bài tập lớn môn truyền dẫn vô tuyến đề tài quá trình truyền lan sóng trong không gian tự do

Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
LỜI MỞI ĐẦU
Những năm đầu của thế kỷ 21 được coi là kỷ nguyên của công nghệ thông tin
thông tin học có ý nghĩa đến sự thành công và phat triển của một quốc gia.
Trong giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa nhu cầu tìm kiếm và trao đổi
thông tin ngày càng cao. Các loại hình dịch vụ ra đời cùng với đó các phương thức
truyền dẫn cũng xuất hiện, trong đó có truyền dẫn vô tuyến, viba. Đây là phương thức
có rất nhiều ưu điểm được sử dụng trong thông tin vệ tinh. Bên cạnh đó vấn còn nhiều
nhược điểm như hiện tượng nhiễu trong quá trình truyền.
Đây cũng là lý do chúng em chọn đề tài: “ Quá trình truyền lan sóng trong không
gian tự do” để kết thúc môn học Truyền Dẫn Vô Tuyến, và để hiểu sâu hơn về bản
chất bên trong của sự loan truyền sóng trong không gian.
Bài làm gồm có 4 chương:
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN LAN SÓNG TRONG
KHÔNG GIAN TỰ DO
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN
Chương 3: TỔN HAO TRONG TRUYỀN SÓNG VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG
CHỐNG
Chương 4: MÔ PHỎNG SỰ SUY HAO TRUYỀN SÓNG TRONG MÔI
TRƯỜNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Do thời gian và khả năng tìm hiểu có hạn nên không thể tránh những thiếu sót, rất
mong đóng góp của thầy và các bạn để hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Anh Quang đã giúp chúng em
hoàn thành đồ án này.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 1
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
MỤC LỤC
LỜI MỞI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU 4
DANH MỤC HÌNH VẼ 5
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN LAN SÓNG TRONG
KHÔNG GIAN TỰ DO 7
1.1. Các phương pháp lan truyền sóng trong môi trương thực 7
1.1.1.Lan truyền sóng bề mặt 7
1.1.2.Truyền lan sóng không gian 8
1.1.3.Truyền lan sóng trời 8
1.1.4.Truyền lan sóng tự do 9
Các dãy băng tầng dùng trong thông tin vô tuyến 10
1.2.Nguyên lý HYGHEN và miền FRESNEL 10
1.3.Nguyên lý HYGHEN 10
2.Miền FresnelNguyên lý Huyghen 11
11
Chương 2. Phương pháp truyền lan sóng cực ngắn 13
2.1. Truyền lan do khuếch tán trong tầng đối lưu 13
2.2. Truyền sóng trong điều kiện siêu khúc xạ tầng đối lưu 13
Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp 14
2.3. Ảnh hưởng của tầng đối lưu không đồng nhất 14
2.3.1.Hệ số điện môi và chiết suất của tầng đối lưu 14
2.3.2.Hiện tượng khúc xạ khí quyển 15
2.3.3.Ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển khi truyền sóng trong tầm nhìn thẳng.
16
2.3.4.Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu 17
Chương 3. TỔN HAO TRONG TRUYỀN SÓNG 20
VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG 20
3.1. Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến phađinh di động 20
20
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ

Trang 2
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
3.1.1.Ảnh hưởng phạm vi rộng 22
3.1.2.Ảnh hưởng phạm vi hẹp 22
3.2.Kênh truyền sóng trong miền không gian 23
3.2.1.Tổn hao đường truyền 23
3.3.Kênh truyền sóng trong miền tần số 24
3.3.1.Điều chế tần số 24
3.3.2.Chọn lọc tần số (phân tập tần số) 25
3.4 Kênh truyền sóng trong miền thời gian 25
3.5 Các loại pha đinh phạm vi hẹp 26
Chương 4. MÔ PHỎNG SỰ SUY HAO TRUYỀN SÓNG TRONG MÔI
TRƯỜNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 28
4.1. Giới thiệu 28
4.2. Chương trình mô phỏng 28
4.2.1. Chương trình mô phỏng 28
29
4.2.2. Các thành phần trong chương trình 29
4.2.3. Tiến hành khảo sát 30
4.2.3.1. Khảo sát công suất phát 31
4.3.2.2.Khảo sát tần số phát 32
4.3.2.3. Khảo sát độ rộng của anten 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO 34
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 3
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các dãy băng tầng dùng trong thông tin vô tuyến 10

Bảng 3.1 liệt kê các loại phađinh phạm vi hẹp 26
Bảng 4.1. sự thay đổi các giá trị theo công suất phát 31
Bảng 4.2. sự thay đổi các giá trị theo tần số phát 32
Bảng 4.3. sự thay đổi các giá trị theo độ rộng anten phát 33
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 4
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các phương thức truyền sóng vô tuyến 7
Hình 1.2. Quá trình truyền lan sóng bề mặt 7
Hình 1.3. Truyền lan sóng trong không gian 8
Hình 1.4. Truyền lan sóng trời 9
Hình 1.5. Truyền lan sóng tự do 9
Hình 1.6. Xác định trường theo nguyên lý Huyghen 10
Hình 1.7. Nguyên lý cấu tạo miền Fresnel trên mặt sóng cầu 11
12
Hình 1.8. Miền fresnel 12
Hình 2.1. Sự khuếch tán sóng trong tầng đối lưu 13
Hình 2.2. Hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu 14
Hình 2.3 Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp 14
Hình 2.4. Mô tả các thông số tính bán kính cong của tia 16
Hình 2.5. Quỹ đạo của tia sóng trực tiếp và tia phản xạ từ mặt đất trong tầng khí
quyển thực 16
Hình 2.6. Các quỹ đạo của sóng vô tuyến a) Quỹ đạo thực với trái đất bán kính
thực 17
b) Quỹ đạo đường thẳng với trái đất có bán kính tương đương 17
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ sóng của O2 và H2O vào tần số 18
Hình 2.8. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ trong mưa với cường độ 18
mưa 100 mm/gi vào tần số 18

Hình 2.9. Hấp thụ trong sương mù phụ thuộc và cường độ sương mù thể hiện
bằng tầm nhìn xa 19
Hình 3.1. Truyền sóng vô tuyến 20
Hình 3.2. Góc tới αi của sóng tới i minh họa hiệu ứng Doppler 21
Hình 3.3. Suy hao đường truyền và che tối 22
22
Hình 3.4. Các ảnh hưởng phạm vi hẹp trong kênh vô tuyến 23
Hình 4.1: Chương trình mô phỏng sự suy hao sóng trong môi trường không gian
29
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 5
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi các giá trị theo công suất 31
Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện sư thay đổi các giá trị theo tần số phát 32
Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện sư thay đổi các giá trị theo độ rộng của anten phát 33
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 6
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN LAN SÓNG
TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO
1.1. Các phương pháp lan truyền sóng trong môi trương thực
Hình 1.1. Các phương thức truyền sóng vô tuyến
1.1.1. Lan truyền sóng bề mặt
Sóng bề mặt truyền lan tiếp xúc với bề mặt trái đất. Bề mặt trái đất là một môi
trường bán dẫn điện, khi một sóng điện từ bức xạ từ một anten đặt thẳng dung trên bề
mặt trái đất, các đường sức điện trường được khép kín nhờ dòng dẫn trên bề mặt trái
đất. Nếu gặp vật chắn trên đường truyền lan, sóng sẽ nhiễu xạ qua vật chắn và truyền
lan ra phía sau vật chắn.

Có thể dùng cho tất cả các băng sóng. Sóng bề mặt bị suy giảm do sư hấp thụ
của mặt đất. Sự suy giảm này phụ thuộc vào tần số, khi tần số tăng thì sự suy giảm
càng lớn, còn phụ thuộc vào độ cao vật chắn so với bước sóng.
Hình 1.2. Quá trình truyền lan sóng bề mặt
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 7
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Sóng mặt đất ít bị hấp thụ trong nước, mặt đất ẩm làm cho cường độ trường tại
điểm thu tăng lên. Các sóng vô tuyến điện có bước sóng lớn khả năng nhiễu xạ mạnh
và bị mặt đất hấp thụ nhỏ.
Sóng mặt đất được sử dụng để truyền lan các băng sóng dài và sóng trung như
trong hệ thống phát thanh điều biên, hay sử dụng cho thong tin trên biển.
1.1.2. Truyền lan sóng không gian
Hình 1.3. Truyền lan sóng trong không gian
Nếu hai anten phát và thu đặt cao ( nhiều lần so với bước sóng công tác) trên
mặt đất thì sóng có thể truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu, hoặc phản xạ từ
mặt đất ( hình 1.3a) hay lợi dụng sự không đồng nhất của một vùng nào đó trong tầng
đối lưu ( hình 1.3b) để tán xạ sóng vô tuyến dùng cho thông tin gọi là thông tin tán xạ
tầng đối lưu. Các Phương thức thông tin như trên gọi là truyền lan sóng không gian
hay sóng tầng đối lưu.
Phương thức này thường được dùng trong thông tin ở băng sóng cực ngắn ( VHF,
UHF, SHF) , truyền hình, các hệ thống vi ba như hệ thống chuyển tiếp trên mặt đất, hệ
thống thông tin di động thông tin vệ tinh…
1.1.3. Truyền lan sóng trời
Lớp khí quyển ở độ cao khoảng 60-600km bị ion hóa rất mạnh chủ yếu do năng
lượng bức xạ của mặt trời tạo thành một lớp khí bao gồm là điện tử tự do và các ion.
Lớp khí quyển đó được gọi là tầng điện ly. Tính chất của tầng điện ly là trong những
điều kiện nhất định có thể phản xạ sóng vô tuyến điện. Lợi dụng sự phản xạ đó để sử
dụng cho thông tin vô tuyến bằng cách phản xạ một hay nhiều lần tầng điện ly.

Phương thức đó gọi là truyền lan sóng trời (hay tầng điện ly).
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 8
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 1.4. Truyền lan sóng trời
1.1.4. Truyền lan sóng tự do
Hình 1.5. Truyền lan sóng tự do
Trong một môi trường đồng nhất, đẳng hướng và không hấp thụ ví dụ như môi
trường chân không, sóng vô tuyến điện khi truyền lan từ điểm phát đến điểm thu sẽ đi
theo đường thẳng ( hình 1.5) không ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng.
Trong thực tế một môi trường lý tưởng như vậy chỉ tồn tại ngoài khoảng không vũ
trụ. Với lớp khí quyển quả đất chỉ trong những điều kiện nhất định, khi tính toán cũng
có thể coi như môi trường không gian tự do.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 9
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Các dãy băng tầng dùng trong thông tin vô tuyến
Bảng 1.1. Các dãy băng tầng dùng trong thông tin vô tuyến
Tên băng tần (Băng sóng) Ký hiệu Phạm vi tần số
Tần số vô cùng thấp ULF 30 - 300 Hz
Tần số cực thấp ELF 300 - 3000 Hz
Tần số rất thấp VLF 3 - 30 kHz
Tần số thấp (sóng dài) LF 30 - 300 kHz
Tần số trung bình (sóng trung) MF 300 - 3000 kHz
Tần số cao (sóng ngắn) HF 3 - 30 MHz
Tần số rất cao (sóng mét) VHF 30 - 300 MHz
Tần số cực cao (sóng decimet) UHF 300 - 3000 MHz
Tần số siêu cao (sóng centimet) SHF 3 - 30 GHz

Tần số vô cùng (sóng milimet) EHF 30 - 300 GHz
Dưới milimet 300 - 3000 GHz
1.2. Nguyên lý HYGHEN và miền FRESNEL
1.3. Nguyên lý HYGHEN
Để hiểu rõ một số đặc điểm truyền lan của sóng trên mặt đất cần biết những khái
niệm về miền Fresnel. Việc biểu thị miền được dựa trên nguyên lý Huyghen.
Nguyên lý Huyghen cho biết rằng mỗi điểm của mặt sóng gây ra bởi một nguồn
bức xạ sơ cấp có thể được coi như một nguồn sóng cầu thứ cấp mới. Vì vậy nguyên lý
này cho phép ta có thể tính trường điện từ ở một điểm bất kỳ trong không gian khi đã
biết được trường ở một bề mặt nào đó. Giả sử nguồn của sóng sơ cấp đặt tại điểm A
(hình 6). Ký hiệu S là một mặt kín bất kỳ bao quanh nguồn sóng. Bây giờ ta xác định
trường của sóng tại điểm bất kỳ nằm ngoài mặt kín, theo các trị số của trường trên mặt
S.
Hình 1.6. Xác định trường theo nguyên lý Huyghen
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 10
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
2. Miền FresnelNguyên lý Huyghen
Cho phép xác định phần không gian thực sự tham gia vào quá trình truyền lan
sóng. Giả sử có một nguồn bức xạ được đạt tại điểm A và máy thu được đặt tại điểm
B. Lấy A làm tâm, ta vẽ một hình cầu bán kính r
1
. Hình cầu này là một trong số các
mặt sóng. Trên hình 1.13 ký hiệu r
2
là khoảng cách từ B đến mặt cầu bán kính r
1
. Từ B
vẽ một họ các đường thẳng cắt mặt cầu ở các điểm cách B một khoảng bằng r

2
+λ/2.
Họ các đường thẳng này sẽ tạo thành một hình chóp nón cắt mặt cầu tại N
1
và N
1
’
.
Giao của các mặt nón với mặt cầu là các đường tròn đồng tâm. Miền giới hạn bởi
các đường tròn gọi là miền Fresnel. Miềm giới hạn bởi đường tròn N
1
là miền; miền
giới hạn bởi các đường tròn N
1
và N
2
là miền Fresnel thứ hai…(Miền Fresnel bậc cao)
Áp dụng nguyên lý Huyghen, ta coi mặt cầu là tập hợp những nguồn điểm thứ cấp
và ta tính trường tạo bởi những nguồn ấy tại điểm B. Các nguồn điểm thứ cấp trong
miền Fresnel thứ nhất sẽ tạo ra trường tại B có pha khác pha với trường do điểm N
0
tạo
ra ở B một góc Δϕ< 180
0
. Pha của trường tạo bởi nguồn điểm thứ cấp trong miền
Fresne bậc hai khác pha với trường do điểm N
0
tạo ra ở B một góc 180
0
< Δϕ< 360

0
.
Một cách tổng quát có thể thấy rằng Pha của trường tạo bởi miền Fresne bậc hai khác
pha với trường tạo bởi miền Fresnel thứ nhất 180
0
. Pha của trường tạo bởi miền Fresne
bậc ba khác pha với trường tạo bởi miền Fresnel thứ hai 180
0
sự khác nhau ấy được
biểu thị bởi các dấu cộng, trừ như hình 7.
Hình 1.7. Nguyên lý cấu tạo miền Fresnel trên mặt sóng cầu
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 11
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 1.8. Miền fresnel
Trong đó: D là khoảng cách giữa máy phát và người nhận
r là bán kính của vùng Fresnel đầu tiên (n = 1)
d1 đi từ máy phát, và d2 đi từ người nhận.
Người ta chứng minh được rằng tác dụng của các miền Fresnel bậc cao nằm kề
nhau sẽ bù trừ cho nhau do pha của chúng ngược nhau nên cuối cùng tác dụng tổng
hợp của tất cả các miền Fresnel bậc cao gần như chỉ tương đương tác dụng của khoảng
nửa miền Fresnel thứ nhất. Như vậy, khoảng không gian có tham gia vào quá trình
truyền sóng có thể xem như được giới hạn bởi một nửa miền Fresnel thứ nhất.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 12
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Chương 2. Phương pháp truyền lan sóng cực ngắn
2.1. Truyền lan do khuếch tán trong tầng đối lưu

Tầng đối lưu là lớp khí quyển trải từ bề mặt trái đất lên đến độ cao khoảng 8 - 10
km vĩ tuyến cực, khoảng 10 - 12 km ở các vĩ tuyến trung bình và 16 - 18 km ở vùng
nhiệt đới. Tầng đối lưu là một môi trường có các tham số thay đổi theo thời gian và
không gian. Các hiện tượng khí tượng như mưa, bão, tuyết đều xảy ra trong tầng đối
lưu. Bởi vậy tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất. Nếu một vùng nào đó
trong tầng đối lưu không đồng nhất với môi trường xung quanh, theo nguyên lý quang,
một tia sóng đi vào vùng không đồng nhất sẽ kị khuếch tán ra mọi phía. Sơ đồ tuyến
thông tin theo phương thức tán xạ tầng đối lưu được vẽ ở hình 2.1
Hình 2.1. Sự khuếch tán sóng trong tầng đối lưu
2.2. Truyền sóng trong điều kiện siêu khúc xạ tầng đối lưu.
Tia sóng đi vào tầng đối lưu bị uốn cong với độ cong lớn hơn độ cong quả đất,
minh họa trong hình 8 gọi là hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu. Lợi dụng tính chất
trên của miền siêu khúc xạ để truyền lan sóng cực ngắn đi xa. Tuy nhiên miền siêu
khúc xạ xảy ra bất thường, độ cao và chiều dài của miền siêu khúc xạ cũng luôn luôn
thay đổi nên sử dụng phương pháp truyền lan bằng siêu khúc xạ tầng đối lưu thông tin
bị thất thường và không liên tục. Chính vì thế phương pháp này cũng không sử dụng
cho thông tin vi ba.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 13
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 2.2. Hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu
Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp
Hai phương pháp thông tin trên không được sử dụng rộng rãi vì các nhược điểm
của nó, phụ thuộc nhiều vào điều kiện thiên nhiên. Bởi vậy, thông tin vi ba thường sử
dụng phương pháp truyền lan trong phạm vi nhìn thấy trực tiếp. Nghĩa là hai anten thu
và phát phải đặt cao trên mặt đất để không bị che chắn bởi các chướng ngại vật có trên
mặt đất, như chỉ ra trong hình vẽ.
Hình 2.3 Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp
2.3. Ảnh hưởng của tầng đối lưu không đồng nhất

2.3.1. Hệ số điện môi và chiết suất của tầng đối lưu
Tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất theo mọi phương, thể hiện ở các
tham số của môi trường: nhiệt độ, độ ẩm và áp suất luôn thay đổi theo không gian và
thời gian. Tính chất quan trọng của tầng đối lưu là nhiệt độ giảm theo độ cao, khoảng 6
0
/km.
Nhiệt độ trung bình ở giới hạn trên của tầng đối lưu trong các miền cực khoảng - 55
0
C và ở miền
nhiệt đới khoảng - 80
0
C. Áp suất trung bình của khí quyển ở mặt đất là 1041 mbar (1
mbar = 1/1000 bar; 1bar có áp lực bằng 10
5
N/m
2
), ở độ cao 5 km trị số đó giảm đi gần
một nửa còn 538 mbar. Tới độ cao 11 km, áp suất trung bình là 225 mbar, lên đến độ
cao 17 km là giới hạn trên của tầng đối lưu ở vùng nhiệt đới trị số của nó chỉ còn
khoảng 90 mbar. Hơi nước trong tầng đối lưu là do sự bốc hơi nước từ đại dương,
biển hay sông hồ, dưới tác dụng bức xạ của mặt trời. Vì vậy tầng khí quyển ở đại
dương ẩm hơn tầng khí quyển trên đất liền, lượng hơi nước giảm nhanh theo độ cao.
Trong phần khảo sát sau ta dùng khái niệm tầng đối lưu tiêu chuẩn hay tầng đối lưu
thường, có tính chất sau: Ở mặt đất có áp suất P = 1013 mbar, nhiệt độ T = 15
0
C, độ
ẩm tương đối 60 %. Mỗi khi chiều cao tăng 100 m thì áp suất giảm đi 12 mbar, nhiệt
độ giảm đi 0,55
0
C, độ ẩm tương đối được bảo toàn suốt độ cao. Giới hạn trên của tầng

đối lưu thường là 11 km.
Hệ số điện môi của không khí vẫn được coi gần đúng bằng ε
0
nhưng thực ra nó lớn
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 14
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
hơn ε
0
một chút và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và độ ẩm của không khí
Thực tế giá trị n chỉ lớn hơn 1 rất ít nên để sử dụng thuận tiện người tan thường
dùng khái niệm chỉ số chiết suất để biểu thị chiết suất. Chỉ số chiết suất được định
nghĩa bằng
2.3.2. Hiện tượng khúc xạ khí quyển
Tầng đối lưu không đồng nhất cho nên nếu có một tia sóng truyền đi không song
song với mặt đất thì nó sẽ bị khúc xạ liên tiếp. Kết quả là tia sóng bị uốn cong, hiện
tượng này gọi là hiện tượng khúc xạ khí quyển. Ta sẽ xác định bán kính cong của quỹ
đạo sóng khi có khúc xạ khí quyển. Khảo sát hai lớp khí quyển kề nhau có chiết suất
khác nhau một lượng dn, và dh là bề dày của lớp khí quyển có chiết suất n + dn
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 15
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 2.4. Mô tả các thông số tính bán kính cong của tia
Bán kính cong của tia sóng khi đi qua tầng đối lưu phụ thuộc vào tốc độ biến thiên
của chiết suất theo độ cao mà không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của nó. Nếu chiết
suất tăng theo độ cao ( dn / dh > 0 ) thì bán kính cong có giá trị âm, quỹ đạo sóng sẽ có
bề lõm hướng lên trên (tia sóng bị uốn cong lên) và được gọi là khúc xạ âm. Nếu chiết
suất giảm theo độ cao ( dn < dh 0 ), bán kính cong có giá trị dương, quỹ đạo sóng sẽ có

bề lõm quay xuống dưới và được gọi là khúc xạ dương. Nếu chiết suất không thay đổi
theo độ cao, tia sóng sẽ đi thẳng.
2.3.3. Ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển khi truyền sóng trong tầm nhìn thẳng.
Như đã đề cập ở phần trước, khi áp dụng công thức giao thoa, trường ở điểm thu
phụ thuộc vào hiệu số hình học của đường đi giữa tia tơi trực tiếp và tia phản xạ từ mặt
đất. Hiện tượng khúc xạ khí quyển làm cho tia sóng đi cong, do đó hiệu số hình học
của tia tới trực tiếp và tia phản xạ sẽ khác trong trường hợp sóng truyền trong khí
quyển đồng nhất.
Hình 2.5. Quỹ đạo của tia sóng trực tiếp và tia phản xạ từ mặt đất trong tầng khí
quyển thực
Để xét đến ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển, phương pháp đơn giản nhất là coi cả
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 16
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
hai tia tới trực tiếp và tia phản xạ trên mặt đất đều được truyền theo quỹ đạo thẳng
nhưng không phải truyền lan trên mặt đất cầu bán kính a mà trên mặt cầu tưởng tượng
có bán kính a
td
Hình 2.6. Các quỹ đạo của sóng vô tuyến a) Quỹ đạo thực với trái đất bán kính thực
b) Quỹ đạo đường thẳng với trái đất có bán kính tương đương
Việc thay thế tia sóng thực và mặt đất thực bằng tia sóng đi thẳng và mặt đất
tương đương phải thỏa mãn điều kiện: độ cong tương đối giữa mặt đất thực và tia sóng
thực phải bằng độ cong tương đối giữa mặt đất tương đương và tia sóng đi thẳng
2.3.4. Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu
Sóng vô tuyến điện truyền lan trong tầng đối lưu ngoài các hiện tượng phản xạ,
khúc xạ, tán xạ còn bị suy hao do hấp thụ trong các phân tử, hấp thụ do mưa, sương
mù, Các hấp thụ này phụ thuộc nhiều vào tần số, điều kiện khí tượng của từng vùng
và phương của tia sóng.
Hấp thụ phân tử

Hấp thụ phân tử trong tầng đối lưu chủ yếu do phân tử hơi nước (H
2
O) và phân tử
ôxy (O
2
). Hấp thụ phân tử phụ thuộc vào tần số. Khi tần số công tác dưới 10 GHz hấp
thụ phân tử có thể bỏ qua, còn từ 10 GHz hấp thụ phân tử tăng nhanh theo tần số. Có
các giá trị cộng hưởng hấp thụ, tương ứng với các bước sóng 1,35cm; 1,5 cm và 0,75
mm đối với phân tử hơi nước, bước sóng 0,5 cm và 0,25 cm đối với phân tử ôxy.
Hình 13 chỉ ra sự phụ thuộc của hấp thụ sóng do phân tử hơi nước tại tần số 22
GHz và các phân tử oxy ở khoảng tần số 60 GHz
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 17
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ sóng của O
2
và H
2
O vào tần số
Hấp thụ trong mưa và sương mù
Hấp thụ sóng trong mưa phụ thuộc vào cường độ mưa tính theo đơn vị mm/gi và
tần số. Ở những tần số nhỏ hơn 6 GHz thì hấp thụ trong mưa không đáng kể. Khi
cường độ mưa tăng thì hấp thụ tăng. Hình 14 chỉ ra sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ
trong mưa phụ thuộc vào tần số của sóng vô tuyến điện và cường độ mưa 100 mm/gi
Hình 2.8. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ trong mưa với cường độ
mưa 100 mm/gi vào tần số
Hấp thụ trong sương mù phụ thuộc và cường độ sương mù thể hiện bằng tầm nhìn
xa (m) và tần số được chỉ trong hình 15.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ

Trang 18
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 2.9. Hấp thụ trong sương mù phụ thuộc và cường độ sương mù thể hiện bằng
tầm nhìn xa
Ngoài ra các hạt nước (mưa và sương mù) còn làm biến đổi phân cực sóng.
Thường thì các hạt mưa không phải là hình cầu lý tưởng mà chúng có hình dạng khác
nhau. Khi sóng phân cực thẳng truyền qua hạt mưa có hình dẹt sẽ biến thành sóng
phân cực elip. Sự biến đổi phân cực gây ra sự mất phối hợp về phân cực giữa hai anten
phát và thu làm tín hiệu thu bị yếu đi; nó còn làm giảm độ cách li giữa hai sóng phân
cực thẳng khi cần tách hai sóng phân cực thẳng được phát đi ban đầu với hướng của
vectơ phân cực vuông góc.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 19
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Chương 3. TỔN HAO TRONG TRUYỀN SÓNG
VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG
3.1. Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến phađinh di động
Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền qua môi trường vật lý có
nhiều cầu trúc và vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối xe cộ chuyển động…. Nói
chung quá trình truyền sóng trong thông tin vô tuyến rất phức tạp. Quá trình này có thể
chỉ có một đường truyền thẳng (LOS: line of sight), hay nhiều đường mà không có
LOS hoặc cả hai. Truyền sóng nhiều đường xẩy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ.
Hình 3.1 mô tả môi trường truyền sóng này.
Hình 3.1. Truyền sóng vô tuyến
Phản xạ xẩy ra khi sóng vô tuyến đập vào các vật cản có kích thước lớn hơn nhiều
so với bước sóng. Nói chung phản xạ gây ra do bề mặt của quả đất, núi và tường của
tòa nhà.
Nhiễu xạ xẩy ra do sóng điện từ gập phải các bề mặt sắc cạnh và các thành gờ của

các cấu trúc.
Tán xạ xẩy ra khi kích thứơc của các vật thể trong môi trường truyền sóng nhỏ
hơn bước sóng. Tán xạ thường xẩy ra khi sóng vô tuyến gặp phải các ký hiệu giao
thông, cột đèn.
Ngoài phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ, sóng vô tuyến còn bị suy hao đường truyền.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 20
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Cường độ tín hiệu cũng bị thay đổi theo thời gian do sự chuyển động của máy thu hoặc
máy phát. Để phân tích ta có thể đặc trưng ảnh hưởng truyền sóng vô tuyến thành hai
loại: suy hao tín hiệu phạm vi rộng và méo tín hiệu phạm vi hẹp. Suy hao tín hiệu
phạm vi rộng gây ra do suy hao đường truyền và sự che tối máy phát và máy thu còn
méo tín hiệu phạm vi hẹp xẩy ra do truyền sóng nhiều đường. Dưới đây ta sẽ xét hai
ảnh hưởng này.
Ngoài ra, hiệu ứng Doppler cũng ảnh hưởng xấu lên các đặc tính truyền dẫn của
kênh vô tuyến di động. Do chuyển động của máy di động, hiệu ứng Doppler gây ra
dich tần số đối với từng sóng mang thành phần. Nếu ta định nghĩa góc tới α
i
làgóc hợp
bởi phương tới của sóng tới thứ i và phương chuyển động của máy di động như thấy ở
hình 3.2, thì góc này sẽ xác định tần số Doppler (dịch Doppler) của sóng tới thứ i theo
biểu thức sau:
fi=f(d)cos= αi .
Trong trường hợp này, f
d
là tần số Doppler cực đại quan hệ với tốc độ máy di động
v, tốc độ ánh sáng c
0
và tần số sóng mang f

0
theo công thức sau:
Hình 3.2. Góc tới αi của sóng tới i minh họa hiệu ứng Doppler
Tần số Doppler cực đại (cực tiểu), f
i
= f
d
(f
i
= -f
d
) đạt được khi α
i
=0 (α
i
=π). f
i
=0 khi
α
i
=π/2 và α
i
=3π/2. Do hiệu ứng Doppler phổ của tín hiệu được phát trong qua trình
truyền dẫn sẽ bị mở rộng. Hiệu ứng này gọi là tán tần. Giá trị của tán tần chủ yếu phụ
thuộc vào tần số Doppler cực đại và các biên độ của các sóng mang thành phần thu
được. Trong miền thời gian, hiệu ứng Doppler dẫn đến đáp ứng xung kim của kênh trở
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 21
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B

nên thay đổi theo thời gian. Có thể chỉ ra rằng các kênh vô tuyến di động thỏa mãn
nguyên lý xếp chồng và vì thế các hệ thống tuyến tính. Do tính chất thay đổi theo thời
gian của đáp ứng xung kim, nói chung các kênh vô tuyến di động thuộc loại các hệ
thống tuyến tính thay đổi theo thời gian.
3.1.1. Ảnh hưởng phạm vi rộng
Hình 18 cho thấy ảnh hưởng suy hao tín hiệu phạm vi rộng trong môi trường
truyền sóng di động. Từ hình vẽ này ta thấy suy hao tín hiệu phạm vi rộng bao gồm
suy hao hay tổn thất đường truyền và che tối (còn gọi là phađinh chậm). Suy hao
đường truyền xẩy ra do khoảng cách đến máy phát. Che tối là sự thay đổi công suất
thu vì suy hao tín hiệu gây ra do các vật cản giữa máy phát và máy thu.
3.1.2. Ảnh hưởng phạm vi hẹp
Như đã nói ở trên truyền sóng đa đường gây ra do phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ dẫn
đến nhiều đường truyền không trực tiếp (không phải LOS). Các đường truyền không
trực tiếp này đến máy thu lệch nhau theo thời gian và không gian, điều này gây ra các
hiệu ứng phạm vi hẹp trong thông tin vô tuyến di động như: trải trễ, trải góc và trải
Doppler. Hình 19 cho thấy ba ảnh hưởng phạm vi hẹp gây ra do truyền sóng đa đường
không trực tiếp trong kênh vô tuyến di động.
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 22
Hình 3.3. Suy hao đường truyền và che tối.
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
Hình 3.4. Các ảnh hưởng phạm vi hẹp trong kênh vô tuyến
Trải trễ là số đo trễ truyền sóng tương đối giữa các đường truyền sóng không trực
tiếp gây ra do các vật phản xạ như đồi núi và các tòa nhà.
Trải góc là số đo về dịch góc cuả các đường truyền không trực tiếp so với đường
truyền trực tiếp (xem hình 19).
Trải Doppler la số đo về tốc độ thay đổi kênh gây ra do sự chuyển động cuả máy
phát và (hoặc) máy thu so với các vật thể tán xạ trong môi trường truyền sóng đa
đường.

Ngoài ra tổng của rất nhiều đường truyền không trực tiếp trong truyền sóng đa
đường dẫn đến thăng giáng biên độ tín hiệu thu vì thế gây ra phađinh và méo tín hiệu.
Trong khi lập mô hình kênh, ta tập trung lên các ảnh hưởng truyền sóng đa đường (các
ảnh thưởng phạm vi hẹp) đối với các máy phát và (hoặc) máy thu sử dụng nhiều anten.
3.2. Kênh truyền sóng trong miền không gian
Các thuộc tính trong miền không gian bao gồm: tổn hao đường truyền và chọn lọc
không gian. Tổn hao đường truyền thuộc loại phađinh phạm vi rộng còn chọn lọc
không gian thuộc loại phađinh phạm vi hẹp. Các mô hình truyền sóng truyền thống
đánh giá công suất thu trung bình tại một khoảng cách cho trước so với máy phát, đánh
giá này được gọi là đánh giá tổn hao đường truyền. Khi khoảng cách thay đổi trong
phạm vi một bước sóng, kênh thể hiện các đặc tính ngẫu nhiên rất rõ rệt. Điều này
được gọi là tính chọn lọc không gian (hay phân tập không gian).
3.2.1. Tổn hao đường truyền.
Mô hình tổn hao đường truyền mô tả suy hao tín hiệu giữa anten phát và anten thu
như là một hàm phụ thuộc vào khoảng cách và các thông số khác. Một số mô hình bao
gồm cả rất nhiều chi tiết về địa hình để đánh giá suy hao tín hiệu, trong khi đó một số
mô hình chỉ xét đến tần số và khoảng cách. Chiều cao an ten là một thông số quan
trọng. Tổn hao đường truyền được xác định theo công thức (3.1).
Từ lý thuyết và các kết qủa đo lường ta đã biết rằng công suất thu trung bình giảm
so với khoảng cách theo hàm log cho môi trường ngoài trời và trong nhà. Ngoài ra tại
mọi khoảng cách r, tổn hao đường truyền L(r) tại một vị trí nhất định là quá trình ngẫu
nhiên và có phân bố log chuẩn xung quanh một giá trị trung bình (phụ thuộc vào
khoảng cách). Nếu xét cả sự thay đổi theo vị trí, ta có thể biểu diễn tổn hao đường
truyền L(r) tại khoảng cách r như sau:
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 23
Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
(công thức 3.1)
Trong đó là tổn hao đường truyền trung bình phạm vị rộng đối với khoảng

cách phát thu r; Xσ là biến ngẫu nhiên phân bố Gauss trung bình không (đo bằng dB)
với lệch chuẩn σ (cũng đo bằng dB), r0 là khoảng cách tham chuẩn giữa máy phát và
máy thu, n là mũ tổn hao đường truyền.
Khi các đối tượng trong kênh vô tuyến không chuyển động trong một khoảng thời
gian cho trước và kênh được đặc trưng bởi phađinh phẳng đối với một độ rộng băng
tần cho trước, các thuộc tính kênh chỉ khác nhau tại các vị trí khác nhau. Nói một cách
khác, phađinh chỉ đơn thuần là một hiện tượng trong miền thời gian (mang tính chọn
lọc thời gian).
Từ công thức 3.1 ta thấy rằng tổn hao đường truyền của kênh được đánh giá thống
kê phạm vi rộng cùng với hiệu ứng ngẫu nhiên. Hiệu ứng ngẫu nhiên xẩy ra do
phađinh phạm vi hẹp trong miền thời gian và nó giải thích cho tính chọn lọc thời gian
(phân tập thời gian). Ảnh hưởng của chọn lọc không gian có thể được loại bỏ bằng
cách sử dụng nhiều anten. MIMO (Multiple Input Multiple Output: Nhiều đầu vào
nhiều đầu ra) là một kỹ thuật cho phép lợi dụng tính chất phân tập không gian này để
cải thiện hiệu năng và dung lượng hệ thống.
3.3. Kênh truyền sóng trong miền tần số
Trong miền tần số, kênh bị ảnh hưởng của hai yếu tố: điều chế tần số và chọn lọc
tần số.
3.3.1. Điều chế tần số
Điều chế tần số gây ra do hiệu ứng Doppler, MS chuyển động tương đối so với
BTS dẫn đến thay đổi tần số một cách ngẫu nhiên. Do chuyển động tương đối giữa
BTS và MS, từng sóng đa đường bị dịch tần số. Dịch tần số trong tần số thu do chuyển
động tương đối này được gọi là dịch tần số Doppler, nó tỷ lệ với tốc độ chuyển động,
phương chuyển động của MS so với phương sóng tới của thành phần sóng đa đường.
Dịch Doppler được xác định theo công thức (3.1). Từ công thức này ta có thể thấy
rằng nếu MS di chuyển về phía sóng tới dịch Doppler là dương và tần số thu sẽ tăng,
ngược lại nếu MS di chuyển rời xa sóng tới thì dịch Doppler là âm và tần số thu được
sẽ giảm. Vì thế các tín hiệu đa đường đến MS từ các phương khác nhau sẽ làm tăng độ
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 24

Đồ Án Môn Tuyền Dẫn Vô Tuyến
VT02B
rộng băng tần tín hiệu. Khi ν và (hoặc) αi thay đổi dịch Doppler thay đổi dẫn đến trải
Doppler.
3.3.2. Chọn lọc tần số (phân tập tần số).
Trong phần này ta sẽ phân tích chọn lọc tần số cùng với một thông số khác trong
miền tần số: băng thông nhất quán. Băng thông nhất quán là một số đo thống kê của
dải tần số trên một kênh phađinh được coi là kênh phađinh "phẳng" (là kênh trong đó
tất cả các thành phần phổ được truyền qua với khuyếch đại như nhau và pha tuyến
tính). Băng thông nhất quán cho ta dải tần trong đó các thành phần tần số có biên độ
tương quan. Băng thông nhất quán xác định kiểu phađinh xẩy ra trong kênh và vì thế
nó đóng vai trò cơ sở trong viêc thích ứng các thông số điều chế. Băng thông nhất
quán tỷ lệ nghịch với trải trễ. Phađinh chọn lọc tần số rất khác với phađinh phẳng.
Trong kênh phađinh phẳng, tất cả các thành phần tần số truyền qua băng thông kênh
đều chịu ảnh hưởng phađinh như nhau. Trái lại trong phađinh chọn lọc tần số (còn gọi
là phađinh vi sai), một số đoạn phổ của tín hiệu qua kênh phađinh chọn lọc tần số bị
ảnh hưởng nhiều hơn các phần khác. Nếu băng thông nhất quán nhỏ hơn độ rộng băng
tần của tín hiệu được phát, thì tín hiệu này chịu ảnh hưởng của phađinh chọn lọc (phân
tập tần số). Phađinh này sẽ làm méo tín hiệu.
3.4 Kênh truyền sóng trong miền thời gian
Một trong số các khác biệt quan trọng giữa các kênh hữu tuyến và các kênh vô
tuyến là các kênh vô tuyến thay đổi theo thời gian, nghĩa là chúng chịu ảnh hưởng của
phađinh chọn lọc thời gian. Ta có thể mô hình hóa kênh vô tuyến di động như là một
bộ lọc tuyến tính có đáp ứng xung kim thay đổi theo thời gian. Mô hình kênh truyền
thống sử dụng mô hình đáp ứng xung kim, đây là một mô hình trong miền thời gian.
Ta có thể liên hệ quá trình thay đổi tín hiệu vô tuyến phạm vi hẹp trực tiếp với đáp ứng
xung kim của kênh vô tuyến di động.
Ảnh hưởng đa đường của kênh vô tuyến thường được biết đến ở dạng phân tán
thời gian hay trải trễ. Phân tán thời gian (gọi tắt là tán thời) hay trải trễ xẩy ra khi một
tín hiệu được truyền từ anten phát đến anten thu qua hai hay nhiều đường có các độ dài

khác nhau. Một mặt tín hiệu này được truyền trực tiếp, mặt khác nó được truyền từ các
đường phản xạ khác nhau có độ dài khác nhau với các thời gian đến máy thu khác
nhau. Tín hiệu tại anten thu chịu ảnh hưởng của tán thời này sẽ bị méo dạng. Trong khi
tiết kế và tối ưu hóa các hệ thống vô tuyến số để truyền số liệu tốc độ cao ta cần xét
Nhóm Lê Quang Ghin – Ngô Văn Nhớ
Trang 25