Tài liệu tham khảo bộ môn thông tin di động

Thông tin di động 1
Chương 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Như chúng ta đều đã nhận thấy thì khi cuộc sống càng phát triển chúng ta càng
rất cần thông tin đồng thời thì thông tin cũng làm chất xúc tác cho cuộc sống hiện nay
phát triển ngày càng cao hơn. Trong rất
nhiều
l
ĩnh
vực thông tin thì thông tin di động đã
và đang là vấn đề phát triển nhanh nhất, càng ngày thông tin
di

động
càng được phổ
biến rộng rãi và sâu rộng. Từ những nhận thức đó thì việc tìm hiểu kỹ thuật công nghệ
của chuyên ngành thông tin di động là một yêu cầu tất yếu của các sinh viên chuyên
ngành thông tin liên lạc
hiện
này và sau này. Hệ thống thông tin di động là một hệ
thống viễn thông khá phức tạp và có nhiều ứng
dụng

rộng
rãi, từ điện thoại di động đến
hiện nay là truyền số liệu di động cũng đã được triển khai rộng khắp.
1.1. Giới thiệu tổng quan
Hiện nay trên thế giới nói chung và trong đó có Việt Nam chúng ta đã đang và sẽ
tồn tại hai hệ thống thông tin di động đó là mạng điện thoại di động tổ ong GSM
(Global System for Mobile
Communication)

và
mạng di động sử dụng công nghệ
CDMA (Code Division Multipe Acess). Mỗi hệ thống có những
đặc

tính
riêng, có ưu
nhược điểm đặc trưng mà hệ thống còn lại không (hoặc chưa) thay thế được. Trong giáo
trình
này
chúng ta sẽ đề cập đến cả hai hệ thống nói trên theo từng đặc tính chung và
riêng của chúng.
1.1.1. Khái quát lịch sử phát
t
r
iể
n
Cột mốc đánh dấu sự ra đời và phát triển của thông tin di động hiện nay phải
được xét đến kể từ khi James Clerk Maxwell đưa ra lý thuyết về sóng điện từ vào năm
1861, đây là nền tảng lý thuyết quan trọng nhất của các kỹ thuật thông tin không dây
nói chung và trong đó có cả thông tin di động của chúng ta. Tuy nhiên để áp dụng được
lý thuyết đó vào thực tế là cả một chặng đường lâu dài. Cho đến những thập niên đầu
thế kỹ XIX, các dạng thông tin di động đầu tiên được phát triển để phục vụ cho quân sự
và các dịch vụ an toàn công cộng nhất là trong thế chiến thứ 2.
Sau thế chiến thứ hai, thông tin di động bắt đầu được phát triển cho mục đích
thương mại, đầu tiên được xây dựng ở Mỹ hệ thống điện thoại di động MTS (Mobile
Telephone System) vào năm 1946; nhưng trên mạng đó chỉ cho phép truyền đơn công
và sử dụng chuyển mạch nhân công. Mãi đến 1969 hệ thống
điện

thoại
di động song
công sử dụng chuyển mạch tự động mới được phát triển thành công là IMPS (Improved
Mobile Telephone System). Mạng thoài này sử dụng dãi tần 450MHz và đã được chuẩn
hóa tại Mỹ nhưng lại không thể đáp ứng nhu cầu phát triển.
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 2
Vào cuối thập kỷ 70, phòng thí nghiệm Bell LaBTS đã phát triển thành công hệ
thống AMPS và
đưa

ra
thương mại hóa bởi hãng AT&T vào năm 1983; hệ thống này sử
dụng dãi tần trên 800MHz với hướng
lên
trong khoảng 824-846MHz và hướng xuống
là 869-894MHz. Trong AMPS sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự FM với khoảng dịch
tần cực đại 12KHz cho kênh thoại và khoảng cách tần số là 30KHz; phân bố tần số
trong mạng tuân theo nguyên lý chia ô. AMPS chia sẽ cho hai nhà cung cấp với 832
kênh. Các kênh được chia đều cho các nhà cung cấp dịch vụ, và khu vực địa lý, với 42
kênh mang thông tin của mạng (kênh báo hiệu chung).
Song song với AMPS của Mỹ thì Châu Âu cũng đã thực hiện được hệ thống di
động cho mình vào 01/10/1981 bằng chuẩn NMT450 là một mạng di động tế bào chủ
yếu phục vụ cho khu vực Bắc Âu. NMT450 sử dụng dãi tần trên 450MHz với kỹ thuật
FDMA/FM với khoảng dịch tần cực đại là ±5KHz và khoảng cách tần giữa hai kênh là
25KHz và sử dụng kỹ thuật điều chế khóa dịch tần FSK. Sau đó hệ thống này được
nâng cấp để sử dụng khoảng tần 900MHz và trở thành NMT900 vào năm 1986 và đây
là cơ sở cho việc phát triển mạng di động số thế hệ thứ 2 được phổ biến rộng rãi với tên

gọi GSM (Global System Mobile).
Dựa vào AMPS, tại Anh đưa ra chuẩn TACS (Total Access Communication
System), hệ thống truyền thông truy cập toàn thể, với sự thay đổi dãi tần của các kênh
vô tuyến. Hệ thống TACS sau này
được

phát
triển ở nhiều nước như ở Nhật là J-TACS,
hãy chuẩn mở rộng là N-TACS. TACS có dãi tần kênh 25kHz ở dãi tần 890-915MHz
cho đường lên và 935-960MHz cho đường xuống với khoảng cách kênh 45MHz; ban
đầu được cấp dãi 25MHz, dự trữ 10MHz cho hệ thống pan_TACS ở Anh và 16MHz
cho chuẩn mở
rộng

N-TACS.
Trong hệ thống TACS sử dụng kênh điều khiển và báo
hiệu ở tốc độ 8kbps.
Cùng với sự phát triển của công nghệ số hóa trong điện tử và viễn thông liên lạc
thì việc chuyển đổi trong thông tin di động cũng có sự chuyển biến công nghệ, các
mạng tương tự như trên đã dần được thay thế bằng các mạng số hóa mà thành công nhất
là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System Mobile). Sự chuyển đổi từ
mạng tương tự qua mạng số thường được biết đến như sự chuyển đổi thế hệ mạng di
động, mà ở đó mạng thông tin công nghệ tương tự được xem là thế hệ thứ nhất (1G) và
mạng thông tin di động
toàn

cầu
GSM là thế hệ thứ 2 (2G). Hiện nay chúng ta thường
được nghe đến các khái niệm 2.5G và 3G chính là các thế hệ mạng thông tin mới được
đề xuất và đang phát triển để đáp ứng nhu cầu trao đổi tin ngày càng cao của xã hội

hiện đại. Trong các thế hệ mạng sau này thì chủ yếu được nâng cấp kỹ thuật công nghệ
để đáp ứng được các yêu cầu của thông tin đa phương tiện tốc độ cao (truyền hình,
truyền số liệu tốc độ cao,…).
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 3
Năm 1982, theo đề xuất của Cty Nordic Telecom (Viễn thông Bắc Âu),
Netherlands, nhóm nghiên cứu Group Special Mobil (GSM) thì Tổ chức Bưu chính
Viễn thông Châu Âu – CEPT (Conference Euro Posts and Telecommunication) đã hình
thành tiêu chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động xuyên Châu Âu. Sau đó 5 năm
(1987) thì 13 nhà khai thác quản lý đã ký kết thỏa thuận đưa ra tiêu chuẩn GSM là viết
tắt theo tên tiếng Pháp của Global System for Mobile Communication là tiêu chuẩn
chúng ta sử dụng hiện nay. GSM sử dụng mã hóa tiếng nói dự đoán đặc tuyến xung
kích chính tắc (PRE-LPC) và phương thức TDMA phân chia theo thời gian.
Từ năm 1989 GSM được chuyển nhượng cho Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu (ETSI) và được viện phát triển qua nhiều giai đoạn mãi đến năm 1997 mới hoàn
thành tiêu chuẩn đầy đủ thành GSM 2G có kết hợp với dịch vụ số liệu chuyển mạch tốc
độ cao (HSCSD) và dịch vụ truyền sóng vô tuyến gói đa dụng (GPRS).
GSM sử dụng giao diện vô tuyến ở dãi tần trên 850MHz, cụ thể là 890-915MHz
cho đường lên và 935-960 cho đường xuống đối với các mạng di động (hiện nay đang
sử dụng dãi tần 1800MHz). Kỹ thuật điều chế của GSM là GMSK (Khóa mã cực tiểu
Gaussian) với mỗi giá trị BT là 0.3 tại tốc độ dữ liệu tổng 270kbps. Điều này đưa ra để
cân đối tối ưu giữa độ phức tạp của thiết bị và hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống.
Bảng 1.1. Tóm lược lịch sử phát triển của GSM
Năm Sự
kiện
1982 Nhóm nghiên cứu di động đặc biệt được CEPT thành lập (GSM ra đời)
1986 Dãi tần 900MHz dành riêng cho GSM được sự chấp thuận của EC Telecom
Có 3 sơ đồ truyền dẫn sóng vô tuyến khác nhau và khác cả tốc độ mã hóa âm
thanh ở các quốc gia khác nhau.

1987 Các thông số cơ sở của chuẩn hóa GSM được chấp thuận vào tháng 2
1988 Đặc tả chi tiết GSM pha 1 được hoàn thành cho cơ sở hạ tầng mạng
1989 Nhóm di động đặc biệt chuyển sang cho ETSI thành hệ thống thông tin di
động toàn
cầu

(GSM
hiện nay) thành chuẩn hóa quốc tế cho mạng dịch vụ
thoại di động cấu trúc tế bào.
1990 GSM bước đầu tương thích cho hoạt động ở băng tần DSC1800
1991 Mạng GSM đầu tiên được xây dựng ở Phần Lan
1992 Lần đầu tiên việc đăng ký chuyển vùng quốc tế được thực hiện giữa Viễn
thông Phần Lan (Telecom Finland) và Vodafone (Vương quốc Anh).
Bản tin SMS đầu tiên được gửi đi.
1993 Telstra Australia trở thành mạng ngoài Châu Âu đầu tiên đi vào hoạt động.
Mạng GSM
đầu
t
iên
hoạt động trong dãi tần DCS1800 (GSM1800) ở Vương
quốc Anh.
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 4
1994 GSM pha 2 (cho các dịch vụ mạng thông tin số liệu / fax) ban hành.
Số lượng thành viên của MoU GSM vượt qua con số 100, thuê bao GSM tiến
đến con số hàng triệu.
1995 Mạng GSM đầu tiên hoạt động ở Nga và Trung Quốc
Số lượng thuê bao GSM tiến đến con số 50 triệu
1997 Máy cầm tay 3 băng đầu tiên được công bố

1998 Số thuê bao GSM trên toàn cầu vượt qua 100 triệu
1999 WAP bắt đầu được triển khai thử nghiệm ở Pháp và Italia
2000 Các dịch vụ GPRS thương mại đầu tiên được công bố, máy cầm tay GPRS
đầu tiên được đưa ra thị trường. Năm tỉ bản tin SMS được gửi trong 1 tháng.
2001 Mạng 3G GSM đầu tiên đi vào cuộc sống.
Số lượng lượng thuê bao GSM trên toàn thế giới vượt xa 500 triệu.
2003 Mạng EDGE đầu tiên đi vào hoạt động.
Số lượng thành viên của hiệp hội GSM vượt qua 200 quốc gia.
Hơn nữa tỉ máy cầm tay được sản xuất trong 1 năm.
2008 Con số thuê bao GSM vượt qua ngưỡn 3 tỉ.
Hiện nay song song với hệ thống điện thoại di động tế bào GSM thì còn có một
công nghệ mới, trước đây chỉ sử dụng cho mục đích quân sự là CDMA và được đưa ra
thương mại bởi hãnh Qualcomm IS-95 (Interim Standard – 95A) với tên gọi là CDMA-
ONE vào năm 1991. IS-95 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo mã
(CDMA) là nền tảng cho sự mở rộng dung lượng thuê bao, hạn chế công suất phát để
chống nhiễu và nâng cao hiệu suất sử dụng dãi tần hạn chế. Công nghệ CDMA ra đời
hứa hẹn sự đột phá mới trong
sự
phát triển của hệ thống thông tin di động bởi khả năng
chống nhiễu và tốc độ truyền tin cao đáp ứng cho các yêu cầu dịch vụ đa phương tiện.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 được nghiên cứu để phát triển các dịch vụ
mới cũng như
cải

thiện
chất lượng các dịch vụ truyền thống và nâng cao tính hiệu quả
sử dụng băng tần vô tuyến. Trong
rất

nhiều

hệ thống thế hệ ba thì nổi bật nhất là: Hệ
thống thông tin di động đa năng UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
do CEPT đề xuất; và hệ thống thông tin di động mặt đất công cộng tương lai - FPLMTS
(Future Public Land Mobile Telecommunication Systems) do ITU-R phát triển.
Và hiện nay đang nghiên cứu xu thế OFDM để triển khai cho mạng thông tin di
động tương lai, hay còn gọi là 4G. Với mạng di động sử dụng kỹ thuật OFDM sẽ cho
phép liên kết tốc độ cao trong điều kiện nhiễu lớn và di chuyển ở tốc độ cao. Tuy nhiên
với OFDM các kỹ thuật điều chế còn có sự kết hợp của ghép kênh và đa thâm nhập khá
phức tạp còn phải nghiên cứu thử nghiệm trong thời gian tới.
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 5
1.1.2. Cấu trúc chung của hệ
t
hống
Một hệ thống thông tin di động cơ bản sẽ gồm các thành phần như ở H-1.1 sau
Hình 1.1. Cấu trúc của một hệ thống thông tin di động
Trong sơ đồ ở (H-1.1) các thành phần trong đó chỉ biểu thị chức năng của khối
con (hệ thống
con)

mà
chưa đề cập đến thiết bị di động cá nhân (thiết bị đầu cuối người
dùng). Trong hệ thống di động thì trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC
(Mobile Service Switching Centrel) là quan trọng nhất, có vai trò chuyển mạch giữa
thuê bao người dùng với mạng viễn thông tổng thể.
Các hệ thống con trong trong thông tin di động gồm:
- Trạm di động – MS (Mobile Station): Là thiết bị đầu cuối người dùng, có thể là
điện thoại, hay thiết truyền số liệu, …
- Modun xác nhận thuê bao – SIM (Subscriber Indentity Module) là đơn vị chứa

thông tin người dùng sử dụng cho công tác xác nhận thuê bao và tính cước.
⇒ Tập hợp hai chức năng trên tạo nên một đầu cuối thuê bao di động hoàn chỉnh
- Trạm thu phát gốc – BTS (Base Transceiver Station): Thực hiện chức năng
phát và thu tín hiệu với các MS gồm anten thu phát, thiết bị thu phát và điều khiển.
- Bộ điều khiển trạm gốc – BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý
tất cả các giao diện vô tuyến thông qua lệnh điều khiển từ xa của MS và BTS. Thực
chất các BSC là các tổng đài cỡ nhỏ có khả năng tính toán lớn dùng cho việc quản lý
các kênh truyền ở giao diện vô tuyến và chuyển giao (handover).
- Khối chuyển mã và thích ứng tốc độ - TRAU (Transcoder and Rate Adapter
Unit). Đây là thiết bị mà tại đó thực hiện chức năng chuyển đổi giữa mã tiếng của GSM
thành mã tiếng bình thường một kênh thoại và ngược lại; và đồng thời cũng thực hiện
chức năng thích ứng tốc độ cả trong các kết nối truyền số liệu khác.
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 6
- MSC (Mobile Service Switching Center): Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
động. MSC thực hiện kết nối các BSC lại với nhau thông qua giao diện Abis và cùng
giao tiếp với mạng bên ngoài thông (còn được gọi là MSC cổng).
- Thanh ghi thường trú – HLR (Home Location Register) là cơ sở dữ liệu lưu giữ
các thông tin cung cấp dịch vụ cho thuê bao mà không phụ thuộc vào vị trí thuê bao
hiện thời trên mạng nhưng nó cũng có cả thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. Một
chức năng quan trọng của HLR chính là chức năng xác thực AUC (Authentication
Centrer).
- Thanh ghi tạm trú – VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu thứ hai
của hệ thống; có thể được nối với một hay nhiều MSC. Chức năng chính của VLR là
lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ
của MSC tương ứng.
⇒ Tập hợp các chức năng trên tạo thành hệ thống con trạm gốc BSS (Base
Station Subsystem) là khối đệm tạo nên kết nối giữa hệ thống thông tin với thuê bao di
động. Đây là phần giao tiếp chính với khách hành thuê bao thông tin di động.

Ngoài ra để hoàn chỉnh một hệ thống thông tin thì thông tin di động cũng phải có
thêm sự kết nối với các mạng thông tin khác cũng như phải các thành phần quản lý hệ
thống. Với hệ thống thông tin di động thì sẽ gồm thêm NSS (Netwok and Switching
Subsystem) và hệ thống khai thác và hỗ trợ - OSS (Operation and Support System).
Trong đó OSS có chức năng khai thác bảo dưỡng hệ thống mạng thông tin, quản lý và
tính cước thuê bao trong mạng, quản lý thiết bị di động. NSS với chức năng chính là
chuyển mạch từ mạng thông tin ra mạng viễn thông bên ngoài, ứng dụng cho các cuộc
gọi liên mạng.
Trong việc quản lý thiết bị di động OSS sẽ cần phải được hỗ trợ từ thanh ghi
nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register), tại đây sẽ lưu giữ tất cả các dữ
liệu liên quan đến trạm di động MS
được

nối
với MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra
hợp phép của thiết bị đó. Nếu thiết bị không được xác nhận sẽ bị cấm liên lạc với mạng
thông tin. Nhưng chú ý rằng EIR lại được xem là thành phần con của hệ thống trạm gốc
chuyển mạch.
1.2. Cấu trúc tế bào
Sở hữu một dãi tần vô tuyến giới hạn, các mạng di động sẽ chỉ có thể cung cấp
một số lượng rất nhỏ các kênh vô tuyến cho truyền dẫn thông tin và từ đó số người
dùng hạn chế. Ví dụ, với hệ thống GSM
sử

dụng
dãi tần 900MHz có dãi thông 25MHz
sẽ có số lượng tối đa là 125 kênh tần số, dãi thông số mang 200kHz; nếu sử dụng ghép
kênh thời gian với 8 khe thì cũng chỉ có 1000 kênh. Nhưng quan trọng hơn là với sự
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ

Thông tin di độ ng 7
phân bố rộng và sự di chuyển của đầu cuối, sử dụng cấp phát cố định kênh sẽ không thể
sử dụng để liên kết đầu cuối với mạng và bài toán đặt ra sự phân chia khu vực phục vụ
với các dãi tần khác nhau có thể lập lại ở những khoảng cách xa đã được áp dụng cho
các mạng thông tin di động; mỗi khu vực phục vụ được gọi là một tế bào (cell). Nguyên
lý chia cell và tái sử dụng tần số có thể mô tả như ở (H-1.)
Hình 1. : Mô hình mạng tế bào tái sử dụng tần số
Các định nghĩa:
+ Tế bào (cell) là một khu vực phục vụ của trạm phát sóng cơ bản (BTS), toàn
mạng phủ sóng sẽ được chia nhỏ thành các tế bào thường có dạng lục giác với trạm
phát sóng sẽ ở trung tâm của tế bào.
+ Mỗi tế bào i có một tập con tần số Si được lấy từ tập dãi tần được cấp phát cho
mạng. Trong hệ thống GSM tập con S
i
gán cho một tế bào được gọi là Cấp phát tế bào
(Cell Allocation - CA). Hai tế bào lân cận không bao giờ dùng chung một dãi tần, do
yêu cầu tránh xuyên nhiễu cùng kênh của các tế bào liền kề.
+ Chỉ ở một khoảng D thì có thể sử dụng lại tập con tần số S
i
, các tế bào cách tế
bào i một khoảng
D

có
thể được gán cho một hoặc tất cả tập cho S
i
của tế bào i. Khi
thiết kế mạng di động, D phải được
chọn

đủ
lớn để nhiễu đồng kênh là đủ nhỏ có thể
chấp nhận được mà không làm giảm chất lượng tín hiệu nhận được.
Hình 1. : Tái sử dụng tần số và phân chia cluster trong mạng tế bào
+ Khi một trạm di động chuyển từ một tế bào này đến tế bào khác khi đang đàm
thoại thì sẽ tự động có sự thông đổi kênh/tần số, gọi là handover.
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
t
6
D
I
−γ


=
=
−
γ
Thông tin di độ ng 8
1.2.1. Tỷ số sóng mang trên xuyên
nhi
ễ
u
Chất lượng tín hiệu trong một kết nối được đo bằng tỷ số công suất tín hiệu sử
dụng
cho công suất xuyên nhiễu nhận từ một tế bào đồng kênh, ký hiệu là CIR (hay C/I):
C

C«ng

suÊt
tÝn

hiÖu

nhËn

C«ng
suÊt
tÝn

hiÖu

nhËn
(1.)
I
C«ng
suÊt
tÝn

hiÖu
nhiÔu
C«ng
suÊt
xuyªn

nhiÔu
tõ

c¸

c

tÕbµo

kh¸
c
Xuyên nhiễu về cơ bản là một hàm của nhiễu đồng kênh phụ thuộc vào
khoản
g
cách tái sử dụng tần số D. Từ điểm đứng của trạm di động, xuyên nhiễu đồng kênh có
nguyên nhân của trạm gốc cách trạm
gốc

hiện
tại một khoảng D. Trong đánh giá xấu
nhất CIR của trạm di động ở biên vùng phủ cách anten phát là R, bao gồm cả suy hao
lan truyền với giả thiết là sáu trạm lân cận phát nhiễu cùng công suất và có khoảng cách
xấp xỉ nhau (cho khoảng D rất lớn hơn bán kính tế bào R). Lúc đó:
C
P.R
−γ
=

t

P.R
−γ
−γ
=

1



R


(1.)
6 6
∑

P
i
∑


P
t
.D
i =1 i =1
1.2.2. Định dạng của
CL
US
TER
Thông thường việc phân tập lặp lại tần số sẽ tạo nên các nhóm tế bào (cluster),
các tế bào trong cùng một cluster phải được cấp phát tần số khác nhau, trong khi các tế
bào ở các cluster khác có thể sử dụng lại các kênh như cùng phân tập. Kích thước của
cluster được đặc trưng bởi số lượng tế bào trong cluster là k, được xác định bằng số tần
số sử dụng trong một khoảng D với bán kính tế bào R đã cho.

Mỗi cluster có các đặc tính sau:
- Một cluster có thể bao hàm hết tất cả dãi tần được cấp phát cho toàn mạng.
- Trong cùng một cluster tần số sóng không được sử dụng lại, các tần số trong
tập Si chỉ có thể tái sử dụng ở các cluster lân cận.
- Với một cluster lớn sẽ cho khoảng sử dụng lại tần số lớn và giá trị CIR cũng
khá lớn, tuy nhiên với cluster lớn thì số lượng kênh trong một tế bào phải nhỏ
đi và số lượng thuê bao cung cấp được trong một tế bào cũng sẽ giảm nhỏ.
Khoảng tái sử dụng tần số D có thể xác định theo giá trị hình học từ mô hình tế
bào lục giác ở (H- ) phụ thuộc theo k và R là:
D
=
R
3.k
(1.)
Lúc này có thể viết lại biểu thức của CIR là
−γ −γ
γ
C
R
−
γ
R
=

1

(
3.k
)

2
(1.)
I
6
.
D
6
(

R
3k

)
6
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
γ
γ


Thông tin di độ ng 9
Áp dụng kết quả này ta có thể xác định được kích thước tối ưu của cluster với
yêu cầu chất lượng CIR
min
cho trước như biểu thức sau
min


k
=

i

2
+

i.
j
+

j

2
CIR
≤

1

(
3.k
)

2


i
,
j
0
min

6

≥



Theo như phép đo ở trên, ở mức tín hiệu âm có thể nhận tốt thì giá trị CIR có thể
chấp nhận được có khoảng CIR
min
= 18dB. Giả sử hệ số lan truyền có giá trị xấp xỉ là γ
= 4 thì lúc này ta tính được kích thức của cluster sẽ là:
10lg


C


=

18dB

⇔



C


=
63,1

  


I

min

I

min
1

(
3.k
)

2
≥



C


= 63,1⇒ k ≥ 6,5 hay k =
7
6

I


min
Giá trị này cũng đã được xác nhận bằng mô phỏng trên máy tính, và cũng đã chỉ
ra được với thông số CIR
min
= 18dB thì khoảng các tái sử dụng tần số D = 4,6R. Ngoài
ra trong thực tế, một số mạng còn sử
dụng

một
số kích thước cluster khác là 3 và 12.
1.2.3. Dung lượng tải và quản lý
tải
Như chúng ta đã đề cập ở trên, số lượng các kênh và dung lượng tải cực đại trên
một tế bào phụ thuộc kích thức cluster k, theo quan hệ như sau
n
F
=
B
t
B
c
.
k
(1.)
Trong
đó,
n
F
là số lượng tần số cấp phát trên một tế
bào.

B
t
là băng thông tổng cộng của hệ thống mạng tế bào.
B
c
là băng thông của một kênh.
Số lượng kênh trên một tế bào trong hệ thống FDMA bằng số lượng kênh tần số
được cho từ băng thông của hệ thống và từng kênh: n =
n
F
.
Số lượng kênh trên mỗi tế bào ở hệ thống TDMA sẽ bằng số lượng kênh tần số
nhân với số khe thời gian trên mỗi kênh: n = m. n
F
.
Mỗi tế bào có thể mô hình như là một hệ thống tổn hao tải theo dạng lý thuyết
với n dịch vụ (kênh thuê bao), giả sử quá trình cuộc gọi đến có phân phối hàm mũ theo
thời gian (quá trình Possion), và một quá trình Possion khác là quá trình dịch vụ. Các
quá trình dịch vụ và gọi đến còn được gọi là quá trình Markov, như là một hệ thống đã
biết là hệ thống suy hao M/M/n. Cho một xác xuất khối B, một tế bào phục vụ tối đa tải
yêu cầu là A
max
trong suốt thời gian bận là
A
max
=
f
(

B,n

)

=

λ
max
T
m
(1.)
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
i
Thông tin di độ ng 10
Trong đó λ
max
là số cuộc gọi thực hiện trong thời gian bận
T
m
là thời gian kéo dài trung bình của các cuộc gọi.
Mối liên hệ yêu cầu tải A và xác suất khối B với tổng số kênh n được cho bởi
biểu thức Erlang sau
A
n
B
=

n!
(1.)
n
∑

A
i !
i =0
Tuy nhiên các giá trị xấp xỉ này chỉ có nghĩa trong môi trường microcell, ở đó số
lượng người dung trong tế bào là đủ lớn tương đồng với số lượng kênh cho phép và do
đó số lượng cuộc gọi đến được xem như xấp xỉ hằng số. Trong các hệ thống picocell và
microcell với giả thiết cuộc gọi không gửi lâu, thì lúc này định lượng tải theo lý thuyết
phải sử dụng mô hình Engset, kết quả là số cuộc gọi đến không phải là hằng số thời
gian

dài.
Xác suất mà tất cả các kênh đều cho kết quả bận từ M số người dùng trong tế
bào và có a người dùng không bận thì:


M


 

a
n


=

n



P
n
=
n


M


(1. )
∑

 

a
i
i =0


i

Trong trường hợp hày xác suất khi có một cuộc gọi đến mà không có một kênh
rỗi có sẵn (xác xuất
bị
khóa) là


M
−

1

a
n

n

=







(1.)
P
B
n


M
−
1

∑

 

a

i
i =0

i

Với M→∞ thì công thức khóa Engset sẽ trở thành biểu thức khóa
Erlang.
1.2.4. Phân chia sector trong tế bào
Từ việc tìm hiểu CIR yêu cầu kích thước cluster và kết quả thu được về dung
lượng tải tin ở phần trên, đã chỉ ra việc thiết kế hệ thống với dung lượng tải cho trước
trong một vùng là: Từ yêu cầu CIR là tối thiểu tìm được kích thước cluster và từ đó xác
định số lượng kênh tối đa trong một tế bào; dung lượng tải trong một khu vực được xác
định bằng bán kính tế bào. Nhưng do tài nguyên cấp phát cho mạng là giới hạn (như dãi
tần, băng thông, ) nên dung lượng tải có thể tăng thêm bằng việc chọn các tế bào có
kích thước nhỏ hơn. Nhưng
điều

đó
lại yêu cầu gia tăng số lượng các trạm gốc (BTS),
điều này làm gia tăng chi phí đầu tư cho các trạm BTS và bao gồm cả các kết nối đường
trục. Một cách tiếp cận khác là sử dụng các tế bào sector thay cho các tế bào đẳng
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
γ
γ
o
o
C



1
)
(
I
)
(
Thông tin di độ ng 11
hướng, trong tìm hiểu sâu hơn ở phần sau. Trong trường hợp sector hóa, mỗi tế bào vô
hướng được chia thành ba sector 120
o
hoặc sáu sector 60
o
, mỗi sector được hỗ trợ bởi
một anten sector để thu phát trong các góc phủ sóng của chính sector đó; do vậy số
lượng xuyên nhiễu đồng kênh sẽ giảm nhỏ từ 6 xuống còn 2 trong trường hợp 3 sector
120
o
và 1 ở trường hợp sáu sector. Từ đó chúng ta cải thiện được hệ số CIR như sau
−γ
    

C
C
 

3.


=

1



R


=

1

(
3.k
)

2
(1.)

I

120
0

I

omni
2


D


2
Với trường hợp 3 sector ở một tế bào, còn với trường hợp 6 sector sẽ là
−γ
    

C
C
 

6.


R
=



=

(
3.k
)

2
(1.)

I


60
o

I

omni

D


Với một giá trị CIR đã cho, ta có thể giảm được kích thức cluster k thành
k
60
của các trường hợp ba và sáu sector tương ứng theo các biểu thức sau
k
120
o

và
min
k
120
=

i

2
+

i

.
j
+

j

2

γ
≤
(
3.k
)

2
(1.)

i , j 0


I

2

≥






60
o
 
2 2


C


min


γ
2
Và
min


k
=
i
+

i
.
j
+
j



≤

(
3.k
)

(1.)
i , j
≥
0

I

min
Do vậy chúng ta sẽ thu được số lượng kênh trên tế bào lớn hơn, tuy nhiên một
điều cần chú ý là số lượng kênh được cấp phát phải chia cho số lượng sector. Trong
thực tế, số lượng kênh khả dĩ tổng thể
là

không
lớn, và khi chia cho sector sẽ làm phân
nhỏ lượng kênh cần cung cấp điều này đưa đến việc các kênh chỉ được sử dụng trong
một sector để làm giảm sự ảnh hưởng xuyên dài đến các tế bào và sector bên cạnh nên
sẽ làm giới hạn độ lợi. Tuy nhiên sự phụ thuộc các tham số trên của việc sector hóa
được giảm nhỏ đến mức có thể để không làm giảm dung lượng hệ thống.
Để làm rõ vấn đề này ta xét một ví dụ sau: giả sử yêu cầu chất lượng tín hiệu là
CIR
min
=18dB, kích thức cluster là đẳng hướng k=7 và tham số γ=4 (như ở ví dụ trên).
120

o
Sử dụng phương trình (1.) chúng ta thu được
(
C

I
)
k=7
=
23dB
cho cùng cluster k=7 và
chia sector 120
o
. Trong trường hợp giảm cluster k=4, thì giá trị
C
I
120
o
k=4
= 18,5dB
thì vấn
120
o
cho cùng kết quả nhưng nếu giảm về k=3 thì thì giá trị
C
k=3
= 16dB
là giá trị quá nhỏ
hơn yêu cầu đề ra. Do vậy kích thước cluster nhỏ nhất trong trường hợp chia sector
120

o
sẽ là k=4. Còn với việc chia 6 sector trong một tế bào có thể thu nhỏ kích thức
60
o
cluster về k=3, lúc đó
(
C

I
)
k
=
3
=
19dB
thỏa yêu cầu của biểu thức (1.). Trong những
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
P
3
P
6
Thông tin di độ ng 12
nghiên cứu để tìm được dung lượng lớn hơn, điều này có thể thu được từ việc phân chia
sector chúng ta sẽ có được xác suất khối. Xác suất khối thu được từ biểu thức Erlang,
trong đó ta ký hiệu B(a,n) với a là tải tin và n là số lượng thuê bao (kênh truyền). Trong
trường hợp tế bào đẳng hướng, xác suất khối trở thành:
omni
b
=

B
(

A
,
N
sys
k
omni

)
(1.)
Trong đó, A là tải tin dự kiến cho tế bào, N
sys
là số lượng các kênh khả dụng của
hệ thống. Trong trường hợp phân chia sector các giá trị phải giảm đi một lượng tương
ứng với số sector trong tế bào; do đó số lượng kênh trong một sector đơn lẻ sẽ bằng với
lượng tải tin được gán cho sector đó. Do vậy xác suất khối trong trường hợp sector
120
o
sẽ là
120
o


sys
P
=
B


A
,
N
b



k
120
0

3

(1.)
Và trong trường hợp sector 60
o
, ta sẽ thu được
là:


120
o
b
=
B


A
,

N


sys

k
60
0

6

(1.)
Hình 1. :
Bảng 1. : Độ lợi dung lượng sector hóa với giá trị CIR
min
= 18dB
Sector
N
sys
=84 N
sys
=252
120
o
27,6% 50,6%
60
o
17,8% 72,9%
1.2.5. Lọc không gian để giảm nhỏ xuyên nhiễu
Ở các trạm gốc sử dụng anten thông minh để có thể phát được búp sóng thích

ứng với các người dùng riêng lẻ, lúc đó trường phát cho hướng xuống và trường nhận ở
hướng lên là như nhau. Thông qua
khái

niệm
này bán kính và công suất xuyên nhiễu tái
sử dụng đáng kể trong hệ thống tế bào, lúc này sử dụng chùm phát tương thích để gia
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Th.s Lê Văn Thanh V
Thông tin di độ ng 13
tăng dung lượng trong kỹ thuật SDMA (Space Division Multi Access). Một cách khác là
biến điểm xuyên nhiễu tái sử dụng thành độ lợi dụng lượng tải xác thực SFIR (Spatial
filtering for Interference reduction). Trong khi SDMA cho phép tái sử dụng kênh trong
cùng một tế bào và có trường thế cao hơn khi cải tiến dung lượng, nó cũng yêu cầu một
phương pháp quản lý tài nguyên vô tuyến mới (RRM- Radio Resource Management),
mô tả cho kênh vị trí và chuyển giao để duy trì sự trực giao các kênh trong không gian.
Ngược lại với SFIR không cho phép tái sử dụng kênh trong cùng tế bào và cũng không
cần kèm theo sự thay đổi giao thức cũng như phương pháp RRM. Trong một hệ thống
SFIR một chùm sóng tương thích được hướng đến một người dùng nhất định, nhưng
một người trong một tế bào phải được cấp phát những kênh tải lưu lượng khác nhau
(như TDMA hay FDMA).
1.3. Phân lớp và giao thức trong mạng di động
1.3.1. Phân lớp trong mạng di
động
Mạng di động cũng là một mạng thông tin nên vẫn tuân theo phân lớp chức năng
theo mô hình 7 lớp OSI (Open System Interconnection), với các chức năng của từng lớp
vẫn tuân thủ nguyên tác chung và đồng thời cũng có những đặc điểm riêng của thông
tin di động. Việc sử dụng mô hình 7 lớp cho mạng thông tin với các nguyên nhân sau:
- Sử dụng vi xử lý trong viễn thông sẽ cho phép mở rộng các dịch vụ mới nhưng

làm gia tăng yêu cầu thông tin tại máy tính và tổng đài.
- Người dùng không quan tâm đến các kết nối vật lý thực tế của mạng, mà chỉ
quan tâm đến quá trình trao đổi thông tin đơn giản và an toàn bảo đảm đến đích.
- Máy tính là một bộ phận có cấu trúc, nên có những khác biệt giữa các máy
khác nhau nên cần phải có sự tương đồng trong hệ thống.
- Hệ thống ngày nay càng yêu cầu nhiều dịch vụ khác nhau, nên phải có sự mềm
dẻo trong việc đáp ứng yêu cầu phát triển gia tăng trong hệ thống.
Từ các yêu cầu đó, ITU đã đề xuất mô hình 7 lớp như sau
ũ
Hình 1.2: Các lớp trong mô hình OSI
Thông tin di độ ng 14
Nguyên tắc tổng quát cho mô hình 7 lớp có thể tóm tắt như sau:
+ Các lớp làm việc độc lập với nhau, lớp trên nhận dịch vụ của lớp dưới và cung
cấp dịch vụ cho lớp ngay ở trên nó. Lớp thấp hơn sẽ không quan tâm đến nội dung
thông tin mà chỉ cung cấp dịch vụ truyền dẫn cho lớp trên mà thôi.
+ Mỗi lớp trong mô hình chỉ thông tin với lớp kề sát nó và tương thích ngang
hành gián tiếp với lớp đó ở đầu cuối bắt tay (xem ở H-1.2).
+ Trong mạng thông tin, trong quá trình truyền dẫn qua nhiều nút mạng, mạng
thông tin chỉ mở đóng gói tương ứng với chức năng của ba lớp thấp nhất (lớp vật lý, lớp
liên kết dữ liệu và lớp mạng).
+ Giao thức tại ba lớp cuối không nhất thiết phải giống nhau tại mọi liên kết
trong mạng. Ví
dụ

trong
mạng thông tin GSM, ở lớp 2 liên kết giữa BTS và BSC sử
dụng là LAPD, trong khi liên kết giữa
BSC

và

MSC lại sử dụng giao thức SS7.
+ Thông tin qua các lớp sẽ được tách gộp đóng gói tạo thành giao thức tương
ứng cho mỗi lớp trong mạng cụ thể, từ lớp cao nhất xuống đến lớp thấp nhất thông tin
sẽ được đóng gói và bổ sung tiêu đề qua mỗi lớp trong khi ở đầu nhận sẽ thực hiện theo
chiều ngược lại. Quá trình được mô tả như sau
Hình 1.3: Luồng tin trong mô hình 7 lớ
p
A/ Lớp vật lý: Lớp vật lý là lớp thấp nhất (lớp 1) là liên kết vật lý trong mạng thông tin
Lớp vật lý có thể đồng nhất với môi trường liên kết, nên có thể là dây dẫn tín
hiệu (cáp), đường truyền vệ tinh, sóng vô tuyến, cáp quang, …. Tại lớp này sẽ không
cần biết nội dung thông tin cũng như định dạng của nó, thậm chí có thể không cần phân
biệt đó là thông tin hay lệnh điều khiển hệ thống, do vậy không có tiêu đề cho lớp 1.
Trong hệ thống GSM lớp vật lý sẽ là giao diện Air interface cho liên kết giữa
MS với BTS, nhưng trong các liên kết khác có thể sử dụng cả môi trường hữu tuyến.
B/ Lớp liên kết dữ liệu- Lớp 2:
Lớp liên kết dữ liệu có chức năng đóng gói thông tin để chuyển đến lớp vật lý
phát đi trong môi trường đồng bộ hoặc không đồng bộ. Trong lớp này giao thức phổ
biến nhất là HDLC, nhưng với thông tin di động có thể là LAPD hoặc SS7.
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 15
C/ Lớp mạng – lớp 3
Lớp mạng là lớp cao nhất trong phân lớp mạng truyền tin, và tại đây chứa các
thông tin hỗ trợ cho quá trình xác định đường đi của tin tức trên mạng mà ta thường gọi
là định tuyến do vậy mà tại tất cả các nút mạng luôn phải xử lý các thông tin của lớp
này để thực hiện việc truyền nhận thông tin.
Trong thông tin di động, với giao thức RR giữa MS, BTS, BSC và MSC sẽ sử
dụng thông tin địa chỉ để định tuyến theo hệ thống báo hiệu kênh chung số 7. Chú ý
rằng, các bản tin MM và CC không giống như với RR, thông tin của MM và CC không
thuộc lớp 3, hơn nữa RR cung cấp dung lượng chuyển tải mang MM và CC một cách

thông suốt giữa MS và NSS.
D/ Lớp giao vận – lớp 4
Lớp giao vận có chức năng chính là chuyển giao chức năng giữa các lớp hướng
ứng dụng với các lớp hướng mạng, cung cấp giải pháp bảo vệ cho chuyển lớp end-to-
end thích hợp trước khi thông tin được chuyển lên các lớp cao hơn. Trong mô hình 7
lớp, lớp giao vận có chức năng phân đoạn dữ liệu thành gói tin và thực thi công việc
điều khiển end-to-end.
E/ Lớp phiên – lớp 5
1.3.2. Phân lớp giao
t
hứ
c
Do đặc tính của mạng thông tin di động sử dụng môi trường truyền dẫn đa dạng
và các liên kết bên trong mạng rất phức tạp nên giao thức được sử dụng cũng rất đa
dạng cho từng đặc điểm liên kết. Về mặt giao thức thông tin di động sử dụng các giao
thức cho mạng GSM như sau: giao thức không gian (Air interface) cho liên kết giữa MS
và BTS; giao thức Abis cho kết nối giữa BTS và MSC; giao thức A ứng dụng trong liên
kết giữa MSC với
MS
RR
MM
RR
Truyền
dẫn
BTS
BSC
MSC/VLR
HLR
GMSC
Hình 1. : Phân chia giao thức trong mạng di động

Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 16
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 17
Chương 2
ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN
2.1. Khái quát
Kênh vô tuyến là một vấn đề quan trọng bậc nhất mang tính sống còn của thông
tin di động, vì đây là môi trường liên kết giữa mạng và thuê bao, tuy nhiên kênh vô
tuyến là một kênh truyền có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng liên kết rất đa dạng.
Kênh vô tuyến vốn đã chịu ảnh hướng lớn của điều kiện khách quan khi sử dụng môi
trường mở, thì trong thông tin di động kênh vô tuyến còn có các đặc tính riêng có của
nó. Với đặc tính vô tuyến sử dụng dãi tần từ 450MHz đến 3000MHz sẽ chịu ảnh hưởng
của các hiện tượng che khuất, nhiễu điện từ … và trong môi trường di động với đặc
tính truyền không trực xạ sẽ là hiện tượng Fadinh.

Tạp





âm



, là những tín hiệu không mong muốn tác động lên tín hiệu lan
truyền trong môi trường. Thông trường tạp âm được chia thành hai loại là tạp âm cộng

và tạp âm nhân, sự phân loại này dựa vào đặc điểm tác động của tạp âm lên tín hiệu.
Tạp âm cộng sẽ tác động cộng tính lên tín hiệu; với tạp âm nhân sẽ điều biến tín hiệu
mang tin. Trong các hệ thống viễn thông nói chung và thông tin di động thì chủ yếu
là tạp âm cộng và được chia làm các dạng sau: tạp âm khí quyển, tạp âm vũ trụ, tạp
âm trong máy thu.

Can





nhiễu



, là các ảnh hưởng của các tín hiệu trong cùng hệ thống hoặc từ các
hệ thống khác và
đặc

biệt
là ngay trong chính tín hiệu cũng có thể gây nên can nhiễu
với chính nó. Để phân chia can nhiễu có
thể

dựa
vào đặc tính phổ tần của tín hiệu sẽ
chia thành can nhiễu cùng kênh (CCI – Co Channel Interference) và nhiễu kênh lân
cận (ACI – Adjacent Channel Interference). Với các kênh truyền không lý tưởng, tín
hiệu sẽ bị can nhiễu tác động sẽ gây nên méo tín hiệu làm các ký hiệu trong cùng một

tín hiệu can nhiễu lần nhau,
trường

hợp
này được gọi là xuyên nhiễu ký hiệu (ISI
– Inter Symbol Interference).
Nhiễu kênh lân cận ACI,
2.2. Suy hao không gian tự do
Khi sóng lan truyền, dù trong điều kiện nào cũng sẽ có sự suy giảm theo khoảng
cách cũng như chịu sự tác động của môi trường truyền dẫn; trong tất cả các điều kiện đó
thì khi lan truyền trong điều kiện đơn giản nhất là không gian tự do (chân không). Xét
một quá trình truyền sóng vô tuyến dạng sin ở điểm phát với công suất P
rad
(W) thì ở
một khoảng cách d (m) thì vector biên độ trường (công suất nhận) sẽ là
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
E
=

2
r
λ

2
2

2
Thông tin di độ ng 18
P

fs
=
P
rad
4
π

.d
2
(
W

m
)
(2.1)
Trong trường hợp đầu phát sử dụng anten có độ tăng ích G
t
thì công suất phát
P
rad
sẽ được thay bằng
P
rad
=
P
t
.G
t
khi đó P
t

là công suất được cấp ra từ khối phát anten.
Nhưng do ảnh hưởng của yếu tố môi trường, sự lan truyền sóng thường được
tính theo mật động điện trường trung bình quân phương như sau
E
fs
=
Z
fs
.P
fs
(2.2)
Với Z
fs
là trở kháng không gian tự do, tính theo công thức
Z
fs
=
µ

fs
ε

fs

120
π

=

377

(
Ω
)
(2.3)
Lúc đó cường độ điện trường ở đầu nhận cách đầu phát một khoảng d với môi
trưởng không gian tự do do anten dị hướng có độ tăng ích G
t
là
E
fs
=
120
π



P
t

G
t



=
4
π

.d
2

30P
t
.
G
t
d
(2.4)
Mặt khác chúng ta cũng đã biết, khi lan truyền cường độ điện trường cũng như
công suất nhận
chỉ

thu
được theo một hướng duy nhất của tín hiệu đến, nên công suất
nhận vào khối thu P
r
chỉ là một phần của công suất nhận được:
P
r
=
λ
4
µ

P
rec
(2.5)
Với P
rec
là công suất truyền đến điểm đặt anten thu. Trong trường hợp anten thu
là anten dị hướng có hệ số tăng ích G

r
, công suất vào khối nhận sẽ là
λ

λ

2
E
2
P =
P
.G
=




r

ec

G
(2.6)
r
4
π
rec
t
4
π

Z
fs
Kết hợp với biểu thức tính công suất phát và điện trường phát (2.3) và (2.4) thì




rec
P E
G
(

E
.d
)
2


4
π
.d

G
t
G
r


E


tæng
qu¸

t







r











r

e c

 

r


÷
fs



=


fs

(2.7)
P
t


2
π


120
30.G
t



λ


2

 
G

.G
kh«ng gian tù
do


4
π
.d

t
r
Trong trường hợp tổng quát của (2.7), chúng ta có thể xác định ảnh hưởng của
lan truyền trong các số hạng của cường độ điện trường trong môi trường không gian tự
do ở dạng suy hao sau đây:
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 19


P
Suy
hao

=

−
10.

lg
r
1



4
π

d




E

=

20.
lg
+
20lg
fs
 
 





P
t
=
L
fs
+

L
nfs
G
t
G
r


λ




E
rec

(2.8)
Vớ
i L
fs

là suy hao trong không gian tự
do
và
L
nfs
là suy hao trong mô trường
thực.
 
L
=
20lg


4
π
d


=
20lg


=

4
π

.
1000d


Lúc đó
fs


λ



299,8

(2.9)
 
 

f

= 32
,
45+ 20lg
(
d
.
f
)
Trong đó, d là khoảng cách liên kết từ phát đến thu tính theo km.
f là tần số sóng mang, tính theo đơn vị MHz.
2.3. Các mô hình lan truyền sóng phương ngang
2.3.1. Sự tác động của khí quyển
Với các dạng thông tin mặt đất nhất là trong dãi tần VHF và UHF, trong lan
truyền từ đầu phát đến đầu nhận sẽ bị tác động bởi nhiều yếu tố. Đầu tiên trong điều

kiện không gian tự do những sẽ bị tác động bởi khí quyển, nhất là tầng đối lưu (tầng khí
thấp nhất) mà trong đó có rất nhiều loại khí gas. Do ảnh hưởng này hằng số điện môi ε
r
rất nhỏ hơn so với đơn vị, tức là giá trị tương ứng trong không gian tự do (chân không)
là do mật độ khí gas giảm theo độ cao; và cùng với nó là chiết xuất môi trường
n
=
ε

r
cũng sẽ giảm theo độ cao. Sự thay đổi chiết xuất môi trường sẽ phát sinh nên các hiệu
ứng lan truyền của sóng vô tuyến mặt đất là: khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ, truyền qua ống
dẫn và fading tín hiệu.
Ảnh hưởng đầu tiên xét đến là sự tác động lên đường dẫn sóng, vì chiết xuất thay
đổi theo độ cao, nên ta có thể xem n như là hàm của độ cao so với mặt đất h; để đơn
giản có thể lấy giá trị chuẩn hóa cho chiết xuất là
n



−
0,39

m

=

−
12
ft

. Và sự tỷ lệ
nghịch của chiết xuất và độ cao, tốc độ lan truyền sẽ tăng theo độ cao, và sẽ làm cho
sóng truyền theo đường cong mà không phải theo đường thẳng tương tự với sóng mặt
đất; và bán kính cong của đường dẫn lúc
này sẽ là
r
w
 4r
e
, với re là bán kính Trái
Quỹ đạo đường truyền
cong
đất (là 6,370km). Trong (H-2.1) mô tả quỹ
đạo lan truyền sóng sẽ theo đường cong
không cắt mặt đất, mà không thẳng như
Bề mặt Trái
đất
dạng tia sáng.
Hình 2.1: Quỹ đạo cong đường dẫn sóng
Th.s Lê Văn Thanh V
ũ
Thông tin di độ ng 20
Và do sóng lan truyền theo đường cong, nên độ dài đường đi của sóng sẽ lớn hơn
khoảng cách
nhìn

thẳng
(đường thẳng), nên phải tính lại quãng đi đi của sóng vô tuyến
theo như mô hình ở (H-2.2)
h

ei
Khoảng
các
h
đường dẫn
c
ong
L
Ls
i
h
ei
Khoảng
các
h
đường dẫn
t
hẳng
L
Ls
i
Tia
t
ruy
ề
n
t
h
ẳ
ng

Hướng
tâ
m
Trái đất r
e
(a)
(cho sóng vô
tuyến ng
a
ng)
Hướng tâm Trá
i
đất a = k.r
e
(b)
Hình 2. 2: Mô hình tính khoảng cách lan truyền sóng ngang
Trong mô hình biểu diễn khoảng cách lan truyền sóng ngang (H-2.2), độ cao
anten phát hei đặt vuông góc mặt phẳng Trái đất. Đường truyền sẽ có dạng cong (H-
2.2a) và lúc này cách tính sẽ phức tạp do phải tính đến độ uốn cong chính xác của dạng
hình học. Nhưng đơn giản hơn ta có thể sử dụng mô hình bên phải, với bán kính Trái
đất lúc nào được tính lại là
a

=
k.r
e
=

4
3

r
e
. Từ kết quả đó ta có thể tính được
khoảng
cách theo mô hình bên phải như sau:
L
=
(
a

+

h
)
2
−
a
2
≈
2a.
h
(2.10)
Lsi ei
ei
Thay giá trị của bán kính Trái đất biểu kiến, ta thu được:
L
Lsi
=
0,002.a.h

ei
=
17.h
ei
(2.11a)
Hay
d
Lsi
(
km
)


2h
ei
(

ft

)
(2.11b)
Trong đó
a
 8,493km là bán kính Trái đất biểu kiến
và h
ei
là độ cao anten phát tính theo đơn vị m.
Khi xét thêm đầu thu có độ cao anten thì khoảng cách đường truyền nhìn thẳng
sẽ được định
nghĩ

gồm
hai phần như sau:
d
Lsi

d
Lst
+
d
Lsr
>

d
2.3.2. Ảnh hưởng đặt tính địa h
ì
nh
(2.12)
Chúng ta đều biết rằng trong sự lan truyền sóng vô tuyến rất thường phải đi qua
các vận chắn
do

nhiều
yếu tố, như núi, đồi, các tòa cao ốc, giữa đầu phát và đầu thu
và như thế sẽ ảnh hưởng đến nhiều yếu tố lan truyền như sự thay đổi khoảng cách