dựng trong tổng
diện tích hơn 17.000 m2
* Ngoài 2 tầng hầm ra, công trình có 3 khối chính:
+ Studio nhà hát và phòng máy.
+ Studio thu nhạc nhẹ - nhạc điện tử và phòng máy.
+ Studio thu nhạc dân tộc
Hiện nay công trình đang trong giai đoạn hoàn thiện
3.2.5 Kết quả khảo sát tín hiệu bên trong tòa nhà Trung
tâm Phát thanh Quốc gia.
3.2.5.1 Giới thiệu.
*Thiết bị phục vụ cho việc khảo sát bao gồm:
+ Máy đo TEMS Sony Ericsson K800i
+ Máy tính xách tay HP Compaq 6520s
+ Máy định vị vệ tinh GPS.
+ Máy ảnh kỹ thuật số.
*Hai tham số chính được thu thập và đánh giá trong quá trình

khảo sát tại các tầng này là:
+ Mức thu: RxLevel
+ Chất lượng thu: QxLevel
Ngoài ra, các tham số về chuyển giao (hand-over), rớt cuộc gọi
(drop-call), lỗi cuộc gọi (failure-call) và floating cũng được thu
thập và đánh giá.
3.2.5.2 Kết quả khảo sát
a. Đo mức thu RxLevel
Sau khi kết thúc quá trình khảo sát tào nhà, có thể nhận xét về
mức thu RxLevel của tào nhà như sau: Mức thu RxLevel trong toà
nhà là yếu. Từ báo cáo của máy đo cho thấy, mức thu nằm trong
14

khoảng từ –78 dbm đến – 94dbm. Tại tầng hầm của toà
nhà, hoàn toàn không có sóng di động. Tại các tầng từ tầng 1 đến
tầng giữa của khách sạn, mức thu nằm trong khoảng – 81 dbm đến
-93 dbm. Các phòng nằm sâu trong tào nhà mức thu RxLevel rất
thấp, đặc biệt trong thang máy hoàn toàn không có sóng.
Đối với các tầng trên cùng, hiện tượng điển hình của toà nhà
cao tầng là floating xuất hiện. Điều này có ảnh hưởng nghiêm
trọng đến quá trình thực hiện cuộc gọi.
Hình 3.1 Kết quả khảo sát từ tầng 8 đến tầng mái: Xảy ra hiện
tượng khó thiết lập cuộc gọi cũng như rớt cuộc gọi thường xuyên:

15

Hình 3.2 Kết quả khảo sát tầng hầm
16


b. Đo chất lượng thu QxLevel.
Đánh giá chất lượng thu dựa trên các yếu tố, đó là mức thu
RxLevel, hệ số lỗi khung FER (frame error rate), interfere ,
handover Sau khi khảo sát toà nhà, từ kết quả cho thấy tại các
tầng cao, hiện tượng hand over liên tục xảy ra. Trong toàn bộ cả
toà nhà, lưu lượng cuộc gọi luôn ở mức cao. Kết hợp 2 yếu tố này
dẫn đến tình trạng rớt cuộc gọi khi chuyển giao rất cao. Tỷ lệ cuộc
gọi thành công rất thấp. Chúng ta thấy rõ hiện tượng handover xảy
ra liên tục trong đồ thị bên dưới.
3.3 Thiết kế hệ thống.
Sau khi hoàn tất việc thu thập tất cả thông tin về toà nhà, về
BTS và các chỉ tiêu tham số cho thiết kế, chúng ta có thể bắt đầu
với việc đặt kế hoạch.
Trước hết chúng ta phải chọn một hệ thống phân phối. Ngoài
ra, chúng ta phải thu thập thêm thông tin từ tài liệu kỹ thuật của
các thiết bị cụ thể. Từ nhà khai thác, chúng ta biết được mức thu
tối thiểu cho phép của tòa nhà, giả sử là -85dBm. Từ đó, chúng ta
có thể tính toàn được suy hao đường truyền lớn nhất từ máy di
động nằm tại rìa vùng phủ sóng đến BTS như sau:
Suy hao = + 4 dBm - ( - 85 dBm) = 89 dB.
Để tiếp tục chúng ta cần đi sâu hơn vào sự truyền lan sóng
radio trong nhà.
3.4 Công cụ mô phỏng không gian 3D
Trên thức tế các tia sóng không phải lúc nào cũng có thể
truyền thẳng từ BTS đến MS. Nếu những vật che chắn hay vật
hấp thụ sóng nằm trên đường truyền sóng thì tia sóng có thể bị tán

xạ, khúc xạ xuyên qua hay thậm chí bị hấp thụ hoàn toàn. Như đã
trình bày ở trên thì việc biểu diễn phương truyền sóng trong không
gian 3D là vô cùng cần thiết. Nó sẽ cho ta hình dung cụ thể một số
đường truyền cơ bản từ Anten đến máy thu. Ở đây ta sử dụng phần
mềm Google Sketchup (SU) để biểu diễn và mô phỏng điều đó.
3.4.1 Các chức năng cơ bản Google Sketchup
3.4.1.1 Giao diện chương trình :
17



So với một số phần mềm đồ họa 3 chiều khác thì chương trình
SketchUp lúc mới cài đặt có giao diện đơn giản, chỉ bố trí một số
chức năng cơ bản giúp cho những người không chuyên vẫn có thể
tiếp cận và sử dụng dễ dàng. Có thể chia màn hình làm việc chính
ra 3 phần:
+ Phía trên là thanh Menu chính.
+ Dưới thanh Menu là thanh công cụ gồm các nút công cụ
để xóa, tô màu, đo khỏang cách, vẽ hình chữ nhật, hình tròn,
đường cung, hình khối 3 chiều và các nút điều hướng như di
chuyển, xoay, v.v.
+ Phần diện tích lớn nhất dành thể hiện các chi tiết của bản vẽ:
Ta thấy bố trí một hệ trục toạ độ ba chiều Oxyz tương ứng với 3
màu đỏ, xanh cây và xanh dương. Khi ta vẽ theo một phương bất
kỳ nào đó, đường vẽ sẽ có màu đen. Nếu đường vẽ chuyển sang 1
trong 3 màu đỏ, xanh cây hay xanhdương thì ta biết rằng lúc đó
đường vẽ sẽ có phương song song với một trong 3 trục tọa độ Ox,
Oy, Oz.
3.4.1.2 Các chức năng chính trên thanh Menu:
18

 File : chứa hầu hết các công cụ như một số phần mêm
khác như : mở file mới, lưu một file đã làm.
 View : giúp chúng ta có thể đưa các công cụ hiện lên màn
hình giao diện dưới dạng các biểu tượng để thuận tiện sử dụng.
 Camera : giúp chúng ta có thể phóng to, thu nhỏ hay nhìn
vật thể và mô hình dưới góc độ khác nhau : Top , Botton , Right,
Left, Front, Back . . .
 Draw : Chứa các công cụ vẽ đường thẳng ( Line ), đường
cong ( Arc ), vẽ tự do ( Freehand ), hình chữ nhật ( Rectangle )
,đường tròn ( Circle ) …
 Tool : Chứa các công cụ như : lựa chon, tẩy xóa, tô màu,
dịch chuyển, phóng lớn, gọt theo đường dẫn ( Follow me )…
 Window : để cấu hình thông tin bản vẽ ( Model info ), đưa
các vật dụng gia đình, chi tiết vào bản vẽ ( Components ), hay định
dạng vật liệu của vật ( Materials )…
3.4.1.3 Một vài chức năng đặc biệt của Google Sketchup
a ) Các công cụ nằm trong menu Window:
 Materials : Đây là công cụ chọn màu phủ chất liệu khi sử
dụng công cụ Paint Brucket phủ màu đối tượng. Có rất nhiều màu
để phủ lên vật thể, mái nhà, bức tường … như chất liệu ngói, gạch,
đá, gỗ, gương,
 Components : Chèn thêm các đối tượng : dụng cụ sinh
hoạt, máy móc, vật dụng trang trí … vào bản vẽ.
 Bóng đổ : đây là chức năng khá thú vị cho phép ta mô
phỏng bóng của vật thể, công trình trong không gian 3D. Ta có
chọn Windows / Shadows
b ) Import bản vẽ AutoCAD : Đây là công cụ tuyệt vời dành cho
dân kiến trúc nói riêng và mọi người muốn sử dụng SU cho việc
tạo bản vẽ 3D của công trình từ bản vẽ hình chiếu AutoCAD.

19


3.4.2 Một số hình 3D minh họa được dựng từ SU

Trên đây chỉ là các công cụ cơ bản nhất của Google Sketchup,
bên cạnh đó còn rất nhiều công cụ hay và đặc sắc đang đợi chúng
ta khám phá. Các bạn có thể tìm hiểu thêm trên ebook : the
SketchUp® Version 5 để có thể làm được nhiều điều mà bạn
muốn. Qua đây, chúng ta thấy được các chức năng tuyệt vời mà
SU đem lại bên cạnh giao diện sử dụng đơn giản, thân thiện. Đó
là ưu điểm tuyệt vời của Google Sketchup dành cho những kĩ sư
chưa rành về vẽ kĩ thuật trong cả lĩnh vực cơ khí và xây dụng .
20

3.5 Một số hình ảnh mô phỏng bằng mô hình 3D
Bản vẽ phủ sóng tầng hầm 1
Bản vẽ phủ sóng tầng 1
21

Mô phỏng vùng phủ sóng
Mô phỏng vùng phủ sóng
22


KẾT LUẬN

Mục tiêu của luận văn là : Tìm hiểu các mô hình truyền sóng
với mục đích nắm vững phạm vi ứng dụng của các mô hình truyền

sóng, từ đó vận dụng để tính toán suy hao của tín hiệu vô tuyến
trong các môi trường.
Với phạm vi khảo sát môi trường truyền sóng bên trong các tòa
cao ốc thì việc tìm hiểu nguyên lý lan truyền tín hiệu di động trong
môi trường truyền dẫn trong nhà là để đánh giá được mức độ phủ
sóng của trạm phát sóng ngoài trời đối với một tòa nhà cao tầng.
Đồng thời, thấy được sự cần thiết phải xây dựng hệ thống phủ sóng
tín hiệu cho các công trình xây dựng cao tầng, công trình ngầm.
Quá trình khảo sát, thiết kế để đạt được kết quả tốt phải trải qua
nhiều bước với nhiều phương pháp, công cụ, thiết bị hỗ trợ. Thông
thường, với mô hình 2D, các kết quả tính toán, mô phỏng thực địa,
đường đi của tia sóng và sự suy hao khi qua các vật cản không
được mô tả một cách chi tiết, sát với thực tế; Tính trực quan hạn
chế hơn nhiều so với mô hình 3D.
Trong không gian 3D từ antenn BTS tới các MS tia sóng sẽ
gặp phải vật chắn khác nhau, với góc tới khác nhau nên suy hao
không chỉ phụ thuộc khoảng cách mà còn phụ thuộc góc tới và vật
liệu tường (trong không gian 3D khoảng cách thực còn phụ thuộc
độ cao trần nhà). Do đó có thể nói vùng phủ sóng tròn như một số
tài liệu mô phỏng là không đúng. Thực tế, đó là những hình như
chúng tôi đưa ra ở phần 3.5.
Các tính toán các hạng mục công trình phủ sóng trong không
gian 3D còn thấy rỏ các góc khuất, từ đó tính toán chi tiết đường đi
của cáp, chiều dài cáp để xác định mức độ suy cáp do cáp – một
yếu tố gây sai lệch đáng kể khi áp dụng mô hình 2D.
Kết quả của việc tính toán nêu trên sẽ xác định chính xác số
lượng vật tư cần thi công, chi phí nhân công …là những yêu cầu
quan trọng đối với các nhà thiết kế lập dự toán công trình.
23

Tóm lại: so với việc áp dụng các mô hình trong không
gian 2D, việc áp dụng trong không gian 3D có một số ưu điểm sau:
1, Tính toán khoảng cách tới điểm thu chính xác hơn. Do đó,
tính suy hao chính xác hơn.
2, Xác định vật chắn chính xác hơn. Điều này ảnh hưởng lớn
tới tính suy hao.
3, Tính toán và dự trù đường đi cáp chính xác hơn. Do đó, do
đó dự trù vật liệu, nhân công đúng hơn. Điều này rất quan trọng
trong thực tế .
Vì vậy, các công ty nước ngoài hiện nay hay áp dụng phần
mềm 3D. Và nhiều chủ đầu tư Việt Nam đòi hỏi mô hình 3D. Do
đó, việc nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D là rất cần thiết
24

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ 1 ]. KS. Đinh Thị Minh Nguyệt: Giải pháp phủ sóng di động
GSM trong các công trình đặc biệt, Tạp chí công nghệ thông tin &
truyền thông.
[ 2 ]. Phan Anh: Lý thuyết và kỹ thuật anten, bản in lần 4, Nhà xuất
bản và Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2002.
[ 3 ]. Thông tin di động GSM, Học viện công nghệ bưu chính viễn
thông.
[ 4 ]. Nguyễn Song Tùng: Indoor coverage, Đồ án tốt nghiệp cao
học, Trường đại học Bách Khoa, Hà Nội, 2004.
[ 5 ]. Visual Basic cho sinh viên & kỹ thuật viên khoa công nghệ
thông tin, Nhà xuất bản thống kê, Hà Nội, 2003.